JP4883968B2 - 燃料電池セルの製法 - Google Patents
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Description
即ち、従来は、支持体が押出成形法により作製されていたため、成形体中の有機バインダ量が多く、これにより乾燥工程が長く、また、脱バインダ処理に長時間を要し、さらに
、乾燥工程中に乾燥割れやクラックが発生し、歩留まりを低下させていたが、本発明では、粉末加圧成形により支持体を作製するため、支持体形成粉末中のバインダ量が、原料粉末100質量部に対して2〜7質量部と少なくなり、これにより、支持体成形体の乾燥時間が短くなり、また、脱バインダ処理時間も短くできる。さらに、有機バインダ量が少ないことに起因して乾燥工程での乾燥割れやクラック発生を抑制し、歩留まりを向上することができる。さらに、有機バインダが少ないことに起因して、工程上での温度、湿度などの環境をそれほど管理する必要がなくなり、工程管理が容易となる。
また、従来採用されていた押出成形では、支持基板材料を含有する坏土を所定の口金から押し出すため、内部に形成するガス通路も単純な直線形状しか形成できないが、本発明では、粉末加圧成形で支持体を作製するため、複雑なガス通路、例えば、ミアンダ形状のガス通路の形成が可能となる。
支持基板33aは、断面がほぼ長方形で、全体的に見て板状の導電体とされ、その幅方向両端面は、外側に突出した曲面状とされている。支持基板33aは、燃料ガスを燃料側電極33bまで透過させるためにガス透過性とされている。また、インターコネクタ層33eを介しての集電を行うために導電性であることが要求されるが、このような要求を満たすと同時に、同時焼成により生じる不都合を回避するために、鉄属金属成分と特定の希土類酸化物とから支持基板33aを構成する。
インターコネクタ層33eは、導電性セラミックスからなるが、燃料ガス(水素)及び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ことが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)が使用される。また、支持基板33aの内部を通る燃料ガス及び支持基板33aの外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好適である。
燃料側電極33bは電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性サーメットから形成される。例えば、希土類元素が固溶しているZrO2と、Ni及び/またはNiOとから形成される。この希土類元素が固溶しているZrO2(安定化ジルコニア)としては、以下に述べる固体電解質33cの形成に使用されているものと同様のものを用いるのがよい。
この燃料側電極33b上に設けられている固体電解質33cは、一般に3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrO2(通常、安定化ジルコニア)と呼ばれる緻密質なセラミックスから形成されている。希土類元素としては、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luを例示することができるが、安価であるという点からY、Ybが望ましい。
酸素側電極33dは、所謂ABO3型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成される。かかるペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にAサイトにLaを有するLaMnO3系酸化物、LaFeO3系酸化物、LaCoO3系酸化物の少なくとも1種が好適であり、600〜1000℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からLaFeO3系酸化物が特に好適である。尚、上記ペロブスカイト型酸化物においては、AサイトにLaと共にSrなどが存在していてもよいし、さらにBサイトには、FeとともにCoやMnが存在していてもよい。
以上のような構造を有する燃料電池セルは、以下のようにして製造される。先ず、支持基板成形体を作製する。
セルスタックは、上述した燃料電池セル33が複数集合して、隣接する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を介在させ、両者を互いに直列に接続することにより構成されている。即ち、一方の燃料電池セル33の支持基板33a、燃料側電極33bは、インターコネクタ33e、集電部材を介して、他方の燃料電池セル33の酸素側電極33dに電気的に接続されている。このようなセルスタックは、サイドバイサイドに配置されており、隣接するセルスタック同士は、導電部材によって直列に接続される。
33a1、33a2、33a11・・・分割成形体
33b・・・燃料側電極(第1電極)
33c・・・固体電解質
33d・・・酸素側電極(第2電極)
34・・・ガス通路
53・・・中子
Claims (3)
- 内部にガス通路を有する多孔質の燃料電池セル用支持体上に、少なくとも固体電解質、電極が積層された燃料電池セルの製法であって、前記燃料電池セル用支持体を、該燃料電池セル用支持体を形成するための原料粉末、有機バインダ、溶媒および造孔剤の混合物を用いて、前記ガス通路の通路面積を2分割するプレス成形で作製された一対の分割成形体を、前記燃料電池セル用支持体を形成するための原料粉末、有機バインダおよび溶媒を含有するスラリーを介して貼り合わせ、所定温度に加熱し前記有機バインダを除去することにより接合して支持体成形体を作製し、該支持体成形体を焼成して形成することを特徴とする燃料電池セルの製法。
- 前記支持体成形体は平板棒状であり、前記ガス通路が前記支持体成形体の長さ方向に形成され、前記支持体成形体が、厚み方向に分割された一対の分割成形体を接合して作製されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池セルの製法。
- 前記支持体成形体上に、第1電極成形体、固体電解質成形体が順次積層された積層成形体を作製する工程と、該積層成形体を焼成する工程と、該焼結体の固体電解質上に前記第2電極を形成する工程とを具備することを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池セルの製法。
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