JPH0582146A - 固体電解質燃料電池用支持部材 - Google Patents
固体電解質燃料電池用支持部材Info
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- JPH0582146A JPH0582146A JP4019969A JP1996992A JPH0582146A JP H0582146 A JPH0582146 A JP H0582146A JP 4019969 A JP4019969 A JP 4019969A JP 1996992 A JP1996992 A JP 1996992A JP H0582146 A JPH0582146 A JP H0582146A
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- 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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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電解質ＹＳＺの熱膨張率に近く、かつ、熱伝
導率の大きな燃料電池用支持部材に適した材料を提供す
る。 【構成】 ＹＳＺを固体電解質として用いた燃料電池に
おける多孔質支持部材として、１００−Ａモル％ＭｇＯ
とＡモル％ＭｇＡｌ2Ｏ4とからなる（ただしＸ＝１４〜
６４）複合材料を用いたものである。図１に示すように
Ａ＝１４〜６４の範囲がＹＳＺと熱膨張率が近似してい
る。 【効果】 使用時の高温においても、又製作時において
も、電解質にクラックが発生することがなく、起電力が
低下するようなことがない。
導率の大きな燃料電池用支持部材に適した材料を提供す
る。 【構成】 ＹＳＺを固体電解質として用いた燃料電池に
おける多孔質支持部材として、１００−Ａモル％ＭｇＯ
とＡモル％ＭｇＡｌ2Ｏ4とからなる（ただしＸ＝１４〜
６４）複合材料を用いたものである。図１に示すように
Ａ＝１４〜６４の範囲がＹＳＺと熱膨張率が近似してい
る。 【効果】 使用時の高温においても、又製作時において
も、電解質にクラックが発生することがなく、起電力が
低下するようなことがない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気化学反応を行わ
せ、電気エネルギーを取り出す固体電解質燃料電池にお
ける電池支持部材の改良に関するものである。
せ、電気エネルギーを取り出す固体電解質燃料電池にお
ける電池支持部材の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、細長い環状の多孔性支持管の表面
に、内側環状電極、外側環状電極及びそれらの間に電解
質を備え、外側環状電極と電解質とを貫通して、そこに
内側電極の選定された区分に導電性接続部材を備えた第
１電池と第２電池とを互いに隣接して配置し、第１電池
の内側環状電極と第２電池の外側環状電極とが、第１電
池の導電性接続部材と、第１電池と第２電池との間に配
された金属フェルトを介して直列に接続してなる固体電
解質燃料電池が知られている（特開昭５７−１３０３８
１号公報参照）。
に、内側環状電極、外側環状電極及びそれらの間に電解
質を備え、外側環状電極と電解質とを貫通して、そこに
内側電極の選定された区分に導電性接続部材を備えた第
１電池と第２電池とを互いに隣接して配置し、第１電池
の内側環状電極と第２電池の外側環状電極とが、第１電
池の導電性接続部材と、第１電池と第２電池との間に配
された金属フェルトを介して直列に接続してなる固体電
解質燃料電池が知られている（特開昭５７−１３０３８
１号公報参照）。
【０００３】このような固体電解質燃料電池における支
持部材（上記例示のものにおいては支持管）としては、
従来アルミナからなるもの、又は特開昭６４−３３８５
３号公報に示されるようなカルシアで安定化したジルコ
ニア（ＣＳＺ）からなるものが知られている。
持部材（上記例示のものにおいては支持管）としては、
従来アルミナからなるもの、又は特開昭６４−３３８５
３号公報に示されるようなカルシアで安定化したジルコ
ニア（ＣＳＺ）からなるものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ナからなる支持管を用いた場合、支持管の表面に形成さ
れる電池部における電解質（イットリアで安定化したジ
ルコニア［ＹＳＺ］）と支持管のアルミナとの熱膨脹率
が異なるため、電池使用時（高温下）に、緻密に形成さ
れた電解質膜にクラックが生じ、燃料（例えば水素）の
漏れにより、外側電極側と内側電極側との濃度差が小さ
くなり（なお、通常燃料は内側電極、外側電極いずれの
側に供給されてもよい。）、化学ポテンシャルの差が小
さくなって、これにより起電力が小さくなる。又、水素
の漏れにより外側電極又は内側電極を構成している空気
極材が還元される。さらには洩れた水素が発熱し、局部
的に加熱され支持管にクラックが生じるなどの問題があ
る。
ナからなる支持管を用いた場合、支持管の表面に形成さ
れる電池部における電解質（イットリアで安定化したジ
ルコニア［ＹＳＺ］）と支持管のアルミナとの熱膨脹率
が異なるため、電池使用時（高温下）に、緻密に形成さ
れた電解質膜にクラックが生じ、燃料（例えば水素）の
漏れにより、外側電極側と内側電極側との濃度差が小さ
くなり（なお、通常燃料は内側電極、外側電極いずれの
側に供給されてもよい。）、化学ポテンシャルの差が小
さくなって、これにより起電力が小さくなる。又、水素
の漏れにより外側電極又は内側電極を構成している空気
極材が還元される。さらには洩れた水素が発熱し、局部
的に加熱され支持管にクラックが生じるなどの問題があ
る。
【０００５】又、ＣＳＺからなる支持管を用いた場合、
上記のような材料間の熱膨脹率の差による問題は生じな
いが、ＣＳＺは熱伝導率が小さいため、電池部を例えば
溶射などの手段によりＣＳＺ支持管に形成する場合、溶
射面においては特に高温となり、局部的に膨脹し、これ
またクラックが発生するという問題があるとともに、Ｃ
ＳＺそのものが高価であるという問題もある。
上記のような材料間の熱膨脹率の差による問題は生じな
いが、ＣＳＺは熱伝導率が小さいため、電池部を例えば
溶射などの手段によりＣＳＺ支持管に形成する場合、溶
射面においては特に高温となり、局部的に膨脹し、これ
またクラックが発生するという問題があるとともに、Ｃ
ＳＺそのものが高価であるという問題もある。
【０００６】そこで本発明は、電解質の材料として用い
られるＹＳＺの熱膨脹率に近く、かつ、熱伝導率が大き
な材料からなる固体電解質燃料電池用支持部材によって
上記課題を解決するものである。
られるＹＳＺの熱膨脹率に近く、かつ、熱伝導率が大き
な材料からなる固体電解質燃料電池用支持部材によって
上記課題を解決するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、内側電極と外
側電極との間にイットリアで安定化したジルコニアから
なる電解質を介在せしめた電池部を表面に形成してなる
固体電解質燃料電池用支持部材において、該支持部材を
１００−Ａモル％ＭｇＯとＡモル％ＭｇＡｌ2Ｏ4とから
なる（ただしＡ＝１４〜６４）複合材料をもって形成し
たことを特徴とする固体電解質燃料電池用支持部材であ
る。
側電極との間にイットリアで安定化したジルコニアから
なる電解質を介在せしめた電池部を表面に形成してなる
固体電解質燃料電池用支持部材において、該支持部材を
１００−Ａモル％ＭｇＯとＡモル％ＭｇＡｌ2Ｏ4とから
なる（ただしＡ＝１４〜６４）複合材料をもって形成し
たことを特徴とする固体電解質燃料電池用支持部材であ
る。
【０００８】上記支持部材用複合材料は、例えば（１０
０−Ｘ）モル％ＭｇＯとＸモル％Ａｌ2Ｏ3とからなる
（ただしＸ＝７〜３２）混合物を焼結することにより作
製される。
０−Ｘ）モル％ＭｇＯとＸモル％Ａｌ2Ｏ3とからなる
（ただしＸ＝７〜３２）混合物を焼結することにより作
製される。
【０００９】本発明の固体酸化物燃料電池用支持部材
は、ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3を焼結することにより作成された
ＭｇＯ−ＭｇＡｌ2Ｏ4を例にして、より詳細に説明す
る。
は、ＭｇＯとＡｌ2Ｏ3を焼結することにより作成された
ＭｇＯ−ＭｇＡｌ2Ｏ4を例にして、より詳細に説明す
る。
【００１０】ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3の焼結材料は、Ａｌ2Ｏ3
が５０モル％より少ない量の領域でＭｇＯ＋ＭｇＡｌ2
Ｏ4の複合材となる。このものの０〜１０００℃平均熱
膨脹率（×１０-6℃-1）は図１に示す曲線のとおりであ
る。図１中２点鎖線は、ＹＳＺの平均線膨脹率（１０．
５×１０-6℃-1）を示すが、この線と上記共焼結体との
交点は、ＭｇＡｌ2Ｏ4が３０モル％のところである。そ
こで、平均熱膨張率に対して上下に１程度の許容量をと
って、本発明におけるＭｇＡｌ2Ｏ4のモル％のＡ値は１
４〜６４と限定した。Ａ値がこの範囲を越えると、図１
から明らかなようにＹＳＺとの膨脹率の差が大きくな
り、初期の目的を達成し難くなる。すなわち、本発明に
おける支持部材の熱膨脹率は９．５〜１１．５×１０-6
℃-1の範囲のものである。その他、本発明における支持
部材は熱伝導率が大きく、絶縁性は＞１０5Ω・ｃｍで
あり、反応性がないため還元されにくく、又、価格も低
簾である。
が５０モル％より少ない量の領域でＭｇＯ＋ＭｇＡｌ2
Ｏ4の複合材となる。このものの０〜１０００℃平均熱
膨脹率（×１０-6℃-1）は図１に示す曲線のとおりであ
る。図１中２点鎖線は、ＹＳＺの平均線膨脹率（１０．
５×１０-6℃-1）を示すが、この線と上記共焼結体との
交点は、ＭｇＡｌ2Ｏ4が３０モル％のところである。そ
こで、平均熱膨張率に対して上下に１程度の許容量をと
って、本発明におけるＭｇＡｌ2Ｏ4のモル％のＡ値は１
４〜６４と限定した。Ａ値がこの範囲を越えると、図１
から明らかなようにＹＳＺとの膨脹率の差が大きくな
り、初期の目的を達成し難くなる。すなわち、本発明に
おける支持部材の熱膨脹率は９．５〜１１．５×１０-6
℃-1の範囲のものである。その他、本発明における支持
部材は熱伝導率が大きく、絶縁性は＞１０5Ω・ｃｍで
あり、反応性がないため還元されにくく、又、価格も低
簾である。
【００１１】以上は特にＭｇＯとＡｌ2Ｏ3から作成され
たＭｇＯ−ＭｇＡｌ2Ｏ4について述べたが、上記比率の
ＭｇＯとＭｇＡｌ2Ｏ4よりなる本発明の複合体はＭｇＯ
とＭｇＡｌ2Ｏ4又はＭｇ（ＯＨ）2とＡｌ（ＯＨ）3等の
他の材料からも作成できる。
たＭｇＯ−ＭｇＡｌ2Ｏ4について述べたが、上記比率の
ＭｇＯとＭｇＡｌ2Ｏ4よりなる本発明の複合体はＭｇＯ
とＭｇＡｌ2Ｏ4又はＭｇ（ＯＨ）2とＡｌ（ＯＨ）3等の
他の材料からも作成できる。
【００１２】
【実施例】以下実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】図２はその一例で、１は本発明に係る多孔
質からなる基部材（支持部材）で、ＭｇＡｌ2Ｏ4が３０
モル％のＭｇＯ＋ＭｇＡｌ2Ｏ4複合材よりなる。この基
部材１の表面に１００μｍのＮｉ−ジルコニアサーメッ
トからなる内側電極２、１００μｍのＹＳＺからなる電
解質３、１００μｍのＳｒをドープしたＬａＭｎＯ3か
らなる外側電極４を積層して電池部Ａとしたものであ
る。
質からなる基部材（支持部材）で、ＭｇＡｌ2Ｏ4が３０
モル％のＭｇＯ＋ＭｇＡｌ2Ｏ4複合材よりなる。この基
部材１の表面に１００μｍのＮｉ−ジルコニアサーメッ
トからなる内側電極２、１００μｍのＹＳＺからなる電
解質３、１００μｍのＳｒをドープしたＬａＭｎＯ3か
らなる外側電極４を積層して電池部Ａとしたものであ
る。
【００１４】図３は、厚さ３ｍｍからなる緻密質からな
る基板Ｂ上の両面に厚さ０．５ｍｍの多孔質からなる基
部材１を中空部５を形成するように設け、基板Ｂと基部
材１とにより本発明に係る支持部材を構成し、その上に
図２と同様の層構成で電池部Ａを形成し、内側電極２の
基板Ｂとの接触部分から、同一電池部Ａを構成する電解
質３を貫通して、隣接する電池部Ａの外側電極４と接続
する導電性接続部材６を設け、各電池部Ａ同士を直列に
連続してなるものである。
る基板Ｂ上の両面に厚さ０．５ｍｍの多孔質からなる基
部材１を中空部５を形成するように設け、基板Ｂと基部
材１とにより本発明に係る支持部材を構成し、その上に
図２と同様の層構成で電池部Ａを形成し、内側電極２の
基板Ｂとの接触部分から、同一電池部Ａを構成する電解
質３を貫通して、隣接する電池部Ａの外側電極４と接続
する導電性接続部材６を設け、各電池部Ａ同士を直列に
連続してなるものである。
【００１５】図４は、緻密質からなる基板Ｂに凹陷部７
を設け、この凹陷部７の開口部に多孔質からなる基部材
１を中空部５を設けるように嵌合して本発明の支持部材
を構成し、その上に内側電極２、電解質３、外側電極４
を順次積層して電池部Ａとしたものである。そして１つ
の電池部Ａの内側電極３と隣接する電池部Ａの外側電極
４とを導電性接続部材６で連結したものである。
を設け、この凹陷部７の開口部に多孔質からなる基部材
１を中空部５を設けるように嵌合して本発明の支持部材
を構成し、その上に内側電極２、電解質３、外側電極４
を順次積層して電池部Ａとしたものである。そして１つ
の電池部Ａの内側電極３と隣接する電池部Ａの外側電極
４とを導電性接続部材６で連結したものである。
【００１６】図５は、図４における多孔質からなる基部
材１と緻密質からなる基板Ｂとを一体にして多孔質から
なる支持部材とし、本発明に係るＭｇＯ＋ＭｇＡｌ2Ｏ4
複合材によって形成したものである。
材１と緻密質からなる基板Ｂとを一体にして多孔質から
なる支持部材とし、本発明に係るＭｇＯ＋ＭｇＡｌ2Ｏ4
複合材によって形成したものである。
【００１７】図６は、多孔質からなる基部材１を基板Ｂ
の凹陷部７の開口部に形成した段部８に載置するように
して安定化したものである。
の凹陷部７の開口部に形成した段部８に載置するように
して安定化したものである。
【００１８】図７は、多孔質からなる基部材１の断面を
多角形に形成した変型例である。
多角形に形成した変型例である。
【００１９】図８は、ＭｇＯ＋ＭｇＡｌ2Ｏ4複合材によ
って、中空部５を有するものを押出し成形し、電池部Ａ
を形成する部分に適宜間隔に穴を開け、本発明に係る緻
密質からなる基板Ｂ（支持部材）を形成し、上記穴を開
けた部分に内側電極２を配し、その上に電解質３、外側
電極４を積層したものである。
って、中空部５を有するものを押出し成形し、電池部Ａ
を形成する部分に適宜間隔に穴を開け、本発明に係る緻
密質からなる基板Ｂ（支持部材）を形成し、上記穴を開
けた部分に内側電極２を配し、その上に電解質３、外側
電極４を積層したものである。
【００２０】
【発明の効果】本発明におけるＭｇＯ＋ＭｇＡｌ2Ｏ4複
合材料は固体電解質であるＹＳＺと熱膨脹率がほぼ近似
しているため、電池使用時の高温下において電解質にク
ラックが生じて燃料洩れが生じるようなことがなく、起
電力の低下を来すようなことがない。その上、熱伝導率
が大きく、絶縁性も＞１０5Ω・ｃｍであり、反応性も
なく、しかも低簾であるため、固体電解質燃料電池用支
持部材として好適である。
合材料は固体電解質であるＹＳＺと熱膨脹率がほぼ近似
しているため、電池使用時の高温下において電解質にク
ラックが生じて燃料洩れが生じるようなことがなく、起
電力の低下を来すようなことがない。その上、熱伝導率
が大きく、絶縁性も＞１０5Ω・ｃｍであり、反応性も
なく、しかも低簾であるため、固体電解質燃料電池用支
持部材として好適である。
【図１】本発明で用いられＭｇＯ−ＭｇＡｌ2Ｏ4共焼結
体のＭｇＡｌ2Ｏ4濃度と平均線膨脹率の関係を示すグラ
フである。
体のＭｇＡｌ2Ｏ4濃度と平均線膨脹率の関係を示すグラ
フである。
【図２】本発明の実施例を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施例を説明する断面図である。
【図４】本発明の実施例を説明する断面図である。
【図５】本発明の実施例を説明する断面図である。
【図６】本発明の実施例を説明する断面図である。
【図７】本発明の実施例を説明する断面図である。
【図８】本発明の実施例を説明する断面図である。
１ 基部材 ２ 内側電極 ３ 電解質 ４ 外側電極 ５ 中空部 ６ 導電性接続部材 ７ 凹陷部 ８ 段部 Ａ 電池部 Ｂ 基板
Claims (2)
- 【請求項１】 内側電極と外側電極との間にイットリア
で安定化したジルコニアからなる電解質を介在せしめた
電池部を表面に形成してなる固体電解質燃料電池用支持
部材において、該支持部材を１００−Ａモル％ＭｇＯと
Ａモル％ＭｇＡｌ2Ｏ4とからなる（ただしＡ＝１４〜６
４）複合材料をもって形成したことを特徴とする固体電
解質燃料電池用支持部材。 - 【請求項２】 複合材料が（１００−Ｘ）モル％ＭｇＯ
とＸモル％Ａｌ2Ｏ3とからなる（ただしＸ＝７〜３２）
共焼結材料である請求項１記載の固体電解質燃料電池用
支持部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4019969A JP2948399B2 (ja) | 1991-02-07 | 1992-02-05 | 固体電解質燃料電池用支持部材 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-36505 | 1991-02-07 | ||
| JP3650591 | 1991-02-07 | ||
| JP4019969A JP2948399B2 (ja) | 1991-02-07 | 1992-02-05 | 固体電解質燃料電池用支持部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582146A true JPH0582146A (ja) | 1993-04-02 |
| JP2948399B2 JP2948399B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=26356852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4019969A Expired - Fee Related JP2948399B2 (ja) | 1991-02-07 | 1992-02-05 | 固体電解質燃料電池用支持部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2948399B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05275106A (ja) * | 1992-03-27 | 1993-10-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JPH08269760A (ja) * | 1995-03-29 | 1996-10-15 | Agency Of Ind Science & Technol | 円筒型高温水蒸気電解セル |
| US6269012B1 (en) | 1999-06-29 | 2001-07-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Energy efficient power supply with light-load detection |
| JP2005340164A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-12-08 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池の支持基体 |
| JP2011181291A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2013258157A (ja) * | 2013-08-26 | 2013-12-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
-
1992
- 1992-02-05 JP JP4019969A patent/JP2948399B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05275106A (ja) * | 1992-03-27 | 1993-10-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JPH08269760A (ja) * | 1995-03-29 | 1996-10-15 | Agency Of Ind Science & Technol | 円筒型高温水蒸気電解セル |
| US6269012B1 (en) | 1999-06-29 | 2001-07-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Energy efficient power supply with light-load detection |
| JP2005340164A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-12-08 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池の支持基体 |
| JP2011181291A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2013258157A (ja) * | 2013-08-26 | 2013-12-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2948399B2 (ja) | 1999-09-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |