JP2014089847A - 固体酸化物型燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体酸化物型燃料電池は、基体管と、該基体管の上に燃料極、電解質、及び空気極を積層させて形成され、前記基体管の軸方向に沿って複数配置される発電素子と、隣り合う該発電素子を接続するインターコネクタとを備える。前記基体管は、少なくともSrZrO3を主成分として含む。
【選択図】図2
Description
固体酸化物型燃料電池の一態様として、円筒横縞型のSOFCセルがある。この円筒横縞型のSOFCセルは、筒形状をなす基体管の外周面に、燃料極、固体酸化物の電解質、空気極を積層して発電素子を形成し、この発電素子を基体管の軸方向に複数配置し、複数の発電素子をインターコネクタにより直列に接続して構成される。
基体管材料の一例として、特許文献1〜3には、熱膨張係数の調整や気孔率の確保のため、安定化ジルコニアに酸化ニッケルNiO等の鉄族金属の酸化物を含有させたものが開示されている。また、特許文献4には、高温時の割れ等の破損発生を抑制するために、NiCrAlYからなる多孔質合金溶射膜の上に、アルミナ−ジルコニア混合粉末からなる多孔質セラミック溶射膜を積層したものが開示されている。
一方、基体管106の内側(内周側)には、SOFC100の運転中に燃料ガス(水素)が流れるようになっており、還元雰囲気になっている。
1)高温時にイオン導電性が現れて漏洩電流の発生を抑制するために、高い絶縁性すなわち電気抵抗を有する。
2)発電素子やインターコネクタ等の他の部材との熱膨張係数差による割れを防止するために、熱膨張係数が他の部材(燃料極110、電解質112、空気極114及びインターコネクタ116)の一般的材料に近い値(例えば、9.5〜11.5ppm/K)である。
3)SOFCの製造容易性・安定性を確保するために、焼結収縮挙動が他の部材の材質に近い。
よって、SrZrO3を主成分とする基体管にAl2O3を添加すれば、SrZrO3の熱膨張係数が他の部材に比べて小さい場合であっても、基体管の全体としての熱膨張係数を大きくして他の部材の熱膨張係数に近づけることができる。
すなわち、SrZrO3にAl2O3を添加すると、下記反応式(1)に記載のように、ストロンチウムジルコネートSrZrO3の一部がジルコニアZrO2とストロンチウムアルミネートSrAl12O19になる。Al2O3の添加によってSrZrO3を主成分とする基体管の熱膨張係数が増大することの原因として、下記反応式(1)で生成される化合物の固溶体が形成され、生成する空孔によって電気的反発力が生じることや、SrAl12O19自身の熱膨張係数が大きいことが考えられる。
SrZrO3 + xAl2O3
→ (1−x/6)SrZrO3 + (x/6)ZrO2 + (X/6)SrAl12O19・・・(1)
1)基体管の主成分として、SrZrO3用いて、Al2O3の添加量を変えたサンプルを複数作製した。
2)各サンプルの電気抵抗、熱膨張係数、再酸化膨張量を測定した。
3)基体管を模した各サンプル上に燃料極、電解質、インターコネクタ、及び空気極を成膜して発電素子(セル)を作製して、共焼結の成立性を評価した。
よって、SrZrO3へのAl2O3の添加量として、基体管中におけるAl2O3の含有率が15mol%以下であることが好ましく、0.01〜5mol%がより好ましいことが確認された。
102 素子部
104 リード部(通電部)
106 基体管
108 発電素子
110 燃料極
112 電解質
114 空気極
116 インターコネクタ
Claims (4)
- 基体管と、該基体管の上に燃料極、電解質、及び空気極を積層させて形成され、前記基体管の軸方向に沿って複数配置される発電素子と、隣り合う該発電素子を接続するインターコネクタとを備える固体酸化物型燃料電池であって、
前記基体管は、少なくともSrZrO3を主成分として含むことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。 - 前記基体管は、Al2O3が添加されていることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物型燃料電池。
- 前記基体管中における前記Al2O3の含有率は15mol%以下であることを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物型燃料電池。
- 前記基体管中における前記Al2O3の含有率は、0.01〜5mol%の範囲であることを特徴とする請求項3に記載の固体酸化物型燃料電池。
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- 2012-10-29 JP JP2012238273A patent/JP5840105B2/ja active Active
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