JP3064087B2 - 固体電解質セルの製造法 - Google Patents
固体電解質セルの製造法Info
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- JP3064087B2 JP3064087B2 JP4048245A JP4824592A JP3064087B2 JP 3064087 B2 JP3064087 B2 JP 3064087B2 JP 4048245 A JP4048245 A JP 4048245A JP 4824592 A JP4824592 A JP 4824592A JP 3064087 B2 JP3064087 B2 JP 3064087B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質セル、例えば
固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）や高温水蒸気電解セ
ルの製造方法に関する。
固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）や高温水蒸気電解セ
ルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体電解質型燃料電池の製造にお
いては、焼成された基体管｛例えばカルシア安定化ジル
コニア（以下、ＣＳＺと略記）管｝上に、電極及び電解
質膜を溶射法等により順次構成してゆく方法が採られて
いる。すなわち、図１に示すように、焼成された基体管
１の上に燃料極４、電解質３、インタコネクタ５、空気
極２を順次構成してゆく方法が一般的である。
いては、焼成された基体管｛例えばカルシア安定化ジル
コニア（以下、ＣＳＺと略記）管｝上に、電極及び電解
質膜を溶射法等により順次構成してゆく方法が採られて
いる。すなわち、図１に示すように、焼成された基体管
１の上に燃料極４、電解質３、インタコネクタ５、空気
極２を順次構成してゆく方法が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体電解質型燃
料電池の製造においては、焼成された基体管の上に、電
極、電解質膜、インタコネクタを塗布、溶射法サーモス
プレー法等の低温プロセスを経て構成してゆくため、高
温（９００〜１０００℃）での運転中に膜が徐々に焼結
してゆき収縮、剥離に伴う性能の低下が見られる。ま
た、各膜を個別に成膜してゆくため製造過程が煩雑にな
り量産化には適さない。
料電池の製造においては、焼成された基体管の上に、電
極、電解質膜、インタコネクタを塗布、溶射法サーモス
プレー法等の低温プロセスを経て構成してゆくため、高
温（９００〜１０００℃）での運転中に膜が徐々に焼結
してゆき収縮、剥離に伴う性能の低下が見られる。ま
た、各膜を個別に成膜してゆくため製造過程が煩雑にな
り量産化には適さない。
【０００４】本発明は上記技術水準に鑑み、従来法にお
けるような不具合のない固体電解質セルの製造方法を提
供しようとするものである。
けるような不具合のない固体電解質セルの製造方法を提
供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、基体部材、燃料極材、電解質材、インタコネ
クタ材及び空気極材の一部又は全部を同時に運転温度以
上で焼成することにより性能の安定化及び工程数の低減
を図るものである。
するため、基体部材、燃料極材、電解質材、インタコネ
クタ材及び空気極材の一部又は全部を同時に運転温度以
上で焼成することにより性能の安定化及び工程数の低減
を図るものである。
【０００６】すなわち、本発明は（１）成形し乾燥した
カルシア安定化ジルコニアからなる基体部材上に、ニッ
ケル又はニッケルとイットリア安定化ジルコニアのサー
メットからなる燃料極材とイットリア安定化ジルコニア
からなる電解質材と金属系材料又はランタンクロム酸化
物からなるインタコネクタ材とランタンコバルト酸化
物、ランタンマンガン酸化物又はそれらの混合物からな
る空気極材とを塗布し、これらを一度に燃料電池の運転
温度以上の焼成温度で、酸化雰囲気下で焼結することを
特徴とする固体電解質セルの製造方法、及び（２）成形
し乾燥したカルシア安定化ジルコニアからなる基体部材
上に、ニッケル又はニッケルとイットリア安定化ジルコ
ニアのサーメットからなる燃料極材とイットリア安定化
ジルコニアからなる電解質材と金属系材料又はランタン
クロム酸化物からなるインタコネクタ材を塗布し、これ
らを一度に燃料電池の運転温度以上の焼成温度で、酸化
雰囲気下で焼結し、その後に、ランタンコバルト酸化
物、ランタンマンガン酸化物又はそれらの混合物からな
る空気極材を該焼結体上に成膜させることを特徴とする
固体電解質セルの製造方法である。
カルシア安定化ジルコニアからなる基体部材上に、ニッ
ケル又はニッケルとイットリア安定化ジルコニアのサー
メットからなる燃料極材とイットリア安定化ジルコニア
からなる電解質材と金属系材料又はランタンクロム酸化
物からなるインタコネクタ材とランタンコバルト酸化
物、ランタンマンガン酸化物又はそれらの混合物からな
る空気極材とを塗布し、これらを一度に燃料電池の運転
温度以上の焼成温度で、酸化雰囲気下で焼結することを
特徴とする固体電解質セルの製造方法、及び（２）成形
し乾燥したカルシア安定化ジルコニアからなる基体部材
上に、ニッケル又はニッケルとイットリア安定化ジルコ
ニアのサーメットからなる燃料極材とイットリア安定化
ジルコニアからなる電解質材と金属系材料又はランタン
クロム酸化物からなるインタコネクタ材を塗布し、これ
らを一度に燃料電池の運転温度以上の焼成温度で、酸化
雰囲気下で焼結し、その後に、ランタンコバルト酸化
物、ランタンマンガン酸化物又はそれらの混合物からな
る空気極材を該焼結体上に成膜させることを特徴とする
固体電解質セルの製造方法である。
【０００７】本発明において、基体部材、燃料極材、電
解質材、インタコネクタ材及び空気極材は熱膨張率を極
力近づけることが望ましいので、基体部材にはカルシア
安定化ジルコニア（ＣＳＺ）、電解質材にはイットリア
安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が用いられ、電極材のうち
燃料極材としてはニッケル又はニッケルとＹＳＺのサー
メット、空気極材としてランタンコバルト酸化物（Ｌａ
ＣｏＯ3 ）又はランタンマンガン酸化物（ＬａＭｎ
Ｏ3 ）及びそれらの混合物が用いられ、インタコネクタ
材としてはニッケル・アルミニウム（ＮｉＡｌ）などの
金属系材料やＬａＣｒＯ 3 が用いられる。
解質材、インタコネクタ材及び空気極材は熱膨張率を極
力近づけることが望ましいので、基体部材にはカルシア
安定化ジルコニア（ＣＳＺ）、電解質材にはイットリア
安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が用いられ、電極材のうち
燃料極材としてはニッケル又はニッケルとＹＳＺのサー
メット、空気極材としてランタンコバルト酸化物（Ｌａ
ＣｏＯ3 ）又はランタンマンガン酸化物（ＬａＭｎ
Ｏ3 ）及びそれらの混合物が用いられ、インタコネクタ
材としてはニッケル・アルミニウム（ＮｉＡｌ）などの
金属系材料やＬａＣｒＯ 3 が用いられる。
【０００８】空気極材として、ランタンマンガン酸化物
（ＬａＭｎＯ3 ）を使用する場合は、成形し乾燥した基
体部材上に、燃料極材、電解質材、インタコネクタ材及
び空気極材を塗布し、これらを一度に高温運転温度以上
の焼成温度で焼結することによって固体電解質セルを得
ることができるが（第一発明）、この場合においても燃
料極材としてニッケルを使用する場合は、ニッケルは１
４００℃以上で軟化しガス透過性が阻害されるため、焼
成時には酸化雰囲気として酸化ニッケル（ＮｉＯ）の形
で行う必要がある。インタコネクタ材についてもニッケ
ル・アルミニウムなどの金属系材料を使用する場合はニ
ッケル燃料極と同様に行う必要がある。
（ＬａＭｎＯ3 ）を使用する場合は、成形し乾燥した基
体部材上に、燃料極材、電解質材、インタコネクタ材及
び空気極材を塗布し、これらを一度に高温運転温度以上
の焼成温度で焼結することによって固体電解質セルを得
ることができるが（第一発明）、この場合においても燃
料極材としてニッケルを使用する場合は、ニッケルは１
４００℃以上で軟化しガス透過性が阻害されるため、焼
成時には酸化雰囲気として酸化ニッケル（ＮｉＯ）の形
で行う必要がある。インタコネクタ材についてもニッケ
ル・アルミニウムなどの金属系材料を使用する場合はニ
ッケル燃料極と同様に行う必要がある。
【０００９】空気極としてランタンコバルト酸化物（Ｌ
ａＣｏＯ3 ）を使用する場合は、このものは焼結温度１
５００℃以上では溶融するので、成形し乾燥した基体部
材上に、燃料極材、電解質材、インタコネクタ材を塗布
し、これらを一度に高温運転温度以上の焼成温度で焼結
した後、空気極材であるランタンコバルト酸化物を該焼
結体上に成膜することが必要である。（第二発明）この
場合においても、燃料極材、インタコネクタ材の種類に
応じては酸化雰囲気での焼成が必要であることは上述と
同じである。
ａＣｏＯ3 ）を使用する場合は、このものは焼結温度１
５００℃以上では溶融するので、成形し乾燥した基体部
材上に、燃料極材、電解質材、インタコネクタ材を塗布
し、これらを一度に高温運転温度以上の焼成温度で焼結
した後、空気極材であるランタンコバルト酸化物を該焼
結体上に成膜することが必要である。（第二発明）この
場合においても、燃料極材、インタコネクタ材の種類に
応じては酸化雰囲気での焼成が必要であることは上述と
同じである。
【００１０】また、第一発明、第二発明において、基体
部材、電解質材、電極材（燃料極、空気極）はスラリー
塗布した場合には、焼成時に約２０％程度の収縮が生じ
るので、それらを考慮してスラリー塗布厚さを決定すべ
きである。なお、基体部材に適用される各材の塗布は、
一般のスラリー塗布のみではなく、プラズマ溶射法、サ
ーモスプレー法などでもよいことは云うまでもない。
部材、電解質材、電極材（燃料極、空気極）はスラリー
塗布した場合には、焼成時に約２０％程度の収縮が生じ
るので、それらを考慮してスラリー塗布厚さを決定すべ
きである。なお、基体部材に適用される各材の塗布は、
一般のスラリー塗布のみではなく、プラズマ溶射法、サ
ーモスプレー法などでもよいことは云うまでもない。
【００１１】
【作用】本発明によれば、全部又は大部分の構成部材の
焼成が同時に行われるため、工程数が大幅に低減され、
また製造時に運転温度以上で焼成されるため、長期間の
高温（９００〜１０００℃）での運転にも、電極、電解
質膜の焼結、収縮が起きにくく、耐久性、耐ヒートサイ
クル性に優れた固体電解質セルを製造することができ
る。
焼成が同時に行われるため、工程数が大幅に低減され、
また製造時に運転温度以上で焼成されるため、長期間の
高温（９００〜１０００℃）での運転にも、電極、電解
質膜の焼結、収縮が起きにくく、耐久性、耐ヒートサイ
クル性に優れた固体電解質セルを製造することができ
る。
【００１２】
（実施例１）以下、本発明の一実施例に係る円筒型固体
電解質型燃料電池の製造法を説明する。まず、カルシア
安定化ジルコニアよりなる基体管材を押出し法等により
所定の長さ、径（例えば、径２０×長さ７００ｍｍ）に
押し出し、以降の作業性をよくするために自然乾燥及び
加熱乾燥を約１昼夜行う。
電解質型燃料電池の製造法を説明する。まず、カルシア
安定化ジルコニアよりなる基体管材を押出し法等により
所定の長さ、径（例えば、径２０×長さ７００ｍｍ）に
押し出し、以降の作業性をよくするために自然乾燥及び
加熱乾燥を約１昼夜行う。
【００１３】成形された基体管上にニッケルよりなる燃
料極材をスラリー化したものをスラリー塗布法により所
定の位置に塗布し、さらに、ＹＳＺよりなる電解質材、
ＬａＣｒＯ3 よりなるインタコネクタ材及びＬａＭｎＯ
3 よりなる空気極材を同様な方法で順次塗布する。
料極材をスラリー化したものをスラリー塗布法により所
定の位置に塗布し、さらに、ＹＳＺよりなる電解質材、
ＬａＣｒＯ3 よりなるインタコネクタ材及びＬａＭｎＯ
3 よりなる空気極材を同様な方法で順次塗布する。
【００１４】最後に各構成膜を塗布し終った基体管を焼
成炉に入れ、焼成に必要な温度である１６５０℃で焼成
する。この際燃料極等に用いる金属系の材料は１４００
℃以上では軟化するため酸化雰囲気にて焼成する。
成炉に入れ、焼成に必要な温度である１６５０℃で焼成
する。この際燃料極等に用いる金属系の材料は１４００
℃以上では軟化するため酸化雰囲気にて焼成する。
【００１５】このようにして、固体電解質燃料電池は従
来基体管の焼成のみを目的として行われた工程で完成す
ることになり、大幅な工程数低減と運転温度以上の製造
プロセスを経ることにより性能の安定化が可能となる。
来基体管の焼成のみを目的として行われた工程で完成す
ることになり、大幅な工程数低減と運転温度以上の製造
プロセスを経ることにより性能の安定化が可能となる。
【００１６】（実施例２）実施例１と同じ基体管上に、
ニッケルよりなる燃料極材、ＹＳＺよりなる電解質材、
ＮｉＡｌよりなるインタコネクタ材をスラリー塗布法に
より順次塗布し、塗布した基体管を焼成炉に入れ、焼成
に必要な温度である１５００℃で焼成した後、ＬａＣｏ
Ｏ3 よりなる空気極を成膜した。この実施例２において
も焼成は燃料極材、インタコネクタ材が金属系のもので
あるので酸化雰囲気で焼成を行った。この実施例２にお
いても、上記実施例１と同様の効果をもった固体電解質
燃料電池が得られた。
ニッケルよりなる燃料極材、ＹＳＺよりなる電解質材、
ＮｉＡｌよりなるインタコネクタ材をスラリー塗布法に
より順次塗布し、塗布した基体管を焼成炉に入れ、焼成
に必要な温度である１５００℃で焼成した後、ＬａＣｏ
Ｏ3 よりなる空気極を成膜した。この実施例２において
も焼成は燃料極材、インタコネクタ材が金属系のもので
あるので酸化雰囲気で焼成を行った。この実施例２にお
いても、上記実施例１と同様の効果をもった固体電解質
燃料電池が得られた。
【００１７】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、固体
電解質型燃料電池の製造において、基体管の焼成と電極
及び電解質の一部及び全部を同時に焼成することによ
り、性能の安定化、製造の工数の低減を図ることが
可能となる。
電解質型燃料電池の製造において、基体管の焼成と電極
及び電解質の一部及び全部を同時に焼成することによ
り、性能の安定化、製造の工数の低減を図ることが
可能となる。
【図１】従来の固体電解質燃料電池の製造過程を示す説
明図。
明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 達郎 長崎県長崎市深堀町５丁目717番１号 三菱重工業株式会社 長崎研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−178454（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−93065（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (2)
- 【請求項１】 成形し乾燥したカルシア安定化ジルコニ
アからなる基体部材上に、ニッケル又はニッケルとイッ
トリア安定化ジルコニアのサーメットからなる燃料極材
とイットリア安定化ジルコニアからなる電解質材と金属
系材料又はランタンクロム酸化物からなるインタコネク
タ材とランタンコバルト酸化物、ランタンマンガン酸化
物又はそれらの混合物からなる空気極材とを塗布し、こ
れらを一度に燃料電池の運転温度以上の焼成温度で、酸
化雰囲気下で焼結することを特徴とする固体電解質セル
の製造方法。 - 【請求項２】 成形し乾燥したカルシア安定化ジルコニ
アからなる基体部材上に、ニッケル又はニッケルとイッ
トリア安定化ジルコニアのサーメットからなる燃料極材
とイットリア安定化ジルコニアからなる電解質材と金属
系材料又はランタンクロム酸化物からなるインタコネク
タ材を塗布し、これらを一度に燃料電池の運転温度以上
の焼成温度で、酸化雰囲気下で焼結し、その後に、ラン
タンコバルト酸化物、ランタンマンガン酸化物又はそれ
らの混合物からなる空気極材を該焼結体上に成膜させる
ことを特徴とする固体電解質セルの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4048245A JP3064087B2 (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 固体電解質セルの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4048245A JP3064087B2 (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 固体電解質セルの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251094A JPH05251094A (ja) | 1993-09-28 |
| JP3064087B2 true JP3064087B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=12798063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4048245A Expired - Lifetime JP3064087B2 (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 固体電解質セルの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3064087B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2822075A1 (en) | 2013-07-03 | 2015-01-07 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell unit |
| EP2854210A1 (en) | 2013-09-27 | 2015-04-01 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell stack |
| DE112019006660T5 (de) | 2019-02-28 | 2021-12-09 | Mitsubishi Power, Ltd. | Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenmodul, Energieerzeugungssystem und Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1014284C2 (nl) * | 2000-02-04 | 2001-08-13 | Stichting Energie | Werkwijze voor het vervaardigen van een samenstel omvattende een anodegedragen elektrolyt alsmede keramische cel omvattende een dergelijk samenstel. |
| JP5086507B2 (ja) * | 2001-09-28 | 2012-11-28 | 三菱重工業株式会社 | 燃料電池セル管の製造方法及びセラミックス製造装置 |
| JP4544872B2 (ja) * | 2003-01-27 | 2010-09-15 | 京セラ株式会社 | 燃料電池セル及び燃料電池 |
| JP5168668B2 (ja) * | 2009-08-07 | 2013-03-21 | Ｔｏｔｏ株式会社 | 固体酸化物型燃料電池 |
-
1992
- 1992-03-05 JP JP4048245A patent/JP3064087B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2822075A1 (en) | 2013-07-03 | 2015-01-07 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell unit |
| EP2854210A1 (en) | 2013-09-27 | 2015-04-01 | Toto Ltd. | Solid oxide fuel cell stack |
| DE112019006660T5 (de) | 2019-02-28 | 2021-12-09 | Mitsubishi Power, Ltd. | Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenmodul, Energieerzeugungssystem und Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels |
| US11824244B2 (en) | 2019-02-28 | 2023-11-21 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Fuel cell stack, fuel cell module, power generation system, and method of producing fuel cell stack |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05251094A (ja) | 1993-09-28 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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