JP2604437B2 - High-temperature fuel cell interelectrode assembly and high-temperature fuel cell cathode current collector - Google Patents

High-temperature fuel cell interelectrode assembly and high-temperature fuel cell cathode current collector

Info

Publication number
JP2604437B2
JP2604437B2 JP63228348A JP22834888A JP2604437B2 JP 2604437 B2 JP2604437 B2 JP 2604437B2 JP 63228348 A JP63228348 A JP 63228348A JP 22834888 A JP22834888 A JP 22834888A JP 2604437 B2 JP2604437 B2 JP 2604437B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide
fuel cell
lanthanum
temperature fuel
strontium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP63228348A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0250983A (en
Inventor
文也 石▲崎▼
利彦 ▲吉▼田
淳 角田
浩之 岩崎
司 島
功 向沢
智 桜田
Original Assignee
東燃株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東燃株式会社 filed Critical 東燃株式会社
Priority to JP63228348A priority Critical patent/JP2604437B2/en
Publication of JPH0250983A publication Critical patent/JPH0250983A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2604437B2 publication Critical patent/JP2604437B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高温燃料電池のカソードとアノードとの接合
体及びカソード集電体に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a joined body of a cathode and an anode of a high-temperature fuel cell and a cathode current collector.

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

高温型燃料電池には650℃で使用する溶融塩型と800〜
1000℃で使用する固体電解質型がある。固体電解質燃料
電池の基本構造は、第8図に示す如く、固体電解質(例
えば部分安定化ジルコニア)1を挾んでカソード(例え
ば、ペロブスカイト型LaSrMnO3)2及びアノード(例え
ばNiO/ZrO2)3を膜状に形成し、カソード2側に酸素又
は空気、アノード3側に燃料、例えば水素を供給するよ
うになっている。ジルコニア(ZrO2)は1000℃で0.5Ω
-1cm-1の電気伝導性を示し、これはイオン電導即ちO2-
の移動によるものであるが、ジルコニアは非常に脆いの
で、カルシウムやイットリウムで安定化してある。この
例のような電池の反応は カソード:4e-+O2→2O2- アノード:O2-+H2→H2O+2e- で表され、O2-はジルコニア中を輸送される。
For high-temperature fuel cells, the molten salt type used at 650 ° C and 800-
There is a solid electrolyte type used at 1000 ° C. As shown in FIG. 8, the basic structure of a solid oxide fuel cell is such that a cathode (for example, perovskite type LaSrMnO 3 ) 2 and an anode (for example, NiO / ZrO 2 ) 3 are sandwiched between a solid electrolyte (for example, partially stabilized zirconia) 1. It is formed in a film shape, and oxygen or air is supplied to the cathode 2 side, and fuel, for example, hydrogen is supplied to the anode 3 side. Zirconia (ZrO 2 ) is 0.5Ω at 1000 ° C
Exhibit an electrical conductivity of -1 cm -1 which is ionic conduction or O 2-
Although zirconia is very brittle, it is stabilized by calcium and yttrium. The reaction of a battery like this example is represented by cathode: 4e + O 2 → 2O 2− anode: O 2− + H 2 → H 2 O + 2e , and O 2− is transported through zirconia.

又、これは単位セルの構造であるが、単位セルを集積
して複数の単位セルを並列(又は直列)に接続するため
には、隣り合う単位セルの電極間を接合体(インターコ
ネクター)で接続する。そして、実際の燃料電池の構造
は単位セルの集積の仕方で決まり、これまでいくつかの
集積構造が提案され、実用化のための開発が進められて
いる。
Although this is a unit cell structure, in order to integrate unit cells and connect a plurality of unit cells in parallel (or in series), the electrodes of adjacent unit cells are connected by a joint (interconnector). Connecting. The actual structure of the fuel cell is determined by the manner in which the unit cells are integrated, and some integrated structures have been proposed so far, and development for practical use is in progress.

ところで、このような固定電解質燃料電池の接合体と
しては次のような条件を満たすことが好ましいとされて
いる。
By the way, it is considered that such a fixed electrolyte fuel cell assembly preferably satisfies the following conditions.

1)高温での酸化および還元雰囲気下で安定。1) Stable under high temperature oxidation and reduction atmosphere.

2)高温での、酸化および還元雰囲気で良好な導電体。2) Good conductors in oxidizing and reducing atmospheres at high temperatures.

3)酸化物イオン導電性固体例えば安定化ジルコニアの
熱膨張係数と近い熱膨張係数をもつ。
3) It has a thermal expansion coefficient close to that of an oxide ion conductive solid such as stabilized zirconia.

4)電極材の熱膨張係数と近い熱膨張係数をもつ。4) It has a thermal expansion coefficient close to that of the electrode material.

また、カソード集電体としては、次の条件が要求され
る。
The following conditions are required for the cathode current collector.

1)高温での強化雰囲気下で安定。1) Stable under reinforced atmosphere at high temperature.

2)高温での酸化雰囲気下で良好な導電体。2) Good conductor under high temperature oxidizing atmosphere.

3)酸化物イオン導電性固体例えば安定化ジルコニアの
熱膨張係数と近い熱膨張係数をもつ。
3) It has a thermal expansion coefficient close to that of an oxide ion conductive solid such as stabilized zirconia.

4)酸素電極材の熱膨張係数と近い熱膨張係数をもつ。4) It has a thermal expansion coefficient close to that of the oxygen electrode material.

従来、接合体、集電体としては金属又は導電性セラミ
ックスを用いている。しかしながら、金属製を600℃以
上で用いると表面酸化層が形成され、接触抵抗が著しく
増加して、電力の抵抗損失を大きくし、燃料電池特性を
悪化させる。また、導電性セラミックスとしては金属複
合酸化物、例えばLa1-xM1 xM2O3(M1はSr,Ca又はBa、M2
はCo,Fe,Mn,Ni又はCrである、O≦x≦1)で表される
ペロブスカイト型酸化物、特にLa1-xSrxCrO3が上記の要
件を満たすものとして提案されている。しかしながら、
このようなセラミックスは、導電性であるとはいえ抵抗
が無視できず、例えば米国ウエスチングハウス社が提案
しているペロブスカイト型酸化物をカソード材料として
用いる薄膜円筒型燃料電池セルではカソードの抵抗が全
電池抵抗の約65%を占め、燃料電池のエネルギー効率を
向上させる上で障害となる。
Conventionally, metal or conductive ceramics has been used as a joined body or a current collector. However, when metal is used at a temperature of 600 ° C. or higher, a surface oxide layer is formed, contact resistance is significantly increased, power resistance loss is increased, and fuel cell characteristics are deteriorated. Further, as the conductive ceramics, metal composite oxides such as La 1-x M 1 x M 2 O 3 (M 1 is Sr, Ca or Ba, M 2
Has been proposed as a perovskite-type oxide represented by O ≦ x ≦ 1), particularly La 1-x Sr x CrO 3, which is Co, Fe, Mn, Ni or Cr, satisfying the above requirements. However,
Although such ceramics are conductive, their resistance cannot be ignored.For example, in a thin-film cylindrical fuel cell using a perovskite-type oxide as a cathode material proposed by Westinghouse of the United States, the resistance of the cathode is low. It accounts for about 65% of the total cell resistance and is an obstacle to improving the energy efficiency of fuel cells.

一方、近年、より高性能な燃料電池の開発を目的とし
て新しい構造の電池が提案されている。その例を第6図
及び第7図に示す。第6図は部分安定化ジルコニアなど
の固体電解質でハニカム構造5を作り、ハニカム構造の
細孔(セル)の1つおきに燃料6と空気(酸素)7を向
流的に供給し、燃料6を供給する細孔内の壁面にアノー
ド、空気(酸素)7を供給する細孔内の壁面にカソード
を形成したものである。第7図は複数の固体電解質隔壁
11によって形成される層状空間12,13の1つおきに燃料1
4と空気(酸素)15を直角方向に供給し、隔壁11の燃料1
4側にアノード16、空気(酸素)側にカソード17を形成
したものである。これらの型の電池は単位体積あたりき
わめて高いエネルギー密度が期待でき、かつ、従来のセ
ラミックス技術が応用でき大量生産に向いていると考え
られる。しかし最大の問題は、第6図の構造では集電体
であり、第5図の構造では接合体である。
On the other hand, in recent years, a battery having a new structure has been proposed for the purpose of developing a higher performance fuel cell. Examples are shown in FIG. 6 and FIG. FIG. 6 shows that a honeycomb structure 5 is made of a solid electrolyte such as partially stabilized zirconia, and fuel 6 and air (oxygen) 7 are supplied countercurrently to every other pore (cell) of the honeycomb structure. The anode is formed on the wall surface in the pore supplying air, and the cathode is formed on the wall surface in the pore supplying air (oxygen) 7. FIG. 7 shows a plurality of solid electrolyte partitions
Fuel 1 in every other stratified space 12, 13 formed by 11
4 and air (oxygen) 15 are supplied at right angles to the fuel
An anode 16 is formed on the 4 side, and a cathode 17 is formed on the air (oxygen) side. These types of batteries can be expected to have an extremely high energy density per unit volume, and are suitable for mass production because conventional ceramics technology can be applied. However, the biggest problem is the current collector in the structure of FIG. 6 and the joined body in the structure of FIG.

本発明は、特に、このような集電体あるいは接合体を
提供することを目的としてなされたものである。
The present invention has been made particularly for the purpose of providing such a current collector or a joined body.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は上記課題を、クロム、コバルト、ニッケル、
鉄若しくはマンガン又はこれらの金属を含む合金の表面
に、(i)ランタン、(ii)酸化ランタン、(iii)ラ
ンタンと(ストロンチウム又はカルシウム)との組合
せ、(iv)酸化ランタンと(ストロンチウム又はカルシ
ウム)との組合せ、(v)ランタンと(酸化ストロンチ
ウム又は酸化カルシウム)との組合せ、及び(vi)酸化
ランタンと(酸化ストロンチウム又は酸化カルシウム)
との組合せ、からなる群のいずれかを被覆してなること
を特徴とする高温型燃料電池用の単位セルのカソードと
隣接する他の単位セルのアノードとの接合体、及び同様
の高温燃電池のカソード導電体を提供することによって
達成する。
The present invention solves the above problems, chromium, cobalt, nickel,
(I) lanthanum, (ii) lanthanum oxide, (iii) a combination of lanthanum and (strontium or calcium), (iv) lanthanum oxide and (strontium or calcium) on the surface of iron or manganese or an alloy containing these metals. (V) a combination of lanthanum and (strontium oxide or calcium oxide), and (vi) a lanthanum oxide and (strontium oxide or calcium oxide)
And a combination of a cathode of a unit cell for a high-temperature fuel cell and an anode of an adjacent unit cell, and a similar high-temperature fuel cell characterized by being coated with any one of the group consisting of: By providing a cathode conductor of

この被膜は、高温酸素雰囲気で基材中のクロム、コバ
ルト、ニッケル、鉄又はマンガンと反応して、La1-xM1 x
M2O3(M1はストロンチウム又はカルシウムからなるアル
カリ土類金属、M2はクロム、コバルト、ニッケル、鉄又
はマンガン、0≦x≦1である)ペロブスカイト型複合
酸化物を生成する。特に、このペロプスカイト型複合酸
化物は高温で、安定であると同時に、電気伝導にすぐれ
10〜1000Ω-1cm-1の値をもつ。このため、合金又は純金
属のみでは高温で酸化被膜をつくり表面が絶縁化される
のに対し、本発明による材料は複合酸化物被膜の生成の
ために表面電気伝導性にもすぐれ、接合体、集合体に最
適である。また、本体は耐熱性の合金又は純金属なの
で、その剛性、加工性及び電気伝導性のすべての点で優
れ、実用性を高めている。
This coating reacts with chromium, cobalt, nickel, iron or manganese in the substrate in a high-temperature oxygen atmosphere to produce La 1-x M 1 x
M 2 O 3 (M 1 is an alkaline earth metal composed of strontium or calcium, M 2 is chromium, cobalt, nickel, iron or manganese, and 0 ≦ x ≦ 1) forms a perovskite-type composite oxide. In particular, this perovskite-type composite oxide is stable at high temperatures and has excellent electrical conductivity.
It has a value of 10 to 1000 Ω -1 cm -1 . For this reason, while the alloy or pure metal alone forms an oxide film at a high temperature and insulates the surface, the material according to the present invention has excellent surface electrical conductivity due to the formation of a composite oxide film, and a bonded body, Ideal for aggregates. In addition, since the main body is a heat-resistant alloy or a pure metal, it is excellent in all of its rigidity, workability, and electric conductivity, thereby enhancing its practicality.

基材金属はクロム、コバルト、ニッケル、鉄若しくは
マンガンを含む合金又はクロム若しくはコバルトの純金
属であればよいが、合金ではクロム、コバルト、ニッケ
ル、鉄又はマンガンを9wt%以上含むいわゆる耐熱合金
が好ましい。例えば、Ni10.0,Cr20.0,W15.0,Fe1.5,Co残
り、あるいは後出実施例に示すような組成を有するもの
が有用である。
The base metal may be an alloy containing chromium, cobalt, nickel, iron or manganese or a pure metal of chromium or cobalt, but the alloy is preferably a so-called heat-resistant alloy containing 9 wt% or more of chromium, cobalt, nickel, iron or manganese. . For example, it is useful to use Ni10.0, Cr20.0, W15.0, Fe1.5, Co residue, or a composition having a composition as shown in Examples described later.

被膜中の酸化ランタンおよび酸化ストロンチウム又は
酸化カルシウムからなるアルカリ土類酸化物の組成比x/
(1−x)は特に限定されるものではないが、M1/La
(M1:アルカリ土類金属)はモル比で0〜0.7、特に0〜
0.5が好ましい。この範囲で電気伝導性と耐酸化性にす
ぐれるからである。
Composition ratio x / of alkaline earth oxide consisting of lanthanum oxide and strontium oxide or calcium oxide in the coating
While (1-x) is not particularly limited, M 1 / L a ratio (M 1: an alkaline earth metal) in a molar ratio of 0 to 0.7, particularly 0
0.5 is preferred. This is because the electric conductivity and the oxidation resistance are excellent in this range.

合金又は純金属上に被膜を形成する方法は、特に限定
されるものではなく、被覆法としては塗布法、溶射法、
スパッター法、蒸着法、プラズマCVD法、MBE法、MOCVD
法、CVD法、イオンプレーティング法、プラズマ溶射法
等あらゆる成膜技術が利用できるが特に緻密性と接着性
に優れる溶射法、スパッタ法、イオンプレーティング法
が好ましい。
The method of forming a film on an alloy or a pure metal is not particularly limited, and as a coating method, a coating method, a thermal spraying method,
Sputter method, evaporation method, plasma CVD method, MBE method, MOCVD
Any of the film forming techniques such as a CVD method, a CVD method, an ion plating method, and a plasma spraying method can be used, but a thermal spraying method, a sputtering method, and an ion plating method, which are excellent in denseness and adhesion, are particularly preferable.

被膜の厚さは0.1μm〜1μmの範囲内であることが
好ましい。0.1μmより薄すぎると表面保護の効果が十
分でなく、一方1μmより厚くなりすぎると導電性が低
下するからである。
The thickness of the coating is preferably in the range of 0.1 μm to 1 μm. If the thickness is smaller than 0.1 μm, the effect of protecting the surface is not sufficient, while if it is larger than 1 μm, the conductivity is reduced.

本発明の被膜がペロブスカイト型複合酸化物La1-xM1 x
M2O3になる条件はLaとM1との組成比、基材の組成(特に
M2)、被膜の膜厚、雰囲気などに依存するが、一般に、
1000℃、1時間程度の熱処理によって複合酸化物に変化
する。このような熱処理は本発明を実用に供する前に被
膜を所期の複合酸化物にするために特別に行ってもよ
く、あるいは本発明を実用に供した場合にその実用され
る高温条件によって行われてもよい。
The coating of the present invention is a perovskite-type composite oxide La 1-x M 1 x
The conditions for M 2 O 3 are as follows: the composition ratio of La and M 1 and the composition of the base material (especially
M 2 ), depends on the film thickness, atmosphere, etc., but in general,
Changes to a composite oxide by heat treatment at 1000 ° C for about 1 hour. Such a heat treatment may be performed specially in order to convert the coating into a desired composite oxide before putting the present invention into practical use, or when the present invention is put into practical use, depending on the practically used high-temperature conditions. May be.

また、本発明の被膜を熱処理して得られるLa1-xM1 xM2
O3ペロプスカイト型複合酸化物は、前記の如く高温で高
い導電性(100〜1000S cm-1)を示すと共に、その熱膨
張係数(9×10-6/℃)は基材のそれ(一般に16〜19×1
0-6/℃程度)とも近く、しかも熱処理の際基材中に含ま
れるクロム、コバルト、ニッケル、鉄又はマンガンと反
応して極めて緻密な被膜になるという特徴、利点を有す
る。また、この複合酸化物の熱膨張係数は固体電解質の
それ(10×10-6/℃)とも比較的近いもので固体電解質
燃料電池への本発明の応用をより適したものとする。
La 1-x M 1 x M 2 obtained by heat-treating the coating of the present invention.
The O 3 perovskite-type composite oxide exhibits high conductivity (100 to 1000 S cm −1 ) at a high temperature as described above, and its thermal expansion coefficient (9 × 10 −6 / ° C.) 16-19 × 1
(Approximately 0 −6 / ° C.), and has a feature and an advantage that it reacts with chromium, cobalt, nickel, iron or manganese contained in the base material during heat treatment to form an extremely dense film. Further, the thermal expansion coefficient of this composite oxide is relatively close to that of the solid electrolyte (10 × 10 −6 / ° C.), which makes the application of the present invention to a solid electrolyte fuel cell more suitable.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 コバルト基合金板(10mm×10mm×1mm、組成:W14.57
%、Co52.51%、Cr19.69%、Ni9.39%、C0.10%、Si0.4
8%、Mn1.51%)上に常法に従い、Rfスパッター法によ
って、La2O3-SrO(SrO/La2O2のモル比は2:1)混合物を
両面に約1mmの厚さに被着した。Rfスパッター法はマル
ゴンガス比2〜5ミリトール、電力100〜200Wで1時間
行った。この試料を空気中1000℃で24時間加熱した。
Example 1 Cobalt-based alloy plate (10 mm × 10 mm × 1 mm, composition: W14.57
%, Co 52.51%, Cr 19.69%, Ni 9.39%, C 0.10%, Si 0.4
8%, Mn1.51%) La 2 O 3 -SrO (Mole ratio of SrO / La 2 O 2 is 2: 1) mixture by Rf sputtering method on the both sides to a thickness of about 1 mm Attached. The Rf sputtering method was performed for 1 hour at a Margon gas ratio of 2 to 5 mTorr and a power of 100 to 200 W. This sample was heated in air at 1000 ° C. for 24 hours.

加熱後室温まで徐冷し方面の反応生成物をX線回折装
置によって同定した結果、La1-xSrxCrO3(X=0.1〜0.
5)であることが認められた。(M2が、Crとなり、Coが
確認されなかったのは、Crの反応性がCoよりも高い為と
思われる) 第1図に上記試料を1000℃空気中で加熱したときの時
間に対する重量変化および表面抵抗変化を示した。表面
抵抗は常法に従い4探針法により測定した。比較のため
に表面にLa2O3-SrO薄膜をつけない同種の合金の重量変
化をも示した。
After heating, the reaction product was gradually cooled to room temperature, and the reaction product in the area was identified by an X-ray diffractometer. As a result, La 1-x Sr x CrO 3 (X = 0.1 to 0.
5). Weight to (M 2 is, Cr is established, and Co is not confirmed, the reactivity of Cr is thought to be because higher than Co) time when the sample was heated at 1000 ° C. in air in Figure 1 Change and surface resistance change. The surface resistance was measured by a four-probe method according to a conventional method. For comparison, the weight change of the same alloy without the La 2 O 3 -SrO thin film on the surface is also shown.

合金のみの場合には、約100時間加熱で重量増が最大
となりその後は減少した。この重量減少は合金表面に生
成した酸化物、主に酸化クロム、および酸化コバルトの
剥離によるものである。なお合金のみの試料の表面抵抗
は1000℃で24時間加熱することにより絶縁体に近い値を
示したが、これは表面で酸化クロム、および酸化コバル
トが形成されたためである。なお1000℃還元雰囲気下
(水素10%、アルゴン90%)ではこのコバルト基合金は
表面の変化および抵抗の増大は認められなかった。
In the case of the alloy alone, the increase in weight became maximum after heating for about 100 hours, and then decreased. This weight loss is due to the exfoliation of oxides formed on the alloy surface, mainly chromium oxide and cobalt oxide. The surface resistance of the sample containing only the alloy showed a value close to that of an insulator when heated at 1000 ° C. for 24 hours, because chromium oxide and cobalt oxide were formed on the surface. Under a reducing atmosphere at 1000 ° C. (hydrogen 10%, argon 90%), no change in the surface and an increase in the resistance of this cobalt-based alloy were observed.

実施例2〜5 実施例2と同様にして、表1に示す組成(重量%)を
有する各合金板上にRfスパッター法でLa2O3-SrCO3(La2
O3/SrCO3モル比3:1)混合物を両面に約1μmの厚さに
被着し、空気中1000℃で24時間加熱した。
Examples 2 to 5 In the same manner as in Example 2, La 2 O 3 -SrCO 3 (La 2 ) was deposited on each alloy plate having the composition (% by weight) shown in Table 1 by Rf sputtering.
The O 3 / SrCO 3 molar ratio 3: 1) mixture was deposited on both sides to a thickness of about 1 μm and heated in air at 1000 ° C. for 24 hours.

合金表面の反応生成物をX線回折分析した結果、それ
ぞれ表2に示すものが生成していることが確認された。
As a result of X-ray diffraction analysis of the reaction product on the alloy surface, it was confirmed that the products shown in Table 2 were formed.

La2O3-SrCO3被着後の試料を空気中1000℃で加熱した
ときの重量変化を第2図に示す。比較のために表面にLa
2O3-SrCO3を被着しない合金の同様な加熱による重量変
化を第3図に示す。
FIG. 2 shows the weight change when the sample after La 2 O 3 —SrCO 3 deposition was heated at 1000 ° C. in air. La on the surface for comparison
FIG. 3 shows a change in weight of the alloy not coated with 2 O 3 -SrCO 3 due to similar heating.

また、上記加熱後の被覆合金及び裸の合金の表面の電
気抵抗を表2に示す。
Table 2 shows the electric resistance of the surface of the coated alloy and the bare alloy after the heating.

実施例6 実施例1と同様にして、コバルト純金属板(10mm×10
mm×1mm)の両面にRfスパッタ法で金属ランタンを厚さ
2〜3μmにスパッタ成膜した。それから、空気中1000
℃で5時間熱処理した。
Example 6 In the same manner as in Example 1, a cobalt pure metal plate (10 mm × 10
(mm × 1 mm), metallic lanthanum was sputtered to a thickness of 2 to 3 μm on both surfaces by Rf sputtering. Then 1000 in the air
Heat treated at 5 ° C. for 5 hours.

加熱後室温まで徐冷し表面の反応生成物をX線回折法
で分析したところ、LaCoO3であることが確認された。
After heating, the mixture was gradually cooled to room temperature, and the reaction product on the surface was analyzed by an X-ray diffraction method. As a result, it was confirmed to be LaCoO 3 .

この試料を空気中1000℃で5時間加熱したとき、36S
cm-1の電気伝導度を示し、非常に良好な結果を示した。
そして、168時間後も経時変化は見られず、降温後も被
膜の剥離は見られなかった。
When this sample was heated in air at 1000 ° C for 5 hours, 36S
It showed an electrical conductivity of cm -1 and showed very good results.
No change over time was observed after 168 hours, and no peeling of the film was observed even after the temperature was lowered.

第4図にこのようにして調べた被覆物の空気伝導度を
測定温度に関して示す。
FIG. 4 shows the air conductivity of the coatings examined in this way with respect to the measured temperature.

第5図に本発明を応用した固体電解質型燃料電池の積
層構造を展開図として示す。同図中、21は固体電解質
(例、Ca安定化ジルコニア)のシートで上面にアノード
(例、La0.9Sr0.1MnO3)22、下面にカソード(例、NiO/
ZrO2サーメット)23が形成されている。24が接合体で本
発明の材料(例、上記実施例のコバルト基合金上にLa2O
3-SrO被膜)で作られている。25は24と同じく耐熱部品
であるが、外部出力端子として使われる。第5図に見ら
れる通り、接合体24はそれに形成された溝によって空気
26及び燃料(例、水素)27の流路を構成しかつ空気26と
燃料27を分離するセパレータであると共に、隣接する単
位セルのカソード23とアノード22とを電気的に接続する
役割をも担うものである。外部出力端子25は集積された
単位セルの両端部において空気26と燃料29の流路を形成
すると共にカソード23又はアノード22との電気的接続を
行う部材でもあり、これも本発明の耐熱部品で構成す
る。また、第5図は2つの単位セルを集積した燃料電池
を示したが、3つ以上の単位セルを集積することも可能
で、その場合には各単位セル間に接合体24を挿入する。
FIG. 5 is a developed view showing a stacked structure of a solid oxide fuel cell to which the present invention is applied. In the figure, 21 is a sheet of a solid electrolyte (eg, Ca stabilized zirconia), an anode (eg, La 0.9 Sr 0.1 MnO 3 ) 22 on the upper surface, and a cathode (eg, NiO /
ZrO 2 cermet) 23 is formed. 24 is a joined body, and the material of the present invention (eg, La 2 O
3- SrO coating). 25 is a heat-resistant component like 24, but is used as an external output terminal. As can be seen in FIG. 5, the joint 24 has air
A separator that constitutes a flow path for the fuel cell 26 and the fuel (eg, hydrogen) 27 and separates the air 26 and the fuel 27, and also has a role of electrically connecting the cathode 23 and the anode 22 of the adjacent unit cell. Things. The external output terminal 25 is also a member that forms a flow path for the air 26 and the fuel 29 at both ends of the integrated unit cell and also performs an electrical connection with the cathode 23 or the anode 22, which is also a heat-resistant component of the present invention. Configure. FIG. 5 shows a fuel cell in which two unit cells are integrated, but it is also possible to integrate three or more unit cells. In this case, a joined body 24 is inserted between each unit cell.

このような燃料電池を1000℃の高温下で空気と燃料
(水素)を供給して使用すると、接合体24及び外部出力
端子25の耐熱部品の被膜(La2O3-SrO)は使用後直ちに
複合酸化物(La1-xSrxCrO3)になり、抵抗が低下し、以
後長時間安定して電力を発生する。
When such a fuel cell is used by supplying air and fuel (hydrogen) at a high temperature of 1000 ° C., the coating (La 2 O 3 —SrO) of the heat-resistant parts of the joined body 24 and the external output terminal 25 is immediately formed after use. It becomes a composite oxide (La 1-x Sr x CrO 3 ), the resistance is reduced, and power is generated stably for a long time thereafter.

また、本発明の材料は第6図および第7図の燃料電池
の集電体及び接合体としてもきわめて有用である。
Further, the material of the present invention is extremely useful as a current collector and a joined body of the fuel cell shown in FIGS. 6 and 7.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、高温で酸化性及び還元性雰囲気に耐
える良導電性被覆を施した耐熱良導電性金属からなる固
体電解質型燃料電池用の集電体及び接合体が提供され
る。これらは、例えば、1000℃以上の高温で酸化還元性
雰囲気に耐えかつ10〜1000S cm-1の電気伝導度を有する
保護被膜を有する良導電体基材からなることができる。
According to the present invention, there is provided a current collector and a joined body for a solid oxide fuel cell made of a heat-resistant and good-conductive metal provided with a good conductive coating that withstands an oxidizing and reducing atmosphere at a high temperature. These can be made of, for example, a good conductor substrate having a protective coating that withstands an oxidation-reduction atmosphere at a high temperature of 1000 ° C. or higher and has an electric conductivity of 10 to 1000 S cm −1 .

この耐酸化性還元性金属導電体からなる固体電解質型
燃料電池用の集電体及び接合体を用いることにより従来
の高温固体電解質燃料電池に較べて格段にすぐれた性能
が期待できる一体型構造の高温固体電解質燃料電池の作
成が可能となる。
By using a current collector and a joint for a solid oxide fuel cell composed of this oxidation-resistant and reducing metal conductor, an integrated structure that can be expected to have much better performance than a conventional high-temperature solid electrolyte fuel cell A high-temperature solid electrolyte fuel cell can be produced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は実施例の被膜物の1000℃空気中での重量変化及
び抵抗変化を表すグラフ図、第2図及び第3図は実施例
の被覆物及び未被覆合金の1000℃空気中の重量変化を示
すグラフ図、第4図は実施例の被覆物の電気伝導度の温
度変化を示すグラフ図、第5図は本発明高温型燃料電池
の接合体を用いた高温固体電解質燃料電池の構造模式展
開図、第6図及び第7図は高温固体電解質燃料電池の模
式図、第8図は固体電解質燃料電池の基本構造を示す模
式図である。 1……固体電解質、2……カソード、 3……アノード、6……燃料、 7……空気、11……固体電解質、 14……燃料、15……空気、 16……アノード、17……カソード、 21……固体電解質、22……アノード、 23……カソード、24……接合体、 25……外部出力端子、26……空気、 27……燃料。
FIG. 1 is a graph showing the weight change and the resistance change of the coated material of the example in air at 1000 ° C., and FIGS. 2 and 3 are the weights of the coated material and the uncoated alloy of the example in air at 1000 ° C. FIG. 4 is a graph showing a change in the electric conductivity of the coating of the embodiment, and FIG. 5 is a diagram showing a structure of a high-temperature solid electrolyte fuel cell using the joined body of the high-temperature fuel cell of the present invention. 6 and 7 are schematic views of a high-temperature solid electrolyte fuel cell, and FIG. 8 is a schematic view showing a basic structure of the solid electrolyte fuel cell. 1 ... solid electrolyte, 2 ... cathode, 3 ... anode, 6 ... fuel, 7 ... air, 11 ... solid electrolyte, 14 ... fuel, 15 ... air, 16 ... anode, 17 ... Cathode, 21: Solid electrolyte, 22: Anode, 23: Cathode, 24: Joint, 25: External output terminal, 26: Air, 27: Fuel.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01M 8/02 H01M 8/02 Y 8/12 8/12 (72)発明者 角田 淳 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東亜燃料工業株式会社総合研究所 内 (72)発明者 岩崎 浩之 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東亜燃料工業株式会社総合研究所 内 (72)発明者 島 司 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東亜燃料工業株式会社総合研究所 内 (72)発明者 向沢 功 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東亜燃料工業株式会社総合研究所 内 (72)発明者 桜田 智 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東亜燃料工業株式会社総合研究所 内 (56)参考文献 特開 昭64−27116(JP,A) 特開 昭63−245829(JP,A) 特開 昭63−270450(JP,A) 特開 昭58−161777(JP,A) 特開 昭61−259462(JP,A) 特開 平1−258364(JP,A)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical display location H01M 8/02 H01M 8/02 Y 8/12 8/12 (72) Inventor Atsushi Tsunoda Iruma, Saitama 1-3-1, Nishi-Tsurugaoka, Oi-machi, Gunma Within Toa Fuel Industry Co., Ltd. (72) Inventor Hiroyuki Iwasaki 1-3-1, Nishi-Tsurugaoka, Oi-machi, Irima County, Saitama Prefecture Toa Fuel Industry Co., Ltd. (72) Inventor Tsukasa Shima 1-3-1, Nishitsurugaoka, Oi-machi, Iruma-gun, Saitama Prefecture Inside the Toa Fuel Industry Co., Ltd. (72) Isao Mukaizawa 1-3-3 Nishi-Tsurugaoka, Oi-machi, Iruma-gun, Saitama No. 1 Toa Fuel Industry Co., Ltd. (72) Inventor Satoshi Sakurada 1-3-1 Nishitsurugaoka, Oi-machi, Iruma-gun, Saitama Prefecture No. 1 Toa Fuel Industry Co., Ltd. (56 References JP-A-64-27116 (JP, A) JP-A-63-245829 (JP, A) JP-A-63-270450 (JP, A) JP-A-58-161777 (JP, A) 61-259462 (JP, A) JP-A-1-258364 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】クロム、コバルト、ニッケル、鉄若しくは
マンガン又はこれらの金属を含む合金の表面に、(i)
ランタン、(ii)酸化ランタン、(iii)ランタンとス
トロンチウム又はカルシウムとの組合せ、(iv)酸化ラ
ンタンとストロンチウム又はカルシウムとの組合せ、
(v)ランタンと酸化ストロンチウム又は酸化カルシウ
ムとの組合せ、及び(vi)酸化ランタンと酸化ストロン
チウム又は酸化カルシウムとの組合せ、からなる群のい
ずれかを被覆してなることを特徴とする高温型燃料電池
用の単位セルのカソードと隣接する他の単位セルのアノ
ードとの接合体。
1. The surface of chromium, cobalt, nickel, iron or manganese or an alloy containing these metals, (i)
Lanthanum, (ii) lanthanum oxide, (iii) a combination of lanthanum and strontium or calcium, (iv) a combination of lanthanum oxide and strontium or calcium,
A high-temperature fuel cell coated with any one of the group consisting of (v) a combination of lanthanum and strontium oxide or calcium oxide; and (vi) a combination of lanthanum oxide and strontium oxide or calcium oxide. Of a cathode of a unit cell for use with an anode of another adjacent unit cell.
【請求項2】クロム、コバルト、ニッケル、鉄若しくは
マンガン又はこれらの金属を含む合金の表面に、(i)
ランタン、(ii)酸化ランタン、(iii)ランタンとス
トロンチウム又はカルシウムとの組合せ、(iv)酸化ラ
ンタンとストロンチウム又はカルシウムとの組合せ、
(v)ランタンと酸化ストロンチウム又は酸化カルシウ
ムとの組合せ、及び(vi)酸化ランタンと酸化ストロン
チウム又は酸化カルシウムとの組合せ、からなる群のい
ずれかを被覆してなることを特徴とする高温型燃料電池
のカソード集電体。
2. The method according to claim 1, wherein the surface of chromium, cobalt, nickel, iron or manganese or an alloy containing these metals comprises (i)
Lanthanum, (ii) lanthanum oxide, (iii) a combination of lanthanum and strontium or calcium, (iv) a combination of lanthanum oxide and strontium or calcium,
A high-temperature fuel cell coated with any one of the group consisting of (v) a combination of lanthanum and strontium oxide or calcium oxide; and (vi) a combination of lanthanum oxide and strontium oxide or calcium oxide. Cathode current collector.
JP63228348A 1987-10-15 1988-09-14 High-temperature fuel cell interelectrode assembly and high-temperature fuel cell cathode current collector Expired - Fee Related JP2604437B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63228348A JP2604437B2 (en) 1987-10-15 1988-09-14 High-temperature fuel cell interelectrode assembly and high-temperature fuel cell cathode current collector

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25832087 1987-10-15
JP62-258320 1987-10-15
JP63-123958 1988-05-23
JP12395888 1988-05-23
JP63228348A JP2604437B2 (en) 1987-10-15 1988-09-14 High-temperature fuel cell interelectrode assembly and high-temperature fuel cell cathode current collector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0250983A JPH0250983A (en) 1990-02-20
JP2604437B2 true JP2604437B2 (en) 1997-04-30

Family

ID=27314836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63228348A Expired - Fee Related JP2604437B2 (en) 1987-10-15 1988-09-14 High-temperature fuel cell interelectrode assembly and high-temperature fuel cell cathode current collector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2604437B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6117560A (en) * 1996-12-12 2000-09-12 United Technologies Corporation Thermal barrier coating systems and materials
KR101250692B1 (en) * 2004-06-15 2013-04-03 퓨얼 셀 에너지, 인크 Cathode side hardware for carbonate fuel cells
EP1850412A1 (en) * 2006-04-26 2007-10-31 Technical University of Denmark A multi-layer coating
JP5288099B2 (en) * 2008-03-06 2013-09-11 日産自動車株式会社 Metal member for solid oxide fuel cell
FR2996065B1 (en) * 2012-09-26 2017-02-24 Commissariat Energie Atomique COMPONENT COMPRISING AN EHT ELECTROLYSER INTERCONNECTOR OR SOFC FUEL CELL AND METHODS OF MAKING SAME
JP7136185B2 (en) * 2018-03-06 2022-09-13 住友電気工業株式会社 cell structure

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58161777A (en) * 1982-03-19 1983-09-26 Toshiba Corp Heat-resistant structure
JPH0778000B2 (en) * 1987-03-31 1995-08-23 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing oxide superconducting thin film
JPH0733567B2 (en) * 1987-04-24 1995-04-12 松下電器産業株式会社 Method for manufacturing thick film oxide superconductor
JPS6427116A (en) * 1987-07-22 1989-01-30 Toshiba Corp Superconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0250983A (en) 1990-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7632602B2 (en) Thin film buried anode battery
US4950562A (en) Solid electrolyte type fuel cells
US6326096B1 (en) Solid oxide fuel cell interconnector
EP0815607B1 (en) Fuel cell interconnect device
RU2404488C2 (en) Multilayer coating
JP2010113955A (en) Interconnector for solid oxide fuel cell, manufacturing method thereof, and solid oxide fuel cell
JP2009542899A (en) Method for producing a conductive layer
AU751725B2 (en) Perowskite for a coating of interconnectors
Linderoth Controlled reactions between chromia and coating on alloy surface
JP2604437B2 (en) High-temperature fuel cell interelectrode assembly and high-temperature fuel cell cathode current collector
JP3057342B2 (en) Solid electrolyte fuel cell
KR20100062456A (en) Dense complex oxides films comprising conductive oxides and non-conductive oxides, method for preparing the same, and metallic interconnector using the same
JP4352447B2 (en) Solid oxide fuel cell separator with excellent conductivity
JP2661692B2 (en) Electrode assembly for high temperature fuel cells
US8226858B2 (en) Interconnect material for solid oxide fuel cell and process for the preparation thereof
JPH07201340A (en) Solid electrolyte fuel cell
WO2003043108A1 (en) Buried anode lithium thin film battery and process for forming the same
AU704511B2 (en) Fuel cell interconnect device
JPS6358766A (en) Oxygen electrode structure for high temperature solid electrolyte fuel cell
JPH06219834A (en) Sintered compact with electric conductivity at high temperature and its production
JPH05251092A (en) Solid electrolyte type fuel cell
JPH0681062A (en) Sintered compact with high-temperature electric conductivity and its production
JPH05275089A (en) Separator of flat plate solid electrolyte type fuel cell
JPS60207252A (en) Method of fusing electrode for molten carbonate fuel cell
JPH05326000A (en) Solid electrolyte fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees