JPH0536426A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents
固体電解質燃料電池Info
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- JPH0536426A JPH0536426A JP3213059A JP21305991A JPH0536426A JP H0536426 A JPH0536426 A JP H0536426A JP 3213059 A JP3213059 A JP 3213059A JP 21305991 A JP21305991 A JP 21305991A JP H0536426 A JPH0536426 A JP H0536426A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- fuel cell
- sealing material
- thermal expansion
- glass
- Prior art date
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-
- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
-
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質燃料電池に関する。
【構成】 固体電解質と異部材間の接合部に、ＳｎＯ2
熱膨張率より２×１０-6／℃以上大きく、かつ８００〜
１１００℃の融点を有するガラスに、粒径１０〜５００
μｍのＳｎＯ2 粒子を５〜４０容量％添加したシール材
を塗布して、前記接合部を密封固定してなる固体電解質
燃料電池。
熱膨張率より２×１０-6／℃以上大きく、かつ８００〜
１１００℃の融点を有するガラスに、粒径１０〜５００
μｍのＳｎＯ2 粒子を５〜４０容量％添加したシール材
を塗布して、前記接合部を密封固定してなる固体電解質
燃料電池。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質燃料電池に関
し、特に該電池の固体電解質と異部材間の接合部のシー
ルに関する。
し、特に該電池の固体電解質と異部材間の接合部のシー
ルに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１に示す固体電解質燃料電池は、電解
質１、該電解質１の両面に塗布された多孔質電極２、該
電解質１を支持するためのセラミックスチューブ３、該
電極２に接続され、出力を取り出すための電気取り出し
線４、前記電解質１に燃料ガスを供給、排出するための
ガス管５、前記電解質１近傍の高温部での燃料ガスのシ
ールを行うためのシール材６、低温部での燃料ガスのシ
ールを行うためのゴム栓７、シリコンゴム８及び電気炉
９より構成されている。
質１、該電解質１の両面に塗布された多孔質電極２、該
電解質１を支持するためのセラミックスチューブ３、該
電極２に接続され、出力を取り出すための電気取り出し
線４、前記電解質１に燃料ガスを供給、排出するための
ガス管５、前記電解質１近傍の高温部での燃料ガスのシ
ールを行うためのシール材６、低温部での燃料ガスのシ
ールを行うためのゴム栓７、シリコンゴム８及び電気炉
９より構成されている。
【０００３】従来の固体電解質燃料電池においては、シ
ール材６は電解質１に熱膨張率が近く、固体電解質燃料
電池の作動付近の温度で溶融する。
ール材６は電解質１に熱膨張率が近く、固体電解質燃料
電池の作動付近の温度で溶融する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体電解質燃料
電池では、シール材６と電解質１の熱膨張率を近くして
いるが、僅かな熱膨張率の差で発生する応力のため冷却
時に電解質１が割れ、このため再度高温にした場合、燃
料ガスがもれ、燃料電池の出力が低下する欠点があっ
た。
電池では、シール材６と電解質１の熱膨張率を近くして
いるが、僅かな熱膨張率の差で発生する応力のため冷却
時に電解質１が割れ、このため再度高温にした場合、燃
料ガスがもれ、燃料電池の出力が低下する欠点があっ
た。
【０００５】本発明は上記技術水準に鑑み、従来の固体
電解質燃料電池の有する上述のような欠点のない固体電
解質燃料電池を提供しようとするものである。
電解質燃料電池の有する上述のような欠点のない固体電
解質燃料電池を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は固体電解質と異
部材間の接合部に、ＳｎＯ2 熱膨張率より２×１０-6／
℃以上大きく、かつ８００〜１１００℃で融けるガラス
に、粒径１０〜５００μｍのＳｎＯ2 粒子を５〜４０容
量％添加したシール材を塗布して、前記接合部を密封固
定してなることを特徴とする固体電解質燃料電池であ
る。
部材間の接合部に、ＳｎＯ2 熱膨張率より２×１０-6／
℃以上大きく、かつ８００〜１１００℃で融けるガラス
に、粒径１０〜５００μｍのＳｎＯ2 粒子を５〜４０容
量％添加したシール材を塗布して、前記接合部を密封固
定してなることを特徴とする固体電解質燃料電池であ
る。
【０００７】本発明で使用される固体電解質としては一
般的にＺｒＯ2 系のものが使用され、また、ＳｎＯ2 の
熱膨張率より２×１０-6／℃以上大きく、かつ８００〜
１１００℃の融点を有するガラスとしては一般的なガラ
スがこの物性を有するので、殆んどのガラスが使用でき
る。
般的にＺｒＯ2 系のものが使用され、また、ＳｎＯ2 の
熱膨張率より２×１０-6／℃以上大きく、かつ８００〜
１１００℃の融点を有するガラスとしては一般的なガラ
スがこの物性を有するので、殆んどのガラスが使用でき
る。
【０００８】
【作用】固体電解質燃料電池を作動させ、高温（８００
〜１１００℃）にした後、温度を室温まで降下した時、
シール材マトリックス（ガラス）と分散粒子（Ｓｎ
Ｏ2 ）、固体電解質の間に熱膨張率差が生じ歪が発生す
る。本発明におけるシール材を使用すると、この歪によ
り発生する割れがシール材の内部で発生し、固体電解質
に歪を発生させないようにすることができる。
〜１１００℃）にした後、温度を室温まで降下した時、
シール材マトリックス（ガラス）と分散粒子（Ｓｎ
Ｏ2 ）、固体電解質の間に熱膨張率差が生じ歪が発生す
る。本発明におけるシール材を使用すると、この歪によ
り発生する割れがシール材の内部で発生し、固体電解質
に歪を発生させないようにすることができる。
【０００９】本発明におけるシール材を、ＳｎＯ2 （熱
膨張率：４×１０-6／℃）の熱膨張率より２×１０-6／
℃以上大きく、かつ８００〜１１００℃で融けるガラス
に、粒径１０〜５００μｍのＳｎＯ2 粒子を５〜４０容
量％添加したものにするのは、固体電解質燃料電池の作
動温度（８００〜１１００℃）で、該シール材に割れを
発生させ、固体電解質に割れの発生を起こさせないため
である。なお、ＳｎＯ2 粒子はガラス中に分散した状態
で存在する。
膨張率：４×１０-6／℃）の熱膨張率より２×１０-6／
℃以上大きく、かつ８００〜１１００℃で融けるガラス
に、粒径１０〜５００μｍのＳｎＯ2 粒子を５〜４０容
量％添加したものにするのは、固体電解質燃料電池の作
動温度（８００〜１１００℃）で、該シール材に割れを
発生させ、固体電解質に割れの発生を起こさせないため
である。なお、ＳｎＯ2 粒子はガラス中に分散した状態
で存在する。
【００１０】本発明におけるシール材はそれ自体が割れ
ることによって応力を逃がし、固体電解質の割れを防止
するが、次に使用する時には加熱して融けることにより
割れがなくなり、再びシール材として機能する。
ることによって応力を逃がし、固体電解質の割れを防止
するが、次に使用する時には加熱して融けることにより
割れがなくなり、再びシール材として機能する。
【００１１】本発明におけるシール材の一例として、一
般のガラス（熱膨張率：９．６×１０-6／℃）に平均粒
径２０μｍのＳｎＯ2 粒子を１０容量％添加したものを
例に採ると、その曲げ強度は約２．８ｋｇｆ／ｃｍ2 で
ある。
般のガラス（熱膨張率：９．６×１０-6／℃）に平均粒
径２０μｍのＳｎＯ2 粒子を１０容量％添加したものを
例に採ると、その曲げ強度は約２．８ｋｇｆ／ｃｍ2 で
ある。
【００１２】本発明におけるシール材の微細組織の光学
顕微鏡写真（倍率：５００倍）を図２に示す。
顕微鏡写真（倍率：５００倍）を図２に示す。
【００１３】
【実施例】本発明の固体電解質燃料電池に使用するシー
ル材について、マトリックスとしてＰｂＯ−Ａｌ2 Ｏ3
−ＳｉＯ2 ガラスを用い、下記の諸点についての実験結
果を説明する。
ル材について、マトリックスとしてＰｂＯ−Ａｌ2 Ｏ3
−ＳｉＯ2 ガラスを用い、下記の諸点についての実験結
果を説明する。
【００１４】 シール材の熱膨張率が固体電解質（８
ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 −ＺｒＯ2 ）に与える影響（表１） 熱膨張率が４×１０-6／℃の平均粒径３０μｍのＳｎＯ
2 を、熱膨張率が４×１０-6／℃、６×１０-6／℃、８
×１０-6／℃のシール材マトリックス中に２０容量％分
散させたシール材を図１のシール材６に適用した。１０
００℃でのシールの漏れを確認した後、降温後の割れ状
況を降温後炉外に固体電解質部を取出し観察し、次いで
固体電解質部を炉内に入れて再昇温し、１０００℃での
シール状況を再度確認した。この結果を表１に示す。
ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 −ＺｒＯ2 ）に与える影響（表１） 熱膨張率が４×１０-6／℃の平均粒径３０μｍのＳｎＯ
2 を、熱膨張率が４×１０-6／℃、６×１０-6／℃、８
×１０-6／℃のシール材マトリックス中に２０容量％分
散させたシール材を図１のシール材６に適用した。１０
００℃でのシールの漏れを確認した後、降温後の割れ状
況を降温後炉外に固体電解質部を取出し観察し、次いで
固体電解質部を炉内に入れて再昇温し、１０００℃での
シール状況を再度確認した。この結果を表１に示す。
【表１】
【００１５】以上の結果より、シール材マトリッ
クスの熱膨張率の方が大きく、分散粒子の熱膨張率との
差が２×１０-6／℃以上であれば固体電解質に割れが発
生しないことが判る。
クスの熱膨張率の方が大きく、分散粒子の熱膨張率との
差が２×１０-6／℃以上であれば固体電解質に割れが発
生しないことが判る。
【００１６】 シール材に分散する分散粒子の粒径が
固体電解質の割れに与える影響（表２） 熱膨張率が８×１０-6／℃のシール材マトリックス中
に、熱膨張率が４×１０-6／℃のＳｎＯ2 で、平均粒径
が５μｍ、１０μｍ、３０μｍ、２５０μｍ、５００μ
ｍ、７５０μｍのものを２０容量％分散させ、これらの
シール材を図１のシール材６に適用した。次に、上記
と同様な確認試験を行い、その結果を表２に示す。
固体電解質の割れに与える影響（表２） 熱膨張率が８×１０-6／℃のシール材マトリックス中
に、熱膨張率が４×１０-6／℃のＳｎＯ2 で、平均粒径
が５μｍ、１０μｍ、３０μｍ、２５０μｍ、５００μ
ｍ、７５０μｍのものを２０容量％分散させ、これらの
シール材を図１のシール材６に適用した。次に、上記
と同様な確認試験を行い、その結果を表２に示す。
【表２】
【００１７】以上の結果より、分散粒子径が１０〜５０
０μｍであれば固体電解質に割れが発生しないことが判
る。
０μｍであれば固体電解質に割れが発生しないことが判
る。
【００１８】 シール材に混入する分散粒子の量が固
体電解質の割れに与える影響（表３） 熱膨張率が８×１０-6／℃のシール材マトリックス中に
熱膨張率が４×１０-6／℃で平均粒径が３０μｍのＳｎ
Ｏ2 を、容量％で３％、５％、１０％、２０％、４０
％、６０％分散させた。これを図１のシール材６に適用
し、上記と同様な確認試験を行い、その結果を表３に
示す。
体電解質の割れに与える影響（表３） 熱膨張率が８×１０-6／℃のシール材マトリックス中に
熱膨張率が４×１０-6／℃で平均粒径が３０μｍのＳｎ
Ｏ2 を、容量％で３％、５％、１０％、２０％、４０
％、６０％分散させた。これを図１のシール材６に適用
し、上記と同様な確認試験を行い、その結果を表３に
示す。
【表３】
【００１９】以上の結果より、分散粒子の分散量が５〜
４０容量％であれば固体電解質に割れが発生しないこと
が判る。
４０容量％であれば固体電解質に割れが発生しないこと
が判る。
【００２０】
【発明の効果】本発明により固体電解質とシール材の昇
温、降温時の熱膨張率の差に基く熱歪による固体電解質
の割れが防止できる固体電解質燃料電池が提供される。
温、降温時の熱膨張率の差に基く熱歪による固体電解質
の割れが防止できる固体電解質燃料電池が提供される。
【図１】固体電解質燃料電池の一般的な説明図。
【図２】本発明で使用するシール材の微細組織を示す光
学顕微鏡写真。
学顕微鏡写真。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 固体電解質と異部材間の接合部に、Ｓｎ
Ｏ2 熱膨張率より２×１０-6／℃以上大きく、かつ８０
０〜１１００℃で融けるガラスに、粒径１０〜５００μ
ｍのＳｎＯ2 粒子を５〜４０容量％添加したシール材を
塗布して、前記接合部を密封固定してなることを特徴と
する固体電解質燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3213059A JP3068264B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3213059A JP3068264B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0536426A true JPH0536426A (ja) | 1993-02-12 |
| JP3068264B2 JP3068264B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=16632855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3213059A Expired - Fee Related JP3068264B2 (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3068264B2 (ja) |
Cited By (93)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000235862A (ja) * | 1998-12-15 | 2000-08-29 | Haldor Topsoe As | 高温シーリング材料 |
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