JP3113347B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
に関し、特に平板型構造をなす固体電解質型燃料電池の
改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly to an improvement in a solid oxide fuel cell having a flat structure.
【０００２】[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ものであり、高
い発電効率が得られるものとして期待されている。ま
た、リン酸型、溶融炭酸塩型に続く第三世代の燃料電池
として、固体電解質型の燃料電池（以下、ＳＯＦＣとい
う）が、注目されている。このＳＯＦＣにおいては、電
解質として酸化物固溶体（主としてＹ2 Ｏ3 で安定化さ
れたＺｒＯ2 からなる）が用いられており、その含有さ
れる酸素のイオン伝導性を利用して発電が行われるた
め、電解質損失の問題は完全に解消される。また、作動
温度が約１０００℃という高温度であるため、従来の燃
料電池に比べ、一段と高い発電効率を得ることが可能で
ある。2. Description of the Related Art Fuel cells convert chemical energy of supplied gas directly into electric energy, and are expected to provide high power generation efficiency. Also, as a third generation fuel cell following the phosphoric acid type and the molten carbonate type, a solid electrolyte type fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) has been receiving attention. In this SOFC, an oxide solid solution (mainly composed of ZrO 2 stabilized with Y 2 O 3 ) is used as an electrolyte, and power is generated by utilizing the ionic conductivity of oxygen contained therein. Thus, the problem of electrolyte loss is completely eliminated. Further, since the operating temperature is as high as about 1000 ° C., it is possible to obtain much higher power generation efficiency as compared with a conventional fuel cell.
【０００３】一方、ＳＯＦＣの形状としては円筒型と平
板型の２種類があって、それらは夫々次のような特徴を
もつ。即ち、円筒型のものはガスシール性に優れている
が、その電極の形成にはプラズマ溶射法やＥＶＤ法など
の特殊な技術を必要とする。また、その構成上、単セル
の大型化が困難であり、体積当たりの出力密度が小さい
という欠点がある。これに対し、平板型のものは簡単な
塗布法によって電極の形成が可能であり、量産に適して
いる。また、多数のセルを積層してスタック構造となす
ことにより、体積当たりの出力密度を大きくすることが
でき、実用性の高い電池として注目されている。On the other hand, there are two types of SOFCs, a cylindrical type and a flat type, which have the following characteristics, respectively. That is, although the cylindrical type is excellent in gas sealing properties, the formation of the electrode requires a special technique such as a plasma spraying method or an EVD method. In addition, due to its configuration, it is difficult to increase the size of a single cell, and the output density per unit volume is low. On the other hand, the flat plate type is suitable for mass production since electrodes can be formed by a simple coating method. In addition, by stacking a large number of cells to form a stack structure, the output density per volume can be increased, and the battery is attracting attention as a highly practical battery.
【０００４】図４は、平板型ＳＯＦＣを構成する従来の
スタック構造を示す側面断面図である。図面からも明ら
かなように、このスタック１１は、固体電解質層１２を
カソード１３及びアノード１４の両電極によって両側か
ら挟持して平板状のセルを形成し、更に、該カソード１
３及びアノード１４の両電極をガス分離板（以下セパレ
ータという）１５、１６が両外側から挟持するように積
層された構造となっている。また、該セパレータ１５、
１６については、両電極であるカソード１３、アノード
１４との界面部においてガス供給空間を形成すべく多数
の溝部１７・・・が設けられている。FIG. 4 is a side sectional view showing a conventional stack structure constituting a flat type SOFC. As is apparent from the drawing, the stack 11 forms a flat cell by sandwiching the solid electrolyte layer 12 between the cathode 13 and the anode 14 from both sides.
Gas separators (hereinafter referred to as separators) 15 and 16 are stacked so that both electrodes of the anode 3 and the anode 14 are sandwiched from both outer sides. Further, the separator 15,
In the case of 16, a large number of grooves 17 are provided at the interface between the cathode 13 and the anode 14, which are both electrodes, to form a gas supply space.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造のスタック１１においては、その構成材料が全
て固体であることから、〔電極／固体電解質〕界面にお
ける相互の密着性には本来的に問題がある。そのため、
界面での反応抵抗性を増大させるおそれは大きい。ま
た、スタック１１の構成材料の各々については、当然に
固有の熱膨張率をもっており、加えて高温度条件下（約
１０００℃）に化学反応が進められることから、各構成
材料間においてはどうしても熱歪みが発生してしまう。
即ち、積層された各構成材料の面内或いは積層方向にお
いて温度差を生じることから、面剥離現象を引き起こす
ことにもなりかねない。However, in the stack 11 having such a structure, since the constituent materials are all solid, there is an inherent problem in the mutual adhesion at the [electrode / solid electrolyte] interface. There is. for that reason,
There is a great risk of increasing the reaction resistance at the interface. In addition, each of the constituent materials of the stack 11 naturally has a specific coefficient of thermal expansion, and the chemical reaction proceeds under a high temperature condition (about 1000 ° C.). Distortion occurs.
That is, since a temperature difference is generated in the plane of the laminated constituent materials or in the laminating direction, a surface peeling phenomenon may be caused.
【０００６】このような面剥離の問題については、アノ
ード１４をサーメット化することによって熱膨張率差を
緩和させ、電極自体の収縮の防止を図ったり、或いはカ
ソード１３を粉末材料でもって熱処理形成すると共に、
かかる粉末材料の粒子径の調整を行う等の検討がなされ
ており、ある程度の成果は得られている。しかし、〔電
極／セパレータ〕界面において、ガス供給空間を形成す
べく設けた多数の溝部１７の存在は、電極、セパレータ
相互の密着性の長期にわたる安定性を欠き、それらの接
触抵抗を増大させるおそれを大きくしている。ところ
が、この問題に対しては、これといった対策は全くなさ
れていないのが現状である。[0006] Regarding the problem of surface peeling, the difference in the coefficient of thermal expansion is reduced by forming the anode 14 into a cermet to prevent contraction of the electrode itself, or the cathode 13 is formed by heat treatment using a powder material. Along with
Studies have been made to adjust the particle diameter of the powder material, and some results have been obtained. However, at the [electrode / separator] interface, the presence of a large number of grooves 17 provided to form a gas supply space lacks long-term stability of the adhesion between the electrode and the separator, and may increase their contact resistance. Is increasing. However, no countermeasures have been taken for this problem at present.
【０００７】本発明は、かかる現状に鑑み、電極／ガス
分離板相互の密着性を向上させ、その長期にわたる安定
性を保持し、安定且つ高性能な平板型固体電解質燃料電
池を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a stable and high-performance flat solid electrolyte fuel cell which improves the adhesion between an electrode and a gas separation plate, maintains its long-term stability. Aim.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、固体電解質を
介し、アノードとカソードを対向して配した平板状セル
を、アノード側ガス分離板とカソード側ガス分離板とに
より、挟持してなる固体電解質型燃料電池において、前
記アノード側ガス分離板とアノードとの間に、アノード
の形成成分が略均一に混合されたアノード側接合部材
を、更に、前記カソード側ガス分離板とカソードとの間
に、カソードの形成成分が略均一に混合されたカソード
側接合部材を設けると共に、前記アノード側接合部材及
びカソード側接合部材と接する部分に、夫々アノードガ
ス又はカソードガスのガス供給空間を形成する溝部が形
成されたことを特徴としている。According to the present invention, a flat cell having an anode and a cathode opposed to each other via a solid electrolyte is sandwiched between an anode-side gas separation plate and a cathode-side gas separation plate. In a solid oxide fuel cell, an anode is provided between the anode-side gas separator and the anode.
An anode-side bonding member forming component is substantially uniformly mixed, further, between the cathode gas separator plate and the cathode, Rutotomoni provided on the cathode side bonding member cathode of forming components are substantially uniformly mixed The anode-side joining member and
And anode contact parts
The grooves that form the gas or cathode gas supply space are shaped
It is characterized by having been achieved .
【０００９】また、本発明は、前記アノード側接合部材
が、略均一に混合された、アノードの形成成分とアノー
ド側ガス分離板の形成成分との混合成分から形成される
と共に、前記カソード側接合部材が、略均一に混合され
た、カソードの形成成分とカソード側ガス分離板の形成
成分との混合成分から形成されていることを特徴として
いる。Further, the present invention, the anode-side joint member is formed substantially uniformly mixed, the mixture component and the anode of forming component and A node <br/> de side gas separator plate forming component At the same time, the cathode-side joining member is substantially uniformly mixed.
And is characterized in that it is mixed formed divided et forming the cathode of the formation component and the formation component of the cathode gas separator plate.
【００１０】[0010]
【作用】上記構成によれば、固体電解質を介して、アノ
ードとカソードが対向して配され、平板状のセルが形成
される。また、かかる平板状のセルのアノード側におい
ては、アノードの形成成分が略均一に混合されたアノー
ド側接合部材を介してアノード側ガス分離板が配され、
更に、カソード側においては、カソードの形成成分が略
均一に混合されたカソード側接合部材を介してカソード
側ガス分離板が夫々配されると共に、前記アノード側接
合部材及びカソード側接合部材と接する部分に、夫々ア
ノードガス又はカソードガスのガス供給空間を形成する
溝部が形成されて、固体電解質型燃料電池が形成され
る。According to the above configuration, through the solid electrolyte, an anode and a cathode are disposed opposite, plate-like cells are formed. Further, on the anode side of such a flat cell, an anode-side gas separation plate is provided via an anode-side joining member in which components for forming the anode are substantially uniformly mixed ,
Furthermore, on the cathode side, the components forming the cathode are substantially
Homogeneously mixed cathode gas separator plate through the cathode-side joint member are respectively distribution Rutotomoni, the anode contact
At the parts that come into contact with the joining member and the cathode-side joining member,
Form a gas supply space for node gas or cathode gas
The grooves are formed to form a solid oxide fuel cell.
【００１１】また、アノード側接合部材は、略均一に混
合された、アノードを形成する成分とアノード側ガス分
離板を形成する成分との混合成分によって形成され、更
に、カソード側接合部材は、略均一に混合された、カソ
ードを形成する成分とカソード側ガス分離板を形成する
成分との混合成分によって形成される。The anode-side joining member is mixed substantially uniformly.
Together the, formed by mixing components of the components forming the component and A node side gas separator plate to form an anode, further, the cathode-side joint member was substantially uniformly mixed, component and cathode to form a cathode It is formed by a mixed component with a component forming the side gas separation plate.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って、具体
的に説明する。図１は、本発明にかかる固体電解質型燃
料電池のスタック構造を示す側面断面図である。図面か
らも明らかなように、このスタック１は固体電解質層２
を中心として、その層の上下面にカソード３とアノード
４が、カソード３の上面にカソード側の接合部材である
グリーンテープ５が、アノード４の下面にアノード側の
接合部材であるグリーンテープ６が、また、グリーンテ
ープ５の上面にはセパレータ７が、グリーンテープ６の
下面にはセパレータ８が夫々設けられている。ここで、
セパレータ７、８については、夫々ガス分離機能をもつ
板部材として形成されたものであって、グリーンテープ
５及びグリーンテープ６と接する部分に、ガス供給空間
を形成する多数の溝部９・・・・・、１０・・・・・
（図面では角溝型形状をなすものとして、グリーンテー
プ５及び６に面する部分に夫々６個ずつ設けた例を示
す）が形成されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing a stack structure of a solid oxide fuel cell according to the present invention. As is apparent from the drawing, this stack 1 is composed of a solid electrolyte layer 2
The cathode 3 and the anode 4 are provided on the upper and lower surfaces of the layer, the green tape 5 serving as the cathode-side joining member is provided on the upper surface of the cathode 3, and the green tape 6 serving as the anode-side joining member is provided on the lower surface of the anode 4. A separator 7 is provided on the upper surface of the green tape 5, and a separator 8 is provided on the lower surface of the green tape 6. here,
Each of the separators 7 and 8 is formed as a plate member having a gas separating function, and has a large number of grooves 9 which form a gas supply space in a portion in contact with the green tape 5 and the green tape 6.・ ・ 10 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・
(The drawing shows an example in which six pieces are provided on the portions facing the green tapes 5 and 6, respectively, assuming a square groove shape.)
【００１３】なお、グリーンテープ５に面する溝部９に
は、空気（その酸素成分が化学反応に利用される）が供
給され、グリーンテープ６に面する溝部１０には、水素
ガス（燃料ガスとなる）が夫々供給されるようになって
いる。 〔第１実施例〕本発明にかかる固体電解質型燃料電池の
一実施例として、燃料電池Ａの製法について説明する。
先ず、上記スタック１を構成する固体電解質層２を形成
するための固体電解質層用グリーンテープ、カソード３
及びカソード側のグリーンテープ５を形成するためのカ
ソード用グリーンテープ、アノード４及びアノード側の
グリーンテープ６を形成するためのアノード用グリーン
テープについて、その作製例を以下に示す。The groove 9 facing the green tape 5 is supplied with air (the oxygen component is used for a chemical reaction), and the groove 10 facing the green tape 6 is supplied with hydrogen gas (fuel gas). ) Are supplied respectively. [First Embodiment] As one embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention, a method of manufacturing a fuel cell A will be described.
First, a solid electrolyte layer green tape for forming the solid electrolyte layer 2 constituting the stack 1 and a cathode 3
Production examples of the cathode green tape for forming the cathode-side green tape 5 and the anode green tape for forming the anode 4 and the anode-side green tape 6 will be described below.
【００１４】 固体電解質層用グリーンテープ Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 粉末 １００重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダー） ３０重量部 フタル酸ジオクチル（可塑剤） ２０重量部 エタノール（溶媒） ３００重量部 カソード用グリーンテープ Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 粉末 １００重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダー） ３０重量部 フタル酸ジオクチル（可塑剤） ２０重量部 エタノール（溶媒） ３００重量部 アノード用グリーンテープ Ｎｉ粉末 ７０重量部 ポリビニルブチラール樹脂（バインダー） ２０重量部 フタル酸ジオクチル（可塑剤） １０重量部 エタノール（溶媒） ２００重量部 次に、上記、、で示す配合組成によって配合した
各成分を、夫々ボールミルにて充分に混合してスラリー
状とした。この際、スラリー中の微小な気泡は、減圧下
において攪拌しながら除去した。続いて、かかるスラリ
ーを、通常のテープキャスティング法によってテープ状
に形成し、各々の成分組成、、をもったグリーン
テープとした。Green tape for solid electrolyte layer Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 powder 100 parts by weight Polyvinyl butyral resin (binder) 30 parts by weight Dioctyl phthalate (plasticizer) 20 parts by weight Ethanol (solvent) 300 parts by weight Green for cathode Tape La 0.9 Sr 0.1 MnO 3 powder 100 parts by weight Polyvinyl butyral resin (binder) 30 parts by weight Dioctyl phthalate (plasticizer) 20 parts by weight Ethanol (solvent) 300 parts by weight Green tape for anode Ni powder 70 parts by weight Polyvinyl butyral resin ( Binder) 20 parts by weight Dioctyl phthalate (plasticizer) 10 parts by weight Ethanol (solvent) 200 parts by weight Next, the respective components blended according to the blending composition shown above are sufficiently mixed in a ball mill to form a slurry. And At this time, fine bubbles in the slurry were removed while stirring under reduced pressure. Subsequently, the slurry was formed into a tape by a normal tape casting method to obtain a green tape having the respective component compositions.
【００１５】更に、これらのグリーンテープをカソード
用グリーンテープ／固体電解質層用グリーンテープ／ア
ノード用グリーンテープの順で積重し、続いて大気中に
て、温度１３００〜１５００℃で１〜１０ｈｒの条件で
もって焼成することにより、カソード３／固体電解質層
２／アノード４の構成からなる１単位のセル（単電池の
こと）Ｃ（Ａ）を形成した。Further, these green tapes are stacked in the order of a green tape for a cathode / a green tape for a solid electrolyte layer / a green tape for an anode, and subsequently in air at a temperature of 1300 to 1500 ° C. for 1 to 10 hours. By firing under the conditions, one unit cell (unit cell) C (A) having the structure of the cathode 3 / the solid electrolyte layer 2 / the anode 4 was formed.
【００１６】次に、カソード用グリーンテープを上記セ
ルＣ（Ａ）におけるカソード３と接するように、また、
アノード用グリーンテープをセルＣ（Ａ）におけるアノ
ード４に接するように積重した後、更に、かかるカソー
ド用グリーンテープに対してセパレータ７を、アノード
用グリーンテープに対してセパレータ８を積重して１単
位のスタックＳ（Ａ）とした。Next, the cathode green tape is brought into contact with the cathode 3 in the cell C (A),
After stacking the anode green tape so as to be in contact with the anode 4 in the cell C (A), the separator 7 is stacked on the cathode green tape and the separator 8 is stacked on the anode green tape. One stack S (A) was set.
【００１７】続いて、このスタックＳ（Ａ）を５個積層
して５セルスタックとした後、温度５０〜１５０℃、更
に圧力５０〜３００ｋｇ／ｃｍ2 の条件の下で加熱、加
圧して融着させ、成形体である燃料電池Ａとした。な
お、セルＣ（Ａ）のサイズとしては１００ｍｍ×１００
ｍｍ、固体電解質層２の厚みとしては２００μｍ、カソ
ード３及びアノード４の電極の厚みとしては夫々１００
μｍとした。また、セルＣ（Ａ）に対して積重するカソ
ード用グリーンテープ及びアノード用グリーンテープに
ついては、夫々の厚みを５０μｍとした。また、かかる
５セルスタックの締めつけにあたっては、スタックの上
面、下面に、高温で弾力性のある材質（金属、セラミッ
ク、サーメットのいずれかの材質）からなる熱応力吸収
板を当接して行った。この場合、熱応力吸収板の形状に
ついては、コルゲート状、並板状、板状のいずれかとす
る。このような形状とすれば、スタック内における面内
温度分布に伴う部分的な熱応力が容易に且つ柔軟に緩和
され、スタック内のすべての場所に対して同一の締め付
け圧力を付与することが可能となる。従って、固体電解
質層２の割れを防止できると共に、セパレータ７、８と
各電極（カソード３及びアノード４）との均一な接触を
図ることができる。Subsequently, five stacks S (A) are stacked to form a 5-cell stack, and then heated and pressed under the conditions of a temperature of 50 to 150 ° C. and a pressure of 50 to 300 kg / cm 2 to melt the stack. The fuel cell A was a molded body. The size of the cell C (A) is 100 mm × 100
mm, the thickness of the solid electrolyte layer 2 is 200 μm, and the thickness of the electrodes of the cathode 3 and the anode 4 is 100 μm, respectively.
μm. The thickness of each of the cathode green tape and the anode green tape stacked on the cell C (A) was set to 50 μm. Further, when tightening the five-cell stack, a thermal stress absorbing plate made of a material having high temperature and elasticity (any of metal, ceramic and cermet) was brought into contact with the upper and lower surfaces of the stack. In this case, the shape of the thermal stress absorbing plate is any one of a corrugated shape, a parallel plate shape, and a plate shape. With such a shape, partial thermal stress due to in-plane temperature distribution in the stack can be easily and flexibly reduced, and the same tightening pressure can be applied to all locations in the stack. Becomes Therefore, cracking of the solid electrolyte layer 2 can be prevented, and uniform contact between the separators 7 and 8 and each electrode (cathode 3 and anode 4) can be achieved.
【００１８】また、上記セパレータ７、８としてはＮｉ
−Ｃｒ系の合金を使用した。その製作については、従来
のように溝部９（或いは溝部１０）を角溝状に設けた板
状のものとして一体成型することができる。しかし、製
作精度や製作コストを考慮した場合、セパレータ７、８
を構成する平坦部と、溝部９、１０を形成するための凸
部とに分けて製作することも可能である。このようにす
れば、切削作業を簡略化できると共に、平面精度の向上
を図ることも可能となる。The separators 7 and 8 are made of Ni.
-A Cr-based alloy was used. As for its manufacture, it can be integrally molded as a plate-like member in which the groove 9 (or the groove 10) is provided in the shape of a square groove as in the related art. However, in consideration of the production accuracy and the production cost, the separators 7, 8
And the convex portions for forming the grooves 9 and 10 can be manufactured separately. In this way, the cutting operation can be simplified, and the planar accuracy can be improved.
【００１９】一方、かかる平坦部を緻密構造とすると共
に、凸部を多孔性（多孔度０〜９０％）とした場合にお
いては、供給ガスを電極全面にわたって容易に拡散させ
ることができるようになり、反応特性、更には燃料利用
率の向上を図ることも可能となる。このような場合にお
ける平坦部及び凸部の材質については、ＬａＣｒＯ３系
等のペロブスカイト型酸化物、Ｎｉ−Ｃｒ系等の耐熱合
金、Ｎｉ−ＺｒＯ２等のサーメット、或いはＮｉ金属夫
々の単体若しくはこれらの組み合わせが使用される。例
えば、平坦部を、緻密構造をなすＮｉ−Ｃｒ系等の耐熱
合金で形成し、カソード側のセパレータ７における凸部
を耐熱安定性に富むＬａＣｒＯ３等の導電性酸化物で形
成すると共に、アノード側のセパレータ８における凸部
をＮｉ或いはＮｉ−ＺｒＯ２サーメット等とするが如し
である。このようにすれば、耐熱合金の高熱伝導率の特
性が生かされて、スタック全体を均熱状態とすることが
可能となると共に、凸部が供給ガスに対して安定な材料
で形成されているため、腐食等の問題も低減されるので
ある。On the other hand, when the flat portion has a dense structure and the convex portion is porous (porosity: 0 to 90%), the supply gas can be easily diffused over the entire surface of the electrode. It is also possible to improve the reaction characteristics and the fuel utilization. In such a case, the material of the flat portion and the convex portion may be a perovskite oxide such as LaCrO3, a heat-resistant alloy such as Ni-Cr, a cermet such as Ni-ZrO2, or a single Ni metal or a combination thereof. Is used. For example, the flat portion is formed of a heat-resistant alloy such as a Ni-Cr-based material having a dense structure, and the convex portion of the separator 7 on the cathode side is formed of a conductive oxide such as LaCrO3 which is rich in heat resistance and the anode side. The protrusions of the separator 8 are made of Ni or Ni-ZrO2 cermet or the like. With this configuration, the high heat conductivity characteristic of the heat-resistant alloy is utilized, so that the entire stack can be kept in a uniform temperature state, and the protrusions are formed of a material that is stable with respect to the supply gas. Therefore, problems such as corrosion are reduced.
【００２０】また、本実施例においては、カソード３と
して単一組成のものを使用したが、電極面をいくつかの
領域に分け、夫々の領域における諸条件に適した材質で
もって形成することも可能である。例えば、電極面内の
温度分布に対応させるべく、低温側の領域については低
温での活性が高い材質を使用し、高温側の領域について
は固体電解質との反応性において安定な材質を使用する
が如くである。こうすることにより、カソード３におけ
る電極面内の作動温度を従来に比べて低くシフトさせる
ことができるようになるし、セルの耐久性を大幅に改善
することが可能となる。 〔第２実施例〕上記第１実施例におけるセルＣ（Ａ）に
対して積重するカソード用グリーンテープ及びアノード
用グリーンテープの各々の組成を以下のように作製した
以外は第１実施例と全く同様な方法でもって燃料電池Ｂ
を形成した。In the present embodiment, the cathode 3 is of a single composition, but the electrode surface may be divided into several regions, and the cathode 3 may be formed of a material suitable for various conditions in each region. It is possible. For example, in order to correspond to the temperature distribution in the electrode surface, a material having high activity at low temperature is used for a low temperature region, and a material stable in reactivity with a solid electrolyte is used for a high temperature region. It is as follows. By doing so, the operating temperature in the electrode surface of the cathode 3 can be shifted lower than before, and the durability of the cell can be greatly improved. [Second Embodiment] The second embodiment differs from the first embodiment in that the respective compositions of the cathode green tape and the anode green tape stacked on the cell C (A) in the first embodiment are prepared as follows. Fuel cell B in exactly the same way
Was formed.
【００２１】 カソード用グリーンテープ Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 ／Ｎｉ−Ｃｒ合金粉末＝１／１（重量％） ９０重量部 アノード用グリーンテープ Ｎｉ／Ｎｉ−Ｃｒ合金粉末＝１／１（重量％） ７０重量部 なお、、において配合するバインダー、可塑剤、溶
媒の種類並びにそれらの配合率については、上記第１実
施例の条件と全く同様とした。 〔比較例〕第１実施例におけるセルＣ（Ａ）に対して、
カソード用グリーンテープ及びアノード用グリーンテー
プを積重せずに、セパレータ７、８を直接積重すること
によって１単位のスタックとし、これを５個積重して５
セルスタックとした後、同様な加熱加圧操作を施すこと
により、比較燃料電池Ｃを形成した。 〔実験〕形成した上記燃料電池Ａ、Ｂ、Ｃについて、夫
々１００℃／ｈｒの昇温速度でもって１０００℃迄昇温
した後、カソード３側に空気、アノード４側に水素ガス
を供給して各電池の運転を実施した。図２は単電池（セ
ルのこと）当たりの電圧Ｖと電流密度Ｉ（ｍＡ／ｃ
ｍ2 ）の関係を示すグラフであり、電池の初期特性を示
している。なお、電流密度が３００ｍＡ／ｃｍ2 の時に
おいて、燃料利用率／酸化剤利用率＝３０％／３０％と
なっている。Green tape for cathode La 0.9 Sr 0.1 MnO 3 / Ni-Cr alloy powder = 1/1 (% by weight) 90 parts by weight Green tape for anode Ni / Ni-Cr alloy powder = 1/1 (% by weight) 70 Parts by weight The types of binder, plasticizer, and solvent to be blended and the blending ratio thereof were exactly the same as the conditions in the first embodiment. [Comparative Example] With respect to the cell C (A) in the first embodiment,
Instead of stacking the green tape for the cathode and the green tape for the anode, the separators 7 and 8 are directly stacked to form a unit stack.
After forming the cell stack, the same heating and pressurizing operation was performed to form a comparative fuel cell C. [Experiment] The fuel cells A, B, and C thus formed were heated to 1000 ° C. at a rate of 100 ° C./hr, and then air was supplied to the cathode 3 side and hydrogen gas was supplied to the anode 4 side. The operation of each battery was performed. FIG. 2 shows the voltage V and the current density I (mA / c) per cell (cell).
m 2 ) is a graph showing the initial characteristics of the battery. When the current density is 300 mA / cm 2 , the fuel utilization rate / oxidant utilization rate = 30% / 30%.
【００２２】また、図３は電流密度を２００ｍＡ／ｃｍ
2 として定電流放電を行った場合の単電池当たりの電圧
Ｖと時間（ｈｒ）との関係を示すグラフであり、放電特
性即ち、電池の寿命特性を示している。図２及び図３か
らも明らかなように、比較燃料電池Ｃでは初期特性並び
に寿命特性共に本発明にかかる燃料電池Ａ、Ｂに比べて
不良である。なお、電圧Ｖの特性低下の原因について
は、交流インピーダンス法による測定から、接触抵抗が
原因していることが判明している。即ち、比較燃料電池
Ｃにおけるセパレータ７、８と、カソード３及びアノー
ド４との接触状態の不良が原因しているのである。FIG. 3 shows that the current density is 200 mA / cm.
2 is a graph showing the relationship between the voltage V per unit cell and time (hr) when constant current discharge is performed, and shows the discharge characteristics, that is, the life characteristics of the battery. As is clear from FIGS. 2 and 3, the comparative fuel cell C is inferior in both initial characteristics and life characteristics to the fuel cells A and B according to the present invention. Note that the cause of the characteristic deterioration of the voltage V has been found to be due to the contact resistance from the measurement by the AC impedance method. That is, this is caused by the poor contact between the separators 7 and 8 and the cathode 3 and the anode 4 in the comparative fuel cell C.
【００２３】また、図３から明らかなように、燃料電池
Ａと燃料電池Ｂとでは、寿命特性において僅かながらも
差が現れている。その差の原因についても、同じく接触
抵抗であることが判明している。即ち、燃料電池Ａで
は、積重したカソード用グリーンテープ及びアノード用
グリーンテープの組成成分が、夫々カソード３及びアノ
ード４と同じ内容成分となっているが、セパレータ７及
び８とはその内容成分を異にしている。このため、セパ
レータ７、８と、カソード３及びアノード４との相互間
における密着状態については、若干の密着不良が生じて
いるものと思われる。As is apparent from FIG. 3, there is a slight difference in the life characteristics between the fuel cell A and the fuel cell B. It has been found that the cause of the difference is also contact resistance. That is, in the fuel cell A, the composition components of the stacked green tape for cathode and green tape for anode have the same content components as those of the cathode 3 and the anode 4, respectively. I'm different. For this reason, it is considered that the adhesion between the separators 7 and 8 and the cathode 3 and the anode 4 is slightly defective.
【００２４】以上の結果から、積重するカソード用グリ
ーンテープ及びアノード用グリーンテープとしては、第
２実施例で示した燃料電池Ｂのように、各電極と各セパ
レータの組成成分とを混合した内容の組成とすることが
好ましいことが判明した。また、燃料電池Ａ、Ｂにおい
ては、セル運転後の分解解析から、特に、カソード３側
に設けたセパレータ７の酸化腐食が比較燃料電池Ｃに比
べてかなり低減されていることも確認された。From the above results, the stacking of the green tape for the cathode and the green tape for the anode, as in the fuel cell B shown in the second embodiment, is a mixture of the components of each electrode and each separator. It has been found that the following composition is preferable. Moreover, in the fuel cells A and B, it was confirmed from the decomposition analysis after the cell operation that the oxidative corrosion of the separator 7 provided on the cathode 3 side was significantly reduced as compared with the comparative fuel cell C.
【００２５】なお、本実施例においては、セパレータ
７、８としてＮｉ−Ｃｒ系の合金を使用しているが、例
えば、（Ｌａ0.9 Ｃａ0.1 ）（Ｃｒ0.9 Ｃａ0.1 ）Ｏ3
等のセラミックスを使用した場合においても、グリーン
テープの組成を電極とセパレータの混合組成とすること
によって同様の効果を得ることが可能である。また、そ
の混合比率については、１／１（重量％）に限るもので
はなく、使用材料によって適宜決定されるものである。In this embodiment, Ni—Cr alloys are used as the separators 7 and 8. For example, (La 0.9 Ca 0.1 ) (Cr 0.9 Ca 0.1 ) O 3
Even when ceramics such as described above are used, the same effect can be obtained by setting the composition of the green tape to a mixed composition of the electrode and the separator. Further, the mixing ratio is not limited to 1/1 (% by weight), but is appropriately determined depending on the material used.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上の本発明によれば、平板型の固体電
解質型燃料電池における各電極（固体状態である）とガ
ス分離板（同じく固体状態である）との間には、接合用
部材を介在させており、その働きによって、電極とガス
分離板とは確実に接合される。その結果、電極とガス分
離板との間には接触不良状態が形成されることがない。
従って、固体電解質型燃料電池における、ガス分離板と
電極との間で発生する接触抵抗の問題については完全に
解決することが可能である。According to the present invention described above, a joining member is provided between each electrode (in a solid state) and a gas separation plate (also in a solid state) in a flat solid electrolyte fuel cell. The electrode and the gas separation plate are securely joined by the action. As a result, a poor contact state is not formed between the electrode and the gas separation plate.
Therefore, it is possible to completely solve the problem of contact resistance generated between the gas separation plate and the electrode in the solid oxide fuel cell.
【００２７】また、かかる接合用部材を、各電極及びガ
ス分離板の夫々の形成成分を混合した混合成分でもって
形成することにより、各電極とガス分離板との確実な接
合状態を、長期にわたって安定に保持することが可能と
なる。更に、ガス分離板として耐熱合金等を使用した場
合においては、カソード側の接合用部材がガス分離板の
保護部材となるため、カソードに接触するガス分離板を
酸化腐食させてしまうという従来からの不具合現象につ
いては、大きく緩和させることが可能である。Further, by forming such a joining member with a mixed component obtained by mixing the respective forming components of each electrode and the gas separation plate, a reliable joining state between each electrode and the gas separation plate can be ensured for a long time. It is possible to stably hold. Furthermore, when a heat-resistant alloy or the like is used as the gas separation plate, the joining member on the cathode side serves as a protection member for the gas separation plate, so that the gas separation plate in contact with the cathode is oxidized and corroded. The defect phenomenon can be greatly reduced.
【００２８】このように、本発明によって、従来のもの
とは比較にならない程安定した高性能の固体電解質型燃
料電池を得ることが可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a high-performance solid oxide fuel cell which is incomparably stable with the conventional one.
【図１】本発明にかかる固体電解質型燃料電池のスタッ
ク構造を示す側面断面図である。FIG. 1 is a side sectional view showing a stack structure of a solid oxide fuel cell according to the present invention.
【図２】単電池当たりの電圧−電流密度の初期特性を示
すグラフである。FIG. 2 is a graph showing initial characteristics of voltage-current density per unit cell.
【図３】単電池当たりの放電特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing discharge characteristics per unit cell.
【図４】平板型固体電解質型燃料電池を構成する従来の
スタック構造を示す側面断面図である。FIG. 4 is a side sectional view showing a conventional stack structure constituting a flat solid electrolyte fuel cell.
１ スタック ２ 固体電解質層 ３ カソード ４ アノード ５、６ グリーンテープ ７、８ セパレータ ９、１０ 溝部 Reference Signs List 1 stack 2 solid electrolyte layer 3 cathode 4 anode 5, 6 green tape 7, 8 separator 9, 10 groove
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 修三 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 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 (56)参考文献 特開 平５−82141（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−204974（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−134963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−45059（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−40375（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shuzo Murakami 2-18-18 Keihanhondori Moriguchi City Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Toshihiko Saito 2-18-18 Keihanhondori Moriguchi City Sanyo Electric Co., Ltd. ( 56) References JP-A-5-82141 (JP, A) JP-A-2-204974 (JP, A) JP-A-3-134496 (JP, A) JP-A 64-45059 (JP, A) JP Hei 3-40375 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 8/00-8/24
Claims (2)
を対向して配した平板状セルを、アノード側ガス分離板
とカソード側ガス分離板とにより、挟持してなる固体電
解質型燃料電池において、 前記アノード側ガス分離板とアノードとの間に、アノー
ドの形成成分が略均一に混合されたアノード側接合部材
を、更に、前記カソード側ガス分離板とカソードとの間
に、カソードの形成成分が略均一に混合されたカソード
側接合部材を設けると共に、 前記アノード側接合部材及びカソード側接合部材と接す
る部分に、夫々アノードガス又はカソードガスのガス供
給空間を形成する溝部が形成されたこと を特徴とする固
体電解質型燃料電池。1. A solid electrolyte fuel cell comprising a flat cell in which an anode and a cathode are arranged to face each other with a solid electrolyte interposed between an anode-side gas separator and a cathode-side gas separator. An anode is placed between the anode-side gas separator and the anode.
An anode-side bonding member forming component is substantially uniformly mixed in the de, further between the cathode gas separator plate and the cathode, Ru provided on the cathode side bonding member cathode of forming components are substantially uniformly mixed Together with the anode-side joining member and the cathode-side joining member
The anode gas or cathode gas, respectively.
A solid oxide fuel cell, wherein a groove forming a supply space is formed .
合された、アノードの形成成分とアノード側ガス分離板
の形成成分との混合成分から形成されると共に、前記カ
ソード側接合部材が、略均一に混合された、カソードの
形成成分とカソード側ガス分離板の形成成分との混合成
分から形成されていることを特徴とする請求項１記載の
固体電解質型燃料電池。2. The method according to claim 1, wherein the anode-side joining member is substantially uniformly mixed.
Together the, while being formed from a mixture component and formation components of the anode-forming component and A node side gas separator plate, the cathode-side joint member has been substantially uniformly mixed, the cathode of the formation component and the cathode gas Mixing with the components forming the separator
Solid oxide fuel cell according to claim 1, characterized in that it is divided et formed.
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