JP4377856B2 - 平板型燃料電池セルの製造方法 - Google Patents
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Description
8モル%のイットリアで安定化されたジルコニアからなる8YSZ電解質シート(直径120mmφ×厚さ300μmの円形)の片面に、燃料極ペーストをスクリーン印刷した後に90℃で1時間乾燥することによって、厚さ40μmの燃料極前駆体が形成された燃料電池ハーフセル前駆体を作製した。なお、使用した燃料極ペーストは、酸化ニッケル粉末と8YSZ粉末(質量比で65:35)からなる燃料極材料100gに対し、バインダーとしてポリビニルブチラールを4g、溶剤としてテルピネオールを76g、分散剤としてソルビタン酸エステル(三洋化成製、イオネットS−80)1gを添加し、乳棒で攪拌混合後に3本ロールミルでミリングすることにより調製したものである。次いで、得られた燃料電池ハーフセル前駆体20枚を150mmφの20%アルミナ含有3YSZ製セッター上に図1の様に積重ね、上記セッターと同様の材質からなるカバー用セッターを最上部に載置した。このセッターと20枚のハーフセル前駆体とカバー用セッターを積重ねたものを300mm角のアルミナ−シリカ製棚板上に載せ、内容積が1m3のガス炉にセットし、最高温度1300℃で3時間焼成して焼付け、片面に燃料極が形成された燃料電池ハーフセルを作製した。
4モル%のスカンジアで安定化されたジルコニアからなる4ScSZ電解質シート(直径120mmφ×厚さ150μmの円形)を用いた以外は上記実施例1と同様にして、厚さ40μmの燃料極前駆体が形成された燃料電池ハーフセル前駆体を作製した。得られた燃料電池ハーフセル前駆体の電解質シート面上へ、中間層ペーストを同様の条件でスクリーン印刷し、90℃で1時間乾燥して中間層前駆体を形成した。使用した中間層ペーストは、20モル%イットリアをドープした(CeO2)0.8(Y2O3)0.2粉末(セイミケミカル製、50体積%径:0.8μm、90体積%径:5.7μm)からなる中間層材料を用いた以外は上記実施例1と同様の条件で中間層前駆体を形成した。この燃料極前駆体と中間層前駆体が形成された燃料電池ハーフセル前駆体14枚を150mmφの20%アルミナ含有3YSZ板上に図3のように積重ね、上記実施例1と同様にガス炉で最高温度1300℃で3時間焼成して焼付け、片面に燃料極が形成され他方の面に中間層が形成された燃料電池ハーフセルを作製した。
実施例1で使用した酸化ニッケル粉末と8YSZ粉末(質量比:65:35)を用いて、酸化ニッケル粉末と8YSZとのサーメットからなる気孔率が35%の多孔質燃料極基板(直径120mmφ×厚さ650μmの円形)を作製した。この多孔質燃料極基板の片面に、実施例1で用いた燃料極ペーストをスクリーン印刷して燃料極前駆体を形成し、この燃料極前駆体の上にさらに電解質スラリーをスクリーン印刷した後に90℃で1時間乾燥することによって、厚さ15μmの電解質前駆体が形成された燃料電池ハーフセルを作製した。なお、使用した電解質スラリーは、10モル%スカンジアと1モル%セリアで安定化されたジルコニア粉末(第一稀元素製、10Sc1CeSZ)にバインダーとしてヒドロキシエチルセルロース、溶剤として水を用いた以外は上記実施例1と同様にして調製した。この燃料電池ハーフセル前駆体10枚を150mmφのNiAl2O4板上に図5のように積重ね、上記実施例1と同様にガス炉で最高温度1350℃で2時間焼成して焼付け、燃料電池ハーフセルを作製した。
上記実施例1〜3の図2、4、6のように積重ねた燃料電池セル前駆体の積重体において、図7〜9に示す如く異種層同士(例えば図7でいえば燃料極と空気極前駆体)が接するように積重ねた以外は実施例1〜3と全く同様にして燃料電池セル(比較例1〜3)を作製した。
上記実施例1〜3と比較例1〜3の燃料電池セルの表面につきEPMA観察により元素分析を行なった。また、電流密度が0.6A/cm2の時の発電特性を電流遮断法により測定した。使用した燃料ガスと空気極ガスは3%加湿H2ガスと空気であり、集電体としてはPtメッシュを用いた。測定温度は、実施例1と比較例1のセルでは950℃とし、実施例2と3および比較例2と3では800℃とした。結果を表1に示す。
Claims (4)
- 平板型燃料電池セルを製造する方法であって、
電解質の少なくとも一方の表面上または電解質上に形成された中間層上に、燃料極前駆体、空気極前駆体および中間層前駆体よりなる群から選択される1以上を形成して燃料電池ハーフセル前駆体または燃料電池セル前駆体とし、さらに焼成することにより燃料極、空気極および/または中間層を焼付けるに際し、2以上の燃料電池ハーフセル前駆体または燃料電池セル前駆体を同時に処理するに当たり、燃料極前駆体同士、空気極前駆体同士または中間層前駆体同士が接するように積重ね、且つ、上記中間層としては、ガドリニウムドープセリア、イットリアドープセリアまたはサマリウムドープセリアを材料とするものを用いることを特徴とする平板型燃料電池セルの製造方法。 - 平板型燃料電池セルを製造する方法であって、
電極基板の片面上または電極基板上に形成された電解質および/または中間層の上に、電解質前駆体、中間層前駆体、燃料極前駆体および空気極前駆体よりなる群から選択されるものを形成して燃料電池ハーフセル前駆体または燃料電池セル前駆体とし、さらに焼成することにより電解質、中間層、燃料極または空気極を焼付けるに際し、2以上の燃料電池ハーフセル前駆体または燃料電池セル前駆体を同時に処理するに当たり、電解質前駆体同士、中間層前駆体同士、燃料極前駆体同士または空気極前駆体同士が接するように積重ね、且つ、上記中間層としては、ガドリニウムドープセリア、イットリアドープセリアまたはサマリウムドープセリアを材料とするものを用いることを特徴とする平板型燃料電池セルの製造方法。 - 最下段の燃料電池ハーフセル前駆体または燃料電池セル前駆体の下にセッターを敷き、
当該セッターとして、最下段の燃料電池ハーフセル前駆体または燃料電池セル前駆体の下側層である電解質、燃料極、空気極、中間層または電極基板の成分と同様の成分を含むものを使用する請求項1または2に記載の平板型燃料電池セルの製造方法。 - 最上段の燃料電池ハーフセル前駆体または燃料電池セル前駆体の上にカバー用セッターを載置し、
当該カバー用セッターとして、最上段の燃料電池ハーフセル前駆体または燃料電池セル前駆体の上側層である電解質、燃料極、空気極、中間層または電極基板の成分と同様の成分を含むものを使用する請求項1〜3のいずれかに記載の平板型燃料電池セルの製造方法。
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