JPH04190564A - 固体電解質型燃料電池の製造方法 - 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、平板状固体電解質型燃料電池の製造方法の改
良に関する。

〔従来の技術およびその課題〕

平板状固体電解質層の両面に平板状の燃料極および空気
極をそれぞれ形成させる固体電解質型燃料電池の製造方
法において、電極性能を向上させる方法として、電解質
層と燃料極および空気極との界面での固体電解質と電極
構成物質粒子との接触点の、平板状固体電解質層表面の
単位面積当りの数（以下、接触点の密度と云うことがあ
る）を増大させる方法が考えられるが、接触点の密度を
増大させるために電極を密にするとガスの透過性が悪く
なり、電解質層と燃料極および空気極との界面での反応
が阻害されるため、電極を密にすることで接触点の密度
を増大させることには限界がある。電極性能をさらに向
上させるためには、電極の多孔性を保った状態で接触点
の密度を増大させる必要がある。

したがって、本発明は、電極の多孔性を保った状態で接
触点の密度を増大させ、電極を高性能化し、高寿命化し
うる固体電解質型燃料電池の製造方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〕

すなわち、本発明は、平板状固体電解質層の両面に平板
状の燃料極および空気極をそれぞれ形成させる固体電解
質型燃料電池の製造方法であって、該平板状固体電解質
層を形成し、次いでその両表面に、該平板状固体電解質
を構成する固体電解質と同じ固体電解質の粉体のインキ
スラリーをスクリーンを通して塗布・印刷・焼成して、
その両表面−ヒに多数の突起を有する固体電解質層を一
体的に形成し、突起を有する固体電解質層の両表面上に
燃料極を構成する物質のスラリーおよび空気極を構成す
る物質のスラリーをそれぞれ塗布・焼成して燃料極およ
び空気極をそれぞれ形成することを特徴とする固体電解
質型燃料電池の製造方法を提供するものである。

本発明に用いられる平板状固体電解質層ば、例えばテー
プキャスト法など公知の方法により形成することができ
る。該固体電解質層を構成する固体電解質としては、例
えばイツトリアを１−プした安定化ジルコニア、ザマリ
アをドープしたセリアなどを用いることができる。

このようにして形成された平板状固体電解質層の両表面
上に該平板状固体電解質層を構成する固体電解質と同じ
固体電解質の粉体のインキ系スラリーをスクリーンを通
して、塗布・印刷・焼成して、その両表面上に多数の突
起を有する固体電解質層を一体的に形成する。

本発明の固体電解質粉体の粒径は、通常２０ミクロン以
下であって、該粒径が２０ミクロンを超えると電解質自
身の抵抗が大きくなって好ましくない。

本発明の固体電解質粉体のインキスラリーに用いられる
インキは、固体電解質を構成する物質との接着性が良好
であれば特に制限はないが、好適には有機インキ系のも
の、例えばｅ＠ミノグループ製商品名ニーＪＥＴ（塩化
ビニル系樹脂・アクリル系樹脂系インキ）などがあげら
れ、上記スラリーを構成する有機系インキおよび固体電
解質粉体の使用量は、有機系インキ対固体電解質粉体の
重量比て０．１〜２の範囲にあり、該重量比が０．１未
満でば形成される突起の数が少なずぎ、また２を超える
と形成される突起どうしが重なり合って共に突起が形成
される前の固体電解質層の表面積に対する突起を有する
固体電解質層の表面積の増大が十分でなく本発明の目的
を達成することができない。

本発明に用いられるスクリーンは、絹、ナイロン、ポリ
エステル、ステンレススチール、テトロン製など、好ま
しくばテ１ヘロン製であって、通常５０〜３００メツシ
ユ、好ましくは５０〜１００メツシユのものを、塗布・
印刷される固体電解質層の表面から０．５〜５ｍｍの間
隔を置いて設置して用いられる。

本発明におりる固体電解質粉体のインキスラリーの塗布
・印刷は、例えば粒径０．１ミクロン程度の固体電解質
粉体の有機インキ系スラリーを、固体電解質層の表面か
ら１．５ｍｍの間隔で配置された８０メンシユのテトロ
ン製スクリーン上、スキージを用いて加圧・摺動して該
スクリーンを通過させ、固体電解質層の表面に接触・転
移させる方法などで行なうことができる。

本発明における固体電解質粉体のスラリーの塗布・印刷
後に行なわれる焼成は、通常１３００〜１６００°Ｃ１
好ましくは１４００〜１５００’Ｃて６〜２７１時間、
好ましくは１２〜２４時間の条件下に行なわれる。

前記平板状固体電解質層の両表面上に形成される突起の
大きさは、通常０．１μｍ〜２０　ｌｔ　ｒｎ、好まし
くは５μｍ〜２０μｍの範囲にあり、突起の大きさが０
．１μｍ未満でば表面積の増大の効果が不十分で好まし
くなく、２０μｍを超えると電解質自体の抵抗が大きく
なって好ましくない。

次いで、上記した突起を有する固体電解質層の両表面上
に燃料極を構成する物質、例えばニッケル・ジルコニア
サーメ・ノドのスラリーおよび空気極を構成する物質、
例えばストロンチウ１３をドープしたランタンマンガナ
イ１〜のスラリーをそれぞれ塗布・焼成して燃料極およ
び空気極をそれぞれ形成し、固体電解質型燃料電池が得
られる。

本発明の燃料極としては、例えばニッケル・ジルコニア
ザーメットを用いることが可能であり、該燃料極は、例
えば粒径が２０μｍ以下の一酸化ニソケルとイツトリア
安定化ジルコニア粉体を重量比として４：６ないし７：
３の範囲で有機系の溶剤を用いてスラリーとし、突起を
有する固体電解質層の片面に塗布・焼成することにより
形成される。

本発明における空気極は、例えばスＩ〜ロンチウムをト
ープしたランタンマンガナイＩ・（Ｌａｏ、　ｅｓｓｒ
ｏ、　、　５Ｍｎ０３）の粒径１１１ｍ以下の粉体の２
−プロパツールスラリーを突起を有する固体電解質層の
他の片面に塗布・焼成することにより形成される。

１作　用〕 突起を有する固体電解質層と燃料極および空気極との界
面において、燃料極および空気極を構成する物質の粒子
と固体電解質層を構成する固体電解質との接触点の数は
、突起が形成されることによる固体電解質層の表面積の
増大に応じ、突起が形成されていない場合に比べて増大
する。換言すれば、突起形成前の固体電解質層との界面
の中位面積を基準にすると、突起形成前の固体電解質層
と電極との界面の単位面積当りの接触点の数（以下、接
触点の密度と云うことかある）が、突起形成により増大
することになる。一方電極のガス透過性を損うことばな
い。固体電解質層の両表面上に突起を形成させることに
より、前記界面の面積を増大させ、−・定量の電流を通
じた場合、突起形成前の界面と比較して実効的な′１暮
流密度を低下させることができる。

〔発明の効果］ 本発明によれば、平板状固体電解質層の両表面に突起を
形成さゼで、突起形成前に比へて、界面の面積ひいては
、界面における固体電解質と電極構成物質粒子と実効的
な接触面積を増大させることができるため、固体電解質
層と電極との接触抵抗を低減さ−Ｕることができる。

本発明によれば、電極の多孔性を保持しつつ、固体電解
質と電極構成物質粒子との接触点の密度を増大させるこ
とができるため、電極の性能を向上させることかできる
。

本発明によれば、平板状固体電解質層の両表面」二に突
起を形成させることにより、前記界面の面積を増大させ
、一定量の電流を通した場合、突起形成前の界面と比較
して実効的な電流密度を低下させることかできるため、
一定電流を流すことによる電極の劣化を低減させ、電極
の寿命を向上させることかできる。

〔実施例〕

実施例１ 第１はＩおよび第２図により、本発明を具体的に説明す
る。電解質として・イソ１−リアをトープした安定化ジ
ルコニアを用いて、テープキャスＩ・法により、１ｉｔ
５０ｍｍ、横５Ｏｎ＋ｍ、厚み２００１１ｍの平板状固
体電解質層１を形成した。上記したイツトリアをトープ
した安定化ジルコニアの粉体（粒径０．１μｍ）１０ｇ
を有機系インキとしての四）ミノグループ製画品名Ｔ−
ＪＥＴ１０ｇ中に入れ−Ｃスラリーを形成させた。得ら
れたスラリー２０ｇを、固定電解質層表面より１．５ｍ
ｍの間隔を置いて配置した８０メツシユのテトロン製ス
クリーン上、スクリーン印刷機により、スキージを用い
て均一圧力および均一速度で加圧・摺動して該スクリー
ンを通過させ、］二記平板状固体電解質層の両表面上に
接触・転移させる方法により塗布・印刷した。

次いで１４５０°Ｃて１２時間の条件下に焼成して、大
きさ１０〜２０μｍの突起６および７を平板状固体電解
質層の両表面」−にそれぞれ一体的に形成させた。

次いで、燃料極２として、粒径か７μｍの一酸化ニンケ
ルとイントリア安定化シルコニ−ア粉体（粒径０．ｌμ
ｒｎ）とを重量比６０　：　、１０の割合で、（有機系
溶剤）約］　　ｍｌ−中でスラリーとし、Ｉ−記突起６
を有する固体電解質層１の片面に、該スラリーを公知の
方法で塗りつけるスラリーコー１−θ、て塗布し、１４
５０°Ｃて１２１１’を間の条イ′１千“にＪ構成して
燃料極２を形成した。

次いて、空気極３として、スＩ・ロンチウムを１−プし
たランタンマンカナイト（Ｌａｏ、　ｏｓｓｒｏ、　ｌ
　ＪｎＯｚ）の粉体（粒径０．ｌ　μｍ）　　ｌ　Ｏｍ
ｇを２−プロパノ−ル１．ｍｆｆ中でスラリーとし、」
二記した突起を有する固体電解質層の他の片面に、該ス
ラリーを公知の方法で塗りつけるスラリーコート法で塗
布し、１１５０°Ｃて１２時間の条件下に焼成して空気
極３を形成し、突起６および７を有する固体電解質層１
、燃料極２および空気極３よりなる固体電解質型燃料電
池を得た。

第２図ば、突起６を有する固体電解質層１における突起
６とそれと接触する燃料極構成物質、例えばニンゲルー
ジルコニアザーメットの粒子８、突起形成前の平板状固
体電解質層と突起形成前の燃料極との界面４および突起
６と燃料極構成物質粒子８との界面９の関係を説明する
だめの拡大図である。第２図において、例えば、突起６
が形成されることにより、燃料極構成物質粒子８と固体
電解質との接触点の数は、突起６が形成されるごとによ
る固体電解質層の表面積の増大に応じ、突起６が形成さ
れていない場合に比べて増大すると共に、突起６を形成
する前の固体電解質層と燃料極との界面４を基準とした
単位面積当りの接触点の数、すなわち接触点の密度が増
大することがわかる。

実施例２ 固体電解質粉体スラリーを構成する有機系インキに対す
る固体電解質粉体の重量比を種々に変更した以外、実施
例１と同様にして固体電解質型燃料電池を製造し、得ら
れた電池を用いて、空気極側の過電圧を、１０１００Ｏ
／ｃｍ２時および２００　ｍＡ／ｃｍ２時の場合につい
てそれぞれ測定した。得られた結果を第３図に示す。第
３図において、横軸は有機系インキに対する電解質粉体
の重量比を表わし、縦軸は空気極（ｊｊｌｌの過電圧の
値を示す。該重量比が増大するにつれて、過電圧が次第
に低下して電極性能が改善され、最低値に達した後、増
大する傾向が認められた。このことから、固体電解質粉
体スラリーを構成する有機系インキに対する固体電解質
粉体の重量比が、電極性能の改善、ひいては最適な突起
形成条件のための重要な因子であることが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の固体電解質型燃料電池の説明のため
の斜視図であり、第２図は、第１図の突起６の状態を説
明するための拡大略図であり、第３図は、有機系インキ
に対する固体電解質粉体の重量比と過電圧との関係を示
すグラフである。第４図は、従来の固体電解質型燃料電
池の略図であり、第４図において、■は平板状固体電解
質層であり、２は燃料極であり、３ば空気極であり、４
および５は、それぞれの界面を表わす。 第１図および第２図において： １・・・固体電解質層、２・・・燃料極、３・・・空気
極、４および訃・・突起形成前の界面、６および７・・
・突起、訃・・燃料極構成物質粒子、９・・・突起６と
燃料極構成物質粒子８との界面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、平板状固体電解質層の両面に平板状の燃料極および
   空気極をそれぞれ形成させる固体電解質型燃料電池の製
   造方法であって、該平板状固体電解質層を形成し、次い
   でその両表面に、該平板状固体電解質層を構成する固体
   電解質と同じ固体電解質の粉体のインキスラリーをスク
   リーンを通して塗布・印刷・焼成して、その両表面上に
   多数の突起を有する固体電解質層を一体的に形成し、突
   起を有する固体電解質層の両表面上に燃料極を構成する
   物質のスラリーおよび空気極を構成する物質のスラリー
   をそれぞれ塗布・焼成して燃料極および空気極をそれぞ
   れ形成することを特徴とする固体電解質型燃料電池の製
   造方法。