JPH05266903A - 固体電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents

固体電解質型燃料電池の製造方法

Info

Publication number
JPH05266903A
JPH05266903A JP4062135A JP6213592A JPH05266903A JP H05266903 A JPH05266903 A JP H05266903A JP 4062135 A JP4062135 A JP 4062135A JP 6213592 A JP6213592 A JP 6213592A JP H05266903 A JPH05266903 A JP H05266903A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder
solid electrolyte
electrode
fuel cell
fuel
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
Application number
JP4062135A
Other languages
English (en)
Inventor
Osamu Sakamoto
修 坂本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to JP4062135A priority Critical patent/JPH05266903A/ja
Publication of JPH05266903A publication Critical patent/JPH05266903A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は製造工程が簡単でかつ、電極
特性を向上させた固体電解質型燃料電池の製造方法を提
供することにある。 【構成】 本発明はシート状の固体電解質の片面に空気
極を形成すると共に、他の面に燃料極を形成し、これら
両電極間に外部回路を接続した固体電解質型燃料電池の
製造方法において、上記固体電解質の空気極側にLaM
nO2 粉、LaCoO3 などのペロブスカイト型酸化物
粉体層を積層し、他方、上記固体電解質の燃料極側に、
Ni粉を母粒子とする母粒子の周囲にNi粉あるいはZ
rO2 からなる子粒子を付着させてカプセル化したカプ
セル粉体よりなる粉体層を積層し、これらをプラズマ焼
結方法又はホットプレス方法あるいは拡散接合方法によ
って一体化したことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化石燃料の化学エネルギ
を直接電気エネルギに変換する固体電解質型燃料電池の
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池による発電は、従来の火力発電
や原子力発電と異なり、化石燃料の化学エネルギを電気
化学反応により直接電気エネルギに変換するものであ
り、発電効率が高いとか設備規模の制約もない等の利点
を有している。このため、第一世代のリン酸水溶液型燃
料電池に始まり、第二世代の溶融アルカリ炭酸塩型燃料
電池、さらには第三世代の固体電解質型燃料電池へと、
より効率的より経済的な燃料電池の開発が継続されてい
る。
【0003】特に、この固体電解質型燃料電池は、第二
世代の溶融アルカリ炭酸塩型燃料電池と比較した場合、
固体であるため、周辺材料の腐蝕、電解質自体の分
解、蒸発、逸散等が起こらない。陽極へフィードする
ガスはCO2 ではなく、空気でよい。作動温度が高い
(800〜1000℃)ため、燃料としての天然ガスや
石炭ガスを前処理(改質)することなく使用できる。
高温のため、電極反応が容易に進み、高価な白金系触媒
が不要となる。高温排熱をコージェネレーションシス
テム又は燃料予備加熱等に利用することができる、等の
優れた長所を有していることから、今後、極めて実用的
で有望な燃料電池といえる。
【0004】また、この固体電解質型燃料電池は用いる
電解質のタイプによって酸化物イオン伝導体型と、水素
イオン伝導体型の2種類に分けることができる。これら
の作動原理を簡単に説明すると、図7に示すように、先
ず、酸化物イオン伝導体型(a)においては、空気極
(陽極)側で、空気中のO2 が空気極で電子を受け取っ
て酸素イオン(O--)となり、この酸素イオンがシート
状固体電解質中を燃料極(陰極)側に移動し、電子を放
出して燃料極側の燃料ガス(H2 )と反応して水蒸気と
なって出てくることになる。
【0005】 陽極側 O2 +4e- →2O2- 陰極側 H2 +O2-→H2 O+2e- トータル H2 +1/2O2 →H2 O また、水素イオン伝導体型(b)においては、酸化物イ
オン伝導体型(a)とは反対に燃料極側の燃料(H2
が電子を放出しイオン化してシート状固体電解質中を空
気極(陽極)側に移動し、電子を受け取り、空気中のO
2 と反応して水蒸気となって出てくることになる。
【0006】 陽極側 2H+ +1/2O2 +2e- →H2 O 陰極側 H2 →2H+ +2e- トータル H2 +1/2O2 →H2 O 尚、水素イオン伝導体型の場合では、燃料ガス(H2
が生成する水蒸気によって希釈されることがないため、
酸化物イオン伝導体型のように希釈された燃料ガス(H
2 )を再精して還流させる必要がないといった利点を有
しているが、現在、開発されている固体電解質型燃料電
池の殆どは酸化物イオン伝導体型である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
反応は、電解質と電極の境界面で起こるので、これら電
極は水素等のガス及び空気がこの境界面に到達できるよ
うにかつ反応により生成した水蒸気もしくは水を速やか
に排出できるように多孔質で、しかも、発生した電気を
効率良く回収するために導電性が良好であることが必須
条件である。さらに、電解質はその厚さが薄くなればな
るほど固体電解質内での酸素イオンあるいは水素イオン
の移動がスムースになり電圧損失(オーム損)が小さく
なるため、固体電解質はできるだけ薄膜とする必要があ
る。そのため、従来の固体電解質型燃料電池の製造方法
としては上記多孔質電極に電解質をCVD方法を用いて
成膜する方法や、電極に電解質を成膜した後、電極を多
孔質化して製造する方法が用いられていた。
【0008】しかしながら、このような製造方法は、製
造工程が煩雑な上に、電極と固体電解質との接合に難が
あり、耐久性及び信頼性の点で劣るといった欠点があっ
た。
【0009】そこで、本発明は上記の問題点を有効に解
決するために案出されたものであり、その目的は製造工
程が簡単でかつ、電極特性を向上させた固体電解質型燃
料電池の製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、シート状の固体電解質の片面に空気極を形
成すると共に、他の面に燃料極を形成し、これら両電極
間に外部回路を接続した固体電解質型燃料電池の製造方
法において、上記固体電解質の空気極側にLaMnO2
粉、LaCoO3 などのペロブスカイト型酸化物粉体層
を積層し、他方、上記固体電解質の燃料極側に、Ni粉
を母粒子とする母粒子の周囲にNi粉あるいはZrO2
からなる子粒子を付着させてカプセル化したカプセル粉
体よりなる粉体層を積層し、これらをプラズマ焼結方法
又はホットプレス方法あるいは拡散接合方法によって一
体化したものである。
【0011】
【作用】本発明は以上のように、シート状の固体電解質
の片面にペロブスカイト型酸化物粉体層を積層すると共
に、他面に、カプセル粉体よりなる粉体層を積層し、こ
れらをプラズマ焼結方法又はホットプレス方法あるいは
拡散接合方法によって一体化したものであるため、固体
電解質と、ペロブスカイト型酸化物からなる空気極及び
カプセル粉体からなる燃料極との結合は容易で、かつ強
固なものとなる上に、その製造工程も簡単なものとな
る。また、特に、燃料極においてはカプセル粉体を用い
たことにより電極中にNiとZrO2 が均一に分散する
ため、その電極特性も向上する。
【0012】
【実施例】以下、本発明の好適一実施例を添付図面に基
づいて詳述する。
【0013】図1は本発明に係る酸化物イオン伝導体型
燃料電池の一実施例を示したものである。図中1はシー
ト状の固体電解質であり、2は陽極となる空気極、3は
陰極となる燃料極を示したものであり、また、空気極2
と燃料極3間には外部回路4が接続されている。
【0014】この固体電解質1は化学的安定性の高いジ
ルコニア(ZrO2 )に、酸化カルシウム(CaO)又
は酸化イットリウム(Y2 3 )を10〜15w%添加
してなるものであり、その厚さは約100μm程度に成
形されている。なお、この固体電解質1の材質としては
これらの他に必要に応じて高イオン伝導性に富んだセリ
アや、低電子特性に富んだ酸化ビスマス、強度が高いト
リア等を用いても良い。
【0015】空気極2は大きさが数〜数十μm程度のL
aMnO2 粉、LaCoO3 粉などの、化学的安定性、
イオン導電性、電子伝導性等に優れたペロブスカイト型
酸化物粉体8を積層してなっており、その厚さは100
〜200μm程度に形成されている。また、燃料極3は
図2に示すように、大きさが数〜数十μm程度のNi粉
からなる母粒子5の周囲に、大きさが数μm程度のNi
粉6aあるいはZrO2 粉6bからなる子粒子6を静電
付着法、機械的衝撃法等によって形成されたカプセル粉
体7を積層してなっており、その厚さは空気極2と略同
様な100〜200μm程度に形成されている。
【0016】次に、本発明の製造方法を説明すると、先
ず、上記固体電解質1の燃料極3側にLaMnO2 粉、
LaCoO3 などのペロブスカイト型酸化物粉体8の粉
体層を積層すると共に、上記固体電解質1の空気極2側
に、Ni粉からなる母粒子5の周囲にNi粉あるいはZ
rO2 からなる子粒子6を付着させてカプセル化したカ
プセル粉体7の粉体層を積層して、これら燃料極3、空
気極2間に外部回路4を接続した後、これら燃料極3、
空気極2、固体電解質1を上下から圧着しつつプラズマ
焼結又はホットプレスあるいは拡散接合方法によって一
体化することになる。
【0017】次に本発明方法によって製造された酸素イ
オン伝導型燃料電池の作用を説明する。図1に示すよう
に、空気極2側に流された酸素O2 は、空気極2で電子
を受け取ってイオン化し、固体電解質1中を燃料極3側
に移動する。次に、この酸素イオンO2-は、燃料極3の
境界面で電子を放出しつつ、燃料極3側を流れている水
素H2と反応して水蒸気H2 Oとなって燃料極3側の外
に出ていくことになる。そして、この電子の受け渡しに
よって外部回路4に所定の電気が流れることになる。
【0018】このように本発明に係る酸化物イオン伝導
体型燃料電池の製造方法は、粉体とシートを用いる乾式
で簡便な方法であるため、従来のように、多孔質電極に
電解質をCVD成膜する方法や、電極に電解質を成膜し
た後、電極を多孔質化するといった方法に比較して、そ
の製造工程が簡略化されることになり、また、固体電解
質1への各電極間2,3の結合の強固なものとなって容
易に離反したりするといったことがなくなる。さらに
は、燃料極3をカプセル粉体によって成形したことによ
り、その表面積が大きくなる上に、NiとZrO2 が電
極中にミクロに均一分散されることになり、また、固体
電解質1と電極との接点が緻密になって、イオン及び電
子の流れがスムースとなり、燃料極としての特性が大巾
に向上する。
【0019】また、本発明の他の実施例として、図3に
示すように、燃料極3のみならず、空気極2もLaMn
3 からなる母粒子9の周囲に、やはりLaMnO3
らなる子粒子10を付着させたカブセル粉体11によっ
て成形すれば、その比表面積も増大することにより、酸
素との接触面積も増大して、電極としての特性が向上す
ることになる。さらに、図4に示すように、NiとZr
2 の割合を徐々に変化させた複数のカプセル粉体を1
2a,12b,12cを製造し、これらを図5に示すよ
うに、固体電解質1側から積層させたA層,B層,C層
の3つの層からなる燃料極3を製造すれば、A層で固体
電解質1との接合強度が向上し、B層,C層で耐還元性
を得るといった、一つの電極で複数の機能を持たせるこ
とも可能となる。尚、図6に示すように、燃料極3を明
白な層構造とせず12a,12b,12cの濃度分布を
任意に連続的に傾斜させ同様の機能を持たせることも可
能である。
【0020】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、固体電解
質と、ペロブスカイト型酸化物からなる空気極及びカプ
セル粉体からなる燃料極との結合は強固なものとなる上
に、その製造工程の簡単なものとなり、また、燃料極に
おいてはNiとZrO2 が均一に分散することになり、
その電極特性も向上する等といった優れた効果を発揮す
る。又、カプセル粉体によりNi及びZrO2 の濃度分
布を任意に傾斜化することにより電解質層と燃料極層と
の結合性及び燃料極の耐還元性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図2】本発明に適用するカプセル粉体の一実施例を示
す概略図である。
【図3】本発明の他の実施例に適用するカプセル粉体の
一実施例を示す概略図である。
【図4】本発明の他の実施例に適用するカプセル粉体の
一実施例を示す概略図である。
【図5】本発明の他の実施例を示す概略図である。
【図6】複数のカプセル粉体の濃度分布を示すグラフ図
である。
【図7】(a)は酸化物イオン伝導体型燃料電池の作用
を示す概略図であり、(b)は水素イオン伝導体型燃料
電池の作用を示す概略図である。
【符号の説明】
1 固体電解質 2 空気極(陽極) 3 燃料極(陰極) 4 外部回路 5 母粒子 6 子粒子 7 カプセル粉体 8 酸化物粉体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シート状の固体電解質の片面に空気極を
    形成すると共に、他の面に燃料極を形成し、これら両電
    極間に外部回路を接続した固体電解質型燃料電池の製造
    方法において、上記固体電解質の空気極側にLaMnO
    2 粉、LaCoO3 などのペロブスカイト型酸化物粉体
    層を積層し、他方、上記固体電解質の燃料極側に、Ni
    粉を母粒子とする母粒子の周囲にNi粉あるいはZrO
    2 からなる子粒子を付着させてカプセル化したカプセル
    粉体よりなる粉体層を積層し、これらをプラズマ焼結方
    法又はホットプレス方法あるいは拡散接合方法によって
    一体化したことを特徴とする固体電解質型燃料電池の製
    造方法。
JP4062135A 1992-03-18 1992-03-18 固体電解質型燃料電池の製造方法 Pending JPH05266903A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4062135A JPH05266903A (ja) 1992-03-18 1992-03-18 固体電解質型燃料電池の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4062135A JPH05266903A (ja) 1992-03-18 1992-03-18 固体電解質型燃料電池の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05266903A true JPH05266903A (ja) 1993-10-15

Family

ID=13191340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4062135A Pending JPH05266903A (ja) 1992-03-18 1992-03-18 固体電解質型燃料電池の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05266903A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004102704A1 (ja) * 2003-05-14 2004-11-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 固体酸化物型燃料電池とその製造方法
CN102687324A (zh) * 2009-12-28 2012-09-19 Posco公司 一种复合陶瓷材料及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004102704A1 (ja) * 2003-05-14 2004-11-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 固体酸化物型燃料電池とその製造方法
CN102687324A (zh) * 2009-12-28 2012-09-19 Posco公司 一种复合陶瓷材料及其制备方法
JP2013515669A (ja) * 2009-12-28 2013-05-09 ポスコ 複合セラミック材料及びその製造方法
US9871259B2 (en) 2009-12-28 2018-01-16 Posco Method for manufacturing composite ceramic material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2337431C2 (ru) Поддерживаемый батареей твердооксидный топливный элемент
JP2008047545A (ja) ガスチャンネルを有する固体酸化物燃料電池
JP2002124273A (ja) 固体高分子型燃料電池とその製造方法及び固体高分子型燃料電池モジュール
JP3580172B2 (ja) 固体高分子電解質型燃料電池
US20070087235A1 (en) Multi-layered thin film hydrogen fuel cell system
KR101891079B1 (ko) 고체 산화물 연료전지용 다층 구조 세라믹 복합체 접속자
JPH05266903A (ja) 固体電解質型燃料電池の製造方法
JP2797352B2 (ja) 電気化学単電池及びその製造方法
KR100567408B1 (ko) 이중구조 촉매층을 갖는 막-전극 접합체와 그 제조방법
JP2002203580A (ja) 燃料電池用単セル及び固体電解質型燃料電池
JP2012059707A (ja) 固体酸化物燃料電池モジュール
JPH09320616A (ja) 電解質膜とそれに密着する電極との界面を凹凸構造とした高出力型固体酸化物燃料電池
JP7152142B2 (ja) 電気化学反応単セルおよび電気化学反応セルスタック
JP2006134640A (ja) 固体高分子型燃料電池及びその製造方法
KR102083710B1 (ko) 고체 산화물 연료전지
JPH0722058A (ja) 平板状固体電解質燃料電池
JPH03238758A (ja) 固体電解質型燃料電池
KR101322127B1 (ko) 분리판-집전체 어셈블리, 이를 포함한 연료전지 스택 및 그 제조방법
KR101606161B1 (ko) 관형 금속 지지체 기반의 고체산화물 연료전지 제조 방법
KR100665391B1 (ko) 개선된 구조의 평판형 고체산화물 연료전지
KR101220740B1 (ko) 유로가 형성된 집전체를 포함하는 고체 산화물 연료전지 분리판 및 그 제조방법
KR101178532B1 (ko) 분리판 및 그 제조 방법
KR20180073394A (ko) 고체산화물 연료전지용 금속 집전체 및 그를 포함하는 고체산화물 연료전지 스택
KR101220598B1 (ko) 고체산화물 연료전지 및 그 제조방법
JP4373365B2 (ja) 平板型固体酸化物形燃料電池スタック