JP5814061B2 - 金属支持型固体酸化物形燃料電池用セル、それを用いた固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Description
(金属支持型固体酸化物形燃料電池用セルの製造)
<金属支持体>
材質がAlとTiを含むフェライト系ステンレス鋼で、貫通孔数が200/inch2 (31/cm 2 )、支持体直径が120mmφ、支持体厚さが250μm、隔壁厚さが30μmで、貫通孔の一方の口にのみ多孔質層を有するメタルハニカムを、金属支持体として用意した。なお、該多孔質層は、市販の焼結金属フィルター(材質:SUS316、気孔率48%)を多孔質体として貫通孔に金属隔壁端面とほぼ同じ高さになるように埋設して形成した。
次いで、市販の平均粒径2.5μmのNiOと、市販の平均粒径0.6μmの10モル%スカンジア1モル%セリア安定化ジルコニア微粉末(10Sc1CeSZ)と平均粒径37μmの10Sc1CeSZ粗粉末との混合粉末(組成比:NiO/微10Sc1CeSZ/粗10Sc1CeSZ=60/20/20質量%)を、イソプロパノールに混合し、撹拌して、粉末濃度が25%の溶射材粉末スラリーを作製した。
次いで、前記微10Sc1CeSZ粉末100質量部に、メタクリレート系共重合体(分子量:85000、ガラス転位温度:−8℃)からなるバインダーを固形分で15質量部を加えて、混練することにより電解質スラリーを調製した。該スラリーを上記燃料極層にスクリーン印刷したのち、支持体側は窒素ガスを流通させながら1400℃において3時間焼成することによって、前記燃料極層の上部に電解質層を形成した。形成された電解質層の厚みは15μmであった。
次いで、平均粒径0.5μmのランタンコバルトフェライト粉末(組成:La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−x)を、10質量%のエチルセルロースを添加したα−テルピネオールに混合し、撹拌して、空気極ペーストを作製した。このとき、得られたペースト中のランタンコバルトフェライト粉末の含有量は、65質量%であった。次いで、スクリーン印刷法を用いて電解質層の表面に空気極層を成膜して、窒素ガス雰囲気中900℃で焼成して空気極を形成し、金属支持型固体酸化物形燃料電池用セルを得た。
作製した金属支持型固体酸化物形燃料電池用セルおよび金属支持体のみを、窒素ガス雰囲気の焼成炉に載置し、室温から800℃までの昇温・降温を20回繰り返した。800までの昇温時間は2時間に、800℃から室温までの降温時間は5時間に設定した。冷熱サイクルに曝した後のセルおよび金属支持体を定盤の上に載置して、その平面度を上記と同様にして平面度を算出した。また、目視で支持体と燃料極層との界面状態を観察した。
結果を表1に記す。
作製した金属支持型固体酸化物形燃料電池用セル3枚と厚さ3mmのステンレス板とを、上下がステンレス板になるように交互に積み重ねて積層体とし、該セルの上面とステンレス板の下面の間に、圧力分布測定シートを挿入した。
結果を表1に記す。
(金属支持型固体酸化物形燃料電池用セルの製造)
<金属支持体>
実施例1と同様の材質で、貫通孔数のみを100/inch2 (16/cm 2 )に変更したメタルハニカムを金属支持体として用意した。また、実施例1と同様にして平面度を測定すると、17μmであった。
実施例1と同様の方法で、燃料極層を形成させた。
<電解質層の形成>
実施例1と同様の方法で、電解質層を形成させた。
平均粒径3.0μmのランタンコバルトフェライト粉末(組成:La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−x)をイソプロパノールに混合し、撹拌して、粉末濃度が25%の溶射材粉末スラリーを作製した。次いで、実施例1の燃料極層形成用スラリーに代えて、空気極層形成用溶射材粉末スラリーとすること以外は、燃料極層の形成と同様の方法で、高速フレーム溶射を行い、電解質層の表面に空気極層を形成させ、金属支持型固体酸化物形燃料電池用セルを得た。
実施例1で得た金属支持型固体酸化物形燃料電池用セルに代えて、前記で得た金属支持型固体酸化物形燃料電池用セルを用いること以外は、実施例1と同様の方法で行った。また金属支持体も同様に冷熱サイクル評価をおこない、平面度を算出した。
結果を表1に記す。
実施例1と同様の方法で、圧力分布を測定した。
結果を表1に記す。
<金属支持体>
実施例1と同様であるが貫通孔の口に多孔質層を有しないメタルハニカムを、金属支持体として用意した。実施例1と同様にして平面度を測定すると、21μmであった。
実施例1と同様の方法で、燃料極層を形成させた。
<電解質層の形成>
実施例1と同様の方法で、電解質層を形成させた。
<空気極層の形成>
実施例1と同様の方法で、空気極層を形成させ、金属支持型固体酸化物形燃料電池用セルZを得た。
実施例1で得た金属支持型固体酸化物形燃料電池用セルに代えて、前記で得た金属支持型固体酸化物形燃料電池用セルを用いること以外は、実施例1と同様の方法で行った。
また金属支持体も同様に冷熱サイクル評価をおこない、平面度を算出した。
結果を表1に記す。
実施例1と同様の方法で、圧力分布を測定した。
結果を表1に記す。
Claims (4)
- 金属隔壁から構成され、複数の貫通孔を備えたハニカム構造を有する支持体(A)上に、燃料極(B)と、固体電解質(C)および空気極(D)とが(B)、(C)、(D)の順序で配置された金属支持型燃料電池セルであって、前記支持体(A)の貫通孔数が25〜2000/inch2 (3.8〜310/cm 2 )の範囲で、該支持体高さが100〜2000μm、該金属隔壁厚さが10〜1000μmの範囲であり、該支持体(A)の貫通孔の少なくとも一方の口に多孔質層を有し、前記ハニカム構造を有する支持体(A)の該支持体端面以外の支持体表面が、酸化物で被覆されていることを特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池用セル。
- 金属隔壁から構成され、複数の貫通孔を備えたハニカム構造を有する支持体(A)上に、燃料極(B)と、固体電解質(C)および空気極(D)とが(D)、(C)、(B)の順序で配置された金属支持型燃料電池セルであって、前記支持体(A)の貫通孔数が25〜2000/inch2 (3.8〜310/cm 2 )の範囲で、該支持体高さが100〜2000μm、該金属隔壁厚さが10〜1000μmの範囲であり、該支持体(A)の貫通孔の少なくとも一方の口に多孔質層を有し、前記ハニカム構造を有する支持体(A)の該支持体端面以外の支持体表面が、酸化物で被覆されていることを特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池用セル。
- 前記ハニカム構造を有する支持体(A)の前記多孔質層が、気孔率30〜95%の多孔質体である請求項1〜2のいずれかの項に記載の固体酸化物形燃料電池用セル。
- 請求項1〜3のいずれかの項に記載の固体酸化物形燃料電池用セルを用いることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
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