JPH01253161A - 燃料電池用電極 - Google Patents

燃料電池用電極

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JPH01253161A
JPH01253161A JP1041476A JP4147689A JPH01253161A JP H01253161 A JPH01253161 A JP H01253161A JP 1041476 A JP1041476 A JP 1041476A JP 4147689 A JP4147689 A JP 4147689A JP H01253161 A JPH01253161 A JP H01253161A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、固体酸化物電気化学セルで用いる低抵抗燃料
電極アノードに関する。
〈従来の技術〉 高温固体酸化物電解質電気化学電池の構造及びこれを用
いた発電装置は当該技術分野で周知である。標準的な燃
料電極アノード材料は、多孔質のニッケル・ジルコニア
・サーメット（ｎｉｃｋｅｌ・ｚｉｒｃｏｎｉａ−ｃｅ
ｒｓｅｔ）である。アイゼンノ（−グ（Ｉｓｅｎｂｅｒ
ｇ）等に付与された米国特許第４，５８２，７６６号明
細書に教示されているように、酸化時に開裂するセラミ
ック骨格形成部によって所定位置に保持されている金属
粒子の一部分を酸化し次いで還元することによりサーメ
ット・アノードを電気化学的により活性化する改良がな
されている。しかしながら、多くの場合、金属粒子間に
完全な電子的相互接続が得られるほど密に金属粒子を圧
縮することはできない、アイゼンバーブ（Ｉｓｅｎｂｅ
ｒｇ）に付与された米国特許第４，７０２，９７１号明
細書に教示されているように、セラミック骨格部及び金
属粒子をセリア（ｃｅｒｌａ）系及びウラニア（ｕｒａ
ｎｉａ）系酸化物類で被覆することにより、サーメット
・アノードの硫黄許容度を高める改良がなされている。
しかしながら、上記の改良は何れもアノードの電子抵抗
を下げることを目的とするものではなかった。現在要望
されているのは、サーメット燃料電極の抵抗及び電池全
体の抵抗を下げる簡単で安価な方策である。
〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明の目的は、電子抵抗が低く且つ電池全体の抵抗を
下げることができる新規な燃料電極アノードを提供する
ことである。
〈問題点を解決するための手段〉 従って、本発明は、酸素イオン伝導性固体電解質に接合
されたセラミック金属酸化物と金属粒子とから成るサー
メット電極であって、電極構造体内部に熱安定性の金属
繊維、好ましくはニッケル繊維を有して成ることを特徴
とするサーメット電極に関する。電解質は空気電極カソ
ードの上部に配置されカソードと接合させることができ
、好ましくは管状の電気化学セルを提供する。
本発明は、更に、管状で酸素イオン伝導性固体電解質に
結合された外側電極を有し、前記電解質は内側電極とも
接触しており、前記外側電極はセラミック金属酸化物か
ら成る骨格構造中に部分的に埋め込まれた金属粒子を有
する管状電気化学セルであって、外側電極構造の内部に
熱安定性金属繊維を有して成ることを特徴とする管状電
気化学セルに関する。電極の内部にある金属繊維が金属
粒子間の電子的な相互接続を劇的に増大させて、電池全
体の抵抗を低下させる。
〈実施例〉 好ましい電解質及びサーメット電極中で使用する好まし
いセラミック金属酸化物は安定化されたジルコニアであ
り、好ましい金属導電体粒子はニッケル粒子である。好
ましい熱安定性金属繊維はフェルト状であって、多孔質
の絡み合った繊維体を形成して、繊維接触点で他の繊維
及びニッケル粒子と接合する。本明細書中で使用する「
熱安定性金属繊維」という語句は、発電装置の動作温度
下で燃料雰囲気中において化学的に安定であり（実質的
に酸化されない）、発電装置の動作温度である約８００
℃乃至１０００℃の温度において熱安定性がある（即ち
、溶融しない）金属繊維を意味する。このような金属繊
維の例としては、鉄、コバルト、銅、金、プラチナを挙
げることができ、好ましいものとしてはニッケル及びそ
の合金類並びにそれらの混合物を挙げることができる。
熱安定性金属繊維は、金属粒子／セラミック金属酸化物
骨格構造を含む母材を提供する。金属繊維フエルトの使
用により、アノードの抵抗が低下し、電池全体の電子抵
抗が実質的に低下し、また燃料電極形成時においてアノ
ード金属粒子スラリーの滴下と損失を防止できる。
例示のみを目的とする添付の図面を参照しつつ、以下の
詳細な説明を読むことにより、本発明をより明確に理解
できると考える。
添付図面の第１図は、たとえば燃料電池のような、管状
固体酸化物電解質電気化学セル２を図示し、空気又は酸
素０がセル２の中心１を流れている。空気（酸素）は所
望に応じて配設した多孔質支持管３を通り抜けて空気電
極４に浸透し、そこで酸素は酸素イオンに変わる。酸素
イオンは電解質５に導かれて第２図に拡大して示すサー
メット燃料電極アノード６に伝導され、そこでＨ２、Ｃ
０１ＣＨ４等の燃料Ｆと反応して電気を発生する。図か
られかるように、図示した構造の場合燃料電極６は外側
電極であり、電解質は管状であって内側空気電極と接触
している。
第１図には更に、内部の空気電極を隣接する管状セル（
図示せず）の燃料電極６と電気接続する相互接続部８を
収容するための長子方向間隙部７が図示されている。更
に、電子絶縁間隙部ｉｏも図示されている。相互接続部
８には金属若しくは燃料電極材料９を塗布しておくこと
もできる。
電気化学セル及び電解質５は種々の形状にすることがで
きるが、固体酸化物電気化学セルで用いるのに最も有用
な形である管状が、好ましい形状である。最も有用な空
気電極カソードは、ドーピングを行なった又は行なわな
いペロブスカイト系酸化物類又はその混合物であり、た
とえばり、ＭｏＯ３、Ｃ，ＭｎＯ３、Ｌ、Ｎ、Ｏ，、Ｌ
、Ｃ，０３，Ｌ、ＣｒＯ３、ドーピングした酸化インジ
ウム、！。０３等がその例である。
代表的な電解質材料５は、蛍石構造の酸化物又はペロブ
スカイト系の混合酸化物であるが、その他の単純な酸化
物類、混合酸化物類又は単純な酸化物と混合酸化物との
混合物を用いることもできる。好ましい電解質材料は、
入手が容易な安定化されたジルコニアである。当該技術
分計で周知の如く、ジルコニアは多種の元素類によって
安定化されている（即ち、ドーピングされていル）ケレ
ども、稀土類元素によって安定化されたジルコニア、特
にイツトリアによって安定化されたジルコニアは酸素イ
オンの移動度に優れているので好ましい。好ましい組成
は（Ｚｒ０２）。＠Ｏ（Ｙ２Ｏり。１゜であり、この組
成の材料は固体酸化物電気化学セル中での働きが良好で
ある。イツトリウムをドーピングした酸化トリウム等の
他の混合酸化物類を使用してもよい。
サーメット燃料電極アノード６を簡略図で第２図に図示
したが、数本の金属繊維１９の断面を観念的に示しであ
る。わかり易く示すために金属繊維１９はすべて円形断
面を持つように示しであるが、実際には種々様々の不規
則な断面を持つ。固体電解質基材５は、基材５に付着し
基材５から成長したセラミック酸化物骨格構造１８によ
って一部が被覆され又は完全に取り込まれた形で結合し
ている金属粒子１７を支持している。金属粒子の外側部
分を点描してあり、内部はハツチをつけて金属であるこ
とを示しである。
部分的に被覆され若しくは完全に取り込まれた金属粒子
は、交差点２０において互いに接触する熱安定性金属繊
維母材、好ましくは長いニッケルｍ維１９によって接続
され！ａ維ｔ９の内部に保持されている。従って、熱安
定性金属繊維１９は、燃料電極構造６の内部に位置して
いる。長い金属繊維は、図示したように、通常はランダ
ムな方向性の繊維母材を形成する。金属繊維は、骨格構
造１８の内部に埋め込まれ骨格構造１８の一部の内部を
貫通している。金属繊維１９は好ましくはフェルト形状
であり、交差点２０又はニッケル金属粒子と接触する点
において金属−金属拡散結合により一体化しているのが
好ましい。
第２図は、三次元図で表した初期、前面、断面図である
ことに注意されたい、従って、三次元の粒子Ａ（点描し
たもの）は構造の内部に入り込んで三次元粒子Ｂ（金属
であることを示すためにハツチで示した）になり、また
簡明に示すために外側に位置する金属繊維Ｃが構造の内
部に入り込むところで切断してあり、それが金属繊維り
である。
金属繊維１９を燃料電極構造６の厚さ全体あるいはその
一部の内部に位置させることができる。
熱安定性金属繊維と金属粒子とを組み合わせることによ
り、顕著な導電性が得られ、電極の抵抗及びセル全体の
抵抗が劇的に低下する。第２図かられかるように、骨格
構造１８は、薄い膜として金属粒子１７及び金属繊維１
９の上部に成長し、その厚さは電解質５の近傍の方が厚
い。従って、セラミック酸化物の骨格部と長い熱安定性
金属繊維という二つの母材が粒子に対して存在するとい
う特徴があり、金属繊維と金属粒子とは点２１のような
極めて多くの位置で密接に接触し且つ結合接触する。
図示したように、熱安定性金属繊維はたとえば点２２の
ような骨格構造で覆われた個所で金属粒子の一部分と接
触することもでき、金属繊維は表面に出て点２３のよう
な個所で露出した金属粒子の外側部分と接触することも
でき、これら全ての接触によりアノード６の電子伝導性
が増加する。
かくして、長い熱安定性の金属繊維母材が金属粒子を取
り込み、電子的に相互接続する。金属粒子は、点２４の
ような多くの点で相互に接触している。アノード構造中
には、点２５で示すような多数の空隙又は孔部が存在す
る。
本発明の場合、好ましい燃料電極アノードの厚さは１０
０乃至３００マイクロメータ（０，１０乃至０．３０ｆ
ｆ１ｍ）であり、好ましくは１００乃至２００マイクロ
メータ（０，１０乃至０．２０ｍ５＋）である。燃料電
極構造６の骨格及び母材構造の内部に埋め込まれる金属
粒子１７としては、ニッケル、コバルト、これらの合金
類及び混合物を用いることができる。金属粒子の直径乃
至寸法は、はぼ１乃至１００マイクロメータ（０，００
１乃至０．１０ｍ５）であり、好ましくは１乃至２５マ
イクロメータ（０，００１乃至０．０２５ｍｍ）である
。ニッケル繊維は長さ１．０乃至１５ＩＩＩ１１で横断
面寸法が直径に換算して０．００５乃至０．０５ｍｍで
あり、従って直径に対して長さが極めて長い。この種の
繊維は、箔、バー・ストック（ｂａｒ　５ｔｏｃｋ）又
はワイヤーを機械加工する周知の方法により作られる。
本発明においては、ニッケル繊維が好ましい。しかしな
がら、融点が約１０００ｔｌ：以上であり、約１０００
℃の燃料雰囲気中で化学的に安定である（実質的に酸化
しない）適当な材料を用いることができる。使用できる
ニッケル以外の熱安定性金属の例としては、鉄、コバル
ト、銅、金、白金、これらの合金類及びニッケルとの混
合物を挙げることができる。
好ましくは、本発明で使用する熱安定性金属繊維は、気
孔率７０乃至９５％（理論密度の５乃至３０％）で厚み
０．００５乃至０．０２５１１１ｍの金属フェルトであ
る。多孔性フェルトの製造に当たっては、金属フェルト
を適当な方法でフェルト状にし或いは重ね合わせて単層
のランダムに配置され絡み合った状態又は特定の角度に
配向した状態にした後に、所望に応じて拡散結合させる
。繊維の接触点において溶融することなく繊維の接触点
において繊維界面を通って原子を相互拡散させるに充分
な時間の間拡散結合させる。拡散結合後においては結合
した繊維体の取扱いが容易になり、強度及び構造一体性
が得られる。
スラリー浸漬及び吹付けを含む種々の方法で金属粒子１
７を粉末の層として付着させて電解質と接触させること
ができる。その他の付着法としては、テープ移送技術（
ｔａｐｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が
あり、この方法は大量生産に適し厚さ及び気孔率が均一
であるので有用である。しかしながら、多くの場合、気
孔率を低下させ電極層のガス透過性を低下させる高圧の
均衡加圧技術を使用せずに全ての金属粒子を完全に且つ
密接に接触させることは不可能であった。本発明は、所
望する気孔率を低下させることなく、必要な密接接触を
達成することができる。
導電体である金属粒子１７を電解質５に結合させ、導電
体である金属粒子１７及び熱安定性金属１ａｒａ＋９を
部分的に又は完全に骨格１８内に埋めこむ材料は、蒸着
によって付着させることができ２種の反応剤から形成す
ることができる。第一の反応剤は水蒸気、炭酸ガス又は
酸素であり、第二の反応剤は金属ハロゲン化物、好まし
くは四塩化ジルコニウムに塩化イツトリウムのような安
定化元素のハロゲン化物を添加して成る。骨格結合材料
としては、電解質と同一の材料（又は同一の材料をドー
ピングにより変成した材料）を選択し、結合材料と電解
質とが良好に結合し結合材料と電解質の熱的性質（熱膨
張率など）が一致するようにするのが好ましい。電解質
とコンパチブルな多種多様なセラミック金属酸化物類を
使用することかでざるが、好ましい骨格結合材料１８は
イツトリアで安定化したジルコニアである。
蒸着により付着させた骨格構造は、金属粒子の周囲に成
長することが判明している。金属粒子が埋め込まれた骨
格構造を形成させるために、金属粒子層の被覆を固定酸
化物電解質の一面に付着させる。まず最初に金属粒子を
付着させ、続いて金属フェルトをかぶせ、その夜更に金
属粒子を付加して金属フェルト母材に金属粒子を充填さ
せる。
別法としては、金属フェルトを直接に電解質に取りつけ
、次いで金属フェルト母材に金属粒子スラリーを含浸さ
せてもよい。この方法を用いる場合、金属繊維母材を完
全に電解質面にまで浸透させるために、スラリーの粘度
は充分に低い粘度でなければならない。金属粒子は、た
とえば５重量％ポリビニルアルコール水溶液のような水
性担体中に分散させて金属粒子を付着させることができ
、分散液の固形分含有率は３０！ｉ量％から７０重皿％
の範囲で変動させることができる。
金属繊維母材中で金属粒子を電解質の第一面に付着させ
た後に、電解質の第二面に酸素源をあて、金属粒子の第
一側面に金属ハロゲン化物蒸気をあてる。電解質を充分
な温度に加熱して、存在する液体担体を蒸発させ酸素を
電解質中に拡散させて金属ハロゲン化物蒸気と反応させ
、全て′ニッケル繊維母材の内部で骨格構造又は被膜を
金属粒子の一部分の周囲に成長させ或いは金属粒子を埋
め込ませて、粒子及び繊維を電解質層に結合させる。こ
の加熱工程により、接触状態の金属粒子及び接触状態の
金属繊維は焼結して一体になり、導電率の向上に寄与す
る。
固体電気化学セルの電気化学的に活性な部位は、反応剤
、電解質及び電極の界面である。この電気化学的に活性
な部位において、燃料ガスが酸素イオンと結合すること
ができ、電子が８動じて電流が発生する。金属粒子に加
えて熱安定性金属ｉａ維を用いることにより、活性部位
を追加することができる。本発明の電極は固体酸化物燃
料電池に用いると特に有用であるが、固体状電気分解装
置及びガス検知器の電極としても使用できる。
以下に実施例を挙げて本発明を例示する。
実　　施　　例 カルシアで安定化したジルコニアから成る多孔質支持体
、ドーピングをした亜マンガン酸ランタンから成る空気
電極カソード、及びイツトリアで安定化したジルコニア
から成る密な電解質とを重ね合わせた管状セルを形成し
た。この管状セルの構造は、第１図に示した最初の３層
と同じ構造である。上部電解質表面の長平方向相互接続
空間（第１図中に符号７で示す）をポリテトラフルオロ
エチレンのテープでマスキングした。直径約１乃至２５
マイクロメータのニッケル粒子粉末をポリビニルアルコ
ール担体兼結合剤の５重量％水溶液に分散させた流体ス
ラリー中に電解質の上面を浸漬した。スラリーの固形分
含有量は約５０重量％であった。電解質のマスキングを
施さなかった部分の電解質面上には、約０．０１乃至０
．０２ｇ／ｃｍ’のニッケル粒子が付着した。
次に繊維長約３乃至１５ｍｍ、繊維直径約０．Ｏｌ乃至
０．０５ｍ５の拡散結合繊維を持つ気孔率９０％のニッ
ケル繊維のフェルトをニッケル粉末スラリーの上部に付
着させて、ニッケル繊維母材の底部にニッケル粉末スラ
リーが浸透し含浸されるようにした。フェルトの厚さは
、約０．０７５ｍｍであった。フェルトは０．０１乃至
０．０２ｇ／ｃｍ’のニッケル繊維を含有するものであ
った。セルを上記と同じニッケル粒子粉末スラリー中に
再び浸漬して、ニッケル繊維母材に完全に含浸させ、更
に０．１０ｇ／ｃｍ２のニッケル粒子を付加させた。次
いで、スラリーを乾燥させた。ニッケル・フェルトがス
ラリーを含有する作用を示すために、乾燥中に極めて少
量のニッケル・スラリーがドリッピング（滴下）により
失われた。
次に、マスキングを取り去り、管を上述の電気的な蒸着
法により処理した。管の内面部に酸素を流し、管の外面
部には四塩化ジルコニウムと塩化イツトリウムとを含有
する蒸気混合物を流した。
温度は約１２００℃であった。約ｌＯ分間反応を続けた
後、管を徐冷した。電解質の上部にニッケル繊維フェル
トを付着させなかフたこと以外は同様にして比較試料管
を製造した。比較試料の場合、単一の塗布操作により電
解質面の単位面積当たりのニッケル粉末含有量が同一に
なるようにした。
電極を顕微鏡検査して蒸着の状態を調べたところ、イツ
トリアで安定化されたジルコニアの骨格がニッケル粒子
間及び繊維含有電極中のニッケル繊維の周囲に成長して
いて、厚さ（１，１５■で気孔率約３５％乃至４５％の
サーメット・アノード構造が形成されていることがわか
った。上記の本発明によるセル及び比較試料セルの抵抗
率を試験した結果を下表に示す。
セル試料　　　　　　　　　１０００℃におけるセルの
抵抗 ＊註：比較対照試料標準セル 上表かられかるように、本発明によれば、セル全体の抵
抗が（０，６３−０，４１）７０．６３から算出される
ように約３４％という大きな低下又は減少を示している
。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による管状電気化学電池の一実施例の
断面の示す斜視図である。 第２図は、本発明を最もわかり易く示す簡明化した斜視
図であり、図中、一部分を断面で示しであるが、母材構
造としてニッケル繊維を電極の内部に有して成る本発明
の多孔質燃料電極アノードが固体電解質基材の上面に配
置されている。 ４・・・・内側電極（空気電極） ５・・・・電解質 ６・・・・外側電極（燃料電極） １７・・・・金属粒子 １８・・・・セラミック金属酸化物（骨格結合材料）１
９・・・・熱安定性金属繊維

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）イオン伝導性固体電解質に結合したセラミック金
    属酸化物と金属粒子とより成る電極であって、電極構造
    の内部に熱安定性金属繊維を有することを特徴とする電
    極。
  2. （２）電極内部のセラミック金属酸化物が、金属粒子を
    結合する骨格構造を形成していることを特徴とする請求
    項第（１）項に記載の電極。
  3. （３）電解質がセラミック金属酸化物であることを特徴
    とする請求項第（１）項に記載の電極。
  4. （４）金属粒子が、ニッケル、コバルト、ニッケルとコ
    バルトの合金、及びこれらの混合物から成る群から選択
    されることを特徴とする請求項第（１）項に記載の電極
    。
  5. （５）電極が空気電極カソードにも結合されていること
    を特徴とする請求項第（１）項に記載の電極。
  6. （６）熱安定性金属繊維が長くて、電極の金属粒子及び
    セラミック金属酸化物材料を取り込み金属粒子を電子的
    に相互接続する母材を形成していることを特徴とする請
    求項第（１）項に記載の電極。
  7. （７）熱安定性金属繊維がニッケル繊維であることを特
    徴とする請求項第（１）項に記載の電極。
  8. （８）管状で酸素イオン伝導性の固体電解質に結合され
    た外側電極を有し、前記電解質は内側電極とも接触して
    おり、前記外側電極はセラミック金属酸化物から成る骨
    格構造中に部分的に埋め込まれた金属粒子を有する管状
    電気化学セルであって、外側電極構造の内部に熱安定性
    金属繊維を有して成ることを特徴とする管状電気化学セ
    ル。
  9. （９）電解質がセラミック金属酸化物であり、内側電極
    が空気電極カソードであることを特徴とする請求項第（
    ８）項に記載の電気化学セル。
  10. （１０）金属粒子が、ニッケル、コバルト、ニッケルと
    コバルトの合金、及びこれらの混合物から成る群から選
    択されることを特徴とする請求項第（８）項に記載の電
    気化学セル。
  11. （１１）熱安定性金属繊維が長くて、電極の金属粒子及
    びセラミック金属酸化物材料を取り込み金属粒子を電子
    的に相互接続する母材を形成していることを特徴とする
    請求項第（８）項に記載の電気化学セル。
  12. （１２）熱安定性金属繊維がニッケル繊維であることを
    特徴とする請求項第（８）項に記載の電気化学セル。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0696790A (ja) * 1992-03-13 1994-04-08 Wolf Johnssen 生物学的原材料から電気エネルギーを生起させる方法
JP2017150933A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 株式会社Ｓｏｋｅｎ ガスセンサ素子

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5021304A (en) * 1989-03-22 1991-06-04 Westinghouse Electric Corp. Modified cermet fuel electrodes for solid oxide electrochemical cells
GB8913819D0 (en) * 1989-06-15 1989-08-02 Tioxide Group Plc Shaped articles
US5080689A (en) * 1990-04-27 1992-01-14 Westinghouse Electric Co. Method of bonding an interconnection layer on an electrode of an electrochemical cell
US5069987A (en) * 1990-07-06 1991-12-03 Igr Enterprises, Inc. Solid oxide fuel cell assembly
DE4100107A1 (de) * 1991-01-04 1992-07-09 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur herstellung eines schichtsystems fuer gassensoren
DE4104838A1 (de) * 1991-02-16 1992-08-20 Abb Patent Gmbh Keramisches material zur herstellung einer verstaerkungsschicht fuer die luftelektrode einer brennstoffzelle mit festelektrolyt
US6030718A (en) 1997-11-20 2000-02-29 Avista Corporation Proton exchange membrane fuel cell power system
USRE39556E1 (en) * 1997-11-20 2007-04-10 Relion, Inc. Fuel cell and method for controlling same
US6096449A (en) * 1997-11-20 2000-08-01 Avista Labs Fuel cell and method for controlling same
US6248468B1 (en) 1998-12-31 2001-06-19 Siemens Westinghouse Power Corporation Fuel electrode containing pre-sintered nickel/zirconia for a solid oxide fuel cell
DE19914628A1 (de) * 1999-03-31 2000-11-16 Heraeus Electro Nite Int Poröse Elektrodenstruktur für einen Gassensor und Sensoranordnung
US6605316B1 (en) 1999-07-31 2003-08-12 The Regents Of The University Of California Structures and fabrication techniques for solid state electrochemical devices
US6468682B1 (en) 2000-05-17 2002-10-22 Avista Laboratories, Inc. Ion exchange membrane fuel cell
US7326480B2 (en) * 2000-05-17 2008-02-05 Relion, Inc. Fuel cell power system and method of controlling a fuel cell power system
US6716549B2 (en) 2001-12-27 2004-04-06 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell having metalized gas diffusion layer
US6787264B2 (en) * 2002-05-28 2004-09-07 General Electric Company Method for manufacturing fuel cells, and articles made therewith
US6984467B2 (en) * 2002-09-24 2006-01-10 Siemens Westinghouse Power Corporation Plasma sprayed ceria-containing interlayer
GB0227180D0 (en) * 2002-11-21 2002-12-24 Omnagen Ltd Improvements in or relating to a fuel cell
US7056608B2 (en) 2003-02-14 2006-06-06 Relion, Inc. Current collector for use in a fuel cell
US6939636B2 (en) * 2003-04-28 2005-09-06 Relion, Inc. Air cooled fuel cell module
US7308510B2 (en) * 2003-05-07 2007-12-11 Intel Corporation Method and apparatus for avoiding live-lock in a multinode system
WO2004102704A1 (ja) * 2003-05-14 2004-11-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 固体酸化物型燃料電池とその製造方法
RU2236068C1 (ru) * 2003-06-10 2004-09-10 Мятиев Ата Атаевич Электрод-электролитная пара на основе двуокиси циркония (варианты), способ ее изготовления (варианты) и органогель
RU2236722C1 (ru) * 2003-06-10 2004-09-20 Мятиев Ата Атаевич Электрод-электролитная пара на основе двуокиси церия (варианты), способ ее изготовления (варианты) и органогель
US8211587B2 (en) * 2003-09-16 2012-07-03 Siemens Energy, Inc. Plasma sprayed ceramic-metal fuel electrode
JP2008522370A (ja) * 2004-11-30 2008-06-26 ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニア 電気化学装置用封止ジョイント構造
EP1829112A4 (en) * 2004-11-30 2009-11-18 Univ California JOINING DISSOLVABLE MATERIALS
US7297435B2 (en) * 2005-03-10 2007-11-20 Ovonic Fuel Cell Company, Llc Solid oxide fuel cell
BRPI0621912A2 (pt) * 2006-07-28 2011-12-20 Univ California método de unir estruturas tubulares concêntricas para formar uma estrutura tubular compósita e estrutura tubular compósita
CA2693368A1 (en) * 2007-07-25 2009-01-29 The Regents Of The University Of California High temperature electrochemical device with interlocking structure
CN101983250A (zh) * 2008-02-04 2011-03-02 加州大学评议会 用于高温燃料电池的Cu基金属陶瓷
KR20110005818A (ko) 2008-04-18 2011-01-19 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 고온 전기화학적 장치를 위한 일체형 밀봉재
US9642192B2 (en) * 2011-08-04 2017-05-02 Fuelcell Energy, Inc. Method and manufacturing assembly for sintering fuel cell electrodes and impregnating porous electrodes with electrolyte powders by induction heating for mass production
CN111082136B (zh) * 2019-12-27 2021-01-05 成都新柯力化工科技有限公司 一种动力锂电池纤维膜固体电解质及制备方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1926445A1 (de) * 1969-05-23 1970-12-03 Gen Electric Elektrode fuer eine Zelle mit Sauerstoffionen-Festelektrolyt
US3895960A (en) * 1970-08-27 1975-07-22 Westinghouse Electric Corp Diffusion-bonded battery electrode plaques
US3835514A (en) * 1971-05-17 1974-09-17 Westinghouse Electric Corp Method of making laminated diffusion bonded battery plaques
FR2296703A1 (fr) * 1974-12-31 1976-07-30 Commissariat Energie Atomique Cellule d'electrolyse de la vapeur d'eau a haute temperature
DE2703689A1 (de) * 1977-01-29 1978-08-03 Ipsen Ind Int Gmbh Sauerstoffsonde
DE2747467C2 (de) * 1977-10-22 1979-10-11 Dornier System Gmbh, 7990 Friedrichshafen Cermet-Elektroden für Festelektrolytzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung
AU545997B2 (en) * 1980-12-22 1985-08-08 Westinghouse Electric Corporation High temp solid electrolyte fuel cell
US4490444A (en) * 1980-12-22 1984-12-25 Westinghouse Electric Corp. High temperature solid electrolyte fuel cell configurations and interconnections
US4395468A (en) * 1980-12-22 1983-07-26 Westinghouse Electric Corp. Fuel cell generator
US4447509A (en) * 1981-11-16 1984-05-08 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Pre-plated reactive diffusion-bonded battery electrode plaques
DE3150435A1 (de) * 1981-12-19 1983-06-30 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum herstellen eines elektrischen bauteils
US4598028A (en) * 1985-02-13 1986-07-01 Westinghouse Electric Corp. High strength porous support tubes for high temperature solid electrolyte electrochemical cells
US4609562A (en) * 1984-12-20 1986-09-02 Westinghouse Electric Corp. Apparatus and method for depositing coating onto porous substrate
US4597170A (en) * 1985-03-28 1986-07-01 Westinghouse Electric Corp. Method of making an electrode
US4582766A (en) * 1985-03-28 1986-04-15 Westinghouse Electric Corp. High performance cermet electrodes
US4702971A (en) * 1986-05-28 1987-10-27 Westinghouse Electric Corp. Sulfur tolerant composite cermet electrodes for solid oxide electrochemical cells

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0696790A (ja) * 1992-03-13 1994-04-08 Wolf Johnssen 生物学的原材料から電気エネルギーを生起させる方法
JP2017150933A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 株式会社Ｓｏｋｅｎ ガスセンサ素子

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