JPH03155050A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents
固体電解質燃料電池Info
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- JPH03155050A JPH03155050A JP1294483A JP29448389A JPH03155050A JP H03155050 A JPH03155050 A JP H03155050A JP 1294483 A JP1294483 A JP 1294483A JP 29448389 A JP29448389 A JP 29448389A JP H03155050 A JPH03155050 A JP H03155050A
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- 239000007787 solid Substances 0.000 title abstract description 6
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 39
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- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
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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
- H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
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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］
本発明は固体電解質燃料電池に関し、特に固体電解質と
接する酸素電極側あるいは燃料Ｘ極側に微小粒子からな
る薄膜層を形成した固体電解質燃料電池に関わる。
接する酸素電極側あるいは燃料Ｘ極側に微小粒子からな
る薄膜層を形成した固体電解質燃料電池に関わる。
［従来の技術と課題］
第９図は従来の固体電解質燃料電池の構成例会を示し、
国体電解質１とこの固体電解質１に接する酸素電極（正
極）２．燃ｔ４電極（負極）３とから構成されている。
国体電解質１とこの固体電解質１に接する酸素電極（正
極）２．燃ｔ４電極（負極）３とから構成されている。
ところで、こうした燃料電池を構成する酸素電極や燃料
電極には、一般に粒径調整がなされていない粒子が用い
られている。そのため、第１Ｏ図に示す如（粒径範囲が
広く、電極原料粒子の製法にもよるが例えば平均粒径が
２μｍの場合、その範囲は０．２〜１０μｍ程度にわた
る。この時、定性的に第１１図に示すように大粒子Ａの
隙間を小粒子Ｂが埋めるため、ガスの拡散が阻害され、
また電極粒子と固体電解質との接触部面積が小さいとい
う欠点があった。その結果、固体電解質燃料電池の性能
を低下させる恐れがある。
電極には、一般に粒径調整がなされていない粒子が用い
られている。そのため、第１Ｏ図に示す如（粒径範囲が
広く、電極原料粒子の製法にもよるが例えば平均粒径が
２μｍの場合、その範囲は０．２〜１０μｍ程度にわた
る。この時、定性的に第１１図に示すように大粒子Ａの
隙間を小粒子Ｂが埋めるため、ガスの拡散が阻害され、
また電極粒子と固体電解質との接触部面積が小さいとい
う欠点があった。その結果、固体電解質燃料電池の性能
を低下させる恐れがある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、固体電解質
と接する酸素電極側あるいは燃料電極側に微小粒子から
なる薄膜層を形成することにより、ガスの拡散を良好に
行うとともに、電極粒子と固体電解質との接触部面積を
大きくし、もって発電性に優れた固体電解質燃料電池を
提供することを目的とする。
と接する酸素電極側あるいは燃料電極側に微小粒子から
なる薄膜層を形成することにより、ガスの拡散を良好に
行うとともに、電極粒子と固体電解質との接触部面積を
大きくし、もって発電性に優れた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］
本願第１の発明は、固体電解質と、この固体電解質に直
接接触し、酸素電極微小粒子からなる少くとも一層以上
の第１薄膜層と、この第１薄膜層上に設けられ、しかも
該薄膜層よりも厚い酸素電極粒子を用いた層で形成され
た酸素電極と、この酸素電極とは反対側の前記固体電解
買主面に設けられた燃料電極とを具備することを特徴と
する固体電解質燃料電池である。
接接触し、酸素電極微小粒子からなる少くとも一層以上
の第１薄膜層と、この第１薄膜層上に設けられ、しかも
該薄膜層よりも厚い酸素電極粒子を用いた層で形成され
た酸素電極と、この酸素電極とは反対側の前記固体電解
買主面に設けられた燃料電極とを具備することを特徴と
する固体電解質燃料電池である。
本願第２の発明は、固体電解質と、この固体電解質に直
接接触し、燃料電極微小粒子からなる少くとも一層以上
の第２薄膜層と、この第２薄膜層上に設けられ、しかも
該薄膜層よりも沖、い燃料電極粒子を用いた層で形成さ
れた燃料電極と、この燃料電極とは反対側の前記固体電
解買主面に設けられた酸素電極とを具備することを特徴
とする固体電解質燃料電池である。
接接触し、燃料電極微小粒子からなる少くとも一層以上
の第２薄膜層と、この第２薄膜層上に設けられ、しかも
該薄膜層よりも沖、い燃料電極粒子を用いた層で形成さ
れた燃料電極と、この燃料電極とは反対側の前記固体電
解買主面に設けられた酸素電極とを具備することを特徴
とする固体電解質燃料電池である。
［作用］
本発明において、電極と電解質との界面部に形成した微
小粒子は次の作用を有する。なお、この作用は基本的に
燃料極（負極）でも酸素極（正極）でも同様であるので
、燃料極について説明する。
小粒子は次の作用を有する。なお、この作用は基本的に
燃料極（負極）でも酸素極（正極）でも同様であるので
、燃料極について説明する。
第１図及び第２図において、固体電解質１に接して負極
部薄膜層（粒径４μｍ以下）４があり、その上に燃料電
極３が設けられている。こうした構成にすることにより
、第３図に示すよう・に固体電解質１を透過してきた酸
素イオン０２−は３相界面（６部）で電子を放出し、Ｈ
２と結合して水となる。この３相界面の面積は、粒径を
小さくする程大きくなる。しかし、粒径を小さくすると
、Ｈ２の供給が悪くなる。これは電池性能の低下をもｊ
こらすので、本発明では界面近傍のみを小粒径の電極材
を用い、燃料電極（厚膜部）３及び酸素電極（厚膜部）
２については比較的大きな粒子を用いて良好なガス供給
を可能にしている。
部薄膜層（粒径４μｍ以下）４があり、その上に燃料電
極３が設けられている。こうした構成にすることにより
、第３図に示すよう・に固体電解質１を透過してきた酸
素イオン０２−は３相界面（６部）で電子を放出し、Ｈ
２と結合して水となる。この３相界面の面積は、粒径を
小さくする程大きくなる。しかし、粒径を小さくすると
、Ｈ２の供給が悪くなる。これは電池性能の低下をもｊ
こらすので、本発明では界面近傍のみを小粒径の電極材
を用い、燃料電極（厚膜部）３及び酸素電極（厚膜部）
２については比較的大きな粒子を用いて良好なガス供給
を可能にしている。
以下、本発明の実施例について比較例とともに説明する
。
。
［実施例１］
直径２３φ、厚さ２００μｍのイツトリア安定化ジルコ
ニア板に０．３μｍのＳｒをドープしたＬａＭｎ Ｏ＋
スラリーを正極部薄膜層（粒径２μｍ以下）５として塗
布し、さらに５μｍの同種材料をスラリーにて酸素電極
（厚膜部−粒径２〜１０μｍ程度）２として塗布し、焼
成して厚み５０μｍの酸素電極を得た。また、燃料電極
については、燃料電極（厚膜部）３として３μｍのＮｉ
Ｏにて厚さ５０μｍの負極を作った。このセルを１００
０’ｃ下にて、Ｈ２、Ａｉｒを供給し、電流電圧特性を
計測したところ、第４図に示すような発電電圧−電流密
度特性図（Ｎｏ、１）が得られた。また、第７図は本発
明による負極薄膜層の効果を示す特性図、第８図は本発
明による正極薄膜層の効果を示す特性図であり、縦軸は
無次元化電流密度、横軸は（負極。
ニア板に０．３μｍのＳｒをドープしたＬａＭｎ Ｏ＋
スラリーを正極部薄膜層（粒径２μｍ以下）５として塗
布し、さらに５μｍの同種材料をスラリーにて酸素電極
（厚膜部−粒径２〜１０μｍ程度）２として塗布し、焼
成して厚み５０μｍの酸素電極を得た。また、燃料電極
については、燃料電極（厚膜部）３として３μｍのＮｉ
Ｏにて厚さ５０μｍの負極を作った。このセルを１００
０’ｃ下にて、Ｈ２、Ａｉｒを供給し、電流電圧特性を
計測したところ、第４図に示すような発電電圧−電流密
度特性図（Ｎｏ、１）が得られた。また、第７図は本発
明による負極薄膜層の効果を示す特性図、第８図は本発
明による正極薄膜層の効果を示す特性図であり、縦軸は
無次元化電流密度、横軸は（負極。
ｉ′Ｅ極）電極粒子と固体電解質の密着度を示す特性図
である。これらの図より、いずれの極でも粒径を小さく
すれば、性能は向上するが、特に正極では１μｍ以下望
ましくは０．４μｍ以下、負極では４μｍ以下望ましく
は２μｍ以下が望ましい。
である。これらの図より、いずれの極でも粒径を小さく
すれば、性能は向上するが、特に正極では１μｍ以下望
ましくは０．４μｍ以下、負極では４μｍ以下望ましく
は２μｍ以下が望ましい。
［比較例１］
従来法により５ ！ｔ ｍのＭ ｎ Ｏ３を使用した場
合、第５図に示すようなデータを得た。３回の実験（Ｎ
ｏ、２〜Ｎｏ、４）を行なったが、本発明の１／２以ド
の性能しか得られなかった。
合、第５図に示すようなデータを得た。３回の実験（Ｎ
ｏ、２〜Ｎｏ、４）を行なったが、本発明の１／２以ド
の性能しか得られなかった。
［実施例２］
正極部薄膜層５として、貴金属白金の無電解メツキ（層
厚０．３〜０．４μｍ）を採用した。第６図はその２例
の発電電圧−電流密度特性図（Ｎ ｏ。
厚０．３〜０．４μｍ）を採用した。第６図はその２例
の発電電圧−電流密度特性図（Ｎ ｏ。
５、Ｎｏ、６）を示すが、いずれも良好な値を得た。
なお、上記実施例では、第１図に示したように薄膜層を
電解質の両側に形成した場合について述ベたか、電解質
の１主向側に形成してもよい。また、薄膜層は１粒子分
の厚みでもよい。
電解質の両側に形成した場合について述ベたか、電解質
の１主向側に形成してもよい。また、薄膜層は１粒子分
の厚みでもよい。
［発明の効！４！］
以上詳述した如く本発明によれば、固体電解質と接する
酸素電極側あるいは燃料電極側に微小粒子からなる薄膜
層を形成することにより、ガスの拡散を良好に行うとと
もに、電極粒子と固体電解質との接触部面積を大きくし
、もって発電性に優れた信頼性の高い固体電解質燃料電
池を提供できる。
酸素電極側あるいは燃料電極側に微小粒子からなる薄膜
層を形成することにより、ガスの拡散を良好に行うとと
もに、電極粒子と固体電解質との接触部面積を大きくし
、もって発電性に優れた信頼性の高い固体電解質燃料電
池を提供できる。
第１図は本発明に係る固体電解質燃料電池の断面図、第
２図は第１図の部分拡大説明図、第３図は同燃料電池の
３相界面での作用説明図、第４図は本発明の実施例１に
係る固体電解質燃料電池の発電電圧−電流密度の特性図
、第５図は比較例に係る固体電解質燃料電池の発電電圧
−電流密度の特性図、第６図は本発明の実施例２に係る
固体電解質燃料電池の発電電圧−電流密度の特性図、第
７図は本発明による負極薄膜層の効果を示す特性図、第
８図は本発明による正極薄膜層の効果を示す特性図、第
９図は従来の固体電解質燃料電池の断面図、第１Ｏ図は
第９図の燃料電池の粒径範囲を示す分布図、第１１図は
同燃料電池を局部的に拡大して示す説明図である。 １・・・固体電解、２・・・酸素電極、３・・・燃！’
−’Ｉ電極、４・・・負極部薄膜層、５・・・正極部薄
膜層。
２図は第１図の部分拡大説明図、第３図は同燃料電池の
３相界面での作用説明図、第４図は本発明の実施例１に
係る固体電解質燃料電池の発電電圧−電流密度の特性図
、第５図は比較例に係る固体電解質燃料電池の発電電圧
−電流密度の特性図、第６図は本発明の実施例２に係る
固体電解質燃料電池の発電電圧−電流密度の特性図、第
７図は本発明による負極薄膜層の効果を示す特性図、第
８図は本発明による正極薄膜層の効果を示す特性図、第
９図は従来の固体電解質燃料電池の断面図、第１Ｏ図は
第９図の燃料電池の粒径範囲を示す分布図、第１１図は
同燃料電池を局部的に拡大して示す説明図である。 １・・・固体電解、２・・・酸素電極、３・・・燃！’
−’Ｉ電極、４・・・負極部薄膜層、５・・・正極部薄
膜層。
Claims (2)
- （１）固体電解質と、この固体電解質に直接接触し、酸
素電極微小粒子からなる少くとも一層以上の第１薄膜層
と、この第１薄膜層上に設けられ、しかも該薄膜層より
も厚い酸素電極粒子を用いた層で形成された酸素電極と
、この酸素電極とは反対側の前記固体電解質主面に設け
られた燃料電極とを具備することを特徴とする固体電解
質燃料電池。 - （２）固体電解質と、この固体電解質に直接接触し、燃
料電極微小粒子からなる少くとも一層以上の第２薄膜層
と、この第２薄膜層上に設けられ、しかも該薄膜層より
も厚い燃料電極粒子を用いた層で形成された燃料電極と
、この燃料電極とは反対側の前記固体電解質主面に設け
られた酸素電極とを具備することを特徴とする固体電解
質燃料電池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1294483A JPH03155050A (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | 固体電解質燃料電池 |
| US07/578,499 US5145753A (en) | 1989-09-12 | 1990-09-06 | Solid electrolyte fuel cell |
| EP90250227A EP0426265B1 (en) | 1989-09-12 | 1990-09-07 | Solid electrolyte fuel cell |
| AU62268/90A AU634812B2 (en) | 1989-09-12 | 1990-09-07 | Solid electrolyte fuel cell |
| DE69016352T DE69016352T2 (de) | 1989-09-12 | 1990-09-07 | Brennstoffzelle mit festen Elektrolyten. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1294483A JPH03155050A (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03155050A true JPH03155050A (ja) | 1991-07-03 |
Family
ID=17808348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1294483A Pending JPH03155050A (ja) | 1989-09-12 | 1989-11-13 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03155050A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01227362A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池の製造方法 |
-
1989
- 1989-11-13 JP JP1294483A patent/JPH03155050A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01227362A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池の製造方法 |
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