JPH0589883A - 固体電解質型燃料電池の燃料極の形成方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の燃料極の形成方法Info
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- JPH0589883A JPH0589883A JP3273280A JP27328091A JPH0589883A JP H0589883 A JPH0589883 A JP H0589883A JP 3273280 A JP3273280 A JP 3273280A JP 27328091 A JP27328091 A JP 27328091A JP H0589883 A JPH0589883 A JP H0589883A
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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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料極を構成する金属粒子の良好な分散状態
を確保し、焼成時、および発電時の金属粒子の凝集と、
還元時における燃料極内の導電性固体電解質粒子の金属
粒子からの剥離を防止し、活性の高い燃料極を形成す
る。 【構成】 Ｎｉ粒子の表面にＹＳＺ粒子を衝撃式打撃法
により埋設させ、このＮｉ−ＹＳＺ複合体をエタノール
などの揮発性の分散媒に懸濁させ、スラリーとする。こ
のスラリーを中心となる固体電解質層上に塗布し、１４
００〜１５００℃で大気中で焼成し、厚さ３０〜１００
μｍの多孔質焼結体とする。これを発電時、８００〜１
０００℃において燃料ガスを通し、酸化ニッケルを還元
して燃料極を得る。
を確保し、焼成時、および発電時の金属粒子の凝集と、
還元時における燃料極内の導電性固体電解質粒子の金属
粒子からの剥離を防止し、活性の高い燃料極を形成す
る。 【構成】 Ｎｉ粒子の表面にＹＳＺ粒子を衝撃式打撃法
により埋設させ、このＮｉ−ＹＳＺ複合体をエタノール
などの揮発性の分散媒に懸濁させ、スラリーとする。こ
のスラリーを中心となる固体電解質層上に塗布し、１４
００〜１５００℃で大気中で焼成し、厚さ３０〜１００
μｍの多孔質焼結体とする。これを発電時、８００〜１
０００℃において燃料ガスを通し、酸化ニッケルを還元
して燃料極を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池の
燃料極、特にサーメット燃料極の形成方法に関する。
燃料極、特にサーメット燃料極の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、酸素と水素を燃料として、燃料が
本来持っている化学エネルギーを直接電気エネルギーに
変換する燃料電池が、省資源、環境保護などの観点から
注目されており、特に固体電解質型燃料電池は、動作温
度が８００〜１０００℃と高いことから、リン酸型、溶
融炭酸塩型の燃料電池に比べて原理的に発電効率が高
く、排熱を有効にでき、構成材料が全て固体であり取扱
が容易であるなどの多くの利点を有するため、実用化が
進んできている。
本来持っている化学エネルギーを直接電気エネルギーに
変換する燃料電池が、省資源、環境保護などの観点から
注目されており、特に固体電解質型燃料電池は、動作温
度が８００〜１０００℃と高いことから、リン酸型、溶
融炭酸塩型の燃料電池に比べて原理的に発電効率が高
く、排熱を有効にでき、構成材料が全て固体であり取扱
が容易であるなどの多くの利点を有するため、実用化が
進んできている。
【０００３】図８は固体電解質型燃料電池の構成を概略
的に示したもので、中心となる固体電解質層（以下、中
心固体電解質層という）１と、その両側に配置される２
つの電極、すなわち燃料極２と空気極３とにより構成さ
れている。そして、燃料極２側に水素（Ｈ2 ）、メタン
（ＣＨ4 ）などの燃料ガスを供給し、空気極３側に空
気、酸素（Ｏ2 ）などの酸化剤を供給すると、中心固体
電解質層１と燃料極２との界面４、中心固体電解質層１
と空気極３との界面５では、それぞれ次のような反応が
起こり、 界面４： ２Ｏ2-＋２Ｈ2 → ２Ｈ2 Ｏ＋４ｅ- 界面５： Ｏ2 ＋４ｅ- →２Ｏ2- この反応により両極間に起電力が発生し、負荷６に電流
が流れるよう構成されている。
的に示したもので、中心となる固体電解質層（以下、中
心固体電解質層という）１と、その両側に配置される２
つの電極、すなわち燃料極２と空気極３とにより構成さ
れている。そして、燃料極２側に水素（Ｈ2 ）、メタン
（ＣＨ4 ）などの燃料ガスを供給し、空気極３側に空
気、酸素（Ｏ2 ）などの酸化剤を供給すると、中心固体
電解質層１と燃料極２との界面４、中心固体電解質層１
と空気極３との界面５では、それぞれ次のような反応が
起こり、 界面４： ２Ｏ2-＋２Ｈ2 → ２Ｈ2 Ｏ＋４ｅ- 界面５： Ｏ2 ＋４ｅ- →２Ｏ2- この反応により両極間に起電力が発生し、負荷６に電流
が流れるよう構成されている。
【０００４】ところで、固体電解質型燃料電池の作動温
度は、上記のように８００〜１０００℃と高いため、各
構成材料の熱膨張率の差による電池の破壊が生じないよ
うに、燃料極２、空気極３の材料としては、中心固体電
解質層１と同程度の熱膨張率の物質が用いられており、
燃料極２には、一般に、Ｎｉ−イットリア添加ジルコニ
ア（以下、ＹＳＺと云うことがある）サーメットが用い
られている。
度は、上記のように８００〜１０００℃と高いため、各
構成材料の熱膨張率の差による電池の破壊が生じないよ
うに、燃料極２、空気極３の材料としては、中心固体電
解質層１と同程度の熱膨張率の物質が用いられており、
燃料極２には、一般に、Ｎｉ−イットリア添加ジルコニ
ア（以下、ＹＳＺと云うことがある）サーメットが用い
られている。
【０００５】Ｎｉ−ＹＳＺサーメットの形成は、従来、
Ｎｉ粉体、またはＮｉ０粉体（以下、Ｎｉ粒子の例で説
明する）とＹＳＺ粉体とをミキサー型やボールミル型の
攪拌機などを使って機械的に混合し、この混合体を焼成
していた。
Ｎｉ粉体、またはＮｉ０粉体（以下、Ｎｉ粒子の例で説
明する）とＹＳＺ粉体とをミキサー型やボールミル型の
攪拌機などを使って機械的に混合し、この混合体を焼成
していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は、Ｎｉ粒子の分散状態が悪く、焼成時や発電時にＮｉ
粒子が凝集し、燃料極２の活性が低下するという問題が
あった。
は、Ｎｉ粒子の分散状態が悪く、焼成時や発電時にＮｉ
粒子が凝集し、燃料極２の活性が低下するという問題が
あった。
【０００７】そこで、本出願人は、この問題点を解決す
べく、Ｎｉ粒子をＹＳＺで被覆し、これを溶剤に懸濁さ
せてスラリーとし、スラリーを中心固体電解質層１に塗
布して焼成し、還元することにより、ＹＳＺ膜に亀裂を
生じさせてＮｉ粒子を露出させてＮｉ粒子同士を焼結さ
せると共に、焼成により酸化されたＮｉ粒子を還元する
ことによりＮｉ粒子同士が電流パスを維持するようにす
る方法を提案した（特願平２−３１６１６８号）。
べく、Ｎｉ粒子をＹＳＺで被覆し、これを溶剤に懸濁さ
せてスラリーとし、スラリーを中心固体電解質層１に塗
布して焼成し、還元することにより、ＹＳＺ膜に亀裂を
生じさせてＮｉ粒子を露出させてＮｉ粒子同士を焼結さ
せると共に、焼成により酸化されたＮｉ粒子を還元する
ことによりＮｉ粒子同士が電流パスを維持するようにす
る方法を提案した（特願平２−３１６１６８号）。
【０００８】しかし、この方法では、還元の際にＹＳＺ
粒子がＮｉ粒子から剥離してしまう恐れがあることが判
明した。
粒子がＮｉ粒子から剥離してしまう恐れがあることが判
明した。
【０００９】本発明は、このような点にかんがみてなさ
れたもので、その目的は、燃料極を構成する金属粒子の
良好な分散状態を確保し、焼成時、および発電時の金属
粒子の凝集と、還元時における燃料極内の導電性固体電
解質粒子の金属粒子からの剥離を防止し、活性の高い燃
料極を形成することである。
れたもので、その目的は、燃料極を構成する金属粒子の
良好な分散状態を確保し、焼成時、および発電時の金属
粒子の凝集と、還元時における燃料極内の導電性固体電
解質粒子の金属粒子からの剥離を防止し、活性の高い燃
料極を形成することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による固体電解質型燃料電池の燃料極の形成
方法は、導電性の固体電解質粒子を衝撃式打撃法により
金属粒子の表面に埋設させ、前記固体電解質粒子が埋設
された前記金属粒子を溶剤に懸濁させてスラリーとし、
該スラリーを中心となる固体電解質層の片面に塗布して
焼成し、焼成により酸化された前記金属粒子を還元する
ようにしている。
め、本発明による固体電解質型燃料電池の燃料極の形成
方法は、導電性の固体電解質粒子を衝撃式打撃法により
金属粒子の表面に埋設させ、前記固体電解質粒子が埋設
された前記金属粒子を溶剤に懸濁させてスラリーとし、
該スラリーを中心となる固体電解質層の片面に塗布して
焼成し、焼成により酸化された前記金属粒子を還元する
ようにしている。
【００１１】
【作用】例えば、イットリア添加ジルコニア（ＹＳＺ）
粉体と、ニッケル粉体とを所定の衝撃式粉砕機の中に投
入してＹＳＺ粒子を衝撃式打撃法によりニッケル粒子の
表面に埋設させる。すると、ニッケル粒子の表面にＹＳ
Ｚ粒子が均一、かつ深く埋設される。
粉体と、ニッケル粉体とを所定の衝撃式粉砕機の中に投
入してＹＳＺ粒子を衝撃式打撃法によりニッケル粒子の
表面に埋設させる。すると、ニッケル粒子の表面にＹＳ
Ｚ粒子が均一、かつ深く埋設される。
【００１２】このＮｉ−ＹＳＺ複合体を溶剤に懸濁させ
てスラリーとし、このスラリーを中心となる固体電解質
層の片面に塗布して焼成し、焼成により酸化されたニッ
ケル粒子を還元する。すると、焼成時にニッケル粒子は
良好な電流パスを維持したまま凝集、粒成長せず、多孔
質でニッケル粒子の分散性の良い燃料極が得られる。
てスラリーとし、このスラリーを中心となる固体電解質
層の片面に塗布して焼成し、焼成により酸化されたニッ
ケル粒子を還元する。すると、焼成時にニッケル粒子は
良好な電流パスを維持したまま凝集、粒成長せず、多孔
質でニッケル粒子の分散性の良い燃料極が得られる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。
明する。
【００１４】本実施例では、次のようにして燃料極２を
形成した。 （１） まず、０．５〜２０μｍのＮｉ粒子の表面に粒
径０．１〜１μｍのＹＳＺ粒子を衝撃式打撃法により埋
設させる（図１（ａ）、（ｂ）参照）。衝撃式打撃法に
ついては後述する。 （２） 次に、このＮｉとＹＳＺとの複合粒子をエタノ
ール、プロパノールなどの揮発性の分散媒に懸濁させて
スラリーとする（図１（ｃ）参照）。 （３） そして、このスラリーを中心固体電解質層（Ｙ
ＳＺの層）１の片面に塗布し（図１（ｄ）参照）、大気
中で焼成して厚さ３０〜１００μｍの多孔質焼結体（サ
ーメット）とする（図１（ｅ）参照）。 （４） 最後に、 発電時に８００〜１０００℃におい
て、燃料ガスを通して焼成により得られた酸化ニッケル
を還元して燃料極２を形成する。このように、酸化ニッ
ケルの還元は、それのみを目的として特別に行うことな
く、発電時に供給される燃料ガスにより行った（図１
（ｆ）参照）。
形成した。 （１） まず、０．５〜２０μｍのＮｉ粒子の表面に粒
径０．１〜１μｍのＹＳＺ粒子を衝撃式打撃法により埋
設させる（図１（ａ）、（ｂ）参照）。衝撃式打撃法に
ついては後述する。 （２） 次に、このＮｉとＹＳＺとの複合粒子をエタノ
ール、プロパノールなどの揮発性の分散媒に懸濁させて
スラリーとする（図１（ｃ）参照）。 （３） そして、このスラリーを中心固体電解質層（Ｙ
ＳＺの層）１の片面に塗布し（図１（ｄ）参照）、大気
中で焼成して厚さ３０〜１００μｍの多孔質焼結体（サ
ーメット）とする（図１（ｅ）参照）。 （４） 最後に、 発電時に８００〜１０００℃におい
て、燃料ガスを通して焼成により得られた酸化ニッケル
を還元して燃料極２を形成する。このように、酸化ニッ
ケルの還元は、それのみを目的として特別に行うことな
く、発電時に供給される燃料ガスにより行った（図１
（ｆ）参照）。
【００１５】ここで、衝撃式打撃法について簡単に説明
する。衝撃式打撃法は、特開昭６２−８３０２９号に
「固体粒子の表面改質方法とその装置」として開示され
た技術であり、核となる粒子（母粒子）の表面に微粒子
（子粒子）を埋設または固着させるに当たり、ケーシン
グ内で回転盤を回転させて高速循環気流を発生させ、こ
の高速循環気流中に予め母粒子の表面に子粒子を付着さ
せた被処理粉体を投入して高速循環させ、この高速循環
の過程で衝撃ピンや衝突リングに被処理粉体を衝突させ
て打撃を与えることにより、母粒子と子粒子との分散
（混合）状態を均一化すると共に、母粒子表面に対する
子粒子の定着力を強化するようにしたものである。
する。衝撃式打撃法は、特開昭６２−８３０２９号に
「固体粒子の表面改質方法とその装置」として開示され
た技術であり、核となる粒子（母粒子）の表面に微粒子
（子粒子）を埋設または固着させるに当たり、ケーシン
グ内で回転盤を回転させて高速循環気流を発生させ、こ
の高速循環気流中に予め母粒子の表面に子粒子を付着さ
せた被処理粉体を投入して高速循環させ、この高速循環
の過程で衝撃ピンや衝突リングに被処理粉体を衝突させ
て打撃を与えることにより、母粒子と子粒子との分散
（混合）状態を均一化すると共に、母粒子表面に対する
子粒子の定着力を強化するようにしたものである。
【００１６】この衝撃式打撃法を活用して、上記（１）
のようにＮｉ粒子の表面にＹＳＺ粒子を埋設させたとこ
ろ、図２の電子顕微鏡写真に示したようなＮｉ−ＹＳＺ
複合体が得られた。図３は図２のＮｉ−ＹＳＺ複合体に
ついてエネルギー分散型Ｘ線分析（面分析）によりＮｉ
の分析を行ったもので、白い部分がＮｉである。すなわ
ち、図２において、表面に凸凹のある部分がＮｉ粒子、
滑らかな部分がＹＳＺ粒子であり、Ｎｉ粒子の表面にＹ
ＳＺ粒子が均一、かつ深く埋設されており、ＹＳＺ粒子
がＮｉ粒子から剥離しにくくなっていることがよくわか
る。
のようにＮｉ粒子の表面にＹＳＺ粒子を埋設させたとこ
ろ、図２の電子顕微鏡写真に示したようなＮｉ−ＹＳＺ
複合体が得られた。図３は図２のＮｉ−ＹＳＺ複合体に
ついてエネルギー分散型Ｘ線分析（面分析）によりＮｉ
の分析を行ったもので、白い部分がＮｉである。すなわ
ち、図２において、表面に凸凹のある部分がＮｉ粒子、
滑らかな部分がＹＳＺ粒子であり、Ｎｉ粒子の表面にＹ
ＳＺ粒子が均一、かつ深く埋設されており、ＹＳＺ粒子
がＮｉ粒子から剥離しにくくなっていることがよくわか
る。
【００１７】このようなＮｉ−ＹＳＺ複合体を用いて、
上記（２）〜（４）のようにして燃料極２を形成したと
ころ、図４の電子顕微鏡写真に示したようなＮｉ−ＹＳ
Ｚサーメットが得られた。すなわち、図４において、白
く見える部分が表面にＹＳＺが埋設されたＮｉ粒子、黒
く見える部分が孔であり、良好な電流パスを維持したま
ま凝集、粒成長せず、多孔質でＮｉ粒子の分散性が良
く、Ｎｉ粒子の濃度も高い良好な燃料極２となっている
ことがよくわかる。
上記（２）〜（４）のようにして燃料極２を形成したと
ころ、図４の電子顕微鏡写真に示したようなＮｉ−ＹＳ
Ｚサーメットが得られた。すなわち、図４において、白
く見える部分が表面にＹＳＺが埋設されたＮｉ粒子、黒
く見える部分が孔であり、良好な電流パスを維持したま
ま凝集、粒成長せず、多孔質でＮｉ粒子の分散性が良
く、Ｎｉ粒子の濃度も高い良好な燃料極２となっている
ことがよくわかる。
【００１８】このようにＮｉ粒子との分散性が良くＮｉ
粒子が凝集していないため、３相境界が長くなってお
り、反応サイトが増加しているため、分極が低減される
などして燃料極２の性能が良くなる。また、ガスの透過
性が良いので、燃料極２での電池反応が活性化し電極性
能が向上する。さらに、原料としてのＮｉ粒子は分散性
が良く微粒子となっているので、焼成時におけるＮｉ粒
子の熱膨張が小さくなり、Ｎｉ粒子の表面に深く埋設さ
れたＹＳＺ粒子は還元の際にもＮｉ粒子から剥離するこ
とはない。
粒子が凝集していないため、３相境界が長くなってお
り、反応サイトが増加しているため、分極が低減される
などして燃料極２の性能が良くなる。また、ガスの透過
性が良いので、燃料極２での電池反応が活性化し電極性
能が向上する。さらに、原料としてのＮｉ粒子は分散性
が良く微粒子となっているので、焼成時におけるＮｉ粒
子の熱膨張が小さくなり、Ｎｉ粒子の表面に深く埋設さ
れたＹＳＺ粒子は還元の際にもＮｉ粒子から剥離するこ
とはない。
【００１９】次に、上記のようにして燃料極２を形成す
る場合において、燃料極２の電極性能に及ぼすＮｉ粒径
とＹＳＺ濃度との関係を図５、図６に基づいて説明す
る。
る場合において、燃料極２の電極性能に及ぼすＮｉ粒径
とＹＳＺ濃度との関係を図５、図６に基づいて説明す
る。
【００２０】図５の燃料極２の性能データは、粒径が
２．５μｍ、７．０μｍ、８．５μｍの各Ｎｉ粒子に対
して粒径０．１７μｍのＹＳＺ粒子を各種濃度で衝撃式
打撃法により埋設させた原料を１４５０℃で焼成した燃
料極２と、中心固体電解質層１とにより構成した半電池
を１０００℃で発電させた場合の燃料極２の過電圧を測
定したものである。また、図６のデータは、粒径０．１
７μｍのＹＳＺ粒子を１０重量％、２０重量％、３０重
量％で各種粒径のＮｉ粒子に衝撃式打撃法にて埋設させ
た原料を１４５０℃で焼成した燃料極２と、中心固体電
解質層１とにより構成した半電池を１０００℃で発電さ
せた場合の燃料極２の過電圧を測定したものである。
２．５μｍ、７．０μｍ、８．５μｍの各Ｎｉ粒子に対
して粒径０．１７μｍのＹＳＺ粒子を各種濃度で衝撃式
打撃法により埋設させた原料を１４５０℃で焼成した燃
料極２と、中心固体電解質層１とにより構成した半電池
を１０００℃で発電させた場合の燃料極２の過電圧を測
定したものである。また、図６のデータは、粒径０．１
７μｍのＹＳＺ粒子を１０重量％、２０重量％、３０重
量％で各種粒径のＮｉ粒子に衝撃式打撃法にて埋設させ
た原料を１４５０℃で焼成した燃料極２と、中心固体電
解質層１とにより構成した半電池を１０００℃で発電さ
せた場合の燃料極２の過電圧を測定したものである。
【００２１】これら性能データから、次のようなことが
分かる。すなわち、過電圧の大きさは、発電時の電気化
学反応に起因する電圧損失に対応することから過電圧が
小さいほど電池性能が良いということが言えるため、図
５、図６からは、ＹＳＺ粒子の重量％の如何に拘らず、
Ｎｉ粒子とＹＳＺ粒子との粒径の比が、７．０：０．１
７の場合に最も電極性能の良い燃料極２が得られること
が分かる。また、粒径比の如何にかかわらず、ＹＳＺの
重量％が２０％前後の場合に最も電極性能が良くなるこ
とが分かる。
分かる。すなわち、過電圧の大きさは、発電時の電気化
学反応に起因する電圧損失に対応することから過電圧が
小さいほど電池性能が良いということが言えるため、図
５、図６からは、ＹＳＺ粒子の重量％の如何に拘らず、
Ｎｉ粒子とＹＳＺ粒子との粒径の比が、７．０：０．１
７の場合に最も電極性能の良い燃料極２が得られること
が分かる。また、粒径比の如何にかかわらず、ＹＳＺの
重量％が２０％前後の場合に最も電極性能が良くなるこ
とが分かる。
【００２２】次に、上記のようにして燃料極２を形成す
る場合において、燃料極２の電極性能に及ぼす焼成温度
の影響を図７に基づいて説明する。
る場合において、燃料極２の電極性能に及ぼす焼成温度
の影響を図７に基づいて説明する。
【００２３】図７の燃料極２の性能データは、粒径０．
１７μｍのＹＳＺ粒子を粒径７．０μｍのＮｉ粒子に対
して、重量％比が２０：８０になるように衝撃式打撃法
で埋設した原料を各種温度で焼成して得られた各燃料極
２と、中心固体電解質層１とにより構成した半電池を１
０００℃で発電させた場合の燃料極２の過電圧を測定し
たものであり、本図は、１４５０℃で焼成した場合に燃
料極２の電極性能が最も良くなることを示している。
１７μｍのＹＳＺ粒子を粒径７．０μｍのＮｉ粒子に対
して、重量％比が２０：８０になるように衝撃式打撃法
で埋設した原料を各種温度で焼成して得られた各燃料極
２と、中心固体電解質層１とにより構成した半電池を１
０００℃で発電させた場合の燃料極２の過電圧を測定し
たものであり、本図は、１４５０℃で焼成した場合に燃
料極２の電極性能が最も良くなることを示している。
【００２４】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
となく、中心固体電解質層１、燃料極２の原材料として
は各種の物質を用いることができるので、それら物質を
列挙しておく。
となく、中心固体電解質層１、燃料極２の原材料として
は各種の物質を用いることができるので、それら物質を
列挙しておく。
【００２５】（１）中心固体電解質層１の材料 （ａ）固体電解質［固溶（ドープ）される前の物質］ 酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）、酸化セリウム（ＣｅＯ
2 ） 酸化トリウム（ＴｒＯ2 ） （ｂ）固溶（ドープ）する物質 酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）、酸化カルシウム（Ｃａ
Ｏ） 酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリビウム（Ｙ
ｂ2 Ｏ3 ） 酸化スカンジウム（Ｓｃ2 Ｏ3 ）、酸化ネオジウム（Ｎ
ｄ2 Ｏ3 ） 酸化ガドリウム（Ｇｄ2 Ｏ3 ） （２）燃料極２の材料 （ａ）金属 ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ル
テニウム（Ｒｕ） （ｂ）燃料極内電解質 中心固体電解質層１の固体電解質と同じ また、スラリー濃度は、４０〜８０重量％、好ましくは
５０〜６０重量％の範囲にあり、該濃度が４０重量％未
満では歩留まりが悪くなるので好ましくなく、８０重量
％を越えるとスラリーの流動性が悪くなり、成形性が悪
くなるので好ましくない。このスラリーの塗布方法とし
ては、例えばスラリーコート法、スクリーン印刷法など
があげられ、塗膜の厚みは、２０〜１００μｍ、好まし
くは４０〜５０μｍの範囲にあり、厚みが２０μｍ未満
のものはその形成が困難となり、１００μｍを越えると
成膜が困難となり好ましくない。
2 ） 酸化トリウム（ＴｒＯ2 ） （ｂ）固溶（ドープ）する物質 酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）、酸化カルシウム（Ｃａ
Ｏ） 酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリビウム（Ｙ
ｂ2 Ｏ3 ） 酸化スカンジウム（Ｓｃ2 Ｏ3 ）、酸化ネオジウム（Ｎ
ｄ2 Ｏ3 ） 酸化ガドリウム（Ｇｄ2 Ｏ3 ） （２）燃料極２の材料 （ａ）金属 ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ル
テニウム（Ｒｕ） （ｂ）燃料極内電解質 中心固体電解質層１の固体電解質と同じ また、スラリー濃度は、４０〜８０重量％、好ましくは
５０〜６０重量％の範囲にあり、該濃度が４０重量％未
満では歩留まりが悪くなるので好ましくなく、８０重量
％を越えるとスラリーの流動性が悪くなり、成形性が悪
くなるので好ましくない。このスラリーの塗布方法とし
ては、例えばスラリーコート法、スクリーン印刷法など
があげられ、塗膜の厚みは、２０〜１００μｍ、好まし
くは４０〜５０μｍの範囲にあり、厚みが２０μｍ未満
のものはその形成が困難となり、１００μｍを越えると
成膜が困難となり好ましくない。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による燃料
極の形成方法によれば、燃料極を構成する金属粒子の良
好な分散状態を確保し、焼成時、および発電時の金属粒
子の凝集と、還元時における燃料極内の導電性固体電解
質粒子の金属粒子からの剥離を防止し、活性の高い燃料
極を形成することができ、これにより燃料極において３
相境界を長くし、分極を低減し、ガス透過性を向上させ
ることが可能となるので、固体電解質型燃料電池全体の
電池性能が向上する。
極の形成方法によれば、燃料極を構成する金属粒子の良
好な分散状態を確保し、焼成時、および発電時の金属粒
子の凝集と、還元時における燃料極内の導電性固体電解
質粒子の金属粒子からの剥離を防止し、活性の高い燃料
極を形成することができ、これにより燃料極において３
相境界を長くし、分極を低減し、ガス透過性を向上させ
ることが可能となるので、固体電解質型燃料電池全体の
電池性能が向上する。
【図１】衝撃式打撃法を用いて燃料極を形成する場合の
形成手順を示す図である。
形成手順を示す図である。
【図２】衝撃式打撃法によりＮｉ粒子表面にＹＳＺ粒子
を埋設させた状態を示す電子顕微鏡写真である。
を埋設させた状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図３】衝撃式打撃法によりＮｉ粒子表面にＹＳＺ粒子
を埋設させたもののＮｉの分布を示す電子顕微鏡写真で
ある。
を埋設させたもののＮｉの分布を示す電子顕微鏡写真で
ある。
【図４】衝撃式打撃法によりＮｉ粒子表面にＹＳＺ粒子
を埋設させたものを原料として形成された燃料極を示す
電子顕微鏡写真である。
を埋設させたものを原料として形成された燃料極を示す
電子顕微鏡写真である。
【図５】衝撃式打撃法を用いて燃料極を形成するに当た
って粒径の異なるＮｉ粒子を用いた場合に、ＹＳＺ濃度
と過電圧との関係がどのようになるかを示す図である。
って粒径の異なるＮｉ粒子を用いた場合に、ＹＳＺ濃度
と過電圧との関係がどのようになるかを示す図である。
【図６】衝撃式打撃法を用いて燃料極を形成するに当た
ってＹＳＺ粒子の濃度を変えた場合に、Ｎｉ粒子の粒径
と過電圧との関係がどのようになるかを示す図である。
ってＹＳＺ粒子の濃度を変えた場合に、Ｎｉ粒子の粒径
と過電圧との関係がどのようになるかを示す図である。
【図７】衝撃式打撃法を用いて燃料極を形成する場合
に、焼成温度と過電圧との関係がどのようになるかを示
す図である。
に、焼成温度と過電圧との関係がどのようになるかを示
す図である。
【図８】固体電解質型燃料電池の構成を示す概略図であ
る。
る。
１ 中心固体電解質層 ２ 燃料極 ３ 空気極
Claims (1)
- 【請求項１】 導電性の固体電解質粒子を衝撃式打撃法
により金属粒子の表面に埋設させ、前記固体電解質粒子
が埋設された前記金属粒子を溶剤に懸濁させてスラリー
とし、該スラリーを中心となる固体電解質層の片面に塗
布して焼成し、焼成により酸化された前記金属粒子を還
元することを特徴とする固体電解質型燃料電池の燃料極
の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273280A JPH0589883A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 固体電解質型燃料電池の燃料極の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3273280A JPH0589883A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 固体電解質型燃料電池の燃料極の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0589883A true JPH0589883A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17525650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3273280A Pending JPH0589883A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 固体電解質型燃料電池の燃料極の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0589883A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006027667A3 (en) * | 2004-09-08 | 2006-10-26 | Toyota Motor Co Ltd | Fuel cell production method and fuel cell |
| US8287673B2 (en) | 2004-11-30 | 2012-10-16 | The Regents Of The University Of California | Joining of dissimilar materials |
| CZ305157B6 (cs) * | 2014-01-02 | 2015-05-20 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Způsob modifikace povrchu YSZ membrány pro vysokoteplotní elektrolýzu a povrchově modifikovaná YSZ membrána |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP3273280A patent/JPH0589883A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006027667A3 (en) * | 2004-09-08 | 2006-10-26 | Toyota Motor Co Ltd | Fuel cell production method and fuel cell |
| US7829235B2 (en) | 2004-09-08 | 2010-11-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell production method and fuel cell |
| US8287673B2 (en) | 2004-11-30 | 2012-10-16 | The Regents Of The University Of California | Joining of dissimilar materials |
| CZ305157B6 (cs) * | 2014-01-02 | 2015-05-20 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Způsob modifikace povrchu YSZ membrány pro vysokoteplotní elektrolýzu a povrchově modifikovaná YSZ membrána |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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