JPH04355059A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPH04355059A JPH04355059A JP3155261A JP15526191A JPH04355059A JP H04355059 A JPH04355059 A JP H04355059A JP 3155261 A JP3155261 A JP 3155261A JP 15526191 A JP15526191 A JP 15526191A JP H04355059 A JPH04355059 A JP H04355059A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料の持つ化学的エネル
ギを直接電気エネルギに変換する燃料電池のうち特に固
体電解質を用いたものに関する。
ギを直接電気エネルギに変換する燃料電池のうち特に固
体電解質を用いたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質を用いた燃料電池として、特
公平１−５９７０５号に開示されるものが知られている
。この燃料電池は筒状の多孔質支持体の表面に第１の電
極層を形成し、この第１の電極層の表面に固体電解質層
を形成し、この固体電解質層の表面に第２の電極層を形
成し、前記筒状支持体の内側を空気の通路とし、第２の
電極層の外側を燃料ガス（水素）の通路としている。
公平１−５９７０５号に開示されるものが知られている
。この燃料電池は筒状の多孔質支持体の表面に第１の電
極層を形成し、この第１の電極層の表面に固体電解質層
を形成し、この固体電解質層の表面に第２の電極層を形
成し、前記筒状支持体の内側を空気の通路とし、第２の
電極層の外側を燃料ガス（水素）の通路としている。
【０００３】そしてその作用は、多孔質支持体の内側に
酸素ガス（空気）を流し、第２の電極層の外側に水素ガ
スを流すと、酸素ガスは第１の電極層に浸透し、水素ガ
スは第２の電極層に浸透し、第１及び第２の電極層で以
下の反応が起こる。
酸素ガス（空気）を流し、第２の電極層の外側に水素ガ
スを流すと、酸素ガスは第１の電極層に浸透し、水素ガ
スは第２の電極層に浸透し、第１及び第２の電極層で以
下の反応が起こる。
【０００４】
第１の電極； １／２Ｏ２ ＋２ｅ →Ｏ２−第２の
電極； Ｈ２ ＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅとなり２ｅが
負荷に供給（発電）され、これと同時にＯ２−が固体電
解質層中を移動する。
電極； Ｈ２ ＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅとなり２ｅが
負荷に供給（発電）され、これと同時にＯ２−が固体電
解質層中を移動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記固体電解質層とし
てはイットリアやカルシアを添加した安定化ジルコニア
等をその材料として用い、電極層はペロブスカイト型複
合酸化物等を主体とした材料を用い、溶射法、ＣＶＤ法
、スパッタリング法或いはテープ成形法等によって形成
している。このように固体電解質層と電極層とはその材
料が異なり、熱応力等の物性値に差がある。したがって
、高温での運転を継続すると両者の界面にクラックが発
生しやすい。
てはイットリアやカルシアを添加した安定化ジルコニア
等をその材料として用い、電極層はペロブスカイト型複
合酸化物等を主体とした材料を用い、溶射法、ＣＶＤ法
、スパッタリング法或いはテープ成形法等によって形成
している。このように固体電解質層と電極層とはその材
料が異なり、熱応力等の物性値に差がある。したがって
、高温での運転を継続すると両者の界面にクラックが発
生しやすい。
【０００６】また固体電解質型燃料電池の電極層には、
ガス透過性を確保した上で、電気抵抗が小さく、電極で
の反応を促進するための電極触媒性が高いことが要求さ
れるが電気抵抗を小さくするには電極層を比較的粗孔を
有するものとしなけらばならず、一方触媒性を高めるに
は微細孔を有するものとしなけらばならずこれらを同時
に満足させることができない。
ガス透過性を確保した上で、電気抵抗が小さく、電極で
の反応を促進するための電極触媒性が高いことが要求さ
れるが電気抵抗を小さくするには電極層を比較的粗孔を
有するものとしなけらばならず、一方触媒性を高めるに
は微細孔を有するものとしなけらばならずこれらを同時
に満足させることができない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
願の第１の発明は、電極層と固体電解質層との間に、電
極層を構成する粒子と固体電解質層を構成する粒子とか
ら構成される緩衝層を設け、この緩衝層の電極層に近い
部分には電極層を構成する粒子の割合を多く、固体電解
質層に近い部分には固体電解質層を構成する粒子の割合
を多く含ませるようにした。
願の第１の発明は、電極層と固体電解質層との間に、電
極層を構成する粒子と固体電解質層を構成する粒子とか
ら構成される緩衝層を設け、この緩衝層の電極層に近い
部分には電極層を構成する粒子の割合を多く、固体電解
質層に近い部分には固体電解質層を構成する粒子の割合
を多く含ませるようにした。
【０００８】また本願の第２発明は、燃料電池の電極層
を複数の層にて構成し、これら層を粗孔を有する層と、
微細孔を有する層とで構成した。
を複数の層にて構成し、これら層を粗孔を有する層と、
微細孔を有する層とで構成した。
【０００９】
【作用】電極層或いは緩衝層となる原料を分級して所定
の平均粒径の原料を選別し、この原料を水中に投入して
スラリーを調製し、次いでこのスラリー中に多孔質支持
体等を浸漬して表面に電極層或いは緩衝層となるスラリ
ーを付着せしめ、この付着したスラリーを乾燥・焼成し
て電極層或いは緩衝層を形成する。
の平均粒径の原料を選別し、この原料を水中に投入して
スラリーを調製し、次いでこのスラリー中に多孔質支持
体等を浸漬して表面に電極層或いは緩衝層となるスラリ
ーを付着せしめ、この付着したスラリーを乾燥・焼成し
て電極層或いは緩衝層を形成する。
【００１０】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図１は本発明に係る固体電解質型燃
料電池の断面図、図２は同じく固体電解質型燃料電池の
要部拡大断面図である。
説明する。ここで、図１は本発明に係る固体電解質型燃
料電池の断面図、図２は同じく固体電解質型燃料電池の
要部拡大断面図である。
【００１１】固体電解質型燃料電池１は紙面垂直方向を
軸方向とした筒状の多孔質支持体２の表面に緩衝層３を
介して第１の電極層４を形成し、この第１の電極層４の
外側に緩衝層５を介して固体電解質層６を設け、この固
体電解質層６の外側面に緩衝層７を介して第２の電極層
８を形成している。
軸方向とした筒状の多孔質支持体２の表面に緩衝層３を
介して第１の電極層４を形成し、この第１の電極層４の
外側に緩衝層５を介して固体電解質層６を設け、この固
体電解質層６の外側面に緩衝層７を介して第２の電極層
８を形成している。
【００１２】そして、第１の電極層４は緩衝層５、固体
電解質層６及び緩衝層７を貫通してその一部が外部に露
出し、この露出した部分４ａと集電板９とをニッケル等
の導電体１０で接続し、また第２の電極層８は集電板１
１と導電体１２で接続している。
電解質層６及び緩衝層７を貫通してその一部が外部に露
出し、この露出した部分４ａと集電板９とをニッケル等
の導電体１０で接続し、また第２の電極層８は集電板１
１と導電体１２で接続している。
【００１３】前記多孔質支持体２はアルミナやジルコニ
アを主体としたセラミックコンパウンドを押出し成形す
ることで未焼成成形体を得た後、この成形体を吊り焼き
等の手段で焼成して作成する。この多孔質支持体２の平
均孔径は酸素分子が十分に透過し得るものとする。
アを主体としたセラミックコンパウンドを押出し成形す
ることで未焼成成形体を得た後、この成形体を吊り焼き
等の手段で焼成して作成する。この多孔質支持体２の平
均孔径は酸素分子が十分に透過し得るものとする。
【００１４】前記固体電解質層６はイットリアやカルシ
アを添加した安定化ジルコニアからなり、その平均孔径
は分子状のガスは透過させないが、イオン化した酸素ガ
スは透過させる程度に緻密にする。
アを添加した安定化ジルコニアからなり、その平均孔径
は分子状のガスは透過させないが、イオン化した酸素ガ
スは透過させる程度に緻密にする。
【００１５】前記電極層４，８はペロブスカイト型複合
酸化物から構成され、且つ固体電解質層６に対向する側
を薄い微細孔を有する層４−１，８−１とし、支持体２
に対向するか最外側となる側を厚い粗孔を有する層４−
２，８−２としている。尚、図示例では電極層を２層と
したが３層以上にしてもよい。
酸化物から構成され、且つ固体電解質層６に対向する側
を薄い微細孔を有する層４−１，８−１とし、支持体２
に対向するか最外側となる側を厚い粗孔を有する層４−
２，８−２としている。尚、図示例では電極層を２層と
したが３層以上にしてもよい。
【００１６】また、緩衝層５，７は電極層４，８を構成
する粒子（ペロブスカイト型複合酸化物）と固体電解質
層６を構成する粒子（安定化ジルコニア）とから構成さ
れ、電極層４，８に近い部分では電極層を構成する粒子
の割合を多く、固体電解質層６に近い部分では固体電解
質層を構成する粒子の割合を多くした所謂傾斜型の混合
層としている。各粒子の配分割合の一例を緩衝層５につ
いて図３に示す。
する粒子（ペロブスカイト型複合酸化物）と固体電解質
層６を構成する粒子（安定化ジルコニア）とから構成さ
れ、電極層４，８に近い部分では電極層を構成する粒子
の割合を多く、固体電解質層６に近い部分では固体電解
質層を構成する粒子の割合を多くした所謂傾斜型の混合
層としている。各粒子の配分割合の一例を緩衝層５につ
いて図３に示す。
【００１７】また、緩衝層３についても同様に電極層４
を構成する粒子（ペロブスカイト型複合酸化物）と多孔
質支持体２を構成する粒子（アルミナ、ジルコニア）と
からなる傾斜型の混合層となっている。
を構成する粒子（ペロブスカイト型複合酸化物）と多孔
質支持体２を構成する粒子（アルミナ、ジルコニア）と
からなる傾斜型の混合層となっている。
【００１８】以上において、多孔質支持体２については
セラミックコンパウンドを押出し成形した後に焼成する
ことで得るが、緩衝層３、第１の電極層４、緩衝層５、
固体電解質層６、緩衝層７及び第２の電極層８について
はディップ法にて形成する。上記の各層を溶射法、ＣＶ
Ｄ、スパッタリング、テープ成形法、噴霧熱分解法、印
刷法等によって作成すると、粒径と層の厚みのコントロ
ールが困難で十分な耐久性と電極性能を発揮できない。
セラミックコンパウンドを押出し成形した後に焼成する
ことで得るが、緩衝層３、第１の電極層４、緩衝層５、
固体電解質層６、緩衝層７及び第２の電極層８について
はディップ法にて形成する。上記の各層を溶射法、ＣＶ
Ｄ、スパッタリング、テープ成形法、噴霧熱分解法、印
刷法等によって作成すると、粒径と層の厚みのコントロ
ールが困難で十分な耐久性と電極性能を発揮できない。
【００１９】尚、実際の固体電解質型燃料電池は図示し
た電池を１つの素子とし、この素子を電気的に多数個接
続して構成される。また電池としては図示した筒状に限
らず平板状でもよい。
た電池を１つの素子とし、この素子を電気的に多数個接
続して構成される。また電池としては図示した筒状に限
らず平板状でもよい。
【００２０】
【発明の効果】以上に説明した如く本発明によれば、電
極層と固体電解質層との間、或いは電極層と支持体との
間に、電極層を構成する粒子と固体電解質層を構成する
粒子或いは支持体を構成する粒子とから構成され、且つ
一方の層に近いほどその層を構成する粒子が多くなる緩
衝層を設けたので、各層の物性値に差があっても層の界
面にクラックが発生することを抑制することができる。
極層と固体電解質層との間、或いは電極層と支持体との
間に、電極層を構成する粒子と固体電解質層を構成する
粒子或いは支持体を構成する粒子とから構成され、且つ
一方の層に近いほどその層を構成する粒子が多くなる緩
衝層を設けたので、各層の物性値に差があっても層の界
面にクラックが発生することを抑制することができる。
【００２１】また（表１）は図４に示すような構造の試
料を本願発明品と比較例についてそれぞれ作成し、電極
層の抵抗および触媒性を直流法および交流インピーダン
ス法を用いて測定したものである。尚、固体電解質はい
ずれもＺｒＯ２＋８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３の焼成体（直径２
０ｍｍ、厚み１ｍｍ）とし、電極層材料はＬａ０．７５
Ｓｒ０．２５ＭｎＯ３を用いた。そして、本発明品にあ
っては微細孔層を厚み１０μｍで平均孔径０．２〜０．
４μｍとし、比較例１にあっては電極層を１層として厚
み１５０μｍ、平均孔径０．２〜０．４μｍとし、比較
例２にあっては電極層を１層として厚み１５０μｍ、平
均孔径２．０〜２．４μｍとした。
料を本願発明品と比較例についてそれぞれ作成し、電極
層の抵抗および触媒性を直流法および交流インピーダン
ス法を用いて測定したものである。尚、固体電解質はい
ずれもＺｒＯ２＋８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３の焼成体（直径２
０ｍｍ、厚み１ｍｍ）とし、電極層材料はＬａ０．７５
Ｓｒ０．２５ＭｎＯ３を用いた。そして、本発明品にあ
っては微細孔層を厚み１０μｍで平均孔径０．２〜０．
４μｍとし、比較例１にあっては電極層を１層として厚
み１５０μｍ、平均孔径０．２〜０．４μｍとし、比較
例２にあっては電極層を１層として厚み１５０μｍ、平
均孔径２．０〜２．４μｍとした。
【００２２】
【表１】
【００２３】このように、電極層を粗孔を有する層と微
細孔を有する層とで構成することで、ガス透過性を確保
した上で、電気抵抗を小さく且つ電極媒性を高くするこ
とでエネルギー効率の向上が図れる。
細孔を有する層とで構成することで、ガス透過性を確保
した上で、電気抵抗を小さく且つ電極媒性を高くするこ
とでエネルギー効率の向上が図れる。
【００２４】更に、緩衝層を形成したり電極層を構成す
る粒子径をコントロールして各層を形成するには、ディ
ップ法が最も効果的である。
る粒子径をコントロールして各層を形成するには、ディ
ップ法が最も効果的である。
【図１】本発明に係る固体電解質型燃料電池の断面図
【
図２】本発明に係る固体電解質型燃料電池の要部拡大断
面図
図２】本発明に係る固体電解質型燃料電池の要部拡大断
面図
【図３】緩衝層の構成粒子の配分割合の例を示す図
【図
４】性能試験に供した試料を示す図
４】性能試験に供した試料を示す図
１…固体電解質型燃料電池、２…多孔質支持体、３，５
，７…緩衝層、４，８…電極層、６…固体電解質層。
，７…緩衝層、４，８…電極層、６…固体電解質層。
Claims (5)
- 【請求項１】 固体電解質層の一面に水素等の燃料ガ
スに接触する電極層を、他面に酸素若しくは空気に接触
する電極層を形成してなる固体電解質型燃料電池におい
て、前記電極層と固体電解質層との間には緩衝層を設け
、この緩衝層は電極層を構成する粒子と固体電解質層を
構成する粒子とから構成され、電極層に近い部分では電
極層を構成する粒子の割合を多く、固体電解質層に近い
部分では固体電解質層を構成する粒子の割合を多くして
いることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 固体電解質層の一面に水素等の燃料ガ
スに接触する電極層を、他面に酸素若しくは空気に接触
する電極層を形成してなる固体電解質型燃料電池におい
て、前記電極層は粗孔を有する層と、微細孔を有する層
とから構成されていることを特徴とする固体電解質型燃
料電池。 - 【請求項３】 前記固体電解質型燃料電池は多孔質支
持体の表面に形成され、この多孔質支持体と固体電解質
型燃料電池の電極層との間に電極層を構成する粒子と多
孔質支持体を構成する粒子とからなる緩衝層が設けられ
ていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型
燃料電池。 - 【請求項４】 前記粗孔を有する層は平均粒径が０．
５〜２０μｍの粒子からなり、前記微細孔を有する層は
平均粒径が０．１〜１０μｍの粒子からなることを特徴
とする請求項２に記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項５】 前記電極層及び緩衝層はディップ法に
て形成されていることを特徴とする請求項１または２に
記載の固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3155261A JPH04355059A (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3155261A JPH04355059A (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04355059A true JPH04355059A (ja) | 1992-12-09 |
Family
ID=15602052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3155261A Pending JPH04355059A (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04355059A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003100881A2 (en) * | 2002-05-23 | 2003-12-04 | Alberta Research Council Inc. | Solid oxide fuel cell system |
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