JP6486708B2 - 燃料電池用基体の製造方法および燃料電池セルスタックの製造方法 - Google Patents
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Description
例えば円筒型固体酸化物形燃料電池では、複数の円筒形状のセルスタックが電気的に並列に接続されて燃料電池モジュール内部に収容される。各セルスタックにおいて、例えばカルシウム安定化ジルコニア(CSZ)製の多孔質の基体管上に、燃料極、固体電解質、及び、空気極が積層された燃料電池セルが複数形成され、隣接する燃料電池セルがインターコネクタにより電気的に直列に連結される。固体酸化物形燃料電池の各構成(基体管、燃料極など)は、焼成により形成される。
Na含有量が1500wtppmより多いと、基体が還元雰囲気下にある場合に、Naが揮発し、発電反応活性を左右する3相界面にNa2Oとして付着し、発電性能低下の要因となる。3相界面は、固体電解質、電極(燃料極)、燃料(ガス)の3相が接触する部分である。
基体管103、燃料極109、固体電解質111、空気極113、インターコネクタ107およびリード膜115の材料をそれぞれ入手する。
Na2Oを含むCSZを用いて調製したスラリーを筒状に成形した後、外表面上の所定位置に燃料極用スラリー、固体電解質用スラリー、およびインターコネクタ用スラリーを塗布したものを試験体とした。試験体を所定温度で焼成した場合の収縮率を求めた。Na含有量は40wtppm、60wtppm、100wtppm、300wtppm、550wtppm、700wtppm、800wtppm、1000wtppm、1200wtppm、1500wtppmとした。
計測収縮率=(L0−L1)/L0×100・・・(A)
Na2Oを含むCSZを用いて調製したスラリーを筒状に成形した後、外表面上の所定位置に燃料極用スラリー、固体電解質用スラリー、およびインターコネクタ用スラリーを塗布したものを試験体とした。試験体を所定温度で焼成した場合の収縮率を求めた。Na含有量は40wtppm、60wtppm、100wtppm、300wtppm、550wtppm、700wtppm、1000wtppm、1200wtppm、1500wtppmとした。収縮率は、上記(1)と同様に、焼成前後の基体(発電部分)の長さから算出した。
基体材料のNa含有量を、図4で取得した焼成温度と収縮率とを関連付けたデータに照らし合わせて実焼成温度を導き出す。
Na2Oを含むCSZを用いて調製したスラリーを基準温度で焼成し、焼結体の気孔率を計測した。Na含有量は50wtppm、100wtppm、550wtppm、700wtppmである。
103 基体管
105 燃料電池セル
107 インターコネクタ
109 燃料極
111 固体電解質
113 空気極
115 リード膜
Claims (7)
- 燃料電池用の基体の製造方法であって、
任意の量のNa2Oを含む前記基体の材料について、該材料で調製した坏土を焼成した場合の焼成温度と収縮率とを関連付けたデータを予め取得する工程と、
前記基体の前記材料のNa含有量を計測し、前記材料のNa含有量を前記データに照らし合わせ、前記収縮率が所望の範囲になる焼成温度を導き出す工程と、
前記材料で坏土を調製し、該坏土を導き出した前記焼成温度で焼成する工程と、
を含む燃料電池用基体の製造方法。 - 前記所望の範囲の上限値と下限値との差を1%以内とする請求項1に記載の燃料電池用基体の製造方法。
- 前記Na含有量が40wtppm以上1500wtppm以下である材料を選定し、該材料を用いて前記坏土を調製する請求項1または請求項2に記載の燃料電池用基体の製造方法。
- 前記Na含有量が40wtppm以上1200wtppm以下である材料を選定し、該材料を用いて前記坏土を調製する請求項1または請求項2に記載の燃料電池用基体の製造方法。
- 前記Na含有量が50wtppm以上1000wtppm以下である材料を選定し、該材料を用いて前記坏土を調製する請求項1または請求項2に記載の燃料電池用基体の製造方法。
- 前記Na含有量が100wtppm以上1000wtppm以下である材料を選定し、該材料を用いて前記坏土を調製する請求項1または請求項2に記載の燃料電池用基体の製造方法。
- 多孔質の基体上に、燃料極と固体電解質と空気極とを備える複数の燃料電池セル、及び、隣接する前記燃料電池セルを電気的に接続するインターコネクタを有する燃料電池セルスタックを製造する方法であって、
前記基体の材料で調製した坏土の上に、燃料極材料で調製した燃料極用スラリー、固体電解質材料で調製した固体電解質用スラリー、およびインターコネクタ材料で調製したインターコネクタ用スラリーをそれぞれ製膜し、
請求項1から請求項6のいずれかに記載の燃料電池用基体の製造方法に従って前記基体の前記材料で調製した坏土の焼成温度を導き出し、
前記坏土、前記燃料極用スラリー、前記固体電解質用スラリーおよび前記インターコネクタ用スラリーを導き出した前記焼成温度で一体焼成する燃料電池セルスタックの製造方法。
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