JPH02301966A - 燃料電池用電極の製造法 - Google Patents

燃料電池用電極の製造法

Info

Publication number
JPH02301966A
JPH02301966A JP1123228A JP12322889A JPH02301966A JP H02301966 A JPH02301966 A JP H02301966A JP 1123228 A JP1123228 A JP 1123228A JP 12322889 A JP12322889 A JP 12322889A JP H02301966 A JPH02301966 A JP H02301966A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
sheet
slurry
tape
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1123228A
Other languages
English (en)
Inventor
Noboru Taniguchi
昇 谷口
Kazuhito Hado
一仁 羽藤
Koji Gamo
孝治 蒲生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP1123228A priority Critical patent/JPH02301966A/ja
Publication of JPH02301966A publication Critical patent/JPH02301966A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/9041Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605Porous electrodes
    • H01M4/8621Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M2008/147Fuel cells with molten carbonates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051Carbonates
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

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、燃料電池の多層電極、特に溶融炭酸塩型燃料
電池の燃料電池用電極の製造法に関するものである。
従来の技術 従来燃料電池の電極を、合金粉末をプレス整形して、そ
の後800°C〜1200 ’Cの高温で焼結させ得て
いた。最近では、工程の簡略化、コストダウン、あるい
は高品質化を目脂した抄紙法ならびにテープキャスティ
ング法が、プレス整形法にとって代わり一般的になって
きている。さらには、テープキャスティング法などで得
られたテープ状電極を、高温焼結させないで、電池にそ
のまま組み込み、電池のたち上げと共に焼結させる方法
も検討されている。また、ドクターブレード法などによ
り電解質と電極を一体化製造し、製造プロセスの効率化
を図る動きもある。
しかしながら、このようにして得られた電極の性能は、
十分とはいえず、現在材料面そして製法面の両面から性
能向上に向はアプローチされている。
燃料極材料として、従来Mlを主体に各種添加剤が加え
られたもの、例えばN1−Cr、N1−Alなどが用い
られてきたが、最近では、水素吸蔵合金、あるいは水素
に活性な合金が試みられている。これは主に性能向上よ
りむしろ長寿命化をねらった電極の過焼結防止を意図し
たものである。また製法面では、金属粒子にセラミック
スをコーティング、あるいはセラミックスに金属をコー
ティングすることにより過焼結防止を試みている。
発明が解決しようとする課題 しかし、電極のうちでも特に燃料極においては、多数の
発明がなされているにもかかわらず、性能向上化につい
ては、いま一つ改善されていない。
□ 従来の電極作製法では、電解質に接する側とガスが
供給される側の微細構造を制御することが困難であり、
電極の両側の微細構造はほぼ等しかった。
そのため電極中含浸する塩と、拡散するガスとの反応点
、いわゆる三相帯領域が制約され、電池において大電流
を負荷することは困難であった。例えば、細孔径の大き
な電極では、ガスはスムーズに拡散するが、塩の含浸は
起こらない。逆に、細孔径の小さなものでは、塩の含浸
は進むがガスは拡散しにくい。
本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、塩の含浸とガス
の拡散を効率よく行う電極製造に際し、効率的かつ低コ
ストな燃料電池用電極の製造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 本発明は、ニッケル粉末をバインダーおよび溶媒とスラ
リー化し、テープキャスティング法によってシート状に
した上に、水素に活性な合金の粉末を同様のプロセスで
重ね合わせ一体化し、少なくとも2層以上のシートとす
ることを特徴とする燃料電池用電極の製造法である。ま
た、本発明は、水素に活性な合金の粉末をバインダーお
よび溶媒とスラリー化し、テープキャスティング法によ
ってシート状にした上に、ニッケル粉末を同様のプロセ
スで重ね合わせ一体化し、少なくとも2層以上のシート
とすることを特徴とする燃料電池用電極の製造法である
。更に、本発明は、ニッケル粉末をバインダーおよび溶
媒とスラリー化し、テープキャスティング法によってシ
ート状にした上に、水素に活性な合金を気相法により薄
膜を形成して重ね合わせ一体化し、少なくとも2層以上
のシートとすることを特徴とする燃料電池用電極の製造
法である。また、本発明は、望ましくは、水素に活性な
合金に、La、Zr、Se、Sm、TI 、Mg、Mn
、Caの元素うち少なくとも一種とNlとからなること
を特徴とし、好ましくは、一度のテープキャスティング
により得たシートの厚さが、0. 1mm〜3.0mm
であることを特徴するものである。
作用 合金粉末多層電極を、テープキャスティングを用いた一
体化製造法により作製することは、高性能な電極を大量
かつ安価に製造でき、燃料電池組立の際の効率化、低コ
スト化に寄与する。
実施例 以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。
本発明による第1の実施例は旧冬孔質テープ層1をテー
プキャスティングにより作製し、そのテープの上にLa
N16のテープ層2を作製したもので、その断面図を第
1図に示す。本実施例では、ます粒径約2〜3μmのカ
ーボニルニッケル粉末に、過焼結を防止する目的でアル
ミナ微粉末を5wt%添加したものを、有機バインダー
、溶媒と共にボールミル混合しスラリー化した。これを
テープキャスティング法によりシート化し第1テープ層
とした。つぎに、アーク溶融により合成したLaN I
5合金を400メツシユ以下に分級して粉末にしたもの
を、上記と同様にしてスラリー化し、第1テープ層の上
にテープキャスティングした。また、シートの厚さをド
クターブレードを用いて制御し、第1層のシートの厚さ
を1.0mm1 第2層の厚さを0.8mmに調整した
。第1テープ層と第2テープ居は、完全に密着、一体化
しており、作製状の問題はなく、作業操作性もよかった
。5は電解質である。
この電極Aの性能評価を、単極測定により行った。
比較として、2〜3μmのカーボニルニ、ノケル粉末を
上記と同様にして、厚さ1.8mmのシートを作製し電
極とした。単極測定は、L:CCh:4:Iの混合ガス
を流m 58. 3 cc/mで電極に拡散させ、65
0℃における負荷電流に対する分極(過電圧)を調べた
。電解質としてClAlO2に6層wt%の共晶塩(L
l/に:Ei2/38CO3)を含浸させたものを用い
、これに参照極を設置した。さらに、電池に組み込み放
電試験を行った。前記の電極を燃料極とし、酸素極側に
NIO多孔質電極、電解質にはClAlO2に60it
%の共晶塩(Ll/に=82/38CCh )を含浸さ
せたものを用い、燃料ガス(lh/C02=4/1) 
60 cc/m、酸化剤ガス(Air/C(hニア/3
) 200 cc/mで供給し、系の温度を650 ’
Cに保った。単極測定の結果を第2図に示す。本発明に
よる電極の分極は、負荷電流100 mA/cm2で、
35mVと比較用の従来の電極より優れた性能を示すこ
とを確認した。また、100時間後の電池放電試験にお
いては、 100 mA/cm2゜0、 907V、 
 150mA/cm2.o、  818V1  であり
、従来の電極(粒径2〜3μmのN1粉末をテープキャ
スティングにより得たもの)を用いたもの、100 m
A/Cm2,0. 880mV1150mA/cm2,
0. 8QQmVより優れた性能を示し、本実施例によ
る2層一体化電極が正常に機能し、かつ塩の含浸とガス
の拡散がバランスよく行われより高い性能を有すること
を確認した。
本発明による第2の実施例はLaNl6のテープ層2を
テープキャスティングにより作製し、そのテープの上に
1aNIsのテープ層1を作製したもので、作製方法は
第1実施例と同様にし、第2テープ層を電解質側に配備
する。その断面図は第1図と同様となりその性能評価を
上記の単極測定に行ったところ第1の実施例と全く等し
い結果を得た。
本発明による第3の実施例は旧冬孔質テープ層6をテー
プキャスティングにより作製し、そのテープの上にLa
Nl5の膜7を作製したもので、その断面図を第3図に
示す。本実施例では、まず粒径的2〜3μmのカーボニ
ルニッケル粉末に、過焼結を防止する目的でアルミナ微
粉末を5wt%添加したものを、有機バインダー、溶媒
と共にボールミル混合しスラリー化した。これをテープ
キャスティング法によりソート化し第1層6とした。つ
ぎに、アーク溶融により合成したLaNl5を粉砕して
粒径0.5mm程度の粒子にし、この粒子を原料にして
10−3torr以下で第1層6にフラッシュ蒸着した
。また、第1層6のシートの厚さをドクターブレードを
用いて制御し、厚さを1.0mmにし、LaN Is膜
7の厚さは、O−8mmに成るまで蒸着を行った。第1
層と第2層は、完全に密着、一体化しており、作製状の
問題はなく、作業操作性もよかった。
この電極Bの性能評価を、前記と同法で単極測定、電池
放電試験により行った。単極測定の結果を第2図に示す
。本発明による電極の分極は、負荷電流100 mA/
am2で、40mVと比較用の従来の電極より優れた性
能を示すことを確認した。また、100時間後の電池放
電・試験においては、100mA/cm2,0.905
V、 150mA/cm2,0.815V1であり、1
000時間後においては、 100 mA/am2゜0
、 900V、  150mA/cm2,0. 805
V、  であり、従来の電極(粒径2〜3μmのN1粉
末をテープキャスティングにより得たもの)を用いたも
の、(1000時間後) 100 mA/cm2,0.
 875mV1150mA/cm2,0. 762+n
Vより優れた性能を示し、本実施例による2層一体化電
極が正常に機能し、かつ塩の含浸とガスの拡散がバラン
スよ(行われより高い性能を有することを確認した。
本実施例で明らかなように、合金粉末多層電極を、テー
プキャスティングあるいは気相薄膜化を用いた一体化製
造法で作製することにより、従来の単一層、単一組成よ
りなる電極より、0.01V以上の性能向上が確認され
た。さらに、本発明により電極を大量かつ安価に製造で
き、燃料電池組立の際に高効率で、低コストな製造を可
能にしている。
以上、本実施例は特に溶融炭酸塩型燃料電池の場合に付
いて述べているが、その他の燃料電池例えば、リン酸型
燃料電池、アルカリ型燃料電池で用いてももちろんよい
。原料粉末に、Nl粉末とLaN I6粉末を用いた例
を示したが、旧とその他の金属、あるいは合金の粉末の
組合せによる一体化であってももちろんよい。
また、金属あるいは合金の粒径、形状は、どのようなも
のでもよく、粉末にする粉砕法や製法も如何なる方法を
とってもよい。さらに、上記に示したものは、2層に重
ねた例をあげているが、テープキャスティングあるいは
気相薄膜化により重ねる回数は3層以上であってももち
ろんよい。
本発明による第3の実施例で気相薄膜化の方法として、
フラッシュ蒸着を取り上げて示したが、他の薄膜化法、
例えばスッパタリング、イオンビーム蒸着、ケミカルベ
ーパデポジション、イオンプレティング、溶射などの方
法を用いてもよい。
なお、上記実施例では、燃料極の製法に付いて示してい
るが、本発明は、電極の製造法であって、空気極にこの
方法を用いてももちろんよい。
発明の効果 本発明の製造法では、合金粉末多層電極を、テープキャ
スティングあるいは気相薄膜化を用いて一体化、多層化
することにより、高性能な電極を大量にしかも容易に作
製することができる。同時に以降のスタック積層工程な
どでの作業性向上、製造工程の効率化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第3図は、本発明の一実施例にかかる燃料電
池用電極の製造法により得られた電極の断面図、第2図
は本発明の一実施例及び比較例の電極の単極測定結果を
示すグラフである。 1・・Φ第1テープ(N1)層、2・Φ・第2テープ(
LaNi3)層、3・・・燃料ガス、4・・・塩、5・
・・電解質、6・ΦφN1テープ層、7・φφLaN 
16膜。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第2図 1乏 荷 胃ム ラ’R,(/WLハ/こア2)乙−・
−Nrテープ°層 7−−− LユNlS層 第3図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ニッケル粉末をバインダーおよび溶媒とスラリー
    化し、テープキャスティング法によってシート状にした
    上に、水素に活性な合金の粉末を同様のプロセスで重ね
    合わせ一体化し、少なくとも2層以上のシートとするこ
    とを特徴とする燃料電池用電極の製造法。
  2. (2)水素に活性な合金の粉末をバインダーおよび溶媒
    とスラリー化し、テープキャスティング法によってシー
    ト状にした上に、ニッケル粉末を同様のプロセスで重ね
    合わせ一体化し、少なくとも2層以上のシートとするこ
    とを特徴とする燃料電池用電極の製造法。
  3. (3)ニッケル粉末をバインダーおよび溶媒とスラリー
    化し、テープキャスティング法によってシート状にした
    上に、水素に活性な合金を気相法により薄膜を形成して
    重ね合わせ一体化し、少なくとも2層以上のシートとす
    ることを特徴とする燃料電池用電極の製造法。
JP1123228A 1989-05-17 1989-05-17 燃料電池用電極の製造法 Pending JPH02301966A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1123228A JPH02301966A (ja) 1989-05-17 1989-05-17 燃料電池用電極の製造法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1123228A JPH02301966A (ja) 1989-05-17 1989-05-17 燃料電池用電極の製造法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH02301966A true JPH02301966A (ja) 1990-12-14

Family

ID=14855373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1123228A Pending JPH02301966A (ja) 1989-05-17 1989-05-17 燃料電池用電極の製造法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH02301966A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000069008A1 (en) * 1999-05-07 2000-11-16 Forskningscenter Risø Electrochemical cell
KR100441940B1 (ko) * 1997-07-31 2004-09-18 한국전력공사 용융탄산염형 연료전지용 니켈-알루미늄-타이타늄 연료극의제조방법 및 연료극.
KR100441939B1 (ko) * 1997-07-16 2004-09-18 한국전력공사 니켈-알루미늄 합금 연료극 및 그 제조방법
KR100467347B1 (ko) * 1997-07-31 2005-05-17 한국전력공사 산화물분산연료극의제조방법및연료극
KR100467348B1 (ko) * 1997-07-16 2005-05-17 한국전력공사 금속간화합물석출강화형니켈-알루미늄연료극및제조방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100441939B1 (ko) * 1997-07-16 2004-09-18 한국전력공사 니켈-알루미늄 합금 연료극 및 그 제조방법
KR100467348B1 (ko) * 1997-07-16 2005-05-17 한국전력공사 금속간화합물석출강화형니켈-알루미늄연료극및제조방법
KR100441940B1 (ko) * 1997-07-31 2004-09-18 한국전력공사 용융탄산염형 연료전지용 니켈-알루미늄-타이타늄 연료극의제조방법 및 연료극.
KR100467347B1 (ko) * 1997-07-31 2005-05-17 한국전력공사 산화물분산연료극의제조방법및연료극
WO2000069008A1 (en) * 1999-05-07 2000-11-16 Forskningscenter Risø Electrochemical cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4084602B2 (ja) Sofc高温燃料電池の集電体
JP5430009B2 (ja) 電気化学デバイスからの不純物相の除去
US7910262B2 (en) Solid electrolyte type fuel cell and air electrode current collector used for the same
JP5072169B2 (ja) 燃料電池および関連装置の改良
US5629103A (en) High-temperature fuel cell with improved solid-electrolyte/electrode interface and method of producing the interface
US8227372B2 (en) Core / shell-type catalyst particles comprising metal or ceramic core materials and methods for their preparation
JP5208518B2 (ja) 可逆式固体酸化物型燃料電池を製造する方法
KR101649012B1 (ko) 고온 연료전지용 양극 및 그의 제조
US5110541A (en) Method of manufacturing electrodes of molten carbonate fuel cell
KR20090023255A (ko) 세리아 및 스테인리스 스틸 기재 전극
JP2003522384A (ja) アノードに支持された電解質を含むアセンブリの製造方法およびそのようなアセンブリを備えるセラミック電池
JP4487465B2 (ja) 固体電解質型燃料電池
JP2009528443A (ja) 多孔質体
JP2008546161A (ja) 固体酸化物燃料電池用電極の堆積法
JP2002216807A (ja) 固体電解質型燃料電池の空気極集電体
JPH02301966A (ja) 燃料電池用電極の製造法
CA2735868C (en) Optimized cell configurations for stable lscf-based solid oxide fuel cells
JPH09259895A (ja) 固体電解質型燃料電池の電極基板
JP3730774B2 (ja) 固体電解質型燃料電池セル
JPWO2022026332A5 (ja)
JP2002513997A (ja) 金属粒子および酸化物の焼成アノードを有する電気化学セル
JP3208528B2 (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池用電極及びその製造方法
JPH02257570A (ja) 燃料電池用電極の製造法
JP3091495B2 (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池のための電極の製造方法、この方法で製造された電極およびこの方法で製造された電極を用いた溶融炭酸塩型燃料電池
JPH11233121A (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池の空気極材料及びその製造方法