JPH0381963A - Solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Solid electrolyte fuel cell

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JPH0381963A
JPH0381963A JP1217778A JP21777889A JPH0381963A JP H0381963 A JPH0381963 A JP H0381963A JP 1217778 A JP1217778 A JP 1217778A JP 21777889 A JP21777889 A JP 21777889A JP H0381963 A JPH0381963 A JP H0381963A
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JP
Japan
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thin film
solid electrolyte
electrode
plating layer
fuel cell
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JP1217778A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Fushimi
伏見 和夫
Kaoru Kitakizaki
薫 北寄崎
Kazuhiko Kawakami
和彦 河上
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE:To obtain a unit cell whose voltage drop is small by stacking a first electrode thin film, a pinhole-free solid electrolyte thin film, and a second electrode thin film on the surface of a porous base plate in order to form a unit cell structure. CONSTITUTION:A metal plating layer is formed on the surface of a porous base plate 1, and the plating layer is polished to make the surface uniform, and immersed into an acidic solution to remove the plating layer, then metal plating is conducted again to form a porous electrode thin film 2 having fine, uniform pores. A pinhole-free solid electrolyte thin film 3 is stacked thereon, and furthermore an electrode thin film 4 is stacked on the solid electrolyte thin film 3 to form a unit cell. The periphery of each pore on the surface of the porous base plate is extruded toward the inside of the pore, and the inner diameter of the pore is made fine and uniform by the plating layer formed on the surface, and the solid electrolyte thin film is formed so as to block the pores. Pinholes caused by the breakage of the solid electrolyte thin film on the large pores are not produced and adverse effect on electromotive force caused by pinholes is avoided.

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 この発明は、多孔質基板に電極、固体電解質の薄膜を積
層して単セルを構成して成る燃料電池に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application This invention relates to a fuel cell in which a single cell is constructed by laminating electrodes and a solid electrolyte thin film on a porous substrate.

B0発明の概要 本発明は単セルを積重構成したスタックを有する固体電
解質型燃料電池において、 多孔質基板表面部に、金属メッキ層を形成し、その上を
研摩して均してから酸性液に浸漬してメッキ層を除去し
、さらに金属をメッキすることにより微細均一化した空
孔を有する多孔質電極薄膜を形成し、その表面にピンホ
ールのない固体電解質薄膜を積層し、その表面に電極薄
膜を積層して電池の単セルを構成することにより、 良好な燃料電池を構成するようにしたものである。
B0 Summary of the Invention The present invention provides a solid oxide fuel cell having a stack of single cells, in which a metal plating layer is formed on the surface of a porous substrate, the top is polished and leveled, and then an acidic liquid is applied. The plating layer is removed by immersion in water, and a porous electrode thin film with fine and uniform pores is formed by further plating with metal.A solid electrolyte thin film without pinholes is laminated on the surface of the porous electrode thin film. A good fuel cell is constructed by laminating thin electrode films to construct a single battery cell.

C0従来の技術 従来、多孔質基板を用いた応用製品に燃料電池がある。C0 conventional technology Fuel cells are conventionally applied products using porous substrates.

この種、燃料電池の一つに平板型の燃料電池がある。One type of fuel cell is a flat plate fuel cell.

一般に、燃料電池本体は固体電解質の両側に陽極と陰極
の電極板を配置して単位電池構造体(以下単位セル構造
体と称す)を構成し、この単セル構造体を陽極電極同志
と陰極電極同志が対向するように複数個直列に配置した
ものである。このように構成された燃料電池本体の陰極
側に燃料として水素ガス(水素)を供給し、陽極側に酸
化剤として、空気(酸素)を供給して、水素と酸素とを
反応させて起電力を発生させている。なお、この反応の
ときに水が生成される。次に第6図により従来の燃料型
゛池について述べる。
In general, a fuel cell main body consists of a unit cell structure (hereinafter referred to as a unit cell structure) by arranging an anode and a cathode electrode plate on both sides of a solid electrolyte. A plurality of them are arranged in series so that they face each other. Hydrogen gas (hydrogen) is supplied as a fuel to the cathode side of the fuel cell body configured in this way, and air (oxygen) is supplied as an oxidizing agent to the anode side, causing the hydrogen and oxygen to react to generate an electromotive force. is occurring. Note that water is produced during this reaction. Next, a conventional fuel type battery will be described with reference to FIG.

すなわち、燃料電池本体30は、第6図に示すように、
複数個の単セル構造体Sと、これらの単セル構造体Sを
直列に積層固定する抑え板31a。
That is, the fuel cell main body 30, as shown in FIG.
A plurality of single cell structures S and a holding plate 31a for stacking and fixing these single cell structures S in series.

31bと、積層固定した電池本体30の各単セル構造体
Sの陰極板側に水素ガス)hを供給する水素ガス供給用
マニホルド32と、陽極板側に空気(酸素)を供給する
空気供給用マニホルド33と、各単セル構造体Sの陽極
板および陰極板からそれぞれ電気を取り出す集電リード
34および35によって構成されている。
31b, a hydrogen gas supply manifold 32 that supplies hydrogen gas (h) to the cathode plate side of each single cell structure S of the stacked and fixed battery body 30, and an air supply manifold 32 that supplies air (oxygen) to the anode plate side. It is composed of a manifold 33 and current collecting leads 34 and 35 that take out electricity from the anode plate and cathode plate of each single cell structure S, respectively.

この様に構成された積層型燃料電池においては、ガス供
給用のマニホルド32.33は、電池本体30の外側に
付設されている。また、供給された水素ガスと空気が電
解質を介して反応を行うことによって水と電気エネルギ
ーが発生し、この発生した電気エネルギーを外部に取り
出す集電リード(ブスバー)34.35も、単セル構造
体の外側に付設されている。
In the stacked fuel cell configured in this manner, the gas supply manifolds 32 and 33 are attached to the outside of the cell main body 30. In addition, water and electrical energy are generated by the reaction between the supplied hydrogen gas and air via the electrolyte, and the current collector leads (busbars) 34 and 35 that extract this generated electrical energy to the outside have a single cell structure. attached to the outside of the body.

D1発明が解決しようとする課題 第6図に示した従来の燃料電池では固体電解質。Problems that the D1 invention attempts to solve The conventional fuel cell shown in Figure 6 uses a solid electrolyte.

酸素用電極および水素用電極を組み合わせて構成しであ
るが、強度に難点がある。しかし単セル構造体を組立た
後に画電極の外側に設けた集電板によって強度は確保で
きるものの組立時に破損する恐れがある。また、ある程
度の強度を確保するために固体電解質の層を止むを得ず
厚く形成する必要があった。
Although it is constructed by combining an oxygen electrode and a hydrogen electrode, it has a drawback in strength. However, although strength can be ensured by a current collector plate provided outside the picture electrode after the unit cell structure is assembled, there is a risk of damage during assembly. Furthermore, in order to ensure a certain degree of strength, it was necessary to form the solid electrolyte layer thickly.

固体電解質の層を厚く形成すると、固体電解質自身の抵
抗性による電圧降下Vは ■−1−r−[×10″′(iは固体電解質に流れる電
流、Rは固体電解質の抵抗、tは固体電解質の厚さであ
る)で表される関係から、電圧降下は大きくなるため固
体電解質の厚さは薄い方が良いことが判る。しかし、従
来の構成では固体電解質の厚さは強度の関係である程度
厚く形成しなくてはならず、このため、電圧降下が大き
くなってしまうという問題がある。
When the solid electrolyte layer is formed thickly, the voltage drop V due to the resistance of the solid electrolyte itself is From the relationship expressed by (the thickness of the electrolyte), it can be seen that the thinner the solid electrolyte is, the greater the voltage drop.However, in the conventional configuration, the thickness of the solid electrolyte is related to strength. It has to be formed to be somewhat thick, which causes a problem in that the voltage drop becomes large.

本発明は上述の点に鑑み、固体電解質を薄膜に形成し、
電圧降下の小さな燃料電池の単セル構造体が得られるよ
うにした固体電解質型燃料電池を提供することを目的と
する。
In view of the above points, the present invention forms a solid electrolyte into a thin film,
An object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell in which a single cell structure of a fuel cell with a small voltage drop can be obtained.

81課題を解決するための手段 本発明の固体電解質型燃料電池は、多孔質基板表面部に
金属をメッキしてメッキ層を形成し、このメッキ層表面
を研摩することにより空孔を閉塞し、この状態で多孔質
基板を酸性液に浸漬してメッキ層を溶解除去し、多孔質
基板表面に金属をメッキして表面部の空孔を微細均一化
する電極層を形成し、この電極層の表面にピンホールの
ない固体電解質薄膜を積層し、固体電解質薄膜の表面に
電極薄膜を積層して電池の単セルを構成するようにした
ことを特徴とする。
81 Means for Solving the Problems The solid oxide fuel cell of the present invention includes plating a metal on the surface of a porous substrate to form a plating layer, and blocking the pores by polishing the surface of the plating layer. In this state, the porous substrate is immersed in an acid solution to dissolve and remove the plating layer, and the surface of the porous substrate is plated with metal to form an electrode layer that makes the pores on the surface fine and uniform. The present invention is characterized in that a solid electrolyte thin film without pinholes is laminated on the surface, and an electrode thin film is laminated on the surface of the solid electrolyte thin film to constitute a single cell of the battery.

F1作用 上述のように構成することにより、多孔質基板の表面部
にある空孔の周部を空孔内に張り出させるとともに、そ
の表面部に形成されたメッキ層によって、空孔の内径を
微細均一化し、この空孔を塞ぐように固体電解質の薄膜
を形成し、その太きな空孔上で固体電解質の薄膜が切れ
て、ピンホールを生ずるようなことをなくし、これに起
因する起動力への悪影響をなくすという作用を奏する。
F1 effect By configuring as described above, the peripheral part of the pore on the surface of the porous substrate protrudes into the pore, and the inner diameter of the pore is reduced by the plating layer formed on the surface. By uniformizing the fineness and forming a thin film of solid electrolyte to fill these pores, we eliminate the occurrence of pinholes caused by the thin film of solid electrolyte breaking on the thick pores. It has the effect of eliminating negative effects on power.

G、実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。G. Example Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図は固体電解質型燃料電池本体をスタック構成した
縦断面図で、第1図において、ステンレス製多孔質基板
lの表面に、順次、水素用電極薄膜(第1の電極薄膜)
2、ピンホールが発生しない固体電解質薄膜3、酸素用
電極薄膜(第2の電極薄膜)4を積層して単セル構造体
を構成する。
Figure 1 is a vertical cross-sectional view of a solid oxide fuel cell main body stacked. In Figure 1, hydrogen electrode thin films (first electrode thin films) are sequentially formed on the surface of a stainless steel porous substrate l.
2. A single cell structure is constructed by laminating a pinhole-free solid electrolyte thin film 3 and an oxygen electrode thin film (second electrode thin film) 4.

次に多孔質基板lを支持構造体として水素用電極薄膜2
の第1製作例について述べる。
Next, using the porous substrate l as a support structure, the hydrogen electrode thin film 2 is
The first manufacturing example will be described.

前記多孔質基板lとしては、材質5US316L、空孔
率的40%、公称空孔径0.5μm1厚さ約1mmのも
のを用いた。
The porous substrate 1 was made of 5US316L, had a porosity of 40%, a nominal pore diameter of 0.5 μm, and a thickness of about 1 mm.

なお、公称空孔径は0.5μmであるが、実際の空孔径
にはばらつきがあり、約IOμmの空孔は多々存在し、
所々には約40μmにもおよぶ大口径の空孔が存在して
いる。
Although the nominal pore diameter is 0.5 μm, the actual pore diameter varies, and there are many pores with a diameter of about IO μm.
There are large pores with a diameter of about 40 μm in some places.

まず、上述の多孔質基板lに、第1工程では、第2図に
示すように、基板の表面に約2μm厚の金属メッキ層1
4を形成する。これにより、約4μm径以下の空孔は金
属メッキ層14によって略閉塞状態になる。一方、大口
径空孔は、金属メッキ14の厚さだけ小径の空孔になる
。なお、このときのメッキ条件は同メッキ浴をCu5O
,,220g/Q 、HtS0450g/Q温度−室温
とし、電流10〜30mA、時間60〜120分とじて
行った。
First, in the first step, as shown in FIG.
form 4. As a result, the pores having a diameter of about 4 μm or less are substantially closed by the metal plating layer 14. On the other hand, the large-diameter holes become small-diameter holes by the thickness of the metal plating 14. In addition, the plating conditions at this time were the same plating bath as Cu5O.
,,220g/Q, HtS0450g/Q temperature-room temperature, current 10-30mA, time 60-120 minutes.

次に、第2工程として、サンドペ−7くにより多孔質基
板lの金属メッキ層14の表面を研磨する。
Next, as a second step, the surface of the metal plating layer 14 of the porous substrate 1 is polished using a sandpaper 7.

この研磨作業は、まず初めに#220のサンドペーパを
用い、金属メッキ層14上を、その下地のステンレス製
多孔質基板lの表面が見えるまで研磨する。その後、順
次口の細かいサンドペーパくを用いながら研磨し、最終
的に#600のサンドペーパを用いて研磨する。
In this polishing operation, the top of the metal plating layer 14 is first polished using #220 sandpaper until the surface of the underlying stainless steel porous substrate l is visible. Thereafter, it is sequentially polished using fine sandpaper, and finally it is polished using #600 sandpaper.

この研磨作業により、金属メッキ層14により閉塞され
た空孔は変わりはないが、塞がっていない空孔は、その
空孔の側部のステンレス材が塑性変形して横に延出しく
いわゆるステンレス材部分がだれること)、空孔の周側
部の金属メッキ層14が一つにくっついて、第3図に如
く空孔が閉塞する。
As a result of this polishing work, the holes that are closed by the metal plating layer 14 remain unchanged, but the holes that are not closed are plastically deformed and the stainless steel material on the side of the hole extends laterally, so-called stainless steel material. 3), the metal plating layer 14 on the peripheral side of the hole sticks together, and the hole is closed as shown in FIG.

次に第3工程として、上述の多孔質基板1を硝酸(1−
I N O3)水溶波に浸漬し、その金属メッキ層14
を溶解除去する。これにより、多孔質基板1の表面上の
大口径の空孔が消失し、多孔質基板lの表面には第4図
に示すような4〜6μmの均一な空孔15a、15bが
形成される。
Next, as a third step, the porous substrate 1 described above is heated with nitric acid (1-
I N O 3) Immersion in aqueous waves and the metal plating layer 14
Dissolve and remove. As a result, large-diameter pores on the surface of the porous substrate 1 disappear, and uniform pores 15a and 15b of 4 to 6 μm in size are formed on the surface of the porous substrate 1 as shown in FIG. .

第4工程では上述の4〜6μmの空孔15a。In the fourth step, the above-mentioned holes 15a of 4 to 6 μm are formed.

15bを有する多孔質基板1の表面に水素用電極薄膜と
なる1〜2μmのニッケルの電極層16をメッキして、
第5図に示す如く、大口径の空孔をなくし、小口径の空
孔17a、17bを残して成る加工表面部をもつ多孔質
基板lを構成する。
A nickel electrode layer 16 having a thickness of 1 to 2 μm is plated on the surface of the porous substrate 1 having a structure 15b, which becomes a hydrogen electrode thin film.
As shown in FIG. 5, a porous substrate 1 is constructed having a processed surface portion in which large-diameter holes are eliminated and small-diameter holes 17a and 17b are left.

なお、上記実施例に示した多孔質基板としてはステンレ
スを使用する場合について述べて来たが、これにおいて
はニッケル材質のものを使用してもよい。ニッケル製の
多孔質基板はNi粉末を用いて焼結して製造するため、
Ni粉末の粒子形状が角ばった性質であるから空孔口径
が3μm〜50μmと不揃いになる。しかし、Niパウ
ダ電極との密着が良くなるので、耐水素性がステンレス
のものより優れている。
Although stainless steel has been used as the porous substrate in the above embodiments, a nickel material may also be used. Since nickel porous substrates are manufactured by sintering using Ni powder,
Since the particle shape of the Ni powder is angular, the pore diameters are irregular, ranging from 3 μm to 50 μm. However, since it has better adhesion to the Ni powder electrode, its hydrogen resistance is superior to that of stainless steel.

次は水素用電極薄膜2の他の製作例について述べる。Next, another manufacturing example of the electrode thin film 2 for hydrogen will be described.

この製作例は上述の製作例で電極層16を形成した後に
、白金(Pt)をスパッタリングによって電極層16の
表面に200μmの厚さに積層するものである。
In this production example, after forming the electrode layer 16 in the above production example, platinum (Pt) is laminated to a thickness of 200 μm on the surface of the electrode layer 16 by sputtering.

スパッタリングには高周波スパッタリング装置を使用し
て、アルゴンガスの5 X 10−”mmHg圧力下の
雰囲気中で、1時間、Ptをターゲットにして行った。
Sputtering was carried out using a high-frequency sputtering apparatus in an atmosphere of argon gas under a pressure of 5 x 10-'' mmHg for 1 hour using Pt as a target.

このようにPtを電極層I゛6にコーティングすると、
白金が触媒として作用するため次の化学式のように反応
を早めることができ、大電流の取り出しが容易になる。
When Pt is coated on the electrode layer I'6 in this way,
Because platinum acts as a catalyst, the reaction can be accelerated as shown in the following chemical formula, making it easier to extract large currents.

02− 十Hz→HtO+ 2 e 以上が水素用電極薄膜2の製作例である。02- 10Hz→HtO+ 2 e The above is an example of manufacturing the electrode thin film 2 for hydrogen.

次に固体電解質薄膜3の製作例について述べる。Next, an example of manufacturing the solid electrolyte thin film 3 will be described.

まず、第1製作例は多孔質基板1の表面に形成した水素
用電極薄膜2の上面に固体電解質の薄膜を厚さ10μm
に形成する。これにはエレクトロンビーム蒸着法を使用
し、蒸着にはターボポンプを使用して真空度10−11
mm Hgで、基板温度を室温〜580℃まで可変し、
蒸着速度をコントローラでコントロールしながら行った
First, in the first production example, a thin film of solid electrolyte is coated to a thickness of 10 μm on the upper surface of a hydrogen electrode thin film 2 formed on the surface of a porous substrate 1.
to form. For this purpose, an electron beam evaporation method is used, and a turbo pump is used for the evaporation to achieve a vacuum level of 10-11.
mm Hg, vary the substrate temperature from room temperature to 580 °C,
The deposition rate was controlled by a controller.

なお、固体電解質としては単結晶LaFsを用い、固体
電解質の薄膜の成膜条件は基板温度500℃、蒸気速度
20入/sec、加速電圧−3,0kVである。
Note that single crystal LaFs is used as the solid electrolyte, and the conditions for forming the thin film of the solid electrolyte are a substrate temperature of 500° C., a vapor rate of 20 in/sec, and an accelerating voltage of −3.0 kV.

上記のようにして固体電解質の薄膜を形成するとピンホ
ールの発生がないものが得られる。
When a thin film of solid electrolyte is formed as described above, a film free from pinholes can be obtained.

次に固体電解質薄膜3の第2製作例について述べる。Next, a second manufacturing example of the solid electrolyte thin film 3 will be described.

第2製作例は抵抗加熱法を採用し、上記同様のポンプで
真空度をI O−’m m Hgにし、基板温度は40
0℃とした。そして、蒸着速度は3〜5人/Sで、約5
〜6時間で10μmの厚さの薄膜が得られた。この方法
により得られた薄膜も上記例と同様にピンホールの発生
がない。
The second fabrication example employs the resistance heating method, the vacuum level is set to IO-'mm Hg using the same pump as above, and the substrate temperature is 40°C.
The temperature was 0°C. And the deposition rate is 3 to 5 people/S, about 5
A 10 μm thick film was obtained in ~6 hours. The thin film obtained by this method also has no pinholes, as in the above example.

なお、固体電解質としてはL a F 3の他に、L 
a + −x S r F s−3を使用し、特に、L
a0.ssS r o、esF x、esを原料とした
薄膜のX線回折の結果、L a F 3のピークしか見
られなかった。このことから、この固体電解質の薄膜は
L a P sと、SrF、の混合物ではないことを確
認できる。
In addition to L a F 3, as a solid electrolyte, L
using a + -x S r F s-3, especially L
a0. As a result of X-ray diffraction of thin films made from ssS r o, esF x, and es as raw materials, only the L a F 3 peak was observed. From this, it can be confirmed that this solid electrolyte thin film is not a mixture of L a P s and SrF.

次は固体電解質薄膜3の第3製作例について述べる。第
3製作例はマグネトロンスパッタリングを使用して、基
板温度400℃、アルゴンガス雰囲気中の5.3 X 
10−3mmHgの圧力下で、LaF3の粉末をターゲ
ットにして40時間のスパッタリングを行って、10μ
m厚の薄膜を得た。
Next, a third manufacturing example of the solid electrolyte thin film 3 will be described. The third production example uses magnetron sputtering at a substrate temperature of 400°C and 5.3X in an argon gas atmosphere.
Sputtering was performed for 40 hours using LaF3 powder as a target under a pressure of 10-3 mmHg to form a 10μ
A thin film of m thickness was obtained.

この薄膜もX線回折した結果、結晶性のとぼしい、多結
晶のL a F 3であった。
As a result of X-ray diffraction of this thin film, it was found to be polycrystalline LaF3 with poor crystallinity.

なお、固体電解質薄膜の原料としてはLaF。Note that LaF is used as a raw material for the solid electrolyte thin film.

に限定されないで次のようなものも用いてもよい。The following may also be used without being limited to:

(イ) L a o、ss S r o、ns F 2
.15(ロ) L a o、ss S r o、+o 
P t、g。
(b) L a o, ss S r o, ns F 2
.. 15 (b) L a o, ss S r o, +o
Pt,g.

(ハ) L a o、ss B a o、oa F *
、ta(ニ) L a o、so B a o、+o 
F t、t。
(c) L a o, ss B a o, oa F *
, ta (d) L a o, so B a o, +o
F t, t.

上記マグネトロンスパッタリングにより得られた薄膜は
複雑な組成のものでも、得られた薄膜はおおむね原料の
組成であるので、Lao、esS r o、osF 2
.ssなどの薄膜に適している。
Even if the thin film obtained by the above magnetron sputtering has a complex composition, the obtained thin film has a composition that is roughly the same as the raw material, so Lao, esS r o, osF 2
.. Suitable for thin films such as SS.

次は固体電解質薄膜3の第4製作例について述べる。Next, a fourth manufacturing example of the solid electrolyte thin film 3 will be described.

この第4製作例は第5図に示すように構成された第3ニ
ッケル層I3の表面に、LaとFをその分子内に含む有
機金属化合物を熱分解させてL a 。
In this fourth manufacturing example, an organometallic compound containing La and F in its molecules is thermally decomposed on the surface of the third nickel layer I3 configured as shown in FIG. 5 to form La.

F3の薄膜を形成した。上記有機金属化合物はLant
hanun  fodという化合物である。
A thin film of F3 was formed. The above organometallic compound is Lant
It is a compound called hanun fod.

この化合物の構造式は次のようになる。The structural formula of this compound is as follows.

〔CFa−CFt−CFt−C−CI(t−C−CHt
−(C11+)t)Laなお、成膜条件は基板温度60
0℃とし、有機金属化合物を230℃に保温し、キャリ
アガスとしてアルゴンガス(Ar)を流M 100 m
Q /minで用い、有機金属化合物蒸気をリアクタ中
にある多孔質基板lの表面に移動させて反応させること
によってL a F sの薄膜を得る。
[CFa-CFt-CFt-C-CI(t-C-CHt
-(C11+)t)LaThe film forming conditions are substrate temperature 60
The temperature was 0°C, the organometallic compound was kept at 230°C, and argon gas (Ar) was flowed as a carrier gas M 100 m
A thin film of L a F s is obtained by moving the organometallic compound vapor to the surface of the porous substrate l in the reactor and causing a reaction.

最後に、酸素用電極薄膜4の製作例について述べる。Finally, an example of manufacturing the oxygen electrode thin film 4 will be described.

第1製作例は酸素用電極薄膜をペロブスカイト化合物か
ら作成するもので、まずペロブスカイト化合物(L a
 o、as r 0.4COOX )を作る。これには
酢酸コバルト(CHs COO) t C0・4H20
と、酢酸ランタン(CH3COO) * L aと、酢
酸ストロンチウム(CH3COO)、S rを原料とし
、L a o、es r 11.4c 00 xの組成
比に従い、粉末を秤Ea混合し、酸素雰囲気中で100
0℃にて加熱し、5時IL’Jm成した。このようにし
て作成したペロブスカイト化合物の電気抵抗率は4.4
Ωcmであった。
In the first manufacturing example, a thin electrode film for oxygen is created from a perovskite compound.
o, as r 0.4COOX). This includes cobalt acetate (CHs COO) t C0・4H20
, lanthanum acetate (CH3COO) * La, strontium acetate (CH3COO), and S r were used as raw materials, and the powders were weighed and mixed Ea according to the composition ratio of La o, es r 11.4c 00 x, and placed in an oxygen atmosphere. 100
It was heated at 0° C. and IL'Jm was formed at 5 o'clock. The electrical resistivity of the perovskite compound created in this way is 4.4.
It was Ωcm.

上記のようにして作成したペロブスカイト化合物を用い
て酸素用電極薄膜を形成するには次の3つ手段がある。
There are three methods for forming an oxygen electrode thin film using the perovskite compound produced as described above.

(1)ペロブスカイト化合物をプロピレングリコールに
溶解させ、これを固体電解質薄膜3の表面に塗布し、若
干の圧力を加えて300℃の温度で酸素雰囲気中にて8
時間焼成して電極薄膜4を得る。
(1) Dissolve the perovskite compound in propylene glycol, apply it to the surface of the solid electrolyte thin film 3, apply a slight pressure, and heat it in an oxygen atmosphere at a temperature of 300°C.
The electrode thin film 4 is obtained by baking for a period of time.

(2)ペロブスカイト化合物と、白金黒とを3:■の割
合で混合し、プロピレングリコールにて溶解させる。そ
の後、この液を固体電解質薄膜3の表面に塗布して上記
と同様の条件で焼成することによって電極薄膜4を得る
(2) A perovskite compound and platinum black are mixed at a ratio of 3:■ and dissolved in propylene glycol. Thereafter, this liquid is applied to the surface of the solid electrolyte thin film 3 and fired under the same conditions as above to obtain the electrode thin film 4.

(3)ペロブスカイト化合物を高周波スパッタリング装
置を用いて固体電解質薄膜3の表面に形成する。これに
はアルゴンガスのtxto−mmHgの圧力下で蒸着速
度0.5 μm/時間で約2時間行って約1μm厚の電
極薄膜4を得る。
(3) A perovskite compound is formed on the surface of the solid electrolyte thin film 3 using a high frequency sputtering device. This is performed under a pressure of txto-mmHg of argon gas at a deposition rate of 0.5 μm/hour for about 2 hours to obtain an electrode thin film 4 with a thickness of about 1 μm.

上記ペロブスカイト化合物は白金と同等の性能を有する
が、白金よりも極めて安価である。
The perovskite compound has performance equivalent to that of platinum, but is much cheaper than platinum.

次に酸素用電極薄膜の第2製作例について述べる。Next, a second manufacturing example of an electrode thin film for oxygen will be described.

この第2製作例はAg粉末をプロピレングリコールに溶
解させて、この液を固体電解質薄膜3の表面に塗布し、
若干の圧接力を加えて300℃の温度で酸素雰囲気中に
て8時間焼成することにより電極薄膜を得るものである
In this second production example, Ag powder is dissolved in propylene glycol, and this solution is applied to the surface of the solid electrolyte thin film 3.
An electrode thin film is obtained by baking in an oxygen atmosphere at a temperature of 300° C. for 8 hours while applying a slight pressure force.

次は酸素用電極薄膜4の第3製作例について述べる。Next, a third manufacturing example of the oxygen electrode thin film 4 will be described.

第3製作例は塩化白金酸(H,P t C12B)をプ
ロピレングリコールにて溶解させ、これを上記と同様に
塗布して上記と同様の条件にて焼成することにより電極
薄膜を得るものである。
In the third production example, an electrode thin film is obtained by dissolving chloroplatinic acid (H, P t C12B) in propylene glycol, applying this in the same manner as above, and baking under the same conditions as above. .

上述したように、一般に入手できる多孔質基板はその孔
径に、例えば0.5〜40μmとばらつきがあり、この
多孔質基板の表面に水素、酸素電極と固体電解質薄膜を
積層形成したとき、多孔質基板に大きな孔があると、そ
の孔の上部の固体電解質にピンホールができ易かった。
As mentioned above, generally available porous substrates have pore diameters that vary, for example, from 0.5 to 40 μm, and when hydrogen and oxygen electrodes and solid electrolyte thin films are laminated on the surface of this porous substrate, If the substrate had large holes, pinholes were likely to form in the solid electrolyte above the holes.

しかし、上述したように水素、酸素電極および固体電解
質を作成するとピンホールが発生しなくなった。燃料電
池は固体電解質を挟んで酸素分圧が異なることにより、
一種の酸素農淡電池が構成され、固体電解質の両端に起
電力が発生するものである。このときの起電力EOは次
式で表される。
However, when hydrogen and oxygen electrodes and solid electrolytes were created as described above, pinholes no longer occurred. Due to the difference in oxygen partial pressure between the solid electrolyte and the fuel cell,
It constitutes a type of oxygen agrochemical battery, in which an electromotive force is generated at both ends of a solid electrolyte. The electromotive force EO at this time is expressed by the following formula.

Eo= (RT/4F)xc n (P、/P、)上記
式から起電力Eoは酸素分圧の比に比例して増加する。
Eo=(RT/4F)xc n (P, /P,) From the above equation, the electromotive force Eo increases in proportion to the ratio of oxygen partial pressures.

なお、式において、Rは気体定数、Tは絶対温度、Fは
ファラデ一定数、Pl、Ptは各々固体電解質を挟んで
の酸素分圧である。
In the formula, R is a gas constant, T is an absolute temperature, F is a Faraday constant, and Pl and Pt are oxygen partial pressures across the solid electrolyte.

上記式から固体電解質にピンホールができると、酸素分
圧の比は小さくなるため、起電力Eoは小さくなってし
まうが、本発明のようにピンホールが生じない固体電解
質を製作することにより、起電力の低下は生じなくなる
From the above equation, if a pinhole is formed in the solid electrolyte, the ratio of oxygen partial pressure will be small, and the electromotive force Eo will be small. However, by manufacturing a solid electrolyte that does not have pinholes as in the present invention, The electromotive force no longer decreases.

以上のように構成した単セル構造体は導電性のセルケー
ス内に収納してその単セル構造体の水素用電極薄膜2と
セルケース5とを電気的に接続させるようにし、また、
酸素用電極薄膜4側に導電性の端部セパレータ7を被着
して薄膜4と端部セパレータ7とを電気的に接続させ、
セルケース5と端部セパレータ7との間に絶縁物6を介
在させて燃料電池本体20aを構成したものである。こ
の燃料電池本体20aのセルケース5の多孔質基板!側
には第1図に示すように導電性のセパレータ7.8を電
気的に導通させて接続させる。このセパレータ8には上
記と同様に単セル構造体の酸素用電極薄膜4が電気的に
接続されるとともに水素用電極薄膜2とセルケース5も
電気的に接続され、セパレータ8とセルケース5の間に
絶縁物6が介在されて燃料電池本体20bが構成される
The single cell structure configured as described above is housed in a conductive cell case so that the hydrogen electrode thin film 2 of the single cell structure and the cell case 5 are electrically connected, and
A conductive end separator 7 is attached to the oxygen electrode thin film 4 side to electrically connect the thin film 4 and the end separator 7,
The fuel cell main body 20a is constructed by interposing an insulator 6 between the cell case 5 and the end separator 7. The porous substrate of the cell case 5 of this fuel cell main body 20a! As shown in FIG. 1, conductive separators 7.8 are electrically connected to the sides. The oxygen electrode thin film 4 of the single cell structure is electrically connected to this separator 8 in the same manner as described above, and the hydrogen electrode thin film 2 and cell case 5 are also electrically connected. An insulator 6 is interposed between them to form a fuel cell main body 20b.

以下同様に燃料電池本体20c、20d・・・をスタッ
ク構成して各電池本体20a、20b・・・が単セル構
造体と単に積層するだけで燃料電池の直列接続ができる
。そして、セパレータ7.8の導気口9から酸素を供給
し、セルケース5の導気口IOから水素を供給すること
によって発電を行う。
Similarly, the fuel cell bodies 20c, 20d, . . . are stacked, and the fuel cells can be connected in series by simply stacking the fuel cell bodies 20a, 20b, . . . with a single cell structure. Then, oxygen is supplied from the air inlet 9 of the separator 7.8, and hydrogen is supplied from the air inlet IO of the cell case 5, thereby generating electricity.

H0発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、多孔質基板の表面
に順次、第1の電極薄膜、ピンホールの発生が生じない
固体電解質薄膜、第2の電極薄膜とを構成して単セル構
造体を形成したので、電圧降下の小さな単セル構造体が
得られる。
H0 Effects of the Invention As described above, according to the present invention, a first electrode thin film, a pinhole-free solid electrolyte thin film, and a second electrode thin film are sequentially formed on the surface of a porous substrate. Since the single cell structure is formed using the same method, a single cell structure with a small voltage drop can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の固体電解質型燃料電池の実施例を説明
するための燃料電池のセル積層部の要部縦断面図、第2
図から第5図は水素用電極薄膜の異なる製造玉梓を示す
拡大断面図、第6図は積層型燃料電池の原理図である。 l・・・多孔質基板、2・・・第1の電極薄膜となる水
素用電極薄膜、3・・・固体電解質薄膜、4・・・第2
の?1[薄膜となる酸素用電極薄膜、5・・・セルケー
ス、6・・・絶縁物、7.8・・・セパレータ、20a
、20b、20c・・・燃料電池本体。 外2名 第1図 要部縦断面図 0a l・・多孔質基板 2・・水素用電極NI膜(第1の電極薄膜)3・・固体
電解質薄膜 4・酸素用電極薄膜(第2の電極薄膜)5・セルケース 6 ・絶縁物 78・・・セパレータ 20b・・燃料電池本体
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a main part of a cell stack part of a fuel cell for explaining an embodiment of a solid oxide fuel cell of the present invention, and FIG.
5 to 5 are enlarged sectional views showing different methods of manufacturing electrode thin films for hydrogen, and FIG. 6 is a diagram showing the principle of a stacked fuel cell. l...Porous substrate, 2...Hydrogen electrode thin film serving as the first electrode thin film, 3...Solid electrolyte thin film, 4...Second electrode thin film
of? 1 [Oxygen electrode thin film to become a thin film, 5... Cell case, 6... Insulator, 7.8... Separator, 20a
, 20b, 20c... Fuel cell main body. Figure 1 Longitudinal cross-sectional view of main parts 0a l... Porous substrate 2... Electrode NI film for hydrogen (first electrode thin film) 3... Solid electrolyte thin film 4 - Electrode thin film for oxygen (second electrode thin film) 5, cell case 6, insulator 78, separator 20b, fuel cell main body

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)多孔質基板表面部に金属をメッキしてメッキ層を
形成し、当該メッキ層表面を研摩することにより空孔を
閉塞し、この状態で前記多孔質基板を酸性液に浸漬して
メッキ層を溶解除去し、前記多孔質基板表面に金属をメ
ッキして表面部の前記空孔を微細均一化する電極層を形
成し、 当該電極層の表面にピンホールのない固体電解質薄膜を
積層し、 当該固体電解質薄膜の表面に電極薄膜を積層して電池の
単セルを構成するようにしたことを特徴とする固体電解
質型燃料電池。
(1) Plating metal on the surface of the porous substrate to form a plating layer, polishing the surface of the plating layer to close the pores, and in this state immersing the porous substrate in an acidic solution for plating. The layer is dissolved and removed, a metal is plated on the surface of the porous substrate to form an electrode layer that makes the pores on the surface fine and uniform, and a pinhole-free solid electrolyte thin film is laminated on the surface of the electrode layer. , A solid electrolyte fuel cell characterized in that a single cell of the battery is constructed by laminating an electrode thin film on the surface of the solid electrolyte thin film.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005072011A (en) * 2003-08-26 2005-03-17 Hewlett-Packard Development Co Lp Current collector supported fuel cell

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