JP4751323B2 - 固体酸化物燃料電池 - Google Patents
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Description
本発明は固体酸化物燃料電池及び固体酸化物燃料電池スタックに関する。
固体酸化物燃料電池はアノード電極、カソード電極、及び、アノード電極とカソード電極との間の電解質を備える。固体酸化物燃料電池スタックは、電気的に直列に又は電気的に並列に接続された複数の固体酸化物を備える。固体酸化物燃料電池では、気体燃料（例えば水素）がアノード電極に供給され、気体オキシダント（例えば酸素又は空気）がカソード電極に供給される。
固体酸化物燃料電池はアノード電極、カソード電極、及び、アノード電極とカソード電極との間の電解質を備える。固体酸化物燃料電池スタックは、電気的に直列に又は電気的に並列に接続された複数の固体酸化物を備える。固体酸化物燃料電池では、気体燃料（例えば水素）がアノード電極に供給され、気体オキシダント（例えば酸素又は空気）がカソード電極に供給される。
固体酸化物燃料電池の電解質は、アノード電極に供給される気体燃料とカソード電極に供給される気体オキシダントとの間に物理的な障壁を形成するために必要とされる。電解質は、緻密で非多孔性の層を備える。気体燃料とオキシダントは、アノード電極とカソード電極との間の電解質を通る任意の気体漏れ経路によって接触することができる。この漏れは、燃料利用の観点からは固体酸化物燃料電池の性能の低下をもたらし、固体酸化物燃料電池の機械的完全性及び耐久性にとっては有害であり得る。この気体漏れは気体オキシダント中の気体燃料を燃焼させることがあり、固体酸化物燃料電池に過酷な損傷をもたらすことさえあり得る。
実際に、電解質には、その微細構造に欠陥又は傷がある。この欠陥又は傷は製造プロセスでの汚染及び／又は変動によって生じ得る。さらに精密な製造プロセス制御を実施することによって、こうした欠陥又は傷を最小限にすることは可能であるが、欠陥又は傷を完全に排除しようとすると、製造プロセスは厳しく制御されなければならず、したがって高価になる。
この問題に対する１つの可能な解決策は、電解質の緻密で非多孔性の既存の層の上に、一層緻密で非多孔性の層を設けることであった。しかし、実際には、緻密で非多孔性の層に元々存在した欠陥が、その一層緻密で非多孔性の層へ伝播するので、何のメリットもない。
したがって、本発明は、上述の問題を軽減し、好ましくは克服する新規な固体酸化物燃料電池及び新規な固体酸化物燃料電池スタックを提供することを目的とする。
したがって、本発明は、アノード電極、カソード電極、及び、アノード電極とカソード電極との間の電解質を備え、該電解質が、緻密で非多孔性の第１の層と、緻密で非多孔性の第１の層に接した多孔性の第２の層と、多孔性の第２の層に接した緻密で非多孔性の第３の層とを備える固体酸化物燃料電池を提供する。
したがって、本発明は、アノード電極、カソード電極、及び、アノード電極とカソード電極との間の電解質を備え、該電解質が、緻密で非多孔性の第１の層と、緻密で非多孔性の第１の層に接した多孔性の第２の層と、多孔性の第２の層に接した緻密で非多孔性の第３の層とを備える固体酸化物燃料電池を提供する。
電解質は、緻密で非多孔性の第３の層に接した多孔性の第４の層と、多孔性の第４の層に接した緻密で非多孔性の第５の層とを備えることができる。
多孔性の層を、電解質とアノード電極との間に配列することができる。多孔性の層を、電解質とカソード電極との間に配列してもよい。
多孔性の層を、電解質とアノード電極との間に配列することができる。多孔性の層を、電解質とカソード電極との間に配列してもよい。
好ましくは、電解質の第１の層、第２の層及び第３の層は同じ組成を有する。
電解質の層のうちの少なくとも１つは、ガドリニアをドープしたセリアを含むことができる。電解質の全ての層が、ガドリニアをドープしたセリアを含むことができる。
電解質の層のうちの少なくとも１つは、ガドリニアをドープしたセリアを含むことができる。電解質の全ての層が、ガドリニアをドープしたセリアを含むことができる。
電解質の層のうちの少なくとも１つは、スカンジアをドープしたジルコニアを含むことができる。電解質の全ての層が、スカンジアをドープしたジルコニアを含むことができる。
また、本発明は、複数の固体酸化物燃料電池を備えることができる固体酸化物燃料電池スタックを提供する。それぞれの固体酸化物燃料電池は、アノード電極、カソード電極、及び、アノード電極とカソード電極との間の電解質を備える。それぞれの電解質は、緻密で非多孔性の第１の層と、緻密で非多孔性の第１の層に接した多孔性の第２の層と、多孔性の第２の層に接した緻密で非多孔性の第３の層とを備える。
添付の図面を参照して、本発明を、例として一層十分に説明する。
図１に示すように、固体酸化物燃料電池スタック１０は複数の固体酸化物燃料電池１１を備える。それぞれの固体酸化物燃料電池１１は、アノード電極１２、カソード電極１４、及び、アノード電極１２とカソード電極１４との間の電解質１６を備える。気体燃料（例えば水素）はアノード電極１２によって部分的に規定されたアノードチャンバ１８に供給され、気体オキシダント（例えば酸素又は空気）はカソード電極１４によって部分的に規定されたカソードチャンバ２０に供給される。
図１に示すように、固体酸化物燃料電池スタック１０は複数の固体酸化物燃料電池１１を備える。それぞれの固体酸化物燃料電池１１は、アノード電極１２、カソード電極１４、及び、アノード電極１２とカソード電極１４との間の電解質１６を備える。気体燃料（例えば水素）はアノード電極１２によって部分的に規定されたアノードチャンバ１８に供給され、気体オキシダント（例えば酸素又は空気）はカソード電極１４によって部分的に規定されたカソードチャンバ２０に供給される。
固体酸化物燃料電池１１は支持構造１３の上に配列され、アノード電極１２は支持構造１３と接触している。支持構造１３は気体燃料をアノード電極１２へ流すための多孔性領域を有する。隣り合う固体酸化物燃料電池１１は相互接続体１５によって直列に接続されており、相互接続体１５は、１つの固体酸化物燃料電池１１のアノード電極１２を隣りの固体酸化物燃料電池１１のカソード電極１４と相互接続する。
電解質１６は、緻密で非多孔性の第１の層２２と、緻密で非多孔性の第１の層２２に接した多孔性の第２の層２４と、多孔性の第２の層２４に接した緻密で非多孔性の第３の層２６とを備える。アノード電極１２は、緻密で非多孔性の第１の層２２と支持構造１３との間に、且つ、緻密で非多孔性の第１の層２２に接して配列され、カソード電極１４は緻密で非多孔性の第３の層２６に接して配列される。
電解質１６をこのような配列とした結果、多孔性の第２の層２４は、緻密で非多孔性の第１の層２２と緻密で非多孔性の第３の層２６との間のバッファとして作用するので、緻密で非多孔性の第１の層２２の欠陥の影響は、緻密で非多孔性の第３の層２６に伝わらないことになる。同様に、多孔性の第２の層２４は、緻密で非多孔性の第３の層２６と緻密で非多孔性の第１の層２２との間のバッファとして作用するので、緻密で非多孔性の第３の層２６の欠陥は、緻密で非多孔性の第１の層２２に伝わらない。このように、この配列によって、アノードチャンバ１８とカソードチャンバ２０との間の電解質１６を通る漏れ経路の形成は最小限になる。
図２に示すように、固体酸化物燃料電池スタック１１０は、複数の固体酸化物燃料電池１１を備える。それぞれの固体酸化物燃料電池１１は、アノード電極１２、カソード電極１４、及びアノード電極１２とカソード電極１４の間の電解質１６を備える。気体燃料（例えば水素）はアノード電極１２で部分的に規定されたアノードチャンバ１８に供給され、気体オキシダント（例えば酸素又は空気）はカソード電極１４によって部分的に規定されたカソードチャンバ２０に供給される。
固体酸化物燃料電池１１は支持構造１３の上に配列され、アノード電極１２はその支持構造１３と接触している。支持構造１３は気体燃料をアノード電極１２に流すための多孔性領域である。隣り合う固体酸化物燃料電池１１は相互接続体１５によって直列に接続されており、相互接続体１５は、１つの固体酸化物燃料電池１１のアノード電極１２を隣りの固体酸化物燃料電池１１のカソード電極１４と相互接続する。
電解質１６は、緻密で非多孔性の第１の層２２と、緻密で非多孔性の第１の層２２に接した多孔性の第２の層２４と、多孔性の第２の層２４に接した緻密で非多孔性の第３の層２６と、緻密で非多孔性の第３の層２６接した多孔性の第４の層２８と、多孔性の第４の層２８に接した緻密で非多孔性の第５の層３０とを備える。アノード電極１２は、緻密で非多孔性の第１の層２２と支持構造１３との間に、且つ、緻密で非多孔性の第１の層２２に接して配列され、カソード電極１４は、緻密で非多孔性の第５の層３０に接して配列される。
電解質１６をこのように配列した結果、図１を参照して上で述べたように、多孔性の第２の層２４は、緻密で非多孔性の第１の層２２と緻密で非多孔性の第３の層２６との間のバッファとして作用することになる。同様に、多孔性の第４の層２８は、緻密で非多孔性の第３の層２６と緻密で非多孔性の第５の層３０との間のバッファとして作用する。このように、この配列は、アノードチャンバ１８とカソードチャンバ２０との間の電解質１６を通過する漏れ経路の形成を最小限にする。
図３に示すように、固体酸化物燃料電池スタック２１０は複数の固体酸化物燃料電池１１を備える。それぞれの固体酸化物燃料電池１１は、アノード電極１２、カソード電極１４、及びアノード電極１２とカソード電極１４との間の電解質１６を備える。気体燃料（例えば水素）はアノード電極１２で部分的に規定されたアノードチャンバ１８に供給され、気体オキシダント（例えば酸素又は空気）はカソード電極１４によって部分的に規定されたカソードチャンバ２０に供給される。
固体酸化物燃料電池１１は支持構造１３の上に配列され、アノード電極１２はその支持構造１３と接触している。支持構造１３は気体燃料をアノード電極１２に流すための多孔性領域である。隣り合う固体酸化物燃料電池１１は相互接続体１５によって直列に接続されており、相互接続体１５は１つの固体酸化物燃料電池１１のアノード電極１２を隣りの固体酸化物燃料電池１１のカソード電極１４と相互に接続する。
電解質１６は、緻密で非多孔性の第１の層２２と、緻密で非多孔性の第１の層２２に接した多孔性の第２の層２４と、多孔性の第２の層２４に接した緻密で非多孔性の第３の層２６とを備える。多孔性の第４の層３２が、緻密で非多孔性の第３の層２６に接して配列される。アノード電極１２は、緻密で非多孔性の第１の層２２と支持構造１３との間に、且つ、緻密で非多孔性の第１の層２２に接して配列され、カソード電極１４は多孔性の第４の層３２に接して配列される。
電解質１６をこのように配列した結果、多孔性第２の層２４は、緻密で非多孔性の第１の層２２と緻密で非多孔性の第３の層２６との間のバッファとして作用することになる。同様に、多孔性の第４の層３２は、緻密で非多孔性の第３の層２６とカソード電極１４との間のバッファとして作用する。このように、この配列は、アノードチャンバ１８とカソードチャンバ２０との間の電解質１６を通る漏れ経路の形成を最小限にする。
更なる代替えとして、緻密で非多孔性の第１の層２２とアノード電極１４との間に、バッファとして作用する多孔性層を設けることも可能である。他の代替えとして、図１及び２のいずれか又は両方において、アノード電極と電解質との間に多孔性の層を設け、カソード電極と電解質との間に多孔性層を設けることも可能である。
電解質の第１、第２及び第３の層は同じ組成であっても、異なる組成であってもよい。電解質の層のうちの１つは、９２重量％のジルコニアと８重量％のイットリアからなるイットリア安定化ジルコニアを含むことができ、幾つかの例では、電解質の層の全てがイットリア安定化ジルコニアを含む。
多孔性の第２の層を電解質に含めることにより、電解質の両端間のイオン抵抗を増大させることができ、したがって、高い導電率の電解質材料を使用することが有利である。電解質用の適切な高い導電率の材料は、スカンジアをドープしたジルコニア、及び、ガドリニアをドープしたセリアである。代わりに、電解質の層のうちの１つ又は全ては、スカンジアをドープしたジルコニアを含むことができる。更なる代替えとして、電解質の層のうちの１つ又は全てがガドリニアをドープしたセリアを含むことができる。
アノード電極、カソード電極及び電解質の層は、スクリーン印刷、スプレー、テープキャステイング又はインクジェット印刷によって形成される。燃料電池は、アノード電極が最初に支持構造上に形成され、次いで、残りの層が形成されるか、又は、カソード電極が支持構造上に形成され、次いで残りの層が形成されるかのどちらかのやり方で、一般に支持構造上に配列される。支持構造はマグネシウム・アルミネート・スピネルを含むことができる。
Claims (10)
- アノード電極（１２）、カソード電極（１４）、及び、前記アノード電極（１２）と前記カソード電極（１４）との間の電解質（１６）を備える固体酸化物燃料電池（１１）であって、
前記電解質（１６）が、緻密で非多孔性の第１の層（２２）と、前記緻密で非多孔性の第１の層（２２）に接した多孔性の第２の層（２４）と、前記多孔性の第２の層（２４）に接した緻密で非多孔性の第３の層（２６）とを備え、
前記電解質（１６）の前記第１の層（２２）、前記第２の層（２４）及び前記第３の層（２６）が同じ組成を有する電解質からなる
ことを特徴とする固体酸化物燃料電池（１１）。 - 前記電解質（１６）が、前記緻密で非多孔性の第３の層（２６）に接した多孔性の電解質の第４の層（２８）と、前記多孔性の電解質の第４の層（２８）に接した緻密で非多孔性の電解質の第５の層（３０）とを備える、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
- 前記電解質（１６）と前記アノード電極（１２）との間に多孔性の層（３２）を備える、請求項１又は２に記載の固体酸化物燃料電池。
- 前記電解質（１６）と前記カソード電極（１４）との間に多孔性の層（３２）を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池。
- 前記電解質（１６）の層のうちの少なくとも１つが、ガドリニアをドープしたセリアを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池。
- 前記電解質（１６）の全ての層が、ガドリニアをドープしたセリアを含む、請求項５に記載の固体酸化物燃料電池。
- 前記電解質（１６）の層のうちの少なくとも１つが、スカンジアをドープしたジルコニアを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池。
- 前記電解質（１６）の全ての層が、スカンジアをドープしたジルコニアを含む、請求項７に記載の固体酸化物燃料電池。
- 請求項１〜８のいずれかに記載された固体酸化物燃料電池を複数備える固体酸化物燃料電池スタック（１０）。
- 複数の固体酸化物燃料電池（１１）を備える固体酸化物燃料電池スタック（１０）であって、
それぞれの前記固体酸化物燃料電池（１１）が、アノード電極（１２）、カソード電極（１４）、及び、前記アノード電極（１２）と前記カソード電極（１４）との間の電解質（１６）を備えており、
それぞれの前記電解質（１６）が、緻密で非多孔性の第１の層（２２）と、前記緻密で非多孔性の第１の層（２２）に接した多孔性の第２の層（２４）と、前記多孔性の第２の層（２４）に接した緻密で非多孔性の第３の層（２６）とを備え、
前記電解質（１６）の前記第１の層（２２）、前記第２の層（２４）及び前記第３の層（２６）が同じ組成を有する電解質からなる
固体酸化物燃料電池スタック（１０）。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01100868A (ja) * | 1987-10-12 | 1989-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池 |
| JPH0652869A (ja) * | 1992-07-30 | 1994-02-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池の固体電解質膜およびその製造方法 |
| JPH0945348A (ja) * | 1995-07-31 | 1997-02-14 | Meidensha Corp | 固体電解質型燃料電池 |
| JPH0963603A (ja) * | 1995-08-25 | 1997-03-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体燃料電池用多層型固体電解質 |
| JPH11229145A (ja) * | 1998-02-17 | 1999-08-24 | Ngk Insulators Ltd | 複合材料の製造方法 |
| JP2000030728A (ja) * | 1998-07-09 | 2000-01-28 | Toto Ltd | 緻密質焼結膜の作製方法及びそれを用いた固体電解質型燃料電池の製造方法 |
| JP2002373676A (ja) * | 2001-06-13 | 2002-12-26 | Ibiden Co Ltd | 燃料電池用材料 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2755650A1 (de) | 1976-12-15 | 1978-06-22 | Uop Inc | Elektrochemische zelle, verfahren zu deren herstellung und deren verwendung |
| JPS61198568A (ja) * | 1985-02-28 | 1986-09-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池 |
| JPH02295068A (ja) * | 1989-05-08 | 1990-12-05 | Fuji Electric Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| US5171645A (en) | 1991-01-08 | 1992-12-15 | Gas Research Institute, Inc. | Zirconia-bismuth oxide graded electrolyte |
| US5543239A (en) * | 1995-04-19 | 1996-08-06 | Electric Power Research Institute | Electrode design for solid state devices, fuel cells and sensors |
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Patent Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| JPH01100868A (ja) * | 1987-10-12 | 1989-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池 |
| JPH0652869A (ja) * | 1992-07-30 | 1994-02-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 燃料電池の固体電解質膜およびその製造方法 |
| JPH0945348A (ja) * | 1995-07-31 | 1997-02-14 | Meidensha Corp | 固体電解質型燃料電池 |
| JPH0963603A (ja) * | 1995-08-25 | 1997-03-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体燃料電池用多層型固体電解質 |
| JPH11229145A (ja) * | 1998-02-17 | 1999-08-24 | Ngk Insulators Ltd | 複合材料の製造方法 |
| JP2000030728A (ja) * | 1998-07-09 | 2000-01-28 | Toto Ltd | 緻密質焼結膜の作製方法及びそれを用いた固体電解質型燃料電池の製造方法 |
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