JP4683889B2 - FUEL CELL, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND FUEL CELL - Google Patents
FUEL CELL, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND FUEL CELL Download PDFInfo
- Publication number
- JP4683889B2 JP4683889B2 JP2004281670A JP2004281670A JP4683889B2 JP 4683889 B2 JP4683889 B2 JP 4683889B2 JP 2004281670 A JP2004281670 A JP 2004281670A JP 2004281670 A JP2004281670 A JP 2004281670A JP 4683889 B2 JP4683889 B2 JP 4683889B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- support substrate
- gas flow
- fuel cell
- distance
- molded body
- 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 - Lifetime
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 100
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 135
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 19
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 7
- 230000004323 axial length Effects 0.000 claims description 6
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 101
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 21
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 18
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 18
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 10
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 229910002080 8 mol% Y2O3 fully stabilized ZrO2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 2
- PTIQFRFYSQUEOU-UHFFFAOYSA-N [Co]=O.[La] Chemical compound [Co]=O.[La] PTIQFRFYSQUEOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GZHZIMFFZGAOGY-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Fe+2].[La+3] Chemical compound [O-2].[Fe+2].[La+3] GZHZIMFFZGAOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005822 acrylic binder Polymers 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[La+3] NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- UOROWBGGYAMZCK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+) manganese(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[La+3].[Mn+2] UOROWBGGYAMZCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002127 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
Images
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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池に関し、特に、7kW未満の家庭用、店舗用として好適に用いられる分散型発電用の燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell, a method for producing the same, and a fuel cell, and more particularly to a fuel cell for distributed power generation suitably used for homes and stores of less than 7 kW, a method for producing the same, and a fuel cell.
近年、次世代エネルギーとして、セルスタックを収納容器内に収納した燃料電池が種々提案されている。
Recently, as a next-generation energy, fuel cells have been proposed for accommodating the cell Luz tuck storage container.
図5は、従来の固体電解質形燃料電池の燃料電池セル1を示すもので、燃料電池セル1は、軸長方向に複数のガス流路3を有する多孔質の支持体を兼ねた扁平な空気極からなる内側電極1a上の外周面に、緻密質な固体電解質1b、多孔質な燃料極からなる外側電極1cが順次形成されている。また、固体電解質1b、外側電極1cから露出した内側電極1aには、外側電極1cに接続しないようにインターコネクタ1dが設けられ、内側電極1aと電気的に接続している。
FIG. 5 shows a fuel cell 1 of a conventional solid oxide fuel cell. The fuel cell 1 is flat air that also serves as a porous support having a plurality of
このような燃料電池セル1では形状を扁平状とすることにより、燃料電池セル1当たりの発電部の面積を増加させることができ、発電量を増加させることができる。 In such a fuel cell 1, by making the shape flat, the area of the power generation unit per fuel cell 1 can be increased, and the amount of power generation can be increased.
燃料電池は、上記燃料電池セル1を収納容器内に複数収納して構成され、例えば、内側電極1a内部に酸素ガス注入管5を通じて酸素含有ガスを供給し、外側電極1cの外側に燃料ガス(水素)を供給して約1000℃で発電される。
The fuel cell is configured by storing a plurality of the fuel cells 1 in a storage container. For example, an oxygen-containing gas is supplied to the inside of the inner electrode 1a through an oxygen
この燃料電池セル1の内側電極1aと固体電解質1b、外側電極1cが重なり合っている部分が発電部であり、この発電部で発生した電流は内側電極1aを電流経路とし、インターコネクタ1dを介して他の燃料電池セル1へと接続される。
このような燃料電池セル1の内側電極1aは長尺形状をなすため、一般的に押出成形などで成形され、乾燥工程、仮焼工程を経て作製されるが、このような押出成形で成形された内側電極1aの成形体は乾燥工程、仮焼工程において、内側電極1aの側面とガス流路3との間A、ガス流路3間Bに割れが発生する傾向にあり、信頼性を十分に確保できないといった問題があった。
Since the inner electrode 1a of such a fuel battery cell 1 has a long shape, it is generally formed by extrusion molding or the like, and is manufactured through a drying process and a calcining process. The molded body of the inner electrode 1a tends to crack between the side surface of the inner electrode 1a and the
即ち、押出成形で成形された内側電極1aの成形体は、乾燥工程での水分の蒸発や、仮焼工程での有機バインダー成分の分解に伴い収縮が発生する。ガス流路3間距離が短い場合には、成形体外表面が収縮するよりも、成形体内部にあるガス流路3間が先に収縮するため、割れが発生しやすいという問題があった。
That is, the molded body of the inner electrode 1a formed by extrusion molding contracts with evaporation of moisture in the drying process and decomposition of the organic binder component in the calcination process. When the distance between the
特に、ガス供給量を増加させるべくガス流路3の径を大きくしたり、電流経路を短くすべく内側電極1aの厚みを薄くしたりすると、内側電極1aに割れが発生しやすいという問題があった。
In particular, if the diameter of the
従来においては、上記観点については何ら考慮されていなかったため、燃料電池セルの製造歩留まりが低かった。さらに、作製された燃料電池セルでも、ガス流路間の距離と、ガス流路から支持基板までの距離との関係、及びガス流路から支持基板までの距離とガス流路から支持基板の側面までの距離との関係については何ら考慮されておらず、このため最適な支持基板構造が得られていなかった。 Conventionally, since the above viewpoint has not been taken into consideration, the production yield of fuel cells has been low. Further, even in the manufactured fuel cell, the relationship between the distance between the gas flow paths and the distance from the gas flow path to the support substrate, and the distance from the gas flow path to the support substrate and the side surface of the support substrate from the gas flow path No consideration was given to the relationship with the distance to the distance, and therefore an optimal support substrate structure was not obtained.
本発明は、最適な支持基板構造を有する燃料電池セル及び燃料電池を提供すること、及び製造歩留まりの高い燃料電池セルの製法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the fuel cell and fuel cell which have the optimal support substrate structure, and to provide the manufacturing method of a fuel cell with a high manufacturing yield.
本発明者等は、ガス流路間の距離とガス流路から支持基板成形体の主面までの距離との関係、及びガス流路から支持基板成形体の主面までの距離とガス流路から支持基板成形体の側面までの距離との関係が一定の関係を満足する場合には、製造工程中において、支持基板成形体の側面とガス流路との間、ガス流路間における割れを防止できることを見出した。また、作製された燃料電池セルでは、ガス流路内のガスを、ガス流路から支持基板を介して固体電解質に十分供給でき、また、起動停止を繰り返した際にも割れ発生の少ないことを見出し、本発明に至った。 The inventors have described the relationship between the distance between the gas flow paths and the distance from the gas flow path to the main surface of the support substrate molded body, and the distance from the gas flow path to the main surface of the support substrate molded body and the gas flow path. When the relationship from the distance from the side surface of the support substrate molded body to the side surface of the support substrate satisfies a certain relationship, cracks between the side surface of the support substrate molded body and the gas flow path and between the gas flow paths occur during the manufacturing process. I found out that it can be prevented. Further, in the manufactured fuel cell, the gas in the gas flow path can be sufficiently supplied from the gas flow path to the solid electrolyte via the support substrate, and the occurrence of cracks is small even when the start and stop are repeated. The headline and the present invention were reached.
即ち、本発明の燃料電池セルは、断面形状が、幅方向両端に設けられた弧状部と、これらの弧状部を連結する一対の平坦部とから構成されており、断面円形の複数のガス流路が軸長方向に貫通して形成された多孔質の支持基板を有し、該支持基板上に固体電解質、電極を形成してなる燃料電池セルであって、前記ガス流路から前記支持基板の主面までの距離をL1、前記ガス流路間の距離をL2、前記支持基板の側面側に位置する前記ガス流路から前記支持基板の側面までの距離をL3としたとき、L2>L1、L3>L1を満足することを特徴とする。
That is, the fuel battery cell of the present invention has a cross-sectional shape composed of arc-shaped portions provided at both ends in the width direction and a pair of flat portions connecting these arc-shaped portions, and a plurality of gas flows having a circular cross-section. A fuel cell having a porous support substrate formed so that a passage passes through in the axial length direction, and a solid electrolyte and an electrode are formed on the support substrate, and the support substrate from the gas flow path L2> L1 where L1 is the distance to the main surface of the substrate, L2 is the distance between the gas channels, and L3 is the distance from the gas channel located on the side surface of the support substrate to the side surface of the support substrate. , L3> L1 is satisfied.
このような燃料電池セルでは、ガス流路から支持基板の主面までの距離が薄くなるため、支持基板に設けられる固体電解質までの距離が短くなり、ガス流路内のガスを固体電解質に十分に供給することが可能となり、また、ガス流路間の距離が長いため、支持基板の主面間のガス流路間を介して電流が直線状に流れることができ、電流経路を短くすることができ、発電特性を向上できる。また、ガス流路と支持基板の側面との距離が長いため、その部分の強度を十分に得ることができ、起動停止を繰り返しても割れの発生を抑制できる。
In such a fuel cell, since the distance from the gas flow path to the main surface of the support substrate is thin, the distance to the solid electrolyte provided on the support substrate is shortened, and the gas in the gas flow path is sufficient for the solid electrolyte. In addition, since the distance between the gas flow paths is long, the current can flow in a straight line between the gas flow paths between the main surfaces of the support substrate, and the current path is shortened. Power generation characteristics can be improved. In addition, since the distance between the gas flow path and the side surface of the support substrate is long, the strength of that portion can be sufficiently obtained, and the occurrence of cracks can be suppressed even if the start and stop are repeated.
本発明の燃料電池セルの製法は、断面形状が、幅方向両端に設けられた弧状部と、これらの弧状部を連結する一対の平坦部とから構成されており、断面円形の複数のガス流路が軸長方向に貫通して形成された多孔質の支持基板を有し、該支持基板上に固体電解質、電極を形成してなる燃料電池セルの製法であって、断面形状が、幅方向両端に設けられた弧状部と、これらの弧状部を連結する一対の平坦部とから構成されており、断面円形の複数のガス流路が軸長方向に貫通して形成された支持基板成形体を形成する工程を具備するとともに、前記支持基板成形体が、前記ガス流路から前記支持基板成形体の主面までの距離をL11、前記ガス流路間の距離をL12、前記支持基板成形体の側面側に位置する前記ガス流路から前記支持基板成形体の側面までの距離をL13としたとき、L12>L11、L13>L11を満足することを特徴とする。
The fuel cell manufacturing method of the present invention has a cross-sectional shape composed of arc-shaped portions provided at both ends in the width direction and a pair of flat portions that connect these arc-shaped portions, and a plurality of gas flows having a circular cross-section. A method of manufacturing a fuel cell having a porous support substrate formed by penetrating a passage in an axial length direction, and forming a solid electrolyte and an electrode on the support substrate, wherein a cross-sectional shape is a width direction A support substrate molded body formed of an arc-shaped portion provided at both ends and a pair of flat portions that connect these arc-shaped portions, and a plurality of gas passages having a circular cross section are formed through the axial length direction. with including a step of forming the support substrate compact is, the distance L11 from the gas flow path to the main surface of the supporting substrate molded body, the distance between the gas flow path L12, the support substrate molded body The support substrate is formed from the gas flow channel located on the side of the substrate When the distance to the side surface of the body is L13 , L12> L11 and L13> L11 are satisfied.
このような燃料電池セルの製法では、ガス流路から支持基板成形体の主面までの距離をL11、ガス流路間の距離をL12、前記支持基板成形体の側面側に位置する前記ガス流路から前記支持基板成形体の側面までの距離をL13としたとき、L12>L11、L13>L11とすることで、乾燥工程等による収縮がガス流路間よりも外表面(ガス流路から支持基板の主面まで)から先に起こるため、ガス流路間に発生する収縮による引っ張り応力を緩和することができ、割れの発生を抑制できる。また、収縮が最も早く進行する外周側面(ガス流路から支持基板成形体の側面まで)に収縮により発生する応力を、乾燥収縮を遅くすることにより緩和することができ、ガス流路と支持基板成形体の側面との間に発生する割れを抑制できる。
In such a fuel cell manufacturing method, the distance from the gas flow path to the main surface of the support substrate molded body is L11, the distance between the gas flow paths is L12 , and the gas flow located on the side surface side of the support substrate molded body is When the distance from the path to the side surface of the support substrate molded body is L13 , the shrinkage due to the drying process or the like is caused by the drying process or the like on the outer surface (supported from the gas flow path) by setting L12> L11 and L13> L11. Since this occurs first from the main surface of the substrate, the tensile stress due to the contraction generated between the gas flow paths can be relaxed, and the occurrence of cracks can be suppressed. In addition, the stress generated by the shrinkage on the outer peripheral side surface (from the gas flow path to the side surface of the support substrate molded body) where the shrinkage proceeds most quickly can be alleviated by slowing the drying shrinkage. Cracks occurring between the side surfaces of the molded body can be suppressed.
また、本発明の燃料電池セルの製法は、L11が0.5mm以上であることが望ましい。このような燃料電池セルの製法では、支持基板成形体の収縮にともない外表面(ガス流路から支持基板成形体の主面まで)に発生する、応力による割れの発生を抑制できる。 Moreover, as for the manufacturing method of the fuel battery cell of this invention, it is desirable that L11 is 0.5 mm or more. In such a fuel cell manufacturing method, it is possible to suppress the occurrence of cracking due to stress that occurs on the outer surface (from the gas flow path to the main surface of the support substrate molded body) as the support substrate molded body contracts.
本発明の燃料電池は、上記した燃料電池セルを収納容器内に複数収納してなることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルの発電特性を向上でき、しかも破損を防止できるため、信頼性に優れた発電特性の良好な燃料電池を提供できる。 The fuel cell of the present invention is characterized in that a plurality of the above-described fuel cells are accommodated in a storage container. In such a fuel cell, the power generation characteristics of the fuel battery cell can be improved and damage can be prevented, so that a fuel cell with excellent reliability and power generation characteristics can be provided.
本発明の燃料電池セルでは発電特性を向上でき、劣化や破損を低減できる。また、本発明の燃料電池セルの製法では、製造工程中における破損を防止し、製造歩留まりを向上できる。 In the fuel cell of the present invention, power generation characteristics can be improved, and deterioration and breakage can be reduced. Moreover, in the manufacturing method of the fuel cell of the present invention, damage during the manufacturing process can be prevented, and the manufacturing yield can be improved.
本発明の燃料電池セルは、図1に示すように、断面が板状で、全体的に見て板状で、かつ柱状の多孔質な導電性支持体(以下、支持基板)33aを具備するもので、この支持基板33aの平坦な一方側主面と両端の弧状の側面を覆うように、多孔質な燃料側電極33bが設けられており、さらにこの燃料側電極33bを覆うように緻密質な固体電解質33cが積層されており、この固体電解質33cの上には酸素側電極33dが順次積層されている。また、前記酸素側電極33dと反対側の支持基板33aの平坦な他方側主面には中間膜33e、インターコネクタ33f、P型半導体33gが順次積層されている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell of the present invention has a plate-like cross section, a plate shape as a whole, and a columnar porous conductive support (hereinafter referred to as a support substrate) 33a. Therefore, a porous
また、本発明の燃料電池セルは、全体的に見て板状でかつ柱状であり、その内部の支持基板33aには断面円形の6個のガス流路34が軸長(長さ)方向に形成されている。
The fuel cell of the present invention is plate-like and columnar as a whole, and six
即ち、燃料電池セル33は、断面形状が、幅方向両端に設けられた弧状部Bと、これらの弧状部Bを連結する一対の平坦部Aとから構成されており、一対の平坦部Aは平坦であり、ほぼ平行に形成されている。これらの燃料電池セル33の平坦部Aのうち一方は、支持基板33aの一方側主面上に燃料側電極33b、固体電解質33c、酸素側電極33dを形成して構成され、他方の平坦部Aは、支持基板33aの他方側主面上に中間膜33e、インターコネクタ33f、P型半導体33gを形成して構成されている。
That is, the
固体電解質33cは、支持基板33aの一方側主面から両側の側面を介して他方側主面にまで延設され、インターコネクタ33fと重畳している。
The
燃料側電極33b、固体電解質33c、酸素側電極33dが重なり合っている部分が発電部である。この発電部分は弧状部Bにまで形成されていてもかまわない。なお、燃料電池セル33において、平坦部Aに形成された発電部が主たる発電部である。
The portion where the
なお、弧状部Bは、発電に伴う加熱や冷却に伴い発生する熱応力を緩和するため、曲面となっていることが望ましい。 In addition, it is desirable that the arc-shaped portion B has a curved surface in order to relieve the thermal stress generated due to heating and cooling accompanying power generation.
また、支持基板33aの長径寸法(弧状部を形成する支持基板の側面間距離)は15〜40mm、短径寸法(平坦部を形成する主面間距離)が2〜10mmであることが望ましい。なお、支持基板33aの形状は板状と表現しているが、長径寸法および短径寸法が変化することにより楕円状あるいは扁平状とも表現できる。
In addition, it is desirable that the major dimension of the
支持基板33aの厚みが薄くなるほど、割れが発生しやすいため、支持基板33aの主面間の距離が、特に8mm以下、さらには5mm以下の場合に本発明を用いると効果的である。
As the thickness of the
また、支持基板33aには、図2に示すように、6個のガス流路34が軸長方向に貫通して形成されており、その開口端におけるガス流路34間距離L2は、乾燥収縮が外表面から起きるようにし、ガス流路間に発生する割れを防止すると言う点から1〜3mmとされている。また、最も支持基板33aの側面に近いガス流路34と支持基板33aの側面との距離L3は、乾燥収縮の起きる速度を緩和し、側面部に発生する割れを防止するという点から1〜3mmとされている。さらに、ガス流路34と支持基板33aの主面との距離L1は、外表面で発生する乾燥収縮による応力を緩和させるという点から0.5〜1mmとされている。
Further, as shown in FIG. 2, six
そして、本発明の燃料電池セルでは、ガス流路34から支持基板33aの主面までの距離をL1、ガス流路34と隣接するガス流路34との間の距離をL2、ガス流路34から支持基板33aの側面までの距離をL3としたとき、L2>L1、L3>L1の関係を満足している。このような関係式を満足することにより、薄い支持基板33aのガス流路34間の距離L2が大きいため、その間を電流が直線状に流れることができ、インターコネクタ33fと酸素側電極33d間の電流経路を短くすることができる。また、ガス流路34間の距離L2よりも、ガス流路34から支持基板33aの主面までの距離L1が短いため、ガス流路34を流れる燃料ガスが、ガス流路34間で相互に流通するよりも、支持基板33aの主面へ流れやすくなり、支持基板33a、燃料電極33bを介して固体電解質33cへ十分に供給することができる。
In the fuel cell of the present invention, the distance from the
さらに、ガス流路34から支持基板33aの側面までの距離L3がガス流路34と支持基板33aの主面との距離L1よりも長いため、燃料電池の起動停止を繰り返したとしても、側面部分におけるクラックを防止できる。さらには、このような燃料電池セルでは、高い燃料利用率で発電を行った場合でも、ガス流路出口付近の支持基板が劣化あるいは破損することが無い。
Furthermore , since the distance L3 from the
尚、ガス流路34から支持基板33aの主面までの距離L1は、支持基板33aの主面に平行で、ガス流路34に接する直線と、支持基板33aの主面との距離を測定することにより得られる。また、ガス流路34間の距離L2は、それぞれに接する平行な直線(主面と直交)間の距離を測定することにより得られる。さらに、ガス流路34から支持基板33aの側面までの距離L3は、最も外側に位置するガス流路34と、支持基板33aの側面に接する平行な直線(主面と直交)間の距離を測定することにより得られる。
The distance L1 from the
この支持基板33aは、Y、Lu、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Sm及びPrから選ばれた1種以上からなる希土類元素酸化物と、Ni及び/又はNiOとを主成分とすることが望ましい。
This
支持基板33aとインターコネクタ33fの間に形成される中間膜33eは、Ni及び/またはNiOと希土類元素を含有するZrO2を主成分とするものである。中間膜33e中のNi化合物のNi換算量は全量中35〜80体積%が望ましく、さらに50〜70体積%が望ましい。Niを35体積%以上とすることで、Niによる導電パスが増加し、中間膜33eの伝導度が向上し、電圧降下が小さくなる。また、Niを80体積%以下とすることで、支持基板33aとインターコネクタ33fの間の熱膨張係数差を小さくすることができ、両者の界面の亀裂が発生を抑制できる。
The
また、電位降下が小さくなるという点から中間膜33eの厚みは20μm以下が望ましく、さらに、10μm以下が望ましい。
In addition, the thickness of the
中希土類元素や重希土類元素の酸化物の熱膨張係数は、固体電解質33cのY2O3を含有するZrO2の熱膨張係数より小さく、Niとのサーメット材としての支持基板33aの熱膨張係数を固体電解質33cの熱膨張係数に近づけることができ、固体電解質33cの割れや、固体電解質33cの燃料側電極33bからの剥離を抑制できる。熱膨張係数が小さい重希土類元素酸化物を用いることで、支持基板33a中のNiを多くでき、導電性支持体33aの電気伝導度を上げることができるという点からも重希土類元素酸化物を用いることが望ましい。
The thermal expansion coefficient of the medium rare earth element or heavy rare earth element oxide is smaller than the thermal expansion coefficient of ZrO 2 containing Y 2 O 3 of the
なお、軽希土類元素のLa、Ce、Pr、Ndの酸化物は、希土類元素酸化物の熱膨張係数の総和が固体電解質33cの熱膨張係数未満である範囲であれば、中希土類元素、重希土類元素に加えて含有されていても何ら問題はない。
The light rare earth elements La, Ce, Pr, and Nd oxides may be medium rare earth elements, heavy rare earth elements as long as the sum of the thermal expansion coefficients of the rare earth element oxides is less than the thermal expansion coefficient of the
また、精製途中の安価な複数の希土類元素を含む複合希土類元素酸化物を用いることにより原料コストを大幅に下げることができる。その場合も、複合希土類元素酸化物の熱膨張係数は固体電解質33cの熱膨張係数未満であることが望ましい。
Moreover, the raw material cost can be significantly reduced by using a complex rare earth element oxide containing a plurality of inexpensive rare earth elements in the course of purification. Also in that case, it is desirable that the thermal expansion coefficient of the complex rare earth element oxide is less than the thermal expansion coefficient of the
また、インターコネクタ33f表面に、例えば、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなるP型半導体33gを設けることが望ましい。インターコネクタ33f表面に直接金属の集電部材を配して集電すると非オーム接触により、電位降下が大きくなる。オーム接触をし、電位降下を少なくするためには、インターコネクタ33fにP型半導体33gを接続する必要があり、P型半導体である遷移金属ペロブスカイト型酸化物を用いることが望ましい。遷移金属ペロブスカイト型酸化物としては、ランタン−マンガン系酸化物、ランタン−鉄系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、又は、それらの複合酸化物の少なくとも一種からなることが望ましい。
Further, it is desirable to provide a P-
支持基板33aの主面に設けられた燃料側電極33bは、Niと希土類元素が固溶したZrO2とから構成される。この燃料側電極33bの厚みは1〜30μmであることが望ましい。燃料側電極33bの厚みを1μm以上とすることで、燃料側電極33bとしての3層界面が十分に形成される。また、燃料側電極33bの厚みを30μm以下とすることで固体電解質33cとの熱膨張差による界面剥離を防止できる。
The
この燃料側電極33bの主面に設けられた固体電解質33cは、3〜15モル%のY等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ZrO2からなる緻密なセラミックスから構成される。希土類元素としては、安価であるという点からYもしくはYbが望ましい。
The
固体電解質33cの厚みは、10〜100μmであることが望ましい。固体電解質33cの厚みを10μm以上とすることで、ガス透過を防止できる。また、固体電解質33cの厚みを100μm以下にすることで、抵抗成分の増加を抑制できる。
The thickness of the
また、酸素側電極33dは、遷移金属ペロブスカイト型酸化物のランタン−マンガン系酸化物、ランタン−鉄系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、または、それらの複合酸化物の少なくとも一種の多孔質の導電性セラミックスから構成されている。酸素側電極33dは、800℃程度の中温域での電気伝導性が高いという点から(La,Sr)(Fe,Co)O3系が望ましい。酸素側電極33dの厚みは、集電性という点から30〜100μmであることが望ましい。
The
インターコネクタ33fは、支持基板33aの内外の燃料ガス、酸素含有ガスの漏出を防止するため緻密体とされており、また、インターコネクタ33fの内外面は、燃料ガス、酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有している。
The
このインターコネクタ33fの厚みは、30〜200μmであることが望ましい。インターコネクタ33fの厚みを30μm以上とすることで、ガス透過を完全に防止でき、200μm以下とすることで、抵抗成分の増加を抑制できる。
The thickness of the
このインターコネクタ33fの端部と固体電解質33cの端部との間には、シール性を向上すべく例えば、Niと、Y2O3を固溶したZrO2とからなる接合層を介在させても良い。
Between the end of the
なお、上述した支持基板33aと、内側電極33bは、従来用いられている支持体を兼ねた内側電極に置き換えることが可能である。すなわち、支持基板33aと、内側電極33bとを、例えば、NiとYSZからなる燃料側電極等から形成してもよい。
The
以上のような燃料電池セル33の製法について説明する。先ず、La、Ce、Pr、Ndの元素を除く希土類元素酸化物粉末とNi及び/又はNiO粉末を混合し、この混合粉末に、有機バインダーと、溶媒とを混合した支持基板材料を押出成形して、図3に示すような板状の支持基板成形体55を作製し、これを乾燥、脱脂する。
The manufacturing method of the
支持基板成形体55は、長径寸法(弧状部を形成する支持基板成形体55の側面間距離)は15〜40mm、短径寸法(平坦部を形成する主面間距離)が2.5〜12.5mmであることが望ましい。支持基板成形体55の厚みが薄くなるほど、割れが発生しやすいため、支持基板成形体55の主面間の距離が、特に10mm以下、さらには6.3mm以下の場合に本発明を用いると効果的である。
The support substrate molded
また、支持基板成形体55には、6個のガス流路34が軸長方向に形成されており、その開口端におけるガス流路34間距離L12は1.2〜3.8mmとされ、ガス流路34と支持基板成形体55の側面との距離L13は、1.2〜3.8mmとされ、ガス流路34と支持基板成形体55の主面との距離L11は、0.6〜1.3mmとされている。
Further, six
そして、支持基板成形体55において、ガス流路34から支持基板成形体55主面までの距離をL11、ガス流路34とガス流路34の間の距離をL12、ガス流路34から支持基板成形体55の側面までの距離をL13としたとき、L12>L11、L13>L11の関係を満足している。このような関係を満足することにより、乾燥等による収縮がガス流路間よりも外表面から先に起こるため、ガス流路間に発生する収縮による引っ張り応力を緩和することができ、乾燥工程で多発していたガス流路間の割れを抑制できる。また、乾燥等による収縮が最も早く進行する外周側面の、収縮により発生する応力を、乾燥収縮を遅くすることにより緩和することができ、乾燥工程で多発していたガス流路と側面との間に発生する割れを抑制できる。
In the support substrate molded
ここで、L11は0.6mm以上であることが望ましい。これにより支持基板成形体55の収縮にともない外表面に発生する割れを抑制できる。
Here, L11 is desirably 0.6 mm or more. Thereby, the crack which generate | occur | produces in the outer surface with the shrinkage | contraction of the support substrate molded
また、乾燥条件は、室温で3日乾燥した後、80℃〜150℃の温度範囲で、2時間以上乾燥することが望ましい。さらに、乾燥後に、800〜1100℃の温度域で仮焼する。 Moreover, after drying at room temperature for 3 days, it is desirable to dry for 2 hours or more in a temperature range of 80 ° C. to 150 ° C. Furthermore, after drying, calcination is performed in a temperature range of 800 to 1100 ° C.
次に、Ni及び/又はNiO粉末と希土類元素が固溶したZrO2粉末と有機バインダーと溶媒とを混合し、燃料側電極成形体となるスラリーを作製する。 Next, Ni and / or NiO powder, ZrO 2 powder in which a rare earth element is dissolved, an organic binder, and a solvent are mixed to produce a slurry that becomes a fuel-side electrode molded body.
次に、前記支持基板成形体の一方側主面に燃料側電極となるスラリーをメッシュ製版を用いて2〜10μm厚みになるように塗布し、80〜150℃の温度で乾燥する。 Next, the slurry used as a fuel side electrode is apply | coated to the thickness of 2-10 micrometers using the mesh platemaking on the one side main surface of the said support substrate molded object, and it dries at the temperature of 80-150 degreeC.
次に、希土類元素が固溶したZrO2粉末と、有機バインダーと、溶媒を混合した固体電解質材料を用いてシート状の固体電解質成形体を作製する。次に、前記固体電解質成形体の一方側に前記燃料側電極となるスラリーを、焼成後5〜15μmの厚みになるように塗布し、前記支持基板成形体の一方側主面に形成された燃料側電極となる塗布膜に、固体電解質成形体の燃料側電極となる塗布膜が当接するように、かつ、固体電解質成形体の両端面が、他方側主面で所定間隔をおいて離間するように覆い巻き付け、80〜150℃の温度で乾燥する。 Next, a sheet-like solid electrolyte molded body is prepared using a solid electrolyte material in which a rare earth element is solid-solved ZrO 2 powder, an organic binder, and a solvent. Next, a slurry to be the fuel side electrode is applied to one side of the solid electrolyte molded body so as to have a thickness of 5 to 15 μm after firing, and the fuel formed on the one side main surface of the support substrate molded body The coating film serving as the fuel-side electrode of the solid electrolyte molded body is in contact with the coating film serving as the side electrode, and both end surfaces of the solid electrolyte molded body are spaced apart from each other at a predetermined interval on the other main surface. Wrap around and dry at a temperature of 80-150 ° C.
次に、ランタン−クロム系酸化物粉末と、有機バインダーと、溶媒を混合したインターコネクタ材料を用いてシート状のインターコネクタ成形体を作製する。 Next, a sheet-like interconnector molded body is prepared using an interconnector material in which a lanthanum-chromium oxide powder, an organic binder, and a solvent are mixed.
次に、Ni及び/又はNiO粉末、希土類元素が固溶したZrO2粉末、有機バインダー、溶媒を混合した中間膜成形体となるスラリーを作製し、前記インターコネクタ成形体の片方の面に塗布する。 Next, a slurry to be an intermediate film molded body in which Ni and / or NiO powder, ZrO 2 powder in which a rare earth element is solid-solved, an organic binder, and a solvent is mixed is prepared and applied to one surface of the interconnector molded body. .
次に、このシート状のインターコネクタ成形体にスラリーを塗布した面が、露出した支持基板成形体に当接するよう積層する。 Next, the sheet-like interconnector molded body is laminated so that the surface on which the slurry is applied comes into contact with the exposed support substrate molded body.
これにより、支持基板成形体の一方側主面に、燃料側電極成形体、固体電解質成形体を順次積層するとともに、他方側主面に中間膜成形体、インターコネクタ成形体が積層された積層成形体を作製する。なお、各成形体はドクターブレードによるシート成形や印刷、スラリーディップ、スプレーによる吹き付けなどにより作製することができ、または、これらの組み合わせにより作製してもよい。 Thereby, while laminating the fuel side electrode molded body and the solid electrolyte molded body sequentially on the one side main surface of the support substrate molded body, the intermediate film molded body and the interconnector molded body are laminated on the other side main surface. Create a body. In addition, each molded object can be produced by sheet | seat shaping | molding by a doctor blade, printing, slurry dip, spraying by spraying, etc., or may be produced by a combination thereof.
次に、積層成形体を脱脂処理し、酸素含有雰囲気中で1300〜1600℃で同時焼成する。 Next, the multilayer molded body is degreased and cofired at 1300 to 1600 ° C. in an oxygen-containing atmosphere.
次に、P型半導体である遷移金属ペロブスカイト型酸化物粉末と、溶媒とを混合し、ペーストを作製し、前記積層体をこのペースト中に浸漬し、固体電解質33b、インターコネクタ33fの表面にそれぞれ酸素側電極成形体、P型半導体成形体をディッピングにより形成するか、または、直接スプレー塗布し、1000〜1300℃で焼き付けることにより、本発明の燃料電池セル33を作製できる。
Next, a transition metal perovskite oxide powder, which is a P-type semiconductor, and a solvent are mixed to prepare a paste, and the laminate is dipped in the paste, and is respectively placed on the surfaces of the
なお、燃料電池セル33は、酸素含有雰囲気での焼成により、支持基板33a、燃料側電極33b、中間膜33e中のNi成分が、NiOとなっているため、その後、支持基板33a側から還元性の燃料ガスを流し、NiOを800〜1000℃で還元処理する。また、この還元処理は発電時に行ってもよい。
In addition, since the Ni component in the
セルスタックは、図4に示すように、複数の燃料電池セル33を複数集合せしめてなり、一方の燃料電池セル33と他方の燃料電池セル33との間に、金属フェルト及び/又は金属板からなる集電部材43を介在させ、一方の燃料電池セル33の支持基板33aを、該支持基板33aに設けられた中間膜33e、インターコネクタ33f、P型半導体33g、集電部材43を介して他方の燃料電池セル33の酸素側電極33dに電気的に接続して構成されている。
As shown in FIG. 4, the cell stack is formed by assembling a plurality of
集電部材43は、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という点から、Pt、Ag、Ni基合金、Fe−Cr鋼合金の少なくとも一種からなることが望ましい。なお、符号42は、燃料電池セルを直列に接続するための導電部材である。
The current collecting
本発明の燃料電池は、図4のセルスタックを、収納容器内に収納して構成されている。この収納容器には、外部から水素等の燃料ガス及び空気等の酸素含有ガスを燃料電池セル33に導入する導入管が設けられており、燃料電池セル33が所定温度に加熱されることにより発電し、使用された燃料ガス、酸素含有ガスは混合されて燃焼され、収納容器外に排出される。
The fuel cell of the present invention is configured by storing the cell stack of FIG. 4 in a storage container. This storage container is provided with an introduction pipe for introducing a fuel gas such as hydrogen and an oxygen-containing gas such as air into the
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、内側電極を酸素側電極から形成してもよい。また、酸素側電極33dと固体電解質33cとの間に、反応防止層を形成してもよい。
In addition, this invention is not limited to the said form, A various change is possible in the range which does not change the summary of invention. For example, the inner electrode may be formed from an oxygen side electrode. Further, a reaction preventing layer may be formed between the
また、支持基板33aと内側電極33bを同じ組成で形成してもよく、例えば、NiとY2O3を固溶したZrO2を用いてもよい。この場合には、支持基板33aと内側電極33bとが、支持体を兼ねる内側電極に置き換えられることになる。
Further, the
先ず、NiO粉末をNi金属換算で48体積%、Y2O3粉末を52体積%となるよう混合し、この混合物に、ポアー剤と、セルロース系バインダーからなる有機バインダーと、水からなる溶媒とを加え、混合した支持基板材料を押出成形して、図3に示すような板状の支持基板成形体を、各々の条件で30本作製した。 First, NiO powder is mixed to 48 volume% in terms of Ni metal, and Y 2 O 3 powder is mixed to 52 volume%, and this mixture is mixed with a pore agent, an organic binder composed of a cellulose-based binder, and a solvent composed of water. And the mixed support substrate material was extrusion molded to produce 30 plate-shaped support substrate molded bodies as shown in FIG. 3 under each condition.
なお、押出成形の際に、支持基板成形体のガス流路の位置関係を、L11、L12、L13が、表1に示す寸法になるよう変化させた。 In the extrusion molding, the positional relationship of the gas flow paths of the support substrate molded body was changed so that L11, L12, and L13 had the dimensions shown in Table 1.
ガス流路数は6個であり、その形状は断面円形とし、その直径を変化させ、また、支持基板成形体の厚みや支持基板成形体の側面間距離を変化させることにより、L11、L12、L13を変化させた。 The number of gas flow paths is 6, the shape is circular in cross section, the diameter is changed, and the thickness of the support substrate molded body and the distance between the side surfaces of the support substrate molded body are changed, so that L11, L12, L13 was changed.
これらの支持基板成形体を室温乾燥後、130℃の条件で乾燥した。この後、ガス流路間の割れ、支持基板成形体の側面における割れを目視にて観察し、その割合を表1に記載した。この後、焼成後に長さが200mmとなるように支持基板成形体を加工し、1000℃で仮焼した。 These support substrate molded bodies were dried at room temperature and then dried at 130 ° C. Then, the crack between gas flow paths and the crack in the side surface of a support substrate molded object were observed visually, and the ratio was described in Table 1. Thereafter, the support substrate molded body was processed so as to have a length of 200 mm after firing, and calcined at 1000 ° C.
次に、8YSZ粉末(Y2O3を8モル含有するZrO2)にアクリル系バインダーとトルエンを加え、固体電解質成形体となるスラリーを作製し、ドクターブレード法にてシート状の固体電解質成形体を作製した。 Next, an acrylic binder and toluene are added to 8YSZ powder (ZrO 2 containing 8 mol of Y 2 O 3 ) to produce a slurry that becomes a solid electrolyte molded body, and a sheet-shaped solid electrolyte molded body is obtained by a doctor blade method. Was made.
次に、NiO粉末を金属Ni換算量で48体積%、8YSZ粉末(Y2O3を8モル含有するZrO2)を52体積%となるように混合し、アクリル系バインダーとトルエンを加え、燃料側電極成形体となるスラリーを作製した。 Next, 48% by volume of NiO powder in terms of metallic Ni and 8YSZ powder (ZrO 2 containing 8 mol of Y 2 O 3 ) are mixed to 52% by volume, an acrylic binder and toluene are added, and fuel is added. The slurry used as the side electrode molded object was produced.
この燃料側電極成形体となるスラリーを、前記支持基板成形体の一方側主面の表面にメッシュ製版を用いて塗布し、130℃の温度で乾燥した。 The slurry to be the fuel-side electrode molded body was applied to the surface of one side main surface of the support substrate molded body using a mesh plate making and dried at a temperature of 130 ° C.
また、上記燃料側電極成形体となるスラリーを前記固体電解質成形体にスクリーン印刷し、130℃の温度で乾燥した。 Moreover, the slurry used as the said fuel side electrode molded object was screen-printed on the said solid electrolyte molded object, and it dried at the temperature of 130 degreeC.
次に、支持基板成形体に形成された燃料側電極成形体の塗布膜に、固体電解質成形体の燃料側電極となる塗布膜が当接し、その両端間が他方側主面で所定間隔をおいて離間するように巻き付け、乾燥した。 Next, the coating film to be the fuel-side electrode of the solid electrolyte molded body comes into contact with the coating film of the fuel-side electrode molded body formed on the support substrate molded body, and a gap between both ends of the coating film on the other side main surface is a predetermined interval. Then, it was wound so as to be separated and dried.
次に、ランタン−クロム系酸化物粉末と、有機バインダーと、溶媒を混合したインターコネクタ材料を用いてシート状のインターコネクタ成形体を作製した。 Next, a sheet-like interconnector molded body was prepared using an interconnector material in which a lanthanum-chromium oxide powder, an organic binder, and a solvent were mixed.
次に、Ni及び/又はNiO粉末、希土類元素が固溶したZrO2粉末、有機バインダー、溶媒を混合した中間膜成形体となるスラリーを作製し、前記インターコネクタ成形体の片方の面に塗布した。 Next, a slurry to be an intermediate film molded body in which Ni and / or NiO powder, ZrO 2 powder in which a rare earth element is solid-solved, an organic binder, and a solvent was mixed was prepared and applied to one surface of the interconnector molded body. .
次に、このシート状のインターコネクタ成形体にスラリーを塗布した面が、露出した支持基板成形体に当接するよう積層し、この積層体を脱バインダー処理し、大気中にて1500℃で同時焼成した。 Next, the sheet-like interconnector molded body is laminated so that the surface on which the slurry is applied is in contact with the exposed support substrate molded body, and this laminated body is debindered and co-fired at 1500 ° C. in the atmosphere. did.
次に、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3粉末と、ノルマルパラフィンからなる溶媒とから、酸素側電極スラリーを作製し、このスラリーを固体電解質に吹き付け、酸素側電極成形体を形成し、また、上記スラリーを焼成したインターコネクタ33fの外面に塗布し、1150℃で焼き付け、P型半導体33gを形成し、図1に示すような本発明の燃料電池セル33を作製した。
Next, an oxygen-side electrode slurry is prepared from La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 powder and a solvent composed of normal paraffin, and this slurry is sprayed on the solid electrolyte, An electrode molded body is formed, and the slurry is applied to the outer surface of the fired
燃料側電極33bと酸素側電極33dの間に形成された固体電解質33cの厚みは40μm、酸素側電極33dの厚みは50μm、燃料側電極33bの厚みは10μm、インターコネクタ33fの厚みは50μm、P型半導体33gの厚みは50μmであった。また、それぞれの燃料電池セル33の両端部にはそれぞれ15mmの非発電部を形成した。
The thickness of the
次に、燃料電池セル33の内部に、水素ガスを流し、850℃で、支持基板33a及び燃料側電極33bの還元処理を施した。得られた燃料電池セルにおいて、支持基板の厚み、ガス流路から支持基板の主面までの距離L1、ガス流路間の距離L2、ガス流路から支持基板の側面までの距離L3を求め、表1に記載した。
Next, hydrogen gas was allowed to flow inside the
得られた燃料電池セル33の良品について、ガス流路34に水素を流通させ、燃料電池セル33の外側に空気を流通させ、燃料電池セル33をガスバーナーを用いて850℃まで加熱し、3時間発電した後に停止し、この起動停止を10回繰り返し、支持基板の側面とガス流路間の割れを確認し、表1に記載した。
この表1から、支持基板がL2<L1、L12<L11であり、本発明の範囲外の試料No.4では、乾燥工程終了後にガス流路34とガス流路34の間の割れによる不良が、30本の試料のうち13本確認され、歩留まりが低いことが判る。
From Table 1, the support substrates are L2 <L1, L12 <L11, and sample Nos. Out of the scope of the present invention. In No. 4, 13 defects out of 30 samples were confirmed due to cracks between the
また、支持基板がL3<L1、L13<L11であり、本発明の範囲外の試料No.5では、乾燥工程終了後に側面とガス流路34の間の割れによる不良が、30本の試料のうち14本確認され、歩留まりが低いことが判る。
Further, the support substrates are L3 <L1, L13 <L11, and sample Nos. Out of the scope of the present invention. In No. 5, 14 defects out of 30 samples were confirmed due to cracks between the side surface and the
これに対して、支持基板がL2>L1、L3>L1である本発明の試料No.1〜3、6〜9では、ガス流路間における割れ、側面とガス流路間の割れはまったくなく、製造歩留まりが高く、しかも、起動停止を10回繰り返しても側面とガス流路間の割れは全くなかった。
In contrast, the sample No. 1 of the present invention in which the support substrate is L2> L1, L3> L1 . 1-3 , 6-9 , there are no cracks between the gas flow paths, no cracks between the side faces and the gas flow paths, and the production yield is high. There were no cracks.
33・・・燃料電池セル
33a・・・支持基板
33b・・・内側電極(燃料側電極)
33c・・・固体電解質
33d・・・外側電極(酸素側電極)
34・・・ガス流路
L1・・・ガス流路から支持基板の主面までの距離
L2・・・ガス流路間の距離
L3・・・ガス流路か支持基板の側面までの距離
33 ...
33c:
34: Gas flow path L1: Distance from gas flow path to main surface of support substrate L2: Distance between gas flow paths L3: Distance from gas flow path to side surface of support substrate
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004281670A JP4683889B2 (en) | 2003-11-26 | 2004-09-28 | FUEL CELL, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND FUEL CELL |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003396202 | 2003-11-26 | ||
JP2004281670A JP4683889B2 (en) | 2003-11-26 | 2004-09-28 | FUEL CELL, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND FUEL CELL |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005183362A JP2005183362A (en) | 2005-07-07 |
JP4683889B2 true JP4683889B2 (en) | 2011-05-18 |
Family
ID=34797248
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004281670A Expired - Lifetime JP4683889B2 (en) | 2003-11-26 | 2004-09-28 | FUEL CELL, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND FUEL CELL |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4683889B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5095877B1 (en) * | 2011-10-05 | 2012-12-12 | 日本碍子株式会社 | Fuel cell |
JP5095878B1 (en) * | 2011-10-05 | 2012-12-12 | 日本碍子株式会社 | Fuel cell |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06338336A (en) * | 1993-05-31 | 1994-12-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Conductive nonuniform hollow flat plate |
-
2004
- 2004-09-28 JP JP2004281670A patent/JP4683889B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005183362A (en) | 2005-07-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5080951B2 (en) | Horizontal stripe fuel cell stack and fuel cell | |
JP5118865B2 (en) | Horizontally-striped fuel cell and method for producing the same | |
JP5457954B2 (en) | Horizontally Striped Solid Oxide Fuel Cell Stack, Horizontally Striped Solid Oxide Fuel Cell Bundle, and Fuel Cell | |
JP4853979B2 (en) | Fuel cell | |
JP4028809B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP5437169B2 (en) | Horizontally Striped Solid Oxide Fuel Cell Stack, Horizontally Striped Solid Oxide Fuel Cell Bundle, and Fuel Cell | |
JP5095877B1 (en) | Fuel cell | |
JP2004253376A (en) | Fuel battery cell and method for manufacturing same, and fuel battery | |
JP4412986B2 (en) | Cell stack and fuel cell | |
JP2006092837A (en) | Current collecting member for fuel cell, its manufacturing method, fuel cell stack using it and the fuel cell | |
JP5455271B1 (en) | Fuel cell | |
JP4002521B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP4925688B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP4683889B2 (en) | FUEL CELL, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND FUEL CELL | |
JP5095878B1 (en) | Fuel cell | |
JP4412984B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP3935086B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP5455268B1 (en) | Fuel cell | |
JP5455270B1 (en) | Fuel cell | |
JP5401405B2 (en) | Horizontally Striped Solid Oxide Fuel Cell Stack, Horizontally Striped Solid Oxide Fuel Cell Bundle, and Fuel Cell | |
JP4925574B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP4881479B2 (en) | Fuel cell | |
JP4028813B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP4002525B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP4012830B2 (en) | Fuel cell and fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070820 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100624 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100706 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100903 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110111 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110208 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140218 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4683889 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |