JPH05174834A - 固体電解質型燃料電池の燃料電極の構造 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の燃料電極の構造Info
- Publication number
- JPH05174834A JPH05174834A JP3355137A JP35513791A JPH05174834A JP H05174834 A JPH05174834 A JP H05174834A JP 3355137 A JP3355137 A JP 3355137A JP 35513791 A JP35513791 A JP 35513791A JP H05174834 A JPH05174834 A JP H05174834A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- nickel
- zirconia
- fuel electrode
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9041—Metals or alloys
- H01M4/905—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
- H01M4/9066—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC of metal-ceramic composites or mixtures, e.g. cermets
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電極とＮi 製導電材との間の電気抵抗を
低減する。 【構成】 Ｎi とジルコニアとのサーメットからなる多
孔質の第１層２２とＮiからなる多孔質第２層２３とか
らなり、高温Ｈ2 ガス中で第２層２３とＮi 製導電材２
４との焼結が良好に進行し、両者間の電気抵抗が小さく
なる。
低減する。 【構成】 Ｎi とジルコニアとのサーメットからなる多
孔質の第１層２２とＮiからなる多孔質第２層２３とか
らなり、高温Ｈ2 ガス中で第２層２３とＮi 製導電材２
４との焼結が良好に進行し、両者間の電気抵抗が小さく
なる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、イットリア安定化ジ
ルコニアやカルシア安定化ジルコニアなどの固体電解質
を用いた燃料電池に関し、特に燃料電極の構造に関する
ものである。
ルコニアやカルシア安定化ジルコニアなどの固体電解質
を用いた燃料電池に関し、特に燃料電極の構造に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の燃料電池の基本構造を模式的に
示せば図２のとおりであり、固体電解質１を挟んで空気
電極２と燃料電極３とを設け、空気電極２側に空気など
の酸素ガスを含む気体を流し、かつ燃料電極３側に水素
ガスなどの可燃性ガスを流し、固体電解質１を挟んだ両
側での酸素の濃度差に起因して、固体電解質１を介した
酸化・還元反応を生じさせ、それに伴う起電力を出力さ
せるよう構成されている。その固体電解質１としては、
前述したように、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）やカルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）などが使用
され、また空気電極２としてはペロブスカイト型の遷移
元素系複合酸化物が使用され、さらに燃料電極３として
はニッケルあるいはニッケルとジルコニアとのサーメッ
トが使用されている。
示せば図２のとおりであり、固体電解質１を挟んで空気
電極２と燃料電極３とを設け、空気電極２側に空気など
の酸素ガスを含む気体を流し、かつ燃料電極３側に水素
ガスなどの可燃性ガスを流し、固体電解質１を挟んだ両
側での酸素の濃度差に起因して、固体電解質１を介した
酸化・還元反応を生じさせ、それに伴う起電力を出力さ
せるよう構成されている。その固体電解質１としては、
前述したように、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）やカルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）などが使用
され、また空気電極２としてはペロブスカイト型の遷移
元素系複合酸化物が使用され、さらに燃料電極３として
はニッケルあるいはニッケルとジルコニアとのサーメッ
トが使用されている。
【０００３】燃料電池では、固体電解質によって空気流
路と燃料ガス流路とを隔絶する必要があり、また単電池
（単セル）で得られる電力が微弱であるために、従来、
例えば図３に示すように、単セル１０を円筒状に形成
し、これを直並列に接続してモジュール化している。す
なわち単セル１０は、アルミナなどのセラミックからな
る多孔質支持管１１の外周面に空気電極１２を形成する
とともに、その外周面に固体電解質１３を設け、さらに
その外周に燃料電極１４を形成するとともに、これらの
燃料電極１４および固体電解質１３を貫通して空気電極
１２のみに導通するインターコネクター１５を設けた構
成とされている。
路と燃料ガス流路とを隔絶する必要があり、また単電池
（単セル）で得られる電力が微弱であるために、従来、
例えば図３に示すように、単セル１０を円筒状に形成
し、これを直並列に接続してモジュール化している。す
なわち単セル１０は、アルミナなどのセラミックからな
る多孔質支持管１１の外周面に空気電極１２を形成する
とともに、その外周面に固体電解質１３を設け、さらに
その外周に燃料電極１４を形成するとともに、これらの
燃料電極１４および固体電解質１３を貫通して空気電極
１２のみに導通するインターコネクター１５を設けた構
成とされている。
【０００４】そしてこの単セル１０は、インターコネク
ター１５の先端部と他の単セル１０の外周面すなわち燃
料電極１４とを、これらの間に介在させたＮi フェルト
１６によって導通させて直列に接続し、また隣接する単
セル１０同士の外周面の間、すなわち燃料電極１４同士
の間にＮi フェルト１６を介在させて単セル１０を並列
に接続している。そして陽極側集電体（図示せず）およ
び陰極側集電体１７との間にも、Ｎi フェルト１６を介
在させて電気的な導通を図っている。
ター１５の先端部と他の単セル１０の外周面すなわち燃
料電極１４とを、これらの間に介在させたＮi フェルト
１６によって導通させて直列に接続し、また隣接する単
セル１０同士の外周面の間、すなわち燃料電極１４同士
の間にＮi フェルト１６を介在させて単セル１０を並列
に接続している。そして陽極側集電体（図示せず）およ
び陰極側集電体１７との間にも、Ｎi フェルト１６を介
在させて電気的な導通を図っている。
【０００５】上述のようにして構成されたモジュール
は、各単セル１０の内周側を空気流路とし、かつ外周側
を燃料ガス流路として使用され、また稼働時に高温とな
ることに伴う熱膨張は、Ｎi フェルト１６によって吸収
するようになっている。
は、各単セル１０の内周側を空気流路とし、かつ外周側
を燃料ガス流路として使用され、また稼働時に高温とな
ることに伴う熱膨張は、Ｎi フェルト１６によって吸収
するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述したようにジルコ
ニアを主体とする固体電解質を用いた燃料電極では、ニ
ッケルとジルコニアとからなるサーメットによって燃料
電極を形成している。これは燃料電極の電気抵抗を小さ
くするとともに、固体電解質との膨張率の差を小さくす
るためである。しかるにこの燃料電極同士あるいは燃料
電極と集電体などとの接続は、前記Ｎi フェルトを介し
て行うが、燃料電極にジルコニアが含まれているため
に、燃料ガスである高温（１０００℃程度）のＨ2 ガス
雰囲気での燃料電極とＮi フェルトとの焼結が良好には
行われない。そのため従来の燃料電池を用いたモジュー
ルでは、単セル同士あるいは単セルと集電体との間の電
気抵抗が大きく、発電効率が悪くなる問題があった。
ニアを主体とする固体電解質を用いた燃料電極では、ニ
ッケルとジルコニアとからなるサーメットによって燃料
電極を形成している。これは燃料電極の電気抵抗を小さ
くするとともに、固体電解質との膨張率の差を小さくす
るためである。しかるにこの燃料電極同士あるいは燃料
電極と集電体などとの接続は、前記Ｎi フェルトを介し
て行うが、燃料電極にジルコニアが含まれているため
に、燃料ガスである高温（１０００℃程度）のＨ2 ガス
雰囲気での燃料電極とＮi フェルトとの焼結が良好には
行われない。そのため従来の燃料電池を用いたモジュー
ルでは、単セル同士あるいは単セルと集電体との間の電
気抵抗が大きく、発電効率が悪くなる問題があった。
【０００７】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、ニッケル製導電材との間の電気抵抗を下げること
のできる固体電解質型燃料電池の燃料電極の構造を提供
することを目的とするものである。
ので、ニッケル製導電材との間の電気抵抗を下げること
のできる固体電解質型燃料電池の燃料電極の構造を提供
することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、ジルコニアを含む固体電解質を介し
て酸化・還元反応を生じさせて起電力を得る固体電解質
型燃料電池における燃料電極を、ニッケルとジルコニア
とのサーメットもしくは酸化ニッケルとジルコニアとに
よって前記固体電解質の表面に形成された多孔質の第１
層と、ニッケルもしくは酸化ニッケルを用いて形成され
る多孔質層として前記第１層の上に形成された第２層と
の少なくとも二層構造としたことを特徴とするものであ
る。
を達成するために、ジルコニアを含む固体電解質を介し
て酸化・還元反応を生じさせて起電力を得る固体電解質
型燃料電池における燃料電極を、ニッケルとジルコニア
とのサーメットもしくは酸化ニッケルとジルコニアとに
よって前記固体電解質の表面に形成された多孔質の第１
層と、ニッケルもしくは酸化ニッケルを用いて形成され
る多孔質層として前記第１層の上に形成された第２層と
の少なくとも二層構造としたことを特徴とするものであ
る。
【０００９】
【作用】この発明に係る燃料電極は、固体電解質に接す
る第１層がニッケルもしくは酸化ニッケルとジルコニア
とによって形成され、また最外層がニッケルもしくは酸
化ニッケルからなる多孔質層として形成されているか
ら、固体電解質に接する部分での熱膨張率の差が大きく
ならず、またニッケル製導電材と接する最外層では、燃
料ガスとしてＨ2 ガスを使用した場合、高温のＨ2 ガス
中でその導電材と最外層との間で焼結が進行し、両者の
接着度合いが良好なものとなり、この部分での電気抵抗
が低下する。またそれに伴って燃料電極の一部がニッケ
ルで置換されることになるので、燃料電極自体の電気抵
抗が低くなる。
る第１層がニッケルもしくは酸化ニッケルとジルコニア
とによって形成され、また最外層がニッケルもしくは酸
化ニッケルからなる多孔質層として形成されているか
ら、固体電解質に接する部分での熱膨張率の差が大きく
ならず、またニッケル製導電材と接する最外層では、燃
料ガスとしてＨ2 ガスを使用した場合、高温のＨ2 ガス
中でその導電材と最外層との間で焼結が進行し、両者の
接着度合いが良好なものとなり、この部分での電気抵抗
が低下する。またそれに伴って燃料電極の一部がニッケ
ルで置換されることになるので、燃料電極自体の電気抵
抗が低くなる。
【００１０】
【実施例】つぎにこの発明の一実施例を説明すると、図
１はこの発明に係る燃料電極の構造を説明するための模
式的な断面図であって、固体電解質２０の表面に設けら
れている燃料電極２１は、第１層２２と第２層２３との
二層構造となっている。ここで固体電解質２０は安定化
ジルコニアからなり、これに対してこ固体電解質２０に
接する第１層２２は、ニッケルとジルコニアとのサーメ
ットもしくは酸化ニッケルとジルコニアとの焼結体によ
って形成されている。この第１層２２を形成する方法と
しては、上述した素材の粉末混練物の焼結や上述した素
材粉末の溶射などの方法を採用することができる。また
第２層２３は、ニッケル粉末あるいは酸化ニッケル粉末
からなる多孔質の層であって、焼結あるいは溶射などの
方法によって第１層２２の表面に形成されている。
１はこの発明に係る燃料電極の構造を説明するための模
式的な断面図であって、固体電解質２０の表面に設けら
れている燃料電極２１は、第１層２２と第２層２３との
二層構造となっている。ここで固体電解質２０は安定化
ジルコニアからなり、これに対してこ固体電解質２０に
接する第１層２２は、ニッケルとジルコニアとのサーメ
ットもしくは酸化ニッケルとジルコニアとの焼結体によ
って形成されている。この第１層２２を形成する方法と
しては、上述した素材の粉末混練物の焼結や上述した素
材粉末の溶射などの方法を採用することができる。また
第２層２３は、ニッケル粉末あるいは酸化ニッケル粉末
からなる多孔質の層であって、焼結あるいは溶射などの
方法によって第１層２２の表面に形成されている。
【００１１】上記の燃料電極２１を備える燃料電池は、
１０００℃程度の動作温度の下で燃料電極２１側にＨ2
ガスを流し、また固体電解質２０を挟んで燃料電極２１
とは反対側に空気を流して発電を行う。また燃料電極２
１の表面側にＮi フェルトからなる導電材２４を介在さ
せて燃料電池同士を接続し、あるいは集電体に接続す
る。
１０００℃程度の動作温度の下で燃料電極２１側にＨ2
ガスを流し、また固体電解質２０を挟んで燃料電極２１
とは反対側に空気を流して発電を行う。また燃料電極２
１の表面側にＮi フェルトからなる導電材２４を介在さ
せて燃料電池同士を接続し、あるいは集電体に接続す
る。
【００１２】したがって上述した燃料電極２１の表面層
の素材が導電材２４と同一もしくは近似しているから、
高温のＨ2 ガス雰囲気であるにも拘らず、動作中に第２
層２３と導電材２４との焼結が良好に進行し、両者がそ
の境界部分で一体化し、この部分での電気抵抗が低減さ
れる。また同時に、燃料電極２１の一部がニッケルで置
換されることになるので、燃料電極２１全体としての電
気抵抗が低くなる。その結果、上記の燃料電極２１を備
えた単セルによってモジュールを構成することにより、
効率の良い発電を行うことができる。
の素材が導電材２４と同一もしくは近似しているから、
高温のＨ2 ガス雰囲気であるにも拘らず、動作中に第２
層２３と導電材２４との焼結が良好に進行し、両者がそ
の境界部分で一体化し、この部分での電気抵抗が低減さ
れる。また同時に、燃料電極２１の一部がニッケルで置
換されることになるので、燃料電極２１全体としての電
気抵抗が低くなる。その結果、上記の燃料電極２１を備
えた単セルによってモジュールを構成することにより、
効率の良い発電を行うことができる。
【００１３】なお、上記の説明では、円筒型の単セルを
例に採って説明したが、この発明は円筒型以外の固体電
解質型燃料電池に適用することができる。
例に採って説明したが、この発明は円筒型以外の固体電
解質型燃料電池に適用することができる。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなようにこの発明
の燃料電極の構造によれば、ニッケル性の導電材との間
の電気抵抗および燃料電極自体の電気抵抗を低減できる
ので、発電効率の良いモジュールを得ることができる。
の燃料電極の構造によれば、ニッケル性の導電材との間
の電気抵抗および燃料電極自体の電気抵抗を低減できる
ので、発電効率の良いモジュールを得ることができる。
【図１】この発明の一実施例を示す模式的な断面図であ
る。
る。
【図２】固体電解質型燃料電池の原理図である。
【図３】円筒型単セルを用いたモジュールの概略的な部
分断面図である。
分断面図である。
２０…固体電解質、 ２１…燃料電極単セル、 ２２…
第１層、 ２３…第２層、 ２４…導電材。
第１層、 ２３…第２層、 ２４…導電材。
フロントページの続き (72)発明者 中島 武憲 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 ジルコニアを含む固体電解質を介して酸
化・還元反応を生じさせて起電力を得る固体電解質型燃
料電池の燃料電極の構造において、 ニッケルとジルコニアとのサーメットもしくは酸化ニッ
ケルとジルコニアとによって前記固体電解質の表面に形
成された多孔質の第１層と、ニッケルもしくは酸化ニッ
ケルを用いて形成される多孔質層として前記第１層の上
に形成された第２層とを具備していることを特徴とする
固体電解質型燃料電池の燃料電極の構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355137A JPH05174834A (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極の構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355137A JPH05174834A (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極の構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05174834A true JPH05174834A (ja) | 1993-07-13 |
Family
ID=18442158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3355137A Pending JPH05174834A (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極の構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05174834A (ja) |
-
1991
- 1991-12-20 JP JP3355137A patent/JPH05174834A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2656943B2 (ja) | 改善された固体電解質燃料電池および組立体 | |
| US6444340B1 (en) | Electrical conductivity in a fuel cell assembly | |
| JPH0159705B2 (ja) | ||
| JP2009099308A (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| JP2002319413A (ja) | 固体電解質型燃料電池用セル板及びスタック | |
| US7566509B2 (en) | Tubular fuel cell and method of producing the same | |
| JP4300947B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| JP4529393B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池 | |
| JPH03238760A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH05174834A (ja) | 固体電解質型燃料電池の燃料電極の構造 | |
| JP2002358980A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP2003086204A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP2799877B2 (ja) | 円筒型固体電解質燃料電池 | |
| JPH0644981A (ja) | 平板状固体電解質型燃料電池 | |
| JP2816474B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池モジュール | |
| JP2013257973A (ja) | 固体酸化物形燃料電池スタック | |
| JP3688305B2 (ja) | 円筒形固体電解質燃料電池 | |
| JP3048689B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池モジュールの構造 | |
| JPS63133464A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH07245107A (ja) | 固体電解質燃料電池 | |
| JPH103932A (ja) | 円筒横縞型固体電解質燃料電池 | |
| JPH10106611A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP2675546B2 (ja) | 固体電解質燃料電池 | |
| JP2769629B2 (ja) | 円筒型固体電解質燃料電池 | |
| JPH07240216A (ja) | 円筒型固体電解質燃料電池 |