JPH0443565A - 燃料電池用酸素極の製造法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は燃料電池用酸素極の製造法に関し、特に酸素極
としての触媒能が高く、そのため高い発電特性を有する
固体電解質型燃料電池用酸素極の製造法に関する。

Ｂ　発明の概要 本発明は燃料電池用酸素極の製造法において、多孔質金
属性基板にプラズマガスとして酸素又は空気を用いてプ
ラズマスプレー法によりペロブスカイトを積層して酸素
極を形成することにより、酸素極としての触媒能が高く
、そのため高い発電特性を有する燃料電池用酸素極の製
造法を可能とする。

Ｃ８従来の技術 近年、固体電解質を用いた燃料電池が研究されている。

本発明者らもこの燃料電池として多孔質金属性基板と、
該多孔質金属性基板上に、ペロブスカイトを積層して形
成した酸素極と、該酸素極上にフッ素化ランタンを積層
して形成した固体電解質と、該固体電解質上に■族元素
か選択された金属を積層して形成した水素極とで構成し
たことを特徴とする固体電解質型燃料電池を提案してい
る（特願平、１−３１５９９０号）。この出願では、ス
テンレスなど多孔質金属性基板上に ペロブスカイトを積層した酸素極の製造法として、主と
して （１）プラズマガスとしてアルゴン又はアルゴン−ヘリ
ウムを用いたプラズマスプレー法、（２）ペロブスカイ
ト粉の焼成法、 の２通りの方法を提案している（明細書第５ページから
８ページ）。

Ｄ０発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記プラズマスプレー法ではペロブスカ
イトを積層して薄膜を形成するに際し、プラズマガスと
してアルゴンまたはアルゴン−ヘリウムの混合ガスを用
いることから、ペロブスカイトをプラズマ中で溶解し、
基板に吹きつけ急冷する間にその結晶構造が破壊される
という問題があった。

このことは基板として多孔質アルミナ（Ａ　Ｉ２　。

０、）等のセラミックを使用した場合にはその後の高温
（１１００−１６００℃）熱処理を行うことで結晶構造
を回復できるが、ステンレスなどの多孔質基板を使用し
た場合には高温での熱処理によるステンレスの酸化劣化
から結晶構造の回復が困難であるということを意味して
いる。従って、：のように結晶構造が破壊されたペロブ
スカイト薄膜を燃料電池の酸素極として使用しても、酸
素極としての触媒能が著しく低下することから、燃料電
池として高い発電特性を得ることが困難であった。

本発明は上記問題点を解決すべく創案されたものであっ
て、酸素極として触媒能が高くそのため高い発電特性を
有する燃料電池用酸素極の製造法を提供することを目的
とする。

８６課題を解決するための手段及び作用本発明者らは上
記問題点を解決するため鋭意研究した結果、プラズマス
プレー法によりペロブスカイトを積層するに際し、プラ
ズマガスとして酸素又は空気を用いることにより結晶性
に優れたペロブスカイト薄膜が得られることを見い出し
、本発明に係る燃料電池用酸素極の製造法を完成した。

即ち、本発明に係る燃料電池用酸素極の製造法は、多孔
質金属性基板にプラズマガスとして酸素又は空気を用い
てプラズマスプレー法によりペロブスカイトを積層して
酸素極を形成すること、をその解決手段としている。

以下、本発明について更に詳細に説明する。

まず、本発明に使用する多孔質金属性基板としては、こ
の基板にペロブスカイトを積層する際に７００〜８００
℃前後の高温で処理する必要性から、例えばステンレス
（以下、ＳＵＳという）。

ニッケル、銅、好ましくはＳＵＳを材料としたものなど
が挙げられる。

また、ペロブスカイトとしては、例えば一般式％式％ げられ、具体的にはＬａａ’、ａ　５ｒａ４ＣＯＯ３゜
Ｌ　ａｏ、ａ　Ｓ　ｒａ、４　　Ｃｏｏ　ｅｓ　Ｎ　Ｉ
　ｏ　ｏｔ　０３、好ましくは粒径１０〜６０μｍのＬ
ＳＣＮなどがある。

このＬＳＣＮをプラズマスプレー法により上記多孔質金
属性基板上に５０〜２００μｍ１好ましくは１００μｍ
の厚さに製膜する。

このプラズマスプレー条件は基板温度が６００〜８００
℃、好ましくは７００℃、溶射距離が５０〜２００　ｍ
ｍ、好ましくは１２０ｍｍ、スプレー速度が３〜１０ｇ
／分、好ましくは６ｇ／分、使用ガスがプラズマガス、
保護ガス、キャリヤーガスとして酸素又は空気をそれぞ
れ１．５〜２．５Ｑ／分、　０．５〜１．５ｆｆ／分、
１．５〜２．４Ｍ／分、好ましくはそれぞれ１．８１２
／分、１．ＯＱ１分。

１．８Ｃ／分、電流が５０〜２０ＯＡ、好ましくは１１
０Ａ、電圧が１００〜２００■、好ましくは１４０Ｖ、
トラバース速度が２０ｍ／分、好ましくは４０ｍ／分で
ある。

なお、ペロブスカイトによる薄膜を形成するに際し、酸
素又は空気を用いうるプラズマスプレー装置として小野
田セメント（株）のＡＰＳ７５００などがある。

次に熱処理したペロブスカイト層表面を研磨して約１０
０μｍの厚さに平坦化する。

即ち、酸素極となるペロブスカイト層は、できるだけ薄
い方が、この部分での電圧降下が少ない。

これに対し、０．ガスが酸素極表面上でＯｔ＋４ｅ→２
０”−の反応を促進するために電極面積が大きい、つま
りペロブスカイト層がある程度の厚さを有する方が好ま
しいと共にペロブスカイトを積層しやすい。従ってこれ
らの調和点としてペロブスカイト層を約１００μｍとし
た。この平坦化によリッツ素化ランタンを積層し固体電
解質を得るに際しても、所望の厚さに薄膜を得やすいた
めである。

このようにして得られたペロブスカイト膜は結晶性が良
く、多孔質金属性基板との密着性も良好であるため、触
媒能が高い酸素極となる。

Ｆ、実施例 以下、本発明に係る燃料電池用酸素極の製造法の詳細な
説明を実施例に基づいて説明する。

実施例１ 多孔質金属性基板〔材質　５ＵＳ３１６Ｌ、空孔率的４
％、公称空孔径０．５μｍ、厚さ約１ｍｍ〕上にプラズ
マスプレー装置（小野田セメント（株）、ＡＰＳ７５０
０）を使用してＬＳＣＮ原料粉ＣＬ　ａａ、　　Ｓ　ｒ
ｏ、ｈ　　Ｃｏｏ、ｓｓ　Ｎ　ｉｏ、ｏｔｏ、：粒径ｌ
Ｏ〜６０μｍ〕を表−１に示す条件で１００μｍの厚さ
に製膜した。次にこの製膜を７００℃、５時間、大気下
で熱処理した。その結果を第２図及び第３図に示す。こ
こで第１図はプラズマスプレー前のＬＳＣＮ原料粉のＸ
線回折チャート、第２図はプラズマスプレー溶射後のＬ
ＳＣＮ膜のＸ線回折チャート、第３図はプラズマスプレ
ー溶射膜を７００℃、５時間、大気下で熱処理したＬＳ
ＣＮ膜のＸ線回折チャートをそれぞれ示す。第２図に示
すようにプラズマ溶射したＬＳＣＮ膜は第１図に示すＬ
ＳＣＮ原料粉に比し、結晶構造に大きな乱れが見られな
い。また第３図に示すように、熱処理後のＬＳＣＮ膜は
完全にその結晶性が回復したことを示す。

比較例Ｉ 空気に代えてアルゴンを用いる以外は実施例２と同様な
方法によりＬＳＣＮを製膜し、熱処理を行った。

その結果を第４図及び第５図に示す。第４図に示すよう
にプラズマガスとしてアルゴンを用いたＬＳＣＮ膜は第
１図に示すＬＳＣＮ原料粉に比し、著しく結晶構造が乱
れている。

また第５図に示すように熱処理後のＬＳＣＮ膜は結晶構
造に乱れが見られ、完全に結晶性が回復しない。

Ｇ０発明の効果 本発明はプラズマガスとして従来のアルゴンガスに代え
て空気を用いることにより結晶構造を乱すことなく製膜
を可能とし、これにより低温での熱処理で完全に製膜の
結晶性を回復できる。従って本発明に係る製造法により
得られる酸素極は、高温での熱処理による多孔質金属基
板の酸化劣化を防止し、これにより触媒能が高く、その
ため燃料電池用酸素極として使用することにより高い発
電特性が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図はプラズマスプレー前のＬＳＣＮ原料粉のＸ線回
折チャート、第２図はプラズマガスとして空気を用いた
プラズマスプレー溶射後のＬＳＣＮ膜のＸ線回折チャー
ト、第３図は熱処理したＬＳＣＮ膜のＸ線回折チャート
、第４図はプラズマガスとして空気を用いたプラズマス
プレー溶射後のＬＳＣＮ膜のＸ線回折チャート、第５図
は熱処理したＬＳＣＮ膜のＸ線回折チャートである。 第１図 プラズマスプレー前のＬＳＣＮ原料粉のＸ線回折外１名 第２図 第４図 司 第３図 熱処理したＬＳＣＮ膜のＸ線回折 第５図 熱処理したＬＳＣＮＩ［のＸ線回折 ＋ＯＯ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質金属性基板にプラズマガスとして酸素又は
   空気を用いてプラズマスプレー法によりペロブスカイト
   を積層して酸素極を形成することを特徴とする燃料電池
   用酸素極の製造法。