JP2790653B2 - 導電性中間接続材及びこれを有する燃料電池 - Google Patents
導電性中間接続材及びこれを有する燃料電池Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/42—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on chromites
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- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/08—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances oxides
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は導電性中間接続材及びこれを有する燃料電池
に関するものである。
に関するものである。
（従来の技術） 最近、燃料電池、特に固体電解質型燃料電池が、発電
装置として注目されている。これは、発電効率が高く、
燃料の多様化が可能で（ナフサ、天然ガス、メタノー
ル、石炭改質ガス、重油等）、低公害で、しかも発電効
率が設備規模によって影響されず、極めて有望な技術で
ある。
装置として注目されている。これは、発電効率が高く、
燃料の多様化が可能で（ナフサ、天然ガス、メタノー
ル、石炭改質ガス、重油等）、低公害で、しかも発電効
率が設備規模によって影響されず、極めて有望な技術で
ある。
ことに、固体電解質型燃料電池（SOFC）は、エネルギ
ー変換効率が著しく高い等の長所を有している。こうし
たSOFCにおいては、燃料電池素子を多数個直列に接続す
るため、前段の素子の空気電極と次段の素子の燃料電極
を接続子（インターコネクター）によって連結する。こ
のインターコネクターは、発電に直接寄与しないので、
できる限り低抵抗とするのが望ましい。例えば1000℃に
おける電気伝導度が約1S・cm-1以上であり、SOFCの通常
の動作温度である1000℃における電子導電率が99％〜10
0％近くでなければならない。一方、インターコネクタ
ーの一方の面は酸化雰囲気に、他方の面は還元雰囲気に
さらされる。したがって、化学的に安定した材料であ
り、燃料の漏れのないよう緻密質であることが求められ
る。更に、材料コストが適当であり、燃料雰囲気下及び
酸化剤雰囲気下において組成がほとんど変化せず、1000
℃において他の燃料構成部材と反応せず、イオン伝導率
が無視できる程度であり、25℃〜1200℃の範囲で破壊的
な相変換を起こさず、動作温度での酸化物成分の揮発率
が低く、また固体電解質、支持部材等の熱膨張係数に近
似した熱膨張係数を持っている必要がある。
ー変換効率が著しく高い等の長所を有している。こうし
たSOFCにおいては、燃料電池素子を多数個直列に接続す
るため、前段の素子の空気電極と次段の素子の燃料電極
を接続子（インターコネクター）によって連結する。こ
のインターコネクターは、発電に直接寄与しないので、
できる限り低抵抗とするのが望ましい。例えば1000℃に
おける電気伝導度が約1S・cm-1以上であり、SOFCの通常
の動作温度である1000℃における電子導電率が99％〜10
0％近くでなければならない。一方、インターコネクタ
ーの一方の面は酸化雰囲気に、他方の面は還元雰囲気に
さらされる。したがって、化学的に安定した材料であ
り、燃料の漏れのないよう緻密質であることが求められ
る。更に、材料コストが適当であり、燃料雰囲気下及び
酸化剤雰囲気下において組成がほとんど変化せず、1000
℃において他の燃料構成部材と反応せず、イオン伝導率
が無視できる程度であり、25℃〜1200℃の範囲で破壊的
な相変換を起こさず、動作温度での酸化物成分の揮発率
が低く、また固体電解質、支持部材等の熱膨張係数に近
似した熱膨張係数を持っている必要がある。
（発明が解決しようとする課題） インターコネクターとしては、LaCrO3,La1-xCaxCrO3,
La1-xSrxCrO3,LaCr1-xMgxO3等が使用されている。しか
し、ドープしない亜クロム酸ランタンは、導電性が下方
の限界値に近く、燃料電池の他の構成部材の熱膨張係数
と合致しない熱膨張係数を持ち、275℃近傍で斜方晶体
（orthorohmbic）構造から菱面体（rhombohedral）構造
に相変換する等の理由から、必ずしも有用性の高いもの
ではない。たとえばLaCr0.97Mg0.03O3を使用すれば良好
な導電率が得られるけれどもこの種の物質は、たとえば
（ZrO2）0.85（CaO）0.15のようなカルシアで安定化し
たジルコニア、又は1000℃におけるイオン導電率が高い
（ZrO2）0.9（Y2O3）0.1のような固体電解質よりも、25
℃〜1000℃における熱膨張係数がかなり低い。
La1-xSrxCrO3,LaCr1-xMgxO3等が使用されている。しか
し、ドープしない亜クロム酸ランタンは、導電性が下方
の限界値に近く、燃料電池の他の構成部材の熱膨張係数
と合致しない熱膨張係数を持ち、275℃近傍で斜方晶体
（orthorohmbic）構造から菱面体（rhombohedral）構造
に相変換する等の理由から、必ずしも有用性の高いもの
ではない。たとえばLaCr0.97Mg0.03O3を使用すれば良好
な導電率が得られるけれどもこの種の物質は、たとえば
（ZrO2）0.85（CaO）0.15のようなカルシアで安定化し
たジルコニア、又は1000℃におけるイオン導電率が高い
（ZrO2）0.9（Y2O3）0.1のような固体電解質よりも、25
℃〜1000℃における熱膨張係数がかなり低い。
例えばLa0.84Sr0.16CrO3は、良好な導電率を持つけれ
ども、高温燃料電池に利用した場合に必要な高い動作温
度下で燃料雰囲気にさらされた場合の酸素イオン空位率
が相当大きくなる。LaCr0.72Mg0.03Al0.25O3は、アルミ
ニウム・イオンが比較的高い濃度で存在するために、導
電率が低い。
ども、高温燃料電池に利用した場合に必要な高い動作温
度下で燃料雰囲気にさらされた場合の酸素イオン空位率
が相当大きくなる。LaCr0.72Mg0.03Al0.25O3は、アルミ
ニウム・イオンが比較的高い濃度で存在するために、導
電率が低い。
このように、できる限り電気伝導度を高くしつつ、熱
膨張係数が固体電解質と整合しているインターコネクタ
ーが要望されている。また、インターコネクターはSOFC
の構造上緻密性が要求されるが、例えば粉末焼結の場合
ドープされないLaCaO3は1600℃の焼結でも緻密質は得難
い。それ故に、低温で焼結性の良い材料の出現が望まれ
ている。しかも、構造材料としても、より高強度のイン
ターコネクターを開発して、燃料電池の耐久性を高め、
製造時の歩留りを更に高めることも要望されている。
膨張係数が固体電解質と整合しているインターコネクタ
ーが要望されている。また、インターコネクターはSOFC
の構造上緻密性が要求されるが、例えば粉末焼結の場合
ドープされないLaCaO3は1600℃の焼結でも緻密質は得難
い。それ故に、低温で焼結性の良い材料の出現が望まれ
ている。しかも、構造材料としても、より高強度のイン
ターコネクターを開発して、燃料電池の耐久性を高め、
製造時の歩留りを更に高めることも要望されている。
（課題を解決するための手段） 本発明は、組成物LaCrO3100重量部に対し、Si,Fe,Al,
Cu,CrおよびMnからなる群より選ばれた一種以上の金属
の酸化物を合計量で2.0重量部以下含有させ、焼成して
なるセラミックス素材からなることを特徴とする、導電
性中間接続材に係るものである。
Cu,CrおよびMnからなる群より選ばれた一種以上の金属
の酸化物を合計量で2.0重量部以下含有させ、焼成して
なるセラミックス素材からなることを特徴とする、導電
性中間接続材に係るものである。
また、本発明は、LaCr1-xAxO3（ただし、ＡはNiおよ
びFeからなる群より選ばれた一種以上の金属であり、０
＜×≦0.3）の組成を有するセラミックス素材からなる
ことを特徴とする、導電性中間接続材に係るものであ
る。
びFeからなる群より選ばれた一種以上の金属であり、０
＜×≦0.3）の組成を有するセラミックス素材からなる
ことを特徴とする、導電性中間接続材に係るものであ
る。
更に、本発明は、LaCr1-xAxO3（ただし、ＡはNiおよ
びFeからなる群より選ばれた一種以上の金属であり、０
＜×≦0.3）の組成を有する合成物100重量部に対し、S
i,Ti,Fe,Al,Ni,CrおよびMnからなる群より選ばれた一種
以上の金属の酸化物を合計量で2.0重量部以下含有さ
せ、焼成してなるセラミックス素材からなることを特徴
とする、導電性中間接続材に係るものである。
びFeからなる群より選ばれた一種以上の金属であり、０
＜×≦0.3）の組成を有する合成物100重量部に対し、S
i,Ti,Fe,Al,Ni,CrおよびMnからなる群より選ばれた一種
以上の金属の酸化物を合計量で2.0重量部以下含有さ
せ、焼成してなるセラミックス素材からなることを特徴
とする、導電性中間接続材に係るものである。
また、本発明は、前述の導電性中間接続材をインター
コネクターとして有することを特徴とする、固体電解質
型燃料電池に係るものである。
コネクターとして有することを特徴とする、固体電解質
型燃料電池に係るものである。
なお、上記において、「金属の酸化物」としては、S
i,Feの酸化物が更に好ましい。「金属の酸化物」の含有
量は、合計量で0.1〜1.0重量部とすると更に好ましい。
i,Feの酸化物が更に好ましい。「金属の酸化物」の含有
量は、合計量で0.1〜1.0重量部とすると更に好ましい。
Ｘの範囲としては、0.05≦×≦0.2とするとさらに好
ましい。
ましい。
（作用） 本発明においては、LaCrO3に対し、特定の金属の酸化
物を特定の割合で含有させた点に特徴がある。すなわ
ち、本発明者は燃料電池の材質に関し研究を進めた結
果、実験の積み重ねにより、上記特定の金属酸化物の添
加によりSOFC用インターコネクター等の導電性中間接続
材を緻密にし、機械的強度及び電気伝導度を飛躍的に高
めることに成功した。しかも、この添加量を2.0重量部
以下に特定することで、、熱膨張係数も許容範囲にとど
めることができた。更に、添加量が2.0重量部を越える
と、電気伝導度、機械的強度が低下したのである。
物を特定の割合で含有させた点に特徴がある。すなわ
ち、本発明者は燃料電池の材質に関し研究を進めた結
果、実験の積み重ねにより、上記特定の金属酸化物の添
加によりSOFC用インターコネクター等の導電性中間接続
材を緻密にし、機械的強度及び電気伝導度を飛躍的に高
めることに成功した。しかも、この添加量を2.0重量部
以下に特定することで、、熱膨張係数も許容範囲にとど
めることができた。更に、添加量が2.0重量部を越える
と、電気伝導度、機械的強度が低下したのである。
また、LaCrO3のCrを上記特定の金属でかつ上記特定の
割合で置換することも、同様の作用を有していた。即
ち、かかる材質を使用することで、導電性中間接続材は
緻密となり、機械的強度、電気伝導度が飛躍的に高まっ
たのである。しかも、上記において、Ｘ≦0.3とするこ
とも極めて重要であり、Ｘ＞0.3とすると組成物のCr位
置へのドーピングは困難でペロブスカイト相一相となら
ず、熱膨張係数が許容範囲から外れるうえ、機械的強
度、電気伝導度も却って低下した。緻密化の原因は、材
料自体または材料の一部が低融点化し、焼結が進行した
ためと考えられる。また、高強度化の原因のひとつは、
気孔率が下がったことであるが、それ以外にも材料的及
び微構造的な変化が強度向上に寄与していると考えられ
る。
割合で置換することも、同様の作用を有していた。即
ち、かかる材質を使用することで、導電性中間接続材は
緻密となり、機械的強度、電気伝導度が飛躍的に高まっ
たのである。しかも、上記において、Ｘ≦0.3とするこ
とも極めて重要であり、Ｘ＞0.3とすると組成物のCr位
置へのドーピングは困難でペロブスカイト相一相となら
ず、熱膨張係数が許容範囲から外れるうえ、機械的強
度、電気伝導度も却って低下した。緻密化の原因は、材
料自体または材料の一部が低融点化し、焼結が進行した
ためと考えられる。また、高強度化の原因のひとつは、
気孔率が下がったことであるが、それ以外にも材料的及
び微構造的な変化が強度向上に寄与していると考えられ
る。
そして、これらの特定の導電性中間接続材を燃料電池
のインターコネクターとして採用することで、燃料電池
を接続して燃料電池発電機を製造した場合に、緻密化に
よって空気または燃料の漏れを小さくし、接続部分の消
費電力を一層低減できると共に、接続部分の強度が増
し、また燃料電池製造プロセスにおいて歩留まりも向上
する。
のインターコネクターとして採用することで、燃料電池
を接続して燃料電池発電機を製造した場合に、緻密化に
よって空気または燃料の漏れを小さくし、接続部分の消
費電力を一層低減できると共に、接続部分の強度が増
し、また燃料電池製造プロセスにおいて歩留まりも向上
する。
（実施例） 最初に燃料電池について説明する。
燃料電池は、燃料が有する化学エネルギーを直接電気
エネルギーに変換できる装置でカルノ−サイクルの制約
を受けないため、本質的に高いエネルギー変換効率を有
し、環境保全性も良好であるなどの特徴を持っている。
エネルギーに変換できる装置でカルノ−サイクルの制約
を受けないため、本質的に高いエネルギー変換効率を有
し、環境保全性も良好であるなどの特徴を持っている。
また、固体電解質型燃料電池（SOFC）は、1000℃の高
温で作動するため電極反応が極めて活発で、高価な白金
などの貴金属触媒を全く必要とせず、分極が小さく、出
力電圧も比較的高いため、エネルギー変換効率が他の燃
料電池にくらべて著しく高い。更に、構造材は全て固体
から構成されるため、安定且つ長寿命である。
温で作動するため電極反応が極めて活発で、高価な白金
などの貴金属触媒を全く必要とせず、分極が小さく、出
力電圧も比較的高いため、エネルギー変換効率が他の燃
料電池にくらべて著しく高い。更に、構造材は全て固体
から構成されるため、安定且つ長寿命である。
SOFC単電池の構造要素は、一般的に空気電極、固体電
解質、燃料電極からなり、また、単電池の直列接続に、
インターコネクターを使用する。
解質、燃料電極からなり、また、単電池の直列接続に、
インターコネクターを使用する。
本実施例は、このSOFCのインターコネクターとして最
適なセラミックス中間接続材、及びこれをインターコネ
クターとして有する固体電解質型燃料電池に関わるもの
である。
適なセラミックス中間接続材、及びこれをインターコネ
クターとして有する固体電解質型燃料電池に関わるもの
である。
SOFCのインターコネクターとして本発明に関わるセラ
ミック中間接続材を使用すれば、インターコネクターの
強度が増し、SOFC製造時及び発電動作時の剥離、欠陥、
破損が少なくなる。また、緻密質とすることが出来るた
め、燃料及び空気の漏れが少なくなり、燃料利用率が向
上する。さらに、薄膜化できることに加え材料自体の電
気伝導度が高いため、電池の接続部分での消費電力を一
層低減できる。
ミック中間接続材を使用すれば、インターコネクターの
強度が増し、SOFC製造時及び発電動作時の剥離、欠陥、
破損が少なくなる。また、緻密質とすることが出来るた
め、燃料及び空気の漏れが少なくなり、燃料利用率が向
上する。さらに、薄膜化できることに加え材料自体の電
気伝導度が高いため、電池の接続部分での消費電力を一
層低減できる。
一般的な亜クロム酸ランタンの合成法は、米国特許第
4035266号〔アレキサンドロフ（Alexandrof et al）〕
明細書に記載されている。本発明に係る導電性中間接続
材に使用する特定のセラミックス素材を合成する際の原
料は、個別の酸化物の形及び炭化物、硫酸塩、蟻酸塩及
び水酸化物のように加熱により分解して酸化物になる
形、並びに溶液からの沈殿物から形成される化学的混合
物の形で存在する。成分金属イオン種を混合し、加圧
し、反応焼結させる技術を含む混合酸化物セラミックス
製造のための種々の公知技術によって製造することもで
きる。他の方法としては、有機樹脂を形成させ、空気等
の酸素含有雰囲気中において高温度で分解させる方法も
ある。化学的蒸着技術によって製造することもできる。
4035266号〔アレキサンドロフ（Alexandrof et al）〕
明細書に記載されている。本発明に係る導電性中間接続
材に使用する特定のセラミックス素材を合成する際の原
料は、個別の酸化物の形及び炭化物、硫酸塩、蟻酸塩及
び水酸化物のように加熱により分解して酸化物になる
形、並びに溶液からの沈殿物から形成される化学的混合
物の形で存在する。成分金属イオン種を混合し、加圧
し、反応焼結させる技術を含む混合酸化物セラミックス
製造のための種々の公知技術によって製造することもで
きる。他の方法としては、有機樹脂を形成させ、空気等
の酸素含有雰囲気中において高温度で分解させる方法も
ある。化学的蒸着技術によって製造することもできる。
次に、インターコネクターの製造例及び強度評価につ
いて述べる。
いて述べる。
実施例１ 純度99.9％のLa2O3120.0gと、純度99.3％のCr2O356.3
gとを秤量した。玉石800gと、水200gと、前記秤量した
２種の化合物を、２のボールミルに入れ、３時間混合
してスラリーとした。このスラリーを110℃で20時間乾
燥した後、乾燥物を149μｍ以下に解砕し、空気中1200
℃で10時間仮焼し、LaCrO3を合成した。合成する際の出
発原料は、酸化物に限らず、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、
硫酸塩、水酸化物などでも良い。さらに、合成法として
は、ここに示した固相反応法に限らず、溶液からの共沈
法や有機酸塩の熱分解でもよい。このように得られた組
成物100重量部に対し、純度99.9％のSiO2,Fe2O3,Al2O3,
CuO,Cr2O3,MnOをそれぞれ0.1〜3.0重量部添加し、混合
物を得た。この混合物に水分100重量部（外配）加えて
ボールミルで20時間混合粉砕し、乾燥後、解砕して、粉
末とした。次いで、この粉末を圧力200kgf/cm2で金型プ
レス成形し、さらに圧力2.5t/cm2でラバープレスし、60
mm×60mm×8mmの成形体を得た。これを空気中1450℃で1
0時間焼成し、表１に示す中間接続材を得た。
gとを秤量した。玉石800gと、水200gと、前記秤量した
２種の化合物を、２のボールミルに入れ、３時間混合
してスラリーとした。このスラリーを110℃で20時間乾
燥した後、乾燥物を149μｍ以下に解砕し、空気中1200
℃で10時間仮焼し、LaCrO3を合成した。合成する際の出
発原料は、酸化物に限らず、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、
硫酸塩、水酸化物などでも良い。さらに、合成法として
は、ここに示した固相反応法に限らず、溶液からの共沈
法や有機酸塩の熱分解でもよい。このように得られた組
成物100重量部に対し、純度99.9％のSiO2,Fe2O3,Al2O3,
CuO,Cr2O3,MnOをそれぞれ0.1〜3.0重量部添加し、混合
物を得た。この混合物に水分100重量部（外配）加えて
ボールミルで20時間混合粉砕し、乾燥後、解砕して、粉
末とした。次いで、この粉末を圧力200kgf/cm2で金型プ
レス成形し、さらに圧力2.5t/cm2でラバープレスし、60
mm×60mm×8mmの成形体を得た。これを空気中1450℃で1
0時間焼成し、表１に示す中間接続材を得た。
各中間接続材につき、以下に示す特性試験を行った。
結果を表１に示す。
結果を表１に示す。
四点曲げ強度:JIS R−1601「ファインセラミックスの曲
げ強さ試験方法」の四点曲げ強度で測定した。試料形状
は３×４×10mm,外側スパンは30mm,内側スパンは10mmで
行った。
げ強さ試験方法」の四点曲げ強度で測定した。試料形状
は３×４×10mm,外側スパンは30mm,内側スパンは10mmで
行った。
熱膨張係数測定：（株）リガクのTMA−2S型熱膨張計を
用い、試料形状φ５×50mmで40〜900℃の範囲で測定し
た。
用い、試料形状φ５×50mmで40〜900℃の範囲で測定し
た。
電気伝導度：φ30×6mmの試料に白金線を間隔5mmで４本
取付け、温度1000℃空気中にて、直流四端子法で測定し
た。
取付け、温度1000℃空気中にて、直流四端子法で測定し
た。
気孔率：開気孔率を水置換法で測定した。
なお、第１図に本実施例又は後述の実施例２の製造プ
ロセスのフローチャートを示す。
ロセスのフローチャートを示す。
実施例２ 純度99.9％のLa2O3120.0gと、純度99.3％のCrO350.7g
と、所定量のNiOまたはFe2O3とを秤量した。玉石800g
と、水200gと、前記秤量した３種の化合物を、２のボ
ールミルに入れ、３時間混合してスラリーとした。この
スラリーを110℃で20時間乾燥した後、乾燥物を149μｍ
以下に解砕し、空気中1200℃で10時間仮焼し、表２に示
す各化合物を合成した。また：実施例１と同様に、合成
する際の出発原料は、酸化物に限らず、炭酸塩、硝酸
塩、酢酸塩、硫酸塩、水酸化物などでも良い。さらに、
合成法としては、ここに示した固相反応法に限らず、溶
液からの共沈法や有機酸塩の熱分解も可能である。この
ように得られた組成物100重量部に対し、純度99.9％のS
iO2を添加し、混合物を得た。この混合物に水分100重量
部（外配）加えてボールミルで20時間混合粉砕し、乾燥
後、解砕して、粉末とした。次いで、この粉末を圧力20
0kgf/cm2で金型プレス成形し、さらに圧力2.5t/cm2でラ
バープレスし、60mm×60mm×8mmの成形体を得た。これ
を空気中1450℃で10時間焼成し、表２に示す中間接続材
を得た。
と、所定量のNiOまたはFe2O3とを秤量した。玉石800g
と、水200gと、前記秤量した３種の化合物を、２のボ
ールミルに入れ、３時間混合してスラリーとした。この
スラリーを110℃で20時間乾燥した後、乾燥物を149μｍ
以下に解砕し、空気中1200℃で10時間仮焼し、表２に示
す各化合物を合成した。また：実施例１と同様に、合成
する際の出発原料は、酸化物に限らず、炭酸塩、硝酸
塩、酢酸塩、硫酸塩、水酸化物などでも良い。さらに、
合成法としては、ここに示した固相反応法に限らず、溶
液からの共沈法や有機酸塩の熱分解も可能である。この
ように得られた組成物100重量部に対し、純度99.9％のS
iO2を添加し、混合物を得た。この混合物に水分100重量
部（外配）加えてボールミルで20時間混合粉砕し、乾燥
後、解砕して、粉末とした。次いで、この粉末を圧力20
0kgf/cm2で金型プレス成形し、さらに圧力2.5t/cm2でラ
バープレスし、60mm×60mm×8mmの成形体を得た。これ
を空気中1450℃で10時間焼成し、表２に示す中間接続材
を得た。
各中間接続材につき、実施例１と同じ測定法により、
特性試験を行った。結果を表２に示す。
特性試験を行った。結果を表２に示す。
表１、表２に示したように本発明の実施例は、いずれ
も特許請求範囲に限定した添加量及び置換量の範囲内で
のみ強度が比較例より著しく高く、且つ熱膨張係数は殆
ど変化しない。中には熱膨張係数が僅かながら低下する
ものもあるが、強度向上の効果が大きいことを考えれば
この低下は許容範囲内である。又重要な点は、気孔率
が、添加または置換によって比較例より小さくなり、添
加と置換を両方行う事によりさらに小さくなり、焼結性
が飛躍的に向上していることである。即ちこの中間接続
材をSOFCのインターコネクターに適用した場合、低温で
緻密質を得ることが可能であるため、燃料及び空気漏れ
による損失は低減し、燃料利用率の向上に及ぼす効果は
大変大きい。
も特許請求範囲に限定した添加量及び置換量の範囲内で
のみ強度が比較例より著しく高く、且つ熱膨張係数は殆
ど変化しない。中には熱膨張係数が僅かながら低下する
ものもあるが、強度向上の効果が大きいことを考えれば
この低下は許容範囲内である。又重要な点は、気孔率
が、添加または置換によって比較例より小さくなり、添
加と置換を両方行う事によりさらに小さくなり、焼結性
が飛躍的に向上していることである。即ちこの中間接続
材をSOFCのインターコネクターに適用した場合、低温で
緻密質を得ることが可能であるため、燃料及び空気漏れ
による損失は低減し、燃料利用率の向上に及ぼす効果は
大変大きい。
実施例３ 実施例1,実施例２で製造した中間接続材の内、代表的
なものに関し空気透過係数を測定した。
なものに関し空気透過係数を測定した。
以下にその測定法を示す。中間接続材は径50×8mmに
加工し、外周面は接着剤にて封鎖した。
加工し、外周面は接着剤にて封鎖した。
これを、その片方の側から加圧して空気を送り込み、
もう一方から抜け出た空気をマスフロメータで流量測定
できるような治具に挟み込む。開口面積は径45mmとし、
送り込む側と測定側の差圧は２×10-2Kgf/cm2とした。
以下の式により空気透過係数Ｋ（cm2）を求めた。
もう一方から抜け出た空気をマスフロメータで流量測定
できるような治具に挟み込む。開口面積は径45mmとし、
送り込む側と測定側の差圧は２×10-2Kgf/cm2とした。
以下の式により空気透過係数Ｋ（cm2）を求めた。
Ｋ＝（μ・ｔ・Ｑ）／（ΔＰ・Ａ） μ：空気の粘性係数（Kgf・S/cm2） t:試料厚さ（cm） Q:測定流量（cm3/S） ΔP:差圧（Kgf/cm2） A:開口面積（cm2） 表３に示したように、本発明に於ける中間接続材の空
気透過係数は、比較例より２桁小さい。これは、この材
料がガスタイト性に富んでいることを意味する。例えば
この材料をSOFCのインターコネクターとして使用すれ
ば、発電動作中において、燃料または空気の漏れが小さ
く燃料利用率が向上する。また、それ自体電気伝導度が
高いことに加え、膜厚を薄くできるため、電池の内部抵
抗を減少でき、高出力化できる。
気透過係数は、比較例より２桁小さい。これは、この材
料がガスタイト性に富んでいることを意味する。例えば
この材料をSOFCのインターコネクターとして使用すれ
ば、発電動作中において、燃料または空気の漏れが小さ
く燃料利用率が向上する。また、それ自体電気伝導度が
高いことに加え、膜厚を薄くできるため、電池の内部抵
抗を減少でき、高出力化できる。
以上の実施例は種々変更できる。
本発明に係る導電性中間接続材は円筒型SOFC、自己支
持型の円筒型SOFCや、平板型SOFC、一体型SOFC等にも適
用できる。
持型の円筒型SOFCや、平板型SOFC、一体型SOFC等にも適
用できる。
また、SOFCの各部の寸法、形状、構造、各SOPC単位セ
ルの接続方法、配列の個数、配列方法等は自由に選択で
きる。
ルの接続方法、配列の個数、配列方法等は自由に選択で
きる。
第１図は本発明に係る導電性中間接続材の製造例を示す
フローチヤートである。
フローチヤートである。
フロントページの続き (56)参考文献 国際公開88／3332（ＷＯ，Ａ１) ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＡＴＥＲＩ ＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ＬＥＴＴＥＲ Ｓ 第７巻第５号第457−８頁（1988) 「Ｓｉｎｅｒｉｎｇ ｏｆ ｌａｎｔｈ ａｎｕｍ ｃｈｒｏｍｉｔｅ ｄｏｐｅ ｄ ｗｉｔｈ ｚｉｎｃ ｏｒ ｃｏｐ ｐｅｒ」ＳＨＩＮＳＵＫＥ ＨＡＹＡＳ ＨＩ ｅｔ. Ｐｈｙｓｉｃａ Ｓｔａｔｕｓ Ｓｏ ｌｉｄ．Ａ．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅ ａｒｃｈ 第64巻第２号第Ｋ125−Ｋ127 頁（1981）「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐ ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｅｒａｍ ｉｃ ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｃｈｒｏｍ ｉｔｅ ｄｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ＴｉＯ ▲下２▼」Ｋ．Ｐ．ＢＡＮＳＡＬ ｅ ｔ. (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 C04B 35/42 ＣＡＳ
Claims (6)
- 【請求項１】組成物LaCrO3100重量部に対し、Si,Fe,Al,
Cu,CrおよびMnからなる群より選ばれた一種以上の金属
の酸化物を合計量で2.0重量部以下含有させ、焼成して
なるセラミックス素材からなることを特徴とする、導電
性中間接続材。 - 【請求項２】請求項１記載の導電性中間接続材をインタ
ーコネクターとして有することを特徴とする、固体電解
質型燃料電池。 - 【請求項３】LaCr1-xAxO3（ただし、ＡはNiおよびFeか
らなる群より選ばれた一種以上の金属であり、０＜×≦
0.3）の組成を有するセラミックス素材からなることを
特徴とする、導電性中間接続材。 - 【請求項４】請求項３記載の導電性中間接続材をインタ
ーコネクターとして有することを特徴とする、固体電解
質型燃料電池。 - 【請求項５】LaCr1-xAxO3（ただし、ＡはNiおよびFeか
らなる群より選ばれた一種以上の金属であり、０＜×≦
0.3）の組成を有する合成物100重量部に対し、Si,Ti,F
e,Al,Ni,CrおよびMnからなる群より選ばれた一種以上の
金属の酸化物を合計量で2.0重量部以下含有させ、焼成
してなるセラミックス素材からなることを特徴とする、
導電性中間接続材。 - 【請求項６】請求項５記載の導電性中間接続材をインタ
ーコネクターとして有することを特徴とする、固体電解
質型燃料電池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1110814A JP2790653B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 導電性中間接続材及びこれを有する燃料電池 |
| EP90304503A EP0395400B1 (en) | 1989-04-28 | 1990-04-26 | Electroconductive interconnecting member and fuel cell having the member |
| EP19930104203 EP0562411A1 (en) | 1989-04-28 | 1990-04-26 | Electroconductive interconnecting member and fuel cell having the member |
| DE69018689T DE69018689T2 (de) | 1989-04-28 | 1990-04-26 | Elektrisch leitendes Zwischenverbindungsglied und Brennstoffzelle, die es enthält. |
| US07/516,920 US5049456A (en) | 1989-04-28 | 1990-04-30 | Electroconductive interconnecting member and fuel cell having the member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1110814A JP2790653B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 導電性中間接続材及びこれを有する燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02288162A JPH02288162A (ja) | 1990-11-28 |
| JP2790653B2 true JP2790653B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=14545335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1110814A Expired - Lifetime JP2790653B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 導電性中間接続材及びこれを有する燃料電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5049456A (ja) |
| EP (2) | EP0395400B1 (ja) |
| JP (1) | JP2790653B2 (ja) |
| DE (1) | DE69018689T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5298469A (en) * | 1991-01-22 | 1994-03-29 | Alliedsignal Inc. | Fluxed lanthanum chromite for low temperature air firing |
| SG52415A1 (en) * | 1993-02-05 | 1998-09-28 | Murata Manufacturing Co | Semiconductive ceramics having negative temperature coefficient of resistance |
| DE4307666C1 (de) * | 1993-03-11 | 1994-08-25 | Dornier Gmbh | Stromanschlußelement für Festelektrolyt-Brennstoffzellen, Verfahren zu seiner Herstellung und dessen Verwendung |
| US5277995A (en) * | 1993-03-16 | 1994-01-11 | Westinghouse Electric Corp. | Electrode and method of interconnection sintering on an electrode of an electrochemical cell |
| DK94393D0 (da) * | 1993-08-18 | 1993-08-18 | Risoe Forskningscenter | Fremgangsmaade til fremstilling af calciumdoteret lanthanchromit |
| JP3358884B2 (ja) * | 1994-08-12 | 2002-12-24 | 三菱重工業株式会社 | インターコネクタ材料 |
| DE19514164C2 (de) * | 1995-04-15 | 1999-02-11 | Dornier Gmbh | Verbindungselement auf Lanthanchromitbasis für Hochtemperaturbrennstoffzellen und Hochtemperaturelektrolysezellen |
| US5747185A (en) * | 1995-11-14 | 1998-05-05 | Ztek Corporation | High temperature electrochemical converter for hydrocarbon fuels |
| DE19609813C1 (de) * | 1996-03-13 | 1997-07-10 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Aus einem metallischen Hochtemperaturwerkstoff bestehendes Verbindungselement mit lanthanhaltiger Oberfläche |
| AUPN876896A0 (en) * | 1996-03-18 | 1996-04-18 | Ceramic Fuel Cells Limited | An electrical interconnect for a planar fuel cell |
| DE19710345C1 (de) * | 1997-03-13 | 1999-01-21 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Werkstoff für elektrische Kontaktschichten zwischen einer Elektrode einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle und einem Verbindungselement |
| US6326096B1 (en) | 1998-02-04 | 2001-12-04 | Gas Research Institute | Solid oxide fuel cell interconnector |
| US6054231A (en) * | 1998-07-24 | 2000-04-25 | Gas Research Institute | Solid oxide fuel cell interconnector |
| US6843960B2 (en) | 2002-06-12 | 2005-01-18 | The University Of Chicago | Compositionally graded metallic plates for planar solid oxide fuel cells |
| CA2576376A1 (en) * | 2004-08-10 | 2006-02-16 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Film formed article and method for manufacturing thereof technical field |
| DE102006024039A1 (de) * | 2006-05-23 | 2007-11-29 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Interkonnektor für einen Brennstoffzellenstapel und Verfahren zur Herstellung |
| JP5448922B2 (ja) * | 2010-02-25 | 2014-03-19 | 京セラ株式会社 | セルスタック、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 |
| WO2017029639A1 (en) * | 2015-08-19 | 2017-02-23 | Stackpole International Powder Metal, Ltd | Electrically conductive fuel cell interconnector |
| CN117024168B (zh) * | 2023-08-16 | 2024-04-05 | 内蒙古工业大学 | 一种利用SiO2粉末制备LaCrO3连接材料的方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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