JP3244310B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- 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
Description
関し、詳しくはその電極の改良に関する。
ルギーを直接電気エネルギーに変換するので、高い発電
効率が期待できる。特に、固体電解質型燃料電池(SO
FC)は、リン酸型燃料電池(PAFC),溶融炭酸塩
型燃料電池(MCFC)に次ぐ第三世代の燃料電池とし
て注目され、また約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を前記PAFC,M
CFCに比べて向上させることができる等の利点がある
ため、各分野で研究されている。
視図であり、固体電解質板11を介して両面に酸化剤極12
と燃料極13とを配して成るセル14と、セパレータ15とを
交互に複数積層させた構造であり、また電池の内部抵抗
を低減するために電池全体を締め付けて構成している。
電池全体を締めつけると各構成要素間の接触抵抗を低減
することができるが、図5に示すように、セパレータの
凸部(以下、「リブ」と称する。)15aと接する電極部
分(図示例では酸化剤極)12aに反応ガス(図示例では
酸化剤ガス)が拡散しにくくなるため、電極面内で有効
に発電を行うことができなくなる。したがって、電極全
体の有効面積が減少するため、電池出力が減少するとい
う課題を有していた。
ため、セパレータのリブ幅を狭くする方法が考えられる
が、電池全体を締め付ける場合に、上下のセパレータの
リブの位置のわずかなずれによって、セパレータ間に介
在される電解質板に不必要な応力が働き、電解質板が破
損するという問題が生じる。また、セパレータ材料であ
る合金の切削加工による製造コスト等も考えると、リブ
幅を2mm以下にすることは現状では困難である。
面積を増大させ、電池出力が増大した固体電解質型燃料
電池を提供することを目的とする。
するため、固体電解質板を介して燃料極と酸化剤極とが
相対向するセルと,反応ガス流路を形成する凹凸部が形
成されたセパレータとを複数積層させて成る固体電解質
型燃料電池において、前記両電極のうち少なくとも一方
の電極におけるセパレータの凸部と接する部分の平均気
孔率,又は平均気孔径は、セパレータの凸部と接しない
部分の平均気孔率,又は平均気孔径よりも大きくなるよ
う構成されていることを特徴とする。
る電極部分の平均気孔率等が大きい、即ち当該部分での
空洞たるガス流路部分が大きければ、従来、反応ガスが
拡散されにくかったセパレータの凸部(リブ)と接する
電極部分にも反応ガスが拡散,供給されやすくなるた
め、電極面内で有効に発電を行うことができる。したが
って、電極全体の有効面積が増大するため、反応抵抗,
接触抵抗等による損失を軽減でき、電池出力が増大す
る。
質型燃料電池の要部断面図であり、固体電解質板1を介
して酸化剤極2と燃料極3とが配されて成るセル4と,
セパレータ5とを複数積層させた構造である。前記セパ
レータ5は、上下いずれかの一方の面に酸化剤ガス流路
6・燃料ガス流路7を形成するためリブ(幅2mm)5a
が例えば、2mmの間隔をおいて複数設けられた金属製
(例えば、インコネル600)のプレートで構成されて
いる。前記固体電解質板1は、超塑性のイオン導電性セ
ラミックスから成る緻密な3mol %イットリア添加部分
安定化ジルコニア板(電極面積100cm2 ,厚み0.2m
m)を用いた。尚、図中8は固体電解質板1との界面の
シール部であり、例えば、パイレックスガラスのような
非導電性高粘度融体から成るシール材が用いられてい
る。
した。先ず、燃料極3の原料として平均粒径0.3μmの
8mol %イットリア添加安定化ジルコニア(YSZ)粉
末を50wt%混合した平均粒径1μmのNiO粉末を
用意し、テルピネオール溶媒を用いてスラリー化し、燃
料極用スラリーとした。
μmの8mol %イットリア添加安定化ジルコニア(YS
Z)粉末を20wt%混合した平均粒径2μm,及び2
0μmのLa0.9 Sr0.1 MnO3 を用意し、テルピネ
オール溶媒を用いてスラリー化し、それぞれ酸化剤極用
2μmスラリー,及び酸化剤極用20μmスラリーとし
た。
記燃料極用スラリーを厚さ70μmとなるように塗布
し、これを空気中1250℃で2時間焼成した。しかる
後、後述する方法にて前記固体電解質板1の他方の面に
前記2種類の酸化剤極用スラリーをそれぞれ厚さ70μ
mとなるように塗布した。即ち、図2に示すように、セ
パレータのリブ5aと接する電極部分2aには酸化剤極
用20μmスラリーを塗布し、セパレータのリブ5aと
接しない電極部分2b(即ち、酸化剤ガス流路6に面す
る電極部分)には酸化剤極用2μmスラリーを塗布し、
これを空気中1100℃で4時間焼成した。このように
して作製した酸化剤極2は、セパレータのリブ5aと接
する電極部分2aの平均気孔率(又は平均気孔径)がセ
パレータのリブ5aと接しない電極部分2bのそれより
も大きい。
(A)電池と称する。 〔比較例1〕固体電解質板の燃料極側と反対側の面の全
面に酸化剤極用2μmスラリーのみを塗布し、平均気孔
率(又は平均気孔径)の小さい材料のみで酸化剤極を構
成する他は、上記実施例1と同様にして電池を作製し
た。尚、3kgf/cm2 の圧で電池全体を締め付けた。
1 )電池と称する。 〔比較例2〕固体電解質板の燃料極側と反対側の面の全
面に酸化剤極用20μmスラリーのみを塗布し、平均気
孔率(又は平均気孔径)の大きい材料のみで酸化剤極を
構成する他は、上記実施例1と同様にして電池を作製し
た。
2 )電池と称する。 〔実験1〕上記本発明の(A)電池,及び比較例の(X
1 )・(X2 )電池を用いて、電流−電圧特性を調べた
ので、その結果を図3に示す。図3から明らかなよう
に、本発明の(A)電池は比較例の(X1 )・(X2 )
電池に比べて電池特性が向上しているのが認められる。
池に比べて電池特性が向上するのは、本発明の(A)電
池はセパレータのリブ5aと接する電極部分2aの平均
気孔径(平均気孔率)が比較例の(X1 )電池のそれよ
りも大きいため、従来酸化剤ガスが拡散しにくくかった
電極部分2aにまで酸化剤ガスが拡散,供給されるから
である。また、電池の特性解析の結果、比較例の
(X1 )電池では、セパレータのリブと接する電極部分
(幅約2mm)には両端から0.5mmの電極部分ですら酸化
剤ガスが供給されていなかった。
(X2 )電池に比べて電池特性が向上するのは、本発明
の(A)電池はセパレータのリブ5aと接しない電極部
分2b(即ち、酸化剤ガス流路6に面する電極部分)の
平均気孔径(平均気孔率)が比較例の(X2 )電池のそ
れよりも小さいため、電極活性が増大するからである。
以上の結果から、セパレータのリブ5aと接する電極部
分2aの平均気孔率(又は平均気孔径)は、セパレータ
のリブ5aと接しない電池部分2a(即ち、酸化剤ガス
流路6に面する電極部分のそれよりも大きい材料で構成
するのが好ましいことがわかる。 〔実施例2〕セパレータのリブ5aと接する電極部分2
aに難焼結性物質,セパレータのリブ5aと接しない電
極部分2bに高導電性物質を用いる他は、上記実施例1
と同様にして電池を作製した。
した。先ず、燃料極3の原料として平均粒径0.3μmの
8mol %イットリア添加安定化ジルコニア(YSZ)粉
末を50wt%混合した平均粒径1μmのNiO粉末を
用意し、テルピネオール溶媒を用いてスラリー化し、燃
料極用スラリーとした。
μmの8mol %イットリア添加安定化ジルコニア(YS
Z)粉末を20wt%混合した平均粒径2μmのLa
0.9 Sr0.1 MnO3 を用意し、テルピネオール溶媒を
用いてスラリー化し、酸化剤極用スラリーAとした。ま
た、平均粒径1μmの8mol %イットリア添加安定化ジ
ルコニア(YSZ)粉末を20wt%混合した平均粒径
20μmのLa0.9 Ca 0.1 CrO3 を用意し、テルピ
ネオール溶媒を用いてスラリー化し、酸化剤極用スラリ
ーBとした。
記燃料極用スラリーを厚さ70μmとなるように塗布
し、これを空気中1250℃で2時間焼成した。しかる
後、後述する方法にて前記固体電解質板1の他方の面に
前記2種類の酸化剤極用スラリーをそれぞれ厚さ70μ
mとなるように塗布した。即ち、セパレータのリブ5a
と接する電極部分2aには酸化剤極用スラリーBを塗布
し、セパレータのリブ5aと接しない電極部分2b(即
ち、酸化剤ガス流路6に面する電極部分)には酸化剤極
用スラリーAを塗布し、これを空気中1100℃で4時
間焼成した。
で表されるペロブスカイト型酸化物が挙げられる。 La1-x Mx CrO3 (I) 〔上記式中、MはMg,Ca,Sr,Baを、xは0≦
x≦0.5をそれぞれ示す。〕 上記高導電性物質としては、一般式(II)で表されるペロ
ブスカイト型酸化物が挙げられる。
x≦0.5を、yは0.7≦y≦1をそれぞれ示す。〕 一般に(La1-x Mx )y MnO3 系ペロブスカイト型
酸化物は、La1-x M x CrO3 系ペロブスカイト型酸
化物に比べて焼結しやすく、導電性が高い物質である。
1000℃における導電率は、(La1-x Mx )y Mn
O3 系ペロブスカイト型酸化物が102 S・cm-1程度で
あり、La1-x Mx CrO3 系ペロブスカイト型酸化物
は10S・cm-1程度である。 〔その他の事項〕上記実施例においては、酸化剤極を例
にとって説明したが、燃料極のみ,又は酸化剤極,及び
燃料極の両極に適用することも勿論可能である。
生じる大面積セルにおいて、燃料極の焼結が抑制され、
セルの長寿命化と共に電池特性の向上を図ることができ
る。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、燃料極を例にとって説明した
が、酸化剤極のみ、又は酸化剤極、及び燃料極の両極に
適用することも勿論可能である。
部(リブ)と接する電極部分の平均気孔率等が大きい、
即ち当該部分での空洞たるガス流路部分が大きいので、
従来、反応ガスが拡散されにくかったセパレータの凸部
(リブ)と接する電極部分にも反応ガスが拡散,供給さ
れやすくなる。したがって、電極面内で有効に発電を行
うことができる。その結果、電極全体の有効面積が増大
するため、反応抵抗,接触抵抗等による損失を軽減で
き、電池出力が増大するといった優れた効果を奏する。
池の要部断面図である。
池の要部拡大断面図である。
(X2)電池を用いた場合における、電流─電圧特性を
示すグラフである。
である。
Claims (1)
- 【請求項1】 固体電解質板を介して燃料極と酸化剤
極とが相対向するセルと,反応ガス流路を形成する凹凸
部が形成されたセパレータとを複数積層させて成る固体
電解質型燃料電池において、 前記両電極のうち少なくとも一方の電極におけるセパレ
ータの凸部と接する部分の平均気孔率,又は平均気孔径
は、セパレータの凸部と接しない部分の平均気孔率,又
は平均気孔径よりも大きくなるよう構成されていること
を特徴とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24524092A JP3244310B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24524092A JP3244310B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0696779A JPH0696779A (ja) | 1994-04-08 |
JP3244310B2 true JP3244310B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=17130748
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24524092A Expired - Lifetime JP3244310B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3244310B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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---|---|---|---|---|
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AU769575B2 (en) * | 1999-10-08 | 2004-01-29 | Versa Power Systems Ltd. | Composite electrodes for solid state electrochemical devices |
JP5041193B2 (ja) * | 2005-09-21 | 2012-10-03 | 大日本印刷株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
JP5546923B2 (ja) * | 2010-03-29 | 2014-07-09 | 株式会社東芝 | 電気化学セル |
JP4932960B1 (ja) * | 2010-12-20 | 2012-05-16 | 日本碍子株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP24524092A patent/JP3244310B2/ja not_active Expired - Lifetime
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