JP3141263B2 - 固体電解質燃料電池用インターコネクター - Google Patents
固体電解質燃料電池用インターコネクターInfo
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- JP3141263B2 JP3141263B2 JP05001941A JP194193A JP3141263B2 JP 3141263 B2 JP3141263 B2 JP 3141263B2 JP 05001941 A JP05001941 A JP 05001941A JP 194193 A JP194193 A JP 194193A JP 3141263 B2 JP3141263 B2 JP 3141263B2
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- JP
- Japan
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- thermal expansion
- interconnector
- fuel cell
- reducing atmosphere
- solid oxide
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-
- 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
- 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
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質燃料電池
（ＳＯＦＣ）用のインターコネクターに関する。
（ＳＯＦＣ）用のインターコネクターに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】ストロン
チウムドープランタンクロマイト［Ｌａ（Ｓｒ）ＣｒＯ
３］は、ＳＯＦＣ用インターコネクターの材料として最
もよく用いられている材料の一つであり、Ｓｒのドープ
濃度が１０％、１６〜３０％であるものの利用が報告さ
れている（例えば、Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃｅｒａｍｉ
ｃｓ １７３７−１７４２（１９８７））。特に、Ｓｒ
を１５〜１６％ドープしたものは、図３に示すように、
酸化性雰囲気下での熱膨張率が電解質であるイットリア
完全安定化ジルコニア（ＹＳＺ）と非常によく一致する
ことから、よく用いられている。また、Ｓｒを１０％ド
ープした組成のものは、酸化性雰囲気下で室温から１，
０００℃に昇温する間に斜方晶から菱面体晶への相転移
による体積収縮を生じない系の内で、最もドープ量の少
ないものとしてよく用いられる（図３参照）。
チウムドープランタンクロマイト［Ｌａ（Ｓｒ）ＣｒＯ
３］は、ＳＯＦＣ用インターコネクターの材料として最
もよく用いられている材料の一つであり、Ｓｒのドープ
濃度が１０％、１６〜３０％であるものの利用が報告さ
れている（例えば、Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃｅｒａｍｉ
ｃｓ １７３７−１７４２（１９８７））。特に、Ｓｒ
を１５〜１６％ドープしたものは、図３に示すように、
酸化性雰囲気下での熱膨張率が電解質であるイットリア
完全安定化ジルコニア（ＹＳＺ）と非常によく一致する
ことから、よく用いられている。また、Ｓｒを１０％ド
ープした組成のものは、酸化性雰囲気下で室温から１，
０００℃に昇温する間に斜方晶から菱面体晶への相転移
による体積収縮を生じない系の内で、最もドープ量の少
ないものとしてよく用いられる（図３参照）。
【０００３】このように、Ｌａ（Ｓｒ）ＣｒＯ３とＹＳ
Ｚの熱膨張率の一致性については、従来、酸化性雰囲気
下でのデータをもとに議論が行なわれてきた。しかしな
がら、インターコネクターは還元性の燃料ガスにも接し
ており、この還元性雰囲気下にあるインターコネクター
の部分では酸素欠陥が発生するので、その熱膨張挙動は
酸化性雰囲気下における挙動とは異なる。仮に、同一の
インターコネクター内で、還元性雰囲気側における熱膨
張挙動と酸化性雰囲気側における熱膨張挙動に大きな差
があれば、同一材料でできた緻密な焼結体内に大きな応
力が生じることとなり、セルの破壊の原因となる。ま
た、還元性雰囲気下におけるＹＳＺの熱膨張挙動とも一
致する必要がある。
Ｚの熱膨張率の一致性については、従来、酸化性雰囲気
下でのデータをもとに議論が行なわれてきた。しかしな
がら、インターコネクターは還元性の燃料ガスにも接し
ており、この還元性雰囲気下にあるインターコネクター
の部分では酸素欠陥が発生するので、その熱膨張挙動は
酸化性雰囲気下における挙動とは異なる。仮に、同一の
インターコネクター内で、還元性雰囲気側における熱膨
張挙動と酸化性雰囲気側における熱膨張挙動に大きな差
があれば、同一材料でできた緻密な焼結体内に大きな応
力が生じることとなり、セルの破壊の原因となる。ま
た、還元性雰囲気下におけるＹＳＺの熱膨張挙動とも一
致する必要がある。
【０００４】そこで、一連のＳｒドープ量のＬａ（Ｓ
ｒ）ＣｒＯ３の熱膨張挙動を還元性雰囲気下で測定した
ところ、以下のことが明らかになった。
ｒ）ＣｒＯ３の熱膨張挙動を還元性雰囲気下で測定した
ところ、以下のことが明らかになった。
【０００５】Ｓｒのドープ量が１０％の場合 酸化性雰囲気下における相転移点は室温以下であるが、
還元性雰囲気下における相転移点は６０〜７０℃付近に
あるため、昇温の途中で、還元性雰囲気側が収縮して、
応力が発生する。
還元性雰囲気下における相転移点は６０〜７０℃付近に
あるため、昇温の途中で、還元性雰囲気側が収縮して、
応力が発生する。
【０００６】Ｓｒのドープ量が１５％の場合 還元性雰囲気下において、８００℃以上では酸素欠陥量
の増大による膨張率の上昇により、熱膨張率が酸化性雰
囲気側やＹＳＺのそれと異なる値となるので、応力が発
生する。
の増大による膨張率の上昇により、熱膨張率が酸化性雰
囲気側やＹＳＺのそれと異なる値となるので、応力が発
生する。
【０００７】本発明の課題は、以上の問題を解決し得
て、室温から１，０００℃に昇温しても、酸化性雰囲気
側と還元性雰囲気側との熱膨張挙動に差がなく、しかも
ＹＳＺの熱膨張挙動とも一致し、応力の発生しないイン
ターコネクターを提供する処にある。
て、室温から１，０００℃に昇温しても、酸化性雰囲気
側と還元性雰囲気側との熱膨張挙動に差がなく、しかも
ＹＳＺの熱膨張挙動とも一致し、応力の発生しないイン
ターコネクターを提供する処にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の固体電解質燃料
電池用インターコネクターは、Ｓｒのドープ量が１１．
５〜１３．５％であるＣｒ過剰のＳｒドープＬａＣｒＯ
３で構成されてなる。
電池用インターコネクターは、Ｓｒのドープ量が１１．
５〜１３．５％であるＣｒ過剰のＳｒドープＬａＣｒＯ
３で構成されてなる。
【０００９】Ｓｒのドープ量とは、Ｓｒのドープ濃度の
ことであり、ＡサイトであるＬａとＳｒの合計量に対す
るＳｒの割合を表わす。
ことであり、ＡサイトであるＬａとＳｒの合計量に対す
るＳｒの割合を表わす。
【００１０】
【作用】還元性雰囲気下においては、酸素欠陥の存在に
よりＣｒの平均酸化数が減少し、酸化性雰囲気下に比べ
て相転移点は高温側にシフトする。一方、Ｓｒのドープ
量を増やすと、Ｃｒの平均酸化数が増大し、Ｃｒイオン
のイオン半径が小さくなるので、相転移点は低温側にシ
フトする。
よりＣｒの平均酸化数が減少し、酸化性雰囲気下に比べ
て相転移点は高温側にシフトする。一方、Ｓｒのドープ
量を増やすと、Ｃｒの平均酸化数が増大し、Ｃｒイオン
のイオン半径が小さくなるので、相転移点は低温側にシ
フトする。
【００１１】特に、Ｓｒのドープ量を１１．５％以上と
すると、還元性雰囲気下でも、相転移点は室温以下とな
る。また、Ｓｒのドープ量を１３．５％以下にすると、
還元性雰囲気下、高温における酸素欠陥発生に起因する
と思われる著しい熱膨張率の増加は認められない。
すると、還元性雰囲気下でも、相転移点は室温以下とな
る。また、Ｓｒのドープ量を１３．５％以下にすると、
還元性雰囲気下、高温における酸素欠陥発生に起因する
と思われる著しい熱膨張率の増加は認められない。
【００１２】従って、Ｓｒのドープ量が１１．５〜１
３．５％の範囲であるＣｒ過剰のＳｒドープＬａＣｒＯ
３は、還元性雰囲気下における相転移点が室温以下であ
り、しかも、還元性雰囲気下において高温であっても熱
膨張率の顕著な増加が認められないので、室温から１，
０００℃に昇温する場合に、酸化性雰囲気側と還元性雰
囲気側との熱膨張挙動に差がなく、しかもＹＳＺの熱膨
張挙動とも一致する。
３．５％の範囲であるＣｒ過剰のＳｒドープＬａＣｒＯ
３は、還元性雰囲気下における相転移点が室温以下であ
り、しかも、還元性雰囲気下において高温であっても熱
膨張率の顕著な増加が認められないので、室温から１，
０００℃に昇温する場合に、酸化性雰囲気側と還元性雰
囲気側との熱膨張挙動に差がなく、しかもＹＳＺの熱膨
張挙動とも一致する。
【００１３】
【実施例】実施例１および比較例１ 以下に示す組成のＳｒドープＬａＣｒＯ３について、空
気中（酸化性雰囲気）と、Ｈ２と水蒸気の混合ガス中
（酸素分圧１０-14 〜１０-15 ａｔｍ、還元性雰囲気）
とにおける熱膨張率を測定した。その熱膨張曲線を、そ
れぞれ、図１および図３（酸化性雰囲気）、ならびに図
２および図４（還元性雰囲気）に示す。参考のためにＹ
ＳＺの熱膨張曲線も示す。
気中（酸化性雰囲気）と、Ｈ２と水蒸気の混合ガス中
（酸素分圧１０-14 〜１０-15 ａｔｍ、還元性雰囲気）
とにおける熱膨張率を測定した。その熱膨張曲線を、そ
れぞれ、図１および図３（酸化性雰囲気）、ならびに図
２および図４（還元性雰囲気）に示す。参考のためにＹ
ＳＺの熱膨張曲線も示す。
【００１４】 Ｌａ０．９５Ｓｒ０．０５Ｃｒ
１．０１Ｏ３±δ（比較例） Ｌａ０．９０Ｓｒ０．１０Ｃｒ１．０１Ｏ
３±δ（比較例） Ｌａ０．８８Ｓｒ０．１２Ｃｒ１．０１Ｏ
３±δ（本発明） Ｌａ０．８７Ｓｒ０．１３Ｃｒ１．０１Ｏ
３±δ（本発明） Ｌａ０．８５Ｓｒ０．１５Ｃｒ１．０１Ｏ
３±δ（比較例） ８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）
１．０１Ｏ３±δ（比較例） Ｌａ０．９０Ｓｒ０．１０Ｃｒ１．０１Ｏ
３±δ（比較例） Ｌａ０．８８Ｓｒ０．１２Ｃｒ１．０１Ｏ
３±δ（本発明） Ｌａ０．８７Ｓｒ０．１３Ｃｒ１．０１Ｏ
３±δ（本発明） Ｌａ０．８５Ｓｒ０．１５Ｃｒ１．０１Ｏ
３±δ（比較例） ８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）
【００１５】図より明らかに、本発明の実施例であるＬ
ａ０．８８Ｓｒ０．１２Ｃｒ１．０ １Ｏ３±δおよびＬ
ａ０．８７Ｓｒ０．１３Ｃｒ１．０１Ｏ３±δは、酸化
性と還元性の両雰囲気下において、室温から１，０００
℃の間でＹＳＺとほぼ同じ熱膨張挙動を示す。
ａ０．８８Ｓｒ０．１２Ｃｒ１．０ １Ｏ３±δおよびＬ
ａ０．８７Ｓｒ０．１３Ｃｒ１．０１Ｏ３±δは、酸化
性と還元性の両雰囲気下において、室温から１，０００
℃の間でＹＳＺとほぼ同じ熱膨張挙動を示す。
【００１６】実施例２および比較例２ 上記ので示すＹＳＺを電解質とし、〜で示すＳｒ
ドープＬａＣｒＯ３をインターコネクターとし、固体電
解質燃料電池を構成した。この燃料電池を、２０日間に
わたって１００回の温度リサイクルを含む運転をしたと
ころ、本発明の実施例のインターコネクター（、）
は異状なかったが、比較例のインターコネクター（、
、）においては、表面上にわずかなマイクロクラッ
クが認められた。
ドープＬａＣｒＯ３をインターコネクターとし、固体電
解質燃料電池を構成した。この燃料電池を、２０日間に
わたって１００回の温度リサイクルを含む運転をしたと
ころ、本発明の実施例のインターコネクター（、）
は異状なかったが、比較例のインターコネクター（、
、）においては、表面上にわずかなマイクロクラッ
クが認められた。
【００１７】
【発明の効果】本発明の固体電解質燃料電池用インター
コネクターは、室温から１，０００℃に昇温しても、酸
化性雰囲気側と還元性雰囲気側との熱膨張挙動に差がな
く、しかもＹＳＺの熱膨張挙動とも一致しているので、
応力が発生せず、長期間の繰返し運転に耐えることがで
きる。
コネクターは、室温から１，０００℃に昇温しても、酸
化性雰囲気側と還元性雰囲気側との熱膨張挙動に差がな
く、しかもＹＳＺの熱膨張挙動とも一致しているので、
応力が発生せず、長期間の繰返し運転に耐えることがで
きる。
【図１】本発明の実施例の酸化性雰囲気下における熱膨
張曲線を示す図である。
張曲線を示す図である。
【図２】本発明の実施例の還元性雰囲気下における熱膨
張曲線を示す図である。
張曲線を示す図である。
【図３】比較例の酸化性雰囲気下における熱膨張曲線を
示す図である。
示す図である。
【図４】比較例の還元性雰囲気下における熱膨張曲線を
示す図である。
示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 稔 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大 阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 梶村 敦子 滋賀県草津市草津２丁目５番12−904 (72)発明者 杉浦 のぞみ 神戸市東灘区向洋町中１丁目４−121− 406 (56)参考文献 特開 平４−332474（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−48553（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−100866（ＪＰ，Ａ) ＨＩＧＨ ＴＥＣＨ ＣＥＲＡＭＩＣ Ｓ（1987）ｐ．1737−1742 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｓｒのドープ量が１１．５〜１３．５％
であるＣｒ過剰のＳｒドープＬａＣｒＯ３で構成された
固体電解質燃料電池用インターコネクター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05001941A JP3141263B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 固体電解質燃料電池用インターコネクター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05001941A JP3141263B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 固体電解質燃料電池用インターコネクター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06203856A JPH06203856A (ja) | 1994-07-22 |
| JP3141263B2 true JP3141263B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=11515642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05001941A Expired - Fee Related JP3141263B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 固体電解質燃料電池用インターコネクター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3141263B2 (ja) |
-
1993
- 1993-01-08 JP JP05001941A patent/JP3141263B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＨＩＧＨ ＴＥＣＨ ＣＥＲＡＭＩＣＳ（１９８７）ｐ．１７３７−１７４２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06203856A (ja) | 1994-07-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |