JPH0562688A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JPH0562688A JPH0562688A JP3224330A JP22433091A JPH0562688A JP H0562688 A JPH0562688 A JP H0562688A JP 3224330 A JP3224330 A JP 3224330A JP 22433091 A JP22433091 A JP 22433091A JP H0562688 A JPH0562688 A JP H0562688A
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- Japan
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- solid electrolyte
- air electrode
- fuel cell
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- zirconia
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- 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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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ジルコニアと反応しにくく、かつ電圧降下が
小さい空気極を備えた固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】 ジルコニアを主成分とする固体電解質1の上
面に、空気極2の第1層2aの材料である(La0.7S
r0.3)MnO3のペーストをスクリーン印刷等の手段に
て塗布して乾燥した後、さらにその上に第2層2bの材
料である(La 0.7Sr0.3)CoO3のペーストを塗布
して焼成する。これにより、空気極2が固体電解質1と
反応して絶縁性化合物を生成するおそれがなくなる。ま
た、空気極2の電圧降下は小さいものになる。
小さい空気極を備えた固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】 ジルコニアを主成分とする固体電解質1の上
面に、空気極2の第1層2aの材料である(La0.7S
r0.3)MnO3のペーストをスクリーン印刷等の手段に
て塗布して乾燥した後、さらにその上に第2層2bの材
料である(La 0.7Sr0.3)CoO3のペーストを塗布
して焼成する。これにより、空気極2が固体電解質1と
反応して絶縁性化合物を生成するおそれがなくなる。ま
た、空気極2の電圧降下は小さいものになる。
Description
【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。
に関する。
【0002】
【従来の技術と課題】固体電解質型燃料電池の空気極は
1000℃程度の高温での酸化雰囲気で安定な電子伝導
体である必要がある。従って、空気極には、通常、遷移
金属のペロブスカイト型酸化物が使用されている。一
方、固体電解質には、通常、安定化ジルコニアが用いら
れているので空気極の材料にはジルコニアと反応しない
ことも要求される。さらに、空気極には分極による電圧
降下が小さいこと、長期間運転しても活性を失わないこ
と等が要求される。
1000℃程度の高温での酸化雰囲気で安定な電子伝導
体である必要がある。従って、空気極には、通常、遷移
金属のペロブスカイト型酸化物が使用されている。一
方、固体電解質には、通常、安定化ジルコニアが用いら
れているので空気極の材料にはジルコニアと反応しない
ことも要求される。さらに、空気極には分極による電圧
降下が小さいこと、長期間運転しても活性を失わないこ
と等が要求される。
【0003】従来は、前記ペロブスカイト型酸化物の中
で、LaCoO3が空気極の材料として用いられてい
た。LaCoO3は分極による電圧降下が小さく、電子
伝導度が大きいという長所を持っているからである。し
かし、近年、LaCoO3が高温になるとジルコニアと
反応して電子伝導性がないLa2Zr2O7を生成するこ
とが明らかになるにつれて、LaCoO3に代わってL
aMnO3が多く用いられるようになってきた。この材
料はジルコニアと反応しにくいという長所を持ってい
る。ところが、LaMnO3はLaCoO3に比べて分極
抵抗が大きく、燃料電池の発電効率が低下するという問
題がある。
で、LaCoO3が空気極の材料として用いられてい
た。LaCoO3は分極による電圧降下が小さく、電子
伝導度が大きいという長所を持っているからである。し
かし、近年、LaCoO3が高温になるとジルコニアと
反応して電子伝導性がないLa2Zr2O7を生成するこ
とが明らかになるにつれて、LaCoO3に代わってL
aMnO3が多く用いられるようになってきた。この材
料はジルコニアと反応しにくいという長所を持ってい
る。ところが、LaMnO3はLaCoO3に比べて分極
抵抗が大きく、燃料電池の発電効率が低下するという問
題がある。
【0004】そこで、本発明の課題は、ジルコニアと反
応しにくく、かつ、電圧降下が小さい空気極を備えた固
体電解質型燃料電池を提供することにある。
応しにくく、かつ、電圧降下が小さい空気極を備えた固
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】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)ジル
コニアを主成分とする固体電解質と、(b)前記固体電
解質の一方の面に直接接するLa,Mn,Oを主成分と
する第1層と該第1層の表面に設けたLa,Co,Oを
主成分とする第2層とで構成した空気極と、(c)前記
固体電解質の他方の面に設けた燃料極と、を備えたこと
を特徴とする。具体的には、固体電解質としてはイット
リウム安定化ジルコニア等が用いられる。空気極の第1
層の材料としては(La0.7Sr0 .3)MnO3等が用い
られ、第2層の材料としては(La0.7Sr0.3)CoO
3等が用いられる。
め、本発明に係る固体電解質型燃料電池は、(a)ジル
コニアを主成分とする固体電解質と、(b)前記固体電
解質の一方の面に直接接するLa,Mn,Oを主成分と
する第1層と該第1層の表面に設けたLa,Co,Oを
主成分とする第2層とで構成した空気極と、(c)前記
固体電解質の他方の面に設けた燃料極と、を備えたこと
を特徴とする。具体的には、固体電解質としてはイット
リウム安定化ジルコニア等が用いられる。空気極の第1
層の材料としては(La0.7Sr0 .3)MnO3等が用い
られ、第2層の材料としては(La0.7Sr0.3)CoO
3等が用いられる。
【0006】
【作用】以上の構成において、ジルコニアと反応し易い
La,Co,Oを主成分とする第2層を、ジルコニアと
反応しにくいLa,Mn,Oを主成分とする第1層を介
してジルコニアを主成分とする固体電解質に設けたた
め、空気極が固体電解質と反応して絶縁性化合物を生成
するおそれがなくなる。また、第2層が、分極による電
圧降下が小さく、かつ、電子伝導度が大きい特性を有す
るため、空気極の電圧降下は小さいものになる。
La,Co,Oを主成分とする第2層を、ジルコニアと
反応しにくいLa,Mn,Oを主成分とする第1層を介
してジルコニアを主成分とする固体電解質に設けたた
め、空気極が固体電解質と反応して絶縁性化合物を生成
するおそれがなくなる。また、第2層が、分極による電
圧降下が小さく、かつ、電子伝導度が大きい特性を有す
るため、空気極の電圧降下は小さいものになる。
【0007】
【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は空気極
2及び燃料極3を設けた固体電解質1の構成図である。
固体電解質1の材料としては、Y2O3を8モル%添加し
たZrO2の粉末と有機バインダー、溶剤(エタノー
ル)を混合してスラリーとし、ドクターブレード法によ
り厚さ300μmのグリーンシートを用いる。このグリ
ーンシートを1300℃の温度で2時間焼成し、固体電
解質1の焼結体を作製する。
一実施例を添付図面を参照して説明する。図1は空気極
2及び燃料極3を設けた固体電解質1の構成図である。
固体電解質1の材料としては、Y2O3を8モル%添加し
たZrO2の粉末と有機バインダー、溶剤(エタノー
ル)を混合してスラリーとし、ドクターブレード法によ
り厚さ300μmのグリーンシートを用いる。このグリ
ーンシートを1300℃の温度で2時間焼成し、固体電
解質1の焼結体を作製する。
【0008】空気極2及び燃料極3はそれぞれ固体電解
質1の上面、下面に設けられている。空気極2は2層構
造となっており、第1層2aはLa,Mn,Oを主成分
とする材料からなり、第2層2bはLa,Co,Oを主
成分とする材料からなる。本実施例では、第1層2aの
材料として、(La0.7Sr0.3)CoO3を1100℃
の温度で2時間仮焼成した後、ペースト状にしたものを
用いた。第2層2bの材料としては、(La0.7S
r0.3)MnO3を1100℃の温度で2時間仮焼成した
後、ペースト状にしたものを用いた。固体電解質1の上
面に(La0.7Sr0 .3)MnO3のペーストをスクリー
ン印刷等の手段にて塗布して乾燥した後、さらにその上
に(La0.7Sr0.3)CoO3のペーストを塗布して乾
燥した。この後、燃料極3の材料であるPtペーストを
固体電解質1の下面に塗布して乾燥し、1200℃の温
度で各ペーストの焼付けを行った。
質1の上面、下面に設けられている。空気極2は2層構
造となっており、第1層2aはLa,Mn,Oを主成分
とする材料からなり、第2層2bはLa,Co,Oを主
成分とする材料からなる。本実施例では、第1層2aの
材料として、(La0.7Sr0.3)CoO3を1100℃
の温度で2時間仮焼成した後、ペースト状にしたものを
用いた。第2層2bの材料としては、(La0.7S
r0.3)MnO3を1100℃の温度で2時間仮焼成した
後、ペースト状にしたものを用いた。固体電解質1の上
面に(La0.7Sr0 .3)MnO3のペーストをスクリー
ン印刷等の手段にて塗布して乾燥した後、さらにその上
に(La0.7Sr0.3)CoO3のペーストを塗布して乾
燥した。この後、燃料極3の材料であるPtペーストを
固体電解質1の下面に塗布して乾燥し、1200℃の温
度で各ペーストの焼付けを行った。
【0009】こうして得られた電極付き固体電解質1
は、図2に示すように、空気極側ディストリビュータ5
及びスペーサ7、燃料極側ディストリビュータ6及びス
ペーサ8、セパレータ10,11と組み合わせられて燃
料電池を構成する。ディストリビュータ5,6は空気極
2や燃料極3に均等に空気や燃料ガスをゆきわたらせる
機能及び電極2,3とセパレータ10,11をそれぞれ
電気的に接続する機能を有する。ディストリビュータ5
の材料としては(La0.7Sr0.3)CoO3等が用いら
れ、ディストリビュータ6の材料としてはNi・ジルコ
ニアサーメット等が用いられる。整列されたディストリ
ビュータ5,6の両側に配置されているスペーサ7,8
は、それぞれ空気や燃料ガスを外気から遮断する機能を
有する。スペーサ7,8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。セパレータ10,11
は発電した電力を外に取り出すための電極機能の他に、
使用される空気と燃料ガスを分離する機能等も有する。
セパレータ10,11の材料としてはランタンクロマイ
ト等が用いられる。
は、図2に示すように、空気極側ディストリビュータ5
及びスペーサ7、燃料極側ディストリビュータ6及びス
ペーサ8、セパレータ10,11と組み合わせられて燃
料電池を構成する。ディストリビュータ5,6は空気極
2や燃料極3に均等に空気や燃料ガスをゆきわたらせる
機能及び電極2,3とセパレータ10,11をそれぞれ
電気的に接続する機能を有する。ディストリビュータ5
の材料としては(La0.7Sr0.3)CoO3等が用いら
れ、ディストリビュータ6の材料としてはNi・ジルコ
ニアサーメット等が用いられる。整列されたディストリ
ビュータ5,6の両側に配置されているスペーサ7,8
は、それぞれ空気や燃料ガスを外気から遮断する機能を
有する。スペーサ7,8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。セパレータ10,11
は発電した電力を外に取り出すための電極機能の他に、
使用される空気と燃料ガスを分離する機能等も有する。
セパレータ10,11の材料としてはランタンクロマイ
ト等が用いられる。
【0010】この燃料電池を1000℃の温度に保持し
た状態で図2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して発電特性
を測定した。この測定結果から、電流密度10mA/c
m2のときと100mA/cm2のときの空気極2の分極
による電圧降下を算出し、その算出結果を表1に示す。
比較例として、空気極2を(La0.7Sr0.3)CoO3
のみで構成した場合及び(La0.7Sr0.3)MnO3の
みで構成した場合についても測定、算出した結果を示し
ている。
た状態で図2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して発電特性
を測定した。この測定結果から、電流密度10mA/c
m2のときと100mA/cm2のときの空気極2の分極
による電圧降下を算出し、その算出結果を表1に示す。
比較例として、空気極2を(La0.7Sr0.3)CoO3
のみで構成した場合及び(La0.7Sr0.3)MnO3の
みで構成した場合についても測定、算出した結果を示し
ている。
【0011】
【表1】
【0012】表1に示されているように、2層構造にし
た空気極2を備えた燃料電池(実施例1)は、(La
0.7Sr0.3)MnO3のみからなる空気極2を備えた燃
料電池(比較例2)と比較して電圧降下が小さい。ま
た、2層構造にした空気極2を備えた燃料電池(実施例
1)は、(La0.7Sr0.3)CoO3のみからなる空気
極2を備えた燃料電池(比較例1)に比べて初期状態で
は電圧降下が大きい。しかし、比較例1の燃料電池は固
体電解質1と空気極2が反応して絶縁性化合物を生成す
るため、時間の経過と共に電圧降下量が増加し、実施例
1の燃料電池の電圧降下を超えるまでになることが知ら
れている。従って、実施例1の燃料電池は電圧降下が小
さく、かつ、長期間運転を続けても不要な絶縁性化合物
を生成しない空気極を具備したものであることがわか
る。この結果、発電効率の良い固体電解質型燃料電池を
得ることができる。
た空気極2を備えた燃料電池(実施例1)は、(La
0.7Sr0.3)MnO3のみからなる空気極2を備えた燃
料電池(比較例2)と比較して電圧降下が小さい。ま
た、2層構造にした空気極2を備えた燃料電池(実施例
1)は、(La0.7Sr0.3)CoO3のみからなる空気
極2を備えた燃料電池(比較例1)に比べて初期状態で
は電圧降下が大きい。しかし、比較例1の燃料電池は固
体電解質1と空気極2が反応して絶縁性化合物を生成す
るため、時間の経過と共に電圧降下量が増加し、実施例
1の燃料電池の電圧降下を超えるまでになることが知ら
れている。従って、実施例1の燃料電池は電圧降下が小
さく、かつ、長期間運転を続けても不要な絶縁性化合物
を生成しない空気極を具備したものであることがわか
る。この結果、発電効率の良い固体電解質型燃料電池を
得ることができる。
【0013】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、燃料電池の形
状は矩形状に限定されるものではなく、円板状のもので
あってもよい。
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、燃料電池の形
状は矩形状に限定されるものではなく、円板状のもので
あってもよい。
【0014】
【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、ジルコニアと反応し易いLa,Co,Oを主成
分とする第2層がジルコニアを主成分とする固体電解質
と接しない空気極構造としたので、絶縁性化合物の生成
を防ぐことができる。また、空気極が、分極による電圧
降下が小さくかつ電子伝導度が大きいLa,Co,Oを
主成分とする第2層を有しているので、La,Mn,O
を主成分とする材料だけで空気極を構成した場合よりも
小さい電圧降下ですむ。この結果、効率よい固体電解質
型燃料電池が得られる。
よれば、ジルコニアと反応し易いLa,Co,Oを主成
分とする第2層がジルコニアを主成分とする固体電解質
と接しない空気極構造としたので、絶縁性化合物の生成
を防ぐことができる。また、空気極が、分極による電圧
降下が小さくかつ電子伝導度が大きいLa,Co,Oを
主成分とする第2層を有しているので、La,Mn,O
を主成分とする材料だけで空気極を構成した場合よりも
小さい電圧降下ですむ。この結果、効率よい固体電解質
型燃料電池が得られる。
【図1】本発明に係る固体電解質型燃料電池の一実施例
に用いられる電極付き固体電解質の構成図。
に用いられる電極付き固体電解質の構成図。
【図2】本発明に係る固体電解質型燃料電池の一実施例
を示す分解斜視図。
を示す分解斜視図。
1…固体電解質 2…電気極 2a…第1層 2b…第2層 3…燃料極
Claims (1)
- 【請求項1】 ジルコニアを主成分とする固体電解質
と、 前記固体電解質の一方の面に直接接するLa,Mn,O
を主成分とする第1層と該第1層の表面に設けたLa,
Co,Oを主成分とする第2層とで構成した空気極と、 前記固体電解質の他方の面に設けた燃料極と、 を備えたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3224330A JPH0562688A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3224330A JPH0562688A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0562688A true JPH0562688A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16812069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3224330A Pending JPH0562688A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0562688A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0855630A (ja) * | 1994-05-09 | 1996-02-27 | Air Prod And Chem Inc | 電解質によるイオン輸送用の電気化学固体装置 |
WO1996028856A1 (en) * | 1995-03-16 | 1996-09-19 | British Nuclear Fuels Plc | Solid oxide fuel cells with specific electrode layers |
JP2001236969A (ja) * | 2000-02-23 | 2001-08-31 | Kyocera Corp | 固体電解質型燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池 |
JP2005276540A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Honda Motor Co Ltd | 電解質・電極接合体及びその製造方法 |
JP2006236820A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物型燃料電池および固体酸化物型燃料電池の製造方法 |
JP2011150959A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Ngk Insulators Ltd | 固体酸化物形燃料電池のセル |
JP2012119212A (ja) * | 2010-12-02 | 2012-06-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形燃料電池用単セル |
RU2572243C1 (ru) * | 2014-08-14 | 2016-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный университет" | Манганит с гигантским значением константы магнитострикции, стабильным в диапазоне температур |
CN114455638A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-05-10 | 天津巴莫科技有限责任公司 | 一种高锂离子扩散率的固态电解质材料及其制备方法 |
-
1991
- 1991-09-04 JP JP3224330A patent/JPH0562688A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0855630A (ja) * | 1994-05-09 | 1996-02-27 | Air Prod And Chem Inc | 電解質によるイオン輸送用の電気化学固体装置 |
WO1996028856A1 (en) * | 1995-03-16 | 1996-09-19 | British Nuclear Fuels Plc | Solid oxide fuel cells with specific electrode layers |
US6013386A (en) * | 1995-03-16 | 2000-01-11 | British Nuclear Fuels Plc | Solid oxide fuel cells with specific electrode layers |
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CN114455638A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-05-10 | 天津巴莫科技有限责任公司 | 一种高锂离子扩散率的固态电解质材料及其制备方法 |
CN114455638B (zh) * | 2021-12-28 | 2023-11-10 | 天津巴莫科技有限责任公司 | 一种高锂离子扩散率的固态电解质材料及其制备方法 |
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