JPH0582135A - 固体電解質型燃料電池用電極 - Google Patents
固体電解質型燃料電池用電極Info
- Publication number
- JPH0582135A JPH0582135A JP3273126A JP27312691A JPH0582135A JP H0582135 A JPH0582135 A JP H0582135A JP 3273126 A JP3273126 A JP 3273126A JP 27312691 A JP27312691 A JP 27312691A JP H0582135 A JPH0582135 A JP H0582135A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- stress
- solid electrolyte
- stress concentration
- shape
- Prior art date
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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
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 昇温又は降温時において固体電解質及び電極
間又は電極及びインターコネクター間に生じる熱応力を
緩和しうる固体電解質型燃料電池用電極を提供する。 【構成】 固体電解質型燃料電池用電極はスクリーンの
メッシュ幅を１００とし電極用ペーストに対する原料粉
末の重量％を７１．４％として、通常のスクリーン印刷
法により作成される。この電極の表面は凹凸状をなす。
間又は電極及びインターコネクター間に生じる熱応力を
緩和しうる固体電解質型燃料電池用電極を提供する。 【構成】 固体電解質型燃料電池用電極はスクリーンの
メッシュ幅を１００とし電極用ペーストに対する原料粉
末の重量％を７１．４％として、通常のスクリーン印刷
法により作成される。この電極の表面は凹凸状をなす。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池
（以下、ＳＯＦＣという）用の電極に関する。
（以下、ＳＯＦＣという）用の電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＯＦＣは固体電解質、電極及びインタ
ーコネクター等の異種材料を結合させて単セルとし、こ
れを積層してスタックとし、発電システムとするもので
ある。
ーコネクター等の異種材料を結合させて単セルとし、こ
れを積層してスタックとし、発電システムとするもので
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記異種材料はその熱
膨張率が各々異なり、特に固体電解質材料と電極材料と
の熱膨張率差は大きい。これらの熱膨張率差の為にＳＯ
ＦＣ用電極作成時及び／又は作動時等の昇温時又は降温
時に前記異種材料間に熱応力がかかり、これによる電気
特性の低下さらには電極の剥離、セルの破損等が問題と
なっていた。そこで本発明の課題は前記異種材料間に熱
応力がかかることによる電気特性の低下が抑制され得る
ＳＯＦＣ用電極を提供することにある。
膨張率が各々異なり、特に固体電解質材料と電極材料と
の熱膨張率差は大きい。これらの熱膨張率差の為にＳＯ
ＦＣ用電極作成時及び／又は作動時等の昇温時又は降温
時に前記異種材料間に熱応力がかかり、これによる電気
特性の低下さらには電極の剥離、セルの破損等が問題と
なっていた。そこで本発明の課題は前記異種材料間に熱
応力がかかることによる電気特性の低下が抑制され得る
ＳＯＦＣ用電極を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項１のＳＯＦＣ用電極は応力集中部を有するこ
とを特徴とし、請求項２のＳＯＦＣ用電極は前記応力集
中部が異種材料方向に応力が作用するものであることを
特徴とする。
め、請求項１のＳＯＦＣ用電極は応力集中部を有するこ
とを特徴とし、請求項２のＳＯＦＣ用電極は前記応力集
中部が異種材料方向に応力が作用するものであることを
特徴とする。
【０００５】前記応力集中部とは固体電解質材料と電極
材料との熱膨張率差及び／又はインターコネクター材料
と電極材料との熱膨張率差により生じた熱応力がかかり
易い部分を意味する。
材料との熱膨張率差及び／又はインターコネクター材料
と電極材料との熱膨張率差により生じた熱応力がかかり
易い部分を意味する。
【０００６】第２請求項中、応力が作用を及ぼす方向と
は、応力集中部に熱応力が集中し、この応力が緩和され
るために生ずる亀裂等の電極の形状変化が形成される方
向を意味する。前記異種材料方向とは固体電解質及び／
又はインターコネクターの存在する方向を意味する。
は、応力集中部に熱応力が集中し、この応力が緩和され
るために生ずる亀裂等の電極の形状変化が形成される方
向を意味する。前記異種材料方向とは固体電解質及び／
又はインターコネクターの存在する方向を意味する。
【０００７】前記電極とは燃料極と空気極との両方を意
味する。なお本発明において電極材料としては従来のＮ
ｉ−ＹＳＺサーメット等、電極材料として用い得る種々
の材料を使用することができる。
味する。なお本発明において電極材料としては従来のＮ
ｉ−ＹＳＺサーメット等、電極材料として用い得る種々
の材料を使用することができる。
【０００８】前記応力集中部は任意の形状とされるが応
力集中部を電極に設けることによって固体電解質に接触
する電極面はあまり減少しない方がこの面での反応が損
なわないのでより好ましい。一方、インターコネクター
と接触する電極面は多少減少しても電気特性の低下はほ
とんどない。また、応力の作用する方向が異種材料方向
である応力集中部を有する電極の方が電気特性の面から
より優れている。また前記応力集中部を電極に設けるこ
とによって電極の強度が実用に値しないまでに損なわれ
ないように考慮される。
力集中部を電極に設けることによって固体電解質に接触
する電極面はあまり減少しない方がこの面での反応が損
なわないのでより好ましい。一方、インターコネクター
と接触する電極面は多少減少しても電気特性の低下はほ
とんどない。また、応力の作用する方向が異種材料方向
である応力集中部を有する電極の方が電気特性の面から
より優れている。また前記応力集中部を電極に設けるこ
とによって電極の強度が実用に値しないまでに損なわれ
ないように考慮される。
【０００９】請求項１における応力集中部を有するＳＯ
ＦＣ用電極としては例えばその電極の形状が図１〜６
（縦断面図）に示されるものがある。なお図１〜５は固
体電解質１上の電極形状を表している。図１の電極２は
複数個の凹部分３を有する凸凹形状であり、図２の電極
２は複数個の台地状の部分及び凹部分３を有し、図３の
電極２は複数個のＶ字型の切り欠き４を有し、図４の電
極２は複数個の微小クラック５を有している。そしてこ
れらの図１〜図４の電極２における凹部分３、切り欠き
４及び微小クラック５は固体電解質１方向に設けられて
いる。図５の電極２は電極２の横方向に１個のＶ字型の
切り欠き４を有している。図６（ア）及び図６（イ）に
示す電極２はその内部に各々断面三角形又は断面横長楕
円形の空洞７を複数個有し、図６（ウ）に示す電極２は
微小クラック５を複数個有している。これらの複数個の
空洞７又は微小クラック５は上下２種の異種材料との両
接面に各々近隣し、かつ接面と略平行である二直線上に
適当な横の間隔を開けて設けられている。この空洞７又
は微小クラック５を設けることによって、前記両接面上
に各々薄い電極部分８、９が複数個生じている。なお、
前記適当な横の間隔とは、隣接する空洞７、７又は微小
クラック５、５間が近づきすぎ、その結果、熱応力によ
って隣接する空洞７、７又は微小クラック５、５間に亀
裂が生じることを防ぐために適当な距離を有する間隔で
ある。
ＦＣ用電極としては例えばその電極の形状が図１〜６
（縦断面図）に示されるものがある。なお図１〜５は固
体電解質１上の電極形状を表している。図１の電極２は
複数個の凹部分３を有する凸凹形状であり、図２の電極
２は複数個の台地状の部分及び凹部分３を有し、図３の
電極２は複数個のＶ字型の切り欠き４を有し、図４の電
極２は複数個の微小クラック５を有している。そしてこ
れらの図１〜図４の電極２における凹部分３、切り欠き
４及び微小クラック５は固体電解質１方向に設けられて
いる。図５の電極２は電極２の横方向に１個のＶ字型の
切り欠き４を有している。図６（ア）及び図６（イ）に
示す電極２はその内部に各々断面三角形又は断面横長楕
円形の空洞７を複数個有し、図６（ウ）に示す電極２は
微小クラック５を複数個有している。これらの複数個の
空洞７又は微小クラック５は上下２種の異種材料との両
接面に各々近隣し、かつ接面と略平行である二直線上に
適当な横の間隔を開けて設けられている。この空洞７又
は微小クラック５を設けることによって、前記両接面上
に各々薄い電極部分８、９が複数個生じている。なお、
前記適当な横の間隔とは、隣接する空洞７、７又は微小
クラック５、５間が近づきすぎ、その結果、熱応力によ
って隣接する空洞７、７又は微小クラック５、５間に亀
裂が生じることを防ぐために適当な距離を有する間隔で
ある。
【００１０】図１〜６の形状の電極は、図１及び２では
凹部３が、図３及び図５ではＶ字型の切り欠き４が、図
４及び図６（ウ）では微小クラック５が、図６（ア）
（イ）では空洞７が、各々応力集中部に相当している。
そして各応力集中部に応力がかかった結果、電極２に形
状変化が生じる場合には、図５の応力集中部である切り
欠き３においては応力は同図において横方向に作用し、
切り欠き３から横方向又は横から斜め下方向に亀裂が生
じる。一方、他の図１〜４の電極の応力集中部において
は、応力は異種材料である固体電解質１の存在する方向
に作用し、各応力集中部から縦方向（固体電解質１の存
在する方向）に亀裂が生じる。図６の電極の応力集中部
においては、応力は異種材料である固体電解質１及びイ
ンターコネクター６の存在する方向に作用し、各応力集
中部から縦方向（固体電解質１又はインターコネクター
６の存在する方向）に、薄い電極部分８、９において亀
裂が生じる。
凹部３が、図３及び図５ではＶ字型の切り欠き４が、図
４及び図６（ウ）では微小クラック５が、図６（ア）
（イ）では空洞７が、各々応力集中部に相当している。
そして各応力集中部に応力がかかった結果、電極２に形
状変化が生じる場合には、図５の応力集中部である切り
欠き３においては応力は同図において横方向に作用し、
切り欠き３から横方向又は横から斜め下方向に亀裂が生
じる。一方、他の図１〜４の電極の応力集中部において
は、応力は異種材料である固体電解質１の存在する方向
に作用し、各応力集中部から縦方向（固体電解質１の存
在する方向）に亀裂が生じる。図６の電極の応力集中部
においては、応力は異種材料である固体電解質１及びイ
ンターコネクター６の存在する方向に作用し、各応力集
中部から縦方向（固体電解質１又はインターコネクター
６の存在する方向）に、薄い電極部分８、９において亀
裂が生じる。
【００１１】なお図１〜６の電極２においては電極に応
力集中部を設けることによって固体電解質１に接触する
電極面は減少していないので、応力集中部を設けたこと
によりこの面で生じる反応が損なわれることはない。そ
して図１〜３の電極２ではインターコネクターと接触す
ることになる電極面は減少しているが、この接触面の減
少に起因する電気特性の低下は実用上ほとんど問題とは
ならない。
力集中部を設けることによって固体電解質１に接触する
電極面は減少していないので、応力集中部を設けたこと
によりこの面で生じる反応が損なわれることはない。そ
して図１〜３の電極２ではインターコネクターと接触す
ることになる電極面は減少しているが、この接触面の減
少に起因する電気特性の低下は実用上ほとんど問題とは
ならない。
【００１２】また通常の広く薄い電極の形状では水平方
向に熱応力が生ずるので、図５の電極の応力集中部より
も図１〜４及び６の電極の応力集中部の方が熱応力がよ
りかかり易く、かつ図１〜図４及び６の電極では異種材
料の存在する方向に応力が作用するので、図において略
横方向（異種材料の存在しない方向）に応力が作用する
図５の電極と比べて応力による電極の剥離の可能性がよ
り少ない。
向に熱応力が生ずるので、図５の電極の応力集中部より
も図１〜４及び６の電極の応力集中部の方が熱応力がよ
りかかり易く、かつ図１〜図４及び６の電極では異種材
料の存在する方向に応力が作用するので、図において略
横方向（異種材料の存在しない方向）に応力が作用する
図５の電極と比べて応力による電極の剥離の可能性がよ
り少ない。
【００１３】さらに図６（ア）〜（ウ）の電極２では応
力集中部である微小クラック５又は空洞７が固体電解質
１及びインターコネクター６の両側において存在してい
るので両方の異種材料間における熱応力がより緩和され
易い為、より良い電極とされる。
力集中部である微小クラック５又は空洞７が固体電解質
１及びインターコネクター６の両側において存在してい
るので両方の異種材料間における熱応力がより緩和され
易い為、より良い電極とされる。
【００１４】前記応力集中部を有する電極を作成する方
法としては、例えば通常のスクリーン印刷による電極作
成方法において用いるスクリーンのメッシュ幅及び電極
ペーストの粘度を変化させることにより、電極表面が図
１に示す凹凸形状を有する電極を得る方法がある。
法としては、例えば通常のスクリーン印刷による電極作
成方法において用いるスクリーンのメッシュ幅及び電極
ペーストの粘度を変化させることにより、電極表面が図
１に示す凹凸形状を有する電極を得る方法がある。
【００１５】または通常の溶射、ＣＶＤ、ＥＶＤ、ＰＶ
Ｄ等の気相法又は噴霧熱分解法などの電極作成方法にお
いて、作製途中にてメッシュ等の障害物を部分的に被せ
ることにより、電極膜が薄く合成される部分を１箇所以
上電極に設ける方法がある。
Ｄ等の気相法又は噴霧熱分解法などの電極作成方法にお
いて、作製途中にてメッシュ等の障害物を部分的に被せ
ることにより、電極膜が薄く合成される部分を１箇所以
上電極に設ける方法がある。
【００１６】その他、通常のスラリーコート法による電
極作製方法において、スラリーのコート途中にメッシュ
等の障害物を部分的に被せることにより、電極膜が薄く
合成される部分を１箇所以上電極に設ける方法がある。
極作製方法において、スラリーのコート途中にメッシュ
等の障害物を部分的に被せることにより、電極膜が薄く
合成される部分を１箇所以上電極に設ける方法がある。
【００１７】または通常のスリップキャスティング法に
おいて吸水型（石こう型）の形状を凸凹形状の様な厚さ
の変化を有する形状とする方法がある。なお図６（ア）
〜（ウ）の電極２は、上記の方法で作成した図３、図１
又は図４の電極２各２個を上面及び下面とし、これらの
２面の間に電極２と同種類の材料より成り、電極２と同
形、同面積の薄い電極の板を狭むことによって各々作成
することができる。
おいて吸水型（石こう型）の形状を凸凹形状の様な厚さ
の変化を有する形状とする方法がある。なお図６（ア）
〜（ウ）の電極２は、上記の方法で作成した図３、図１
又は図４の電極２各２個を上面及び下面とし、これらの
２面の間に電極２と同種類の材料より成り、電極２と同
形、同面積の薄い電極の板を狭むことによって各々作成
することができる。
【００１８】前記応力集中部の数（存在密度）は本発明
においてはその応力集中部の形状に応じて異種材料間に
かかる熱応力がよく緩和され、かつ電極の強度や電気特
性が損なわれないように考慮して任意に定めることがで
きる。
においてはその応力集中部の形状に応じて異種材料間に
かかる熱応力がよく緩和され、かつ電極の強度や電気特
性が損なわれないように考慮して任意に定めることがで
きる。
【００１９】例えば図１の凸凹形状の電極では１８０個
／ｍｍ2 以下とされるのが良く、好ましくは６２〜２個
／ｍｍ2 である。１８０個／ｍｍ2 より多いと平担形状
に近くなり、応力集中部がなくなる為である。
／ｍｍ2 以下とされるのが良く、好ましくは６２〜２個
／ｍｍ2 である。１８０個／ｍｍ2 より多いと平担形状
に近くなり、応力集中部がなくなる為である。
【００２０】そして図１の凸凹形状の電極の場合電極の
厚い部分と薄い部分の高さの比は１０〜２程度がよく、
好ましくは５〜２程度がよい。これは１０より大きいと
電極が図１において横方向の力に弱くなる恐れが生じる
ためであり、２より小さいと凹部における応力の集力が
少なくなる為である。
厚い部分と薄い部分の高さの比は１０〜２程度がよく、
好ましくは５〜２程度がよい。これは１０より大きいと
電極が図１において横方向の力に弱くなる恐れが生じる
ためであり、２より小さいと凹部における応力の集力が
少なくなる為である。
【００２１】
【作用】請求項１のＳＯＦＣ用電極によると、電極材料
と固体電解質材料との又は／及び電極材料とインターコ
ネクター材料との熱膨張率差に起因する熱応力が応力集
中部にかかる。従って電極と固体電解質間又は／及び電
極とインターコネクター間にかかる熱応力が緩和され
る。請求項２のＳＯＦＣ用電極によると応力集中部にお
いて、異種材料（固体電解質又は／及びインターコネク
ター）方向に応力が作用するので、応力に起因する電極
の剥離の危険性がより少ない。
と固体電解質材料との又は／及び電極材料とインターコ
ネクター材料との熱膨張率差に起因する熱応力が応力集
中部にかかる。従って電極と固体電解質間又は／及び電
極とインターコネクター間にかかる熱応力が緩和され
る。請求項２のＳＯＦＣ用電極によると応力集中部にお
いて、異種材料（固体電解質又は／及びインターコネク
ター）方向に応力が作用するので、応力に起因する電極
の剥離の危険性がより少ない。
【００２２】
【実施例】次に本発明のＳＯＦＣ用電極の一具体例につ
いてその製造方法を説明する。 実施例 ＳＯＦＣ用電極の製造 酢酸ニッケル４水和物（Ｎｉ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 ４Ｈ2
Ｏ、特級、和光純薬工業製）及び酢酸マグネシウム４水
和物（Ｍｇ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 ・４Ｈ2 ０、特級、キシ
ダ化学製）を種々のモル数比に秤量し、純水を加えた
後、マグネティックスターラーで攪拌し、０．５規定水
溶液を作製した。これらの水溶液を７５０〜８５０℃に
保った石英管中に約２ｃｃ／分の速度で滴下し、熱分解
を行った。その後１０００℃にて２４時間、空気中で熱
処理を施し、所定の粉末を得た。得られた粉末のＸ線チ
ャートをＸ線発生源として銅のＫαの線を用いて調べる
と、すべての粉末において岩塩型結晶の回折ピークのみ
が存在し、この回折ピークがＭｇ０の添加量増加につれ
て連続的に低角度側にシフトしていること、各々の回折
ピークが分離せずに１本であること、かつ回折ピークが
シャープであることから、上記製造方法で得られた粉末
はＮｉＯ成分とＭｇＯ成分が充分に固溶していることが
わかった。次に酢酸ニッケル４水和物と酢酸マグネシウ
ム４水和物のモル数比を８：２とした場合の上記粉末を
１４００℃において４時間仮焼して得た仮焼粉末にバイ
ンダーを添加し、１５分、自動乳鉢で攪拌し、電極用ペ
ーストを得た。この電極用ペーストを日本化学陶業社製
ＹＳＺペレット（直径１３ｍｍ、厚さ１ｍｍ）上にスク
リーン（♯（メッシュ）１００）印刷した。これを、１
４００℃、２時間で焼き付け、本例１の燃料極を得た。
この本例１の燃料極肉厚は凹部の薄いところで１０μ
ｍ、凸部の厚いところで５０μｍであった。次に、ＹＳ
Ｚペレットの裏面に空気極（（Ｌａ0.8 Ｓｒ0.2 ）0.9
ＭｎＯ3 ）をスクリーン印刷し、１２００℃、４時間で
焼付けた。最後に参照極を１０００℃、２時間で焼付
け、本例１の性能評価用セルを得た。焼付けの際の昇降
温速度は、すべて２００℃／時間とした。バインダーと
しては、ポリエチレングリコールを用いた。なお電極用
ペーストの濃度は原料粉末とバインダーの総和に対する
原料粉末の重量％により表すと７１．４％であり、使用
した原料粉末の粒度はＳＥＭ写真によると、０．５〜３
μｍであった。さらにスクリーンのメッシュ及び前記電
極用ペーストの濃度のみを表１に記載の如くに変化させ
た外は本例１と同様の製造方法により、本例２〜５及び
比較例１、２の燃料極及び性能評価用セルを得た。なお
この比較例１の燃料極肉厚は１５μｍであった。さらに
比較の為に従来のＮｉ−ＹＳＺサーメット（ＹＳＺ割合
６０体積％）燃料極を表１に記載の条件の通常のスクリ
ーン印刷法にて作成し、従来例の性能評価用セルを得
た。
いてその製造方法を説明する。 実施例 ＳＯＦＣ用電極の製造 酢酸ニッケル４水和物（Ｎｉ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 ４Ｈ2
Ｏ、特級、和光純薬工業製）及び酢酸マグネシウム４水
和物（Ｍｇ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 ・４Ｈ2 ０、特級、キシ
ダ化学製）を種々のモル数比に秤量し、純水を加えた
後、マグネティックスターラーで攪拌し、０．５規定水
溶液を作製した。これらの水溶液を７５０〜８５０℃に
保った石英管中に約２ｃｃ／分の速度で滴下し、熱分解
を行った。その後１０００℃にて２４時間、空気中で熱
処理を施し、所定の粉末を得た。得られた粉末のＸ線チ
ャートをＸ線発生源として銅のＫαの線を用いて調べる
と、すべての粉末において岩塩型結晶の回折ピークのみ
が存在し、この回折ピークがＭｇ０の添加量増加につれ
て連続的に低角度側にシフトしていること、各々の回折
ピークが分離せずに１本であること、かつ回折ピークが
シャープであることから、上記製造方法で得られた粉末
はＮｉＯ成分とＭｇＯ成分が充分に固溶していることが
わかった。次に酢酸ニッケル４水和物と酢酸マグネシウ
ム４水和物のモル数比を８：２とした場合の上記粉末を
１４００℃において４時間仮焼して得た仮焼粉末にバイ
ンダーを添加し、１５分、自動乳鉢で攪拌し、電極用ペ
ーストを得た。この電極用ペーストを日本化学陶業社製
ＹＳＺペレット（直径１３ｍｍ、厚さ１ｍｍ）上にスク
リーン（♯（メッシュ）１００）印刷した。これを、１
４００℃、２時間で焼き付け、本例１の燃料極を得た。
この本例１の燃料極肉厚は凹部の薄いところで１０μ
ｍ、凸部の厚いところで５０μｍであった。次に、ＹＳ
Ｚペレットの裏面に空気極（（Ｌａ0.8 Ｓｒ0.2 ）0.9
ＭｎＯ3 ）をスクリーン印刷し、１２００℃、４時間で
焼付けた。最後に参照極を１０００℃、２時間で焼付
け、本例１の性能評価用セルを得た。焼付けの際の昇降
温速度は、すべて２００℃／時間とした。バインダーと
しては、ポリエチレングリコールを用いた。なお電極用
ペーストの濃度は原料粉末とバインダーの総和に対する
原料粉末の重量％により表すと７１．４％であり、使用
した原料粉末の粒度はＳＥＭ写真によると、０．５〜３
μｍであった。さらにスクリーンのメッシュ及び前記電
極用ペーストの濃度のみを表１に記載の如くに変化させ
た外は本例１と同様の製造方法により、本例２〜５及び
比較例１、２の燃料極及び性能評価用セルを得た。なお
この比較例１の燃料極肉厚は１５μｍであった。さらに
比較の為に従来のＮｉ−ＹＳＺサーメット（ＹＳＺ割合
６０体積％）燃料極を表１に記載の条件の通常のスクリ
ーン印刷法にて作成し、従来例の性能評価用セルを得
た。
【００２３】
【表１】
【００２４】燃料極表面形状の観察 実施例で作製した本例１及び比較例１の燃料極表面及び
断面を１００倍又は１０００倍の倍率にて走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）写真により比較観察した。図１０〜１２
に示される様に比較例１の電極表面はほぼ平面である
が、図７〜９に示される様に本例１の電極は１００倍の
倍率のＳＥＭ写真において明瞭に凸凹の表面を有してい
ることが観察でき、１０００倍の倍率ではさらに谷部に
おいて縦方向に微小な亀裂が生じていることがわかる。
断面を１００倍又は１０００倍の倍率にて走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）写真により比較観察した。図１０〜１２
に示される様に比較例１の電極表面はほぼ平面である
が、図７〜９に示される様に本例１の電極は１００倍の
倍率のＳＥＭ写真において明瞭に凸凹の表面を有してい
ることが観察でき、１０００倍の倍率ではさらに谷部に
おいて縦方向に微小な亀裂が生じていることがわかる。
【００２５】そして図９に示される様に凹部分の微小亀
裂は電極表面にとどまっていることがわかった。従っ
て、この微小亀裂が生じたことによって電極の電気特性
は損なわれなかったことがわかる。そしてこの微小亀裂
は電極作成時の高温により生じた熱応力が凹部に集中し
て生じたと考えられ、この微小亀裂が生じたことによっ
て通常は異種材料間にかかる熱応力が緩和されたと考え
られる。また本例２〜５の燃料極表面及び断面のＳＥＭ
写真からは本例１と同様の形状が観察され、一方、比較
例２及び従来例の燃料極表面及び断面のＳＥＭ写真から
は比較例１と同様にその電極表面の形状はほぼ平面であ
ることが観察された。
裂は電極表面にとどまっていることがわかった。従っ
て、この微小亀裂が生じたことによって電極の電気特性
は損なわれなかったことがわかる。そしてこの微小亀裂
は電極作成時の高温により生じた熱応力が凹部に集中し
て生じたと考えられ、この微小亀裂が生じたことによっ
て通常は異種材料間にかかる熱応力が緩和されたと考え
られる。また本例２〜５の燃料極表面及び断面のＳＥＭ
写真からは本例１と同様の形状が観察され、一方、比較
例２及び従来例の燃料極表面及び断面のＳＥＭ写真から
は比較例１と同様にその電極表面の形状はほぼ平面であ
ることが観察された。
【００２６】試験例 次に実施例で製造した本例１〜５、比較例１、２及び従
来例の性能評価用セルについて以下の試験を行い、それ
らの電気特性を比較した。
来例の性能評価用セルについて以下の試験を行い、それ
らの電気特性を比較した。
【００２７】試験例１ 電流遮断法により、２００ｍA ／ｃｍ2 発電時の本例、
比較例及び従来例のセルについてその分極値のη成分の
値を測定した。その結果を表２に示す。なお表２の数値
単位はｍＶである。
比較例及び従来例のセルについてその分極値のη成分の
値を測定した。その結果を表２に示す。なお表２の数値
単位はｍＶである。
【００２８】
【表２】
【００２９】表２に示される様に従来例に比べて本例の
分極値は約１／２に大きく改善された。また従来例を改
良した比較例１、２と比べても約０．７倍に改善され
た。
分極値は約１／２に大きく改善された。また従来例を改
良した比較例１、２と比べても約０．７倍に改善され
た。
【００３０】試験例２ 本例１、比較例１及び従来例のセルについて各々分極値
と電流密度との関係を測定し、図１３に示すターフェル
プロットを作成した。図１３中、各シンボルについては
白丸は本例１の、黒丸は比較例１の及び白い四角は従来
例の結果を各々示している。このターフェルプロットか
ら各セルの交換電流密度を算出したところ本例１は１
７．４、比較例１は６．８及び従来例は３．６（数値単
位は全てＡ／ｃｍ2 ）であった。従って本例１のセルは
交換電流密度についても従来例の約４．８倍に及び比較
例１の約２．６倍に大きく改善された。
と電流密度との関係を測定し、図１３に示すターフェル
プロットを作成した。図１３中、各シンボルについては
白丸は本例１の、黒丸は比較例１の及び白い四角は従来
例の結果を各々示している。このターフェルプロットか
ら各セルの交換電流密度を算出したところ本例１は１
７．４、比較例１は６．８及び従来例は３．６（数値単
位は全てＡ／ｃｍ2 ）であった。従って本例１のセルは
交換電流密度についても従来例の約４．８倍に及び比較
例１の約２．６倍に大きく改善された。
【００３１】
【発明の効果】請求項１のＳＯＦＣ用電極によると昇温
又は降温時に生じる熱応力が異種材料間にかかることが
緩和されるので、これに起因する電気特性の低下が抑制
される。 従って従来よりも電気特性の優れたＳＯＦＣ
用電極が得られる。請求項２のＳＯＦＣ用電極によると
電極の剥離の危険性がより少ない。従ってより電気特性
の優れたＳＯＦＣ電極が得られる。
又は降温時に生じる熱応力が異種材料間にかかることが
緩和されるので、これに起因する電気特性の低下が抑制
される。 従って従来よりも電気特性の優れたＳＯＦＣ
用電極が得られる。請求項２のＳＯＦＣ用電極によると
電極の剥離の危険性がより少ない。従ってより電気特性
の優れたＳＯＦＣ電極が得られる。
【図１】本発明の電極の形状の概念図。
【図２】本発明の電極の形状の概念図。
【図３】本発明の電極の形状の概念図。
【図４】本発明の電極の形状の概念図。
【図５】本発明の電極の形状の概念図。
【図６】本発明の電極の形状の概念図。
【図７】本例１の燃料極表面の結晶構造の倍率１００倍
の電子顕微鏡写真
の電子顕微鏡写真
【図８】本例１の燃料極表面の結晶構造の倍率１０００
倍の電子顕微鏡写真
倍の電子顕微鏡写真
【図９】本例１の燃料極断面の結晶構造の倍率１０００
倍の電子顕微鏡写真
倍の電子顕微鏡写真
【図１０】比較例１の燃料極表面の結晶構造の倍率１０
０倍の電子顕微鏡写真
０倍の電子顕微鏡写真
【図１１】比較例１の燃料極表面の結晶構造の倍率１０
００倍の電子顕微鏡写真
００倍の電子顕微鏡写真
【図１２】比較例１の燃料極断面の結晶構造の倍率１０
００倍の電子顕微鏡写真
００倍の電子顕微鏡写真
【図１３】本例１、比較例１及び従来例のセルについて
分極値と電流密度との関係を表すターフェルプロット
分極値と電流密度との関係を表すターフェルプロット
１ 固体電解質 ２ 電極 ３ 凹部分 ４ 切り欠き ５ 微小クラック ６ インターコネクター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 真司 名古屋市瑞穂区竹田町２丁目15番地 (72)発明者 坊ケ内丈仁 神戸市北区長尾町上津2429番地 (72)発明者 竹内 伸二 尼崎市若王寺３−11−20 (72)発明者 菊岡 泰平 尼崎市若王寺３−11−20 (72)発明者 江崎 義美 名古屋市緑区大高町字北関山20−１ (72)発明者 服部 雅俊 名古屋市緑区大高町字北関山20−１
Claims (2)
- 【請求項１】 応力集中部を有することを特徴とする固
体電解質型燃料電池用電極 - 【請求項２】 応力集中部が、応力が作用を及ぼす方向
が異種材料方向であることを特徴とする請求項１に記載
の固体電解質型燃料電池用電極
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273126A JPH0582135A (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 固体電解質型燃料電池用電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273126A JPH0582135A (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 固体電解質型燃料電池用電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582135A true JPH0582135A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=17523492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3273126A Pending JPH0582135A (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | 固体電解質型燃料電池用電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0582135A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005166510A (ja) * | 2003-12-03 | 2005-06-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質型燃料電池及び固体電解質型燃料電池の製造方法 |
| JP2006344486A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Japan Fine Ceramics Center | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
| JP2008004423A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Japan Fine Ceramics Center | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
| WO2008111570A1 (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-18 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 膜－電極接合体およびこれを用いた燃料電池 |
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| JP2009230962A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Dainippon Printing Co Ltd | 電解質膜−触媒層接合体、これを用いた電解質膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池、触媒層転写フィルム、並びに電解質膜−触媒層接合体の製造方法 |
| JP2011150959A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Ngk Insulators Ltd | 固体酸化物形燃料電池のセル |
| WO2012153446A1 (ja) * | 2011-05-11 | 2012-11-15 | 日本特殊陶業株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2013243156A (ja) * | 2013-08-05 | 2013-12-05 | Dainippon Printing Co Ltd | 電解質膜−触媒層接合体、これを用いた電解質膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池、触媒層転写フィルム、並びに電解質膜−触媒層接合体の製造方法 |
| JP5662612B1 (ja) * | 2013-08-27 | 2015-02-04 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| JP5981001B1 (ja) * | 2015-07-24 | 2016-08-31 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| JP5981000B1 (ja) * | 2015-07-24 | 2016-08-31 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| JP2018181572A (ja) * | 2017-04-11 | 2018-11-15 | 株式会社デンソー | 固体酸化物形燃料電池セルスタック |
| CN114175329A (zh) * | 2019-08-06 | 2022-03-11 | 株式会社村田制作所 | 固体氧化物型燃料电池用电解质片及固体氧化物型燃料电池用单体电池 |
-
1991
- 1991-09-24 JP JP3273126A patent/JPH0582135A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9853308B2 (en) | 2011-05-11 | 2017-12-26 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| WO2012153446A1 (ja) * | 2011-05-11 | 2012-11-15 | 日本特殊陶業株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2013243156A (ja) * | 2013-08-05 | 2013-12-05 | Dainippon Printing Co Ltd | 電解質膜−触媒層接合体、これを用いた電解質膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池、触媒層転写フィルム、並びに電解質膜−触媒層接合体の製造方法 |
| JP2015065151A (ja) * | 2013-08-27 | 2015-04-09 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| JP5662612B1 (ja) * | 2013-08-27 | 2015-02-04 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| JP5981001B1 (ja) * | 2015-07-24 | 2016-08-31 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
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| JP2017027853A (ja) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| JP2017027854A (ja) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
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