JPH0272558A - 燃料電池の電極の製造方法 - Google Patents

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、固体電解質型燃料電池の電極の気密性固体電
解質表面に熱変動に強い電極を形成する電極の製造方法
に関し、特に、燃料極の製造に適した方法である。

（従来の技術） 固体電解質型燃料電池に用いる電極材料は、大きな電子
導電率を有し、使用雰囲気中で安定で、電解質と反応し
ない物質が要求される。

さらに、動作温度が例えば１０００”Ｃと高温であり、
固体電解質と一体構造を採るところから、電解質と熱膨
張率がほぼ等しい物質が要求される。

しかし、還元性雰囲気にさらされる燃料極は、上記の条
件を総て満たす適当な物質がないため、ニッケル、コバ
ルト専の金属電極が用いられている。しかし、これらの
金属電極は、カルシア安定化ジルコニア等の固体電解質
より熱膨張率が大きいために熱変動に弱い。

そこで、金属電極材料粉末にカルシア安定化ジルコニア
等の粉末を加え、見掛けの熱膨張率を低下させる方法が
ある。即ち、上記両粉末を溶媒中に分散させたスラリー
中に気密性固体電解質を浸漬するか、固体電解質表面に
該スラリーをスプレーした後、乾燥し、焼結するもので
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記の熱膨張率を調整する方法においても、固
体電解質との熱膨張率の適合性が十分でなく、熱サイク
ルを繰り返すと亀裂、剥離を避けることができない。本
発明は、上記の欠点を解消し、熱変動に強く、ガス透過
性に優れた電極を気密性固体電解質表面に形成すること
ができる燃料電池の電極の製造方法を提供しようとする
ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、燃料電池の気密性固体電解質表面に熱変動に
強い電極を形成する電極の製造方法において、上記電解
質及び電極材料に対して不活性で、電解質と熱膨張率の
近い物質を用いて、連続気孔を有する電極材料支持膜を
形成し、電極材料粉末を含有するスラリーを該支持膜表
面に接触させて連続気孔内に含浸させ、該粉末を焼結す
ることにより支持膜表面及び連続気孔内に電極膜を形成
することを特徴とする電極の製造方法である。

（作用） 本発明は、燃料電池の気密性固体電解質表面に連続気孔
を有する電極材料を形成し、該連続気孔内に電極材料の
薄膜を形成することにより、熱変動に強い電極を製造す
るもので、支持膜は電解質と同一物質か、熱膨張率の近
い物質を用いて電極材料を支持するための骨格を形成し
て、燃料電池の熱サイクルにおいても固体電解質と一体
的に熱変動に耐えることができ、かつ、支持膜の連続気
孔内に形成された電極材料の薄膜により電子導電率を確
保し、連続気孔によりガス透過性を保有させたものであ
る。

第１図は、本発明により製造した電極の模式図であり、
気密性固体電解質１に一体的にに形成された支持膜２の
表面及び連続気孔内に電極材料の薄膜３を形成したもの
である。

このような電極材料支持膜は、上記の骨格形成物質の平
均粒径が４０〜ｌＯｕｍの粗粒と４〜０．１μｌの細粒
を重量比で４〜６：８〜２で混合して使用することによ
り、焼結時の収縮を抑制し、亀裂の発生を防止すること
ができ、かつ、電極材料薄膜の形成とガス透過性を確保
するための、孔径５〜０．５μ重の連続気孔を形成する
ことができる。その際、焼結温度は１４００〜１５００
℃の範囲が好ましく、１５００℃以上では緻密化が進み
、１４００℃以下では充分な膜強度が得られず、所期の
電極材料支持膜を得ることができない。

また、上記の混合粉末は水系スラリーとして浸漬若しく
はスプレーによって固体電解質表面に塗布されるが、水
溶性アクリル樹脂等は、塗布時の膜強度を高める目的で
混合粉末１００重量部に対して５〜１ｆｆｆｆｆｉ部添
加することが好ましく、グリセリン等はスラリーの安定
性を高める目的で５Ｏ−１０ｆｆｒｆｆ１部添加するこ
とが好ましい。一般に、スラリー濃度は高い方が塗布時
間を短（することができるが、スプレーで塗布するとき
には５００ｃｐ以下の粘度にしないと塗布することがで
きない。

（実施例１） イツトリア安定化ジルコニアからなる気密性固体電解質
表面に、これと熱膨張率が近いカルシア安定化ジルコニ
アで電極材料支持膜を形成し、支持膜の表面及び連続気
孔内に１１ｉ０薄膜を形成して固体電解質型燃料電池の
燃料極を製造した。

まず、支持膜は、平均粒径が３０μｍと！μ■のカルシ
ア安定化ジルコニア粉末を重量比でｌ：ｌに混合し、混
合粉末１００重量部に対して水５０重量部、グリセリン
５０重量部、水溶性アクリル樹脂３重量部加えてボール
ミルで混合してスラリーを作った。このスラリーはスプ
レーを用いて固体電解質表面に５０〜１００μ論の厚さ
に塗布した。その後、室温で６時間、８０℃の恒温槽で
２時間乾燥してから、５０℃／ｈｒで５００℃まで昇温
して仮焼し、さらに、１００℃／ｈｒで１４００℃まで
昇温して２時間焼結させた。それから、１００℃／ｈｒ
で室温まで冷却して、平均孔径３μ口、気孔率３０〜３
５％の連続気孔（走査型電子顕微鏡の観察による）を有
する支持膜を得た。

次いで、燃料極材料として平均粒径１μｍのＮｉＯ粉末
を用い、ＮｆＯ粉末１００１ＴＩ　ｊｌｎ部に対して水
５０重量部、グリセリン５０重量部、水溶性アクリル樹
脂ａｆｆｌｆｉｔ部加えてボールミルでＩＱ時間混合し
てスラリーを作った。そして、雰囲気を真空に引くこと
により、連続気孔中の空気を追い出してから、このスラ
リー中に上記の支持膜を浸漬し、支持膜の連続気孔内に
スラリーを含浸させた。スラリーから取り出した支持膜
を室温で６時間、５０℃の乾燥炉で２時間乾燥した後、
５０℃／ｈｒで５００℃まで昇温して仮焼し、さらに、
１００℃／ｈｒで１３５０℃まで昇温して２時間保持す
ることにより焼結した。それから１００℃／ｈｒで室温
まで冷却して支持膜の表面及び連続気孔内にＮｉＯの薄
膜を形成した。

次いで、還元雰囲気中で１０００℃以上に加熱すること
により、ＮｉＯをＮｉに還元して導電性薄膜とした。

このようにして得た燃料極は、２００℃／ｌｌｌ１ｎの
昇温速度で１０００℃に加熱し、２時間保持し、２００
℃／ｓｉｎの降温速度で室温まで冷却する熱サイクルを
３回繰り返して電極表面を観察したところ、亀裂及び剥
離は全く見られなかった。

（実施例２） 実施例１において、支持膜形成物質と支持膜形成用スラ
リー及び燃料極形成用スラリーの組成比を変更した点を
除き、同一条件で燃料極を製造した。

即ち、支持膜形成物質として同体電解質と同一物質であ
るイツトリア安定化ジルコニア粉末を用い、支持膜形成
用スラリーの組成比を混合粉末１００重Ｉｎ部に対して
水７０重項部、グリセリン３ｍｆｉｔ部及び水溶性アク
リル樹脂１重ｌｔ部加えて調製し、また、燃料極薄膜形
成用スラリーの組成比をＮｉＯ粉末１００重量部に対し
て水７０重量部、グリセリン３重！１を部及び水溶性ア
クリル樹脂１重量部加えて調製した。

得られた燃料極は、実施例１と同様に熱サイクルを縁り
返したが、電極表面に亀裂や剥離を見いだすことはでき
なかった。

（発明の効果） 本発明は、上記の構成を採用することにより、気密性の
固体電解質表面に連続気孔を有する電極材料支持膜を形
成することができ、固体電解質と支持膜の熱膨張率の近
似性により、熱サイクルに対して安定な構造を確保し、
連続気孔内の電極材料薄膜による導電性を得ることがで
き、固体電解質型燃料電池の寿命を飛躍的に延ばすこと
ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法で得た電極の断面模式図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料電池の気密性固体電解質表面に熱変動に強い電極を
   形成する電極の製造方法において、上記電解質及び電極
   材料に対して不活性で、電解質と熱膨張率の近い物質を
   用いて、連続気孔を有する電極材料支持膜を形成し、電
   極材料粉末を含有するスラリーを該支持膜に接触させて
   連続気孔内に含浸させ、該粉末を焼結することにより支
   持膜表面及び連続気孔内に電極膜を形成することを特徴
   とする電極の製造方法。