JPH0492369A - 低温作動固体電解質型燃料電池 - Google Patents
低温作動固体電解質型燃料電池Info
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- JPH0492369A JPH0492369A JP2207800A JP20780090A JPH0492369A JP H0492369 A JPH0492369 A JP H0492369A JP 2207800 A JP2207800 A JP 2207800A JP 20780090 A JP20780090 A JP 20780090A JP H0492369 A JPH0492369 A JP H0492369A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
-
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- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
-
- 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
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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は固体電解質型燃料電池に関し、さらに詳しくは
低温で作動することができる低温作動固体電解質型燃料
電池に関する。
低温で作動することができる低温作動固体電解質型燃料
電池に関する。
近年、低公害の動力源として注目を集めている燃料電池
は、電解質と、この電解質の両側にそれぞれ設けられた
燃料極および酸素極とから構成され、活物質としての燃
料（Ｈ２、ＣＯ５炭化水素等）と酸化剤（Ｏ２、空気、
過酸化水素等）とを外部から連続的にそれぞれの極に供
給して電解質を介して起電反応を発生させ、これを電気
エネルギーとして取り出すとともに、反応生成物である
水を連続的に系外に排出するものである。燃料電池の一
つである固体電解質型燃料電池は、電解質としてセラミ
ックスが用いられているため、電解質の漏洩の恐れがな
く、また作動温度が通常１０００℃程度と高温であり電
解質抵抗および電極反応抵抗が小さく、反応速度が大き
いため、エネルギー効率および出力密度が高いという利
点を有する。
は、電解質と、この電解質の両側にそれぞれ設けられた
燃料極および酸素極とから構成され、活物質としての燃
料（Ｈ２、ＣＯ５炭化水素等）と酸化剤（Ｏ２、空気、
過酸化水素等）とを外部から連続的にそれぞれの極に供
給して電解質を介して起電反応を発生させ、これを電気
エネルギーとして取り出すとともに、反応生成物である
水を連続的に系外に排出するものである。燃料電池の一
つである固体電解質型燃料電池は、電解質としてセラミ
ックスが用いられているため、電解質の漏洩の恐れがな
く、また作動温度が通常１０００℃程度と高温であり電
解質抵抗および電極反応抵抗が小さく、反応速度が大き
いため、エネルギー効率および出力密度が高いという利
点を有する。
しかし、電池の作動温度が高温であるため、電気構成材
料の熱応力を少なくするために材料の線膨張係数差を極
力小さくしなければならず、また高温酸化・還元状態に
おいて化学的に安定な材料を用いる必要があり、電池構
成材料に制約があった。一般に固体電解質としてはＺｒ
Ｏ，−Ｙ、Ｏ。
料の熱応力を少なくするために材料の線膨張係数差を極
力小さくしなければならず、また高温酸化・還元状態に
おいて化学的に安定な材料を用いる必要があり、電池構
成材料に制約があった。一般に固体電解質としてはＺｒ
Ｏ，−Ｙ、Ｏ。
（ＹＳＺ）等のセラミックスが、燃料極としてはＮｉ、
Ｎ１−ＹＳＺなどが、酸素極としてはＬａＣＯＯ３、Ｌ
ａ、ＸＳ ｒ、Ｍｎｏ＋ 、Ｌａ、−ＸＣａｘＣｏＯｉ
、Ｌａ＋−ｘｃａｘＭｎｏｚなどの複合酸化物が用い
られている。またこれらの材料で構成された単セルを組
み合わせてスタックを製造する際にも、集電体、ガス通
路、セル支持体、スタ・ンク支持体、ガスシール材、接
着材などの材料として安価な金属材料を用いることがで
きず、セラミックスを用いる必要があった。このセラミ
・ンクス材料は、高価であり、また加工性および接合性
に劣り、さらに熱伝導性が悪いため、電池の起動、停止
に時間がかかるという欠点があった。
Ｎ１−ＹＳＺなどが、酸素極としてはＬａＣＯＯ３、Ｌ
ａ、ＸＳ ｒ、Ｍｎｏ＋ 、Ｌａ、−ＸＣａｘＣｏＯｉ
、Ｌａ＋−ｘｃａｘＭｎｏｚなどの複合酸化物が用い
られている。またこれらの材料で構成された単セルを組
み合わせてスタックを製造する際にも、集電体、ガス通
路、セル支持体、スタ・ンク支持体、ガスシール材、接
着材などの材料として安価な金属材料を用いることがで
きず、セラミックスを用いる必要があった。このセラミ
・ンクス材料は、高価であり、また加工性および接合性
に劣り、さらに熱伝導性が悪いため、電池の起動、停止
に時間がかかるという欠点があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、電池の
エネルギー効率および出力密度を低下させることなく、
電池作動温度の低温化を図ることができる低温作動固体
電解質型燃料電池を提供することにある。
エネルギー効率および出力密度を低下させることなく、
電池作動温度の低温化を図ることができる低温作動固体
電解質型燃料電池を提供することにある。
本発明は、無機多孔質基体と、該無機多孔質基体の表面
に成膜された燃料極と、該燃料極と接触するＣｅＯ，系
セラミックスからなる厚さ５２０μｍ以下の固体電解質
と、該固体電解質の他の面と接触する多孔質酸素極とを
有し、上記無機多孔質基体が集電体、その空隙部が燃料
ガスの通路および上記多孔質酸素極の空隙部が酸化剤ガ
スの通路を構成していることを特徴とする低温作動固体
電解質型燃料電池に関する。
に成膜された燃料極と、該燃料極と接触するＣｅＯ，系
セラミックスからなる厚さ５２０μｍ以下の固体電解質
と、該固体電解質の他の面と接触する多孔質酸素極とを
有し、上記無機多孔質基体が集電体、その空隙部が燃料
ガスの通路および上記多孔質酸素極の空隙部が酸化剤ガ
スの通路を構成していることを特徴とする低温作動固体
電解質型燃料電池に関する。
本発明においては、固体電解質として酸素イオン伝導度
の大きいＣｅＯ２系セラミックスを用い、また固体電解
質の薄膜化（２０μｍ以下）を図り、かつ無機多孔質基
体の表面に燃料極材料を成膜して燃料極の表面積を大き
くして燃料ガスとの接触面積を増加し、また多孔質状の
酸素極を用いて酸化剤ガスとの接触面積を増加すること
により、固体電解質の抵抗および各電極反応の抵抗を減
らして反応速度の低下を防止することができる。したか
って、電池を低温作動（例えば８００″Ｃ以下）させた
場合でも、１０００°Ｃの高温作動の場合と同等または
それ以上のエネルギー効率および出力密度を得ることが
可能になる。
の大きいＣｅＯ２系セラミックスを用い、また固体電解
質の薄膜化（２０μｍ以下）を図り、かつ無機多孔質基
体の表面に燃料極材料を成膜して燃料極の表面積を大き
くして燃料ガスとの接触面積を増加し、また多孔質状の
酸素極を用いて酸化剤ガスとの接触面積を増加すること
により、固体電解質の抵抗および各電極反応の抵抗を減
らして反応速度の低下を防止することができる。したか
って、電池を低温作動（例えば８００″Ｃ以下）させた
場合でも、１０００°Ｃの高温作動の場合と同等または
それ以上のエネルギー効率および出力密度を得ることが
可能になる。
このような電池作動温度の低温化により、電池構成材料
の線膨張係数にずれがあった場合でも熱応力を小さくす
ることができ、また高温酸化による構成材料の腐食等の
問題が緩和し、スタックを製造する際の集電体、セル支
持材、スタック支持材、ガスシール材、接合材などの構
成材料として、安価で、電気伝導性、熱伝導性および精
密加工性に優れた金属材料を用いることができる。従っ
て、電池の低コスト化および高信頼性を図ることができ
る。さらにスタック全体を均一に加熱することが容易に
なり、電池の起動および停止をより短時間で行うことが
できる。
の線膨張係数にずれがあった場合でも熱応力を小さくす
ることができ、また高温酸化による構成材料の腐食等の
問題が緩和し、スタックを製造する際の集電体、セル支
持材、スタック支持材、ガスシール材、接合材などの構
成材料として、安価で、電気伝導性、熱伝導性および精
密加工性に優れた金属材料を用いることができる。従っ
て、電池の低コスト化および高信頼性を図ることができ
る。さらにスタック全体を均一に加熱することが容易に
なり、電池の起動および停止をより短時間で行うことが
できる。
本発明に用いられる無機多孔質基体には、５ＵＨ４４６
などの金属材料またはＡｊ！、０３系複合材などのセラ
ミックスが用いられる。該多孔質基体の空隙率は３０〜
５０％とすることが好ましい。
などの金属材料またはＡｊ！、０３系複合材などのセラ
ミックスが用いられる。該多孔質基体の空隙率は３０〜
５０％とすることが好ましい。
また多孔質基体は、無機粒子の集合体でも無機繊維等の
集合体でもよい。基体が粒子の集合体の場合には粒子の
粒径を１０８ｍ以下とするのが好ましい。単セルを組合
わせてスタックとした場合には、無機多孔質基体は集電
体として機能し、その空隙部は、燃料ガスの通路となる
。
集合体でもよい。基体が粒子の集合体の場合には粒子の
粒径を１０８ｍ以下とするのが好ましい。単セルを組合
わせてスタックとした場合には、無機多孔質基体は集電
体として機能し、その空隙部は、燃料ガスの通路となる
。
本発明に用いられる燃料極としては、Ｎｉなとの公知の
燃料極材料が用いられる。この燃料極材料は、例えばＰ
Ｖ Ｄ （ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉ。
燃料極材料が用いられる。この燃料極材料は、例えばＰ
Ｖ Ｄ （ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏ
ｓｉｔｉ。
ｎ）、ＣＶ Ｄ （ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、めっき等の方法により無機多孔
質基体の表面に成膜される。その膜厚は、剥離防止、空
隙部の保持等の点から、２μｍ以下とするのが好ましい
。
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、めっき等の方法により無機多孔
質基体の表面に成膜される。その膜厚は、剥離防止、空
隙部の保持等の点から、２μｍ以下とするのが好ましい
。
本発明に用いられる固体電解質には、酸素イオン伝導度
の大きいＣｅ Ｏｚ Ｙ２０３等のＣｅＯ□系セラミ
ックスが用いられる。固体電解質は、例えばＰＶＤやめ
っきなどの方法により形成することができ、その膜厚は
、電池の低温作動による電解質抵抗の増加を防止するた
めに２０μｍ以下、好ましくは５〜１０μｍとされる。
の大きいＣｅ Ｏｚ Ｙ２０３等のＣｅＯ□系セラミ
ックスが用いられる。固体電解質は、例えばＰＶＤやめ
っきなどの方法により形成することができ、その膜厚は
、電池の低温作動による電解質抵抗の増加を防止するた
めに２０μｍ以下、好ましくは５〜１０μｍとされる。
本発明に用いられる多孔質酸素極としては、Ｌａ１−Ｘ
Ｓｒｘ ＣｏＯ，ｓ 、Ｌａ＋−ｘ Ｓｒｘ ＭｎＯ
３等の公知の複合酸化物を用いることができる。この多
孔質酸素極は、例えば酸素極材料と有機材料とを同時に
固体電解質表面にＰＶＤ蒸着により成膜した後、高温熱
処理により有機材料を焼却、除去することにより形成す
るか、有機金属化合物の噴霧熱分解法を使用することが
できる。多孔質酸素極の空隙率は３０〜５０％とするの
が好ましい。
Ｓｒｘ ＣｏＯ，ｓ 、Ｌａ＋−ｘ Ｓｒｘ ＭｎＯ
３等の公知の複合酸化物を用いることができる。この多
孔質酸素極は、例えば酸素極材料と有機材料とを同時に
固体電解質表面にＰＶＤ蒸着により成膜した後、高温熱
処理により有機材料を焼却、除去することにより形成す
るか、有機金属化合物の噴霧熱分解法を使用することが
できる。多孔質酸素極の空隙率は３０〜５０％とするの
が好ましい。
この空隙率は、ＰＶＤ蒸着法では有機材料の使用量によ
り調整することができる。このときの有機材料としては
ポリイミド、ポリプロピレンなどのある程度の耐熱性お
よび寸法安定性を有し、かつ６００°Ｃ以上の熱処理に
より除去できる樹脂が用いられる。
り調整することができる。このときの有機材料としては
ポリイミド、ポリプロピレンなどのある程度の耐熱性お
よび寸法安定性を有し、かつ６００°Ｃ以上の熱処理に
より除去できる樹脂が用いられる。
以下、本発明を図面により詳しく説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示す固体電解質燃料電池
の製造法の説明図である。
の製造法の説明図である。
図において、まず粒子径１０μｍ以下の金属材料ＩＡで
形成された無機多孔質基体１の表面に、燃料極材料をＰ
ＶＤ法等により燃料極２を成膜する（工程■）。
形成された無機多孔質基体１の表面に、燃料極材料をＰ
ＶＤ法等により燃料極２を成膜する（工程■）。
次いで燃料極２が成膜された表面の無機多孔質基体１に
、有機材料３Ａをスピンナー等で塗布し、乾燥した後、
この有機膜の表面を、エツチング、精密研削などの手段
により、上記燃料極２の表面が露出した平滑な面３を形
成する（工程■）。
、有機材料３Ａをスピンナー等で塗布し、乾燥した後、
この有機膜の表面を、エツチング、精密研削などの手段
により、上記燃料極２の表面が露出した平滑な面３を形
成する（工程■）。
次いでこの平滑な面３に、ＰＶＤ、めっきなどの方法に
より厚さ２０μｍ以下の固体電解質４を成膜する（工程
■）。
より厚さ２０μｍ以下の固体電解質４を成膜する（工程
■）。
この固体電解質４の他の一方の表面に酸素極材料５Ａと
有機材料３Ａを同時にＰＶＤ蒸着し、これらの材料が混
在した膜を形成する（工程■）。
有機材料３Ａを同時にＰＶＤ蒸着し、これらの材料が混
在した膜を形成する（工程■）。
次に得られた無機多孔質基体１／燃料極２／有機膜３Ａ
／固体電解質４／（酸素極材料５Ａ十有機材料３Ａ）か
らなる構造物を、１０００ ’Ｃ以下で熱処理し、構造
物中の有機材料３Ａを除去し、多孔質基体１／燃料極２
／固体電解質４／多孔質酸素極５で構成された単セル６
を得る（工程Ｖ ）。
／固体電解質４／（酸素極材料５Ａ十有機材料３Ａ）か
らなる構造物を、１０００ ’Ｃ以下で熱処理し、構造
物中の有機材料３Ａを除去し、多孔質基体１／燃料極２
／固体電解質４／多孔質酸素極５で構成された単セル６
を得る（工程Ｖ ）。
単セル６の無機多孔質基体１は、単セル６を組み合わせ
てスタックを作製した場合には集電体として機能し、ま
たその空隙部は、燃料ガスの通路となる。一方、有機材
料が除去されたスポンジ状の多孔質酸素極５の空隙部は
、酸化剤の通路となる。
てスタックを作製した場合には集電体として機能し、ま
たその空隙部は、燃料ガスの通路となる。一方、有機材
料が除去されたスポンジ状の多孔質酸素極５の空隙部は
、酸化剤の通路となる。
このようにして得られた単セルを複数組み合わせてスタ
ックとした低温作動固体電解質型燃料電池は、作動温度
を８００°Ｃ以下にしても、電解質抵抗および電極反応
抵抗が小さく、従来の高温作動の場合と同等またはそれ
以上の性能を有する。
ックとした低温作動固体電解質型燃料電池は、作動温度
を８００°Ｃ以下にしても、電解質抵抗および電極反応
抵抗が小さく、従来の高温作動の場合と同等またはそれ
以上の性能を有する。
本発明の低温作動固体電解質型燃料電池によれば、電解
質および電極反応の抵抗を低減し反応速度を大きくする
ことができるため、電池作動温度を例えば８００°Ｃ以
下に低減できる。また電池作動温度の低温化により、電
池構成材料の制約が緩和され、安価で、電気伝導性、熱
伝導性および精密加工性に優れた金属材料を用いること
ができるため、電池の低コスト化および高倍転性を図る
ことができるとともに、電池の起動および停止時間の短
縮化を図ることができる。
質および電極反応の抵抗を低減し反応速度を大きくする
ことができるため、電池作動温度を例えば８００°Ｃ以
下に低減できる。また電池作動温度の低温化により、電
池構成材料の制約が緩和され、安価で、電気伝導性、熱
伝導性および精密加工性に優れた金属材料を用いること
ができるため、電池の低コスト化および高倍転性を図る
ことができるとともに、電池の起動および停止時間の短
縮化を図ることができる。
第１図は、本発明の一実施例を示す固体電解質燃料電池
の製造法の説明図である。 ■・・・無機多孔質基体、ＩＡ・・・無機粒子、２・・
・燃料極、３Ａ・・・有機材料、３・・・平滑な面、４
・・・固体電解質、訃・・多孔質酸素極、５Ａ・・・酸
素極材料、６・・・単セル。
の製造法の説明図である。 ■・・・無機多孔質基体、ＩＡ・・・無機粒子、２・・
・燃料極、３Ａ・・・有機材料、３・・・平滑な面、４
・・・固体電解質、訃・・多孔質酸素極、５Ａ・・・酸
素極材料、６・・・単セル。
Claims (1)
- （１）無機多孔質基体と、該無機多孔質基体の表面に成
膜された燃料極と、該燃料極と接触するＣｅＯ＿２系セ
ラミックスからなる厚さ２０μｍ以下の固体電解質と、
該固体電解質の他の面と接触する多孔質酸素極とを有し
、上記無機多孔質基体が集電体、その空隙部が燃料ガス
の通路および上記多孔質酸素極の空隙部が酸化剤ガスの
通路を構成していることを特徴とする低温作動固体電解
質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207800A JPH0492369A (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 低温作動固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207800A JPH0492369A (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 低温作動固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0492369A true JPH0492369A (ja) | 1992-03-25 |
Family
ID=16545706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2207800A Pending JPH0492369A (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 低温作動固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0492369A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1255318A2 (en) * | 2001-05-01 | 2002-11-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid oxide electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| EP1403954A2 (en) | 2002-09-25 | 2004-03-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid oxide fuel cell and related method |
| US7074513B2 (en) | 2001-11-30 | 2006-07-11 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| JP2007232668A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Nagoya Institute Of Technology | カーボン細線プローブ |
-
1990
- 1990-08-06 JP JP2207800A patent/JPH0492369A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1255318A2 (en) * | 2001-05-01 | 2002-11-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid oxide electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| US7186475B2 (en) | 2001-05-01 | 2007-03-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid oxide electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| US7074513B2 (en) | 2001-11-30 | 2006-07-11 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| EP1403954A2 (en) | 2002-09-25 | 2004-03-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid oxide fuel cell and related method |
| US7226691B2 (en) | 2002-09-25 | 2007-06-05 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell solid oxide fuel cell and related method |
| JP2007232668A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Nagoya Institute Of Technology | カーボン細線プローブ |
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