JP3392976B2 - 燃料電池の製造方法 - Google Patents
燃料電池の製造方法Info
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温固体電解質型燃料
電池の製造方法に関するものである。
電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高温固体電解質型燃料電池は、例
えば図６に示すように、多孔質のＬａＭｎＯ3 系結晶構
造（ペロブスカイト型構造）を有する金属酸化物（ラン
タンストロンチウムマンガナイト）等からなる空気極１
上に緻密な固体電解質膜３が形成され、さらにその上に
多孔質のＮｉ−イットリア安定化ジルコニウムサーメッ
ト等からなる燃料極４が形成された構成となっている。
えば図６に示すように、多孔質のＬａＭｎＯ3 系結晶構
造（ペロブスカイト型構造）を有する金属酸化物（ラン
タンストロンチウムマンガナイト）等からなる空気極１
上に緻密な固体電解質膜３が形成され、さらにその上に
多孔質のＮｉ−イットリア安定化ジルコニウムサーメッ
ト等からなる燃料極４が形成された構成となっている。
【０００３】前記固体電解質膜３は、高い電導度を得る
ために立方晶ジルコニアからなる薄い緻密な膜であるこ
とが望ましいが、このような緻密な固体電解質膜３はプ
ラズマ溶射法または電気化学蒸着（ＥＶＤ）法などによ
らなければ製造できない。前記のような方法により製造
するためには、高価な装置を必要とする上、固体電解質
膜３を必要とする部分と必要としない部分とを構成する
マスキングに時間がかかるため、量産性が低くなる。
ために立方晶ジルコニアからなる薄い緻密な膜であるこ
とが望ましいが、このような緻密な固体電解質膜３はプ
ラズマ溶射法または電気化学蒸着（ＥＶＤ）法などによ
らなければ製造できない。前記のような方法により製造
するためには、高価な装置を必要とする上、固体電解質
膜３を必要とする部分と必要としない部分とを構成する
マスキングに時間がかかるため、量産性が低くなる。
【０００４】そこで、空気極１または燃料極４上に、イ
ットリア等の安定化剤を含むジルコニア粉末のスラリー
を塗布したのち焼成することが検討されているが、ジル
コニア粉末は焼成時に収縮するために、前記スラリーか
ら形成される固体電解質膜が割れたり、空気極から剥離
したりするとの問題がある。
ットリア等の安定化剤を含むジルコニア粉末のスラリー
を塗布したのち焼成することが検討されているが、ジル
コニア粉末は焼成時に収縮するために、前記スラリーか
ら形成される固体電解質膜が割れたり、空気極から剥離
したりするとの問題がある。
【０００５】前記ジルコニア粉末の焼成時における収縮
の問題を解決するために、本発明者は既にジルコニウム
プロポキシド等のジルコニウムアルコキシド及び硝酸イ
ットリウム水和物を１−プロパノール等の両者に共通の
溶媒に溶解し、さらに２，４−ペンタンジオン等の両者
を均質に溶解する溶媒を添加したコーティング溶液組成
物を提案している（特願平６−２７２７０４号明細書参
照）。前記明細書記載のコーティング溶液組成物によれ
ば、溶液中で生成するゾルをゲル化させ、該ゲルを加熱
焼成することにより、イットリアで安定化された立方晶
ジルコニアの緻密な固体電解質膜が得られる。
の問題を解決するために、本発明者は既にジルコニウム
プロポキシド等のジルコニウムアルコキシド及び硝酸イ
ットリウム水和物を１−プロパノール等の両者に共通の
溶媒に溶解し、さらに２，４−ペンタンジオン等の両者
を均質に溶解する溶媒を添加したコーティング溶液組成
物を提案している（特願平６−２７２７０４号明細書参
照）。前記明細書記載のコーティング溶液組成物によれ
ば、溶液中で生成するゾルをゲル化させ、該ゲルを加熱
焼成することにより、イットリアで安定化された立方晶
ジルコニアの緻密な固体電解質膜が得られる。
【０００６】従って、前記コーティング溶液組成物は、
前記空気極１または燃料極４に塗布して、ゲル化させた
後、焼成することにより前記のように緻密な固体電解質
膜３を形成することができるが、燃料電池として実用性
のある出力を得るために、さらに改良が望まれる。
前記空気極１または燃料極４に塗布して、ゲル化させた
後、焼成することにより前記のように緻密な固体電解質
膜３を形成することができるが、燃料電池として実用性
のある出力を得るために、さらに改良が望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記事情に
鑑み、大出力が得られる高温固体電解質型燃料電池の製
造方法を提供することを目的とする。
鑑み、大出力が得られる高温固体電解質型燃料電池の製
造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の燃料電池の製造方法は、ジルコニウムア
ルコキシドと、硝酸イットリウム水和物と、前記両化合
物を均質に溶解する第１の溶媒と、前記両化合物及びそ
の反応生成物を均質に溶解する第２の溶媒としての２，
４−ペンタンジオンとからなる溶液組成物から得られる
ゲルを乾燥後、粉砕して粉末とし、該粉末を１００〜７
００℃の範囲の温度で仮焼した後、さらに粉砕して得ら
れたイットリア含有ジルコニア粉末（以下、ＹＺ粉末と
略記する）を含む塗膜形成組成物により、高温固体電解
質型燃料電池の多孔質電極上に塗膜を形成し、該塗膜を
焼成してイットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺと
略記する）からなる下地層を形成する下地層形成工程
と、前記溶液組成物により、前記下地層上に塗膜を形成
し、該塗膜を乾燥、焼成して、ＹＳＺからなる緻密な固
体電解質膜を形成する固体電解質膜形成工程とを備える
ことを特徴とする。
めに、本発明の燃料電池の製造方法は、ジルコニウムア
ルコキシドと、硝酸イットリウム水和物と、前記両化合
物を均質に溶解する第１の溶媒と、前記両化合物及びそ
の反応生成物を均質に溶解する第２の溶媒としての２，
４−ペンタンジオンとからなる溶液組成物から得られる
ゲルを乾燥後、粉砕して粉末とし、該粉末を１００〜７
００℃の範囲の温度で仮焼した後、さらに粉砕して得ら
れたイットリア含有ジルコニア粉末（以下、ＹＺ粉末と
略記する）を含む塗膜形成組成物により、高温固体電解
質型燃料電池の多孔質電極上に塗膜を形成し、該塗膜を
焼成してイットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺと
略記する）からなる下地層を形成する下地層形成工程
と、前記溶液組成物により、前記下地層上に塗膜を形成
し、該塗膜を乾燥、焼成して、ＹＳＺからなる緻密な固
体電解質膜を形成する固体電解質膜形成工程とを備える
ことを特徴とする。
【０００９】前記ＹＺ粉末の原料となる溶液組成物に用
いる前記ジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニ
ウムプロポキシド、ジルコニウムイソプロポキシド、ジ
ルコニウムブトキシド等を挙げることができるが、緻密
な固体電解質膜が得られること、硝酸イットリウムと共
通の第１の溶媒に対する溶解性等からジルコニウムプロ
ポキシドが適している。
いる前記ジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニ
ウムプロポキシド、ジルコニウムイソプロポキシド、ジ
ルコニウムブトキシド等を挙げることができるが、緻密
な固体電解質膜が得られること、硝酸イットリウムと共
通の第１の溶媒に対する溶解性等からジルコニウムプロ
ポキシドが適している。
【００１０】前記第１の溶媒としては、１−プロパノー
ル、２−プロパノール、２−メチル−１−プロパノー
ル、ベンゼン、ヘキサン、メタノール、エタノール等を
挙げることができるが、前記ジルコニウムアルコキシド
及び硝酸イットリウム水和物の両者に対する溶解性に優
れていることから、１−プロパノールが適している。
ル、２−プロパノール、２−メチル−１−プロパノー
ル、ベンゼン、ヘキサン、メタノール、エタノール等を
挙げることができるが、前記ジルコニウムアルコキシド
及び硝酸イットリウム水和物の両者に対する溶解性に優
れていることから、１−プロパノールが適している。
【００１１】前記第２の溶媒としては、前記ジルコニウ
ムアルコキシド、硝酸イットリウム水和物及びその反応
生成物を均質に溶解する溶解性に優れていることから、
２，４−ペンタンジオン（アセチルアセトン）が適して
いる。
ムアルコキシド、硝酸イットリウム水和物及びその反応
生成物を均質に溶解する溶解性に優れていることから、
２，４−ペンタンジオン（アセチルアセトン）が適して
いる。
【００１２】前記塗膜形成組成物が前記ＹＺ粉末をアル
コール系溶媒に分散してなる懸濁液であるときには、前
記下地層形成工程で、前記塗膜形成組成物を前記多孔質
電極上に吹付け、乾燥することにより前記塗膜を形成す
る。或いは、前記塗膜形成組成物を前記多孔質電極上に
滴下して、乾燥する方法、前記多孔質電極を前記塗膜形
成組成物に浸漬し、乾燥する方法、前記多孔質電極及び
他の電極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、該多孔質電極
を陰極として前記他の電極との間に直流電流を印加し
て、前記イットリア含有ジルコニア粉末を前記多孔質電
極上に電着させ、乾燥する方法により前記塗膜を形成す
る。
コール系溶媒に分散してなる懸濁液であるときには、前
記下地層形成工程で、前記塗膜形成組成物を前記多孔質
電極上に吹付け、乾燥することにより前記塗膜を形成す
る。或いは、前記塗膜形成組成物を前記多孔質電極上に
滴下して、乾燥する方法、前記多孔質電極を前記塗膜形
成組成物に浸漬し、乾燥する方法、前記多孔質電極及び
他の電極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、該多孔質電極
を陰極として前記他の電極との間に直流電流を印加し
て、前記イットリア含有ジルコニア粉末を前記多孔質電
極上に電着させ、乾燥する方法により前記塗膜を形成す
る。
【００１３】また、前記塗膜形成組成物が前記ＹＺ粉末
をその原料となる前記溶液組成物から得られるゾルに分
散してなる懸濁液であるときには、前記下地層形成工程
で、前記塗膜形成組成物を前記多孔質電極上に滴下し
て、乾燥する方法、前記多孔質電極を前記塗膜形成組成
物に浸漬し、乾燥する方法、前記多孔質電極及び他の電
極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、該多孔質電極を陰極
として前記他の電極との間に直流電流を印加して、前記
イットリア含有ジルコニア粉末を前記多孔質電極上に電
着させ、乾燥する方法により前記塗膜を形成する。
をその原料となる前記溶液組成物から得られるゾルに分
散してなる懸濁液であるときには、前記下地層形成工程
で、前記塗膜形成組成物を前記多孔質電極上に滴下し
て、乾燥する方法、前記多孔質電極を前記塗膜形成組成
物に浸漬し、乾燥する方法、前記多孔質電極及び他の電
極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、該多孔質電極を陰極
として前記他の電極との間に直流電流を印加して、前記
イットリア含有ジルコニア粉末を前記多孔質電極上に電
着させ、乾燥する方法により前記塗膜を形成する。
【００１４】さらに、前記塗膜形成組成物が前記ＹＺ粉
末をテレピン油に混合してなるペースト状物質であると
きには、前記下地層形成工程で、該ペースト状物質を前
記多孔質電極上に塗布して、乾燥することにより前記塗
膜を形成する。
末をテレピン油に混合してなるペースト状物質であると
きには、前記下地層形成工程で、該ペースト状物質を前
記多孔質電極上に塗布して、乾燥することにより前記塗
膜を形成する。
【００１５】
【作用】本発明の燃料電池の製造方法によれば、まず、
ジルコニウムプロポキシドのようなジルコニウムアルコ
キシドと、硝酸イットリウム水和物と、前記両化合物を
均質に溶解する１−プロパノールのような第１の溶媒
と、前記両化合物及びその反応生成物を均質に溶解する
第２の溶媒としての２，４−ペンタンジオンを混合して
溶液組成物を調製する。この溶液組成物は、溶液中でジ
ルコニウムアルコキシド及び硝酸イットリウム水和物が
反応してゾルを形成し、更に反応の進行に伴って該ゾル
がゲル化する。
ジルコニウムプロポキシドのようなジルコニウムアルコ
キシドと、硝酸イットリウム水和物と、前記両化合物を
均質に溶解する１−プロパノールのような第１の溶媒
と、前記両化合物及びその反応生成物を均質に溶解する
第２の溶媒としての２，４−ペンタンジオンを混合して
溶液組成物を調製する。この溶液組成物は、溶液中でジ
ルコニウムアルコキシド及び硝酸イットリウム水和物が
反応してゾルを形成し、更に反応の進行に伴って該ゾル
がゲル化する。
【００１６】そこで、前記ゲルを乾燥した後、粉砕して
粉末とし、該粉末を１００〜７００℃の範囲の温度で仮
焼した後、さらに粉砕すると、微小な粒子からなるイッ
トリアを含有するジルコニア粉末（ＹＺ粉末）が得られ
る。前記仮焼温度は１００℃未満では溶媒等の有機成分
の分解が不十分であり、７００℃を超えると得られる粉
末の粒子が大きくなる傾向がある。
粉末とし、該粉末を１００〜７００℃の範囲の温度で仮
焼した後、さらに粉砕すると、微小な粒子からなるイッ
トリアを含有するジルコニア粉末（ＹＺ粉末）が得られ
る。前記仮焼温度は１００℃未満では溶媒等の有機成分
の分解が不十分であり、７００℃を超えると得られる粉
末の粒子が大きくなる傾向がある。
【００１７】次に、前記ＹＺ粉末を含む塗膜形成組成物
を調製する。前記塗膜形成組成物は、前記ＹＺ粉末を溶
剤等に分散させたものであり、前記溶剤は前記ＹＺ粉末
を分散できるものであれば水、無機溶剤、有機溶剤等ど
のようなものであってもよい。しかし、前記微小な粒子
からなるＹＺ粉末が分散したときに沈降しにくく、また
前記塗膜形成組成物を塗布したときに揮発性に優れてい
ることから、好ましくはアルコール系溶剤が用いられ、
特に好ましくはエタノールが用いられる。また、前記塗
膜形成組成物は、前記ＹＺ粉末をその原料となる前記溶
液組成物から得られるゾルに分散して懸濁液としてもよ
く、前記ＹＺ粉末をテレピン油に混合してペースト状物
質としてもよい。
を調製する。前記塗膜形成組成物は、前記ＹＺ粉末を溶
剤等に分散させたものであり、前記溶剤は前記ＹＺ粉末
を分散できるものであれば水、無機溶剤、有機溶剤等ど
のようなものであってもよい。しかし、前記微小な粒子
からなるＹＺ粉末が分散したときに沈降しにくく、また
前記塗膜形成組成物を塗布したときに揮発性に優れてい
ることから、好ましくはアルコール系溶剤が用いられ、
特に好ましくはエタノールが用いられる。また、前記塗
膜形成組成物は、前記ＹＺ粉末をその原料となる前記溶
液組成物から得られるゾルに分散して懸濁液としてもよ
く、前記ＹＺ粉末をテレピン油に混合してペースト状物
質としてもよい。
【００１８】次に、前記塗膜形成組成物を高温固体電解
質型燃料電池の多孔質電極上に塗布すると、前記微小な
粒子からなるＹＺ粉末が前記多孔質電極表面に形成され
ている微孔に侵入して該微孔を埋没させた塗膜を形成す
る。そして、前記塗膜を焼成すると、前記塗膜形成組成
物に含まれるＹＺ粉末は、前記のように微小な粒子から
なるので極めて緻密な膜を形成する。しかも、前記ＹＺ
粉末は、前記焼成によりＹＳＺになる。
質型燃料電池の多孔質電極上に塗布すると、前記微小な
粒子からなるＹＺ粉末が前記多孔質電極表面に形成され
ている微孔に侵入して該微孔を埋没させた塗膜を形成す
る。そして、前記塗膜を焼成すると、前記塗膜形成組成
物に含まれるＹＺ粉末は、前記のように微小な粒子から
なるので極めて緻密な膜を形成する。しかも、前記ＹＺ
粉末は、前記焼成によりＹＳＺになる。
【００１９】従って、前記塗膜形成組成物から形成され
る膜だけで、所望の厚さの固体電解質膜を形成してもよ
いが、前記塗膜形成組成物に含まれるＹＺ粉末は、前記
のように微小な粒子からなるので、所要の固体電解質膜
を得るためには前記塗膜形成組成物をさらに複数回重ね
塗りしなければならず操作が煩雑になる。
る膜だけで、所望の厚さの固体電解質膜を形成してもよ
いが、前記塗膜形成組成物に含まれるＹＺ粉末は、前記
のように微小な粒子からなるので、所要の固体電解質膜
を得るためには前記塗膜形成組成物をさらに複数回重ね
塗りしなければならず操作が煩雑になる。
【００２０】そこで、本発明の製造方法では、前記塗膜
形成組成物から形成される膜を下地層とし、該下地層上
に前記ＹＺ粉末の原料となる前記溶液組成物を塗布して
ゲル化させ、該ゲルを焼成することにより、所要の固体
電解質膜を形成する。
形成組成物から形成される膜を下地層とし、該下地層上
に前記ＹＺ粉末の原料となる前記溶液組成物を塗布して
ゲル化させ、該ゲルを焼成することにより、所要の固体
電解質膜を形成する。
【００２１】前記下地層形成工程において、前記塗膜形
成組成物が前記ＹＺ粉末をエタノールに分散してなる懸
濁液であるときには、エタノールが揮発性及び流動性に
優れた溶媒であるところから、スプレーガン等により前
記塗膜形成組成物を前記多孔質電極上に吹付け、或い
は、滴下して乾燥することにより前記塗膜を形成する。
或いは、前記多孔質電極を前記塗膜形成組成物に浸漬
し、乾燥する方法、前記多孔質電極及び他の電極を前記
塗膜形成組成物に浸漬し、該多孔質電極を陰極として前
記他の電極との間に直流電流を印加して、前記イットリ
ア含有ジルコニア粉末を前記多孔質電極上に電着させ、
乾燥する方法により前記塗膜を形成する。
成組成物が前記ＹＺ粉末をエタノールに分散してなる懸
濁液であるときには、エタノールが揮発性及び流動性に
優れた溶媒であるところから、スプレーガン等により前
記塗膜形成組成物を前記多孔質電極上に吹付け、或い
は、滴下して乾燥することにより前記塗膜を形成する。
或いは、前記多孔質電極を前記塗膜形成組成物に浸漬
し、乾燥する方法、前記多孔質電極及び他の電極を前記
塗膜形成組成物に浸漬し、該多孔質電極を陰極として前
記他の電極との間に直流電流を印加して、前記イットリ
ア含有ジルコニア粉末を前記多孔質電極上に電着させ、
乾燥する方法により前記塗膜を形成する。
【００２２】また、前記塗膜形成組成物が前記ＹＺ粉末
をその原料となる前記溶液組成物から得られるゾルに分
散してなる懸濁液であるときには、該懸濁液は前記エタ
ノールを溶媒とする懸濁液に比較して粘度が高く、前記
多孔質電極に対する付着量が多くなるので、前記多孔質
電極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、乾燥する方法、ま
たは前記多孔質電極及び他の電極を前記塗膜形成組成物
に浸漬し、該多孔質電極を陰極として前記他の電極との
間に直流電流を印加して、前記イットリア含有ジルコニ
ア粉末を前記多孔質電極上に電着させ、乾燥する方法に
より前記塗膜を形成する。或いは、前記塗膜形成組成物
を前記多孔質電極上に滴下して乾燥することにより前記
塗膜を形成する。
をその原料となる前記溶液組成物から得られるゾルに分
散してなる懸濁液であるときには、該懸濁液は前記エタ
ノールを溶媒とする懸濁液に比較して粘度が高く、前記
多孔質電極に対する付着量が多くなるので、前記多孔質
電極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、乾燥する方法、ま
たは前記多孔質電極及び他の電極を前記塗膜形成組成物
に浸漬し、該多孔質電極を陰極として前記他の電極との
間に直流電流を印加して、前記イットリア含有ジルコニ
ア粉末を前記多孔質電極上に電着させ、乾燥する方法に
より前記塗膜を形成する。或いは、前記塗膜形成組成物
を前記多孔質電極上に滴下して乾燥することにより前記
塗膜を形成する。
【００２３】また、前記塗膜形成組成物が前記ＹＺ粉末
をテレピン油に混合してなるペースト状物質であるとき
には、該ペースト状物質は粘度が極めて高く、前記塗膜
形成組成物の前記多孔質電極に対して容易に付着するの
で、該ペースト状物質を前記多孔質電極上に直接ハケ等
で塗布し、乾燥することにより前記塗膜を形成する。
をテレピン油に混合してなるペースト状物質であるとき
には、該ペースト状物質は粘度が極めて高く、前記塗膜
形成組成物の前記多孔質電極に対して容易に付着するの
で、該ペースト状物質を前記多孔質電極上に直接ハケ等
で塗布し、乾燥することにより前記塗膜を形成する。
【００２４】
【実施例１】次に、添付の図面を参照しながら本発明の
燃料電池の製造方法についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施例の燃料電池の一構成例を示す説明的断面図
であり、図２は本実施例の塗膜形成組成物に用いるＹＺ
粉末の粒度分布と仮焼温度との関係を示すグラフであ
り、図３は本実施例の塗膜形成組成物に用いるＹＺ粉末
の熱分析の結果を示すグラフであり、図４は図１示の下
地層のＸ線回折の結果を示すグラフであり、図５は本実
施例の燃料電池の他の構成例を示す説明的断面図であ
る。
燃料電池の製造方法についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施例の燃料電池の一構成例を示す説明的断面図
であり、図２は本実施例の塗膜形成組成物に用いるＹＺ
粉末の粒度分布と仮焼温度との関係を示すグラフであ
り、図３は本実施例の塗膜形成組成物に用いるＹＺ粉末
の熱分析の結果を示すグラフであり、図４は図１示の下
地層のＸ線回折の結果を示すグラフであり、図５は本実
施例の燃料電池の他の構成例を示す説明的断面図であ
る。
【００２５】本実施例で製造する燃料電池は、図１示の
ように、半球形の底部を有する筒状に形成された空気極
１の外側に、ＹＳＺからなる下地層２及びＹＳＺからな
る固体電解質膜３を備え、固体電解質膜３のさらに外側
に燃料極４を備える構成となっている。
ように、半球形の底部を有する筒状に形成された空気極
１の外側に、ＹＳＺからなる下地層２及びＹＳＺからな
る固体電解質膜３を備え、固体電解質膜３のさらに外側
に燃料極４を備える構成となっている。
【００２６】次に、図１示の燃料電池の製造方法につい
て説明する。
て説明する。
【００２７】まず、酸化ランタン、二酸化マンガン、炭
酸ストロンチウムをＬａ：Ｓｒ：Ｍｎのモル比が０．
７：０．３：１になるようにして混合、成形して１１０
０℃で仮焼したのち、粉砕して粉末を得た。次に、得ら
れた粉末に、該粉末に対して３０重量％のコーンスター
チを添加、混合したものを図１示の電極形状に成形し、
室温から６００℃の温度で加熱して脱脂したのち、さら
に１３００℃で焼成して、見かけ気孔率約４０％のＬａ
ＭｎＯ3 系結晶構造を有する金属酸化物（ランタンスト
ロンチウムマンガナイト）基板として、多孔質の空気極
１を製造した。尚、前記空気極の調製において、前記コ
ーンスターチは焼成により得られる基板を多孔質化する
ために用いられる。
酸ストロンチウムをＬａ：Ｓｒ：Ｍｎのモル比が０．
７：０．３：１になるようにして混合、成形して１１０
０℃で仮焼したのち、粉砕して粉末を得た。次に、得ら
れた粉末に、該粉末に対して３０重量％のコーンスター
チを添加、混合したものを図１示の電極形状に成形し、
室温から６００℃の温度で加熱して脱脂したのち、さら
に１３００℃で焼成して、見かけ気孔率約４０％のＬａ
ＭｎＯ3 系結晶構造を有する金属酸化物（ランタンスト
ロンチウムマンガナイト）基板として、多孔質の空気極
１を製造した。尚、前記空気極の調製において、前記コ
ーンスターチは焼成により得られる基板を多孔質化する
ために用いられる。
【００２８】次に、前記多孔質の空気極１の外側にＹＳ
Ｚからなる下地層２を形成した。
Ｚからなる下地層２を形成した。
【００２９】本実施例では、前記下地層２を形成するた
めに、下記のようにして調製された塗膜形成組成物を用
いた。本実施例の塗膜形成組成物は、まず、ジルコニウ
ムプロポキシドの１．５Ｍ−１−プロパノール溶液に、
２，４−ペンタンジオン（アセチルアセトン）の１．５
Ｍ−１−プロパノール溶液を２，４−ペンタンジオンに
対してジルコニウムが２（モル比）の割合で含まれる量
になるように添加、混合し、次いで硝酸イットリウム５
水和物の０．２６１Ｍ−１−プロパノール溶液を前記ジ
ルコニウムプロポキシド溶液と等量混合し、攪拌して溶
液組成物を調製した。前記溶液組成物では、ジルコニウ
ムプロポキシド及び硝酸イットリウム水和物の共通溶媒
として１−プロパノールを用い、溶液を均質化するため
の均質化溶媒として２，４−ペンタンジオンが用いられ
ており、合成後の組成がジルコニア：イットリア＝９
２：８（モル比）となるようになっている。
めに、下記のようにして調製された塗膜形成組成物を用
いた。本実施例の塗膜形成組成物は、まず、ジルコニウ
ムプロポキシドの１．５Ｍ−１−プロパノール溶液に、
２，４−ペンタンジオン（アセチルアセトン）の１．５
Ｍ−１−プロパノール溶液を２，４−ペンタンジオンに
対してジルコニウムが２（モル比）の割合で含まれる量
になるように添加、混合し、次いで硝酸イットリウム５
水和物の０．２６１Ｍ−１−プロパノール溶液を前記ジ
ルコニウムプロポキシド溶液と等量混合し、攪拌して溶
液組成物を調製した。前記溶液組成物では、ジルコニウ
ムプロポキシド及び硝酸イットリウム水和物の共通溶媒
として１−プロパノールを用い、溶液を均質化するため
の均質化溶媒として２，４−ペンタンジオンが用いられ
ており、合成後の組成がジルコニア：イットリア＝９
２：８（モル比）となるようになっている。
【００３０】前記溶液組成物は、攪拌を続けると、溶液
中でジルコニウムアルコキシドが硝酸イットリウムの結
晶水、あるいは空気中の水蒸気の混入によって加水分解
し、重合することにより、まずジルコニウム及びイット
リウムの酸化物または水酸化物の微粒子またはイオンが
溶解したゾルが形成される。前記ゾルは、更に攪拌を続
けることにより、反応が進行してゲル化する。
中でジルコニウムアルコキシドが硝酸イットリウムの結
晶水、あるいは空気中の水蒸気の混入によって加水分解
し、重合することにより、まずジルコニウム及びイット
リウムの酸化物または水酸化物の微粒子またはイオンが
溶解したゾルが形成される。前記ゾルは、更に攪拌を続
けることにより、反応が進行してゲル化する。
【００３１】そこで、次に、前記溶液組成物から得られ
たゲルを１００℃程度で乾燥し、得られた固形物を乳鉢
で粉砕して粉末にした。次いで、該粉末を１００〜７０
０℃の範囲の温度で仮焼し、乳鉢で粉砕することによ
り、イットリア含有ジルコニア粉末（ＹＺ粉末）を得
た。
たゲルを１００℃程度で乾燥し、得られた固形物を乳鉢
で粉砕して粉末にした。次いで、該粉末を１００〜７０
０℃の範囲の温度で仮焼し、乳鉢で粉砕することによ
り、イットリア含有ジルコニア粉末（ＹＺ粉末）を得
た。
【００３２】本実施例で用いる塗膜形成組成物は、図１
示の多孔質からなる空気極１の表面の微孔を埋没させて
下地層２を形成するために、粒子径が小さいことが望ま
しく、図２に示すように、前記温度範囲、特に７００℃
で仮焼することにより、中心粒子径の小さいＹＺ粉末が
得られるが、７００℃を超えると中心粒子径が大きくな
る傾向がある。
示の多孔質からなる空気極１の表面の微孔を埋没させて
下地層２を形成するために、粒子径が小さいことが望ま
しく、図２に示すように、前記温度範囲、特に７００℃
で仮焼することにより、中心粒子径の小さいＹＺ粉末が
得られるが、７００℃を超えると中心粒子径が大きくな
る傾向がある。
【００３３】また、前記ＹＺ粉末は、図３に示す熱分析
の熱重量測定（ＴＧ）の結果から明らかなように、その
重量は４００℃までに急激に減少し、温度が４００℃を
超えると緩やかに減少している。これを図３に示す熱分
析の示差熱分析（ＤＴＡ）の結果から見ると、２４０℃
付近に溶媒等の有機成分の熱分解によると思われる発熱
のピークがあり、３００〜３５０℃付近にイットリア及
びジルコニアの結晶化によると思われるブロードなピー
クがある。従って、前記ＹＺ粉末は、ＹＳＺに至らず、
溶媒などの有機成分を含む混合物と考えられる。
の熱重量測定（ＴＧ）の結果から明らかなように、その
重量は４００℃までに急激に減少し、温度が４００℃を
超えると緩やかに減少している。これを図３に示す熱分
析の示差熱分析（ＤＴＡ）の結果から見ると、２４０℃
付近に溶媒等の有機成分の熱分解によると思われる発熱
のピークがあり、３００〜３５０℃付近にイットリア及
びジルコニアの結晶化によると思われるブロードなピー
クがある。従って、前記ＹＺ粉末は、ＹＳＺに至らず、
溶媒などの有機成分を含む混合物と考えられる。
【００３４】次に、前記ＹＺ粉末３〜４ｇをエタノール
１００ｍｌ中に投入し、容器ごと超音波洗浄機に入れて
約３分間超音波を放射して超音波分散させた後、さらに
マグネティック・スターラーで約１０分間攪拌した。攪
拌後、約１０分間静置して大きな粒子を沈降させること
により、第１の塗膜形成組成物として、前記ＹＺ粉末の
微小な粒子がエタノールに懸濁している上澄み液を得
た。
１００ｍｌ中に投入し、容器ごと超音波洗浄機に入れて
約３分間超音波を放射して超音波分散させた後、さらに
マグネティック・スターラーで約１０分間攪拌した。攪
拌後、約１０分間静置して大きな粒子を沈降させること
により、第１の塗膜形成組成物として、前記ＹＺ粉末の
微小な粒子がエタノールに懸濁している上澄み液を得
た。
【００３５】本実施例の製造方法では、次に、前記空気
極１をホット・プレートで１００℃程度に加熱し、その
外側の表面上に前記第１の塗膜形成組成物をスポイトで
滴下して、乾燥させる操作を数回繰り返した後、１００
０〜１３００℃で１時間焼成することにより、厚さ約３
μｍの下地層２を形成した。
極１をホット・プレートで１００℃程度に加熱し、その
外側の表面上に前記第１の塗膜形成組成物をスポイトで
滴下して、乾燥させる操作を数回繰り返した後、１００
０〜１３００℃で１時間焼成することにより、厚さ約３
μｍの下地層２を形成した。
【００３６】次に、前記下地層２の外側に、ＹＳＺから
なる固体電解質膜３を形成した。固体電解質膜３の形成
は、まず、前記下地層２が形成された空気極１を、前記
ＹＺ粉末の原料の溶液組成物のゾルをコーティング溶液
組成物として、該コーティング溶液組成物に浸漬し、そ
の表面に該コーティング溶液を付着、ゲル化させた。前
記浸漬は、空気極１を前記コーティング溶液組成物から
引き上げる際の引き上げ速度を０．０５ｍｍ／秒以上と
することにより、適量のコーティング溶液が付着する。
前記浸漬は目的とする固体電解質膜３を得るために１〜
３０回程度行うことが好ましく、特に３μｍ程度の固体
電解質膜３を得るためには２０回程度行うことが好まし
い。
なる固体電解質膜３を形成した。固体電解質膜３の形成
は、まず、前記下地層２が形成された空気極１を、前記
ＹＺ粉末の原料の溶液組成物のゾルをコーティング溶液
組成物として、該コーティング溶液組成物に浸漬し、そ
の表面に該コーティング溶液を付着、ゲル化させた。前
記浸漬は、空気極１を前記コーティング溶液組成物から
引き上げる際の引き上げ速度を０．０５ｍｍ／秒以上と
することにより、適量のコーティング溶液が付着する。
前記浸漬は目的とする固体電解質膜３を得るために１〜
３０回程度行うことが好ましく、特に３μｍ程度の固体
電解質膜３を得るためには２０回程度行うことが好まし
い。
【００３７】次に、その表面で前記コーティング溶液が
ゲル化した空気極１を、室温から１．６℃／秒以下の昇
温速度で５００℃に昇温して１０分間仮焼したのち、１
０００〜１３００℃に昇温して５時間本焼し、冷却する
ことにより、ＹＳＺからなる緻密な固体電解質膜３を形
成した。前記固体電解質膜３を形成する操作をさらに数
回繰り返して行うことにより、最終的に厚さ約１０μｍ
の固体電解質膜３を備える空気極１が得られた。
ゲル化した空気極１を、室温から１．６℃／秒以下の昇
温速度で５００℃に昇温して１０分間仮焼したのち、１
０００〜１３００℃に昇温して５時間本焼し、冷却する
ことにより、ＹＳＺからなる緻密な固体電解質膜３を形
成した。前記固体電解質膜３を形成する操作をさらに数
回繰り返して行うことにより、最終的に厚さ約１０μｍ
の固体電解質膜３を備える空気極１が得られた。
【００３８】次に、前記固体電解質膜３のさらに外側に
燃料極４を形成し、燃料電池を完成した。燃料極４は、
まず、中心粒径１μｍのニッケル粉末と、中心粒径２μ
ｍのイットリアとジルコニアとのモル比が８：９２とな
っているＹＳＺ粉末とを、重量比４：６で混合し、得ら
れた混合物に、該混合物に対して３０重量％のコーンス
ターチを添加、混合したものを、前記固体電解質膜３の
外側に塗布して電極形状に成形し、１４００℃で２時間
焼成して見かけ気孔率約３５．３％のＮｉＯ−ＹＳＺ基
板を得た。次に、該ＮｉＯ−ＹＳＺ基板をカーボン共存
下に１０００℃で１時間焼成することによりＮｉＯを還
元して多孔質Ｎｉ−ＹＳＺサーメット基板とし、これを
燃料極４とした。尚、燃料極４は白金ペーストの電極と
してもよい。
燃料極４を形成し、燃料電池を完成した。燃料極４は、
まず、中心粒径１μｍのニッケル粉末と、中心粒径２μ
ｍのイットリアとジルコニアとのモル比が８：９２とな
っているＹＳＺ粉末とを、重量比４：６で混合し、得ら
れた混合物に、該混合物に対して３０重量％のコーンス
ターチを添加、混合したものを、前記固体電解質膜３の
外側に塗布して電極形状に成形し、１４００℃で２時間
焼成して見かけ気孔率約３５．３％のＮｉＯ−ＹＳＺ基
板を得た。次に、該ＮｉＯ−ＹＳＺ基板をカーボン共存
下に１０００℃で１時間焼成することによりＮｉＯを還
元して多孔質Ｎｉ−ＹＳＺサーメット基板とし、これを
燃料極４とした。尚、燃料極４は白金ペーストの電極と
してもよい。
【００３９】尚、空気極１と燃料極４との配置は逆であ
ってもよく、このときには、半球形の底部を有する筒状
に形成された燃料極４の外側に、焼成温度を１２００〜
１４００℃とする以外は前記と同様にしてＹＳＺからな
る下地層２及びＹＳＺからなる固体電解質膜３を形成
し、固体電解質膜３のさらに外側に空気極１を形成する
ことにより燃料電池が得られる。
ってもよく、このときには、半球形の底部を有する筒状
に形成された燃料極４の外側に、焼成温度を１２００〜
１４００℃とする以外は前記と同様にしてＹＳＺからな
る下地層２及びＹＳＺからなる固体電解質膜３を形成
し、固体電解質膜３のさらに外側に空気極１を形成する
ことにより燃料電池が得られる。
【００４０】前記のようにして、下地層２及び固体電解
質膜３が形成された燃料電池は、８００℃以上で０．３
Ｗ／ｃｍ2 以上の出力が得られた。
質膜３が形成された燃料電池は、８００℃以上で０．３
Ｗ／ｃｍ2 以上の出力が得られた。
【００４１】
【実施例２】本実施例では、実施例１で得られた第１の
塗膜形成組成物に図１示の空気極１または燃料極４を浸
漬し、その外側の表面に該塗膜形成組成物を付着させ、
常温で乾燥し、５００℃で１０分間仮焼して冷却する操
作を数回繰り返した後、所定の焼成温度で１時間焼成す
ることにより、厚さ約３μｍの下地層２を形成した以外
は、実施例１と同様にして厚さ約１０μｍの固体電解質
膜３を備える燃料電池を得た。尚、前記焼成温度は、空
気極１の表面に下地層２を形成する場合には１０００〜
１３００℃であり、燃料極４の表面に下地層２を形成す
る場合には１２００〜１４００℃である。前記のように
して、下地層２及び固体電解質膜３が形成された燃料電
池は、８００℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出力が得
られた。
塗膜形成組成物に図１示の空気極１または燃料極４を浸
漬し、その外側の表面に該塗膜形成組成物を付着させ、
常温で乾燥し、５００℃で１０分間仮焼して冷却する操
作を数回繰り返した後、所定の焼成温度で１時間焼成す
ることにより、厚さ約３μｍの下地層２を形成した以外
は、実施例１と同様にして厚さ約１０μｍの固体電解質
膜３を備える燃料電池を得た。尚、前記焼成温度は、空
気極１の表面に下地層２を形成する場合には１０００〜
１３００℃であり、燃料極４の表面に下地層２を形成す
る場合には１２００〜１４００℃である。前記のように
して、下地層２及び固体電解質膜３が形成された燃料電
池は、８００℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出力が得
られた。
【００４２】
【実施例３】本実施例では、実施例１で得られた第１の
塗膜形成組成物を、ホット・プレートで１００℃程度に
加熱した図１示の空気極１または燃料極４の外側の表面
に塗装用スプレー・ガンを用いて噴霧し、乾燥後、所定
の焼成温度で１時間焼成することにより、厚さ約３μｍ
の下地層２を形成した以外は、実施例１と同様にして厚
さ約１０μｍの固体電解質膜３を備える燃料電池を得
た。前記のようにして、下地層２及び固体電解質膜３が
形成された燃料電池は、８００℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ
2 以上の出力が得られた。
塗膜形成組成物を、ホット・プレートで１００℃程度に
加熱した図１示の空気極１または燃料極４の外側の表面
に塗装用スプレー・ガンを用いて噴霧し、乾燥後、所定
の焼成温度で１時間焼成することにより、厚さ約３μｍ
の下地層２を形成した以外は、実施例１と同様にして厚
さ約１０μｍの固体電解質膜３を備える燃料電池を得
た。前記のようにして、下地層２及び固体電解質膜３が
形成された燃料電池は、８００℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ
2 以上の出力が得られた。
【００４３】
【実施例４】本実施例では、実施例１で得られた第１の
塗膜形成組成物を収容した容器に、ニッケル線をコイル
状に巻いた電極を浸漬し、該コイル状電極の内側に図１
示の空気極１または燃料極４の周囲にニッケル線をコイ
ル状に巻いたものを浸漬して、前記コイル状電極を陽
極、空気極１または燃料極４を陰極として、０．２〜１
ｍＡ、３０Ｖの直流定電流を５〜１０分間通電して、空
気極１または燃料極４の外側の表面にＹＺ粉末の粒子を
電着させ、乾燥後、所定の焼成温度で１時間焼成するこ
とにより、厚さ約３μｍの下地層２を形成した以外は、
実施例１と同様にして厚さ約１０μｍの固体電解質膜３
を備える燃料電池を得た。前記のようにして、下地層２
及び固体電解質膜３が形成された燃料電池は、８００℃
以上で０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出力が得られた。
塗膜形成組成物を収容した容器に、ニッケル線をコイル
状に巻いた電極を浸漬し、該コイル状電極の内側に図１
示の空気極１または燃料極４の周囲にニッケル線をコイ
ル状に巻いたものを浸漬して、前記コイル状電極を陽
極、空気極１または燃料極４を陰極として、０．２〜１
ｍＡ、３０Ｖの直流定電流を５〜１０分間通電して、空
気極１または燃料極４の外側の表面にＹＺ粉末の粒子を
電着させ、乾燥後、所定の焼成温度で１時間焼成するこ
とにより、厚さ約３μｍの下地層２を形成した以外は、
実施例１と同様にして厚さ約１０μｍの固体電解質膜３
を備える燃料電池を得た。前記のようにして、下地層２
及び固体電解質膜３が形成された燃料電池は、８００℃
以上で０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出力が得られた。
【００４４】
【実施例５】本実施例では、実施例１で得られたＹＺ粉
末３〜４ｇを、該ＹＺ粉末の原料の溶液組成物のゾル１
００ｍｌ中に投入し、容器ごと超音波洗浄機に入れて約
３分間超音波を放射して超音波分散させた後、さらにマ
グネティック・スターラーで約１０分間攪拌した。攪拌
後、約１０分間静置して大きな粒子を沈降させることに
より、第２の塗膜形成組成物として、前記ＹＺ粉末の微
小な粒子が前記ゾルに懸濁している上澄み液を得た。
尚、前記ゾルのジルコニウムプロポキシドの濃度は０．
６Ｍ以下であることが望ましく、それを超えると前記第
２の塗膜形成組成物から得られた下地層２に亀裂（クラ
ック）が生じやすくなる。
末３〜４ｇを、該ＹＺ粉末の原料の溶液組成物のゾル１
００ｍｌ中に投入し、容器ごと超音波洗浄機に入れて約
３分間超音波を放射して超音波分散させた後、さらにマ
グネティック・スターラーで約１０分間攪拌した。攪拌
後、約１０分間静置して大きな粒子を沈降させることに
より、第２の塗膜形成組成物として、前記ＹＺ粉末の微
小な粒子が前記ゾルに懸濁している上澄み液を得た。
尚、前記ゾルのジルコニウムプロポキシドの濃度は０．
６Ｍ以下であることが望ましく、それを超えると前記第
２の塗膜形成組成物から得られた下地層２に亀裂（クラ
ック）が生じやすくなる。
【００４５】本実施例では、図１示の空気極１または燃
料極４をホット・プレートで１００℃程度に加熱し、そ
の上に前記第２の塗膜形成組成物をスポイトで滴下し
て、乾燥させる操作を数回繰り返した後、所定の焼成温
度で１時間焼成することにより、厚さ約３μｍの下地層
２を形成した以外は、実施例１と同様にして厚さ約１０
μｍの固体電解質膜３を備える燃料電池を得た。前記の
ようにして、下地層２及び固体電解質膜３が形成された
燃料電池は、８００℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出
力が得られた。
料極４をホット・プレートで１００℃程度に加熱し、そ
の上に前記第２の塗膜形成組成物をスポイトで滴下し
て、乾燥させる操作を数回繰り返した後、所定の焼成温
度で１時間焼成することにより、厚さ約３μｍの下地層
２を形成した以外は、実施例１と同様にして厚さ約１０
μｍの固体電解質膜３を備える燃料電池を得た。前記の
ようにして、下地層２及び固体電解質膜３が形成された
燃料電池は、８００℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出
力が得られた。
【００４６】尚、本実施例で得られた下地層２のＸ線回
折測定を行った結果、図４示のパターンが得られた。該
パターンは、イットリアとジルコニアとのモル比が８：
９２となっているＹＳＺと一致しており、実施例１で得
られたＹＺ粉末は前記焼成により結晶化してＹＳＺを形
成することが明らかである。
折測定を行った結果、図４示のパターンが得られた。該
パターンは、イットリアとジルコニアとのモル比が８：
９２となっているＹＳＺと一致しており、実施例１で得
られたＹＺ粉末は前記焼成により結晶化してＹＳＺを形
成することが明らかである。
【００４７】
【実施例６】本実施例では、実施例５で得られた第２の
塗膜形成組成物に図１示の空気極１または燃料極４を浸
漬し、その外側の表面に該塗膜形成組成物を付着させ、
常温で乾燥し、５００℃で１０分間仮焼して冷却する操
作を数回繰り返した後、所定の焼成温度で１時間焼成す
ることにより、厚さ約３μｍの下地層２を形成した以外
は、実施例１と同様にして厚さ約１０μｍの固体電解質
膜３を備える燃料電池を得た。前記のようにして下地層
２及び固体電解質膜３が形成された燃料電池は、８００
℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出力が得られた。
塗膜形成組成物に図１示の空気極１または燃料極４を浸
漬し、その外側の表面に該塗膜形成組成物を付着させ、
常温で乾燥し、５００℃で１０分間仮焼して冷却する操
作を数回繰り返した後、所定の焼成温度で１時間焼成す
ることにより、厚さ約３μｍの下地層２を形成した以外
は、実施例１と同様にして厚さ約１０μｍの固体電解質
膜３を備える燃料電池を得た。前記のようにして下地層
２及び固体電解質膜３が形成された燃料電池は、８００
℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出力が得られた。
【００４８】
【実施例７】本実施例では、実施例５で得られた第２の
塗膜形成組成物を収容した容器に、ニッケル線をコイル
状に巻いた電極を浸漬し、該コイル状電極の内側に図１
示の空気極１または燃料極４の周囲にニッケル線をコイ
ル状に巻いたものを浸漬して、前記コイル状電極を陽
極、空気極１または燃料極４を陰極として、０．２〜１
ｍＡ、３０Ｖの直流定電流を５〜１０分間通電して、空
気極１または燃料極２の表面にＹＺ粉末の粒子を電着さ
せ、乾燥後、所定の焼成温度で１時間焼成することによ
り、厚さ約３μｍの下地層２を形成した以外は、実施例
１と同様にして厚さ約１０μｍの固体電解質膜３を備え
る燃料電池を得た。前記のようにして下地層２及び固体
電解質膜３が形成された燃料電池は、８００℃以上で
０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出力が得られた。
塗膜形成組成物を収容した容器に、ニッケル線をコイル
状に巻いた電極を浸漬し、該コイル状電極の内側に図１
示の空気極１または燃料極４の周囲にニッケル線をコイ
ル状に巻いたものを浸漬して、前記コイル状電極を陽
極、空気極１または燃料極４を陰極として、０．２〜１
ｍＡ、３０Ｖの直流定電流を５〜１０分間通電して、空
気極１または燃料極２の表面にＹＺ粉末の粒子を電着さ
せ、乾燥後、所定の焼成温度で１時間焼成することによ
り、厚さ約３μｍの下地層２を形成した以外は、実施例
１と同様にして厚さ約１０μｍの固体電解質膜３を備え
る燃料電池を得た。前記のようにして下地層２及び固体
電解質膜３が形成された燃料電池は、８００℃以上で
０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出力が得られた。
【００４９】
【実施例８】本実施例では、実施例１で得られたＹＺ粉
末２４ｇをテレピン油２〜５ｍｌに投入し、よく攪拌し
てペースト状にすることにより、第３の塗膜形成組成物
を得た。
末２４ｇをテレピン油２〜５ｍｌに投入し、よく攪拌し
てペースト状にすることにより、第３の塗膜形成組成物
を得た。
【００５０】本実施例では、図１示の空気極１または燃
料極４に前記第３の塗膜形成組成物をハケ等で塗布し、
熱風で乾燥させる操作を数回繰り返した後、１２００〜
１４００℃で１時間焼成することにより、厚さ約５μｍ
の下地層２を形成した以外は、実施例１と同様にして厚
さ約１０μｍの固体電解質膜３を備える燃料電池を得
た。前記のようにして下地層２及び固体電解質膜３が形
成された燃料電池は、８００℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ2
以上の出力が得られた。
料極４に前記第３の塗膜形成組成物をハケ等で塗布し、
熱風で乾燥させる操作を数回繰り返した後、１２００〜
１４００℃で１時間焼成することにより、厚さ約５μｍ
の下地層２を形成した以外は、実施例１と同様にして厚
さ約１０μｍの固体電解質膜３を備える燃料電池を得
た。前記のようにして下地層２及び固体電解質膜３が形
成された燃料電池は、８００℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ2
以上の出力が得られた。
【００５１】前記各実施例において、前記下地層２を形
成する際の焼成温度は、空気極１の表面に下地層２を形
成する場合には１０００〜１３００℃であり、燃料極４
の表面に下地層２を形成する場合には１２００〜１４０
０℃である。
成する際の焼成温度は、空気極１の表面に下地層２を形
成する場合には１０００〜１３００℃であり、燃料極４
の表面に下地層２を形成する場合には１２００〜１４０
０℃である。
【００５２】
【実施例９】前記各実施例では、図１示のように、半球
形の底部を有する筒状の電池の例について説明している
が、本発明の製造方法は図５示のコイン型電池について
も適用することができる。
形の底部を有する筒状の電池の例について説明している
が、本発明の製造方法は図５示のコイン型電池について
も適用することができる。
【００５３】次に、図５示のコイン型電池の製造方法に
ついて説明する。まず、実施例１に用いたものと同様の
材料を用い、図５（ａ）示のように、直径１０〜１５ｍ
ｍ、厚さ約２〜３ｍｍの円盤形状に成形し、室温から６
００℃の温度で加熱して脱脂したのち、さらに１３００
℃で焼成して、実施例１と同様の多孔質の空気極１を製
造し、次に図５（ｂ）示のように、前記多孔質の空気極
１の外側に前記各実施例のいずれかの方法によりＹＳＺ
からなる厚さ約３μｍの下地層２を形成する。
ついて説明する。まず、実施例１に用いたものと同様の
材料を用い、図５（ａ）示のように、直径１０〜１５ｍ
ｍ、厚さ約２〜３ｍｍの円盤形状に成形し、室温から６
００℃の温度で加熱して脱脂したのち、さらに１３００
℃で焼成して、実施例１と同様の多孔質の空気極１を製
造し、次に図５（ｂ）示のように、前記多孔質の空気極
１の外側に前記各実施例のいずれかの方法によりＹＳＺ
からなる厚さ約３μｍの下地層２を形成する。
【００５４】次に、図５（ｃ）示のように、下地層２上
に実施例１と同様にして厚さ約１０μｍの固体電解質膜
３を形成したのち、得られた円盤状体の下面を図５
（ｃ）に仮想線示する部分まで研磨し、図５（ｄ）示の
ように空気極１を露出させる。前記研磨は、それ自体周
知の方法により行うことができる。
に実施例１と同様にして厚さ約１０μｍの固体電解質膜
３を形成したのち、得られた円盤状体の下面を図５
（ｃ）に仮想線示する部分まで研磨し、図５（ｄ）示の
ように空気極１を露出させる。前記研磨は、それ自体周
知の方法により行うことができる。
【００５５】次に、図５（ｅ）示のように、下面側に空
気極１が露出した円盤状体の固体電解質膜３上に、実施
例１と同様にして見かけ気孔率約３５．３％のＮｉＯ−
ＹＳＺ基板４ａを焼き付ける。ＮｉＯ−ＹＳＺ基板４ａ
は、カーボン共存下に１０００℃で１時間焼成すること
によりＮｉＯが還元され、図５（ｆ）示のように、多孔
質Ｎｉ−ＹＳＺサーメット基板の燃料極４が得られる。
尚、実施例１と同様に、空気極１と燃料極４との配置は
逆であってもよい。
気極１が露出した円盤状体の固体電解質膜３上に、実施
例１と同様にして見かけ気孔率約３５．３％のＮｉＯ−
ＹＳＺ基板４ａを焼き付ける。ＮｉＯ−ＹＳＺ基板４ａ
は、カーボン共存下に１０００℃で１時間焼成すること
によりＮｉＯが還元され、図５（ｆ）示のように、多孔
質Ｎｉ−ＹＳＺサーメット基板の燃料極４が得られる。
尚、実施例１と同様に、空気極１と燃料極４との配置は
逆であってもよい。
【００５６】前記のようにして、下地層２及び固体電解
質膜３が形成されたコイン型燃料電池は、前記各実施例
と同様に、８００℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出力
が得られる。
質膜３が形成されたコイン型燃料電池は、前記各実施例
と同様に、８００℃以上で０．３Ｗ／ｃｍ2 以上の出力
が得られる。
【００５７】
【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
の製造方法によれば、高温固体電解質型燃料電池の多孔
質電極の上に微小な粒子からなるＹＺ粉末を含む塗膜形
成組成物により下地層を形成するので、該下地層により
前記多孔質電極の表面の微孔が埋没され、該下地層の上
に前記ＹＺ粉末の原料となる溶液組成物により固体電解
質膜を形成することにより薄く緻密なＹＳＺからなる固
体電解質膜を容易に形成することができる。しかも、前
記下地層自体、焼成によりＹＳＺとなるので、前記固体
電解質膜が前記下地層と一体化して前記多孔質電極上に
確実に密着させることができる。
の製造方法によれば、高温固体電解質型燃料電池の多孔
質電極の上に微小な粒子からなるＹＺ粉末を含む塗膜形
成組成物により下地層を形成するので、該下地層により
前記多孔質電極の表面の微孔が埋没され、該下地層の上
に前記ＹＺ粉末の原料となる溶液組成物により固体電解
質膜を形成することにより薄く緻密なＹＳＺからなる固
体電解質膜を容易に形成することができる。しかも、前
記下地層自体、焼成によりＹＳＺとなるので、前記固体
電解質膜が前記下地層と一体化して前記多孔質電極上に
確実に密着させることができる。
【００５８】従って、本発明の製造方法によれば、前記
の様にして薄く緻密な固体電解質膜を形成することによ
り、大出力の燃料電池を提供することができる。
の様にして薄く緻密な固体電解質膜を形成することによ
り、大出力の燃料電池を提供することができる。
【図１】本発明に係わる高温固体電解質型燃料電池の一
構成例を示す説明的断面図。
構成例を示す説明的断面図。
【図２】本実施例の塗膜形成組成物に用いるＹＺ粉末の
粒度分布と仮焼温度との関係を示すグラフ。
粒度分布と仮焼温度との関係を示すグラフ。
【図３】本実施例の塗膜形成組成物に用いるＹＺ粉末の
熱分析の結果を示すグラフ。
熱分析の結果を示すグラフ。
【図４】図１示の下地層のＸ線回折の結果を示すグラ
フ。
フ。
【図５】本発明に係わる高温固体電解質型燃料電池の他
の構成例を示す説明的断面図。
の構成例を示す説明的断面図。
【図６】従来の高温固体電解質型燃料電池の構成を示す
説明的断面図。
説明的断面図。
１，４…多孔質電極、 ２…下地層、 ３…固体電解質
膜。
膜。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−283179（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−199569（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−235317（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−128566（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−133739（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−308664（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−308663（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/00 - 8/24
ＣＡ（ＳＴＮ)
ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (10)
- 【請求項１】ジルコニウムアルコキシドと、硝酸イット
リウム水和物と、前記両化合物を均質に溶解する第１の
溶媒と、前記両化合物及びその反応生成物を均質に溶解
する第２の溶媒としての２，４−ペンタンジオンとから
なる溶液組成物から得られるゲルを乾燥後、粉砕して粉
末とし、該粉末を１００〜７００℃の範囲の温度で仮焼
した後、さらに粉砕して得られたイットリア含有ジルコ
ニア粉末を含む塗膜形成組成物により、高温固体電解質
型燃料電池の多孔質電極上に塗膜を形成し、該塗膜を焼
成してイットリア安定化ジルコニアからなる下地層を形
成する下地層形成工程と、 前記溶液組成物により、前記下地層上に塗膜を形成し、
該塗膜を乾燥、焼成して、イットリア安定化ジルコニア
からなる緻密な固体電解質膜を形成する固体電解質膜形
成工程とを備えることを特徴とする燃料電池の製造方
法。 - 【請求項２】前記ジルコニウムアルコキシドはジルコニ
ウムプロポキシドであることを特徴とする請求項１記載
の燃料電池の製造方法。 - 【請求項３】前記第１の溶媒は１−プロパノールである
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料電
池の製造方法。 - 【請求項４】前記塗膜形成組成物は、前記イットリア含
有ジルコニア粉末をアルコール系溶媒に分散してなる懸
濁液であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のい
ずれか１項記載の燃料電池の製造方法。 - 【請求項５】前記下地層形成工程で、前記塗膜形成組成
物を前記多孔質電極上に吹付け、乾燥することにより前
記塗膜を形成することを特徴とする請求項４記載の燃料
電池の製造方法。 - 【請求項６】前記塗膜形成組成物は、前記イットリア含
有ジルコニア粉末を前記溶液組成物 から得られるゾルに
分散してなる懸濁液であることを特徴とする請求項１乃
至請求項３のいずれか１項記載の燃料電池の製造方法。 - 【請求項７】前記下地層形成工程で、前記塗膜形成組成
物を前記多孔質電極上に滴下して、乾燥することにより
前記塗膜を形成することを特徴とする請求項４または請
求項６記載の燃料電池の製造方法。 - 【請求項８】前記下地層形成工程で、前記多孔質電極を
前記塗膜形成組成物に浸漬し、乾燥することにより前記
塗膜を形成することを特徴とする請求項４または請求項
６記載の燃料電池の製造方法。 - 【請求項９】前記下地層形成工程で、前記多孔質電極及
び他の電極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、該多孔質電
極を陰極として前記他の電極との間に直流電流を印加し
て、前記イットリア含有ジルコニア粉末を前記多孔質電
極上に電着させ、乾燥することにより前記塗膜を形成す
ることを特徴とする請求項４または請求項６記載の燃料
電池の製造方法。 - 【請求項１０】前記塗膜形成組成物は、前記イットリア
含有ジルコニア粉末をテレピン油に混合してなるペース
ト状物質であり、前記下地層形成工程で、該ペースト状
物質を前記多孔質電極上に塗布して、乾燥することによ
り前記塗膜を形成することを特徴とする請求項１乃至請
求項３のいずれか１項記載の燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07750395A JP3392976B2 (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | 燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07750395A JP3392976B2 (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | 燃料電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08273683A JPH08273683A (ja) | 1996-10-18 |
| JP3392976B2 true JP3392976B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=13635775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07750395A Expired - Fee Related JP3392976B2 (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | 燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3392976B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE201660T1 (de) * | 1997-08-18 | 2001-06-15 | Siemens Ag | Verfahren zum herstellen eines keramischen pulvers für einen elektrolyten einer hochtemperatur-brennstoffzelle und hochtemperatur-brennstoffzelle |
-
1995
- 1995-04-03 JP JP07750395A patent/JP3392976B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08273683A (ja) | 1996-10-18 |
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