JPH02227961A - 固体電解質の形成方法 - Google Patents
固体電解質の形成方法Info
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- JPH02227961A JPH02227961A JP1046620A JP4662089A JPH02227961A JP H02227961 A JPH02227961 A JP H02227961A JP 1046620 A JP1046620 A JP 1046620A JP 4662089 A JP4662089 A JP 4662089A JP H02227961 A JPH02227961 A JP H02227961A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
- H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
- H01M8/1253—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides the electrolyte containing zirconium oxide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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、燃料ガス（例えば、水素ガス）と酸素ガスと
の反応により電気を発生させる固体電解質型燃料電池に
おける固体電解質の形成方法に関するものである。
の反応により電気を発生させる固体電解質型燃料電池に
おける固体電解質の形成方法に関するものである。
［従来の技術］
従来、高温固体電解質型燃料電池においては、その固体
電解質に主にイツトリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳ
Ｚと記す。）が用いられている。
電解質に主にイツトリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳ
Ｚと記す。）が用いられている。
そして、固体電解質はできるだけ薄くてかつガスのリー
クのない緻密な膜製造が望ましいとされ、このような薄
膜を多孔質焼結体等からなる燃料極の表面に被覆形成し
ている。
クのない緻密な膜製造が望ましいとされ、このような薄
膜を多孔質焼結体等からなる燃料極の表面に被覆形成し
ている。
固体電解質の薄膜を形成する方法として、例えば特開昭
６３−４５０号公報に掲げるようなものがあり、焼結法
、ＥＶＤ法、プラズマ溶射等の溶射法が知られている。
６３−４５０号公報に掲げるようなものがあり、焼結法
、ＥＶＤ法、プラズマ溶射等の溶射法が知られている。
しかし、焼結法は、緻密な薄膜を形成することが至難で
あり、ＥＶＤ法は成膜速度がきわめて遅いという問題が
ある。また、プラズマ溶射法は成膜速度の点ではＥＶＤ
法等に比べてはるかに速いが、緻密性の面から膜厚をあ
まり薄くすることができず１００μｍ位が限度とされて
いる。
あり、ＥＶＤ法は成膜速度がきわめて遅いという問題が
ある。また、プラズマ溶射法は成膜速度の点ではＥＶＤ
法等に比べてはるかに速いが、緻密性の面から膜厚をあ
まり薄くすることができず１００μｍ位が限度とされて
いる。
［発明が解決しようとする課題］
上述したように、従来の固体電解質の形成方法は、膜厚
、成膜速度、及び膜の緻密性の点でなお多くの課題を包
含しているものである。
、成膜速度、及び膜の緻密性の点でなお多くの課題を包
含しているものである。
そこで、本発明は上記課題を解決したきわめて有効な固
体電解質の形成方法を提供することを目的とするもので
ある。
体電解質の形成方法を提供することを目的とするもので
ある。
【課題を解決するための手段］
上記の目的を達成するため、本発明に係る固体電解質の
形成方法は、燃料極の表面にレーザＰＶＤ法を用いて固
体電解質のＹＳＺ薄膜を形成するものである。
形成方法は、燃料極の表面にレーザＰＶＤ法を用いて固
体電解質のＹＳＺ薄膜を形成するものである。
この場合において、上記燃料極を固体電解質と同じＹＳ
Ｚを含むＮｉ多孔質焼結体とすることが適当である。
Ｚを含むＮｉ多孔質焼結体とすることが適当である。
［作 用］
レーザＰＶＤ法を用いると、大出力のレーザ光をターゲ
ットのＹＳＺ蒸着母材に集光・照射してこれを加熱・蒸
発させ燃料極の基体に蒸着させるものであるから、燃料
極の表面にきわめて緻密性の高いＹＳＺの薄膜を形成す
ることができる。その膜厚は１０〜３０μｍにも薄くす
ることができ、緻密性は従来のＥＶＤ法による場合と何
ら遜色はない。また、成膜速度の面でもプラズマ溶射法
に比べると多少劣るが、ＥＶＤ法や焼結法に対しては１
０〜１００倍の成膜速度が得られることを確認している
。
ットのＹＳＺ蒸着母材に集光・照射してこれを加熱・蒸
発させ燃料極の基体に蒸着させるものであるから、燃料
極の表面にきわめて緻密性の高いＹＳＺの薄膜を形成す
ることができる。その膜厚は１０〜３０μｍにも薄くす
ることができ、緻密性は従来のＥＶＤ法による場合と何
ら遜色はない。また、成膜速度の面でもプラズマ溶射法
に比べると多少劣るが、ＥＶＤ法や焼結法に対しては１
０〜１００倍の成膜速度が得られることを確認している
。
［実施例］
以下、本発明の一実施例を図により説明する。
第１図は本発明におけるレーザＰＶＤ法の実施装置の概
略構成図である。図において、１は真空チャンバ、２は
レーザ光３の入射窓、４はレーザ光３を集光してターゲ
ット５に照射するための凹レンズ、６は蒸着の対象であ
る基板であり、この場合、基板６は燃料極を構成するた
めＮｉ多孔質焼結体等からつくられている。また、上記
ターゲット５にはＹＳＺの焼結体等が用いられる。７は
基板６の表面に蒸着されたＹＳＺ薄膜で、これが固体電
解質となるものである。
略構成図である。図において、１は真空チャンバ、２は
レーザ光３の入射窓、４はレーザ光３を集光してターゲ
ット５に照射するための凹レンズ、６は蒸着の対象であ
る基板であり、この場合、基板６は燃料極を構成するた
めＮｉ多孔質焼結体等からつくられている。また、上記
ターゲット５にはＹＳＺの焼結体等が用いられる。７は
基板６の表面に蒸着されたＹＳＺ薄膜で、これが固体電
解質となるものである。
炭酸ガスレーザ、ＹＡＧパルスレーザ等により大出力の
レーザ光３を入射窓２を通して真空チャンバ１（真空度
は普通１０〜１０−３Ｔｏｒｒ位である。）内に入射さ
せ、凹レンズ４により集光してＹＳＺの焼結体等からな
るターゲット５に照射する。この照射によって、ターゲ
ット５の表面が加熱されＹＳＺを蒸発させるため、この
ＹＳＺの蒸気が対向配置された燃料極の基板６の表面に
蒸着し所望の薄膜の固体電解質７を形成することになる
。
レーザ光３を入射窓２を通して真空チャンバ１（真空度
は普通１０〜１０−３Ｔｏｒｒ位である。）内に入射さ
せ、凹レンズ４により集光してＹＳＺの焼結体等からな
るターゲット５に照射する。この照射によって、ターゲ
ット５の表面が加熱されＹＳＺを蒸発させるため、この
ＹＳＺの蒸気が対向配置された燃料極の基板６の表面に
蒸着し所望の薄膜の固体電解質７を形成することになる
。
固体電解質７の成膜速度は２００μｍ／■１ｎ位であり
、従来のＥＶＤ法に対し１０〜１００倍である。また、
膜厚は１０〜３０μｍまで薄くすることができ、かつ膜
の緻密性を保持することができる。
、従来のＥＶＤ法に対し１０〜１００倍である。また、
膜厚は１０〜３０μｍまで薄くすることができ、かつ膜
の緻密性を保持することができる。
第２図はこのようにしてつくられた固体電解質７を持つ
高温固体電解質型燃料電池の構成例を示す断面図である
。
高温固体電解質型燃料電池の構成例を示す断面図である
。
この実施例においては、燃料極６はＹＳＺを含むＮｉ多
孔質焼結体（板厚二０．２〜２ｍｍ）から成っている。
孔質焼結体（板厚二０．２〜２ｍｍ）から成っている。
＝れは、燃料電池が１０００℃という高温で発電するも
のであるため、燃料極６がＮｉ多孔質焼結体の場合には
Ｎｉ粒子の焼結が進み、目づまりを起してガスの透過性
が低下してくる。
のであるため、燃料極６がＮｉ多孔質焼結体の場合には
Ｎｉ粒子の焼結が進み、目づまりを起してガスの透過性
が低下してくる。
そこで、これを防止するために固体電解質７と同じＹＳ
Ｚを含有させ、Ｎｉ粒子の焼結の進行を抑えるためであ
る。また、ＹＳＺの含有により燃料極６と固体電解質７
間の熱膨張差が小さくなり、固体電解質７の剥離を防止
する役目も果たし、このため燃料電池の長寿命化が図れ
る。
Ｚを含有させ、Ｎｉ粒子の焼結の進行を抑えるためであ
る。また、ＹＳＺの含有により燃料極６と固体電解質７
間の熱膨張差が小さくなり、固体電解質７の剥離を防止
する役目も果たし、このため燃料電池の長寿命化が図れ
る。
なお、ＹＳＺの含有量は１０〜７５シｔ９％である。
第２図において、８は上記固体電解質７の表面にフレー
ム溶射でＬ ａ （Ｓ ｒ ） Ｍ ｎ Ｏｓ等の酸化
物膜を形成して構成した空気極であり、その膜厚は２０
０μｍ程度である。
ム溶射でＬ ａ （Ｓ ｒ ） Ｍ ｎ Ｏｓ等の酸化
物膜を形成して構成した空気極であり、その膜厚は２０
０μｍ程度である。
このように構成された固体電解質型燃料電池において、
空気極８に空気（０□）を流し、燃料極６に燃料ガス（
Ｈ２またはＧｏ）を流すと、空気極８側において、０２
＋４ｅ→２０″″−の反応が生じ、燃料極６側において
、２０−→０２ ＋ ４ ｅの反応が生ずる。
空気極８に空気（０□）を流し、燃料極６に燃料ガス（
Ｈ２またはＧｏ）を流すと、空気極８側において、０２
＋４ｅ→２０″″−の反応が生じ、燃料極６側において
、２０−→０２ ＋ ４ ｅの反応が生ずる。
上記反応により発生した電子（ｅ ）は燃料極６から
空気極８に向けて移動し、プラス極である空気極８と、
マイナス極である燃料極６との間に起電力が発生し電気
が流れる。このとき、同時に発生した水（Ｈ２Ｏ）は系
外に排出される。
空気極８に向けて移動し、プラス極である空気極８と、
マイナス極である燃料極６との間に起電力が発生し電気
が流れる。このとき、同時に発生した水（Ｈ２Ｏ）は系
外に排出される。
第３図は上記固体電解質型燃料電池において、空気極８
に空気を流し、燃料極６ ＋： Ｈ２ガスを流して測定
した特性線図である。この特性線図は、横軸に負荷電流
値（ｍ Ａ ／ ｃＪ ）をとり、縦軸に起電力（Ｖ）
及び電流値（Ａ）をとって表したものである。
に空気を流し、燃料極６ ＋： Ｈ２ガスを流して測定
した特性線図である。この特性線図は、横軸に負荷電流
値（ｍ Ａ ／ ｃＪ ）をとり、縦軸に起電力（Ｖ）
及び電流値（Ａ）をとって表したものである。
第３図かられかるように、１０００℃の温度で、その時
の起電力は負荷電流値２００ ｍ Ａ ／ ｃ−で０゜
８■が得られた。
の起電力は負荷電流値２００ ｍ Ａ ／ ｃ−で０゜
８■が得られた。
また、上記特性は、数千時間程度の発電においても変化
がみられない。この結果、固体電解質膜７の緻密性が保
たれていることがわかる。
がみられない。この結果、固体電解質膜７の緻密性が保
たれていることがわかる。
［発明の効果］
以上のように本発明によれば、レーザＰＶＤ法により燃
料極の表面にＹＳＺからなる固体電解質膜を形成するこ
ととしたので、成膜速度が太き（、かつ高緻密性で極薄
の膜とすることができるという効果がある。
料極の表面にＹＳＺからなる固体電解質膜を形成するこ
ととしたので、成膜速度が太き（、かつ高緻密性で極薄
の膜とすることができるという効果がある。
また、燃料極にＹＳＺを含むＮｉ多孔質焼結体を用いれ
ば、燃料極の目づまりを防止でき、ガスの透過性を確保
することができるため、長寿命の燃料電池が得られる。
ば、燃料極の目づまりを防止でき、ガスの透過性を確保
することができるため、長寿命の燃料電池が得られる。
第１図は本発明におけるレーザＰＶＤ法の実施装置の概
略構成図、第２図は本発明により得られた固体電解質型
燃料電池の断面図、第３図はその燃料電池の特性線図で
ある。 ６・・・燃料極 ７・・・固体電解質 ８・・・空気極 代理人 弁理士 佐々木 宗 治 ′！肩荷電ン毘装置 （ｒｎａ／ｃｍす８：空気袷
略構成図、第２図は本発明により得られた固体電解質型
燃料電池の断面図、第３図はその燃料電池の特性線図で
ある。 ６・・・燃料極 ７・・・固体電解質 ８・・・空気極 代理人 弁理士 佐々木 宗 治 ′！肩荷電ン毘装置 （ｒｎａ／ｃｍす８：空気袷
Claims (2)
- （１）固体電解質型燃料電池の燃料極の表面にレーザＰ
ＶＤ法を用いてＹＳＺの薄膜からなる固体電解質を形成
することを特徴とする固体電解質の形成方法。 - （２）前記燃料極にＹＳＺを含むＮｉ多孔質焼結体を用
いたことを特徴とする請求項１記載の固体電解質の形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1046620A JPH02227961A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 固体電解質の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1046620A JPH02227961A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 固体電解質の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02227961A true JPH02227961A (ja) | 1990-09-11 |
Family
ID=12752338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1046620A Pending JPH02227961A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 固体電解質の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02227961A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5348776A (en) * | 1991-04-23 | 1994-09-20 | Osaka Gas Company Limited | Method of producing interconnectors for solid oxide electrolyte fuel cells |
| US7226691B2 (en) | 2002-09-25 | 2007-06-05 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell solid oxide fuel cell and related method |
-
1989
- 1989-03-01 JP JP1046620A patent/JPH02227961A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5348776A (en) * | 1991-04-23 | 1994-09-20 | Osaka Gas Company Limited | Method of producing interconnectors for solid oxide electrolyte fuel cells |
| US7226691B2 (en) | 2002-09-25 | 2007-06-05 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell solid oxide fuel cell and related method |
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