JP3285779B2 - 固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法Info
- Publication number
- JP3285779B2 JP3285779B2 JP32049796A JP32049796A JP3285779B2 JP 3285779 B2 JP3285779 B2 JP 3285779B2 JP 32049796 A JP32049796 A JP 32049796A JP 32049796 A JP32049796 A JP 32049796A JP 3285779 B2 JP3285779 B2 JP 3285779B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sealing member
- cell
- cell body
- ceramic
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有底筒状の固体電
解質型燃料電池セルおよびその製造方法に関するもので
ある。
解質型燃料電池セルおよびその製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来技術】従来より、固体電解質型燃料電池はその作
動温度が９００〜１０５０℃と高温であるため発電効率
が高く、第３世代の発電システムとして期待されてい
る。
動温度が９００〜１０５０℃と高温であるため発電効率
が高く、第３世代の発電システムとして期待されてい
る。
【０００３】一般に、固体電解質型燃料電池セルには、
円筒型と平板型が知られている。平板型燃料電池セル
は、発電の単位体積当り出力密度が高いという特長を有
するが、実用化に関してはガスシール不完全性やセル内
の温度分布の不均一性などの問題がある。それに対し
て、円筒型燃料電池セルでは、出力密度は低いものの、
セルの機械的強度が高く、またセル内の温度の均一性が
保てるという特長がある。
円筒型と平板型が知られている。平板型燃料電池セル
は、発電の単位体積当り出力密度が高いという特長を有
するが、実用化に関してはガスシール不完全性やセル内
の温度分布の不均一性などの問題がある。それに対し
て、円筒型燃料電池セルでは、出力密度は低いものの、
セルの機械的強度が高く、またセル内の温度の均一性が
保てるという特長がある。
【０００４】両形状の固体電解質型燃料電池セルとも、
それぞれの特長を生かして積極的に研究開発が進められ
ている。
それぞれの特長を生かして積極的に研究開発が進められ
ている。
【０００５】円筒型燃料電池の単セルは、図３に示した
ように開気孔率４０％程度のＣａＯ安定化ＺｒＯ2 を支
持管１とし、その上にＬａＭｎＯ3 系材料からなる多孔
性の空気極２を形成し、その表面にＹ2 Ｏ3 安定化Ｚｒ
Ｏ2 からなる固体電解質３を被覆し、さらにこの表面に
多孔性のＮｉ−ジルコニアの燃料極４が設けられてい
る。燃料電池のモジュールにおいては、各単セルはＬａ
ＣｒＯ3 系の集電体（インターコネクタ）５を介して接
続される。発電は、支持管１内部に空気（酸素）６を、
外部に燃料（水素）７を流し、１０００〜１０５０℃の
温度で行なわれる。
ように開気孔率４０％程度のＣａＯ安定化ＺｒＯ2 を支
持管１とし、その上にＬａＭｎＯ3 系材料からなる多孔
性の空気極２を形成し、その表面にＹ2 Ｏ3 安定化Ｚｒ
Ｏ2 からなる固体電解質３を被覆し、さらにこの表面に
多孔性のＮｉ−ジルコニアの燃料極４が設けられてい
る。燃料電池のモジュールにおいては、各単セルはＬａ
ＣｒＯ3 系の集電体（インターコネクタ）５を介して接
続される。発電は、支持管１内部に空気（酸素）６を、
外部に燃料（水素）７を流し、１０００〜１０５０℃の
温度で行なわれる。
【０００６】近年、このセル作製の工程においてプロセ
スを単純化するため、空気極材料であるＬａＭｎＯ3 系
材料が直接多孔性の支持管として使用されている。空気
極としての機能を合わせ持つ支持管材料としては、Ｌａ
をＣａで２０原子％又はＳｒで１０〜１５原子％置換し
たＬａＭｎＯ3 固溶体材料が用いられている。
スを単純化するため、空気極材料であるＬａＭｎＯ3 系
材料が直接多孔性の支持管として使用されている。空気
極としての機能を合わせ持つ支持管材料としては、Ｌａ
をＣａで２０原子％又はＳｒで１０〜１５原子％置換し
たＬａＭｎＯ3 固溶体材料が用いられている。
【０００７】また、上記のような燃料電池セルを製造す
る方法としては、例えばＣａＯ安定化ＺｒＯ2 からなる
絶縁粉末を押出成形法などにより円筒状に成形後、これ
を焼成して円筒状支持体を作製し、この支持体の外周面
に空気極、固体電解質、燃料極、集電体のスラリーを塗
布してこれを順次焼成して積層するか、あるいは円筒状
支持体の表面に電気化学的蒸着法（ＥＶＤ法）やプラズ
マ溶射法などにより空気極、固体電解質、燃料極、集電
体を順次形成することも行われている。
る方法としては、例えばＣａＯ安定化ＺｒＯ2 からなる
絶縁粉末を押出成形法などにより円筒状に成形後、これ
を焼成して円筒状支持体を作製し、この支持体の外周面
に空気極、固体電解質、燃料極、集電体のスラリーを塗
布してこれを順次焼成して積層するか、あるいは円筒状
支持体の表面に電気化学的蒸着法（ＥＶＤ法）やプラズ
マ溶射法などにより空気極、固体電解質、燃料極、集電
体を順次形成することも行われている。
【０００８】最近では、セルの製造工程を簡略化するた
めに、各構成材料のうち少なくとも２つを同時焼成す
る、いわゆる共焼結法も提案されている。この共焼結法
は、例えば、円筒状の空気極支持管の成形体に固体電解
質成形体及び集電体用成形体をロール状に巻き付けて同
時焼成を行い、その後固体電解質層表面に燃料極層を形
成する方法である。この共焼結法は製造工程数が少なく
なるためにセルの製造時の歩留り向上、コスト低減に有
利である。
めに、各構成材料のうち少なくとも２つを同時焼成す
る、いわゆる共焼結法も提案されている。この共焼結法
は、例えば、円筒状の空気極支持管の成形体に固体電解
質成形体及び集電体用成形体をロール状に巻き付けて同
時焼成を行い、その後固体電解質層表面に燃料極層を形
成する方法である。この共焼結法は製造工程数が少なく
なるためにセルの製造時の歩留り向上、コスト低減に有
利である。
【０００９】そして、従来、セルの一端の封止は、焼結
して得られた円筒状のセル本体を実際に発電を行う炉内
の取付部材にセットし、取付部材に形成されたガラス層
をセル本体の一端に当接し、発電を行う際の昇温時に前
記ガラス層を溶融させ、セル本体の一端を前記取付部材
により封止していた。
して得られた円筒状のセル本体を実際に発電を行う炉内
の取付部材にセットし、取付部材に形成されたガラス層
をセル本体の一端に当接し、発電を行う際の昇温時に前
記ガラス層を溶融させ、セル本体の一端を前記取付部材
により封止していた。
【００１０】また、空気極成形体、および空気極成形体
と同一材料により有底筒状の封止部材用成形体を作製
し、空気極成形体の一端と封止部材用成形体の一端を当
接し焼成した後、上記したように、電気化学的蒸着法
（ＥＶＤ法）やプラズマ溶射法などにより固体電解質、
燃料極、集電体を順次形成するとともに、封止部材の表
面に電気化学的蒸着法（ＥＶＤ法）やプラズマ溶射法な
どにより緻密質セラミック層を形成し、封止部材からの
ガスリークを防止していた。
と同一材料により有底筒状の封止部材用成形体を作製
し、空気極成形体の一端と封止部材用成形体の一端を当
接し焼成した後、上記したように、電気化学的蒸着法
（ＥＶＤ法）やプラズマ溶射法などにより固体電解質、
燃料極、集電体を順次形成するとともに、封止部材の表
面に電気化学的蒸着法（ＥＶＤ法）やプラズマ溶射法な
どにより緻密質セラミック層を形成し、封止部材からの
ガスリークを防止していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池セルの一端をガラス材を用いて取付部材により封止す
る従来の方法では、実際に発電を行う際に封止すること
になるため完全に封止されているか否かの確認が困難で
あり、シール不良による単セル出力の低下が生じ易く、
特にスタック化した場合には封止箇所の増加によるシー
ル不良が発生し易く、結果として出力が低下するという
問題があった。
池セルの一端をガラス材を用いて取付部材により封止す
る従来の方法では、実際に発電を行う際に封止すること
になるため完全に封止されているか否かの確認が困難で
あり、シール不良による単セル出力の低下が生じ易く、
特にスタック化した場合には封止箇所の増加によるシー
ル不良が発生し易く、結果として出力が低下するという
問題があった。
【００１２】また、空気極成形体の一端と封止部材用成
形体の一端を当接した状態で焼成する方法では、空気極
成形体と封止部材との接合が困難であり、しかも、ガス
リークを防止するため、電気化学的蒸着法（ＥＶＤ法）
やプラズマ溶射法などにより封止部材の表面に緻密質セ
ラミック層を形成する必要があり、封止工程が面倒であ
り、コスト高であるという問題があった。
形体の一端を当接した状態で焼成する方法では、空気極
成形体と封止部材との接合が困難であり、しかも、ガス
リークを防止するため、電気化学的蒸着法（ＥＶＤ法）
やプラズマ溶射法などにより封止部材の表面に緻密質セ
ラミック層を形成する必要があり、封止工程が面倒であ
り、コスト高であるという問題があった。
【００１３】本発明は、セル本体のガスシールを容易か
つ確実に行うことができるとともに、ガスシールの確認
が容易な固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法
を提供することを目的とする。
つ確実に行うことができるとともに、ガスシールの確認
が容易な固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法
を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題点
に対して検討を重ねた結果、セル本体の一端部外周面に
セラミックスラリーを塗布し、その上に封止部材用のセ
ラミック成形体を外嵌して焼成し、封止部材の焼成収縮
によりセル本体の一端部に嵌着することにより、セル本
体の一端を容易にかつ確実に封止することができ、しか
も封止状態を容易に確認し得ることを見出し、本発明に
至った。
に対して検討を重ねた結果、セル本体の一端部外周面に
セラミックスラリーを塗布し、その上に封止部材用のセ
ラミック成形体を外嵌して焼成し、封止部材の焼成収縮
によりセル本体の一端部に嵌着することにより、セル本
体の一端を容易にかつ確実に封止することができ、しか
も封止状態を容易に確認し得ることを見出し、本発明に
至った。
【００１５】即ち、本発明の固体電解質型燃料電池セル
は、円筒状の固体電解質の片面に空気極、他面に燃料極
が形成されるとともに、前記空気極または前記燃料極に
電気的に接続され、かつ外面に露出する集電体を具備す
る円筒状のセル本体の一端部外周面に、ＺｒＯ2系また
はＬａＣｒＯ3系のセラミックスからなるガスシール層
を介して、キャップ形状からなり、外嵌部の厚みｔが
０．３〜１．２ｍｍのＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系の
セラミックスからなる封止部材を外嵌してなり、該封止
部材が、それ自体の焼成収縮によって前記セル本体の外
面と前記封止部材の内面とがガスシール層を介して接合
されてなることを特徴とするものである。
は、円筒状の固体電解質の片面に空気極、他面に燃料極
が形成されるとともに、前記空気極または前記燃料極に
電気的に接続され、かつ外面に露出する集電体を具備す
る円筒状のセル本体の一端部外周面に、ＺｒＯ2系また
はＬａＣｒＯ3系のセラミックスからなるガスシール層
を介して、キャップ形状からなり、外嵌部の厚みｔが
０．３〜１．２ｍｍのＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系の
セラミックスからなる封止部材を外嵌してなり、該封止
部材が、それ自体の焼成収縮によって前記セル本体の外
面と前記封止部材の内面とがガスシール層を介して接合
されてなることを特徴とするものである。
【００１６】また、本発明の固体電解質型燃料電池セル
の製造方法は、第１の方法として、ａ）少なくとも固体
電解質、空気極および集電体を具備する積層焼結体から
なる円筒状セル本体を作製する工程と、ｂ）前記セル本
体の積層焼結体の所定箇所に燃料極成形体層を形成して
焼結させる工程と、ｃ）該セル本体の一端部外周面にＺ
ｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系のセラミックスラリーを塗
布する工程と、ｃ）該セラミックスラリーが塗布された
セル本体の一端部をキャップ形状からなり、外嵌部の厚
みが０．７〜２．０ｍｍであり、且つＺｒＯ2系または
ＬａＣｒＯ3系の封止部材用セラミック成形体に挿入す
る工程と、ｄ）これを焼成して前記封止部材用セラミッ
ク成形体を外嵌部の厚みｔを０．３〜１．２ｍｍとなる
ように焼成収縮せしめて前記セル本体の一端部に嵌着す
ると同時に、セル本体の外面と封止部材の内面とをガス
シール層を介して接合してなる工程と、を具備すること
を特徴とし、第２の方法として、ａ）少なくとも固体電
解質、空気極および集電体を具備する成形体を形成した
後、さらに燃料極成形体を積層し、これを同時に焼成
し、円筒状のセル本体を作製する工程と、ｂ）該セル本
体の一端部外周面にＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系のセ
ラミックスラリーを塗布する工程と、ｃ）該セラミック
スラリーが塗布されたセル本体の一端部をキャップ形状
からなり、外嵌部の厚みが０．７〜２．０ｍｍであり、
且つＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系の封止部材用セラミ
ック成形体に挿入する工程と、ｄ）これを焼成して前記
封止部材用セラミック成形体を外嵌部の厚みｔを０．３
〜１．２ｍｍとなるように焼成収縮せしめて前記セル本
体の一端部に嵌着すると同時に、セル本体の外面と封止
部材の内面とをガスシール層を介して接合してなる工程
と、を具備することを特徴とし、第３の方法として、
ａ）少なくとも固体電解質、空気極および集電体を具備
する積層焼結体からなる円筒状セル本体を作製する工程
と、ｂ）前記セル本体に燃料極スラリーを塗布する工程
と、ｃ）該セル本体の一端部外周面にＺｒＯ2系または
ＬａＣｒＯ3系のセラミックスラリーを塗布する工程
と、ｃ）該セラミックスラリーが塗布されたセル本体の
一端部をキャップ形状からなり、外嵌部の厚みが０．７
〜２．０ｍｍであり、且つＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3
系の封止部材用セラミック成形体に挿入する工程と、
ｄ）前記燃料極塗布膜と、前記封止部材用セラミック成
形体とを同時に焼成して、前記封止部材用セラミック成
形体を外嵌部の厚みｔが０．３〜１．２ｍｍとなるよう
に焼成収縮せしめて前記セル本体の一端部に嵌着すると
同時に、セル本体の外面と封止部材の内面とをガスシー
ル層を介して接合してなる工程と、を具備することを特
徴とするものである。
の製造方法は、第１の方法として、ａ）少なくとも固体
電解質、空気極および集電体を具備する積層焼結体から
なる円筒状セル本体を作製する工程と、ｂ）前記セル本
体の積層焼結体の所定箇所に燃料極成形体層を形成して
焼結させる工程と、ｃ）該セル本体の一端部外周面にＺ
ｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系のセラミックスラリーを塗
布する工程と、ｃ）該セラミックスラリーが塗布された
セル本体の一端部をキャップ形状からなり、外嵌部の厚
みが０．７〜２．０ｍｍであり、且つＺｒＯ2系または
ＬａＣｒＯ3系の封止部材用セラミック成形体に挿入す
る工程と、ｄ）これを焼成して前記封止部材用セラミッ
ク成形体を外嵌部の厚みｔを０．３〜１．２ｍｍとなる
ように焼成収縮せしめて前記セル本体の一端部に嵌着す
ると同時に、セル本体の外面と封止部材の内面とをガス
シール層を介して接合してなる工程と、を具備すること
を特徴とし、第２の方法として、ａ）少なくとも固体電
解質、空気極および集電体を具備する成形体を形成した
後、さらに燃料極成形体を積層し、これを同時に焼成
し、円筒状のセル本体を作製する工程と、ｂ）該セル本
体の一端部外周面にＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系のセ
ラミックスラリーを塗布する工程と、ｃ）該セラミック
スラリーが塗布されたセル本体の一端部をキャップ形状
からなり、外嵌部の厚みが０．７〜２．０ｍｍであり、
且つＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系の封止部材用セラミ
ック成形体に挿入する工程と、ｄ）これを焼成して前記
封止部材用セラミック成形体を外嵌部の厚みｔを０．３
〜１．２ｍｍとなるように焼成収縮せしめて前記セル本
体の一端部に嵌着すると同時に、セル本体の外面と封止
部材の内面とをガスシール層を介して接合してなる工程
と、を具備することを特徴とし、第３の方法として、
ａ）少なくとも固体電解質、空気極および集電体を具備
する積層焼結体からなる円筒状セル本体を作製する工程
と、ｂ）前記セル本体に燃料極スラリーを塗布する工程
と、ｃ）該セル本体の一端部外周面にＺｒＯ2系または
ＬａＣｒＯ3系のセラミックスラリーを塗布する工程
と、ｃ）該セラミックスラリーが塗布されたセル本体の
一端部をキャップ形状からなり、外嵌部の厚みが０．７
〜２．０ｍｍであり、且つＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3
系の封止部材用セラミック成形体に挿入する工程と、
ｄ）前記燃料極塗布膜と、前記封止部材用セラミック成
形体とを同時に焼成して、前記封止部材用セラミック成
形体を外嵌部の厚みｔが０．３〜１．２ｍｍとなるよう
に焼成収縮せしめて前記セル本体の一端部に嵌着すると
同時に、セル本体の外面と封止部材の内面とをガスシー
ル層を介して接合してなる工程と、を具備することを特
徴とするものである。
【００１７】ここで、セル本体が、円筒状の空気極仮焼
体を作製する工程と、該空気極仮焼体の表面に固体電解
質成形体を積層して仮焼する工程と、該固体電解質仮焼
体の表面を研磨して前記空気極仮焼体の一部を露出さ
せ、前記固体電解質仮焼体および前記空気極仮焼体の表
面に集電体用成形体を積層する工程と、該積層成形体を
焼成する工程とを具備して形成されることが望ましい。
体を作製する工程と、該空気極仮焼体の表面に固体電解
質成形体を積層して仮焼する工程と、該固体電解質仮焼
体の表面を研磨して前記空気極仮焼体の一部を露出さ
せ、前記固体電解質仮焼体および前記空気極仮焼体の表
面に集電体用成形体を積層する工程と、該積層成形体を
焼成する工程とを具備して形成されることが望ましい。
【００１８】
【作用】本発明の固体電解質型燃料電池セルでは、従来
のように、発電用セル本体を炉内にセットし発電を行う
際にセル本体の一端を取付部材により封止するのではな
く、セル製造段階でセル本体の一端を緻密質セラミック
スにより封止するため、セル本体の一端の封止を容易か
つ確実に行うことができるとともに、発電用セル本体を
炉内にセットする前に封止状態を確認することができ、
発電の際のガスシール性が十分に保証される。
のように、発電用セル本体を炉内にセットし発電を行う
際にセル本体の一端を取付部材により封止するのではな
く、セル製造段階でセル本体の一端を緻密質セラミック
スにより封止するため、セル本体の一端の封止を容易か
つ確実に行うことができるとともに、発電用セル本体を
炉内にセットする前に封止状態を確認することができ、
発電の際のガスシール性が十分に保証される。
【００１９】即ち、本発明の固体電解質型燃料電池セル
では、セル本体の一端部外周面にセラミックスラリーを
塗布し、その上面に封止部材用セラミック成形体を外嵌
して焼成することにより、封止部材用セラミック成形体
が焼成収縮しセル本体の一端部に嵌着すると同時に、焼
成時にセル本体の外面と封止部材の内面とが接合するた
め、セル本体の一端の封止を容易かつ確実に行うことが
できる。
では、セル本体の一端部外周面にセラミックスラリーを
塗布し、その上面に封止部材用セラミック成形体を外嵌
して焼成することにより、封止部材用セラミック成形体
が焼成収縮しセル本体の一端部に嵌着すると同時に、焼
成時にセル本体の外面と封止部材の内面とが接合するた
め、セル本体の一端の封止を容易かつ確実に行うことが
できる。
【００２０】特に、本発明の固体電解質型燃料電池セル
では、セル本体の一端部外周面にセラミックスラリーを
塗布し、セラミックスからなるガスシール層を形成し、
その外周面に封止部材を嵌着したため、集電体がセル本
体から突出する等によりセル本体の外周面に凹凸が形成
されている場合でも、ガスシール層により封止部材が嵌
着される部分のセル本体外周面が平滑化され、封止部材
とセル本体を隙間なくより密着させることができ、ガス
シール性を向上できる。
では、セル本体の一端部外周面にセラミックスラリーを
塗布し、セラミックスからなるガスシール層を形成し、
その外周面に封止部材を嵌着したため、集電体がセル本
体から突出する等によりセル本体の外周面に凹凸が形成
されている場合でも、ガスシール層により封止部材が嵌
着される部分のセル本体外周面が平滑化され、封止部材
とセル本体を隙間なくより密着させることができ、ガス
シール性を向上できる。
【００２１】また本発明の方法によれば、封止部材がＺ
ｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系のセラミックスからなり、
焼成温度（１３００℃以上）は、実際の発電温度（１０
００℃）よりも高いので、発電時におけるガスリークの
恐れが無く、結果としてセル出力の信頼性、長寿命化が
図れる。さらに、複数のセルを用いてスタックを組む際
においては、発電を行う段階でのシール箇所を極力少な
くすることができるためにシステム設計を容易にするこ
とが可能となる。
ｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系のセラミックスからなり、
焼成温度（１３００℃以上）は、実際の発電温度（１０
００℃）よりも高いので、発電時におけるガスリークの
恐れが無く、結果としてセル出力の信頼性、長寿命化が
図れる。さらに、複数のセルを用いてスタックを組む際
においては、発電を行う段階でのシール箇所を極力少な
くすることができるためにシステム設計を容易にするこ
とが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の固体電解質型燃料電池セ
ルは、図１および図２に示すように、円筒状の空気極２
の表面に固体電解質３を形成し、この固体電解質３の表
面に燃料極４を形成し、さらに、空気極２と電気的に接
続する集電体５を設けてセル本体８が形成されている。
ルは、図１および図２に示すように、円筒状の空気極２
の表面に固体電解質３を形成し、この固体電解質３の表
面に燃料極４を形成し、さらに、空気極２と電気的に接
続する集電体５を設けてセル本体８が形成されている。
【００２３】そして、セル本体８の一端部の外周面に
は、セラミックスからなるガスシール層９が形成され、
このガスシール層９の表面には、キャップ形状の緻密質
セラミックスからなる封止部材１１が外嵌されており、
セル本体８とガスシール層９、封止部材１１が焼成によ
り一体化されている。即ち、セル本体８の一端部外周面
にセラミックスラリーを塗布することにより、セル本体
８外周面の凹凸を無くし、平坦化した後、封止部材用セ
ラミック成形体を外嵌して焼成することにより、封止部
材用セラミック成形体が焼成収縮し、セル本体８の一端
部に嵌着すると同時に、焼成時にセル本体８の外周面と
封止部材１１の内面とが、ガスシール層９を介して接合
している。
は、セラミックスからなるガスシール層９が形成され、
このガスシール層９の表面には、キャップ形状の緻密質
セラミックスからなる封止部材１１が外嵌されており、
セル本体８とガスシール層９、封止部材１１が焼成によ
り一体化されている。即ち、セル本体８の一端部外周面
にセラミックスラリーを塗布することにより、セル本体
８外周面の凹凸を無くし、平坦化した後、封止部材用セ
ラミック成形体を外嵌して焼成することにより、封止部
材用セラミック成形体が焼成収縮し、セル本体８の一端
部に嵌着すると同時に、焼成時にセル本体８の外周面と
封止部材１１の内面とが、ガスシール層９を介して接合
している。
【００２４】ガスシール層９は、部分安定化ＺｒＯ2や
安定化ＺｒＯ2などのＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系の
セラミックスからなり、特には、熱膨張率の観点から固
体電解質材料と同一の材料から構成することが望まし
い。ガスシール層９の厚みはセル本体８外表面の凹凸を
無くす程度あれば良く、５０〜３００μｍが望ましい。
安定化ＺｒＯ2などのＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系の
セラミックスからなり、特には、熱膨張率の観点から固
体電解質材料と同一の材料から構成することが望まし
い。ガスシール層９の厚みはセル本体８外表面の凹凸を
無くす程度あれば良く、５０〜３００μｍが望ましい。
【００２５】封止部材１１はガスリークを防止するため
緻密質セラミックスからなるものであるが、緻密質セラ
ミックスとして、ガスシール層９と同様の材料を用い
る。またガスシール層９と同様に、熱膨張率の観点から
固体電解質材料と同一の材料から構成することが望まし
い。セル本体８の外表面に当接する封止部材１１の外嵌
部１３の厚みｔは、セルの直径の増大を抑え、焼結時の
収縮の応力で破損しないようにするために、０．３〜
１．２ｍｍであることが必要である。
緻密質セラミックスからなるものであるが、緻密質セラ
ミックスとして、ガスシール層９と同様の材料を用い
る。またガスシール層９と同様に、熱膨張率の観点から
固体電解質材料と同一の材料から構成することが望まし
い。セル本体８の外表面に当接する封止部材１１の外嵌
部１３の厚みｔは、セルの直径の増大を抑え、焼結時の
収縮の応力で破損しないようにするために、０．３〜
１．２ｍｍであることが必要である。
【００２６】このような固体電解質型燃料電池セルの製
造方法について詳述する。まず、セル本体を作製するた
めに、自己支持管としての機能を有する円筒状の空気極
成形体を押出成形により作製し、その後１２００〜１３
００℃の温度で５〜２０時間程度脱バインダー・仮焼を
行い、空気極仮焼体を作製する。この空気極仮焼体は、
ペロブスカイト型結晶相を主相とするＬａＭｎＯ3 系の
材料で、その平均結晶粒径は３〜２０μｍ、特に５〜１
５μｍであることが望ましい。これは、主結晶相の粒径
が３μｍより小さいと強度は高いもののガス透過性が低
く、２０μｍを越えるとガス透過性は高くなるものの強
度が不十分となるためである。なお、空気極の開気孔率
は２０〜４５％、特に３０〜４０％が適当である。また
平均細孔径は１．０〜５．０μｍの範囲がガス透過性に
優れる。
造方法について詳述する。まず、セル本体を作製するた
めに、自己支持管としての機能を有する円筒状の空気極
成形体を押出成形により作製し、その後１２００〜１３
００℃の温度で５〜２０時間程度脱バインダー・仮焼を
行い、空気極仮焼体を作製する。この空気極仮焼体は、
ペロブスカイト型結晶相を主相とするＬａＭｎＯ3 系の
材料で、その平均結晶粒径は３〜２０μｍ、特に５〜１
５μｍであることが望ましい。これは、主結晶相の粒径
が３μｍより小さいと強度は高いもののガス透過性が低
く、２０μｍを越えるとガス透過性は高くなるものの強
度が不十分となるためである。なお、空気極の開気孔率
は２０〜４５％、特に３０〜４０％が適当である。また
平均細孔径は１．０〜５．０μｍの範囲がガス透過性に
優れる。
【００２７】次に、空気極仮焼体の表面に固体電解質を
構成する材料の成形体層を形成する。この固体電解質成
形体層は、平均粒径が０．５〜３μｍのＹ2 Ｏ3 等の周
知の安定化剤により安定化されたＺｒＯ2 からなる粉体
を用いてスラリーを調製し、その後ドクターブレード法
等により作製されたグリーンシートを巻き付けて形成さ
れる。
構成する材料の成形体層を形成する。この固体電解質成
形体層は、平均粒径が０．５〜３μｍのＹ2 Ｏ3 等の周
知の安定化剤により安定化されたＺｒＯ2 からなる粉体
を用いてスラリーを調製し、その後ドクターブレード法
等により作製されたグリーンシートを巻き付けて形成さ
れる。
【００２８】そして空気極／固体電解質成形体を１００
０〜１３００℃の温度で１〜３時間程度仮焼し、その後
集電体の積層箇所となる固体電解質仮焼体の表面を平滑
に研磨し、空気極仮焼体を露出させ、固体電解質仮焼体
および空気極仮焼体の表面に集電体用成形体を積層す
る。集電体用成形体はＬａＣｒＯ3 系の材料を使用し、
固体電解質成形体と同様にグリーンシートを積層して形
成される。
０〜１３００℃の温度で１〜３時間程度仮焼し、その後
集電体の積層箇所となる固体電解質仮焼体の表面を平滑
に研磨し、空気極仮焼体を露出させ、固体電解質仮焼体
および空気極仮焼体の表面に集電体用成形体を積層す
る。集電体用成形体はＬａＣｒＯ3 系の材料を使用し、
固体電解質成形体と同様にグリーンシートを積層して形
成される。
【００２９】このようにして作製した積層体は、大気等
の酸化性雰囲気中、１３００〜１６００℃の温度で３〜
１５時間程度同時焼成することにより共焼結させ、円筒
状のセル本体を作製する。
の酸化性雰囲気中、１３００〜１６００℃の温度で３〜
１５時間程度同時焼成することにより共焼結させ、円筒
状のセル本体を作製する。
【００３０】また、燃料極はＮｉを３０〜８０重量％含
有し残部が安定化ＺｒＯ2（Ｙ2Ｏ3等の安定化剤を含
む）からなる多孔質のサーメット材料を使用する。燃料
極を形成するには、第１の方法として、燃料極を形成前
記積層焼結体の所定箇所に成形体層を形成して焼結させ
る、第２の方法として、前記空気極／固体電解質／集電
体成形体を形成した後、さらに燃料極成形体を積層し、
これらを同時に焼成し、円筒状のセル本体を作製するこ
ともできる。
有し残部が安定化ＺｒＯ2（Ｙ2Ｏ3等の安定化剤を含
む）からなる多孔質のサーメット材料を使用する。燃料
極を形成するには、第１の方法として、燃料極を形成前
記積層焼結体の所定箇所に成形体層を形成して焼結させ
る、第２の方法として、前記空気極／固体電解質／集電
体成形体を形成した後、さらに燃料極成形体を積層し、
これらを同時に焼成し、円筒状のセル本体を作製するこ
ともできる。
【００３１】次に、例えば、固体電解質成形体と同様の
スラリーを用い、例えば、スラリー中にセル本体の一端
部を浸漬（ディッピング）することにより、セル本体の
一端部の外表面にセラミックスラリーを塗布し、１００
〜１５０℃で１〜３時間乾燥する。セラミックスラリー
を塗布する方法としては、他にスプレー、刷毛等による
塗布がある。セラミックスラリーは、封止部材が外嵌さ
れる部分よりも僅かに広い面積で塗布されることが望ま
しい。塗布厚みについては、セル本体外周面の凹凸がな
くなる程度であれば、特に限定されない。
スラリーを用い、例えば、スラリー中にセル本体の一端
部を浸漬（ディッピング）することにより、セル本体の
一端部の外表面にセラミックスラリーを塗布し、１００
〜１５０℃で１〜３時間乾燥する。セラミックスラリー
を塗布する方法としては、他にスプレー、刷毛等による
塗布がある。セラミックスラリーは、封止部材が外嵌さ
れる部分よりも僅かに広い面積で塗布されることが望ま
しい。塗布厚みについては、セル本体外周面の凹凸がな
くなる程度であれば、特に限定されない。
【００３２】封止部材は発電の際にガスシール性を要求
されるため、例えば、平均結晶粒径が０．５〜３μｍ程
度のＺｒＯ2 系やＬａＣｒＯ3 系酸化物粉末を押出成形
や静水圧成形（ラバープレス）等により成形し、キャッ
プ形状に切削加工を行い封止部材用セラミック成形体を
作製する。
されるため、例えば、平均結晶粒径が０．５〜３μｍ程
度のＺｒＯ2 系やＬａＣｒＯ3 系酸化物粉末を押出成形
や静水圧成形（ラバープレス）等により成形し、キャッ
プ形状に切削加工を行い封止部材用セラミック成形体を
作製する。
【００３３】この時の封止部材用セラミック成形体は、
セル本体の外周面に当接し、締めつける外嵌部の成形体
厚みは、０．７〜２．０ｍｍであることが必要である。
これは、０．７ｍｍよりも薄い場合には焼成時に封止部
材が割れる場合があり、また２．０ｍｍよりも厚い場合
には、複数の固体電解質型燃料電池セルによりスタック
を作製する際のセル間の電気的な接続が困難になるから
である。
セル本体の外周面に当接し、締めつける外嵌部の成形体
厚みは、０．７〜２．０ｍｍであることが必要である。
これは、０．７ｍｍよりも薄い場合には焼成時に封止部
材が割れる場合があり、また２．０ｍｍよりも厚い場合
には、複数の固体電解質型燃料電池セルによりスタック
を作製する際のセル間の電気的な接続が困難になるから
である。
【００３４】また、セル本体の一端が挿入される封止部
材用セラミック成形体の内径は、セル本体の外径の１．
１５〜１．４倍であることが望ましい。これは、封止部
材用セラミック成形体の内径が、セル本体の外径の１．
１５倍よりも小さい場合には、封止部材に歪みによる割
れが生じ易く、また１．４倍よりも大きい場合には封止
部材とセル本体との間に隙間が生成し、封止できなくな
る場合があるからである。
材用セラミック成形体の内径は、セル本体の外径の１．
１５〜１．４倍であることが望ましい。これは、封止部
材用セラミック成形体の内径が、セル本体の外径の１．
１５倍よりも小さい場合には、封止部材に歪みによる割
れが生じ易く、また１．４倍よりも大きい場合には封止
部材とセル本体との間に隙間が生成し、封止できなくな
る場合があるからである。
【００３５】この後、セル本体の一端部を封止部材用セ
ラミック成形体に挿入し、大気等の酸化性雰囲気中、１
３００〜１６００℃の温度で１〜５時間程度焼成し、セ
ル本体の一端部に、ガスシール層を介して封止部材を嵌
着し、本発明の固体電解質型燃料電池セルを得る。封止
部材とガスシール層とは焼成時に一体化し、さらにガス
シール層とセル本体の一端部外周面とも焼成時に一体化
し、これにより、封止部材がガスシール層を介してセル
本体の一端部外周面に接合されることになる。
ラミック成形体に挿入し、大気等の酸化性雰囲気中、１
３００〜１６００℃の温度で１〜５時間程度焼成し、セ
ル本体の一端部に、ガスシール層を介して封止部材を嵌
着し、本発明の固体電解質型燃料電池セルを得る。封止
部材とガスシール層とは焼成時に一体化し、さらにガス
シール層とセル本体の一端部外周面とも焼成時に一体化
し、これにより、封止部材がガスシール層を介してセル
本体の一端部外周面に接合されることになる。
【００３６】ガスシール層および緻密質セラミックから
なる封止部材は、ガスリークを防止することができれば
良く、特に気孔率５％以下であることが望ましい。
なる封止部材は、ガスリークを防止することができれば
良く、特に気孔率５％以下であることが望ましい。
【００３７】尚、本発明は、セル本体の一端をガスシー
ル層を介して封止部材により封止した点に特徴があり、
セル本体の作製方法については特に限定されず、上記し
た方法以外の公知の方法で作製しても良い。
ル層を介して封止部材により封止した点に特徴があり、
セル本体の作製方法については特に限定されず、上記し
た方法以外の公知の方法で作製しても良い。
【００３８】また、本発明では、燃料極を形成するため
の第３の方法として、燃料極スラリーを、空気極、固体
電解質、集電体を有するセル本体に塗布した後、セル本
体を封止部材用セラミック成形体に挿入し、燃料極塗布
膜と同時に前記封止部材用セラミック成形体を焼成し、
燃料極を固体電解質表面に焼き付けても良い。この場合
には、燃料極のみを焼き付けるための熱処理工程を省略
できる。
の第３の方法として、燃料極スラリーを、空気極、固体
電解質、集電体を有するセル本体に塗布した後、セル本
体を封止部材用セラミック成形体に挿入し、燃料極塗布
膜と同時に前記封止部材用セラミック成形体を焼成し、
燃料極を固体電解質表面に焼き付けても良い。この場合
には、燃料極のみを焼き付けるための熱処理工程を省略
できる。
【００３９】
【実施例】円筒型の固体電解質型燃料電池セルを共焼結
により作製するため、まず円筒状空気極成形体を以下の
ようにして作製した。市販の純度９９．９％以上のＬａ
2Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＣａＣＯ3 ，Ｍｎ2 Ｏ3 を出発原料
として、これをＬａ0.56Ｙ0.14Ｃａ0.3 ＭｎＯ3 の組成
になるように秤量混合した後、１５００℃で３時間仮焼
し粉砕して平均粒径が５μｍの固溶体粉末を得た。ま
た、この固溶体粉末にバインダーを添加し、押出成形法
で円筒状の空気極成形体を作製した。前記空気極成形体
は、乾燥後１２５０℃で１０時間脱バインダー・仮焼す
ることにより円筒状の空気極仮焼体を作製した。
により作製するため、まず円筒状空気極成形体を以下の
ようにして作製した。市販の純度９９．９％以上のＬａ
2Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＣａＣＯ3 ，Ｍｎ2 Ｏ3 を出発原料
として、これをＬａ0.56Ｙ0.14Ｃａ0.3 ＭｎＯ3 の組成
になるように秤量混合した後、１５００℃で３時間仮焼
し粉砕して平均粒径が５μｍの固溶体粉末を得た。ま
た、この固溶体粉末にバインダーを添加し、押出成形法
で円筒状の空気極成形体を作製した。前記空気極成形体
は、乾燥後１２５０℃で１０時間脱バインダー・仮焼す
ることにより円筒状の空気極仮焼体を作製した。
【００４０】次に、共沈法により得られたＹ2 Ｏ3 を８
ｍｏｌ％の割合で含有する平均粒径が１μｍのＺｒＯ2
粉末に、トルエンとバインダーを添加してスラリーを調
製し、ドクターブレード法により厚み１３０μｍの固体
電解質シートを作製した。
ｍｏｌ％の割合で含有する平均粒径が１μｍのＺｒＯ2
粉末に、トルエンとバインダーを添加してスラリーを調
製し、ドクターブレード法により厚み１３０μｍの固体
電解質シートを作製した。
【００４１】次に、市販の純度９９．９％以上のＬａ2
Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，ＭｇＯを出発原料として、これをＬ
ａ（Ｍｇ0.3 Ｃｒ0.7 ）0.97Ｏ3 の組成になるように秤
量混合した後、１５００℃で３時間仮焼し粉砕して、平
均粒径が２μｍの固溶体粉末を得た。次に、この固溶体
粉末にトルエンとバインダーを添加してスラリーを調製
し、ドクターブレード法により厚み１３０μｍの集電体
シートを作製した。
Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，ＭｇＯを出発原料として、これをＬ
ａ（Ｍｇ0.3 Ｃｒ0.7 ）0.97Ｏ3 の組成になるように秤
量混合した後、１５００℃で３時間仮焼し粉砕して、平
均粒径が２μｍの固溶体粉末を得た。次に、この固溶体
粉末にトルエンとバインダーを添加してスラリーを調製
し、ドクターブレード法により厚み１３０μｍの集電体
シートを作製した。
【００４２】前記円筒状空気極仮焼体に前記固体電解質
シートをロール状に巻き付け、１１００℃で３時間の仮
焼を行なった。仮焼後、集電体シートの積層箇所となる
固体電解質仮焼体の表面を平面研磨し、露出した空気極
仮焼体まで表面上を平面研磨し、前記集電体シートを所
定箇所に帯状に巻き付けた。その後、大気中１５００℃
で６時間の条件で共焼結を試みた。
シートをロール状に巻き付け、１１００℃で３時間の仮
焼を行なった。仮焼後、集電体シートの積層箇所となる
固体電解質仮焼体の表面を平面研磨し、露出した空気極
仮焼体まで表面上を平面研磨し、前記集電体シートを所
定箇所に帯状に巻き付けた。その後、大気中１５００℃
で６時間の条件で共焼結を試みた。
【００４３】共焼結後、ＮｉＯ粉末にＺｒＯ2 （１０ｍ
ｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 含有）粉末を重量比で８０：２０の割合
で混合した混合粉末に水を溶媒として加えて燃料極スラ
リーを調整し、厚み５０μｍの燃料極スラリーを積層焼
結体表面に塗布乾燥した。
ｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 含有）粉末を重量比で８０：２０の割合
で混合した混合粉末に水を溶媒として加えて燃料極スラ
リーを調整し、厚み５０μｍの燃料極スラリーを積層焼
結体表面に塗布乾燥した。
【００４４】次に、Ｙ2 Ｏ3 を３、８及び１０ｍｏｌ％
の割合でそれぞれ含有する平均粒径が１μｍのＺｒＯ2
系の粉末、またＬａ0.8 Ｃａ0.22ＣｒＯ3 、Ｌａ0.7 Ｃ
ａ0. 32ＣｒＯ3 及びＬａ（Ｍｇ0.1 Ｃｒ0.9 ）0.99Ｏ3
のＬａＣｒＯ3 系の各粉末に水を溶媒として加えてスラ
リーを調整し、このスラリーにセル本体の一端部を浸漬
し、ディッピング法により、厚み１００μｍのセラミッ
クスラリーをセル片端部の外周面に塗布し、１２０℃で
１時間乾燥した。
の割合でそれぞれ含有する平均粒径が１μｍのＺｒＯ2
系の粉末、またＬａ0.8 Ｃａ0.22ＣｒＯ3 、Ｌａ0.7 Ｃ
ａ0. 32ＣｒＯ3 及びＬａ（Ｍｇ0.1 Ｃｒ0.9 ）0.99Ｏ3
のＬａＣｒＯ3 系の各粉末に水を溶媒として加えてスラ
リーを調整し、このスラリーにセル本体の一端部を浸漬
し、ディッピング法により、厚み１００μｍのセラミッ
クスラリーをセル片端部の外周面に塗布し、１２０℃で
１時間乾燥した。
【００４５】次に、封止部材としてのキャップ形状の成
形体を作製する。まず、前記スラリー組成と同じ組成で
ある、Ｙ2 Ｏ3 を３、８及び１０ｍｏｌ％の割合でそれ
ぞれ含有する平均粒径が１μｍのＺｒＯ2 系の粉末、ま
たＬａ0.8 Ｃａ0.22ＣｒＯ3、Ｌａ0.7 Ｃａ0.32ＣｒＯ
3 及びＬａ（Ｍｇ0.1 Ｃｒ0.9 ）0.99Ｏ3 のＬａＣｒＯ
3 系の各粉末を用いて静水圧成形（ラバープレス）を行
いキャップ形状に切削加工した。その後、前記スラリー
を被覆した前記セル片端部を封止部材用成形体に挿入し
た。
形体を作製する。まず、前記スラリー組成と同じ組成で
ある、Ｙ2 Ｏ3 を３、８及び１０ｍｏｌ％の割合でそれ
ぞれ含有する平均粒径が１μｍのＺｒＯ2 系の粉末、ま
たＬａ0.8 Ｃａ0.22ＣｒＯ3、Ｌａ0.7 Ｃａ0.32ＣｒＯ
3 及びＬａ（Ｍｇ0.1 Ｃｒ0.9 ）0.99Ｏ3 のＬａＣｒＯ
3 系の各粉末を用いて静水圧成形（ラバープレス）を行
いキャップ形状に切削加工した。その後、前記スラリー
を被覆した前記セル片端部を封止部材用成形体に挿入し
た。
【００４６】セル本体の外周面と当接し、セル本体を締
めつける封止部材用成形体の外嵌部の肉厚ｔを１ｍｍに
設定し、また、キャップ形状の成形体の内径をセル本体
の外径の１．２倍とした。尚、セル本体の外径は１４ｍ
ｍであった。
めつける封止部材用成形体の外嵌部の肉厚ｔを１ｍｍに
設定し、また、キャップ形状の成形体の内径をセル本体
の外径の１．２倍とした。尚、セル本体の外径は１４ｍ
ｍであった。
【００４７】その後、大気中で１４００℃で２時間の焼
成を行うことにより、燃料極層を形成するとともに、セ
ル本体の一端部外周面に、ガスシール層を介してキャッ
プ形状の封止部材を嵌合した。
成を行うことにより、燃料極層を形成するとともに、セ
ル本体の一端部外周面に、ガスシール層を介してキャッ
プ形状の封止部材を嵌合した。
【００４８】このようにして作製した片端封着型の上記
円筒型セルにおいて、表面リーク量とセル出力密度、ま
た室温から１０００℃までの熱サイクルを２０サイクル
通過した後の表面リーク量とセル出力密度の結果を表２
に示した。表面リーク量を、セル内部を真空状態に吸引
した後、１０分後にセル内部の真空度の値を読み取るこ
とにより測定し、表面リーク量とセル出力密度の結果を
表２に示した。尚、セル片端部に直接キャップ形状の成
形体を外嵌したセルについて記載した（試料Ｎo.１、
３）。また、表２において、試料Ｎo.９は、取付部材に
形成されたガラス層（商品名：パイレックスガラスから
なる）をセル本体の一端に当接し、１０００℃に加熱し
前記ガラス層を溶融させ、セル本体の一端を前記取付部
材により封止した従来の固体電解質型燃料電池セルの特
性である。
円筒型セルにおいて、表面リーク量とセル出力密度、ま
た室温から１０００℃までの熱サイクルを２０サイクル
通過した後の表面リーク量とセル出力密度の結果を表２
に示した。表面リーク量を、セル内部を真空状態に吸引
した後、１０分後にセル内部の真空度の値を読み取るこ
とにより測定し、表面リーク量とセル出力密度の結果を
表２に示した。尚、セル片端部に直接キャップ形状の成
形体を外嵌したセルについて記載した（試料Ｎo.１、
３）。また、表２において、試料Ｎo.９は、取付部材に
形成されたガラス層（商品名：パイレックスガラスから
なる）をセル本体の一端に当接し、１０００℃に加熱し
前記ガラス層を溶融させ、セル本体の一端を前記取付部
材により封止した従来の固体電解質型燃料電池セルの特
性である。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】表１、２の結果から明らかなように、本発
明品の試料Ｎｏ．２、４〜８はいずれも表面リーク量が
１００ｍｍＴｏｒｒ以下で従来品（Ｎｏ．９）と比較す
るとガスシール性に優れ、また出力密度においてもいず
れも０．３Ｗ／ｃｍ2 以上であり、燃料電池セルの発電
性能において性能向上を示唆するものであった。
明品の試料Ｎｏ．２、４〜８はいずれも表面リーク量が
１００ｍｍＴｏｒｒ以下で従来品（Ｎｏ．９）と比較す
るとガスシール性に優れ、また出力密度においてもいず
れも０．３Ｗ／ｃｍ2 以上であり、燃料電池セルの発電
性能において性能向上を示唆するものであった。
【００５２】また、本発明品の試料Ｎｏ．２、４〜８は
熱サイクルを２０サイクル通過しても表面リーク量が１
００ｍｍＴｏｒｒ以下で、従来品（Ｎｏ．９）及びＮ
ｏ．１、３のセル片端部に直接キャップ形状の成形体を
外嵌したセルに比べガスシール性に優れた。また本発明
の試料は出力密度においても性能劣化がみられず、０．
３Ｗ／ｃｍ2 以上の値を維持した。これらの結果より、
長期的なセルの耐久性においても性能劣化を抑制するこ
とが可能となる。
熱サイクルを２０サイクル通過しても表面リーク量が１
００ｍｍＴｏｒｒ以下で、従来品（Ｎｏ．９）及びＮ
ｏ．１、３のセル片端部に直接キャップ形状の成形体を
外嵌したセルに比べガスシール性に優れた。また本発明
の試料は出力密度においても性能劣化がみられず、０．
３Ｗ／ｃｍ2 以上の値を維持した。これらの結果より、
長期的なセルの耐久性においても性能劣化を抑制するこ
とが可能となる。
【００５３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
セル製造段階でセル本体の一端を、ガスシール層を介し
て緻密質セラミックスの封止部材により封止するため、
セル本体の一端の封止を容易かつ確実に行うことができ
るとともに、発電用セル本体を炉内にセットする前に封
止状態を確認することができ、発電の際のガスシール性
が十分に保証され、長期的に安定したセル性能を維持で
きる。
セル製造段階でセル本体の一端を、ガスシール層を介し
て緻密質セラミックスの封止部材により封止するため、
セル本体の一端の封止を容易かつ確実に行うことができ
るとともに、発電用セル本体を炉内にセットする前に封
止状態を確認することができ、発電の際のガスシール性
が十分に保証され、長期的に安定したセル性能を維持で
きる。
【図１】本発明の円筒型燃料電池セルの構造を示す概念
図である。
図である。
【図２】図１の封止部材の外嵌部部分の断面図である。
【図３】固体電解質型燃料電池セルのセル本体を示す斜
視図である。
視図である。
２・・・空気極 ３・・・固体電解質 ４・・・燃料極 ５・・・集電体 ８・・・セル本体 ９・・・ガスシール層 １１・・・封止部材 １３・・・外嵌部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−104475（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−170359（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/02,8/12
Claims (4)
- 【請求項１】円筒状の固体電解質の片面に空気極、他面
に燃料極が形成されるとともに、前記空気極または前記
燃料極に電気的に接続され、かつ外面に露出する集電体
を具備する円筒状のセル本体の一端部外周面に、ＺｒＯ
2系またはＬａＣｒＯ3系のセラミックスからなるガスシ
ール層を介して、キャップ形状からなり、外嵌部の厚み
ｔが０．３〜１．２ｍｍのＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3
系のセラミックスからなる封止部材を外嵌してなり、該
封止部材が、それ自体の焼成収縮によって前記セル本体
の外面と前記封止部材の内面とがガスシール層を介して
接合されてなることを特徴とする固体電解質型燃料電池
セル。 - 【請求項２】ａ）少なくとも固体電解質、空気極および
集電体を具備する積層焼結体からなる円筒状セル本体を
作製する工程と、ｂ）前記セル本体の積層焼結体の所定
箇所に燃料極成形体層を形成して焼結させる工程と、
ｃ）該セル本体の一端部外周面にＺｒＯ2系またはＬａ
ＣｒＯ3系のセラミックスラリーを塗布する工程と、
ｃ）該セラミックスラリーが塗布されたセル本体の一端
部をキャップ形状からなり、外嵌部の厚みが０．７〜
２．０ｍｍであり、且つＺｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系
の封止部材用セラミック成形体に挿入する工程と、ｄ）
これを焼成して前記封止部材用セラミック成形体を外嵌
部の厚みｔを０．３〜１．２ｍｍとなるように焼成収縮
せしめて前記セル本体の一端部に嵌着すると同時に、セ
ル本体の外面と封止部材の内面とをガスシール層を介し
て接合してなる工程と、を具備することを特徴とする固
体電解質型燃料電池セルの製造方法。 - 【請求項３】ａ）少なくとも固体電解質、空気極および
集電体を具備する成形体を形成した後、さらに燃料極成
形体を積層し、これを同時に焼成し、円筒状のセル本体
を作製する工程と、ｂ）該セル本体の一端部外周面にＺ
ｒＯ2系またはＬａＣｒＯ3系のセラミックスラリーを塗
布する工程と、ｃ）該セラミックスラリーが塗布された
セル本体の一端部をキャップ形状からなり、外嵌部の厚
みが０．７〜２．０ｍｍであり、且つＺｒＯ2系または
ＬａＣｒＯ3系の封止部材用セラミック成形体に挿入す
る工程と、ｄ）これを焼成して前記封止部材用セラミッ
ク成形体を外嵌部の厚みｔを０．３〜１．２ｍｍとなる
ように焼成収縮せしめて前記セル本体の一端部に嵌着す
ると同時に、セル本体の外面と封止部材の内面とをガス
シール層を介して接合してなる工程と、 を具備することを特徴とする固体電解質型燃料電池セル
の製造方法。 - 【請求項４】ａ）少なくとも固体電解質、空気極および
集電体を具備する積層焼結体からなる円筒状セル本体を
作製する工程と、ｂ）前記セル本体に燃料極スラリーを
塗布する工程と、ｃ）該セル本体の一端部外周面にＺｒ
Ｏ2系またはＬａＣｒＯ3系のセラミックスラリーを塗布
する工程と、ｃ）該セラミックスラリーが塗布されたセ
ル本体の一端部をキャップ形状からなり、外嵌部の厚み
が０．７〜２．０ｍｍであり、且つＺｒＯ2系またはＬ
ａＣｒＯ3系の封止部材用セラミック成形体に挿入する
工程と、ｄ）前記燃料極塗布膜と、前記封止部材用セラ
ミック成形体とを同時に焼成して、前記封止部材用セラ
ミック成形体を外嵌部の厚みｔが０．３〜１．２ｍｍと
なるように焼成収縮せしめて前記セル本体の一端部に嵌
着すると同時に、セル本体の外面と封止部材の内面とを
ガスシール層を介して接合してなる工程と、 を具備することを特徴とする固体電解質型燃料電池セル
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32049796A JP3285779B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32049796A JP3285779B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10162847A JPH10162847A (ja) | 1998-06-19 |
| JP3285779B2 true JP3285779B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=18122118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32049796A Expired - Lifetime JP3285779B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3285779B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6379485B1 (en) * | 1998-04-09 | 2002-04-30 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Method of making closed end ceramic fuel cell tubes |
| KR101132064B1 (ko) | 2010-01-29 | 2012-04-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고체산화물 연료전지 및 연료전지의 셀과 캡간 브레이징방법 |
-
1996
- 1996-11-29 JP JP32049796A patent/JP3285779B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10162847A (ja) | 1998-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4462727B2 (ja) | 固体電解質形燃料電池セル | |
| JP3434883B2 (ja) | 燃料電池セルの製造方法 | |
| JP3350313B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法 | |
| JP3285779B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法 | |
| JP3238086B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP3238087B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP3339998B2 (ja) | 円筒型燃料電池セル | |
| JP3281814B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法 | |
| JP3389468B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP4721500B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セルおよびその製法 | |
| JP3342610B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP3389469B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JPH07130385A (ja) | 円筒横縞型固体電解質電解セル | |
| JP3638489B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP3336171B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP4748863B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セルおよび燃料電池 | |
| JP3455054B2 (ja) | 円筒状固体電解質型燃料電池セルの製法 | |
| JP3285856B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JPH11283640A (ja) | 円筒状固体電解質型燃料電池セル | |
| JP2002134132A (ja) | 固体電解質型燃料電池セルおよびその製法 | |
| JPH103932A (ja) | 円筒横縞型固体電解質燃料電池 | |
| JP3217695B2 (ja) | 円筒型燃料電池セル | |
| JP3339995B2 (ja) | 円筒型燃料電池セルおよびその製造方法 | |
| JP4721487B2 (ja) | 固体電解質形燃料電池セルおよび燃料電池 | |
| JPH11111308A (ja) | 円筒型燃料電池セル |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090308 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090308 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100308 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110308 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110308 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120308 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120308 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130308 Year of fee payment: 11 |