JP3347561B2 - 固体電解質型燃料電池セル - Google Patents
固体電解質型燃料電池セルInfo
- Publication number
- JP3347561B2 JP3347561B2 JP33336195A JP33336195A JP3347561B2 JP 3347561 B2 JP3347561 B2 JP 3347561B2 JP 33336195 A JP33336195 A JP 33336195A JP 33336195 A JP33336195 A JP 33336195A JP 3347561 B2 JP3347561 B2 JP 3347561B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel electrode
- fuel
- solid electrolyte
- electrode
- zro
- 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 - Fee Related
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
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、円筒型や平板型の
固体電解質型燃料電池セルに関するもので、特に燃料極
を改良した固体電解質型燃料電池セルに関するものであ
る。
固体電解質型燃料電池セルに関するもので、特に燃料極
を改良した固体電解質型燃料電池セルに関するものであ
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１０００〜１０５０℃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１０００〜１０５０℃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−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。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。
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−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。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。
【０００４】円筒型燃料電池の単セルは、図４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−ルにおいては、各単セルはＬａ
ＣｒＯ3 系の集電体（インタ−コネクタ）５を介して接
続される。
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−ルにおいては、各単セルはＬａ
ＣｒＯ3 系の集電体（インタ−コネクタ）５を介して接
続される。
【０００５】このような燃料電池の発電は、各単セルを
１０００〜１０５０℃の温度で保持するとともに、支持
管１内部に空気（酸素）６を、外部に燃料（水素）７を
供給することにより行われる。
１０００〜１０５０℃の温度で保持するとともに、支持
管１内部に空気（酸素）６を、外部に燃料（水素）７を
供給することにより行われる。
【０００６】そして、近年、セル作製工程においてプロ
セス単純化のため、空気極材料であるＬａＭｎＯ3 系材
料を直接多孔性の支持管として使用する試みがなされて
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あるいはＳｒで１０〜２０原子％置換
したＬａＭｎＯ3 固溶体材料が用いられている。
セス単純化のため、空気極材料であるＬａＭｎＯ3 系材
料を直接多孔性の支持管として使用する試みがなされて
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あるいはＳｒで１０〜２０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、その支持管の外周面
に空気極、固体電解質、燃料極、あるいは集電体のスラ
リ−を塗布してこれを順次焼成して積層することが行わ
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、その支持管の外周面
に空気極、固体電解質、燃料極、あるいは集電体のスラ
リ−を塗布してこれを順次焼成して積層することが行わ
れている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の円筒型燃料電池
セルにおいて、燃料極はＮｉＯ／ＺｒＯ2 （発電中にＮ
ｉＯは還元されＮｉとなる）、あるいはＮｉ／ＺｒＯ2
の混合粉末を含むスラリ−中に浸漬するスラリ−ディッ
プ法などにより固体電解質の表面全体に形成していた。
燃料極がＮｉＯ／ＺｒＯ2 の場合、固体電解質との付着
力を高めるため１０００℃以上の温度で熱処理されてい
たが、ＮｉＯ／ＺｒＯ2 およびＮｉ／ＺｒＯ2 とも燃料
極を固体電解質全面に形成すると、燃料極と固体電解質
との熱膨脹係数の違いにより発電中に燃料極が剥離し、
序々に出力が低下するという問題があった。
セルにおいて、燃料極はＮｉＯ／ＺｒＯ2 （発電中にＮ
ｉＯは還元されＮｉとなる）、あるいはＮｉ／ＺｒＯ2
の混合粉末を含むスラリ−中に浸漬するスラリ−ディッ
プ法などにより固体電解質の表面全体に形成していた。
燃料極がＮｉＯ／ＺｒＯ2 の場合、固体電解質との付着
力を高めるため１０００℃以上の温度で熱処理されてい
たが、ＮｉＯ／ＺｒＯ2 およびＮｉ／ＺｒＯ2 とも燃料
極を固体電解質全面に形成すると、燃料極と固体電解質
との熱膨脹係数の違いにより発電中に燃料極が剥離し、
序々に出力が低下するという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の問
題について検討を重ねた結果、燃料極を固体電解質表面
の全面に単一の連続層として形成することなく、燃料極
自体を格子状に分割した構造にすることにより、固体電
解質と燃料極との熱膨張の差をほぼ完全に緩和し、その
結果燃料極の固体電解質からの剥離を防止できることを
見い出し、本発明に至った。
題について検討を重ねた結果、燃料極を固体電解質表面
の全面に単一の連続層として形成することなく、燃料極
自体を格子状に分割した構造にすることにより、固体電
解質と燃料極との熱膨張の差をほぼ完全に緩和し、その
結果燃料極の固体電解質からの剥離を防止できることを
見い出し、本発明に至った。
【００１０】即ち、本発明の固体電解質型燃料電池セル
は、固体電解質層の片面に空気極を、他方の面に燃料極
を形成してなる円筒型の固体電解質型燃料電池セルにお
いて、前記燃料極を、格子状に配列した複数の分割燃料
極により構成するとともに、該分割燃料極が、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｗ、Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金属５０〜
９０重量％と、ＺｒＯ2および／またはＣｅＯ2１０〜５
０重量％とを含有してなり、前記分割燃料極の厚みが１
０〜３００μｍであり、かつ前記燃料極全体をＮｉフェ
ルトで被覆してなるものである。
は、固体電解質層の片面に空気極を、他方の面に燃料極
を形成してなる円筒型の固体電解質型燃料電池セルにお
いて、前記燃料極を、格子状に配列した複数の分割燃料
極により構成するとともに、該分割燃料極が、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｗ、Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金属５０〜
９０重量％と、ＺｒＯ2および／またはＣｅＯ2１０〜５
０重量％とを含有してなり、前記分割燃料極の厚みが１
０〜３００μｍであり、かつ前記燃料極全体をＮｉフェ
ルトで被覆してなるものである。
【００１１】
【作用】本発明の固体電解質型燃料電池セルでは、燃料
極を電解質層表面の全面に連続層として形成しないで、
格子状に分割された構造、即ち、燃料極を、複数の分割
燃料極により形成することにより、燃料極中の熱応力の
発生を小さくし、問題となっている固体電解質と燃料極
との熱膨張の差をほぼ完全に緩和し、その結果固体電界
質からの燃料極の剥離を防止できる。
極を電解質層表面の全面に連続層として形成しないで、
格子状に分割された構造、即ち、燃料極を、複数の分割
燃料極により形成することにより、燃料極中の熱応力の
発生を小さくし、問題となっている固体電解質と燃料極
との熱膨張の差をほぼ完全に緩和し、その結果固体電界
質からの燃料極の剥離を防止できる。
【００１２】よって、本発明の固体電解質型燃料電池セ
ルは、従来の燃料極構造を有する燃料電池セルと比較し
て、燃料極に発生する熱応力が小さく、燃料極が固体電
解質に強固に接合しているため長期にわたり出力の安定
したセル特性を有する。
ルは、従来の燃料極構造を有する燃料電池セルと比較し
て、燃料極に発生する熱応力が小さく、燃料極が固体電
解質に強固に接合しているため長期にわたり出力の安定
したセル特性を有する。
【００１３】即ち、固体電解質型燃料電池セルにおいて
は、上述のように一般的には燃料極はＮｉ金属とＺｒＯ
2 （Ｙ2 Ｏ3 含有）等のセラミックから構成されてい
る。ＺｒＯ2 のセラミックは高温度での発電における金
属の焼結を防止する観点と、固体電解質との熱膨張係数
の差を緩和する目的で添加されているが、それらの効果
は充分でなく、特に後者が燃料電池セルの大きな不具合
の原因となっている。従来の燃料電池セルのように燃料
極を固体電解質全面に形成すると、燃料極と固体電解質
との熱膨脹係数の違いにより発電中に燃料極が剥離し、
序々に出力が低下するという現象が起こる。
は、上述のように一般的には燃料極はＮｉ金属とＺｒＯ
2 （Ｙ2 Ｏ3 含有）等のセラミックから構成されてい
る。ＺｒＯ2 のセラミックは高温度での発電における金
属の焼結を防止する観点と、固体電解質との熱膨張係数
の差を緩和する目的で添加されているが、それらの効果
は充分でなく、特に後者が燃料電池セルの大きな不具合
の原因となっている。従来の燃料電池セルのように燃料
極を固体電解質全面に形成すると、燃料極と固体電解質
との熱膨脹係数の違いにより発電中に燃料極が剥離し、
序々に出力が低下するという現象が起こる。
【００１４】本発明の固体電解質型燃料電池セルは、燃
料極を、複数の分割燃料極により形成することにより、
燃料極中の熱応力の発生を小さくし、上記したような出
力の低下を防止し、長期にわたり出力を安定することが
できるのである。
料極を、複数の分割燃料極により形成することにより、
燃料極中の熱応力の発生を小さくし、上記したような出
力の低下を防止し、長期にわたり出力を安定することが
できるのである。
【００１５】また、本発明の固体電解質型燃料電池セル
では、分割燃料極を、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｔｉから選ばれ
た少なくとも一種の金属５０〜９０重量％と、ＺｒＯ2
および／またはＣｅＯ2 １０〜５０重量％とを含有して
形成するとともに、分割燃料極の厚みを１０〜３００μ
ｍとすることにより、上記したような熱膨脹の差による
熱応力をさらに低減できるとともに、燃料極中の金属の
焼結を抑制することができる。
では、分割燃料極を、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｔｉから選ばれ
た少なくとも一種の金属５０〜９０重量％と、ＺｒＯ2
および／またはＣｅＯ2 １０〜５０重量％とを含有して
形成するとともに、分割燃料極の厚みを１０〜３００μ
ｍとすることにより、上記したような熱膨脹の差による
熱応力をさらに低減できるとともに、燃料極中の金属の
焼結を抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の円筒型の固体電解質型燃
料電池セルは、図１に示すように、円筒状の空気極支持
管３１の表面に固体電解質３３が形成されており、この
固体電解質３３の表面には燃料極３５が形成されてい
る。そして、空気極支持管３１には、集電体層３７が電
気的に接続されている。
料電池セルは、図１に示すように、円筒状の空気極支持
管３１の表面に固体電解質３３が形成されており、この
固体電解質３３の表面には燃料極３５が形成されてい
る。そして、空気極支持管３１には、集電体層３７が電
気的に接続されている。
【００１７】そして、燃料極３５は、図２に示すよう
に、複数の分割燃料極３９を集合して配列することによ
り形成されており、燃料極３５を全体的にみると、格子
状に分割された構造となっている。また、複数の分割燃
料極３９は、図３に示すように横縞状に配列しても良
い。
に、複数の分割燃料極３９を集合して配列することによ
り形成されており、燃料極３５を全体的にみると、格子
状に分割された構造となっている。また、複数の分割燃
料極３９は、図３に示すように横縞状に配列しても良
い。
【００１８】上述の燃料電池セルにおいて、空気極を形
成する粉末としてはＣａ、Ｓｒを固溶したＬａＭｎＯ3
が、固体電解質としてはＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｓｃ2
Ｏ3等を３〜１５モル％含有する部分安定化ＺｒＯ2 あ
るいは安定化ＺｒＯ2 、およびＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、
Ｓｃ2 Ｏ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 を１０〜３０モル％含有するＣ
ｅＯ2 が適正に用いられる。また、集電体としては、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｍｇを固溶させたＬａＣｒＯ3 が用いられ
る。この様な燃料電池セルはＥＶＤ法とスラリ−ディッ
プを組み合わせた方法、溶射法やあるいは、固体電解質
や集電体のグリーンシートを積層して一体焼結する方法
等を用いて作製することができる。
成する粉末としてはＣａ、Ｓｒを固溶したＬａＭｎＯ3
が、固体電解質としてはＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｓｃ2
Ｏ3等を３〜１５モル％含有する部分安定化ＺｒＯ2 あ
るいは安定化ＺｒＯ2 、およびＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、
Ｓｃ2 Ｏ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 を１０〜３０モル％含有するＣ
ｅＯ2 が適正に用いられる。また、集電体としては、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｍｇを固溶させたＬａＣｒＯ3 が用いられ
る。この様な燃料電池セルはＥＶＤ法とスラリ−ディッ
プを組み合わせた方法、溶射法やあるいは、固体電解質
や集電体のグリーンシートを積層して一体焼結する方法
等を用いて作製することができる。
【００１９】そして、本発明の燃料極の形成は、固体電
解質表面にマスキングテ−プ等を接着して、所定の組成
の燃料極の原料を分散したスラリ−中にディップした
後、マスキングテ−プ等を除去することにより形成する
ことができる。また、メッシュの粗いスクリ−ン印刷機
を用いても容易に作製することができる。
解質表面にマスキングテ−プ等を接着して、所定の組成
の燃料極の原料を分散したスラリ−中にディップした
後、マスキングテ−プ等を除去することにより形成する
ことができる。また、メッシュの粗いスクリ−ン印刷機
を用いても容易に作製することができる。
【００２０】本発明における分割燃料極の形状は、例え
ば、四角形，三角形，円形等どのような形状でも良い。
その分割燃料極の大きさは、例えば四角形形状の場合に
は縦２〜２０ｍｍ、横２〜２０ｍｍが望ましい。さら
に、分割燃料極の厚みは電気抵抗を小さくするという点
から１０〜３００μｍであることが望ましく、特に５０
〜１００μｍが好ましい。分割燃料極の厚みが１０μｍ
より薄くなると燃料極の電気伝導性が低下する傾向にあ
り、出力密度が低くなり、逆に３００μｍを越えると燃
料ガスの拡散速度が小さくなる傾向にあり、同様に出力
密度が低くなるからである。分割燃料極相互間の距離
は、電極面積を大きくするという点から０．１〜１ｍｍ
離すことが望ましい。また、図２に示すように、複数の
分割燃料極３９が格子状に配列した構造の場合には、そ
れぞれの分割燃料極３９と集電体層３７との電気伝導を
向上するために、燃料極３５全体をＮｉフェルトで被覆
する。
ば、四角形，三角形，円形等どのような形状でも良い。
その分割燃料極の大きさは、例えば四角形形状の場合に
は縦２〜２０ｍｍ、横２〜２０ｍｍが望ましい。さら
に、分割燃料極の厚みは電気抵抗を小さくするという点
から１０〜３００μｍであることが望ましく、特に５０
〜１００μｍが好ましい。分割燃料極の厚みが１０μｍ
より薄くなると燃料極の電気伝導性が低下する傾向にあ
り、出力密度が低くなり、逆に３００μｍを越えると燃
料ガスの拡散速度が小さくなる傾向にあり、同様に出力
密度が低くなるからである。分割燃料極相互間の距離
は、電極面積を大きくするという点から０．１〜１ｍｍ
離すことが望ましい。また、図２に示すように、複数の
分割燃料極３９が格子状に配列した構造の場合には、そ
れぞれの分割燃料極３９と集電体層３７との電気伝導を
向上するために、燃料極３５全体をＮｉフェルトで被覆
する。
【００２１】また、本発明の燃料極は分割燃料極により
構成されていれば良いが、構成材料の組成は、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｗ、Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金属、ある
いはそれらの合金とＺｒＯ2 および／またはＣｅＯ2 の
混合物から構成されており、燃料極層のＮｉ、Ｃｏ、
Ｗ、Ｔｉの金属含有量が５０〜９０重量％、ＺｒＯ2 お
よび／またはＣｅＯ2 の含有量が１０〜５０重量％であ
ることが望ましい。これは、燃料極中のＮｉ、Ｃｏ、
Ｗ、Ｔｉの金属含有量が５０重量％より小さくなると、
燃料極の電気伝導性が低下する傾向があり、出力密度が
小さくなる。また、金属含有量が９０重量％を越える
と、金属の焼結性が大きくなる傾向にあり、出力密度が
序々に低下するからである。Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｔｉの金
属含有量としては、電気伝導性および金属の焼結性とい
う観点から６０〜８０重量％の範囲が特に好ましい。
構成されていれば良いが、構成材料の組成は、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｗ、Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金属、ある
いはそれらの合金とＺｒＯ2 および／またはＣｅＯ2 の
混合物から構成されており、燃料極層のＮｉ、Ｃｏ、
Ｗ、Ｔｉの金属含有量が５０〜９０重量％、ＺｒＯ2 お
よび／またはＣｅＯ2 の含有量が１０〜５０重量％であ
ることが望ましい。これは、燃料極中のＮｉ、Ｃｏ、
Ｗ、Ｔｉの金属含有量が５０重量％より小さくなると、
燃料極の電気伝導性が低下する傾向があり、出力密度が
小さくなる。また、金属含有量が９０重量％を越える
と、金属の焼結性が大きくなる傾向にあり、出力密度が
序々に低下するからである。Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｔｉの金
属含有量としては、電気伝導性および金属の焼結性とい
う観点から６０〜８０重量％の範囲が特に好ましい。
【００２２】また、燃料極中のＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 の粒
子径としては、固体電解質に当接する部分から燃料極表
面に向かって次第に大きくなることが好ましい。固体電
解質に当接する部分のＺｒＯ2 およびＣｅＯ2 の粒子径
としては０．５〜３μｍで、燃料極表面付近は５〜３０
μｍで構成して、その間は固体電解質表面より燃料極表
面に向かってほぼ連続的に大きくなるように構成するこ
とが望ましい。このような燃料極は、異なる粒子径を有
するＺｒＯ2 セラミック粒子等と金属との混合粉末を水
溶液中に分散した複数のスラリ−を作製し、この中にセ
ラミック粒子が細かいスラリ−から順次浸漬して作製す
ることができる。
子径としては、固体電解質に当接する部分から燃料極表
面に向かって次第に大きくなることが好ましい。固体電
解質に当接する部分のＺｒＯ2 およびＣｅＯ2 の粒子径
としては０．５〜３μｍで、燃料極表面付近は５〜３０
μｍで構成して、その間は固体電解質表面より燃料極表
面に向かってほぼ連続的に大きくなるように構成するこ
とが望ましい。このような燃料極は、異なる粒子径を有
するＺｒＯ2 セラミック粒子等と金属との混合粉末を水
溶液中に分散した複数のスラリ−を作製し、この中にセ
ラミック粒子が細かいスラリ−から順次浸漬して作製す
ることができる。
【００２３】燃料極中のＺｒＯ2 およびＣｅＯ2 粒子と
しては、単体の他、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｓｃ
2 Ｏ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 等の希土類元素を含有していてもよ
い。Ｎｉの粒子径としては、分極と焼結性の観点から１
〜２０μｍ、特に５〜１０μｍの範囲が好ましい。
しては、単体の他、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｓｃ
2 Ｏ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 等の希土類元素を含有していてもよ
い。Ｎｉの粒子径としては、分極と焼結性の観点から１
〜２０μｍ、特に５〜１０μｍの範囲が好ましい。
【００２４】尚、本発明は電気抵抗の大きな多孔性の支
持管、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ2 等を用いた支持管
を形成し、この多孔性の支持管の上に固体電解質、集電
体および燃料極を形成してもよい。空気極と電気的に接
続されている集電体はセル同士を接続する際に、他のセ
ルの燃料極にＮｉフェルトを介して接続され燃料電池モ
ジュ−ルが構成される。
持管、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ2 等を用いた支持管
を形成し、この多孔性の支持管の上に固体電解質、集電
体および燃料極を形成してもよい。空気極と電気的に接
続されている集電体はセル同士を接続する際に、他のセ
ルの燃料極にＮｉフェルトを介して接続され燃料電池モ
ジュ−ルが構成される。
【００２５】
【００２６】さらに、本発明では燃料極が分割燃料極か
ら構成されていれば良く、その空気極，固体電解質や集
電体の材料は問われない。
ら構成されていれば良く、その空気極，固体電解質や集
電体の材料は問われない。
【００２７】
実施例１ 空気極を形成する粉末としてＬａ2 Ｏ3 、ＭｎＯ2 、Ｃ
ａＣＯ3 の粉末をＬａ0.85Ｃａ0.15ＭｎＯ3 となるよう
に秤量混合した後、１５００℃で仮焼して（Ｌａ、Ｃ
ａ）ＭｎＯ3 粉末を得た。そして、これを粉砕して平均
粒子径が８μｍの粉末を作製した。
ａＣＯ3 の粉末をＬａ0.85Ｃａ0.15ＭｎＯ3 となるよう
に秤量混合した後、１５００℃で仮焼して（Ｌａ、Ｃ
ａ）ＭｎＯ3 粉末を得た。そして、これを粉砕して平均
粒子径が８μｍの粉末を作製した。
【００２８】また、固体電解質を形成する粉末として平
均粒子径０．５μｍのＹ2 Ｏ3 を１０モル％の割合で含
有する共沈法で作製したＺｒＯ2 粉末を準備した。さら
に、燃料極を形成する粉末としてＮｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ
粉末とＺｒＯ2 （１０モル％Ｙ2 Ｏ3 含有）およびＣｅ
Ｏ2 粉末を重量比で７０：３０の割合で混合したものを
準備し、集電体を形成する粉末として平均粒子径１μｍ
のＬａ0.8 Ｃａ0.21ＣｒＯ3 からなる化合物粉末を準備
した。
均粒子径０．５μｍのＹ2 Ｏ3 を１０モル％の割合で含
有する共沈法で作製したＺｒＯ2 粉末を準備した。さら
に、燃料極を形成する粉末としてＮｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ
粉末とＺｒＯ2 （１０モル％Ｙ2 Ｏ3 含有）およびＣｅ
Ｏ2 粉末を重量比で７０：３０の割合で混合したものを
準備し、集電体を形成する粉末として平均粒子径１μｍ
のＬａ0.8 Ｃａ0.21ＣｒＯ3 からなる化合物粉末を準備
した。
【００２９】まず、上記の８μｍのＬａＣａＭｎＯ3 粉
末を水を溶媒としてスラリーを作製し、このスラリーを
用いて押出成形装置により内径１３ｍｍ、外径１６ｍｍ
の円筒状の空気極成形体を得た。一方、上記Ｙ2 Ｏ3 安
定化ＺｒＯ2 粉末とＬａ0.8Ｃａ0.21ＣｒＯ3 粉末を用
いて、それぞれトルエンを溶媒としてスラリーを作製
し、これをドクターブレード法により厚み２００μｍの
シート状成形体をそれぞれ作製した。
末を水を溶媒としてスラリーを作製し、このスラリーを
用いて押出成形装置により内径１３ｍｍ、外径１６ｍｍ
の円筒状の空気極成形体を得た。一方、上記Ｙ2 Ｏ3 安
定化ＺｒＯ2 粉末とＬａ0.8Ｃａ0.21ＣｒＯ3 粉末を用
いて、それぞれトルエンを溶媒としてスラリーを作製
し、これをドクターブレード法により厚み２００μｍの
シート状成形体をそれぞれ作製した。
【００３０】その後、円筒状成形体の表面にアクリル樹
脂からなる接着材を介して、上記固体電解質のシート状
成形体および集電体のシ−ト状成形体をそれぞれ巻き付
け、圧着し、１５００℃で大気中２時間焼成し円筒状焼
結体を作製した。また、燃料極材料としてＮｉ、Ｃｏ、
Ｔｉ、Ｗ粉末とＺｒＯ2 （１０モル％Ｙ2 Ｏ3 含有）お
よびＣｅＯ2 粉末を用いてスラリ−を作製した。
脂からなる接着材を介して、上記固体電解質のシート状
成形体および集電体のシ−ト状成形体をそれぞれ巻き付
け、圧着し、１５００℃で大気中２時間焼成し円筒状焼
結体を作製した。また、燃料極材料としてＮｉ、Ｃｏ、
Ｔｉ、Ｗ粉末とＺｒＯ2 （１０モル％Ｙ2 Ｏ3 含有）お
よびＣｅＯ2 粉末を用いてスラリ−を作製した。
【００３１】一つは円筒状焼結体の固体電解質表面にテ
−プを張り、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ粉末とＺｒＯ2 （１
０モル％Ｙ2 Ｏ3 含有）およびＣｅＯ2 粉末からなるス
ラリ−中にディップして乾燥後、テ−プを除去して、縦
１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み１００μｍ、分割燃料極相
互間の距離が１ｍｍとなるように配列した図２の燃料極
と、厚み１００μｍ、幅が２０ｍｍの帯状（横縞状）の
分割燃料極を１ｍｍ間隔をおいて配列した図３の燃料極
とを形成した。もう一つは比較例として円筒状焼結体を
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ粉末とＺｒＯ2 （１０モル％Ｙ2
Ｏ3 含有）およびＣｅＯ2 粉末からなるスラリ−中にデ
ィップして乾燥し、燃料極を１００μｍの厚みになるよ
うに電解質表面全面に形成した。
−プを張り、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ粉末とＺｒＯ2 （１
０モル％Ｙ2 Ｏ3 含有）およびＣｅＯ2 粉末からなるス
ラリ−中にディップして乾燥後、テ−プを除去して、縦
１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み１００μｍ、分割燃料極相
互間の距離が１ｍｍとなるように配列した図２の燃料極
と、厚み１００μｍ、幅が２０ｍｍの帯状（横縞状）の
分割燃料極を１ｍｍ間隔をおいて配列した図３の燃料極
とを形成した。もう一つは比較例として円筒状焼結体を
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ粉末とＺｒＯ2 （１０モル％Ｙ2
Ｏ3 含有）およびＣｅＯ2 粉末からなるスラリ−中にデ
ィップして乾燥し、燃料極を１００μｍの厚みになるよ
うに電解質表面全面に形成した。
【００３２】発電は空気極の内側に酸素を、外側に水素
を流し、１０００℃で１０００時間行いそのときの出力
密度を測定した。この結果を表１に記載した。
を流し、１０００℃で１０００時間行いそのときの出力
密度を測定した。この結果を表１に記載した。
【００３３】
【表１】
【００３４】この表１より燃料極を分割燃料極により形
成した本発明の固体電解質型燃料電池セルは、全面に燃
料極を形成した従来の固体電解質型燃料電池セルの試料
Ｎｏ．１および２の出力密度（０．２０Ｗ／ｃｍ2）に
比較して、全て高い出力密度（０．３４Ｗ／ｃｍ2以
上）を示すことが判る。尚、発電試験終了後に外見検査
をしたところ、試料Ｎｏ．１および２には、一部に燃料
極の剥離が見られたが、本発明の試料は燃料極の剥離は
全く見られなかった。尚、試料Ｎｏ．１０〜１２は参考
試料である。
成した本発明の固体電解質型燃料電池セルは、全面に燃
料極を形成した従来の固体電解質型燃料電池セルの試料
Ｎｏ．１および２の出力密度（０．２０Ｗ／ｃｍ2）に
比較して、全て高い出力密度（０．３４Ｗ／ｃｍ2以
上）を示すことが判る。尚、発電試験終了後に外見検査
をしたところ、試料Ｎｏ．１および２には、一部に燃料
極の剥離が見られたが、本発明の試料は燃料極の剥離は
全く見られなかった。尚、試料Ｎｏ．１０〜１２は参考
試料である。
【００３５】実施例２ Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｗ粉末とＺｒＯ2 （１０モル％Ｙ2
Ｏ3 含有）およびＣｅＯ2 粉末を用いて重量比で４０：
６０〜９５：５のスラリ−を作製した。実施例１で作製
した円筒状焼結体をこのスラリ−中にディップして、実
施例１と同様の形状、間隔で表２に示す厚みとなるよう
に燃料極を作製した。また、実施例１に従い１０００℃
で２０００時間発電を行いその時の出力密度を測定し
た。この結果を表２に示した。
Ｏ3 含有）およびＣｅＯ2 粉末を用いて重量比で４０：
６０〜９５：５のスラリ−を作製した。実施例１で作製
した円筒状焼結体をこのスラリ−中にディップして、実
施例１と同様の形状、間隔で表２に示す厚みとなるよう
に燃料極を作製した。また、実施例１に従い１０００℃
で２０００時間発電を行いその時の出力密度を測定し
た。この結果を表２に示した。
【００３６】
【表２】
【００３７】この表２より、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属が５０
〜９０重量％で、ＺｒＯ2および／またはＣｅＯ2が１０
〜５０重量％であり、分割燃料極の厚みが１０〜３００
μｍである場合には出力密度が０．２５Ｗ／ｃｍ2以上
の優れた発電性能を示すことが判る。尚、試料Ｎｏ．１
３、１７、２２〜３０は参考試料である。
〜９０重量％で、ＺｒＯ2および／またはＣｅＯ2が１０
〜５０重量％であり、分割燃料極の厚みが１０〜３００
μｍである場合には出力密度が０．２５Ｗ／ｃｍ2以上
の優れた発電性能を示すことが判る。尚、試料Ｎｏ．１
３、１７、２２〜３０は参考試料である。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、燃
料極を、複数の分割燃料極により形成することにより、
燃料極中の熱応力の発生を小さくし、固体電解質と燃料
極との熱膨張の差をほぼ完全に緩和し、その結果固体電
界質からの燃料極の剥離を防止でき、これにより、従来
の燃料極構造を有する燃料電池セルと比較して、燃料極
に発生する熱応力が小さく、燃料極が固体電解質に強固
に接合しているため長期にわたり出力の安定したセル特
性を有する固体電解質型燃料電池セルを提供することが
できる。
料極を、複数の分割燃料極により形成することにより、
燃料極中の熱応力の発生を小さくし、固体電解質と燃料
極との熱膨張の差をほぼ完全に緩和し、その結果固体電
界質からの燃料極の剥離を防止でき、これにより、従来
の燃料極構造を有する燃料電池セルと比較して、燃料極
に発生する熱応力が小さく、燃料極が固体電解質に強固
に接合しているため長期にわたり出力の安定したセル特
性を有する固体電解質型燃料電池セルを提供することが
できる。
【図１】円筒型の固体電解質型燃料電池セルを示す斜視
図である。
図である。
【図２】図１の燃料極の部分を拡大して示す平面図であ
る。
る。
【図３】分割燃料極を横縞状に配列した状態を示す斜視
図である。
図である。
【図４】従来の円筒型の固体電解質型燃料電池セルを示
す斜視図である。
す斜視図である。
３１・・・空気極支持管 ３３・・・固体電解質 ３５・・・燃料極 ３７・・・集電体層 ３９・・・分割燃料極
Claims (1)
- 【請求項１】固体電解質層の片面に空気極を、他方の面
に燃料極を形成してなる円筒型の固体電解質型燃料電池
セルにおいて、前記燃料極を、格子状に配列した複数の
分割燃料極により構成するとともに、該分割燃料極が、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金
属５０〜９０重量％と、ＺｒＯ2および／またはＣｅＯ2
１０〜５０重量％とを含有してなり、前記分割燃料極の
厚みが１０〜３００μｍであり、かつ前記燃料極全体を
Ｎｉフェルトで被覆してなることを特徴とする円筒型の
固体電解質型燃料電池セル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33336195A JP3347561B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 固体電解質型燃料電池セル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33336195A JP3347561B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 固体電解質型燃料電池セル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09171830A JPH09171830A (ja) | 1997-06-30 |
| JP3347561B2 true JP3347561B2 (ja) | 2002-11-20 |
Family
ID=18265256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33336195A Expired - Fee Related JP3347561B2 (ja) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | 固体電解質型燃料電池セル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3347561B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2002211918A1 (en) * | 2000-10-12 | 2002-04-22 | Acumentrics Corporation | Segmented electrode tubular solid oxide fuel cell, and method of manufacture |
| US7566509B2 (en) | 2003-11-18 | 2009-07-28 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Tubular fuel cell and method of producing the same |
| JP4761104B2 (ja) * | 2004-05-13 | 2011-08-31 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 円筒型燃料電池 |
| JP4748971B2 (ja) * | 2004-11-15 | 2011-08-17 | 京セラ株式会社 | 燃料電池セル及び燃料電池 |
| JP2006344486A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Japan Fine Ceramics Center | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
| JP4517949B2 (ja) * | 2005-06-13 | 2010-08-04 | 住友金属鉱山株式会社 | 固体電解質型燃料電池の電極用酸化ニッケル粉及びその製造方法 |
| JP4861735B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2012-01-25 | 新光電気工業株式会社 | 固体電解質燃料電池及びその製造方法 |
| JP5060068B2 (ja) * | 2006-06-23 | 2012-10-31 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
| KR101717300B1 (ko) * | 2008-10-28 | 2017-03-16 | 알랜 드보 | 연료 전지 장치 및 시스템 |
| US8304136B2 (en) * | 2009-09-10 | 2012-11-06 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell bundle |
-
1995
- 1995-12-21 JP JP33336195A patent/JP3347561B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09171830A (ja) | 1997-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2342740C2 (ru) | Твердооксидные топливные элементы с несущим анодом и с керметным электролитом | |
| US20080193803A1 (en) | Precursor Infiltration and Coating Method | |
| US20030148160A1 (en) | Anode-supported tubular solid oxide fuel cell stack and method of fabricating the same | |
| JP2004055326A (ja) | 固体酸化物燃料電池単セル及びこれを用いた固体酸化物燃料電池 | |
| JP3347561B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP2513920B2 (ja) | 固体電解質燃料電池の燃料電極及びその製造方法 | |
| JP4462727B2 (ja) | 固体電解質形燃料電池セル | |
| JP4845296B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル及び燃料電池 | |
| JPH09180731A (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP3342621B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP3342610B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP2947495B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池の燃料電極作製法 | |
| JPH0992294A (ja) | 固体電解質型燃料電池セルおよびその製造方法 | |
| JP4743949B2 (ja) | 固体電解質形燃料電池セル | |
| JP2006127973A (ja) | 燃料電池セル | |
| JP3336171B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JP3725997B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セルの製造方法 | |
| JPH09129245A (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JPH07161360A (ja) | 低温動作型固体燃料電池用空気極材料 | |
| JP2005085522A (ja) | 支持膜式固体酸化物形燃料電池 | |
| JP3595223B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セル | |
| JPH0855625A (ja) | 燃料電極基板の作製法 | |
| KR100833626B1 (ko) | 서멧 전해질을 사용하는 애노드 지지된 고체 산화물 연료 전지 | |
| JP2002134132A (ja) | 固体電解質型燃料電池セルおよびその製法 | |
| JP4748863B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池セルおよび燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070906 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080906 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080906 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090906 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090906 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100906 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110906 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120906 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |