JP3308089B2 - 燃料電池用固体電解質及びこれを用いた固体電解質型燃料電池 - Google Patents
燃料電池用固体電解質及びこれを用いた固体電解質型燃料電池Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池に
関わり、特に接触抵抗、分極抵抗を低減し、電池の出
力、効率を向上させ、また炭化水素燃料を用いた場合で
あっても経時的に安定な燃料電池用固体電解質及びこれ
を用いた固体電解質型燃料電池に関するものである。
関わり、特に接触抵抗、分極抵抗を低減し、電池の出
力、効率を向上させ、また炭化水素燃料を用いた場合で
あっても経時的に安定な燃料電池用固体電解質及びこれ
を用いた固体電解質型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は水素、一酸化炭素、炭化水素
等の燃焼性化学物質やそれを含有する燃料を活物質とし
て用い、化学物質や燃料の酸化過程におけるエネルギ変
化を直接的に電気エネルギに変換させる電池であり、高
いエネルギ効率を期待し得るものである。中でも特に高
い効率が期待できるものとして、近年、第１世代のリン
酸燃料電池、第２世代の溶融炭酸塩型燃料電池に続く第
３世代の固体電解質型燃料電池が注目されている。
等の燃焼性化学物質やそれを含有する燃料を活物質とし
て用い、化学物質や燃料の酸化過程におけるエネルギ変
化を直接的に電気エネルギに変換させる電池であり、高
いエネルギ効率を期待し得るものである。中でも特に高
い効率が期待できるものとして、近年、第１世代のリン
酸燃料電池、第２世代の溶融炭酸塩型燃料電池に続く第
３世代の固体電解質型燃料電池が注目されている。
【０００３】図５はこのような固体電解質型燃料電池を
説明する図で、平板型の３段直列セル、固体電解質型燃
料電池の１例を示す斜視図である。各固体電解質板１の
上面および下面にカソード２、およびアノード３を一体
形成した３層構造板をセパレータ４を介して接合集積
し、両端には外部端子５，６をそれぞれ設けて構成され
ている。３層構造板とセパレータとからなる単位セルの
積層数を増減することにより多数のセルからなる多段直
列型の電池を形成することができる。セパレータ４は隣
接するセルの電極間を電気的に接続するセルのアノード
及びカソード側の各ガス通路を形成しており、このセパ
レータ４はアノード側集電体とカソード側集電体とはそ
れぞれ別の材料とすることもできる。
説明する図で、平板型の３段直列セル、固体電解質型燃
料電池の１例を示す斜視図である。各固体電解質板１の
上面および下面にカソード２、およびアノード３を一体
形成した３層構造板をセパレータ４を介して接合集積
し、両端には外部端子５，６をそれぞれ設けて構成され
ている。３層構造板とセパレータとからなる単位セルの
積層数を増減することにより多数のセルからなる多段直
列型の電池を形成することができる。セパレータ４は隣
接するセルの電極間を電気的に接続するセルのアノード
及びカソード側の各ガス通路を形成しており、このセパ
レータ４はアノード側集電体とカソード側集電体とはそ
れぞれ別の材料とすることもできる。
【０００４】このような固体電解質型燃料電池において
固体電解質板の上面および下面にカソードおよびアノー
ドを形成させた電極を作製する方法としては、通常グリ
ーンシート状のジルコニア系セラミックス等の電解質に
電極組成物を被着した後、一体焼結する方法や、焼結さ
れたジルコニア系セラミックス等の焼結電解質上に電極
材料を塗布または印刷により被着する方法が用いられて
いる。
固体電解質板の上面および下面にカソードおよびアノー
ドを形成させた電極を作製する方法としては、通常グリ
ーンシート状のジルコニア系セラミックス等の電解質に
電極組成物を被着した後、一体焼結する方法や、焼結さ
れたジルコニア系セラミックス等の焼結電解質上に電極
材料を塗布または印刷により被着する方法が用いられて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方
法、特に後者の方法により形成した電池を動作温度であ
る１００〜１０００℃にまで昇温すると、電極材料が収
縮して剥がれてしまい接触抵抗および分極抵抗の増大を
招き、電池特性を低下させてしまう。さらにこの電池を
発電すると電流が大きくなるにつれて分極抵抗が大きく
なったり、長時間運転を行うと電極の焼結が進行し、電
解質から剥離し、接触抵抗および分極抵抗が増大して経
時的に劣化が進行するという問題があった。特に、メタ
ン等の炭化水素燃料を水とともに供給してアノードで直
接水素に改質し、発電を行う場合、改質反応が吸熱反応
であるため、電極部分において局所的な温度分布が発生
し、電極が剥離し、特性の急激な低下を招く。
法、特に後者の方法により形成した電池を動作温度であ
る１００〜１０００℃にまで昇温すると、電極材料が収
縮して剥がれてしまい接触抵抗および分極抵抗の増大を
招き、電池特性を低下させてしまう。さらにこの電池を
発電すると電流が大きくなるにつれて分極抵抗が大きく
なったり、長時間運転を行うと電極の焼結が進行し、電
解質から剥離し、接触抵抗および分極抵抗が増大して経
時的に劣化が進行するという問題があった。特に、メタ
ン等の炭化水素燃料を水とともに供給してアノードで直
接水素に改質し、発電を行う場合、改質反応が吸熱反応
であるため、電極部分において局所的な温度分布が発生
し、電極が剥離し、特性の急激な低下を招く。
【０００６】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、電池性能を向上させ、長時間運転しても電池性能の
低下を防止することができ、安定な動作をする固体電解
質型燃料電池を提供することを目的とする。
で、電池性能を向上させ、長時間運転しても電池性能の
低下を防止することができ、安定な動作をする固体電解
質型燃料電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは好ましい特
徴を有する燃料固体電解質を開発するために鋭意研究を
重ねた結果、従来の被着法の欠点である分極抵抗、接触
抵抗の増大は電極と電解質間の強固な界面が形成されて
いないこと、電極反応の場である三相界面長が小さいこ
とに起因することに着目し、強固な電極／電解質界面を
形成し、三相界面長を大きくするために特有の工夫を施
すことにより、その目的を達成しうることを見いだし、
この知見に基づいて本発明を完成するに至ったものであ
る。
徴を有する燃料固体電解質を開発するために鋭意研究を
重ねた結果、従来の被着法の欠点である分極抵抗、接触
抵抗の増大は電極と電解質間の強固な界面が形成されて
いないこと、電極反応の場である三相界面長が小さいこ
とに起因することに着目し、強固な電極／電解質界面を
形成し、三相界面長を大きくするために特有の工夫を施
すことにより、その目的を達成しうることを見いだし、
この知見に基づいて本発明を完成するに至ったものであ
る。
【０００８】すなわち、本発明は、 （１）固体電解質を挟んで片方の面に空気極を、他方の
面に燃料極をそれぞれ形成した燃料電池用固体電解質に
おいて、図１（ａ）断面図、図１（ｂ）平面図に示すよ
うに、固体電解質板１の両方の表面に間隔０．１〜１０
０μｍで幅および高さが１〜１００μｍである０．０１
〜１μｍの穴を有する多孔質体からなる凹部（埋もれ
部）、凸部（出っ張り部）１０が形成されていることを
特徴とするものである。なお、（１）項の好ましい態様
は、 （２）アノード金属が（１）項記載の多孔質体からなる
凹部、凸部に浸透することを特徴とするものである。本
発明の燃料電池用固体電解質の重要な構成事項を成す表
面の０．０１〜１μｍの穴を有する多孔質体からなる凹
部、凸部は、電極の形成される面積全体に存在し、その
間隔が０．１〜１００μｍの範囲で、その幅・高さが１
〜１００μｍの範囲になるように電解質表面に形成され
ている。例えば、グリーンシートの状態の固体電解質に
０．０１〜１μｍの粒子を凹部、凸部と同等の大きさに
造粒した固体電解質粒子（（株）東ソー、ＴＺ−８Ｙ
（商品名））を所定の密度に均一に付着させた後に焼
結、もしくはさらに電極組成物を塗布などにより被着さ
せた後に一体焼結させることにより形成する。本方法に
よりアノード金属が多孔質体からなる凹部、凸部に浸透
する。
面に燃料極をそれぞれ形成した燃料電池用固体電解質に
おいて、図１（ａ）断面図、図１（ｂ）平面図に示すよ
うに、固体電解質板１の両方の表面に間隔０．１〜１０
０μｍで幅および高さが１〜１００μｍである０．０１
〜１μｍの穴を有する多孔質体からなる凹部（埋もれ
部）、凸部（出っ張り部）１０が形成されていることを
特徴とするものである。なお、（１）項の好ましい態様
は、 （２）アノード金属が（１）項記載の多孔質体からなる
凹部、凸部に浸透することを特徴とするものである。本
発明の燃料電池用固体電解質の重要な構成事項を成す表
面の０．０１〜１μｍの穴を有する多孔質体からなる凹
部、凸部は、電極の形成される面積全体に存在し、その
間隔が０．１〜１００μｍの範囲で、その幅・高さが１
〜１００μｍの範囲になるように電解質表面に形成され
ている。例えば、グリーンシートの状態の固体電解質に
０．０１〜１μｍの粒子を凹部、凸部と同等の大きさに
造粒した固体電解質粒子（（株）東ソー、ＴＺ−８Ｙ
（商品名））を所定の密度に均一に付着させた後に焼
結、もしくはさらに電極組成物を塗布などにより被着さ
せた後に一体焼結させることにより形成する。本方法に
よりアノード金属が多孔質体からなる凹部、凸部に浸透
する。
【０００９】また、固体電解質の両方の表面に０．０１
〜１μｍの粒子を凹部、凸部と同等の大きさに造粒した
固体電解質粒子を塗布、印刷等の方法により被着後、焼
成を行うことで多孔質体からなる凹部、凸部を持つ固体
電解質を形成し、アノード電極材料を塗布・焼成するこ
と、またはアノードに用いる金属からなる金属錯体、塩
化物水溶液、アルコキシド等の金属を溶液化したものに
浸した後に焼成することで形成される。アノードには金
属または金属化合物（好ましくはＮｉ，ＮｉＯ，Ｒｕ，
Ｐｔ，Ｃｏ，ＣｏＯ，Ｖ）が導電体として用いられる。
本発明に用いられる固体電解質としてはイットリア等が
添加された安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアな
どのジルコニア系のものが好ましい。また、本発明では
上記凹部、凸部を形成させた固体電解質を使用した固体
電解質型燃料電池をも包含する。
〜１μｍの粒子を凹部、凸部と同等の大きさに造粒した
固体電解質粒子を塗布、印刷等の方法により被着後、焼
成を行うことで多孔質体からなる凹部、凸部を持つ固体
電解質を形成し、アノード電極材料を塗布・焼成するこ
と、またはアノードに用いる金属からなる金属錯体、塩
化物水溶液、アルコキシド等の金属を溶液化したものに
浸した後に焼成することで形成される。アノードには金
属または金属化合物（好ましくはＮｉ，ＮｉＯ，Ｒｕ，
Ｐｔ，Ｃｏ，ＣｏＯ，Ｖ）が導電体として用いられる。
本発明に用いられる固体電解質としてはイットリア等が
添加された安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアな
どのジルコニア系のものが好ましい。また、本発明では
上記凹部、凸部を形成させた固体電解質を使用した固体
電解質型燃料電池をも包含する。
【００１０】
【作用】本発明は、固体電解質の両面の電極が形成され
る範囲全体に０．１〜１００μｍ間隔で幅および高さが
１〜１００μｍである０．０１〜１μｍの穴を有する多
孔質体からなる凹部、凸部を形成することにより、電極
と固体電解質間に強固な界面が形成され、かつ界面長を
長くすることができるので、接触抵抗、分極抵抗の増大
が抑制されて電池性能が向上し、経時特性が極めて安定
化して長時間運転しても電池性能の低下を防止すること
が可能となる。特に、炭化水素燃料を直接内部改質する
ときの性能低下を防ぐことができる。
る範囲全体に０．１〜１００μｍ間隔で幅および高さが
１〜１００μｍである０．０１〜１μｍの穴を有する多
孔質体からなる凹部、凸部を形成することにより、電極
と固体電解質間に強固な界面が形成され、かつ界面長を
長くすることができるので、接触抵抗、分極抵抗の増大
が抑制されて電池性能が向上し、経時特性が極めて安定
化して長時間運転しても電池性能の低下を防止すること
が可能となる。特に、炭化水素燃料を直接内部改質する
ときの性能低下を防ぐことができる。
【００１１】
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。 （実施例１）約４ｃｍ四方の（Ｙ2 Ｏ3 ）0.08（ＺｒＯ
2 ）0.92（イットリア安定化ジルコニア）の板を固体電
解質板として用いた。この両面に同材料からなる粒径
０．５μｍ以下の粉末を１〜１０μｍの大きさに造粒し
たものを有機系バインダに分散させた後、２cm2 の面積
に厚さ０．０１〜０．０２ｍｍ塗布し、１４００℃空気
雰囲気で３時間焼成することにより固体電解質表面に多
孔質凹凸を形成した。
する。 （実施例１）約４ｃｍ四方の（Ｙ2 Ｏ3 ）0.08（ＺｒＯ
2 ）0.92（イットリア安定化ジルコニア）の板を固体電
解質板として用いた。この両面に同材料からなる粒径
０．５μｍ以下の粉末を１〜１０μｍの大きさに造粒し
たものを有機系バインダに分散させた後、２cm2 の面積
に厚さ０．０１〜０．０２ｍｍ塗布し、１４００℃空気
雰囲気で３時間焼成することにより固体電解質表面に多
孔質凹凸を形成した。
【００１２】このようにして得られた固体電解質板の燃
料通路側にＮｉ／ＺｒＯ2 （重量比１０／１）サーメッ
ト混合粉末を有機系バインダに分散した後、凹凸化した
範囲全域に０．１〜０．２ｍｍの厚さに塗布して窒素雰
囲気中で１２５０℃３時間焼成することでアノード形成
膜とした。また、空気通路側にＬａ0.8 Ｓｒ0.2 ＭｎＯ
3 粉末（平均粒径約５μｍ）を有機系バインダに分散し
た後、凹凸化した部分全域に０．１〜０．２ｍｍの厚さ
に塗布してカソード形成膜とした。
料通路側にＮｉ／ＺｒＯ2 （重量比１０／１）サーメッ
ト混合粉末を有機系バインダに分散した後、凹凸化した
範囲全域に０．１〜０．２ｍｍの厚さに塗布して窒素雰
囲気中で１２５０℃３時間焼成することでアノード形成
膜とした。また、空気通路側にＬａ0.8 Ｓｒ0.2 ＭｎＯ
3 粉末（平均粒径約５μｍ）を有機系バインダに分散し
た後、凹凸化した部分全域に０．１〜０．２ｍｍの厚さ
に塗布してカソード形成膜とした。
【００１３】このようにして得られた電極形成膜を設け
た電解質板をそれと同じ大きさの２種の端子板と集積
し、固体電解質型燃料電池を作製した。これら端子板は
各燃料ガスを通す溝を片面に設けた集電体、すなわち、
Ｌａ1-x Ｍx ＣｒＯ3 からなるカソード側集電体と、Ｎ
ｉ基合金からなるアノード側集電体で構成した。
た電解質板をそれと同じ大きさの２種の端子板と集積
し、固体電解質型燃料電池を作製した。これら端子板は
各燃料ガスを通す溝を片面に設けた集電体、すなわち、
Ｌａ1-x Ｍx ＣｒＯ3 からなるカソード側集電体と、Ｎ
ｉ基合金からなるアノード側集電体で構成した。
【００１４】このようにして作製した燃料電池を加熱し
た。室温から３５０℃までは加熱空気を流し、３５０℃
〜１０００℃までは燃料通路側にアノードの酸化を防止
するために窒素ガスを流した。その後１０００℃に保持
してアノード側に水素、カソード側に酸素をそれぞれ２
００ｃｃ／ｍｉｎ、１００ｃｃ／ｍｉｎの供給速度で流
し、発電を開始した。
た。室温から３５０℃までは加熱空気を流し、３５０℃
〜１０００℃までは燃料通路側にアノードの酸化を防止
するために窒素ガスを流した。その後１０００℃に保持
してアノード側に水素、カソード側に酸素をそれぞれ２
００ｃｃ／ｍｉｎ、１００ｃｃ／ｍｉｎの供給速度で流
し、発電を開始した。
【００１５】この時の電池の電流変化による電圧、分極
特性を図２の実線で示す。これより実施例の電池の分極
抵抗については電流が大きくなっても分極電圧があまり
変化しないことから、電極反応に起因する抵抗がほとん
どないことが判るる。また、この電池を電流０．６Ａ
（電流密度０．３Ａ／cm2 ）で長時間運転した時の電圧
の経時特性を図３の実線で示す。これより電池性能が安
定していることが判る。さらに、この電池にメタンを所
定の割合の水とともに燃料として供給して長時間運転し
た時の電圧の変化を図４の実線で示す。これにより、電
池性能が長時間安定していることが判る。
特性を図２の実線で示す。これより実施例の電池の分極
抵抗については電流が大きくなっても分極電圧があまり
変化しないことから、電極反応に起因する抵抗がほとん
どないことが判るる。また、この電池を電流０．６Ａ
（電流密度０．３Ａ／cm2 ）で長時間運転した時の電圧
の経時特性を図３の実線で示す。これより電池性能が安
定していることが判る。さらに、この電池にメタンを所
定の割合の水とともに燃料として供給して長時間運転し
た時の電圧の変化を図４の実線で示す。これにより、電
池性能が長時間安定していることが判る。
【００１６】（実施例２）約４ｃｍ四方の（Ｙ2 Ｏ3 ）
0.08（ＺｒＯ2 ）0.92の板を固体電解質板として用い
た。この両面に同材料からなる粒径０．５μｍ以下の粉
末を１〜１０μｍの大きさに造粒したものを有機系バイ
ンダに分散した後、２cm2 の面積に厚さ０．０１〜０．
０２ｍｍ塗布し、１４００℃空気雰囲気で３時間焼成す
ることによって固体電解質表面に多孔質凹凸を形成し
た。
0.08（ＺｒＯ2 ）0.92の板を固体電解質板として用い
た。この両面に同材料からなる粒径０．５μｍ以下の粉
末を１〜１０μｍの大きさに造粒したものを有機系バイ
ンダに分散した後、２cm2 の面積に厚さ０．０１〜０．
０２ｍｍ塗布し、１４００℃空気雰囲気で３時間焼成す
ることによって固体電解質表面に多孔質凹凸を形成し
た。
【００１７】このようにして得られた固体電解質板の燃
料通路側を２０％の塩化ニッケル水溶液に浸した後に１
２００℃３時間焼成することで多孔質凹凸内にＮｉを含
浸させた。その上にＮｉ／ＺｒＯ2 （重量比１０／１）
サーメット混合粉末を有機系バインダに分散した後、凹
凸化した範囲全域に０．１〜０．２ｍｍの厚さに塗布す
ることでアノード形成膜とした。また、空気通路側にＬ
ａ0.8 Ｓｒ0.2 ＭｎＯ3 粉末（平均粒径約５μｍ）を有
機系バインダに分散した後、凹凸化した部分全域に０．
１〜０．２ｍｍの厚さに塗布してカソード形成膜とし
た。
料通路側を２０％の塩化ニッケル水溶液に浸した後に１
２００℃３時間焼成することで多孔質凹凸内にＮｉを含
浸させた。その上にＮｉ／ＺｒＯ2 （重量比１０／１）
サーメット混合粉末を有機系バインダに分散した後、凹
凸化した範囲全域に０．１〜０．２ｍｍの厚さに塗布す
ることでアノード形成膜とした。また、空気通路側にＬ
ａ0.8 Ｓｒ0.2 ＭｎＯ3 粉末（平均粒径約５μｍ）を有
機系バインダに分散した後、凹凸化した部分全域に０．
１〜０．２ｍｍの厚さに塗布してカソード形成膜とし
た。
【００１８】このようにして得られた電極形成膜を設け
た電解質板をそれと同じ大きさの２種の端子板と集積
し、固体電解質型燃料電池を作製した。これら端子板は
各燃料ガスを通す溝を片面に設けた集電体、すなわち、
Ｌａ1-x Ｍx ＣｒＯ3 からなるカソード側集電体と、Ｎ
ｉ基合金からなるアノード側集電体で構成した。
た電解質板をそれと同じ大きさの２種の端子板と集積
し、固体電解質型燃料電池を作製した。これら端子板は
各燃料ガスを通す溝を片面に設けた集電体、すなわち、
Ｌａ1-x Ｍx ＣｒＯ3 からなるカソード側集電体と、Ｎ
ｉ基合金からなるアノード側集電体で構成した。
【００１９】このようにして作製した燃料電池を加熱し
た。室温から３５０℃までは加熱空気を流し、３５０℃
〜１０００℃までは燃料通路側にアノードの酸化を防止
するために窒素ガスを流した。その後１０００℃に保持
して、アノード側に水素、カソード側に酸素をそれぞれ
２００ｃｃ／ｍｉｎ、１００ｃｃ／ｍｉｎの供給速度で
流し、発電を開始した。
た。室温から３５０℃までは加熱空気を流し、３５０℃
〜１０００℃までは燃料通路側にアノードの酸化を防止
するために窒素ガスを流した。その後１０００℃に保持
して、アノード側に水素、カソード側に酸素をそれぞれ
２００ｃｃ／ｍｉｎ、１００ｃｃ／ｍｉｎの供給速度で
流し、発電を開始した。
【００２０】この時の電池の電流変化による電圧、分極
特性を図２の実線で示す。これより実施例２の電池の分
極抵抗についても実施例１と同様に電流が大きくなって
も分極電圧があまり変化しないことから、電極反応に起
因する抵抗がほとんどないことが判る。また、この電池
を電流０．６Ａ（電流密度０．３Ａ／cm2 ）で長時間運
転した時の電圧の経時特性を図３の実線で示す。これよ
り電池性能が安定していることが判る。さらに、この電
池にメタンを所定の割合の水とともに燃料として供給し
て長時間運転した時の電圧の変化を図４の実線で示す。
これにより、電池性能が長時間安定していることがわか
る。
特性を図２の実線で示す。これより実施例２の電池の分
極抵抗についても実施例１と同様に電流が大きくなって
も分極電圧があまり変化しないことから、電極反応に起
因する抵抗がほとんどないことが判る。また、この電池
を電流０．６Ａ（電流密度０．３Ａ／cm2 ）で長時間運
転した時の電圧の経時特性を図３の実線で示す。これよ
り電池性能が安定していることが判る。さらに、この電
池にメタンを所定の割合の水とともに燃料として供給し
て長時間運転した時の電圧の変化を図４の実線で示す。
これにより、電池性能が長時間安定していることがわか
る。
【００２１】（比較例１）固体電解質の表面を凹凸化す
ることなく、上記実施例と同じ方法で電極を形成した固
体電解質型燃料電池を作製した。この燃料電池を実施例
と同様に昇温し発電させた。この電池の電流変化による
電圧特性を図２の破線で示す。これにより、比較例１の
電池は実施例の固体電解質表面を凹凸化した電池に比べ
て分極抵抗が大きいことがわかる。また２つの実施例の
電池は使っている材料が同じことから、接触抵抗が比較
例１の電池の方が大きいことが判る。また、この電池を
実施例と同じ条件で長時間連続運転したときの経時特性
を図３の破線で示す。これにより固体電解質表面を凹凸
化した電池に比べて、電圧の低下が大きいことが判る。
ることなく、上記実施例と同じ方法で電極を形成した固
体電解質型燃料電池を作製した。この燃料電池を実施例
と同様に昇温し発電させた。この電池の電流変化による
電圧特性を図２の破線で示す。これにより、比較例１の
電池は実施例の固体電解質表面を凹凸化した電池に比べ
て分極抵抗が大きいことがわかる。また２つの実施例の
電池は使っている材料が同じことから、接触抵抗が比較
例１の電池の方が大きいことが判る。また、この電池を
実施例と同じ条件で長時間連続運転したときの経時特性
を図３の破線で示す。これにより固体電解質表面を凹凸
化した電池に比べて、電圧の低下が大きいことが判る。
【００２２】（比較例２）固体電解質の表面に１〜１０
μｍの同材料の粒子を有機バインダに分散させた後に
０．０１〜０．０２ｍｍの厚さに塗布し、１４００℃３
時間焼成することで電解質表面に凹凸を形成してから、
実施例と同じ方法で電極を形成した固体電解質型燃料電
池を作製した。このとき、電解質表面の凹凸は多孔質に
はならなかった。この燃料電池を上記実施例と同様に昇
温し発電させた。この電池の電流変化による電圧特性を
図２の実線で示す。
μｍの同材料の粒子を有機バインダに分散させた後に
０．０１〜０．０２ｍｍの厚さに塗布し、１４００℃３
時間焼成することで電解質表面に凹凸を形成してから、
実施例と同じ方法で電極を形成した固体電解質型燃料電
池を作製した。このとき、電解質表面の凹凸は多孔質に
はならなかった。この燃料電池を上記実施例と同様に昇
温し発電させた。この電池の電流変化による電圧特性を
図２の実線で示す。
【００２３】これにより、比較例２の電池は実施例の固
体電解質表面に多孔質凹凸をもつ電池に比べて、同等の
性能を持つことがわかる。
体電解質表面に多孔質凹凸をもつ電池に比べて、同等の
性能を持つことがわかる。
【００２４】また、この電池を実施例と同じ条件で長時
間運転したときの経時特性を図３の実線で示す。これに
より固体電解質表面に多孔質凹凸を持つ電池と同等であ
ることがわかる。
間運転したときの経時特性を図３の実線で示す。これに
より固体電解質表面に多孔質凹凸を持つ電池と同等であ
ることがわかる。
【００２５】さらに、この電池に実施例と同じ条件でメ
タンを供給して長時間運転したときの電圧の変化を図４
の３点鎖線で示す。これにより比較例２の電池は実施例
の電池に比べて電池の性能の低下が激しいことがわか
る。
タンを供給して長時間運転したときの電圧の変化を図４
の３点鎖線で示す。これにより比較例２の電池は実施例
の電池に比べて電池の性能の低下が激しいことがわか
る。
【００２６】
【発明の効果】本発明の固体電解質を用いた燃料電池に
ついて、電流が大きくなっても、分極抵抗自体増加する
ことがないため、分極抵抗が小さく、所定の電流におけ
る電圧が高く、また経時特性を極めて安定化できるとい
う利点がある。さらに炭化水素系燃料を電池に供給し、
直接内部改質した際の電池の特性の低下を低減させるこ
とができる。
ついて、電流が大きくなっても、分極抵抗自体増加する
ことがないため、分極抵抗が小さく、所定の電流におけ
る電圧が高く、また経時特性を極めて安定化できるとい
う利点がある。さらに炭化水素系燃料を電池に供給し、
直接内部改質した際の電池の特性の低下を低減させるこ
とができる。
【図１】 本発明の固体電解質を説明する図である。
【図２】 電池の電流変化に対する電圧、分極特性を示
す図である。
す図である。
【図３】 電池の出力電圧の経時特性を示す図である。
【図４】 メタン供給による連続運転特性を示す図であ
る。
る。
【図５】 平板型の３段直列セル、固体電解質型燃料電
池の１例を示す斜視図である。
池の１例を示す斜視図である。
１…固体電解質板、１０…多孔質の凹凸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出秀人 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目３番 １号東燃株式会社 総合研究所内 (72)発明者 向沢 功 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目３番 １号東燃株式会社 総合研究所内 (72)発明者 吉田利彦 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目３番 １号東燃株式会社 総合研究所内 (56)参考文献 特開 平７−245113（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−73890（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/02 H01M 8/12
Claims (2)
- 【請求項１】 固体電解質を挟んで一方の面に空気極
を、他方の面に燃料極を形成した燃料電池用固体電解質
において、固体電解質の両面の電極が形成される範囲全
体に０．１〜１００μｍ間隔で幅および高さが１〜１０
０μｍである０．０１〜１μｍの穴を有する多孔質体か
らなる凹部、凸部が形成されていることを特徴とする燃
料電池用固体電解質。 - 【請求項２】 請求項１記載の固体電解質を使用したこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP03265994A JP3308089B2 (ja) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | 燃料電池用固体電解質及びこれを用いた固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03265994A JP3308089B2 (ja) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | 燃料電池用固体電解質及びこれを用いた固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07245114A JPH07245114A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3308089B2 true JP3308089B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=12365002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03265994A Expired - Fee Related JP3308089B2 (ja) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | 燃料電池用固体電解質及びこれを用いた固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3308089B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114256504A (zh) * | 2020-09-23 | 2022-03-29 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种固体电解质的表面修饰方法 |
-
1994
- 1994-03-02 JP JP03265994A patent/JP3308089B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07245114A (ja) | 1995-09-19 |
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Legal Events
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