JPH05198305A - 固体電解質燃料電池の製造方法 - Google Patents

固体電解質燃料電池の製造方法

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JPH05198305A
JPH05198305A JP4027415A JP2741592A JPH05198305A JP H05198305 A JPH05198305 A JP H05198305A JP 4027415 A JP4027415 A JP 4027415A JP 2741592 A JP2741592 A JP 2741592A JP H05198305 A JPH05198305 A JP H05198305A
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JP
Japan
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fuel electrode
solid electrolyte
slurry
electrolyte
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JP4027415A
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Ryoichi Okuyama
良一 奥山
Eiichi Nomura
栄一 野村
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Yuasa Corp
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Yuasa Corp
Yuasa Battery Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213Fuel 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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Abstract

(57)【要約】 【目的】 緻密な固体電解質膜と多孔性の燃料極および
空気極を有する固体電解質燃料電池を得る。 【構成】 金属酸化物または金属を含有するスラリーを
成形して燃料極成形体1を形成する工程と、この燃料極
成形体1の一方の面に電解質スラリーを塗布または該面
を電解質スラリー中に浸漬して電解質成形体2を形成す
る工程と、この複合成形体を焼成して固体電解質−燃料
極複合体とする工程と、この固体電解質−燃料極複合体
の他方の面に空気極成形体3を形成し、空気極7とする
工程とからなる。 【効果】 スラリーを成形して燃料極成形体を形成する
とともに、スラリーを塗布またはスラリー中に浸漬して
電解質成形体を形成するので、容易にしかも安価に固体
電解質膜、燃料極を構成することができ、その緻密性や
多孔性は、スラリー中に含有させるジルコニア粉末の粒
径によって容易にコントロールすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質燃料電池の
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】固体電解質燃料電池としては、リン酸型
燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池と類似した構造の平板
型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案されたモ
ノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開発
中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社によ
って提案された円筒単素子型が知られているが、現在は
スタック構成の容易さの点でウェスティングハウス社の
円筒単素子型が注目されている。
【0003】上記した固体電解質燃料電池に用いられる
固体電解質は、酸素イオンおよび水素イオンの伝導性が
高く、酸化雰囲気下および還元雰囲気下において化学的
に安定であり、しかもガスを透過させない緻密性が要求
され、現在のところ、イットリアを固溶させたジルコニ
アを数十〜数百μmの膜状にしたものが用いられてい
る。
【0004】このような膜状の固体電解質(以下固体電
解質膜という。)を形成する方法としては、テープキャ
スト法、カレンダーロール法、スラリーキャスト法のよ
うなスラリーを用いる方法やプラズマ溶射法、電気化学
蒸着法(EVD法)が知られている。
【0005】また、特願平2−409997号や特願平
3−29539号では、吸水性を有する型にスラリーを
連続して流し込んで成形体を形成する方法を出願してい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した種々の方法の
うち、テープキャスト法、カレンダーロール法、スラリ
ーキャスト法は、安価な方法であるが、円筒形の固体電
解質膜の形成が困難であるという問題があった。
【0007】また、プラズマ溶射法、電気化学蒸着法
(EVD法)は、円筒形の固体電解質膜の形成は可能で
あるが、高価な装置を用いなければならず、量産性に欠
けるという問題があった。
【0008】一方、特願平2−409997号や特願平
3−29539号は、安価で緻密な円筒形の固体電解質
膜を形成する方法として注目されている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、金属酸化物または金属を含有するスラリ
ーを成形して燃料極成形体を形成する工程と、この燃料
極成形体の一方の面に電解質スラリーを塗布または該面
を電解質スラリー中に浸漬して電解質成形体を形成し、
前記燃料極成形体と電解質成形体とが一体化されてなる
複合成形体を形成する工程と、この複合成形体を焼成し
て固体電解質−燃料極複合体とする工程と、この固体電
解質−燃料極複合体の他方の面に空気極成形体を形成
し、焼成して空気極とする工程とからなることを特徴と
するものである。
【0010】
【作 用】従って、本発明は、スラリーを成形して得た
燃料極成形体の一方の面に緻密な電解質成形体を形成す
ることができ、この複合成形体を焼成して得られた固体
電解質−燃料極複合体の他方の面に多孔性の空気極を形
成することができる。
【0011】
【実施例】図1は、本発明の固体電解質燃料電池の製造
方法において、燃料極成形体を形成するのに使用する型
4の断面図である。
【0012】図2は、前記型4にスラリーを流し込んで
燃料極成形体1を形成した状態の断面図である。
【0013】図3は、前記型4を除去した燃料極成形体
1の一方の面に、電解質成形体2を形成した状態の断面
図、すなわち複合成形体の断面図である。
【0014】図4は、前記複合成形体を焼成して得た固
体電解質−燃料極複合体の他方の面に空気極成形体を形
成してから空気極7とした状態の断面図、すなわち本発
明の製造方法によって得られた固体電解質燃料電池の断
面図である。
【0015】前記型4は、石膏のような吸水性を有する
材料からなるのが好ましく、この型4に、安定化剤であ
るイットリアを添加したジルコニア粉末、分散材、バイ
ンダー、消泡材および金属酸化物としての酸化ニッケル
を溶媒としての水に混合して調製したスラリーを流し込
んで一定時間放置し、燃料極成形体1を形成する。な
お、この燃料極成形体1から多孔性の燃料極5を成形す
るためには、このスラリー中のジルコニア粉末の粒径を
大きくすればよいが、ジルコニア粉末の粒径を大きくす
る代わりに酸化ニッケルの粒径を大きくしてもよい。そ
して、立方晶ジルコニアを多くして燃料極5のイオン伝
導性を高めるようにする。
【0016】なお、前記酸化ニッケルに代えて、酸化コ
バルト、Ni−ZrO2 サーメットまたはCo−ZrO
2 サーメットのような金属酸化物を用いてもよく、金属
酸化物に代えて、金属ニッケルまたは金属コバルトのよ
うな金属を用いてもよい。
【0017】次に、型4を除去した上記燃料極成形体1
を、安定化剤であるイットリアを添加したジルコニア粉
末、分散材、バインダーおよび消泡材を溶媒としての水
に混合して調製した電解質スラリー中に浸漬し、前記燃
料極成形体1の一方の面(外表面)に電解質成形体2を
形成する。なお、この電解質成形体2から緻密な固体電
解質膜6を形成するためには、この電解質スラリー中の
ジルコニア粉末の粒径を小さくする必要がある。そし
て、正方晶ジルコニアを多くして固体電解質膜6の強度
を高めるようにする。
【0018】このようにして燃料極成形体1と電解質成
形体2とが一体化されてなる複合成形体を形成すること
ができるが、電解質成形体2の形成は、上記以外にスプ
レー法や電気泳動法による電解質スラリーの塗布法によ
っても可能である。
【0019】また、上記した製造方法において、燃料極
成形体1を浸漬させる電解質スラリーを2気圧から10
気圧程度に加圧すると、早くしかも高密度に電解質成形
体2を形成することができる。
【0020】さらに、上記した製造方法において、燃料
極成形体1を回転させながら電解質スラリーに浸漬する
と、均一な電解質成形体2を形成することができる。
【0021】次に、前記複合成形体を焼成して内側に燃
料極5、外側に固体電解質膜6を有する固体電解質−燃
料極複合体を構成し、固体電解質膜6側に空気極7を形
成すると、本発明の固体電解質燃料電池が得られる。
【0022】前記空気極7は、安定化剤であるイットリ
アを添加したジルコニア粉末、分散材、バインダー、消
泡材およびストロンチウムをドープしたLaMnO3
溶媒としての水に混合して調製したスラリーを、前記固
体電解質−燃料極複合体の固体電解質膜6側に塗布して
空気極成形体3を形成してから、再び焼成することによ
って形成することができる。なお、前記空気極成形体3
から多孔性の空気極7を形成するためには、前記スラリ
ー中のジルコニア粉末の粒径を大きくすればよいが、ジ
ルコニア粉末の粒径を大きくする代わりにストロンチウ
ムをドープしたLaMnO3 の粒径を大きくしてもよ
い。そして、立方晶ジルコニアを多くして空気極7のイ
オン伝導性を高めるようにする。
【0023】なお、前記したストロンチウムをドープし
たLaMnO3 は、LaCoO3 、CaMnO3 であっ
てもよく、ストロンチウムに代えて、カルシウムを用い
てもよい。
【0024】また、前記固体電解質−燃料極複合体を完
全に焼成させるまでに、空気極7を形成するためのスラ
リーを塗布して再び焼成すると、収縮率のコントロール
が容易になり、割れを防止することができる。
【0025】こうして得られた図4のような固体電解質
燃料電池を作動温度である700℃から1000℃に昇
温し、燃料極5側に燃料を、空気極7側に空気を供給す
ると、燃料によって燃料極5中の酸化ニッケルが還元さ
れる。
【0026】従って、図5の燃料極5と空気極7とを外
部回路に接続すると、空気極7から取り入れられた酸素
は外部回路から供給される電子を取り込んで酸素イオン
となり、この酸素イオンは固体電解質膜6を通って固体
電解質膜6と燃料極5との界面に到達する。
【0027】一方、この界面には燃料極5中を拡散して
きた水素もしくは一酸化炭素が存在し、この水素もしく
は一酸化炭素と前記酸素イオンとが反応して水蒸気およ
び二酸化炭素を生成するとともに、外部回路に電子を放
出するので、外部回路には空気極7を正極、燃料極5を
負極とした起電力が生じ、電池としての作用がなされる
ことになる。
【0028】
【発明の効果】上記したとおりであるから、本発明は、
緻密な固体電解質膜と多孔性の燃料極および空気極を容
易にしかも安価に構成することができ、その厚みはスラ
リーを成形する時間やスラリー中に浸漬する時間によっ
て任意にコントロールすることができ、そのイオン伝導
性や強度はスラリー中に含有させるジルコニア粉末の成
分によって任意にコントロールすることができるので、
高性能な固体電解質燃料電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体電解質燃料電池の製造方法に使用
する型4の断面図である。
【図2】図1の型4を用いて燃料極成形体1を形成した
状態の断面図である。
【図3】図2の燃料極成形体1を型4から取りはずし、
その一方の面に電解質成形体2を形成した状態の断面図
である。
【図4】複合成形体を焼成して得た固体電解質−燃料極
複合体の他方の面に空気極7を形成した状態の断面図で
ある。
【符号の説明】
1 燃料極成形体 2 電解質成形体 3 空気極成形体 4 型 5 燃料極 6 固体電解質膜 7 空気極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属酸化物または金属を含有するスラリ
    ーを成形して燃料極成形体を形成する工程と、この燃料
    極成形体の一方の面に電解質スラリーを塗布または該面
    を電解質スラリー中に浸漬して電解質成形体を形成し、
    前記燃料極成形体と電解質成形体とが一体化されてなる
    複合成形体を形成する工程と、この複合成形体を焼成し
    て固体電解質−燃料極複合体とする工程と、この固体電
    解質−燃料極複合体の他方の面に空気極成形体を形成
    し、焼成して空気極とする工程とからなることを特徴と
    する固体電解質燃料電池の製造方法。
  2. 【請求項2】 金属酸化物または金属は、ニッケルの酸
    化物もしくはコバルトの酸化物、金属ニッケルもしくは
    金属コバルトまたはNi−ZrO2 サーメットもしくは
    Co−ZrO2 サーメットであることを特徴とする請求
    項第1項記載の固体電解質燃料電池の製造方法。
  3. 【請求項3】 空気極は、ストロンチウムまたはカルシ
    ウムドープしたLaMnO3 、LaCoO3 、CaMn
    3 であることを特徴とする請求項第1項記載の固体電
    解質燃料電池の製造方法。
JP4027415A 1992-01-17 1992-01-17 固体電解質燃料電池の製造方法 Pending JPH05198305A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005243334A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Kyocera Corp 棒状体及びその製法、棒状燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池
JP2010534400A (ja) * 2007-07-25 2010-11-04 ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニア 高温電気化学装置用のインタロッキング組織及びその製法と使用法

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