JPH0395860A - 固体電解質型燃料電池の燃料電極形成方法 - 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 この発明は、固体電解質型燃料電池の製造過程における
ニッケルまたは酸化ニッケルとジルコニアとのサーメッ
トからなる燃料電極の形成方法に関するものである。

従来の技術 周知のように燃料電池は、酸素イオンの選択透過性を有
する固体電解質と、その固体電解質を挟んで配置した酸
素電極および燃料電極と、燃料電池を直列に接続するた
めに一方の電極に導通させて設けた中間接続子とを基本
要素として構成されており、例えば酸素電極側に酸素ガ
スを流し、燃料電極側に水素ガスを流すことにより、酸
素イオンが固体電解質を通過して水素ガスと反応し、そ
れに伴なう電流を各電極から取り出すものである。

燃料電池の基本要素のうち固体電解質は、酸素イオンの
透過性に優れている外に、中性ガスが透過するのを防ぐ
ために緻密な構造であることが必要である。

一方、固体電解質の表面に形成される燃料電極は、燃料
の水素ガスが固体電解質の表面に接触できるように多孔
質に形成する必要があり、例えば、燃料電極としては、
ニッケルまたは酸化ニッケルとジルコニアとのサーメッ
トが従来より採用されている。

この従来より用いられているニッケルまたは酸化ニッケ
ルとジルコニアとのサーメットからなる燃料電極は、主
にスラリー法といわれる製法で形成されている。

このスラリー法は、所定の比率で配合したニッケル粉末
または酸化ニッケル粉末とジルコニア粉末とに溶′媒を
加え、混練してスラリーを調製し、このスラリーを、電
池支持体の表面あるいは固体電解質層の表面に付着させ
た後加熱乾燥するプロセスを繰返し行って所定の厚さに
形成し、その後に焼成してサーメットの燃料電極として
いた。

発明が解決しようとする課題 しかし、前述したスラリー法によるサーメットの燃料電
極の従来の形成方法においては、ニッケル粉末または酸
化ニッケル粉末とジルコニア粉末とを所定の比率に配合
して調製したスラリーを、電池支持体の表面あるいは固
体電解質層の表面に付着させた後加熱乾燥するプロセス
を繰返し行って所定の厚さに形成するため、生産性が低
くいという問題点があった。また、スラリー法で形威し
た電極層は焼成されてサーメット化するが、ニッケルと
ジルコニアとでは、最適熱処理温度が異るため、熱処理
上の問題もあった。

この発明は上記事情に鑑みなされたもので、ニッケルま
たは酸化ニッケルとジルコニアとのサーメットからなる
燃料電極の戒分比率を自由に設定できるとともに、サー
メット電極を短時間で容易に形成でき、またサーメット
電極の多孔率を容易に調整できる固体電解質型燃料電池
の燃料電極形成方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段 上記の目的を達或するためにこの発明は、ニッケルまた
は酸化ニッケルとジルコニアとのサーメットからなる燃
料電極を形成する固体電解質型燃料電池の燃料電極形成
方法において、前記サーメットの原料となるニッケルま
たは酸化ニッケルとジルコニアの各粉末を別々にプラズ
マ溶射装置のノズルから噴出するプラズマジェット中に
供給し、電池支持体の表面あるいは固体電解質層の表面
に溶射してサーメットの燃料電極を形成するとともに、
プラズマジェット中への両粉末の供給比率によって、サ
ーメッ１・の組成を調整することを特徴としている。

作　　　用 上記の形成方法によれば、燃料電極のサーメットの原料
となるニッケルまたは酸化ニッケルとジルコニアとをそ
れぞれ粉末の状態で、プラズマ溶射装置のノズルから噴
出するプラズマジェット中に別々に供給すると、プラズ
マによって加熱されて溶融した後、それぞれ別々に溶融
した状態でプラズマジェット中から放射されて溶対流と
なり、電池支持体あるいは固体電解質層の表面に衝突し
テ付着堆積し、ニッケルとジルコニアとからなるサーメ
ットの燃料電極が形成される。

このとき、プラズマジェット中に供給する両粉末の供給
比率を変化させることによって、サーメットの組戊を容
易に調整することができ、またスラリー法の場合のよう
に、熱処理時の熱膨張率の差による弊害等を考慮する必
要がなく、サーメットの組成比率を自由に設定すること
ができる。

また溶射粉末の融点は、ジルコニア（ＺｒＯ２）は２６
７７℃、またニッケル（Ｎｉ）は１４５５℃（ただし、
酸化ニッケル（Ｎｉ　Ｏ）の融点は１９９８℃）とその
温度差が大きいため、融点の高いジルコニア粉末は、噴
出するプラズマジェットの基端側に供給することにより
、プラズマジェット内の滞留時間を長＜シ、またジルコ
ニア粉末と比べて融点の低いニッケル粉末（Ｎｉまたは
Ｎｉｐ）は、プラズマジェットの先端側に供給すること
により、プラスマジェット内の滞留時間を短くする。こ
のように、プラズマジェットの基端側と先端側との別々
の位置に各粉末を供給することにより、各粉末のそれぞ
れの溶融状態をコントロールすることができる。

したがって、両粉末をそれぞれ供給するプラズマジェッ
ト中の位置を調整して、両粉末が共に最適な状態に溶融
して溶射されるように調整でき、また、同様にして各粉
末の溶融状態をコントロールしてサーメットの多孔率の
調整等も可能となる。

実　　施　　例 以下、この発明の方法を、電池支持体として多孔質アル
ミナ管を使用し、この多孔質アルミナ管の外周にニッケ
ルとジルコニアとのサーメットからなる燃料電極を、直
流アークプラズマ溶射法により形成する場合に適用した
ー実施例を第｛図および第２図を参照して説明する。

第１図はこの発明の方法によって、多孔質アルミナ管の
外周にサーメットの燃料電極を形成している状態を示す
もので、プラズマ溶射装置１のノズル２の先端からは、
高温のプラズマジェット３が噴出するようになっている
。

一方、サーメットの燃料電極４を、その外周に形成する
多孔質アルミナ管５は、燃料電極４を形成する部分以外
の部分にはマスキング６を設けて、多孔質アルミナ管５
上の溶射しない部分の外周を覆ってある。

そして、溶射を行なう際には、プラズマ溶射装置１のノ
ズル２の先端から噴出するプラズマジェット３の部分に
、サーメットの燃料電極４の原料となるニッケル粉末（
Ｎ１）とジルコニア粉末（Ｚｒ０２）とをそれぞれ供給
する。

このとき、ジルコニアとニッケルとでは、それぞれの融
点が２６７７℃と１４５５℃とその差が２２２℃と大き
いため、平均粒径のほぼ等しいジルコニア粉末とニッケ
ル粉末とを、ノズル２から噴出するプラズマジェット３
中に同一条件で供給した場合には、ニッケル粉末が最適
な溶融状態となっても、まだジルコニア粉末が溶融して
いなかったり、ジルコニア粉末が最適な溶融状態となっ
たときには、ニッケル粉末は既に最適な溶融状態を通り
すぎてしまっていたりして、両粉末を同時に最適な溶融
状態となるようにコントロールすることが困難であった
。

そこで、この発明の方法においては、融点の高いジルコ
ニア粉末を、ノズル２から噴出するプラズマジェットの
３の基端側の位置であるＸ点（第１図参照）にて供給す
るとともに、融点の低いニッケル粉末をプラズマジェッ
ト３の先端側の位置であるＹ点にて供給する。そして、
各粉末のプラズマジェット３内の滞留時間が適切になる
と、両粉末がそれぞれ最適な溶融状態となって溶射され
、多孔質アルミナ管５の外周面に衝突して付着堆積し、
高品質の燃料電極４が形威される。

このとき、ニッケル粉末とジルコニア粉末のそれぞれの
供給位置であるＸ点とＹ点とは、粉末の種類の違い（例
えばＮ１粉末とＮｉＯ粉末との違い）や、各粉末の平均
粒径の違い等によって、Ｘ点とＹ点のそれぞれの位置を
変えるか、あるいはＸ点からＹ点までの距離ｌを変える
等によって適切な位置を選定する。

そして、ニッケル粉末とジルコニア粉末とを、多孔質ア
ルミナ管５の外周面に溶射した後、マスキング６を取り
除くと、多孔質アルミナ管５の所定の位置にニッケルと
ジルコニアとのサーメットからなる燃料電極４（第２図
参照）が形威される。

また、燃料電極４のサーメットの成分比率は、プラズマ
ジェット３にそれぞれ別に供給されるニッケル粉末とジ
ルコニア粉末との供給比率を変更することによって容易
に変更できる。さらに、両粉末の供給比率を連続的に変
化させることにより、燃料電極の組成を連続的に変化さ
せることもでき、これは従来のスラリー法による燃料電
極の形成方法では形成不可能であった。

したがって、このようにニッケル粉末とジルコニア粉末
とを、その融点に応じてプラズマジェット３上の供給位
置を決定するとともに、この供給位置を調整することに
より、各粉末の溶融状態をそれぞれ微妙にコントロール
できるため、燃料電極の成分比率の調整や、多孔率の調
整が可能となった。また、スラリー法による形成方法と
比べて生産性が高く、燃料電極を短時間で容易に形成す
ることができる。

なお、本実施例においては、サーメットの原料の１つと
してニッケルを用いたが、このニッケルの代りに酸化ニ
ッケルを用いることもできる。

発明の効果 以上説明したようにこの発明の固体電解質型燃料電池の
燃料電極形戒方法は、サーメットの原料となるニッケル
または酸化ニッケルとジルコニアの各粉末を別々に、プ
ラズマ溶射装置のノズルから噴出するプラズマジェット
中に供給し、電池支持体の表面あるいは固体電解質層の
表面に溶射してサーメットの燃料電極を形成するので、
燃料電極の組成を容易に調整できるとともに多孔率も容
易に調整でき、高品質の燃料電極を形成することができ
る。また、スラリー法に比べて短時間で容易に形戒でき
、生産性を大幅に向上させることができる等の効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の方法の一実施例を示す
もので、第工図はプラズマ溶射装置によって燃料電極を
形成している状態を示す説明図、第２図はこの方法で燃
料電極を形成した多孔質アルミナ管の斜視図である。 １・・・プラズマ溶射装置、　２・・・ノズル、　３．
．．プラズマジェット、　４・・・燃料電極、　５・・
一多孔質アルミナ管、　６・・・マスキング、　７・・
・溶対流。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ニッケルまたは酸化ニッケルとジルコニアとのサ
   ーメットからなる燃料電極を形成する固体電解質型燃料
   電池の燃料電極形成方法において、前記サーメットの原
   料となるニッケルまたは酸化ニッケルとジルコニアの各
   粉末を別々に、プラズマ溶射装置のノズルから噴出する
   プラズマジェット中に供給し、電池支持体の表面あるい
   は固体電解質層の表面に溶射してサーメットの燃料電極
   を形成するとともに、プラズマジェット中への両粉末の
   供給比率によって、サーメットの組成を調整することを
   特徴とする固体電解質型燃料電池の燃料電極形成方法。
2. （２）前記サーメットの原料となるニッケルまたは酸化
   ニッケルとジルコニアの各粉末を、前記プラズマジェッ
   ト中へ供給する際に、融点の高いジルコニア粉末をプラ
   ズマジェットの基部側に、融点の低いニッケル粉末また
   は酸化ニッケル粉末をプラズマジェットの先端側にそれ
   ぞれ供給することを特徴とする請求項１記載の固体電解
   質型燃料電池の燃料電極形成方法。
3. （３）前記プラズマジェット中に供給するニッケル粉末
   または酸化ニッケル粉末と、ジルコニア粉末との比率を
   、いずれか一方の粉末の供給量を一定にし、いずれか他
   方の粉末の供給量を連続的に増加させるか、あるいは連
   続的に減少させて調整しながら溶射することを特徴とす
   る請求項１または２記載の固体電解質型燃料電池の燃料
   電極形成方法。
4. （４）前記プラズマジェット中に供給するジルコニア粉
   末の供給位置からニッケル粉末または酸化ニッケル粉末
   の供給位置までの距離を調整して、各粉末の溶融状態を
   コントロールすることを特徴とする請求項２または３記
   載の固体電解質型燃料電池の燃料電極形成方法。
5. （５）前記プラズマジェット中に供給するジルコニア粉
   末の粒径と、ニッケル粉末または酸化ニッケル粉末の粒
   径とを変化させて、各粉末の溶融状態をコントロールす
   ることを特徴とする固体電解質型燃料用電池の燃料電極
   形成方法。