JP3499060B2 - 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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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
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- 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
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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
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- 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
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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】通常、平板型の固体電解質型燃料電池
は、発電セルを、セパレータを介して複数積層させるこ
とにより構成されている。 【0003】そして、この発電セルは、固体電解質によ
り構成されたセラミック薄膜体の表裏面に正極および負
極が形成されたもので、通常、1000℃の高温下で、
セパレータに形成された溝部を介して、正極側に酸素系
のガス例えば空気を流すとともに負極側に水素系の燃料
ガスを流すことにより、電力を得ているものである。 【0004】ところで、上述したように、固体電解質で
あるセラミック薄膜体には、ジルコニア(ZrO2 )セ
ラミックが使用されている。このジルコニアは相変態の
関係で単独では使用できないため、通常、Y2 O3,M
gO,CeO2 などを固溶させて相を安定させている。 【0005】従来、固体電解質型燃料電池の固体電解質
には、導電率を良好に保つ意味から、Y2 O3 を8〜1
0mol%固溶したジルコニアが用いられていた。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池の
発電時に、電池セルには、必ず、空気および燃料ガスが
流されるため、固体電解質内で温度分布が生じる。 【0007】そして、この固体電解質の導電率は温度の
低下にしたがって減少するため、温度の不均一が発電セ
ル表面での導電率の不均一を生じさせ、結果として、発
電特性を低下させてしまうという問題がある。 【0008】なお、Y2 O3を固溶したZrO2 では、
その固溶量が8〜10mol%の範囲においては、Y2 O3
量の増加により強度特性が低下する。したがって、発
電時は、ガスシールの必要性から加圧が必要となるた
め、強度の劣るY2 O3が10 mol%固溶のZrO2 を
単独で用いることができない。 【0009】そこで、本発明は、温度の不均一が生じて
も安定した導電性能、すなわち発電性能が得られる固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池は、固体電解質より
構成されたセラミック薄膜体の表裏面に電極が形成され
てなる発電セルを有する固体電解質型燃料電池における
上記セラミック薄膜体を、発電時に生じる温度分布に基
づき3つのゾーンに分けるとともに、安定化剤としてY
2 O 3 を使用しかつその固溶量を、温度が低い順番に、
10mol%,9mol%および8mol%としたものである。 【0011】上記の構成によると、固体電解質であるセ
ラミック薄膜体を、発電時に生じる温度分布に基づき3
つのゾーンに分けるとともに、安定化剤としてY 2 O 3
を使用しかつその固溶量を、温度が低い順番に、10mo
l%,9mol%および8mol% としたので、たとえ発生し
た温度が不均一であっても、導電率の均一化を図ること
ができる。 【0012】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
に基づき説明する。図1は、平板積層型の固体電解質型
燃料電池の概略構成を示す分解斜視図であり、この燃料
電池1は、発電セル2をセパレータ3を介して、複数積
層することにより構成されている。なお、上下のセパレ
ータ3A,3Bは、電極板とされる。 【0013】この発電セル2は、固体電解質により構成
されたセラミック薄膜体11の表裏面に、正極12およ
び負極(図示せず)が設けられたもので、通常、100
0℃の高温下で、セパレータ3側に形成された溝部4を
介して、正極12上に酸素系のガス例えば空気を流する
とともに、負極上に水素系の燃料ガスを流すことによ
り、電力を得るようにしている。 【0014】そして、上記セラミック薄膜体11は、安
定化剤の固溶量が異なる複数種の電解質部を複合させて
構成されている。すなわち、セラミック薄膜体11とし
て、ジルコニア(ZrO2 )セラミックが使用されると
ともに、安定化剤としてY2 O3 が使用され、さらにこ
のY3の固溶量が異なる3種類の電解質部が複合化する
ことにより構成され、また各電解質部の配置は、発電時
における温度分布に対応して決定されている。 【0015】このように、安定化剤の固溶量が異なる電
解質部を、温度分布に応じて配置して複合化されている
ため、たとえ温度分布が不均一であっても、セラミック
薄膜体11全体としての導電率の均一化を図ることがで
きる。すなわち、発電性能の向上を図ることができる。 【0016】 【実施例】以下、上記セラミック薄膜体11を構成する
固体電解質の具体的実施例について説明する。 【0017】まず、Y2 O3 を8 mol%固溶したZrO
2 セラミックにより、100mm×100mm ×0.5t
のセラミック薄膜体を作製し、正極としてLaMnO3
を、また負極としてNi−ZrO2 サーメットをそれぞ
れ製膜させて発電セルを得た。 【0018】次に、この発電セルを用いて、発電テスト
を行うと同時に、発電セルでの温度分布を測定した。そ
して、この温度測定結果に基づき3つのゾーンに分ける
とともに、これら各ゾーンに使用する安定化剤すなわち
Y2 O3 の固溶量を下記のように決定した。 【0019】すなわち、990℃より低い部分には、Y
2 O3 固溶量が10mol%の電解質部を使用し、990
〜1010℃の部分には、Y2 O3 固溶量が9mol%の
電解質部を使用し、1010℃より高い部分には、Y2
O3 固溶量が8 mol%の電解質部を使用した。 【0020】このように、安定化剤の固溶量が異なる3
種類の電解質部でセラミック薄膜体を構成し、その表裏
面に、LaMnO3 およびNi−ZrO2 サーメットを
製膜して、有効電極面積が16cm2 の発電セルを得た。 【0021】この発電セルにより、発電テストを行った
結果、その出力密度は0.35W/cm2であった。なお、
Y2 O3 を8 mol%固溶したZrO2 セラミックをセラ
ミック薄膜体とした場合の出力密度は、0.29W/cm2
であり、3種類の電解質部を複合させたものの方が、
発電性能において優れているのが明らかとなった。 【0022】 【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、固
体電解質であるセラミック薄膜体を、発電時に生じる温
度分布に基づき3つのゾーンに分けるとともに、安定化
剤としてY 2 O 3 を使用しかつその固溶量を、温度が低
い順番に、10mol%,9mol%および8mol%としたの
で、たとえ発生した温度が不均一であっても、導電率の
均一化を図ることができ、したがって発電性能を大幅に
向上させることができる。
電池に関するものである。 【0002】 【従来の技術】通常、平板型の固体電解質型燃料電池
は、発電セルを、セパレータを介して複数積層させるこ
とにより構成されている。 【0003】そして、この発電セルは、固体電解質によ
り構成されたセラミック薄膜体の表裏面に正極および負
極が形成されたもので、通常、1000℃の高温下で、
セパレータに形成された溝部を介して、正極側に酸素系
のガス例えば空気を流すとともに負極側に水素系の燃料
ガスを流すことにより、電力を得ているものである。 【0004】ところで、上述したように、固体電解質で
あるセラミック薄膜体には、ジルコニア(ZrO2 )セ
ラミックが使用されている。このジルコニアは相変態の
関係で単独では使用できないため、通常、Y2 O3,M
gO,CeO2 などを固溶させて相を安定させている。 【0005】従来、固体電解質型燃料電池の固体電解質
には、導電率を良好に保つ意味から、Y2 O3 を8〜1
0mol%固溶したジルコニアが用いられていた。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池の
発電時に、電池セルには、必ず、空気および燃料ガスが
流されるため、固体電解質内で温度分布が生じる。 【0007】そして、この固体電解質の導電率は温度の
低下にしたがって減少するため、温度の不均一が発電セ
ル表面での導電率の不均一を生じさせ、結果として、発
電特性を低下させてしまうという問題がある。 【0008】なお、Y2 O3を固溶したZrO2 では、
その固溶量が8〜10mol%の範囲においては、Y2 O3
量の増加により強度特性が低下する。したがって、発
電時は、ガスシールの必要性から加圧が必要となるた
め、強度の劣るY2 O3が10 mol%固溶のZrO2 を
単独で用いることができない。 【0009】そこで、本発明は、温度の不均一が生じて
も安定した導電性能、すなわち発電性能が得られる固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池は、固体電解質より
構成されたセラミック薄膜体の表裏面に電極が形成され
てなる発電セルを有する固体電解質型燃料電池における
上記セラミック薄膜体を、発電時に生じる温度分布に基
づき3つのゾーンに分けるとともに、安定化剤としてY
2 O 3 を使用しかつその固溶量を、温度が低い順番に、
10mol%,9mol%および8mol%としたものである。 【0011】上記の構成によると、固体電解質であるセ
ラミック薄膜体を、発電時に生じる温度分布に基づき3
つのゾーンに分けるとともに、安定化剤としてY 2 O 3
を使用しかつその固溶量を、温度が低い順番に、10mo
l%,9mol%および8mol% としたので、たとえ発生し
た温度が不均一であっても、導電率の均一化を図ること
ができる。 【0012】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
に基づき説明する。図1は、平板積層型の固体電解質型
燃料電池の概略構成を示す分解斜視図であり、この燃料
電池1は、発電セル2をセパレータ3を介して、複数積
層することにより構成されている。なお、上下のセパレ
ータ3A,3Bは、電極板とされる。 【0013】この発電セル2は、固体電解質により構成
されたセラミック薄膜体11の表裏面に、正極12およ
び負極(図示せず)が設けられたもので、通常、100
0℃の高温下で、セパレータ3側に形成された溝部4を
介して、正極12上に酸素系のガス例えば空気を流する
とともに、負極上に水素系の燃料ガスを流すことによ
り、電力を得るようにしている。 【0014】そして、上記セラミック薄膜体11は、安
定化剤の固溶量が異なる複数種の電解質部を複合させて
構成されている。すなわち、セラミック薄膜体11とし
て、ジルコニア(ZrO2 )セラミックが使用されると
ともに、安定化剤としてY2 O3 が使用され、さらにこ
のY3の固溶量が異なる3種類の電解質部が複合化する
ことにより構成され、また各電解質部の配置は、発電時
における温度分布に対応して決定されている。 【0015】このように、安定化剤の固溶量が異なる電
解質部を、温度分布に応じて配置して複合化されている
ため、たとえ温度分布が不均一であっても、セラミック
薄膜体11全体としての導電率の均一化を図ることがで
きる。すなわち、発電性能の向上を図ることができる。 【0016】 【実施例】以下、上記セラミック薄膜体11を構成する
固体電解質の具体的実施例について説明する。 【0017】まず、Y2 O3 を8 mol%固溶したZrO
2 セラミックにより、100mm×100mm ×0.5t
のセラミック薄膜体を作製し、正極としてLaMnO3
を、また負極としてNi−ZrO2 サーメットをそれぞ
れ製膜させて発電セルを得た。 【0018】次に、この発電セルを用いて、発電テスト
を行うと同時に、発電セルでの温度分布を測定した。そ
して、この温度測定結果に基づき3つのゾーンに分ける
とともに、これら各ゾーンに使用する安定化剤すなわち
Y2 O3 の固溶量を下記のように決定した。 【0019】すなわち、990℃より低い部分には、Y
2 O3 固溶量が10mol%の電解質部を使用し、990
〜1010℃の部分には、Y2 O3 固溶量が9mol%の
電解質部を使用し、1010℃より高い部分には、Y2
O3 固溶量が8 mol%の電解質部を使用した。 【0020】このように、安定化剤の固溶量が異なる3
種類の電解質部でセラミック薄膜体を構成し、その表裏
面に、LaMnO3 およびNi−ZrO2 サーメットを
製膜して、有効電極面積が16cm2 の発電セルを得た。 【0021】この発電セルにより、発電テストを行った
結果、その出力密度は0.35W/cm2であった。なお、
Y2 O3 を8 mol%固溶したZrO2 セラミックをセラ
ミック薄膜体とした場合の出力密度は、0.29W/cm2
であり、3種類の電解質部を複合させたものの方が、
発電性能において優れているのが明らかとなった。 【0022】 【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、固
体電解質であるセラミック薄膜体を、発電時に生じる温
度分布に基づき3つのゾーンに分けるとともに、安定化
剤としてY 2 O 3 を使用しかつその固溶量を、温度が低
い順番に、10mol%,9mol%および8mol%としたの
で、たとえ発生した温度が不均一であっても、導電率の
均一化を図ることができ、したがって発電性能を大幅に
向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における固体電解質型燃料
電池の概略構成を示す分解斜視図である。 【符号の説明】 1 燃料電池 2 発電セル 11 セラミック薄膜体
電池の概略構成を示す分解斜視図である。 【符号の説明】 1 燃料電池 2 発電セル 11 セラミック薄膜体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平5−62700(JP,A)
宮地良行、山本貴憲、辻 一弘,「イ
ットリア安定化ジルコニアの導電率」,
大阪セメント技報,No.54(1987.
10),p.15−19
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01M 8/02
H01M 8/12
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】固体電解質より構成されたセラミック薄膜
体の表裏面に電極が形成されてなる発電セルを有する固
体電解質型燃料電池における上記セラミック薄膜体を、
発電時に生じる温度分布に基づき3つのゾーンに分ける
とともに、安定化剤としてY 2 O 3 を使用しかつその固
溶量を、温度が低い順番に、10mol%,9mol%および
8mol%と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 |
---|---|---|---|
JP24225195A JP3499060B2 (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24225195A JP3499060B2 (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0992304A JPH0992304A (ja) | 1997-04-04 |
JP3499060B2 true JP3499060B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=17086498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24225195A Expired - Fee Related JP3499060B2 (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3499060B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004362913A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電解質及びその製造方法 |
JP6060303B1 (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
CN107710476B (zh) | 2015-06-30 | 2020-11-06 | 日本碍子株式会社 | 燃料电池 |
-
1995
- 1995-09-21 JP JP24225195A patent/JP3499060B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
宮地良行、山本貴憲、辻 一弘,「イットリア安定化ジルコニアの導電率」,大阪セメント技報,No.54(1987.10),p.15−19 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0992304A (ja) | 1997-04-04 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |