JP2912031B2 - 固体電解質燃料電池の製造方法 - Google Patents

固体電解質燃料電池の製造方法

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JP2912031B2 JP3010407A JP1040791A JP2912031B2 JP 2912031 B2 JP2912031 B2 JP 2912031B2 JP 3010407 A JP3010407 A JP 3010407A JP 1040791 A JP1040791 A JP 1040791A JP 2912031 B2 JP2912031 B2 JP 2912031B2
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山 幸 徳 秋
田 登 石
上 修 三 村
藤 俊 彦 齋
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質燃料電池の製
造方法に関し、特に平板型の固体電解質燃料電池の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池は、供給されるガスの化学エネ
ルギーを直接電気エネルギーに変換するので、高い発電
効率が期待される。特に、固体電解質燃料電池(SOF
C)は、リン酸型及び溶融炭酸塩型燃料電池に次ぐ第三
世代の燃料電池として注目されている。
【0003】具体的には、上記固体電解質燃料電池は酸
化物固体(Y2 3 安定化ZrO2 等)から成り、電解
液の蒸発やクリーページを回避することができるので、
電解質損失を解消でき、且つ、約1000℃という高温
で作動するため、廃熱の利用を含めると発電効率が高く
なるという利点を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記固体電
解質燃料電池の製造方法としては、各種の湿式法や乾式
法が提案されているが、どのような方法で作製しても電
池運転中に電極が焼結し、電気的導通という役割を有す
る電極(特に、燃料極)の厚みが減少する。この結果、
電極と例えばバイポーラプレート等の集電部及び固体電
解質との接触が悪くなって、接触抵抗が増大するという
課題を有していた。
【0005】本発明はかかる現状に鑑みてなされたもの
であり、バイポーラプレート等の集電部及び固体電解質
と電極との接触抵抗が増大するのを長期に渡って抑制し
て、長寿命な固体電解質燃料電池の製造方法の提供を目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、固体電解質の一方の面に燃料極を配置して
積重体を作製する第1ステップと、上記積重体を100
0℃以上の還元雰囲気中で、所定の荷重を加えつつ熱処
理する第2ステップとを有することを特徴とする。
【0007】
【作用】上記構成の如く、固体電解質の一方の面に燃料
極を配置した積重体を、1000℃以上の還元雰囲気中
で所定の荷重を加えつつ熱処理すれば、熱処理時に燃料
極が焼結して縮む。したがって、運転時に燃料極のクリ
ープが抑制され、燃料極の厚みの減少を抑制することが
可能となる。
【0008】尚、焼成時の荷重は運転時の締付圧より大
きいことが望ましいが、小さい場合であっても焼成時間
を長くする等の操作により同様の効果が期待できる。ま
た、セル形成後に、1000℃以上の酸化雰囲気中で所
定の荷重を加えつつ再度の熱処理を行えば、酸化剤極の
クリープも抑制されるので、酸化剤極の厚みの減少も抑
制することができる。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例を、図1及び表1に基づい
て、以下に説明する。 〔実施例1〕セルは、Ni−ZrO2 サーメットから成
る燃料極と、La0.9 Sr0.1 MnO3 から成る酸化剤
極と、Y2 3 安定化ZrO2 を主体とし上記両極間に
介装された固体電解質板とを有している。
【0010】ここで、上記構造のセルを、以下のように
して作製した。先ず、下記に示す燃料極用材料と、酸化
剤極用材料とを、各々ボールミルにて十分混合し、スラ
リー中に含まれた微小な気泡を減圧下で攪拌除去する。 (1) 燃料極用材料 NiO粉末 70重量部 Y2 3 安定化ZrO2 30重量部 バインダ(ポリビニルブチラール樹脂) 20重量部 可塑剤(フタル酸ジオクチル) 10重量部 溶媒(エタノール) 200重量部 (2) 酸化剤極用材料 La0.9 Sr0.1 MnO3 粉末 100重量部 バインダ(ポリビニルブチラール樹脂) 30重量部 可塑剤(フタル酸ジオクチル) 20重量部 溶媒(エタノール) 300重量部 次に、市販の部分安定化ZrO2 板(固体電解質板であ
って、厚み200μm)の一方の面に、燃料極用のスラ
リーを厚さ100μm塗布した後、1200℃で4時間
(大気中)焼成する。この後、荷重4kg/cm2にて、10
00℃で4時間(水素雰囲気中)熱処理する。しかる
後、上記固体電解質の他方の面に、酸化剤極用のスラリ
ーを100μm塗布し、更に1100℃で4時間(大気
中)焼成して、平板状のセルを作製する。最後に、この
平板状のセルを5つ用いて、有効面積100cm2 のス
タックを作製した。
【0011】このようにして作製したスタックを、以下
(A1 )スタックと称する。 〔実施例2〕上記平板状のセルを、再度、荷重4kg/cm2
にて、1000℃で4時間(大気中)熱処理する他は、
上記実施例1と同様にしてスタックを作製した。このよ
うにして作製したスタックを、以下(A2 )スタックと
称する。 〔比較例〕熱処理を行わない他は、上記実施例1と同様
にしてスタックを作製した。
【0012】このようにして作製したスタックを、以下
(X)スタックと称する。 〔実験〕上記本発明の(A1 )スタック,(A2 )スタ
ック及び比較例の(X)スタックにおける運転時間とセ
ル電圧との関係を調べたので、その結果を図1に示す。
尚、スタックの締め付けはエアシリンダ方式(シリンダ
ロッドにセラミックスを取り付け、このセラミックスに
てスタックを押圧)を用い、且つ締付圧は2kg/cm2
し、室温から運転温度(1000℃)まで常に一定とな
るように制御している。また、実験は、酸化剤ガスとし
て空気を、燃料ガスとして水素を用いると共に、300
mA/cm2の定電流で放電するという条件である。更に、3
00mA/cm2の定電流放電の際の酸素の利用率(UOX)と
燃料の利用率(Uf )とは共に30%であり、且つ図1
におけるセル電圧は単セル当たりの値である。
【0013】図1から明らかなように、比較例の(X)
スタックは初期の電圧低下が著しいのに対して、本発明
の(A1 )スタック,(A2 )スタックは僅かしか電圧
が低下しておらず、特に(A2 )スタックは殆ど低下し
ていないことが認められる。このように比較例の(X)
スタックの特性が本発明の(A1 )スタック,(A 2
スタックに比べて低下するのは、バイポーラプレート及
び固体電解質と電極(特に、燃料極)との接触抵抗の増
大に起因するものと考えられる。そこで、各スタック
(セル)を分解した後、電極の厚みの変化を調べたの
で、その結果を表1に示す。尚、表1において、各デー
タは5セルの平均値であり、且つ酸化剤極はスタック組
立前の厚みを100とし、燃料極は還元後の厚み(セル
外試験でのデータ)を100としている。
【0014】
【表1】
【0015】表1より明らかなように、本発明の
(A1 )スタック,(A2 )スタックは比較例の(X)
スタックに比べて、燃料極の厚みの減少が極めて少なく
なっており、特に(A2 )スタックでは酸化剤極の厚み
の減少も極めて少なくなっていることが認められる。こ
れは、本発明の(A1 )スタック,(A2 )スタックで
は、燃料極の形成後に、スタック締付圧より大きな圧力
で荷重を加えつつ電池作動温度と同等以上の温度で熱処
理しているので、この熱処理時に燃料極が焼結する。し
たがって、運転時に燃料極のクリープが抑制されること
になる。これに対して、比較例の(X)スタックでは、
燃料極の形成後に熱処理を行わないので、運転時に燃料
極のクリープが発生するという理由によるものと考えら
れる。
【0016】また、(A2 )スタックにおいては燃料極
のみならず酸化剤極の厚みの減少も極めて少なくなるの
は、セル作製後に締付圧より大きな圧力で荷重を加えつ
つ電池作動温度と同等以上の温度で熱処理を行っている
ので、この熱処理時に酸化剤極が焼結する。したがっ
て、運転時に酸化剤極のクリープも抑制されるという理
由によるものと考えられる。 〔その他の事項〕焼成時間、焼成温度、焼成荷重、及
び締付圧等は、上記実施例に限定されるものではなく、
使用条件等によって変更可能である。燃料極、固体電
解質、酸化剤極の製造方法としては、上記実施例の方法
に限定するものではなく、例えば燃料極用グリーンシー
トと固体電解質用グリーンシートと酸化剤極用グリーン
シートとを積層した後、これらを一体で焼成するような
方法を用いることも可能である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、運
転時に燃料極のクリープが抑制されるので、電極の厚み
の減少が抑制される。したがって、固体電解質と燃料極
との接触抵抗が増大するのを抑制でき、電池寿命が長く
なるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の(A1 )スタック,(A2 )スタック
及び比較例の(X)スタックにおける運転時間とセル電
圧との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋 藤 俊 彦 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 古 川 修 弘 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機 株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−21569(JP,A) 特開 平4−179061(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/02 H01M 4/88

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質の一方の面に燃料極を配置し
    て積重体を作製する第1ステップと、 上記積重体を1000℃以上の還元雰囲気中で、荷重を
    加えつつ熱処理する第2ステップと、 を有することを特徴とする固体電解質燃料電池の製造方
    法。
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