JPH04267064A - 固体電解質型燃料電池のディストリビュータとその製造方法 - Google Patents

固体電解質型燃料電池のディストリビュータとその製造方法

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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
の構成部品であるディストリビュータに関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】固体電解質型燃料電池には、表裏
面に燃料極と空気極とを設けた固体電解質と、この固体
電解質の燃料極側及び空気極側に配設した導電性ディス
トリビュータとを積み重ねた単セルを、インタコネクタ
を介して積層したものがある。この燃料電池において、
ディストリビュータはインタコネクタと燃料極（又は空
気極）とを電気的に接続し、かつ、燃料ガスや空気が通
過できる構造でなければならない。
【０００３】このため、従来のディストリビュータには
導電体の表面に燃料ガスや空気が通過するための複数本
の溝を設けてスリット構造とするものがあった。しかし
、スリット構造のディストリビュータは、燃料や空気の
通過性においては非常に優れているが、燃料電池の有効
電極面積が狭いという欠点があった。また、発電時に生
じる熱応力に対して弱いためディストリビュータが破損
する心配があった。
【０００４】これとは別に、多孔質体の表面に導電材層
を設けた多孔質体構造のディストリビュータもあった。 このディストリビュータは燃料電池の有効電極面積を広
くとれ、また、多孔質体の弾性によってディストリビュ
ータ自身に生じる熱応力が緩和されるという利点がある
。しかし、燃料や空気の通過性を優れたものにするため
に多孔質体の気孔率を大きくすると、多孔質体の機械的
強度が弱くなり、ディストリビュータの耐久性に問題が
生じた。
【０００５】そこで、本発明の課題は、燃料電池の有効
電極面積を広くとれ、かつ、機械的強度が強い導電性多
孔質体構造のディストリビュータを提供することにある
。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用】以上の課題を解決
するため、本発明に係る固体電解質型燃料電池のディス
トリビュータは、多孔質体と、この多孔質体の表面に設
けた補強材層と、この補強材層の表面に設けた導電材層
とを備えたことを特徴とする。多孔質体の表面に補強材
層と導電材層の２重構造層を設けたため、多孔質体の気
孔率を大きくしても、補強材層によってディストリビュ
ータの機械的強度が確保される。また、ディストリビュ
ータの導電性は、導電材層によって確保される。多孔質
体の材料には、例えばセル膜のない軟質ウレタンフォー
ム等が使用される。そして、補強材層の材料には、例え
ばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等が使用され
、導電材層の材料には、例えば（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３
系又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｍｎ，Ｃｒ）Ｏ３系の材料等が
使用される。
【０００７】また、ディストリビュータの製造方法とし
ては、多孔質体にスラリー状補強材を含浸させた後、こ
のスラリー状補強材の余剰分を除去して前記多孔質体の
表面に補強材層を形成する工程と、前記補強材層を表面
に形成した多孔質体にスラリー状導電材を含浸させた後
、このスラリー状導電材の余剰分を除去して前記補強材
層の表面に導電材層を形成する工程と、を備えたことを
特徴とする方法が好ましい。この方法は含浸法であるた
め、作業が簡単で大量生産に適しているからである。
【０００８】
【実施例】以下、本発明に係る固体電解質型燃料電池の
ディストリビュータとその製造方法の一実施例を添付図
面を参照して説明する。図１は固体電解質型燃料電池の
単セルの構成を示す分解斜視図、図２及び図３は図１の
Ｘ−Ｘ’及びＹ−Ｙ’の垂直断面図である。
【０００９】固体電解質１は円盤形状を有し、その縁部
には燃料ガスの流路の一部を構成する燃料ガス用貫通孔
１ａと空気の流路の一部を構成する空気用貫通孔１ｂと
を設けている。固体電解質１の材料にはイットリア安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）等が用いられる。燃料極２は、
固体電解質１の上面に、貫通孔１ｂと固体電解質１の縁
部を残して、貫通孔１ａを含むように形成されている。 空気極３は、固体電解質１の下面に、貫通孔１ａと固体
電解質１の縁部を残して、貫通孔１ｂを含むように形成
されている。燃料極２は例えばＮｉ・ＹＳＺサーメット
材料等を、空気極３は例えば酸化物導電材料をペースト
状にして印刷等の方法によって形成される。
【００１０】燃料極２側及び空気極３側のそれぞれに配
置された導電性ディストリビュータ５及び８は略円盤形
状を有し、その外周にはスペーサ６，９が設けられてい
る。ディストリビュータ５，８は、図４に示すように、
多孔質体２０の表面に補強材層２２を設け、さらに、こ
の補強材層２２の表面に導電材層２４を設けている。ス
ペーサ６，９は絶縁性材料からなり、ディストリビュー
タ５，８を外気から遮蔽している。スペーサ６及び９に
はそれぞれ固体電解質１に設けた貫通孔１ｂ及び１ａに
連通する空気用貫通孔６ｂ及び燃料ガス用貫通孔９ａを
設けている。
【００１１】固体電解質１の上下にディストリビュータ
５，８を配設して積み重ね、円盤状単セル１０とする。 さらに、この単セル１０を間に挟んで上下にインタコネ
クタ１２，１２が配設されている。上側のインタコネク
タ１２にはスペーサ６に設けている貫通孔６ｂに連通す
る空気用貫通孔１２ｂを設け、さらにこの貫通孔１２ｂ
の反対位置に燃料ガス用貫通孔１２ａを設けている。同
様に、下側のインタコネクタ１２にはスペーサ９に設け
ている貫通孔９ａに連通する燃料ガス用貫通孔１２ａを
設け、さらにこの貫通孔１２ａの反対位置に空気用貫通
孔１２ｂを設けている。こうして、上下両側にインタコ
ネクタ１２，１２を備えた単セル１０が得られる。
【００１２】次に、この構成の単セル１０の動作につい
て説明する。燃料ガス１４が下側のインタコネクタ１２
の貫通孔１２ａからスペーサ９の貫通孔９ａ、固体電解
質１の貫通孔１ａを順に通って、ディストリビュータ５
に導かれる。ディストリビュータ５は燃料ガス１４を燃
料極２に均等に供給する働きをする。一方、空気１５は
上側のインタコネクタ１２の貫通孔１２ｂからスペーサ
６の貫通孔６ｂ、固体電解質１の貫通孔１ｂを順に通っ
て、ディストリビュータ８に導かれる。この単セル１０
内は高温（６００〜１２００℃）に保持されており、デ
ィストリビュータ８によって空気極３に均等に供給され
た空気１５と前記燃料極２に供給された燃料ガス１４と
が固体電解質１を介して電極反応を起こし、単セル１０
の厚み方向（図１中矢印ａで示す方向）に電流が流れる
。この電流は導電性ディストリビュータ５，８を介して
上下両側に備わっているインタコネクタ１２，１２から
取り出される。反応後の燃料ガス１４は、上側のインタ
コネクタ１２の貫通孔１２ａから排出され、反応後の空
気１５は下側のインタコネクタ１２の貫通孔１２ｂから
排出される。
【００１３】このような動作をする複数個の単セル１０
を、インタコネクタ１２を介して積層して燃料電池が形
成される。次に、燃料電池の一部品であるディストリビ
ュータ５，８の製造方法を説明する。図５は製造工程順
に示したフローチャートである。まず、工程１で補強材
の原料（例えば、固体電解質材料であるＹＳＺ）を、溶
剤（トルエン等）と共にボールミルに投入して湿式粉砕
する。補強材の原料が充分粉砕されると、工程２でバイ
ンダ（例えば、アクリル系のもの）をボールミルに投入
して湿式混練りし、補強材スラリーを調合する。
【００１４】次に、工程３で多孔質体２０に補強材スラ
リーを含浸する。多孔質体２０には、例えば、直径が３
３〜１２０ｍｍ、厚みが５ｍｍの円盤状のものでセル膜
のない軟質ウレタンフォーム等を使用する。工程４で補
強材スラリーの余剰分を多孔質体２０から除去する。さ
らに、工程５で多孔質体２０の表面に付着した補強材ス
ラリーを６０℃の温度で乾燥させて補強材層２２を形成
する。この補強材層２２の形成作業は、所望の厚みに達
するまで繰り返される。
【００１５】次に、工程６で導電材の原料［例えば、（
Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３系、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｍｎ，Ｃｒ
）Ｏ３系の１１００℃仮焼粉末］を、溶剤（トルエン等
）と共にボールミルに投入して湿式粉砕する。導電材の
原料が粉砕されると、工程７でバインダ（たとえば、ア
クリル系のもの）をボールミルに投入して湿式混練し、
導電性スラリーを調合する。
【００１６】次に、工程８で補強材層２２を形成した多
孔質体２０に導電材スラリーを含浸し、工程９で導電材
スラリーの余剰分を多孔質体２０から除去する。さらに
、工程１０で補強材層２２の表面に付着した導電材スラ
リーを６０℃の温度で乾燥させて導電材層２４を形成す
る。この導電材層２４の形成作業は、所望の厚みに達す
るまで繰り返される。この後、工程１１で４００℃の温
度で脱脂し、１４００℃の温度で本焼成する。
【００１７】こうして得られたディストリビュータ５，
８の特性を評価した結果を表１に示す。表１には比較の
ため、従来のものも合わせて記載している。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１より、得られたディストリビュータ５
，８は、気孔率が約９０％であり、柱構造であるため流
動抵抗が小さく、圧力損失も少なくてすむ。また、機械
的強度、導電性、耐熱応力等において優れたディストリ
ビュータであることがわかる。さらに、固体電解質１の
熱膨張率が１０．５×１０−６ｃｍ／℃であるので、固
体電解質１とディストリビュータ５，８の熱膨張率差が
従来のものより縮まる。その結果、熱応力に対する信頼
性が増す。
【００２０】なお、本発明に係る固体電解質型燃料電池
のディストリビュータとその製造方法は、前記実施例に
限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形
することができる。特に、燃料電池の単セルの形状は円
盤状に必ずしも限定するものではなく、矩形盤状等任意
の形状であってもよい。従って、ディストリビュータの
形状は単セルの形状に合わせて任意の形状が選択される
。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、多孔質
体の表面に補強材層と導電材層の２重構造層を設けたた
め、燃料電池の有効電極面積を広くとれ、かつ、機械的
強度が強い導電性多孔質体構造のディストリビュータが
得られる。また、含浸法により、多孔質体の表面に補強
材層と導電材層を設けたため、ディストリビュータの生
産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディストリビュータを備えた固体
電解質型燃料電池の分解斜視図。
【図２】図１のＸ−Ｘ’の垂直断面図。
【図３】図１のＹ−Ｙ’の垂直断面図。
【図４】本発明に係るディストリビュータの一部拡大断
面図。
【図５】本発明に係るディストリビュータの製造方法を
示すフローチャート。
【符号の説明】
１…固体電解質 ２…燃料極 ３…空気極 ５，８…ディストリビュータ １２…インタコネクタ ２０…多孔質体 ２２…補強材層 ２４…導電材層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　多孔質体と、この多孔質体の表面に設
    けた補強材層と、この補強材層の表面に設けた導電材層
    とを備えたことを特徴とする固体電解質型燃料電池のデ
    ィストリビュータ。
  2. 【請求項２】　　多孔質体にスラリー状補強材を含浸さ
    せた後、このスラリー状補強材の余剰分を除去して前記
    多孔質体の表面に補強材層を形成する工程と、前記補強
    材層を表面に形成した多孔質体にスラリー状導電材を含
    浸させた後、このスラリー状導電材の余剰分を除去して
    前記補強材層の表面に導電材層を形成する工程と、を備
    えたことを特徴とする固体電解質型燃料電池のディスト
    リビュータの製造方法。
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