JPH06136583A - 固体電解質型電解セル - Google Patents
固体電解質型電解セルInfo
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- JPH06136583A JPH06136583A JP4288822A JP28882292A JPH06136583A JP H06136583 A JPH06136583 A JP H06136583A JP 4288822 A JP4288822 A JP 4288822A JP 28882292 A JP28882292 A JP 28882292A JP H06136583 A JPH06136583 A JP H06136583A
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- JP
- Japan
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- solid electrolyte
- fuel electrode
- electrolytic cell
- electrode
- oxide
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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
Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質型高温水蒸気電解セル、固体電解
質型燃料電池電解セルのような固体電解質型電解セルの
改良に関する。 【構成】 支持体を兼ねた円筒型多孔質燃料極の外
表面に酸素イオン導電性固体電解質を密接させ、さらに
該固体電解質の外表面に多孔質空気極を密接させてなる
固体電解質型電解セル及び 支持体を兼ねた円筒型多
孔質空気極の外表面に酸素イオン導電性固体電解質を密
接させ、該固体電解質の外表面に多孔質サーメット燃料
極を密接させ、さらに該燃料極の外表面に金属部分を密
接させてなる固体電解質型電解セル。
質型燃料電池電解セルのような固体電解質型電解セルの
改良に関する。 【構成】 支持体を兼ねた円筒型多孔質燃料極の外
表面に酸素イオン導電性固体電解質を密接させ、さらに
該固体電解質の外表面に多孔質空気極を密接させてなる
固体電解質型電解セル及び 支持体を兼ねた円筒型多
孔質空気極の外表面に酸素イオン導電性固体電解質を密
接させ、該固体電解質の外表面に多孔質サーメット燃料
極を密接させ、さらに該燃料極の外表面に金属部分を密
接させてなる固体電解質型電解セル。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型高温水蒸気
電解セルや固体電解質型燃料電池電解セルのような固体
電解質型電解セルの改良に関する。
電解セルや固体電解質型燃料電池電解セルのような固体
電解質型電解セルの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素は水素化分解、脱硫、アンモニア合
成、燃料電池などに用いられるが、水素製造方法には水
電解法、部分酸化法、接触式蒸気分解法さらに固体電解
質による水蒸気電解法などがある。そのなかで固体電解
質による水蒸気電解法は原子炉などから排出される高温
排熱および水蒸気を利用することにより、高効率で水素
を製造するプロセスとして有望である。
成、燃料電池などに用いられるが、水素製造方法には水
電解法、部分酸化法、接触式蒸気分解法さらに固体電解
質による水蒸気電解法などがある。そのなかで固体電解
質による水蒸気電解法は原子炉などから排出される高温
排熱および水蒸気を利用することにより、高効率で水素
を製造するプロセスとして有望である。
【０００３】固体電解質による水蒸気電解法の原理を図
６によって説明する。電極を設けた酸素イオン導電性の
固体電解質２を９００〜１０００℃に加熱し、燃料極１
側に水蒸気を、空気極３側に空気を供給し、外部の直流
電源４から燃料極１を負極、空気極３を正極として電圧
を印加すると、燃料極１側の水蒸気が酸素イオンと水素
に電解され、酸素イオンは固体電解質を拡散して、空気
極３側で電子を放出し、酸素ガスとなる。一方、電解に
より発生した水素は電解セル出口で回収されて製品水素
となる。このような高温水蒸気電解セルの構造には大き
く分類して円筒型や平板型があるが、さらにそれぞれの
構造に対して固体電解質を支持体上に設ける場合と、そ
うでない場合とに分類できる。高効率でなおかつ安定に
作動させるためには、セル抵抗の低減と発生水素のリー
クをなくす必要がある。両者を満足するためには、固体
電解質が緻密で膜厚が薄いこと、さらに電極反応抵抗、
集電抵抗が低いことなどが必要条件である。
６によって説明する。電極を設けた酸素イオン導電性の
固体電解質２を９００〜１０００℃に加熱し、燃料極１
側に水蒸気を、空気極３側に空気を供給し、外部の直流
電源４から燃料極１を負極、空気極３を正極として電圧
を印加すると、燃料極１側の水蒸気が酸素イオンと水素
に電解され、酸素イオンは固体電解質を拡散して、空気
極３側で電子を放出し、酸素ガスとなる。一方、電解に
より発生した水素は電解セル出口で回収されて製品水素
となる。このような高温水蒸気電解セルの構造には大き
く分類して円筒型や平板型があるが、さらにそれぞれの
構造に対して固体電解質を支持体上に設ける場合と、そ
うでない場合とに分類できる。高効率でなおかつ安定に
作動させるためには、セル抵抗の低減と発生水素のリー
クをなくす必要がある。両者を満足するためには、固体
電解質が緻密で膜厚が薄いこと、さらに電極反応抵抗、
集電抵抗が低いことなどが必要条件である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質型高温水蒸
気電解セルの特徴は上述したとおりであるが、発生水素
のリークをなくすためには高温作動時にセル構造体の割
れ、損傷などがあってはならない。ガスーシールに関し
て平板型セル構造と円筒型構造を比較すると、円筒型構
造では円筒両端のガスーシールを施すのみに対して、平
板型構造では平面の縁部分に対するガスーシールが必要
となる。装置の大型化を考えた場合、平面構造に比較し
て円筒型の方が、そのガスーシールは容易に行うことが
可能である。しかし、円筒型の場合、電流の流れは電極
部分で円筒の軸方向となるため、セル抵抗に対する電極
の抵抗の占める割合は平板型のそれに対して大きくなり
高抵抗となる。
気電解セルの特徴は上述したとおりであるが、発生水素
のリークをなくすためには高温作動時にセル構造体の割
れ、損傷などがあってはならない。ガスーシールに関し
て平板型セル構造と円筒型構造を比較すると、円筒型構
造では円筒両端のガスーシールを施すのみに対して、平
板型構造では平面の縁部分に対するガスーシールが必要
となる。装置の大型化を考えた場合、平面構造に比較し
て円筒型の方が、そのガスーシールは容易に行うことが
可能である。しかし、円筒型の場合、電流の流れは電極
部分で円筒の軸方向となるため、セル抵抗に対する電極
の抵抗の占める割合は平板型のそれに対して大きくなり
高抵抗となる。
【０００５】本発明は上記技術水準に鑑み、円筒型セル
構造においても低抵抗の固体電解質型電解セルを提供し
ようとするものである。
構造においても低抵抗の固体電解質型電解セルを提供し
ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は （１）支持体を兼ねた円筒型多孔質燃料極の外表面に酸
素イオン導電性固体電解質を密接させ、さらに該固体電
解質の外表面に多孔質空気極を密接させてなることを特
徴とする固体電解質型電解セル。
素イオン導電性固体電解質を密接させ、さらに該固体電
解質の外表面に多孔質空気極を密接させてなることを特
徴とする固体電解質型電解セル。
【０００７】（２）支持体を兼ねた円筒型多孔質空気極
の外表面に酸素イオン導電性固体電解質を密接させ、該
固体電解質の外表面に多孔質サーメット燃料極を密接さ
せ、さらに該燃料極の外表面に金属部分を密接させてな
ることを特徴とする固体電解質型電解セル。である。
の外表面に酸素イオン導電性固体電解質を密接させ、該
固体電解質の外表面に多孔質サーメット燃料極を密接さ
せ、さらに該燃料極の外表面に金属部分を密接させてな
ることを特徴とする固体電解質型電解セル。である。
【０００８】
【作用】円筒型構造セルの場合の電流経路は図７に示し
たように空気極３、燃料極１において円筒の軸方向、固
体電解質２では膜厚方向である。セル抵抗はこれら構造
体の電気抵抗成分と電極界面での反応分極抵抗の和で表
すことができる。円筒基体管１４上に燃料極１、固体電
解質２及び空気極３を構成した従来の支持体構造での電
流経路を図８に示すが、このような構造体では燃料極膜
厚が５０μｍから１００μｍと薄いため電流密度が高く
なり、燃料極の電気抵抗成分の寄与が大きくなる。その
結果、燃料極での電流分布の不均一化が生じるため、こ
のような支持体構造の場合では燃料極電気抵抗はセル全
抵抗の約３５％を占める。一方、図９に示したように、
燃料極１を円筒支持体とした本発明のセル構成では、燃
料極膜厚を厚くして電気抵抗を減少させることができる
ため電流分布が均一化し、セル抵抗に占める燃料極抵抗
を約２０％に低減することが可能となる。
たように空気極３、燃料極１において円筒の軸方向、固
体電解質２では膜厚方向である。セル抵抗はこれら構造
体の電気抵抗成分と電極界面での反応分極抵抗の和で表
すことができる。円筒基体管１４上に燃料極１、固体電
解質２及び空気極３を構成した従来の支持体構造での電
流経路を図８に示すが、このような構造体では燃料極膜
厚が５０μｍから１００μｍと薄いため電流密度が高く
なり、燃料極の電気抵抗成分の寄与が大きくなる。その
結果、燃料極での電流分布の不均一化が生じるため、こ
のような支持体構造の場合では燃料極電気抵抗はセル全
抵抗の約３５％を占める。一方、図９に示したように、
燃料極１を円筒支持体とした本発明のセル構成では、燃
料極膜厚を厚くして電気抵抗を減少させることができる
ため電流分布が均一化し、セル抵抗に占める燃料極抵抗
を約２０％に低減することが可能となる。
【０００９】また、水蒸気電解における電子、酸素イオ
ンの流れを図１０に示すが、水蒸気電解を行うためには
反応点に電子を供給する必要がある。その方法としては
図１０（ａ）のように成膜したサーメット燃料極に直接
電子を供給する方法が考えられるが、この方法ではサー
メット燃料極の膜厚が薄く高抵抗のため電流分布が生じ
るため電解電流密度が小さくなってしまう。これに対し
て燃料極の表面に金属部分を設けた本発明のセルの図１
０（ｂ）では電子伝導性の高い金属部分で集電するため
反応点に多くの電子を供給することが可能となり、大き
な電解電流密度が得られる。この場合、サーメット燃料
極及び金属ニッケルの平均膜厚はそれぞれ約１００μｍ
及び２０μｍが好ましい。
ンの流れを図１０に示すが、水蒸気電解を行うためには
反応点に電子を供給する必要がある。その方法としては
図１０（ａ）のように成膜したサーメット燃料極に直接
電子を供給する方法が考えられるが、この方法ではサー
メット燃料極の膜厚が薄く高抵抗のため電流分布が生じ
るため電解電流密度が小さくなってしまう。これに対し
て燃料極の表面に金属部分を設けた本発明のセルの図１
０（ｂ）では電子伝導性の高い金属部分で集電するため
反応点に多くの電子を供給することが可能となり、大き
な電解電流密度が得られる。この場合、サーメット燃料
極及び金属ニッケルの平均膜厚はそれぞれ約１００μｍ
及び２０μｍが好ましい。
【００１０】
【実施例】 （実施例１）本発明の第一発明の一実施例を図１、図２
によって説明する。図１は円筒型水蒸気電解セルの外観
図、図２はその断面図である。燃料極多孔質円筒体１の
外表面にスラリ法もしくは溶射法により固体電解質膜２
を成膜し、さらに固体電解質膜２の外表面に空気極３を
スラリ法により成膜した構造である。
によって説明する。図１は円筒型水蒸気電解セルの外観
図、図２はその断面図である。燃料極多孔質円筒体１の
外表面にスラリ法もしくは溶射法により固体電解質膜２
を成膜し、さらに固体電解質膜２の外表面に空気極３を
スラリ法により成膜した構造である。
【００１１】燃料極多孔質円筒体１はＮｉＯとＺｒＯ2
−Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物の混合物からなる。ＮｉＯ／Ｚｒ
Ｏ2 −Ｙ2 Ｏ3 はＺｒＯ2 酸化物とＹ2 Ｏ3 酸化物を重
量分率にして８６：１４の割合で混合し、１５００℃、
空気中で１０時間焼成してＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化
物を合成し、さらに合成したＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸
化物とＮｉＯを重量分率にして８０：２０の割合で混合
し、混合物８０に対して蒸留水２０の割合で湿式混合を
５０時間行ない、その後蒸留水を蒸発させたＺｒＯ2 −
Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物とＮｉＯの混合物を１０００℃で１
０時間、空気中で焼成する酸化物混合法により合成し
た。合成した混合物を平均粒子径を約５０μｍ及び２０
μｍとなるような２種の粒子径を有する複合酸化物を合
成する。これら２種の複合酸化物を重量分率で２０：８
０の割合で混合し、混合物重量９０部に対して、エチル
アルコール５部、エチレングリコール５部を混合し湿式
で２４時間混合粉砕を行う。このようにして得られたＮ
ｉＯ：ＺｒＯ2 −１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 ＝２０：８０の燃
料極粉体７を図３に示した金型の加圧ホルダ８に充填
し、上板６を上板押えボルト、ナット５で取り付けて密
閉し、粉体減圧孔１１、ストップバルブ１２をとおして
充填した燃料極粉体７中の残存空気を脱気した後、スト
ップバルブ１２を閉じ、引続き金型全体を図示省略の静
水圧加圧装置に装着し、１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力
で１８０秒間加圧し成形体を得る。成型体は空気中１３
００℃で５時間焼成することにより、外径約２０ｍｍ、
内径約１６ｍｍ、長さ約３００ｍｍの燃料極多孔質円筒
体１を得る。
−Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物の混合物からなる。ＮｉＯ／Ｚｒ
Ｏ2 −Ｙ2 Ｏ3 はＺｒＯ2 酸化物とＹ2 Ｏ3 酸化物を重
量分率にして８６：１４の割合で混合し、１５００℃、
空気中で１０時間焼成してＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化
物を合成し、さらに合成したＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸
化物とＮｉＯを重量分率にして８０：２０の割合で混合
し、混合物８０に対して蒸留水２０の割合で湿式混合を
５０時間行ない、その後蒸留水を蒸発させたＺｒＯ2 −
Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物とＮｉＯの混合物を１０００℃で１
０時間、空気中で焼成する酸化物混合法により合成し
た。合成した混合物を平均粒子径を約５０μｍ及び２０
μｍとなるような２種の粒子径を有する複合酸化物を合
成する。これら２種の複合酸化物を重量分率で２０：８
０の割合で混合し、混合物重量９０部に対して、エチル
アルコール５部、エチレングリコール５部を混合し湿式
で２４時間混合粉砕を行う。このようにして得られたＮ
ｉＯ：ＺｒＯ2 −１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 ＝２０：８０の燃
料極粉体７を図３に示した金型の加圧ホルダ８に充填
し、上板６を上板押えボルト、ナット５で取り付けて密
閉し、粉体減圧孔１１、ストップバルブ１２をとおして
充填した燃料極粉体７中の残存空気を脱気した後、スト
ップバルブ１２を閉じ、引続き金型全体を図示省略の静
水圧加圧装置に装着し、１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力
で１８０秒間加圧し成形体を得る。成型体は空気中１３
００℃で５時間焼成することにより、外径約２０ｍｍ、
内径約１６ｍｍ、長さ約３００ｍｍの燃料極多孔質円筒
体１を得る。
【００１２】次に、燃料極多孔質円筒体１の外表面に固
体電解質２を成膜する。固体電解質２の組成はＺｒＯ2
−１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 である。これはＺｒＯ2 酸化物と
Ｙ2Ｏ3 酸化物を重量分率にして８６：１４の割合で混
合し、１５００℃、空気中で１０時間焼成してＺｒＯ2
−Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物を合成したあと、ボールミルによ
り平均粒子径が約１μｍの酸化物となるように粉砕す
る。粉砕したＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物の重量８５
部に対して、エチルアルコール１０部、エチレングリコ
ール５部を混合し湿式で２４時間混合粉砕を行なう。燃
料極多孔質円筒体１上への成膜はＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 溶
液中へ燃料極多孔質円筒体１を５分から１０分間浸した
あと、溶液から引き上げて乾燥し、空気中、１５００℃
で５時間焼成することにより行なう。この方法によって
燃料極多孔質円筒体１上に平均膜厚が２０〜３０μｍの
固体電解質（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）２が形成される。
体電解質２を成膜する。固体電解質２の組成はＺｒＯ2
−１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 である。これはＺｒＯ2 酸化物と
Ｙ2Ｏ3 酸化物を重量分率にして８６：１４の割合で混
合し、１５００℃、空気中で１０時間焼成してＺｒＯ2
−Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物を合成したあと、ボールミルによ
り平均粒子径が約１μｍの酸化物となるように粉砕す
る。粉砕したＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物の重量８５
部に対して、エチルアルコール１０部、エチレングリコ
ール５部を混合し湿式で２４時間混合粉砕を行なう。燃
料極多孔質円筒体１上への成膜はＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 溶
液中へ燃料極多孔質円筒体１を５分から１０分間浸した
あと、溶液から引き上げて乾燥し、空気中、１５００℃
で５時間焼成することにより行なう。この方法によって
燃料極多孔質円筒体１上に平均膜厚が２０〜３０μｍの
固体電解質（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）２が形成される。
【００１３】次に空気極３はＬａＭｎＯ3 もしくはＬａ
ＭｎＯ3 のＡサイト（Ｌａサイト）をＳｒもしくはＣａ
でそれぞれ１０ｍｏｌ％から５０ｍｏｌ％部分置換した
Ｌａ 0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 もしくはＬａ0.7 Ｃａ0.3 Ｍ
ｎＯ3 のペロブスカイト型複合酸化物を使用する。酢酸
ランタン、酢酸マンガン、酢酸ストロンチウム、酢酸カ
ルシウムを所定の組成比となるように秤量したあと、混
合物重量６０部と蒸留水４０部を混合し、２００℃で５
時間に加熱しあと、８００℃、空気中１０時間焼成を行
ない、平均粒子径が約０．５μｍのペロブスカイト型複
合酸化物を得る。このようにして製造したペロブスカイ
ト型複合酸化物の重量８５部に対して、エチルアルコー
ル１０部、エチレングリコール５部を混合し湿式で２４
時間混合粉砕を行なう。固体電解質２上への成膜はペロ
ブスカイト型複合酸化物溶液中へ燃料極多孔質円筒体１
上に成膜した固体電解質２を５分から１０分間浸したあ
と溶液から引き上げで乾燥し、空気中、１２００℃で５
時間焼成することにより行ない、平均膜厚約１００μｍ
の空気極３を成膜し、固体電解質電解セルを得る。
ＭｎＯ3 のＡサイト（Ｌａサイト）をＳｒもしくはＣａ
でそれぞれ１０ｍｏｌ％から５０ｍｏｌ％部分置換した
Ｌａ 0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 もしくはＬａ0.7 Ｃａ0.3 Ｍ
ｎＯ3 のペロブスカイト型複合酸化物を使用する。酢酸
ランタン、酢酸マンガン、酢酸ストロンチウム、酢酸カ
ルシウムを所定の組成比となるように秤量したあと、混
合物重量６０部と蒸留水４０部を混合し、２００℃で５
時間に加熱しあと、８００℃、空気中１０時間焼成を行
ない、平均粒子径が約０．５μｍのペロブスカイト型複
合酸化物を得る。このようにして製造したペロブスカイ
ト型複合酸化物の重量８５部に対して、エチルアルコー
ル１０部、エチレングリコール５部を混合し湿式で２４
時間混合粉砕を行なう。固体電解質２上への成膜はペロ
ブスカイト型複合酸化物溶液中へ燃料極多孔質円筒体１
上に成膜した固体電解質２を５分から１０分間浸したあ
と溶液から引き上げで乾燥し、空気中、１２００℃で５
時間焼成することにより行ない、平均膜厚約１００μｍ
の空気極３を成膜し、固体電解質電解セルを得る。
【００１４】（実施例２）次に、本発明の第一発明の他
の具体的な実施例について説明する。燃料極多孔質円筒
体１はＮｉＯとＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物の混合物
からなり、このものの製造方法は実施例１と同様であ
る。固体電解質２は低圧溶射法により成膜する。溶射に
用いる固体電解質２の原料組成はＺｒＯ2 −１４ｗｔ％
Ｙ2 Ｏ3 である。これはＺｒＯ2 酸化物とＹ2 Ｏ3 酸化
物を重量分率にして８６：１４の割合で混合し、１５０
０℃、空気中で１０時間焼成してＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複
合酸化物を合成したあと、ボールミルにより平均粒子径
が約２０μｍの酸化物となるように粉砕する。このよう
にして得られた酸化物粉体を低圧溶射法により成膜す
る。この方法によって燃料極多孔質円筒体１上に平均膜
厚が２０〜３０μｍの固体電解質（ＺｒＯ2 −Ｙ
2 Ｏ3 ）２が形成される。空気極３は実施例１と同様に
して固体電解質２上に成膜する。
の具体的な実施例について説明する。燃料極多孔質円筒
体１はＮｉＯとＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物の混合物
からなり、このものの製造方法は実施例１と同様であ
る。固体電解質２は低圧溶射法により成膜する。溶射に
用いる固体電解質２の原料組成はＺｒＯ2 −１４ｗｔ％
Ｙ2 Ｏ3 である。これはＺｒＯ2 酸化物とＹ2 Ｏ3 酸化
物を重量分率にして８６：１４の割合で混合し、１５０
０℃、空気中で１０時間焼成してＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複
合酸化物を合成したあと、ボールミルにより平均粒子径
が約２０μｍの酸化物となるように粉砕する。このよう
にして得られた酸化物粉体を低圧溶射法により成膜す
る。この方法によって燃料極多孔質円筒体１上に平均膜
厚が２０〜３０μｍの固体電解質（ＺｒＯ2 −Ｙ
2 Ｏ3 ）２が形成される。空気極３は実施例１と同様に
して固体電解質２上に成膜する。
【００１５】なお上記の実施例１，２において、燃料極
多孔体用粉体および溶射固体電解質用粉体の粒度計測は
ふるい法（ＪＩＳ Ｚ８８０１）で行い、より微粉な空
気極用粉体は遠心沈降法で行った。
多孔体用粉体および溶射固体電解質用粉体の粒度計測は
ふるい法（ＪＩＳ Ｚ８８０１）で行い、より微粉な空
気極用粉体は遠心沈降法で行った。
【００１６】（実施例３）本発明の第二発明の一実施例
を図４、図５によって説明する。図４は円筒型水蒸気電
解セルの外観図、図５はその断面図である。空気極多孔
質円筒体１の外表面にスラリ法もしくは溶射法により固
体電解質膜２を成膜し、さらに該固体電解質膜２の外表
面にサーメット燃料電極３をスラリ法により成膜した構
造である。
を図４、図５によって説明する。図４は円筒型水蒸気電
解セルの外観図、図５はその断面図である。空気極多孔
質円筒体１の外表面にスラリ法もしくは溶射法により固
体電解質膜２を成膜し、さらに該固体電解質膜２の外表
面にサーメット燃料電極３をスラリ法により成膜した構
造である。
【００１７】空気極多孔質円筒体１はＬａＭｎＯ3 もし
くはＬａＭｎＯ3 のＡサイト（Ｌａサイト）をＳｒもし
くはＣａでそれぞれ１０ｍｏｌ％から５０ｍｏｌ％部分
置換したＬａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 もしくはＬａ0.7 Ｃ
ａ0.3 ＭｎＯ3 のペロブスカイト型複合酸化物を使用す
る。酢酸ランタン、酢酸マンガン、酢酸ストロンチウ
ム、酢酸カルシウムを所定の組成比となるように秤量し
たあと、混合物重量６０部と蒸留水４０部を混合し、２
００℃で５時間に加熱しあと、８００℃、空気中１０時
間焼成を行ない、平均粒子径が約０．５μｍのペロブス
カイト型複合酸化物を得る。次に酸化ランタン、酸化マ
ンガン、酸化ストロンチウムを所定の組成比となるよう
に秤量したあと、混合物重量６０部と蒸留水４０部を混
合し、ボールミルで２４時間混合、粉砕を行なったあ
と、１５００℃、空気中１０時間焼成を行ない、引き続
き焼成物をボールミルで粉砕し、平均粒子径が約８μｍ
のペロブスカイト型複合酸化物を得る。このようにして
製造した平均粒子径が異なるペロブスカイト型複合酸化
物を、平均粒子径が約０．５μｍと約８μｍのものを
３：７重量比で混合し、この混合物重量８５部に対し
て、エチルアルコール１０部、エチレングリコール５部
を混合し湿式で２４時間混合を行なう。このようにして
得られたペロブスカイト型複合酸化物５を、実施例１で
説明した図３に示したような金型に挿入し、静水圧加圧
装置により、１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で１８０秒
間加圧を行ない成形体を得る。成型体は空気中１３００
℃で５時間焼成することにより、外径約２０ｍｍ、内径
約１６ｍｍ、長さ約３００ｍｍの空気極多孔質円筒体１
を得る。
くはＬａＭｎＯ3 のＡサイト（Ｌａサイト）をＳｒもし
くはＣａでそれぞれ１０ｍｏｌ％から５０ｍｏｌ％部分
置換したＬａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 もしくはＬａ0.7 Ｃ
ａ0.3 ＭｎＯ3 のペロブスカイト型複合酸化物を使用す
る。酢酸ランタン、酢酸マンガン、酢酸ストロンチウ
ム、酢酸カルシウムを所定の組成比となるように秤量し
たあと、混合物重量６０部と蒸留水４０部を混合し、２
００℃で５時間に加熱しあと、８００℃、空気中１０時
間焼成を行ない、平均粒子径が約０．５μｍのペロブス
カイト型複合酸化物を得る。次に酸化ランタン、酸化マ
ンガン、酸化ストロンチウムを所定の組成比となるよう
に秤量したあと、混合物重量６０部と蒸留水４０部を混
合し、ボールミルで２４時間混合、粉砕を行なったあ
と、１５００℃、空気中１０時間焼成を行ない、引き続
き焼成物をボールミルで粉砕し、平均粒子径が約８μｍ
のペロブスカイト型複合酸化物を得る。このようにして
製造した平均粒子径が異なるペロブスカイト型複合酸化
物を、平均粒子径が約０．５μｍと約８μｍのものを
３：７重量比で混合し、この混合物重量８５部に対し
て、エチルアルコール１０部、エチレングリコール５部
を混合し湿式で２４時間混合を行なう。このようにして
得られたペロブスカイト型複合酸化物５を、実施例１で
説明した図３に示したような金型に挿入し、静水圧加圧
装置により、１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で１８０秒
間加圧を行ない成形体を得る。成型体は空気中１３００
℃で５時間焼成することにより、外径約２０ｍｍ、内径
約１６ｍｍ、長さ約３００ｍｍの空気極多孔質円筒体１
を得る。
【００１８】次に、空気極多孔質円筒体１の外表面に固
体電解質２を成膜する。固体電解質２の組成はＺｒＯ2
−１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 である。これはＺｒＯ2 酸化物と
Ｙ2Ｏ3 酸化物を重量分率にして８６：１４の割合で混
合し、１５００℃、空気中で１０時間焼成してＺｒＯ2
−Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物を合成したあと、ボールミルによ
り平均粒子径が約１μｍの酸化物となるように粉砕す
る。粉砕したＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物の重量８５
部に対して、エチルアルコール１０部、エチレングリコ
ール５部を混合し湿式で２４時間混合粉砕を行なう。空
気極多孔質円筒体１上への成膜はＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 溶
液中へ、空気極多孔質円筒体１を５分から１０分間浸し
たあと、溶液から引き上げて乾燥し、空気中、１５００
℃で５時間焼成することにより行なう。この含浸−乾燥
−焼成方法を２〜３回繰り返すことによって空気極多孔
質円筒体１上に平均膜厚が２０〜３０μｍの固体電解質
（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）２が形成される。
体電解質２を成膜する。固体電解質２の組成はＺｒＯ2
−１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 である。これはＺｒＯ2 酸化物と
Ｙ2Ｏ3 酸化物を重量分率にして８６：１４の割合で混
合し、１５００℃、空気中で１０時間焼成してＺｒＯ2
−Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物を合成したあと、ボールミルによ
り平均粒子径が約１μｍの酸化物となるように粉砕す
る。粉砕したＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物の重量８５
部に対して、エチルアルコール１０部、エチレングリコ
ール５部を混合し湿式で２４時間混合粉砕を行なう。空
気極多孔質円筒体１上への成膜はＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 溶
液中へ、空気極多孔質円筒体１を５分から１０分間浸し
たあと、溶液から引き上げて乾燥し、空気中、１５００
℃で５時間焼成することにより行なう。この含浸−乾燥
−焼成方法を２〜３回繰り返すことによって空気極多孔
質円筒体１上に平均膜厚が２０〜３０μｍの固体電解質
（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）２が形成される。
【００１９】次に、固体電解質（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）
２の表面にサーメット燃料極３を成膜する。サーメット
燃料極３はＮｉＯとＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物の混
合物からなる。ＮｉＯ／ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 はＺｒＯ2
酸化物とＹ2 Ｏ3 酸化物を重量分率にして８６：１４の
割合で混合し、１５００℃、空気中で１０時間焼成して
ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物を合成し、さらに合成し
たＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3複合酸化物とＮｉＯを重量分率に
して８０：２０の割合で混合し、混合物８０に対して蒸
留水２０の割合で湿式混合を５０時間行ない、その後蒸
留水を蒸発させたＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物とＮｉ
Ｏの混合物を１０００℃で１０時間、空気中で焼成する
酸化物混合法により合成した。合成した混合物を平均粒
子径を約５０μｍ及び２０μｍとなるような２種の粒子
径を有する複合酸化物を合成する。これら２種の複合酸
化物を重量分率で２０：８０の割合で混合し、混合物重
量９０部に対して、エチルアルコール５部、エチレング
リコール５部を混合し湿式で２４時間混合粉砕を行な
う。固体電解質２上への成膜はサーメット燃料極溶液中
へ、空気多孔質円筒体１上に成膜した固体電解質２を５
分から１０分間浸したあと溶液から引き上げて乾燥し、
空気中、１２００℃で５時間焼成することにより行な
う。このようにして成膜したサーメット燃料極の外表面
にガス溶射法によって金属ニッケル膜４を成膜する。
２の表面にサーメット燃料極３を成膜する。サーメット
燃料極３はＮｉＯとＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物の混
合物からなる。ＮｉＯ／ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 はＺｒＯ2
酸化物とＹ2 Ｏ3 酸化物を重量分率にして８６：１４の
割合で混合し、１５００℃、空気中で１０時間焼成して
ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物を合成し、さらに合成し
たＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3複合酸化物とＮｉＯを重量分率に
して８０：２０の割合で混合し、混合物８０に対して蒸
留水２０の割合で湿式混合を５０時間行ない、その後蒸
留水を蒸発させたＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物とＮｉ
Ｏの混合物を１０００℃で１０時間、空気中で焼成する
酸化物混合法により合成した。合成した混合物を平均粒
子径を約５０μｍ及び２０μｍとなるような２種の粒子
径を有する複合酸化物を合成する。これら２種の複合酸
化物を重量分率で２０：８０の割合で混合し、混合物重
量９０部に対して、エチルアルコール５部、エチレング
リコール５部を混合し湿式で２４時間混合粉砕を行な
う。固体電解質２上への成膜はサーメット燃料極溶液中
へ、空気多孔質円筒体１上に成膜した固体電解質２を５
分から１０分間浸したあと溶液から引き上げて乾燥し、
空気中、１２００℃で５時間焼成することにより行な
う。このようにして成膜したサーメット燃料極の外表面
にガス溶射法によって金属ニッケル膜４を成膜する。
【００２０】（実施例４）次に、本発明の第二発明の他
の具体的な実施例について説明する。空気極多孔質円筒
体１はＬａ，Ｍｎ系複合酸化物の混合物からなり、製造
方法は実施例３と同様である。固体電解質２は低圧溶射
法により成膜する。溶射に用いる固体電解質２の原料組
成はＺｒＯ2 −１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 である。これはＺｒ
Ｏ2 酸化物とＹ2 Ｏ3 酸化物を重量分率にして、８６：
１４の割合で混合し、１５００℃、空気中で１０時間焼
成してＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物を合成したあと、
ボールミルにより平均粒子径が約２０μｍの酸化物とな
るように粉砕する。このようにして得られた酸化物粉体
を低圧溶射法により成膜する。この方法によって空気極
多孔質円筒体１上に平均膜厚が２０〜３０μｍの固体電
解質（ＺｒＯ2 −Ｙ2Ｏ3 ）２が形成される。空気極は
実施例３と同様にして固体電解質２上に成膜する。
の具体的な実施例について説明する。空気極多孔質円筒
体１はＬａ，Ｍｎ系複合酸化物の混合物からなり、製造
方法は実施例３と同様である。固体電解質２は低圧溶射
法により成膜する。溶射に用いる固体電解質２の原料組
成はＺｒＯ2 −１４ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 である。これはＺｒ
Ｏ2 酸化物とＹ2 Ｏ3 酸化物を重量分率にして、８６：
１４の割合で混合し、１５００℃、空気中で１０時間焼
成してＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 複合酸化物を合成したあと、
ボールミルにより平均粒子径が約２０μｍの酸化物とな
るように粉砕する。このようにして得られた酸化物粉体
を低圧溶射法により成膜する。この方法によって空気極
多孔質円筒体１上に平均膜厚が２０〜３０μｍの固体電
解質（ＺｒＯ2 −Ｙ2Ｏ3 ）２が形成される。空気極は
実施例３と同様にして固体電解質２上に成膜する。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、低抵抗の固体電解質型
電解セルを提供することができる。
電解セルを提供することができる。
【図１】本発明の第一発明の一実施例の固体電解質型高
温水蒸気電解セルの外観図。
温水蒸気電解セルの外観図。
【図２】図１の断面図。
【図３】本発明の固体電解質型電解セルの燃料極多孔質
円筒または空気極多孔質円筒成型用金型の説明図。
円筒または空気極多孔質円筒成型用金型の説明図。
【図４】本発明の第二発明の一実施例の固体電解質型高
温水蒸気電解セルの外観図。
温水蒸気電解セルの外観図。
【図５】図４の断面図。
【図６】固体電解質による水蒸気電解法の原理の説明
図。
図。
【図７】円筒型構造セルの電流経路の説明図。
【図８】従来の円筒型構造セルの電流経路の説明図。
【図９】本発明の第一発明の円筒型構造セルの電流経路
の説明図。
の説明図。
【図１０】本発明の第二発明の円筒型構造セルが大きな
電解電流密度が得られることの説明図。
電解電流密度が得られることの説明図。
Claims (2)
- 【請求項１】 支持体を兼ねた円筒型多孔質燃料極の外
表面に酸素イオン導電性固体電解質を密接させ、さらに
該固体電解質の外表面に多孔質空気極を密接させてなる
ことを特徴とする固体電解質型電解セル。 - 【請求項２】 支持体を兼ねた円筒型多孔質空気極の外
表面に酸素イオン導電性固体電解質を密接させ、該固体
電解質の外表面に多孔質サーメット燃料極を密接させ、
さらに該燃料極の外表面に金属部分を密接させてなるこ
とを特徴とする固体電解質型電解セル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4288822A JPH06136583A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 固体電解質型電解セル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4288822A JPH06136583A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 固体電解質型電解セル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06136583A true JPH06136583A (ja) | 1994-05-17 |
Family
ID=17735191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4288822A Withdrawn JPH06136583A (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 固体電解質型電解セル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06136583A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007262432A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Toshiba Corp | 高温水蒸気電解装置及びその電解方法 |
| JP2007299767A (ja) * | 2007-07-18 | 2007-11-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 固体電解質型燃料電池用電解質材料、固体電解質型燃料電池セル及びこれらの製造方法 |
| WO2008018394A1 (fr) * | 2006-08-08 | 2008-02-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Pile à combustible de type tube |
| JP2010159472A (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | アンモニア分解素子 |
| JP2016058359A (ja) * | 2014-09-12 | 2016-04-21 | 京セラ株式会社 | 横縞型固体酸化物形燃料電池セル |
| CN111769296A (zh) * | 2019-03-27 | 2020-10-13 | 景德镇陶瓷大学 | 一种SOFC抗积碳Ni-YSZ阳极材料的制备方法 |
-
1992
- 1992-10-27 JP JP4288822A patent/JPH06136583A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007262432A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Toshiba Corp | 高温水蒸気電解装置及びその電解方法 |
| JP4630837B2 (ja) * | 2006-03-27 | 2011-02-09 | 株式会社東芝 | 高温水蒸気電解装置及びその電解方法 |
| WO2008018394A1 (fr) * | 2006-08-08 | 2008-02-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Pile à combustible de type tube |
| JP2007299767A (ja) * | 2007-07-18 | 2007-11-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 固体電解質型燃料電池用電解質材料、固体電解質型燃料電池セル及びこれらの製造方法 |
| JP2010159472A (ja) * | 2009-01-09 | 2010-07-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | アンモニア分解素子 |
| JP2016058359A (ja) * | 2014-09-12 | 2016-04-21 | 京セラ株式会社 | 横縞型固体酸化物形燃料電池セル |
| CN111769296A (zh) * | 2019-03-27 | 2020-10-13 | 景德镇陶瓷大学 | 一种SOFC抗积碳Ni-YSZ阳极材料的制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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