JPH05326001A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JPH05326001A
JPH05326001A JP4135470A JP13547092A JPH05326001A JP H05326001 A JPH05326001 A JP H05326001A JP 4135470 A JP4135470 A JP 4135470A JP 13547092 A JP13547092 A JP 13547092A JP H05326001 A JPH05326001 A JP H05326001A
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洋 鷹木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 共焼結の際に、スペーサとインターコネクタ
の接合部分にそりや剥がれが生じない固体電解質型燃料
電池を得る。 【構成】 空気極２、燃料極３を上下面に設けた安定化
ジルコニア（以下、ＹＳＺという）からなる固体電解質
１を作製する。この空気極２及び燃料極３の表面にそれ
ぞれランタンマンガナイトからなるディストリビュータ
５及びＮｉＯとＹＳＺの混合材料からなるディストリビ
ュータ６を設ける。このディストリビュータ５，６の両
側にＹＳＺからなるスペーサ７，８を配置する。さら
に、（Ｌａ 0.7Ｃａ0.3）ＣｒＯ3からなるインターコネ
クタ１０が上下に配置される。その際、ランタンマンガ
ナイトからなる空気極側バリア膜１２とニッケル及びジ
ルコニア及び酸化ランタンを含む混合物からなる燃料極
側バリア膜１３が、それぞれスペーサ７，８とインター
コネクタ１０の間に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】従来より、固体電解質型燃料電池
のスペーサの材料には安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺ
という）が用いられている。ＹＳＺは高いイオン導電率
を有し、化学的安定性にも優れているからである。さら
に、燃料電池のインターコネクタの材料には、ランタン
クロマイト、ランタンクロマイトと合金系材料との複合
材料、あるいは、Ｃａを添加したランタンクロマイト、
Ｃａを添加したランタンクロマイトと合金系材料との複
合材料等が用いられる。ここに、Ｃａはランタンクロマ
イトの焼結性を良好にするために添加されている。
【０００３】ところで、固体電解質型燃料電池の発電効
率を向上させるためには電池の内部インピーダンスを下
げればよい。電池の内部インピーダンスを下げるには、
電池を構成するそれぞれの部分をグリーンシート状にし
て組み立てた後、共焼結（同時に焼成すること）して固
体電解質やインターコネクタを薄膜化すればよいことが
知られている。このとき、それぞれのグリーンシートの
焼結時の収縮率が一致するように、粉体特性やバインダ
量等が正確に管理される。しかし、共焼結の際に、ラン
タンクロマイトからなるインターコネクタからＹＳＺか
らなるスペーサへＣｒ，Ｃａが拡散するため、インター
コネクタの収縮率や焼結性が変化し、インターコネクタ
とスペーサの接合部分にそりや剥がれが生じるという問
題があった。
【０００４】そこで、本発明の課題は、共焼結の際にス
ペーサとインターコネクタの接合部分にそりや剥がれが
生じない固体電解質型燃料電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用】以上の課題を解決
するため、本発明に係る固体電解質型燃料電池は、
（ａ）一面に燃料極を設け、かつ、他面に空気極を設け
た固体電解質と、（ｂ）前記燃料極側に配設された燃料
極側導電性ディストリビュータと、（ｃ）前記空気極側
に配設された空気極側導電性ディストリビュータと、
（ｄ）反応ガスを外気から遮断するための燃料極側スペ
ーサ及び空気極側スペーサと、（ｅ）前記燃料極側導電
性ディストリビュータ又は空気極側導電性ディストリビ
ュータの少なくとも一方に接する複数のインターコネク
タと、（ｆ）前記燃料極側スペーサと前記インターコネ
クタの間に配設された燃料極側バリア膜と、（ｇ）前記
空気極側スペーサと前記インターコネクタの間に配設さ
れた空気極側バリア膜と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】具体的には、燃料極側及び空気極側スペー
サの材料としてはイットリウム安定化ジルコニア等が用
いられる。インターコネクタの材料としては、ランタン
クロマイトやランタンクロマイトの一部のランタン元素
がイットリウム、ストロンチウム等のアルカリ土類や希
土類の元素に置換されたり、ランタンクロマイトの一部
のクロム元素がマンガン、コバルト等の元素に置換され
たものや、あるいは、これらの材料にＣａを添加したも
の等が用いられる。
【０００７】以上の構成において、燃料極側バリア膜を
インターコネクタと燃料極側スペーサの間に配設し、か
つ、空気極側バリア膜をインターコネクタと空気極側ス
ペーサの間に配設したため、共焼結の際にインターコネ
クタに含まれているＣｒ，Ｃａの濃度低下が燃料極側及
び空気極側バリア膜によって抑制される。従って、イン
ターコネクタの収縮率や焼結性の変化が小さくなる。
【０００８】また、空気極側バリア膜の材料としては、
ランタンマンガナイトを用い、燃料極側バリア膜の材料
としては、ニッケルとジルコニアと酸化ランタンを含む
混合物を用いるのが好ましい。
【０００９】
【実施例】以下、本発明に係る固体電解質型燃料電池の
一実施例を添付図面を参照して説明する。図１及び図２
に示すように、固体電解質１は矩形状をしており、その
材料としてはＹＳＺの粉体とバインダー剤のブチラール
系樹脂、溶剤（トルエン／エタノール）を混合してドク
ターブレード法でグリーンシート状にしたものを用い
る。空気極２及び燃料極３はそれぞれ後述の空気極側ス
ペーサ７及び燃料極側スペーサ８の接合領域を残して固
体電解質１の上面、下面に設けられる。燃料極３の材料
としては、ＮｉＯとＹＳＺを重量比６：４で混合した粉
末とブチラール系樹脂、溶剤（トルエン／エタノール）
を混合してグリーンシート状にしたものを用いる。空気
極２の材料としては、ランタンマンガナイトの粉末とブ
チラール系樹脂、溶剤（トルエン／エタノール）を混合
してグリーンシート状にしたものを用いる。グリーンシ
ート状にされた固体電解質１の上下面にそれぞれグリー
ンシート状にされた空気極２、燃料極３が熱圧着され
る。
【００１０】空気極側ディストリビュータ５及び燃料極
側ディストリビュータ６は空気極２や燃料極３の表面に
設けられ、空気極２や燃料極３に均等に燃料ガスや空気
がゆきわたるように、またそれぞれの電極２，３と後述
のインターコネクタ１０を電気的に接続するために電極
材料と同じ材料にて形成される。すなわち、燃料極側デ
ィストリビュータ６は、ＮｉＯとＹＳＺを重量比６：４
で混合した粉末と溶剤等を混合してグリーンシート状に
したものを用いる。同様にして、空気極側ディストリビ
ュータ５は、ランタンマンガナイトの粉末と溶剤等を混
合してグリーンシート状にしたものを用いる。このグリ
ーンシートを複数枚重ねてリブ状のディストリビュータ
５，６を形成し、それぞれ空気極２及び燃料極３の表面
に整列させて配設する。
【００１１】空気極側スペーサ７及び燃料極側スペーサ
８は、それぞれ整列されたディストリビュータ５，６の
両側に配置され、空気や燃料ガスを外気から遮断する。
スペーサ７，８の材料としては、ＹＳＺの粉末と溶剤を
混合してグリーンシート状にしたものを用いる。このグ
リーンシートを複数枚重ねてリブ状のスペーサ７，８を
成形する。成形されたスペーサ７，８は、それぞれ空気
極２、燃料極３の表面に接着される。
【００１２】さらに、インターコネクタ１０が上下に配
置される。インターコネクタ１０の材料としては、（Ｌ
ａ0.7Ｃａ0.3）ＣｒＯ3の粉末と溶剤等を混合してグリ
ーンシート状にしたものを用いる。そして、空気極側ス
ペーサ７及び燃料極側スペーサ８と上下のインターコネ
クタ１０の間にそれぞれ空気極側バリア膜１２及び燃料
極側バリア膜１３が配置される。
【００１３】空気極側バリア膜１２の材料としては、ラ
ンタンマンガナイトの粉末とブチラール系樹脂、溶剤
（トルエン／エタノール）を混合してグリーンシート状
にしたものを用いる。燃料極側バリア膜１３の材料とし
ては、ニッケルとジルコニアと酸化ランタンの混合粉末
を、ブチラール系樹脂、溶剤（トルエン／エタノール）
に混ぜ合わせてグリーンシート状にしたものを用いる。
【００１４】以上、空気極２及び燃料極３を表裏面に設
けた固体電解質１、空気極側ディストリビュータ５、燃
料極側ディストリビュータ６、空気極側スペーサ７、燃
料極側スペーサ８、空気極側バリア膜１２及び燃料極側
バリア膜１３で構成された単セル９の上下にインターコ
ネクタ１０が配設されている。こうして構成された５個
の単セル９をインターコネクタ１０を介して積層した
後、０．１℃／分の昇温速度で４００℃まで加熱し、４
００℃の温度で２時間保持し、脱脂する。その後、１３
００℃の温度まで昇温し、この温度で３時間共焼結する
ことにより、図３に示す固体電解質型燃料電池２０が得
られる。共焼結の際には、バリア膜１２，１３が上下の
インターコネクタ１０とスペーサ７，８の間に配置され
ているので、バリア膜１２，１３によってインターコネ
クタ１０に含まれているＣｒ，Ｃａがスペーサ７，８へ
拡散しなくなる。この結果、インターコネクタ１０とス
ペーサ７，８の接合部分にそりや剥がれが生じなくな
る。
【００１５】以上のようにして作製された固体電解質型
燃料電池２０は、高温（８００〜１０００℃）に保持さ
れた状態で図１中に示された矢印ａ方向から空気を供給
し、かつ、矢印ｂ方向から燃料ガスを供給することによ
り、発電させることができる。なお、本発明に係る固体
電解質型燃料電池は前記実施例に限定するものではな
く、その要旨の範囲内で種々に変形することができる。
特に固体電解質型燃料電池の形状は矩形状に限定される
ものではなく、円盤状のものであってもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、燃料極側バリア膜をインターコネクタと燃料極
側スペーサの間に配設し、かつ、空気極側バリア膜をイ
ンターコネクタと空気極側スペーサの間に配設したの
で、共焼結の際に、インターコネクタと空気極側スペー
サの接合部分、インターコネクタと燃料極側スペーサの
接合部分にそりや剥がれが生じない。特に、空気極側バ
リア膜の材料としてランタンマンガナイトを用い、燃料
極側バリア膜の材料としてニッケルとジルコニアと酸化
ランタンを含む混合物を用いれば、優れた効果が得られ
る。
【００１７】この結果、共焼結の際にスペーサとインタ
ーコネクタの接合部分にそりや剥がれが生じない固体電
解質型燃料電池が得られる。そして、内部インピーダン
スが低い、従って発電効率が良い固体電解質型燃料電池
を共焼法にて容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体電解質型燃料電池の一実施例
を構成する単セルとインターコネクタの分解斜視図。
【図２】図１のＸ−Ｘ’の垂直断面図。
【図３】本発明に係る固体電解質型燃料電池の一実施例
の外観を示す斜視図。
【符号の説明】
１…固体電解質 ２…空気極 ３…燃料極 ５…空気極側ディストリビュータ ６…燃料極側ディストリビュータ ７…空気極側スペーサ ８…燃料極側スペーサ １０…インターコネクタ １２…空気極側バリア膜 １３…燃料極側バリア膜 ２０…固体電解質型燃料電池

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一面に燃料極を設け、かつ、他面に空気
    極を設けた固体電解質と、 前記燃料極側に配設された燃料極側導電性ディストリビ
    ュータと、 前記空気極側に配設された空気極側導電性ディストリビ
    ュータと、 反応ガスを外気から遮断するための燃料極側スペーサ及
    び空気極側スペーサと、 前記燃料極側導電性ディストリビュータ又は空気極側導
    電性ディストリビュータの少なくとも一方に接する複数
    のインターコネクタと、 前記燃料極側スペーサと前記インターコネクタの間に配
    設された燃料極側バリア膜と、 前記空気極側スペーサと前記インターコネクタの間に配
    設された空気極側バリア膜と、 を備えたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
  2. 【請求項２】 空気極側バリア膜がランタンマンガナイ
    トからなり、燃料極側バリア膜がニッケルとジルコニア
    と酸化ランタンを含む混合物からなることを特徴とする
    請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
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