JP2511121B2 - 燃料電池の電極の製造方法 - Google Patents
燃料電池の電極の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、固体電解質型燃料電池の電極の気密性固体
電解質表面に熱変動に強い電極を形成する電極の製造方
法に関し、特に、燃料極の製造に適した方法である。
電解質表面に熱変動に強い電極を形成する電極の製造方
法に関し、特に、燃料極の製造に適した方法である。
（従来の技術） 固体電解質型燃料電池に用いる電極材料は、大きな電
子導電率を有し、使用雰囲気中で安定で、電解質と反応
しない物質が要求される。さらに、動作温度が例えば10
00℃と高温であり、固体電解質と一体構造を採るところ
から、電解質と熱膨張率がほぼ等しい物質が要求され
る。
子導電率を有し、使用雰囲気中で安定で、電解質と反応
しない物質が要求される。さらに、動作温度が例えば10
00℃と高温であり、固体電解質と一体構造を採るところ
から、電解質と熱膨張率がほぼ等しい物質が要求され
る。
しかし、還元性雰囲気にさらされる燃料極は、上記の
条件を総て満たす適当な物質がないため、ニッケル、コ
バルト等の金属電極が用いられている。しかし、こられ
の金属電極は、カルシア安定化ジルコニア等の固体電解
質より熱膨張率が大きいために熱変動に弱い。そこで、
金属電極材料粉末にカルシア安定化ジルコニア等の粉末
を加え、見掛けの熱膨張率を低下させる方法がある。即
ち、上記両粉末を溶媒中に分散させたスラリー中に気密
性固体電解質に浸漬するか、固体電解質表面に該スラリ
ーをスプレーした後、乾燥し、焼結するものである。
条件を総て満たす適当な物質がないため、ニッケル、コ
バルト等の金属電極が用いられている。しかし、こられ
の金属電極は、カルシア安定化ジルコニア等の固体電解
質より熱膨張率が大きいために熱変動に弱い。そこで、
金属電極材料粉末にカルシア安定化ジルコニア等の粉末
を加え、見掛けの熱膨張率を低下させる方法がある。即
ち、上記両粉末を溶媒中に分散させたスラリー中に気密
性固体電解質に浸漬するか、固体電解質表面に該スラリ
ーをスプレーした後、乾燥し、焼結するものである。
（発明が解決しようとする課題） しかし、上記の熱膨張率を調整する方法においても、
固体電解質との熱膨張率の適合性が十分でなく、熱サイ
クルを繰り返すと亀裂、剥離を避けることができない。
本発明は、上記の欠点を解消し、熱変動に強き、ガス透
過性に優れた電極を気密性電解質表面に形成することが
できる燃料電池の電極の製造方法を提供しようとするも
のである。
固体電解質との熱膨張率の適合性が十分でなく、熱サイ
クルを繰り返すと亀裂、剥離を避けることができない。
本発明は、上記の欠点を解消し、熱変動に強き、ガス透
過性に優れた電極を気密性電解質表面に形成することが
できる燃料電池の電極の製造方法を提供しようとするも
のである。
（課題を解決するための手段） 本発明は、燃料電池の気密性固体電解質表面に熱変動
に強い電極を形成する電極の製造方法において、上記電
解質及び電極材料に対して不活性で、電解質と熱膨張率
の近い物質を用いて、連続気孔を有する電極材料支持膜
を形成し、電極材料粉末を含有するスラリーを該支持膜
表面に接触させて連続気孔内に含浸させ、該粉末を焼結
することにより支持膜表面及び連続気孔内に電極膜を形
成することを特徴とする電極の製造方法である。
に強い電極を形成する電極の製造方法において、上記電
解質及び電極材料に対して不活性で、電解質と熱膨張率
の近い物質を用いて、連続気孔を有する電極材料支持膜
を形成し、電極材料粉末を含有するスラリーを該支持膜
表面に接触させて連続気孔内に含浸させ、該粉末を焼結
することにより支持膜表面及び連続気孔内に電極膜を形
成することを特徴とする電極の製造方法である。
（作用） 本発明は、燃料電池の気密性固体電解質表面に連続気
孔を有する電極材料を形成し、該連続気孔内に電極材料
の薄膜を形成することにより、熱変動に強い電極を製造
するもので、支持膜は電解質と同一物質か、熱膨張率の
近い物質を用いて電極材料を支持するための骨格を形成
して、燃料電池の熱サイクルにおいても固体電解質と一
体的に熱変動に耐えることができ、かつ、支持膜の連続
気孔内に形成された電極材料の薄膜により電子導電率を
確保し、連続気孔によりガス透過性を保有させたもので
ある。
孔を有する電極材料を形成し、該連続気孔内に電極材料
の薄膜を形成することにより、熱変動に強い電極を製造
するもので、支持膜は電解質と同一物質か、熱膨張率の
近い物質を用いて電極材料を支持するための骨格を形成
して、燃料電池の熱サイクルにおいても固体電解質と一
体的に熱変動に耐えることができ、かつ、支持膜の連続
気孔内に形成された電極材料の薄膜により電子導電率を
確保し、連続気孔によりガス透過性を保有させたもので
ある。
第１図は、本発明により製造した電極の模式図であ
り、気密性固体電解質１に一体的に形成された支持膜２
の表面及び連続気孔内に電極材料の薄膜３を形成したも
のである。
り、気密性固体電解質１に一体的に形成された支持膜２
の表面及び連続気孔内に電極材料の薄膜３を形成したも
のである。
このような電極材料支持膜は、上記の骨格形成物質の
平均粒径が40〜10μｍの粗粒と４〜0.1μｍの細粒を重
量比で４〜6:8〜２で混合して使用することにより、焼
結時の収縮を抑制し、亀裂の発生を防止することがで
き、かつ、電極材料薄膜の形成とガス透過性を確保する
ための、孔径５〜0.5μｍの連続気孔を形成することが
できる。その際、焼結温度は1400〜1500℃の範囲が好ま
しく、1500℃以上では緻密化が進み、1400℃以下では充
分な膜強度が得られず、所期の電極材料支持膜を得るこ
とができない。
平均粒径が40〜10μｍの粗粒と４〜0.1μｍの細粒を重
量比で４〜6:8〜２で混合して使用することにより、焼
結時の収縮を抑制し、亀裂の発生を防止することがで
き、かつ、電極材料薄膜の形成とガス透過性を確保する
ための、孔径５〜0.5μｍの連続気孔を形成することが
できる。その際、焼結温度は1400〜1500℃の範囲が好ま
しく、1500℃以上では緻密化が進み、1400℃以下では充
分な膜強度が得られず、所期の電極材料支持膜を得るこ
とができない。
また、上記の混合粉末は水系スラリーとして浸漬若し
くはスプレーによって固体電解質表面に塗布されるが、
水溶性アクリル樹脂等は、塗布時の膜強度を高める目的
で混合粉末100重量部に対して５〜１重量部添加するこ
とが好ましく、グリセリン等はスラリーの安定性を高め
る目的で50〜10重量部添加することが好ましい。一般
に、スラリー濃度は高い方が塗布時間を短くすることが
できるが、スプレーで塗布するときには500cp以下の粘
度にしないと塗布することができない。
くはスプレーによって固体電解質表面に塗布されるが、
水溶性アクリル樹脂等は、塗布時の膜強度を高める目的
で混合粉末100重量部に対して５〜１重量部添加するこ
とが好ましく、グリセリン等はスラリーの安定性を高め
る目的で50〜10重量部添加することが好ましい。一般
に、スラリー濃度は高い方が塗布時間を短くすることが
できるが、スプレーで塗布するときには500cp以下の粘
度にしないと塗布することができない。
（実施例１） イットリア安定化ジルコニアからなる気密性固体電解
質表面に、これと熱膨張率が近いカルシア安定化ジルコ
ニアで電極材料支持膜を形成し、支持膜の表面及び連続
気孔内にNiO薄膜を形成して固体電解質型燃料電池の燃
料極を製造した。
質表面に、これと熱膨張率が近いカルシア安定化ジルコ
ニアで電極材料支持膜を形成し、支持膜の表面及び連続
気孔内にNiO薄膜を形成して固体電解質型燃料電池の燃
料極を製造した。
まず、支持膜は、平均粒径が30μｍと１μｍのカルシ
ア安定化ジルコニア粉末を重量比で1:1に混合し、混合
粉末100重量部に対して水50重量部、グリセリン50重量
部、水溶性アクリル樹脂３重量部加えてボールミルで混
合してスラリーを作った。このスラリーはスプレーを用
いて固体電解質表面に50〜100μｍの厚さに塗布した。
その後、室温で６時間、80℃の恒温槽で２時間乾燥して
から、50℃/hrで500℃まで昇温して仮焼し、さらに、10
0℃/hrで1400℃まで昇温して２時間焼結させた。それか
ら、100℃/hrで室温まで冷却して、平均孔径３μｍ、気
孔率30〜35％の連続気孔（走査型電子顕微鏡の観察によ
る）を有する支持膜を得た。
ア安定化ジルコニア粉末を重量比で1:1に混合し、混合
粉末100重量部に対して水50重量部、グリセリン50重量
部、水溶性アクリル樹脂３重量部加えてボールミルで混
合してスラリーを作った。このスラリーはスプレーを用
いて固体電解質表面に50〜100μｍの厚さに塗布した。
その後、室温で６時間、80℃の恒温槽で２時間乾燥して
から、50℃/hrで500℃まで昇温して仮焼し、さらに、10
0℃/hrで1400℃まで昇温して２時間焼結させた。それか
ら、100℃/hrで室温まで冷却して、平均孔径３μｍ、気
孔率30〜35％の連続気孔（走査型電子顕微鏡の観察によ
る）を有する支持膜を得た。
次いで、燃料極材料として平均粒径１μｍのNiO粉末
を用い、NiO粉末100重量部に対して水50重量部、グリセ
リン50重量部、水溶性アクリル樹脂３重量部加えてボー
ルミルで10時間混合してスラリーを作った。そして、雰
囲気を真空に引くことにより、連続気孔中の空気を追い
出してから、このスラリー中に上記の支持膜を浸漬し、
支持膜の連続気孔内にスラリーを含浸させた。スラリー
から取り出した支持膜を室温で６時間、50℃の乾燥炉で
２時間乾燥した後、50℃/hrで500℃まで昇温して仮焼
し、さらに、100℃/hrで1350℃まで昇温して２時間保持
することにより焼結した。それから100℃/hrで室温まで
冷却して支持膜の表面及び連続気孔内にNiOの薄膜を形
成した。次いで、還元雰囲気中で1000℃以上に加熱する
ことにより、NiOをNiに還元して導電性薄膜とした。
を用い、NiO粉末100重量部に対して水50重量部、グリセ
リン50重量部、水溶性アクリル樹脂３重量部加えてボー
ルミルで10時間混合してスラリーを作った。そして、雰
囲気を真空に引くことにより、連続気孔中の空気を追い
出してから、このスラリー中に上記の支持膜を浸漬し、
支持膜の連続気孔内にスラリーを含浸させた。スラリー
から取り出した支持膜を室温で６時間、50℃の乾燥炉で
２時間乾燥した後、50℃/hrで500℃まで昇温して仮焼
し、さらに、100℃/hrで1350℃まで昇温して２時間保持
することにより焼結した。それから100℃/hrで室温まで
冷却して支持膜の表面及び連続気孔内にNiOの薄膜を形
成した。次いで、還元雰囲気中で1000℃以上に加熱する
ことにより、NiOをNiに還元して導電性薄膜とした。
このようにして得た燃料極は、200℃/minの昇温速度
で1000℃に加熱し、２時間保持し、200℃/minの降温速
度で室温まで冷却する熱サイクルを３回繰り返して電極
表面を観察したところ、亀裂及び剥離は全く見られなか
った。
で1000℃に加熱し、２時間保持し、200℃/minの降温速
度で室温まで冷却する熱サイクルを３回繰り返して電極
表面を観察したところ、亀裂及び剥離は全く見られなか
った。
（実施例２） 実施例１において、支持膜形成物質と支持膜形成用ス
ラリー及び燃料極形成用スラリーの組成比を変更した点
を除き、同一条件で燃料極を製造した。
ラリー及び燃料極形成用スラリーの組成比を変更した点
を除き、同一条件で燃料極を製造した。
即ち、支持膜形成物質として固体電解質と同一物質で
あるイットリア安定化ジルコニア粉末を用い、支持膜形
成用スラリーの組成比を混合粉末100重量部に対して水7
0重量部、グリセリン３重量部及び水溶性アクリル樹脂
１重量部加えて調整し、また、燃料薄膜形成用スラリー
の組成比をNiO粉末100重量部に対して水70重量部、グリ
セリン３重量部及び水溶性アクリル樹脂１重量部加えて
調製した。
あるイットリア安定化ジルコニア粉末を用い、支持膜形
成用スラリーの組成比を混合粉末100重量部に対して水7
0重量部、グリセリン３重量部及び水溶性アクリル樹脂
１重量部加えて調整し、また、燃料薄膜形成用スラリー
の組成比をNiO粉末100重量部に対して水70重量部、グリ
セリン３重量部及び水溶性アクリル樹脂１重量部加えて
調製した。
得られた燃料極は、実施例１と同様に熱サイクルを繰
り返したが、電極表面に亀裂や剥離を見いだすことはで
きなかった。
り返したが、電極表面に亀裂や剥離を見いだすことはで
きなかった。
（発明の効果） 本発明は、上記の構成を採用することにより、気密性
の固体電解質表面に連続気孔を有する電極材料支持膜を
形成することができ、固体電解質と支持膜の熱膨張率の
近似性により、熱サイクルに対して安定な構造を確保
し、連続気孔内の電極材料薄膜による導電性を得ること
ができ、固体電解質型燃料電池の寿命を飛躍的に延ばす
ことができた。
の固体電解質表面に連続気孔を有する電極材料支持膜を
形成することができ、固体電解質と支持膜の熱膨張率の
近似性により、熱サイクルに対して安定な構造を確保
し、連続気孔内の電極材料薄膜による導電性を得ること
ができ、固体電解質型燃料電池の寿命を飛躍的に延ばす
ことができた。
第１図は本発明の製造方法で得た電極の断面模式図であ
る。
る。
Claims (1)
- 【請求項１】燃料電池の気密性固体電解質表面に熱変動
に強い電極を形成する電極の製造方法において、上記電
解質及び電極材料に対して不活性で、電解質と熱膨張率
の近い物質を用いて、連続気孔を有する電極材料支持膜
を形成し、電極材料粉末を含有するスラリーを該支持膜
に接触させて連続気孔内に含浸させ、該粉末を焼結する
ことにより支持膜表面及び連続気孔内に電極膜を形成す
ることを特徴とする電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63223454A JP2511121B2 (ja) | 1988-09-08 | 1988-09-08 | 燃料電池の電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63223454A JP2511121B2 (ja) | 1988-09-08 | 1988-09-08 | 燃料電池の電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0272558A JPH0272558A (ja) | 1990-03-12 |
| JP2511121B2 true JP2511121B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=16798403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63223454A Expired - Fee Related JP2511121B2 (ja) | 1988-09-08 | 1988-09-08 | 燃料電池の電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2511121B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2513920B2 (ja) * | 1990-09-26 | 1996-07-10 | 日本碍子株式会社 | 固体電解質燃料電池の燃料電極及びその製造方法 |
| JP5234698B2 (ja) * | 2004-03-29 | 2013-07-10 | ヘクシス アクチェンゲゼルシャフト | 高温度燃料電池のためのアノード材料 |
| JP5135841B2 (ja) * | 2006-03-23 | 2013-02-06 | 大日本印刷株式会社 | 固体酸化物形燃料電池の製造方法 |
-
1988
- 1988-09-08 JP JP63223454A patent/JP2511121B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0272558A (ja) | 1990-03-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |