JP4633481B2 - 固体酸化物形燃料電池スタック及びその作製方法 - Google Patents
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Description
(1)イットリア安定化ジルコニア〔YSZ:(Y2O3)X(ZrO2)1-X(式中、x=0.05〜0.15)〕。
(2)スカンジア安定化ジルコニア〔(Sc2O3)X(ZrO2)1-X(式中、x=0.05〜0.15)〕。
(3)イットリアドープセリア〔(Y2O3)X(CeO2)1-X(式中、x=0.02〜0.4)〕。
(4)ガドリアドープセリア〔(Gd2O3)X(CeO2)1-X(式中、x=0.02〜0.4)〕。
中間層を有する模擬的なSOFCセルと中間層を有しない模擬的なSOFCセルを作製し、中間層の有無による効果を確認するため、それら両SOFC模擬セルについて性能試験を実施した。図4(a)〜(b)はそれらの模擬的SOFCセルを説明するための参考図である。図4(a)は、インターコネクタとして中間層を有するインターコネクタで構成したセル(以下“実施例SOFC模擬セル”とする)、図4(b)は、従来のセルで、インターコネクタとして中間層を有しないインターコネクタで構成したセル(以下“比較例SOFC模擬セル”とする)である。
中間層を有するインターコネクタで構成したセルを以下のようにして作製した。多孔質のYSZからなる支持基板を用意した。図4(a)中、1として示す部材である。その上面にNi−YSZサーメットからなるアノード層を配置した。図4(a)中、2として示す層である。そのアノード層の面上に、その中央部に間隔を置き、その左右両側にYSZからなる電解質を配置した。図4(b)中、3、3として示す部材である。左右両側の電解質3、3間に上記中央部の間隔に相当する凹部を形成している。
中間層を有しないインターコネクタで構成したセルを以下のようにして作製した。上記〈実施例SOFC模擬セルの作製〉と同様にして、支持基板1の上面にアノード層2を配置した。そのアノード層2の面上に、その中央部に間隔を置き、その左右両側に電解質を配置した。図4(b)中、3、3として示す部材である。左右両側の電解質3、3間に上記中央部の間隔に相当する凹部を形成している。これら各部材の構成材料はそれぞれ実施例SOFC模擬セルでの材料と同じである。
以上のようにして作製した“実施例SOFC模擬セル”と“比較例SOFC模擬セル”のそれぞれについて性能試験を実施した。本性能試験は、常法に従い、支持基板1側に水素を、インターコネクタ側に空気を流し、作動温度を750℃とし、電流密度を0.32Aと一定にして実施した。図5はその結果を示す図である。図5中、横軸は時間(h)、縦軸はアノード/インターコネクタ間の接触抵抗電圧である。この電圧が高いほど、セルにしたときの性能が悪いことになる。
〈実施例SOFCセルスタックの作製〉
前述図2に示す順序に従い、中間層を有するインターコネクタで構成したセルスタックを以下のようにして作製した。多孔質のYSZからなる支持基板を用意した。図2中、1として示す部材である。その上面にNi−YSZサーメットからなるアノード層を配置した。図2中、2として示す層である。そのアノード層の面上の左右側に、薄い金属薄板の枠を用いて9個のYSZからなる電解質を間隔を置いて配置した。
中間層を有しないインターコネクタで構成したセルスタックを以下のようにして作製した。上記実施例SOFCセルスタックの作製と同様にして、支持基板1の上面にアノード層を配置した。そのアノード層の面上に間隔を置いて9個の電解質を配置した。図2で云えば、符号3、3として示す部材であり、アノード層の面上で且つ両電解質3、3間に凹部4(上記間隔に相当する)を形成している。電解質は9個であり、凹部4は各電解質間にそれぞれ形成したので8箇所である。これら各部材の構成材料はそれぞれ実施例SOFCセルスタックでの材料と同じである。
以上のように作製した“実施例SOFCセルスタック”と“比較例SOFCセルスタック”について性能試験を実施した。本性能試験は、常法に従い、実施例SOFCセルスタックと比較例SOFCセルスタックをそれぞれ図7に示すようにセットし、アノード側に水素を、カソード側に空気を流し、作動温度を700℃とし、電流密度を0.2A/cm2と一定にして実施した。なお、図7中、カソードとインターコネクタ間の接続部材(すなわちインターコネクタAの一部)の記載は省略している。図8〜9はその結果を示す図である。図8〜9中、横軸は時間(h)、縦軸はスタック電圧(V)である。
2 アノード
3 電解質
4 凹部(中間層となる)
5 カソード
6 燃料の流通部(燃料流路)
7 燃料導入口
8 燃料排出口
A インターコネクタ
B 中間層(インターコネクタ)
10 支持基板
11 燃料の流通部(燃料流路)
12 セル
21 基体管
22 アノード
23 電解質
24 カソード
25 セル
26 インターコネクタ
27 セラミックス系接着剤
28 導電性基体管
Claims (8)
- 内部に燃料の流通部を有する支持基板の表面に、順次、アノード、電解質及びカソードからなる複数のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックであって、隣接するセルのアノードとインターコネクタとの間に中間層としてAgとNiOを含むコンポジット材料を配するとともに、その上面及び電解質を覆ってAgとガラスを含むコンポジット材料からなるインターコネクタを配してなることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタック。
- 請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記中間層のコンポジット材料におけるAgとNiOとの配合割合が重量比で5:5から1:9の範囲であることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタック。
- 前記横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックが、円筒状の横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックであることを特徴とする請求項1または2に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタック。
- 前記横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックが、断面矩形状、断面四角形状または断面楕円形状の支持基板の長手方向に複数のセルを配置した横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックであることを特徴とする請求項1または2に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタック。
- 内部に燃料の流通部を有する支持基板の表面に、順次、アノード、電解質及びカソードからなる複数のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法であって、隣接するセルのアノードとインターコネクタとの間に中間層としてAgとNiOを含むコンポジット材料を配するとともに、その上面及び電解質を覆ってAgとガラスを含むコンポジット材料からなるインターコネクタを配することを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
- 請求項5に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法において、前記中間層のコンポジット材料におけるAgとNiOとの配合割合が重量比で5:5から1:9の範囲であることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
- 前記横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックが、円筒状の横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックであることを特徴とする請求項5または6に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
- 前記横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックが、断面矩形状、断面四角形状または断面楕円形状の支持基板の長手方向に複数のセルを配置した横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックであることを特徴とする請求項5または6に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
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