JP3050328B2 - 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Info
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- JP3050328B2 JP3050328B2 JP2409997A JP40999790A JP3050328B2 JP 3050328 B2 JP3050328 B2 JP 3050328B2 JP 2409997 A JP2409997 A JP 2409997A JP 40999790 A JP40999790 A JP 40999790A JP 3050328 B2 JP3050328 B2 JP 3050328B2
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質燃料電池の
製造方法に関するものである。
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質燃料電池としては、リン酸型
燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池と類似した構造の平板
型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案されたモ
ノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開発
中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社によ
って提案された円筒単素子型が知られているが、現在は
高温におけるガスシールの容易さ、スタック構成の容易
さの点でウェスティングハウス社の円筒単素子型が注目
されている。
燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池と類似した構造の平板
型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案されたモ
ノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開発
中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社によ
って提案された円筒単素子型が知られているが、現在は
高温におけるガスシールの容易さ、スタック構成の容易
さの点でウェスティングハウス社の円筒単素子型が注目
されている。
【０００３】このような固体電解質燃料電池に用いられ
る固体電解質の製造方法としては、プラズマ溶射法、化
学蒸着法（ＣＶＤ）、電気化学蒸着法（ＥＶＤ）、有機
金属ジルコニム塩の熱分解法などが知られているが、緻
密な固体電解質膜が得られる方法としては、プラズマ溶
射法、電気化学蒸着法（ＥＶＤ）があるのみである。
る固体電解質の製造方法としては、プラズマ溶射法、化
学蒸着法（ＣＶＤ）、電気化学蒸着法（ＥＶＤ）、有機
金属ジルコニム塩の熱分解法などが知られているが、緻
密な固体電解質膜が得られる方法としては、プラズマ溶
射法、電気化学蒸着法（ＥＶＤ）があるのみである。
【０００４】さらに、上記のような緻密な固体電解質膜
を作成する方法としては、図８のように安定化ジルコニ
ア粉末３をスラリーにし、基材１上に塗布して焼成する
試みもなされている。
を作成する方法としては、図８のように安定化ジルコニ
ア粉末３をスラリーにし、基材１上に塗布して焼成する
試みもなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した前者の製造方
法では、高価な製造装置を必要とするうえに、固体電解
質膜を必要とする部分と必要としない部分とを構成する
マスキングに時間がかかるため、電池の量産性に問題が
あった。
法では、高価な製造装置を必要とするうえに、固体電解
質膜を必要とする部分と必要としない部分とを構成する
マスキングに時間がかかるため、電池の量産性に問題が
あった。
【０００６】また、後者の製造方法では、焼成時に安定
化ジルコニア粉末３の粒子が収縮するため、基材１の上
に構成された固体電解質膜８に割れ２を生じたり、固体
電解質膜８が剥離するという問題があった。
化ジルコニア粉末３の粒子が収縮するため、基材１の上
に構成された固体電解質膜８に割れ２を生じたり、固体
電解質膜８が剥離するという問題があった。
【０００７】上記課題を解決するため、本発明は安定化
剤を添加したジルコニアを含有するスラリーを、吸水性
を有する型に流し込んで電解質成形体とする工程と、金
属酸化物もしくは金属を含有するスラリーを、前記電解
質成形体上に流し込んで燃料極成形体とし、電解質成形
体と燃料極成形体とを一体化した複合成形体を得る工程
と、この複合成形体から前記型を除去した後焼成して固
体電解質−燃料極複合体とする工程と、この固体電解質
−燃料極複合体の固体電解質側に空気極を形成する工程
とからなることを特徴とするものである。
剤を添加したジルコニアを含有するスラリーを、吸水性
を有する型に流し込んで電解質成形体とする工程と、金
属酸化物もしくは金属を含有するスラリーを、前記電解
質成形体上に流し込んで燃料極成形体とし、電解質成形
体と燃料極成形体とを一体化した複合成形体を得る工程
と、この複合成形体から前記型を除去した後焼成して固
体電解質−燃料極複合体とする工程と、この固体電解質
−燃料極複合体の固体電解質側に空気極を形成する工程
とからなることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】上記のように、本発明は吸水性を有する型にス
ラリーを流し込んで電解質成形体と燃料極成形体とを構
成してこれらを同時に焼成しているので、緻密な固体電
解質膜と多孔性の燃料極とを容易に形成することがで
き、その厚みもスラリーを流す時間によって任意にコン
トロールすることができる。
ラリーを流し込んで電解質成形体と燃料極成形体とを構
成してこれらを同時に焼成しているので、緻密な固体電
解質膜と多孔性の燃料極とを容易に形成することがで
き、その厚みもスラリーを流す時間によって任意にコン
トロールすることができる。
【０００９】一方、スラリー中に添加された金属酸化物
は、燃料と接触して還元され、燃料極としての作用をす
る。また前記スラリーから構成される燃料極成形体は、
焼成することによって燃料極の強度が高まり基材として
の作用もする。
は、燃料と接触して還元され、燃料極としての作用をす
る。また前記スラリーから構成される燃料極成形体は、
焼成することによって燃料極の強度が高まり基材として
の作用もする。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明の固体電解質燃料電池の製造
方法に使用する型４の断面図で、石膏のような吸水性を
有する材料からなる。
方法に使用する型４の断面図で、石膏のような吸水性を
有する材料からなる。
【００１１】図２は、前記型４に安定化剤としてのイッ
トリアを添加したジルコニア粉末、水、分散剤、バイン
ダー、消泡剤からなるスラリーを流し込んで一定時間放
置して電解質成形体５とした後、余剰のスラリーを除去
した状態の断面図である。なお、上記スラリーには粒径
の小さいジルコニア粉末を含有させ、分散剤を添加する
ことにより、後述する焼成によって緻密な固体電解質膜
を形成することができ、ジルコニア粉末中の立方晶ジル
コニアを増加させることにより、固体電解質膜の電気抵
抗を小さくすることができ、正方晶ジルコニアを増加さ
せることにより、固体電解質膜の強度を高くすることが
できる。
トリアを添加したジルコニア粉末、水、分散剤、バイン
ダー、消泡剤からなるスラリーを流し込んで一定時間放
置して電解質成形体５とした後、余剰のスラリーを除去
した状態の断面図である。なお、上記スラリーには粒径
の小さいジルコニア粉末を含有させ、分散剤を添加する
ことにより、後述する焼成によって緻密な固体電解質膜
を形成することができ、ジルコニア粉末中の立方晶ジル
コニアを増加させることにより、固体電解質膜の電気抵
抗を小さくすることができ、正方晶ジルコニアを増加さ
せることにより、固体電解質膜の強度を高くすることが
できる。
【００１２】図３は、前記スラリーに金属酸化物として
の酸化ニッケルを添加したスラリーを、前記電解質成形
体５が乾燥するまでに、その上に流し込んで一定時間放
置して燃料極成形体６とした後、余剰のスラリーを除去
した状態の断面図である。なお、この燃料極成形体６を
形成するためのスラリーと電解質成形体５を形成するた
めのスラリーとは同一のものでなくてもよいことは言う
までもないが、ジルコニア粉末や金属酸化物粉末の粒径
を大きくすることにより、後述する焼成によって多孔性
の燃料極を形成することができる。
の酸化ニッケルを添加したスラリーを、前記電解質成形
体５が乾燥するまでに、その上に流し込んで一定時間放
置して燃料極成形体６とした後、余剰のスラリーを除去
した状態の断面図である。なお、この燃料極成形体６を
形成するためのスラリーと電解質成形体５を形成するた
めのスラリーとは同一のものでなくてもよいことは言う
までもないが、ジルコニア粉末や金属酸化物粉末の粒径
を大きくすることにより、後述する焼成によって多孔性
の燃料極を形成することができる。
【００１３】図４は、図３の状態のものを乾燥させて型
４を除去した後焼成して得た固体電解質−燃料極複合体
の断面図で、内側に多孔性の燃料極７が形成され、外側
に緻密な固体電解質膜８が形成される。
４を除去した後焼成して得た固体電解質−燃料極複合体
の断面図で、内側に多孔性の燃料極７が形成され、外側
に緻密な固体電解質膜８が形成される。
【００１４】図５は、前記固体電解質−燃料極複合体の
固体電解質膜８側に空気極９として、ストロンチウムを
ドープしたＬａＭｎＯ3 をディッピング法によって形成
した状態の断面図、すなわち本発明の製造方法によって
得られた固体電解質燃料電池の断面図である。なお、空
気極９の形成方法としては、ディッピング法以外にスラ
リー塗布法、溶射法等がある。
固体電解質膜８側に空気極９として、ストロンチウムを
ドープしたＬａＭｎＯ3 をディッピング法によって形成
した状態の断面図、すなわち本発明の製造方法によって
得られた固体電解質燃料電池の断面図である。なお、空
気極９の形成方法としては、ディッピング法以外にスラ
リー塗布法、溶射法等がある。
【００１５】こうして得られた図５のような固体電解質
燃料電池を作動温度である７００℃から１０００℃に昇
温し、燃料極７側に燃料を、空気極９側に空気を供給す
ると、燃料によって燃料極７中の酸化ニッケルが還元さ
れる。
燃料電池を作動温度である７００℃から１０００℃に昇
温し、燃料極７側に燃料を、空気極９側に空気を供給す
ると、燃料によって燃料極７中の酸化ニッケルが還元さ
れる。
【００１６】従って、図５の燃料極７と空気極９とを外
部回路に接続すると、空気極９から取り入れられた酸素
は外部回路から供給される電子を取り込んで酸素イオン
となり、この酸素イオンは固体電解質膜８を通って固体
電解質膜８と燃料極７との界面に到達する。
部回路に接続すると、空気極９から取り入れられた酸素
は外部回路から供給される電子を取り込んで酸素イオン
となり、この酸素イオンは固体電解質膜８を通って固体
電解質膜８と燃料極７との界面に到達する。
【００１７】一方、この界面には燃料極７中を拡散して
きた水素もしくは一酸化炭素が存在し、この水素もしく
は一酸化炭素と前記酸素イオンとが反応して水蒸気およ
び二酸化炭素を生成するとともに、外部回路に電子を放
出するので、外部回路には空気極９を正極、燃料極７を
負極とした起電力が生じ、電池としての作用がなされる
ことになる。
きた水素もしくは一酸化炭素が存在し、この水素もしく
は一酸化炭素と前記酸素イオンとが反応して水蒸気およ
び二酸化炭素を生成するとともに、外部回路に電子を放
出するので、外部回路には空気極９を正極、燃料極７を
負極とした起電力が生じ、電池としての作用がなされる
ことになる。
【００１８】以上の説明は、型４が円筒型複合成形体を
製造するためのものであったが、図６のような型４を使
用すれば平板型の複合成形体を、図７のような型４を使
用すればモノリシック型の複合成形体を製造できること
は言うまでもない。
製造するためのものであったが、図６のような型４を使
用すれば平板型の複合成形体を、図７のような型４を使
用すればモノリシック型の複合成形体を製造できること
は言うまでもない。
【００１９】上記した如く、本発明は緻密な固体電解質
膜８と多孔性の燃料極７とが容易に形成でき、その厚み
もスラリーを流す時間によって任意にコントロールする
ことができ、スラリー中のジルコニア粉末に添加する安
定化剤の種類や量を変化させることによって固体電解質
膜８の抵抗と機械的強度とをコントロールすることがで
きるので、容易に高性能な固体電解質燃料電池を得るこ
とができる。
膜８と多孔性の燃料極７とが容易に形成でき、その厚み
もスラリーを流す時間によって任意にコントロールする
ことができ、スラリー中のジルコニア粉末に添加する安
定化剤の種類や量を変化させることによって固体電解質
膜８の抵抗と機械的強度とをコントロールすることがで
きるので、容易に高性能な固体電解質燃料電池を得るこ
とができる。
【００２０】また、吸水性を有する型４にスラリーを流
し込んで電解質成形体５と燃料極成形体６とを構成して
焼成しているので、製造工程の簡素化を図ることができ
る。
し込んで電解質成形体５と燃料極成形体６とを構成して
焼成しているので、製造工程の簡素化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体電解質燃料電池の製造方法に使用
する型４の断面図である。
する型４の断面図である。
【図２】図１の型４にスラリーを流し込んで一定時間放
置して電解質成形体５とした後、余剰のスラリーを除去
した状態の断面図である。
置して電解質成形体５とした後、余剰のスラリーを除去
した状態の断面図である。
【図３】図２の電解質成形体５の上にスラリーを流し込
んで一定時間放置して燃料極成形体６とした後、余剰の
スラリーを除去して複合成形体とした状態の断面図であ
る。
んで一定時間放置して燃料極成形体６とした後、余剰の
スラリーを除去して複合成形体とした状態の断面図であ
る。
【図４】図３の複合成形体から型４を除去した後焼成し
て得た固体電解質−燃料極複合体の断面図である。
て得た固体電解質−燃料極複合体の断面図である。
【図５】固体電解質−燃料極複合体の外側に空気極９を
形成した状態の断面図である。
形成した状態の断面図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る複合成形体とした状
態の断面図である。
態の断面図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る複合成形体とした状
態の断面図である。
態の断面図である。
【図８】従来の固体電解質燃料電池の製造方法により製
造された固体電解質膜８の断面図である。
造された固体電解質膜８の断面図である。
４ 型 ５ 電解質成形体 ６ 燃料極成形体 ７ 燃料極 ８ 固体電解質膜 ９ 空気極
Claims (5)
- 【請求項１】 安定化剤を添加したジルコニアを含有す
るスラリーを、吸水性を有する型に流し込んで電解質成
形体とする工程と、金属酸化物もしくは金属を含有する
スラリーを、前記電解質成形体上に流し込んで燃料極成
形体とし、電解質成形体と燃料極成形体とを一体化した
複合成形体を得る工程と、この複合成形体から前記型を
除去した後焼成して固体電解質−燃料極複合体とする工
程と、この固体電解質−燃料極複合体の固体電解質側に
空気極を形成する工程とからなることを特徴とする固体
電解質燃料電池の製造方法。 - 【請求項２】 安定化剤を添加したジルコニアは、立方
晶ジルコニア、正方晶ジルコニア、部分安定化ジルコニ
アの単独物もしくは複数種の混合物からなることを特徴
とする請求項第１項記載の固体電解質燃料電池の製造方
法。 - 【請求項３】 安定化剤は、イットリウム、カルシウ
ム、スカンジウム、イッテルビウム、ネオジウム、ガト
リニウムの酸化物であることを特徴とする請求項第１項
記載の固体電解質燃料電池の製造方法。 - 【請求項４】 金属酸化物もしくは金属は、ニッケルま
たはコバルトの酸化物もしくは金属ニッケルまたは金属
コバルトであることを特徴とする請求項第１項記載の固
体電解質燃料電池の製造方法。 - 【請求項５】 空気極は、ストロンチウムもしくはカル
シウムドープしたＬａＭｎＯ3 、ＬａＣｏＯ3 、ＣａＭ
ｎＯ3 であることを特徴とする請求項第１項記載の固体
電解質燃料電池の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2409997A JP3050328B2 (ja) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | 固体電解質燃料電池の製造方法 |
| PCT/JP1991/001701 WO1992010862A1 (fr) | 1990-12-10 | 1991-12-09 | Procede de production d'une pile a combustible electrolytique a l'etat solide |
| EP92900502A EP0514552B1 (en) | 1990-12-10 | 1991-12-09 | Method for manufacturing solid-state electrolytic fuel cell |
| US07/915,699 US5290323A (en) | 1990-12-10 | 1991-12-09 | Manufacturing method for solid-electrolyte fuel cell |
| DE69132207T DE69132207T2 (de) | 1990-12-10 | 1991-12-09 | Verfahren zur herstellung elektrolytischer feststoffzelle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2409997A JP3050328B2 (ja) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | 固体電解質燃料電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04215259A JPH04215259A (ja) | 1992-08-06 |
| JP3050328B2 true JP3050328B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=18519235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2409997A Expired - Fee Related JP3050328B2 (ja) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | 固体電解質燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3050328B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001319665A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及びその電解質の製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5732825B2 (ja) * | 2010-11-19 | 2015-06-10 | 住友電気工業株式会社 | 筒状ｍｅａの製造方法、この筒状ｍｅａを備えるガス分解素子及び発電装置 |
-
1990
- 1990-12-10 JP JP2409997A patent/JP3050328B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001319665A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及びその電解質の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04215259A (ja) | 1992-08-06 |
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