JP2013033617A - 固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多孔質の少なくとも1層の金属基板2と、金属基板2の一方面に配置された燃料極3と、燃料極3の一方面に配置された電解質4と、電解質4の一方面に配置された空気極5と、を備え、金属基板2には、厚み方向に貫通する貫通孔6が複数形成されている固体酸化物形燃料電池。
【選択図】図1
Description
さらには、ガス拡散性を向上させるために貫通孔105を多くすると金属基板101と燃料極102との接触面積、すなわち集電面積が小さくなるため性能が低下するという問題や、強度が低下するといった問題があった。
上記の燃料極の活性とは、燃料極の表面で、水素等の燃料ガスの酸化反応を生じることをいう。
このような構成によれば、燃料極と接触する最上層の金属基板における貫通孔が最も縮径することになり、燃料極と金属基板との接触面積を大きくすることができる。したがって、貫通孔の孔径を徐々に縮径することにより、燃料極へのガスの拡散性(到達時間)を維持したまま、集電面積を大きくすることができる。
また、上記多孔質金属基板2の内部の細孔の体積は、金属基板2全体の体積の5〜50%が好ましく、多孔質金属基板2における貫通孔6の占有体積としては、多孔質金属基板2全体の体積の10〜70%が好ましい。
また、電解質の厚みは、例えば0.1μm〜100μmとすることができ、好ましくは1〜50μmとすることができる。
また、空気極ペースト15は、固体酸化物形燃料電池を製造するための公知のペーストであり、上述した空気極5の材料の原料粉末に、バインダー、有機溶媒などを混練することにより作製できる。
その後、空気極ペースト15を焼結することにより空気極5が形成され、これにより図1に示す燃料電池1が製造される(第2焼結ステップS6)。このときの焼結温度は、1100℃〜1500℃が好ましい。また、焼結はN2やArガスなどの不活性雰囲気下あるいは還元雰囲気下で行うことが好ましいが、金属基板2の酸化を防止できる温度であれば酸化雰囲気下で焼結をすることもできる。また、上記の第1焼結ステップS4において酸化雰囲気下で焼結を行った場合は、第2焼結ステップS6の前に金属基板2を還元処理後、上記方法で空気極を焼結することができるが、第2焼結ステップS6の後に、金属基板2を還元処理することもできる。
また、図6(e)に示すように、複数の貫通孔6,6・・の孔径が金属基板2の積層方向において段階的に縮径する構成であってもよい。図6(e)に示す構成では、積層された複数の金属基板2を構成する各金属基板2における各貫通孔6が、積層方向に隣接する金属基板2における貫通孔6のいずれかと互いに連通している。このように複数の金属基板2の積層方向において貫通孔6がつながっているので、積層された金属基板2の最下層から最上層まで連通した貫通孔6を介してガスを通過させることができる。また、この実施形態では、隣り合って重なる金属基板2において、上層の金属基板2における貫通孔6の孔径が下層の金属基板2における貫通孔6の孔径より小さくなっている。つまり、積層方向の上層側の金属基板2における貫通孔6の孔径がそれに隣接する下層側の金属基板2における貫通孔6の孔径より小さくなっている。したがって、最下層の金属基板2から最上層の金属基板2に向かって貫通孔6の孔径が徐々に縮径している。このような構成によれば、燃料極3と接触する最上層の金属基板2における貫通孔6が最も縮径しているので、貫通孔の孔径を徐々に縮径することにより、燃料極へのガスの拡散性(到達時間)を維持したまま、集電面積を大きくすることができる。
また、貫通孔6が金属基板2の積層方向に沿って段階的に縮径している燃料電池1を製造する場合は、複数の基板用グリーンシート10を積層するときに、貫通孔12が大きい基板用グリーンシート10を下層に積層し、その上層に貫通孔12が小さい基板用グリーンシート10を積層する。これにより、基板用グリーンシート10を焼結したときに、上層の金属基板2における貫通孔6の孔径が下層の金属基板2における貫通孔6の孔径より小さくなる。
また、上記実施形態では、グリーンシートを用いた方法により燃料極3及び電解質4を形成していたが、燃料極3及び電解質4の形成方法はこれに限定されるものではなく、上述の空気極5と同様に、ペーストを用いた方法により形成することもできる。
このように、燃料極3、電解質4および空気極5の形成方法は特に限定されるものではなく、スプレーコート法、スピンコ−ト法、電気泳動法、インクジェット法、CVD法(化学蒸着法)、EVD法(電気化学蒸着法)、PLD法(パルスレーザーデポジッション法)、エアロゾルデポジッション法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の一般的な印刷法を用いて作製することができる。
また、上記材料の場合、基板を還元処理するが、その際の体積収縮により多孔質化することも可能である。
2 金属基板
3 燃料極
4 電解質
5 空気極
6 貫通孔
10 基板用グリーンシート
11 基板用積層体
13 燃料極用グリーンシート
14 電解質用グリーンシート
15 空気極グリーンシート
Claims (6)
- 多孔質の少なくとも1層の金属基板と、
前記少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された燃料極と、
前記燃料極の一方面に配置された電解質と、
前記電解質の一方面に配置された空気極と、を備え、
前記金属基板には、厚み方向に貫通する貫通孔が複数形成されている固体酸化物形燃料電池。 - 多孔質の少なくとも1層の金属基板と、
前記少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された電解質と、
前記電解質の一方面に配置された空気極と、を備え、
前記金属基板は、燃料極の活性を有しており、当該金属基板には厚み方向に貫通する貫通孔が複数形成されている固体酸化物形燃料電池。 - 前記金属基板は、基板用グリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を複数形成し、当該貫通孔を有する基板用グリーンシートを焼結することにより形成されている請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 積層された複数の前記金属基板を備え、
前記複数の金属基板を構成する各金属基板における前記貫通孔が、積層方向に隣接する前記金属基板における前記貫通孔のいずれかと互いに連通しており、積層方向の上層側の前記金属基板における前記貫通孔の孔径がそれに隣接する下層側の前記金属基板における前記貫通孔の孔径より小さい請求項1から3のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。 - 多孔質の少なくとも1層の金属基板と、当該少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された燃料極と、当該燃料極の一方面に配置された電解質と、当該電解質の一方面に配置された空気極と、を備える固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
前記金属基板を形成する基板形成ステップを備え、
前記基板形成ステップは、基板用グリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を複数形成する貫通ステップと、当該貫通孔を有する基板用グリーンシートを焼結する焼結ステップと、を備える固体酸化物形燃料電池の製造方法。 - 多孔質の少なくとも1層の金属基板と、当該少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された電解質と、当該電解質の一方面に配置された空気極と、を備える固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
前記金属基板を形成する基板形成ステップを備え、
前記基板形成ステップは、基板用グリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を複数形成する貫通ステップと、当該貫通孔を有する基板用グリーンシートを焼結する焼結ステップと、を備え、
前記基板用グリーンシートは、燃料極の活性を有する物質を含む固体酸化物形燃料電池の製造方法。
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