JPH01197971A - 平板型固体電解質燃料電池 - Google Patents
平板型固体電解質燃料電池Info
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- JPH01197971A JPH01197971A JP63019683A JP1968388A JPH01197971A JP H01197971 A JPH01197971 A JP H01197971A JP 63019683 A JP63019683 A JP 63019683A JP 1968388 A JP1968388 A JP 1968388A JP H01197971 A JPH01197971 A JP H01197971A
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は平板型固体電解質燃料電池に関し、電流を流す
ことにより水電解、Ｃｏ２電解等の電解セルにも使用可
能なものである。
ことにより水電解、Ｃｏ２電解等の電解セルにも使用可
能なものである。
［従来の技術と課題〕
周知の如く、固体電解質燃料電池（以下、５ＯＦＣと呼
ぶ）はイツトリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺと呼
ぶ）などを電解質とし、その両側に電極を設け、約１０
００’Ｃに加熱した状態で燃料及び酸化剤（通常は空気
）を供給すると、電気化学反応により直接発電するもの
で、高効率、無公害等の特徴を有し、次世代の発電方式
として期待されている。
ぶ）はイツトリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺと呼
ぶ）などを電解質とし、その両側に電極を設け、約１０
００’Ｃに加熱した状態で燃料及び酸化剤（通常は空気
）を供給すると、電気化学反応により直接発電するもの
で、高効率、無公害等の特徴を有し、次世代の発電方式
として期待されている。
従来、電池構造としては、円筒型５ＯＦＣ及び平板型５
ＯＦＣが考えられている。前者の代表例としては第２図
（Ａ）、（Ｂ）に示す特開昭５４−１３２４Ｇ号（以下
、従来例１と呼ぶ）及び第３図に示す特開昭５７−１３
０３８１号（以下、従来例２と呼ぶ）があり、現在夫々
数Ｋｗ級の発電試験を行うなどの研究が進められている
。一方、後者としては、第４図（Ａ）、（Ｂ）及び第５
図に示す波形状薄膜と平板状薄膜を積層した平板型５Ｏ
ＦＣ（以下、夫々従来例３．４と呼ぶ）がある。以下に
、従来例４の平板型５ＯＦＣについて説明する。
ＯＦＣが考えられている。前者の代表例としては第２図
（Ａ）、（Ｂ）に示す特開昭５４−１３２４Ｇ号（以下
、従来例１と呼ぶ）及び第３図に示す特開昭５７−１３
０３８１号（以下、従来例２と呼ぶ）があり、現在夫々
数Ｋｗ級の発電試験を行うなどの研究が進められている
。一方、後者としては、第４図（Ａ）、（Ｂ）及び第５
図に示す波形状薄膜と平板状薄膜を積層した平板型５Ｏ
ＦＣ（以下、夫々従来例３．４と呼ぶ）がある。以下に
、従来例４の平板型５ＯＦＣについて説明する。
第５図において、１は単位セルである。この単位セル１
は、酸素電極２．固体電解質膜３．燃料電極４で構成さ
れる積層膜５と、燃料電極６．インクコネクタ膜７．酸
素電極８で構成される積層膜９と、燃料と酸化剤の流路
を作り出す波形の燃料側支持膜１０及び酸化剤側支持膜
１１とから成立ち、単セル１が複数個直列に接続したも
のがモジュール・（集合電池）１２である。なお、各構
成層の膜厚は５０〜１００−程度である。
は、酸素電極２．固体電解質膜３．燃料電極４で構成さ
れる積層膜５と、燃料電極６．インクコネクタ膜７．酸
素電極８で構成される積層膜９と、燃料と酸化剤の流路
を作り出す波形の燃料側支持膜１０及び酸化剤側支持膜
１１とから成立ち、単セル１が複数個直列に接続したも
のがモジュール・（集合電池）１２である。なお、各構
成層の膜厚は５０〜１００−程度である。
材質的には、前記酸素電極２，８及び酸化剤側支持膜１
１は高温酸化雰囲気で高い導電性を有するＬａ Ｓｒ
Ｍｎ ０３などの通称酸素電極材料を使用する。同様に
、燃料電極４，６は高温還元雰囲気で高い導電性を有す
る（Ｎ１０＋ＹＳ Ｚ）などの通称燃料電極材料を使用
する。また、固体電解質膜３にはイオン導電性を有する
ＹＳＺなどを、インクコネクタ膜７には高温酸化・還元
の両雰囲気に耐えるＬＨＭｇＣｒ０３の材料を使用する
。
１は高温酸化雰囲気で高い導電性を有するＬａ Ｓｒ
Ｍｎ ０３などの通称酸素電極材料を使用する。同様に
、燃料電極４，６は高温還元雰囲気で高い導電性を有す
る（Ｎ１０＋ＹＳ Ｚ）などの通称燃料電極材料を使用
する。また、固体電解質膜３にはイオン導電性を有する
ＹＳＺなどを、インクコネクタ膜７には高温酸化・還元
の両雰囲気に耐えるＬＨＭｇＣｒ０３の材料を使用する
。
製作方法としては、以上全ての電池構成要素はテープキ
ャスティングと呼ばれ°る薄膜製造法で、焼成前のグリ
ーンな状態で成形される。それらを用いて、積層膜５，
９は各々３種類のテープキャスティング膜を積層し、波
状支持膜である燃料側支持膜１０及び酸化剤側支持膜１
１はテープキャスティング膜を波状に成形し、これらを
所定の順番で重ねた後−括焼成する。
ャスティングと呼ばれ°る薄膜製造法で、焼成前のグリ
ーンな状態で成形される。それらを用いて、積層膜５，
９は各々３種類のテープキャスティング膜を積層し、波
状支持膜である燃料側支持膜１０及び酸化剤側支持膜１
１はテープキャスティング膜を波状に成形し、これらを
所定の順番で重ねた後−括焼成する。
ところで、円筒型５ＯＦＣと平板型５ＯＦＣを比較する
と、円筒型５ＯＦＣは試作が比較的容易で、現在すでに
かなり研究が進んでいるが、発電性能（電流密度、出力
密度等）はさほど良くなく、そのため単位出力当りの製
造コストも高くなることが予想される。
と、円筒型５ＯＦＣは試作が比較的容易で、現在すでに
かなり研究が進んでいるが、発電性能（電流密度、出力
密度等）はさほど良くなく、そのため単位出力当りの製
造コストも高くなることが予想される。
一方、従来例３．４の燃料電池は薄膜のみで構成され、
しかも１セルの間隔を１〜２■と小さくしているため、
発電郡単位面積当りの電流密度。
しかも１セルの間隔を１〜２■と小さくしているため、
発電郡単位面積当りの電流密度。
出力密度が高く、しかも薄膜のみで構成され重量が軽い
為、セル容積１重量当りの出力は従来例１゜２と比べ飛
躍的に向上する。しかしながら、平板型５ＯＦＣは製作
が難しく製作技術の確立が最も重要な課題である。以下
、第４図、第５図の平板型５ＯＦｃの問題点について説
明する。
為、セル容積１重量当りの出力は従来例１゜２と比べ飛
躍的に向上する。しかしながら、平板型５ＯＦＣは製作
が難しく製作技術の確立が最も重要な課題である。以下
、第４図、第５図の平板型５ＯＦｃの問題点について説
明する。
（１） ５０〜１００ｐのセラミック薄膜のみにより構
成されているため、強度的に弱い。従って、電池に圧縮
、せん断等の加重が掛った時に破損し易く、製作、装置
への組込み及び運転時に厳密な取扱いが必要となる。ま
た、強度的に弱い為、電池の大型化が困難である。
成されているため、強度的に弱い。従って、電池に圧縮
、せん断等の加重が掛った時に破損し易く、製作、装置
への組込み及び運転時に厳密な取扱いが必要となる。ま
た、強度的に弱い為、電池の大型化が困難である。
（２）固体電解質膜、インクコネクタ膜、酸素電極。
燃料電極の４種類の材料は各々電池構成要素としての要
求に加え、線膨張率も考慮して材料を選定しているが、
未焼結のグリー°ン状態から焼成する時には同一条件で
昇温しでも、材料１粒度等により、焼成に伴う収縮が開
始する温度及びその収縮量が異なり、割れ、変形が生じ
易くなる（材料間の線膨張率のさが１×１０″６／’Ｃ
違っている時に０℃から１０００℃まで温度を変えた時
の変形量の差はＩ Ｘ １０−６Ｘ （１０００℃−０
℃）Ｘ１％−０，１％に過ぎないが、焼成時の収縮量の
差は１０％オーダで生じる）。
求に加え、線膨張率も考慮して材料を選定しているが、
未焼結のグリー°ン状態から焼成する時には同一条件で
昇温しでも、材料１粒度等により、焼成に伴う収縮が開
始する温度及びその収縮量が異なり、割れ、変形が生じ
易くなる（材料間の線膨張率のさが１×１０″６／’Ｃ
違っている時に０℃から１０００℃まで温度を変えた時
の変形量の差はＩ Ｘ １０−６Ｘ （１０００℃−０
℃）Ｘ１％−０，１％に過ぎないが、焼成時の収縮量の
差は１０％オーダで生じる）。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、単セルを構
成する各薄膜の少なくとも１つにセラミックス繊維を混
入することにより、薄膜の強度向上、薄膜の焼成時の収
縮量の制御及びそれに起因する割れ、歪みの防止が可能
となり、もって大型化がなしえる平板型固体電解質燃料
電池を提供することを目的とする。
成する各薄膜の少なくとも１つにセラミックス繊維を混
入することにより、薄膜の強度向上、薄膜の焼成時の収
縮量の制御及びそれに起因する割れ、歪みの防止が可能
となり、もって大型化がなしえる平板型固体電解質燃料
電池を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
本発明は、固体電解質薄膜、燃料電極薄膜、酸素電極薄
膜、インクコネクタ薄膜及び波形状支持薄膜から構成さ
れ、これら薄膜のうち少なくとも１つ以上の薄膜にセラ
ミックス繊維を混入したことを要旨とする。
膜、インクコネクタ薄膜及び波形状支持薄膜から構成さ
れ、これら薄膜のうち少なくとも１つ以上の薄膜にセラ
ミックス繊維を混入したことを要旨とする。
［作用］
本発明によれば、
■薄膜にイツトリア又はカルシア安定化ジルコニアなど
んセラミックス繊維を複合分散化することにより、高強
度、高じん化が図られ、電池の強度が向上し、製作１組
込み、運転等におけるハンドリングが容易となる。
んセラミックス繊維を複合分散化することにより、高強
度、高じん化が図られ、電池の強度が向上し、製作１組
込み、運転等におけるハンドリングが容易となる。
■テープキャスティングされた未焼成の膜にセラミック
ファイバーを分散又はセラミックファイバーで作製した
布に構成材料のスラリー液を含浸等によって製作した複
合材料は、焼成した時の膜平面方向の収縮が小さくなる
（セラミックスファイバーは収縮しない為）。従って、
構成膜間の焼成による収縮量が小さくなり、割れ、変形
が少なくなる。
ファイバーを分散又はセラミックファイバーで作製した
布に構成材料のスラリー液を含浸等によって製作した複
合材料は、焼成した時の膜平面方向の収縮が小さくなる
（セラミックスファイバーは収縮しない為）。従って、
構成膜間の焼成による収縮量が小さくなり、割れ、変形
が少なくなる。
■上記■、■により電池の大型化が可能となる。
［実施例］
以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。
図中の２１は単位セルである。この単位セル２１は、固
体電解質薄膜２２．該薄膜２２の両側の酸素電極薄膜２
３．燃料電極薄膜２４で構成される積層膜２５と、イン
クコネクタ薄膜２６．該薄膜２６の両側の酸素電極薄膜
２７．燃料電極薄膜２８で構成される積層膜２９と、前
記積層膜２５．２９の間に順次挿入された波形状の燃料
側支持薄膜３０及び酸化剤側支持薄膜３１から構成され
、単セル２１が複数個直列に接続したものがモジュール
（集合電池）３２である。ここで、前記各薄膜の材質に
ついては、例えば前記固体電解質薄膜２２がイツトリア
安定化ジルコニア等、燃料電極薄膜２２．２７が（Ｎｉ
Ｏ＋ＹＳＺ）等、酸素電極薄膜が２３．２７がＬａ
Ｓｒ Ｍｎ ０３等、インクコネクタ薄膜２６がＬＢＭ
ｇＣｒ０３からなる。特に、前記インクコネクタ薄膜２
６．酸化剤側支り薄１１？、 ３０及び燃料側支持薄膜
３１は、内部に夫々セラミックスファイバー３３を分散
複合化した構造となっている。セラミックファイバー３
３としては、（イ）熱膨張率（ＳＯＦＣの構成材料は最
も重要なＹＳＺの熱膨張を考慮して材料選定を行ってい
る）、（ロ）ＳＯＦＣ構成材料との相互反応の有無、及
び（ハ）強度等を考慮すると、イツトリア安定にジルコ
ニア（ＹＳＺ）、カルンア安定化ジルコニア（ＣＺ Ｓ
）などが適している。また、前記セラミックファイバー
３３の形状としては、該ファイバー３３が厚さ約１００
ｐの薄膜中に分散するので、径０．１ｐ〜数ｐ、長さは
数＋ｐ〜数百−が望ましい。次に、セラミックスファイ
バーの分散方法について説明する。
体電解質薄膜２２．該薄膜２２の両側の酸素電極薄膜２
３．燃料電極薄膜２４で構成される積層膜２５と、イン
クコネクタ薄膜２６．該薄膜２６の両側の酸素電極薄膜
２７．燃料電極薄膜２８で構成される積層膜２９と、前
記積層膜２５．２９の間に順次挿入された波形状の燃料
側支持薄膜３０及び酸化剤側支持薄膜３１から構成され
、単セル２１が複数個直列に接続したものがモジュール
（集合電池）３２である。ここで、前記各薄膜の材質に
ついては、例えば前記固体電解質薄膜２２がイツトリア
安定化ジルコニア等、燃料電極薄膜２２．２７が（Ｎｉ
Ｏ＋ＹＳＺ）等、酸素電極薄膜が２３．２７がＬａ
Ｓｒ Ｍｎ ０３等、インクコネクタ薄膜２６がＬＢＭ
ｇＣｒ０３からなる。特に、前記インクコネクタ薄膜２
６．酸化剤側支り薄１１？、 ３０及び燃料側支持薄膜
３１は、内部に夫々セラミックスファイバー３３を分散
複合化した構造となっている。セラミックファイバー３
３としては、（イ）熱膨張率（ＳＯＦＣの構成材料は最
も重要なＹＳＺの熱膨張を考慮して材料選定を行ってい
る）、（ロ）ＳＯＦＣ構成材料との相互反応の有無、及
び（ハ）強度等を考慮すると、イツトリア安定にジルコ
ニア（ＹＳＺ）、カルンア安定化ジルコニア（ＣＺ Ｓ
）などが適している。また、前記セラミックファイバー
３３の形状としては、該ファイバー３３が厚さ約１００
ｐの薄膜中に分散するので、径０．１ｐ〜数ｐ、長さは
数＋ｐ〜数百−が望ましい。次に、セラミックスファイ
バーの分散方法について説明する。
（ａ）テープキャスティング原料に分散する場合；
燃料電極等の材料、溶媒１分散剤、可塑剤等の中にＹＳ
Ｚファイバー入れて混合・撹拌し、テープキャストによ
り薄膜を成形する。その結果、ＹＳＺファイバーは薄膜
の長手方向にほぼ整列する。
Ｚファイバー入れて混合・撹拌し、テープキャストによ
り薄膜を成形する。その結果、ＹＳＺファイバーは薄膜
の長手方向にほぼ整列する。
（ｂ）セラミックファイバー紙に分散させる場合；
ＹＳＺファイバーに少量のバインダーを加え、抄紙法で
ファイバー紙を成形する。ここで、ファイバーの量は、
５〜３０容積％と目を粗くする。
ファイバー紙を成形する。ここで、ファイバーの量は、
５〜３０容積％と目を粗くする。
次に、燃料電極等の材料、溶媒１分散剤、可塑剤等を混
合・撹拌してスラリーを作り、それを上記ファイバー紙
に含浸させる。
合・撹拌してスラリーを作り、それを上記ファイバー紙
に含浸させる。
以上の方法で作製されたファイバー強化膜を波形に成形
又は他の電極膜を被覆し、それらを組合わせてセル及び
モジュールを組立てて抄紙し、電池を作製する。なお、
その他、部分部分で焼成する方法も可能であり、また焼
成後のものに積重ねて再度焼成して作製することもでき
る。
又は他の電極膜を被覆し、それらを組合わせてセル及び
モジュールを組立てて抄紙し、電池を作製する。なお、
その他、部分部分で焼成する方法も可能であり、また焼
成後のものに積重ねて再度焼成して作製することもでき
る。
しかして、上記実施例に係る平板型固体電解質燃料電池
は、固体電解質薄膜２２．該薄膜２２の両側の酸素電極
薄膜２３．燃料電極薄膜２４で構成される積層膜２５と
、インクコネクタ薄膜２６゜該薄膜２６の両側の酸素電
極薄膜２７．燃料電極薄膜２８で構成される積層膜２９
と、前記積層膜２５．２９の間に順次挿入された波形状
の燃料側支持薄膜３０及び酸化剤側支持薄膜３１とから
単位セル２１を構成するとともに、これら単セル２１を
複数個直列に接続してモジュール（集合電池）３２を構
成し、かつ前記インクコネクタ薄膜２６、酸化剤側支持
薄膜３０及び燃料側支持薄膜３１の内部に夫々セラミッ
クスファイバー３３を分散複合化した構造となっている
。従って、従来と比べ、薄膜の強度を向上できるととも
に、薄膜の焼成時の収縮量の制御及びそれに起因する割
れ。
は、固体電解質薄膜２２．該薄膜２２の両側の酸素電極
薄膜２３．燃料電極薄膜２４で構成される積層膜２５と
、インクコネクタ薄膜２６゜該薄膜２６の両側の酸素電
極薄膜２７．燃料電極薄膜２８で構成される積層膜２９
と、前記積層膜２５．２９の間に順次挿入された波形状
の燃料側支持薄膜３０及び酸化剤側支持薄膜３１とから
単位セル２１を構成するとともに、これら単セル２１を
複数個直列に接続してモジュール（集合電池）３２を構
成し、かつ前記インクコネクタ薄膜２６、酸化剤側支持
薄膜３０及び燃料側支持薄膜３１の内部に夫々セラミッ
クスファイバー３３を分散複合化した構造となっている
。従って、従来と比べ、薄膜の強度を向上できるととも
に、薄膜の焼成時の収縮量の制御及びそれに起因する割
れ。
歪の防止が可能となり、もって電池の大型化が可能とな
る。
る。
［発明の効果］
以上詳述した如く本発明によれば、単セルを構成する各
薄膜の少なくとも１つにセラミックス繊維を混入するこ
とにより、薄膜の強度向上、薄膜の焼成時の収縮量の制
御及びそれに起因する割れ。
薄膜の少なくとも１つにセラミックス繊維を混入するこ
とにより、薄膜の強度向上、薄膜の焼成時の収縮量の制
御及びそれに起因する割れ。
歪みの防市が可能となり、もって大型化がなしえる平板
型固体電解質燃料電池を提供できる。
型固体電解質燃料電池を提供できる。
第１図は本発明の一実施例に係る平板型固体電解質燃料
電池の要部の断面図、第２図（Ａ）は従来例１に係る円
筒型５ＯＦＣの斜視図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の断面
図、第３図は従来例２に係る円筒型５ＯＦＣの斜視図、
第４図は（Ａ）は従来例３に係る平板型５ＯＦＣ電池の
概略図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の部分断面図、第５図
は従来例４に係る平板型５ＯＦＣの断面図である。 ２１・・・単セル、２２・・・固体電解質薄膜、２３゜
２７・・・酸素電極薄膜、２４．２８・・・燃料電極薄
膜、２５．２９・・・積層膜、２６・・・インクコネク
タ薄膜、３０・・・酸化剤側支持薄膜、３１・・・燃料
側支持薄膜、３２・・・モジュール。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 一一、工、−ノ酉シイヒ苓ＩＦス 拓 ２１ 第３１
電池の要部の断面図、第２図（Ａ）は従来例１に係る円
筒型５ＯＦＣの斜視図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の断面
図、第３図は従来例２に係る円筒型５ＯＦＣの斜視図、
第４図は（Ａ）は従来例３に係る平板型５ＯＦＣ電池の
概略図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の部分断面図、第５図
は従来例４に係る平板型５ＯＦＣの断面図である。 ２１・・・単セル、２２・・・固体電解質薄膜、２３゜
２７・・・酸素電極薄膜、２４．２８・・・燃料電極薄
膜、２５．２９・・・積層膜、２６・・・インクコネク
タ薄膜、３０・・・酸化剤側支持薄膜、３１・・・燃料
側支持薄膜、３２・・・モジュール。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 一一、工、−ノ酉シイヒ苓ＩＦス 拓 ２１ 第３１
Claims (1)
- 固体電解質薄膜、燃料電極薄膜、酸素電極薄膜、イン
タコネクタ薄膜及び波形状支持薄膜から構成され、これ
ら薄膜のうち少なくとも１つ以上の薄膜にセラミックス
繊維を混入したことを特徴とする平板型固体電解質燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63019683A JPH01197971A (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 平板型固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63019683A JPH01197971A (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 平板型固体電解質燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01197971A true JPH01197971A (ja) | 1989-08-09 |
Family
ID=12006034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63019683A Pending JPH01197971A (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 平板型固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01197971A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02239568A (ja) * | 1989-03-10 | 1990-09-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体電解質燃料電池の燃料極 |
| EP0426265A2 (en) * | 1989-09-12 | 1991-05-08 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Solid electrolyte fuel cell |
| US7632586B2 (en) * | 2002-01-09 | 2009-12-15 | Htceramix S.A. | Solid oxide fuel cell positive electrode—electrolyte—negative electrode |
-
1988
- 1988-02-01 JP JP63019683A patent/JPH01197971A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02239568A (ja) * | 1989-03-10 | 1990-09-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体電解質燃料電池の燃料極 |
| EP0426265A2 (en) * | 1989-09-12 | 1991-05-08 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Solid electrolyte fuel cell |
| US5145753A (en) * | 1989-09-12 | 1992-09-08 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Solid electrolyte fuel cell |
| US7632586B2 (en) * | 2002-01-09 | 2009-12-15 | Htceramix S.A. | Solid oxide fuel cell positive electrode—electrolyte—negative electrode |
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