JPH06103985A - 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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- JPH06103985A JPH06103985A JP4278167A JP27816792A JPH06103985A JP H06103985 A JPH06103985 A JP H06103985A JP 4278167 A JP4278167 A JP 4278167A JP 27816792 A JP27816792 A JP 27816792A JP H06103985 A JPH06103985 A JP H06103985A
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- JP
- Japan
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- solid electrolyte
- nickel
- fuel cell
- electrode
- fuel
- Prior art date
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- Pending
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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
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9041—Metals or alloys
- H01M4/905—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
- H01M4/9066—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC of metal-ceramic composites or mixtures, e.g. cermets
-
- 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】 固体電解質と燃料極の熱膨張率を整合させる
ことにより、反りや亀裂がなく信頼性に優れる固体電解
質燃料電池を提供する。 【構成】 燃料極が超微粒子ニッケル粉を２０〜３０容
量％含有したニッケルジルコニアサーメットであること
を特徴とする。 【効果】 図２に示すように燃料極に用いるニッケル含
有量が少ないため固体電解質との熱膨張率整合性に優れ
信頼性の高い燃料電池を実現している。また、ニッケル
粒径が小さいことにより電極反応の三相界面の量が増大
するため高出力な燃料電池を実現し得ている。
ことにより、反りや亀裂がなく信頼性に優れる固体電解
質燃料電池を提供する。 【構成】 燃料極が超微粒子ニッケル粉を２０〜３０容
量％含有したニッケルジルコニアサーメットであること
を特徴とする。 【効果】 図２に示すように燃料極に用いるニッケル含
有量が少ないため固体電解質との熱膨張率整合性に優れ
信頼性の高い燃料電池を実現している。また、ニッケル
粒径が小さいことにより電極反応の三相界面の量が増大
するため高出力な燃料電池を実現し得ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質燃料電
池に係わり、特に固体電解質体と燃料極の熱膨張率整合
性に優れる高出力な固体電解質燃料電池に関する。
池に係わり、特に固体電解質体と燃料極の熱膨張率整合
性に優れる高出力な固体電解質燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）
の酸化物固体電解質を用いる固体電解質燃料電池は、そ
の動作温度が１０００℃と高温であるため発電率が高い
こと、構成材料が固体のため液漏れのトラブルがない等
の特徴を有している。
の酸化物固体電解質を用いる固体電解質燃料電池は、そ
の動作温度が１０００℃と高温であるため発電率が高い
こと、構成材料が固体のため液漏れのトラブルがない等
の特徴を有している。
【０００３】一般に、燃料極にはストロンチウムドープ
のランタンマンガナイト、酸素極にはＹＳＺとニッケル
からなる多孔質のサーメット焼結体が用いられ、固体電
解質を挟んで各電極が形成された３層構造を有してい
る。製作方法としては、主に、 １）ドクターブレード法により３層の構造シートを形成
し、それを貼り合わせて一体燒結して製作する一体焼結
法、２）酸素極焼結体上に溶射法、または電気化学的蒸
着法により固体電解質を形成した後、その上にＹＳＺと
酸化ニッケルのスラリーを塗布して燒結して燃料極を作
製する部分焼結法とがある。ここで使用している酸化ニ
ッケルの平均粒径は約２μｍで、ニッケルの含有量は必
要な導電率が得られる４０容量％が一般的である。ニッ
ケル含有量が３０容量％以下では導電率が急激に低下し
４０容量％以上で１０００℃の導電率が必要とする１０
-3ｏｈｍ-1ｃｍ-1となるからである（J. Electrochem S
oc., vol.134, No.9, P2141-6, 1987）。
のランタンマンガナイト、酸素極にはＹＳＺとニッケル
からなる多孔質のサーメット焼結体が用いられ、固体電
解質を挟んで各電極が形成された３層構造を有してい
る。製作方法としては、主に、 １）ドクターブレード法により３層の構造シートを形成
し、それを貼り合わせて一体燒結して製作する一体焼結
法、２）酸素極焼結体上に溶射法、または電気化学的蒸
着法により固体電解質を形成した後、その上にＹＳＺと
酸化ニッケルのスラリーを塗布して燒結して燃料極を作
製する部分焼結法とがある。ここで使用している酸化ニ
ッケルの平均粒径は約２μｍで、ニッケルの含有量は必
要な導電率が得られる４０容量％が一般的である。ニッ
ケル含有量が３０容量％以下では導電率が急激に低下し
４０容量％以上で１０００℃の導電率が必要とする１０
-3ｏｈｍ-1ｃｍ-1となるからである（J. Electrochem S
oc., vol.134, No.9, P2141-6, 1987）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料極
の熱膨張率はニッケル含有量が４０容量％以上に増える
と固体電解質のそれからかなりズレてくる。従来の固体
電解質燃料電池においては、燃料極と固体電解質の熱膨
張率の整合性が乏しいために、運転開始時および長期運
転動作時に燃料電極に反りや亀裂が生じ、また固体電解
質も亀裂が生じるという問題があった。
の熱膨張率はニッケル含有量が４０容量％以上に増える
と固体電解質のそれからかなりズレてくる。従来の固体
電解質燃料電池においては、燃料極と固体電解質の熱膨
張率の整合性が乏しいために、運転開始時および長期運
転動作時に燃料電極に反りや亀裂が生じ、また固体電解
質も亀裂が生じるという問題があった。
【０００５】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたものであり、その目的は固体電解質と燃料極の
熱膨張率を整合させることにより、反りや亀裂がなく信
頼性に優れる固体電解質燃料電池を提供することにあ
る。
なされたものであり、その目的は固体電解質と燃料極の
熱膨張率を整合させることにより、反りや亀裂がなく信
頼性に優れる固体電解質燃料電池を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段／作用】上記の目的を達成
するために、本発明の固体電解質燃料電池においては、
燃料極が平均粒径０．１μｍ以下の超微粒子ニッケル粉
を２０〜３０容量％含有したニッケルジルコニアサーメ
ットとなっている。
するために、本発明の固体電解質燃料電池においては、
燃料極が平均粒径０．１μｍ以下の超微粒子ニッケル粉
を２０〜３０容量％含有したニッケルジルコニアサーメ
ットとなっている。
【０００７】気孔径が数μｍの多孔性電極内のＹＳＺと
燒結しているニッケル粒子は、ニッケル粒子寸法が従来
の２μｍより著しく小さくなっているため十分な導電性
を確保するために必要な量は少なくて済む。燃料極の熱
膨張率はニッケル含有量が少なくなればなるほど、固体
電解質のＹＳＺのそれに近ずき、互いの熱膨張率整合性
はよくなる。また、ニッケル粒子径が小さいということ
は燃料ガスとＹＳＺとニッケル触媒で構成される三層界
面の量を増やすことにもなるので、燃料極での活性化過
電圧を小さくし、出力密度を増加させることになる。
燒結しているニッケル粒子は、ニッケル粒子寸法が従来
の２μｍより著しく小さくなっているため十分な導電性
を確保するために必要な量は少なくて済む。燃料極の熱
膨張率はニッケル含有量が少なくなればなるほど、固体
電解質のＹＳＺのそれに近ずき、互いの熱膨張率整合性
はよくなる。また、ニッケル粒子径が小さいということ
は燃料ガスとＹＳＺとニッケル触媒で構成される三層界
面の量を増やすことにもなるので、燃料極での活性化過
電圧を小さくし、出力密度を増加させることになる。
【０００８】超微粒子ニッケル粉としては、平均粒径
０．１μｍ以下であるのが好ましい。０．１μｍを越え
ると、十分な導電性を得るためにニッケル粉の量が大き
くなり過ぎる恐れを生じるからである。また燃料ガスと
ＹＳＺとニッケル触媒で構成される三層界面の量を増や
す効果が小さく、燃料極での活性化過電圧を小さくし、
出力密度を増加させない恐れがある。
０．１μｍ以下であるのが好ましい。０．１μｍを越え
ると、十分な導電性を得るためにニッケル粉の量が大き
くなり過ぎる恐れを生じるからである。また燃料ガスと
ＹＳＺとニッケル触媒で構成される三層界面の量を増や
す効果が小さく、燃料極での活性化過電圧を小さくし、
出力密度を増加させない恐れがある。
【０００９】超微粒子ニッケル粉のニッケルジルコニア
サーメットにおける含有率は２０〜３０容量％である。
２０容量％未満であると、後述の実施例より明らかなよ
うに、良好な導電率を得られない恐れがあり、一方３０
容量％を越えると、燃焼極と固体電解質の熱膨張率の相
違が大きくなり過ぎる恐れがある。
サーメットにおける含有率は２０〜３０容量％である。
２０容量％未満であると、後述の実施例より明らかなよ
うに、良好な導電率を得られない恐れがあり、一方３０
容量％を越えると、燃焼極と固体電解質の熱膨張率の相
違が大きくなり過ぎる恐れがある。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の実施例で用いた単セル構造
である。酸素極１は、Ｌａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3粉末を用
いて静水圧プレス法にて開口部５を有する有底形直方体
を成形し、それを焼結体とした。その焼結体は気孔率３
０％の多孔体である。この焼結体の酸素極１の固体電解
質２を形成する面をマスクして、他の面にＣＶＤ−ＥＶ
Ｄ法にて厚さ４０μｍのマグネシウムをドープしたラン
タンクロマイト（ＬａＣｒ0.95Ｍｇ0.05Ｏ3）膜をイン
タコネクター４として形成した。次にマスクを取り外し
その位置にＣＶＤ−ＥＶＤ法にて、厚さ４０μｍの８ｍ
ｏｌｅ％イットリア安定化ジルコニア膜の固体電解質２
を形成した。次に、ニッケルを２０容量％含有させたイ
ットリア安定化ジルコニア（８ＹＳＺ）を有機バインダ
ー溶剤でスラリー化し、固体電解質２上に塗布し１２０
０℃で焼結させることにより発電セルを作製した。
に説明する。図１は本発明の実施例で用いた単セル構造
である。酸素極１は、Ｌａ0.9Ｓｒ0.1ＭｎＯ3粉末を用
いて静水圧プレス法にて開口部５を有する有底形直方体
を成形し、それを焼結体とした。その焼結体は気孔率３
０％の多孔体である。この焼結体の酸素極１の固体電解
質２を形成する面をマスクして、他の面にＣＶＤ−ＥＶ
Ｄ法にて厚さ４０μｍのマグネシウムをドープしたラン
タンクロマイト（ＬａＣｒ0.95Ｍｇ0.05Ｏ3）膜をイン
タコネクター４として形成した。次にマスクを取り外し
その位置にＣＶＤ−ＥＶＤ法にて、厚さ４０μｍの８ｍ
ｏｌｅ％イットリア安定化ジルコニア膜の固体電解質２
を形成した。次に、ニッケルを２０容量％含有させたイ
ットリア安定化ジルコニア（８ＹＳＺ）を有機バインダ
ー溶剤でスラリー化し、固体電解質２上に塗布し１２０
０℃で焼結させることにより発電セルを作製した。
【００１１】図２に平均粒径０．０２μｍの超微粒子ニ
ッケル粉と８ＹＳＺの混合粉をプレス成形し、１２５０
℃で焼結させた焼結体の導電率と熱膨張率のニッケル含
有量依存性の結果を示す。ニッケル含有量が２０容量％
以上あれば十分な導電率を有しており、熱膨張率も４０
容量％のそれより小さくなっている。なお、導電率の測
定は水素の還元雰囲気で行なった。
ッケル粉と８ＹＳＺの混合粉をプレス成形し、１２５０
℃で焼結させた焼結体の導電率と熱膨張率のニッケル含
有量依存性の結果を示す。ニッケル含有量が２０容量％
以上あれば十分な導電率を有しており、熱膨張率も４０
容量％のそれより小さくなっている。なお、導電率の測
定は水素の還元雰囲気で行なった。
【００１２】図３に作製した燃料極のニッケル粒子の状
態を示す図である。この図より明らかなように、燃料極
に要求されている気孔率３８％、気孔径約２μｍの多孔
性電極が形成されていた。
態を示す図である。この図より明らかなように、燃料極
に要求されている気孔率３８％、気孔径約２μｍの多孔
性電極が形成されていた。
【００１３】このようにして作製した単セルの発電試験
を１０００℃で行なった。酸素極は酸素ガス供給管６に
よりセル内部に供給し、燃料ガスの水素ガスはセル下方
より燃料極３面上を上方に供給した。燃料利用率５０
％、酸素利用率２５％で発電させたところ、発電効率４
５％（ＬＨＶ）、出力密度０．５ｗ／ｃｍ2を得た。ま
た、１００時間ごとに発電を停め室温に温度を下げる過
程を経た３００時間の運転試験をしても出力性能に劣化
は認められなかった。
を１０００℃で行なった。酸素極は酸素ガス供給管６に
よりセル内部に供給し、燃料ガスの水素ガスはセル下方
より燃料極３面上を上方に供給した。燃料利用率５０
％、酸素利用率２５％で発電させたところ、発電効率４
５％（ＬＨＶ）、出力密度０．５ｗ／ｃｍ2を得た。ま
た、１００時間ごとに発電を停め室温に温度を下げる過
程を経た３００時間の運転試験をしても出力性能に劣化
は認められなかった。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
固体電解質燃料電池によれば、燃料極に用いるニッケル
含有量が少ないため固体電解質との熱膨張率整合性に優
れ信頼性の高い燃料電池を実現している。また、ニッケ
ル粒径が小さいことにより電極反応の三相界面の量が増
大するため高出力な燃料電池を実現し得ている。
固体電解質燃料電池によれば、燃料極に用いるニッケル
含有量が少ないため固体電解質との熱膨張率整合性に優
れ信頼性の高い燃料電池を実現している。また、ニッケ
ル粒径が小さいことにより電極反応の三相界面の量が増
大するため高出力な燃料電池を実現し得ている。
【図１】本発明に用いたＳＯＦＣの単セル構造の斜視
図。
図。
【図２】本発明に用いた燃料極の導電率と熱膨張率のニ
ッケル含有依存性を示す図。
ッケル含有依存性を示す図。
【図３】本発明に用いた燃料極の粒子構造を示す図。
１ 酸素極 ２ 固体電解質 ３ 燃料極 ４ インタコネクター ５ 開口部 ６ 酸素ガス供給管
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年３月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】本発明に用いた燃料極の粒子構造を示す写真。
Claims (1)
- 【請求項１】酸素電極、固体電解質、燃料極の３層構造
を有する固体電解質燃料電池において、前記の燃料極が
超微粒子ニッケル粉を構成成分とし、かつその含有率を
２０〜３０容量％とするニッケルジルコニアサーメット
であ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 |
|---|---|---|---|
| JP4278167A JPH06103985A (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | 固体電解質燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4278167A JPH06103985A (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | 固体電解質燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06103985A true JPH06103985A (ja) | 1994-04-15 |
Family
ID=17593529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4278167A Pending JPH06103985A (ja) | 1992-09-22 | 1992-09-22 | 固体電解質燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06103985A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100699074B1 (ko) * | 2006-04-10 | 2007-03-28 | 한국과학기술연구원 | 벌집형 고체산화물연료전지 및 그 제조방법 |
-
1992
- 1992-09-22 JP JP4278167A patent/JPH06103985A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100699074B1 (ko) * | 2006-04-10 | 2007-03-28 | 한국과학기술연구원 | 벌집형 고체산화물연료전지 및 그 제조방법 |
| WO2007117069A1 (en) * | 2006-04-10 | 2007-10-18 | Korea Institute Of Science And Technology | Honeycomb-type solid oxide fuel cell and method for manufacturing the same |
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