JPH06188003A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JPH06188003A
JPH06188003A JP4336316A JP33631692A JPH06188003A JP H06188003 A JPH06188003 A JP H06188003A JP 4336316 A JP4336316 A JP 4336316A JP 33631692 A JP33631692 A JP 33631692A JP H06188003 A JPH06188003 A JP H06188003A
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JP
Japan
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battery
separator
solid electrolyte
chromium
electrode
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Pending
Application number
JP4336316A
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English (en)
Inventor
Shunsuke Taniguchi
俊輔 谷口
Noboru Ishida
登 石田
Koji Yasuo
耕司 安尾
Yukinori Akiyama
幸徳 秋山
Toshihiko Saito
俊彦 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池の昇温過程であっても電極等の合金外に
クロムが拡散するのを抑制することができる固体電解質
型燃料電池の提供を目的としている。 【構成】 クロムを含有する耐熱合金によって構成され
たセパレータ5を備える固体電解質型燃料電池におい
て、上記セパレータ5の表面には、電池組み込み前に、
腐食防止及び構成元素の熱拡散防止のためのCr2 3
層が形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池に
関し、詳しくはクロムを含有する耐熱合金を用いた電池
構成部材の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池は、供給されるガスの化学エネ
ルギーを直接電気エネルギーに変換するので、高い発電
効率が期待できる。特に、固体電解質型燃料電池(SO
FC)は、リン酸型燃料電池(PAFC),溶融炭酸塩
型燃料電池(MCFC)に次ぐ第三世代の燃料電池とし
て注目され、また、約1000℃という高温で作動する
ため、廃熱の利用を含めると発電効率を前記PAFC,
MCFCに比べて向上させることができる等の利点があ
り、各分野で研究されている。
【0003】図3は従来の平板型SOFCの基本構成を
示す分解斜視図であり、固体電解質板11を介して両面
に酸化剤極12と燃料極13とを配して成るセル14
と,セパレータ15とを交互に複数積層させた構造であ
る。ここで、セパレータ15は各セル14を電気的に接
続し、且つ、酸化剤極12側と燃料極13側との反応ガ
スを分離する役割を有している。この種のセパレータに
要求される性質としては、(1) ガス不透過性(緻密
性),(2) 良導電性,(3) 良熱伝導性,(4) 機械的強度
に優れること,(5) 精度良く成形できること(厚みの均
一性)等が挙げられる。このような(1) 〜(5) の条件を
満たし、且つ、加工が比較的容易である等の理由から、
近年ではセラミックセパレータに代わって耐熱合金から
成るセパレータが用いられている。この場合、上記耐熱
合金としては、Ni−Cr−Fe系合金が良く用いら
れ、また、この合金はセパレータの他にガス配管やガス
コネクタなどにも用いられている。
【0004】このような耐熱合金を用いた電池を約10
00℃という高温で作動させた場合には、耐熱合金中セ
パレータの表面等にCr2 3 層が形成される。そし
て、このCr2 3 層は酸化あるいは還元雰囲気での腐
食を防ぐ役割を果たすので、高温での酸化や腐食の防止
等を抑制できるといった利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クロム
は高温で固相中を熱拡散しやすく、また揮発性も高いの
で、合金表面にCr2 3 層を形成するまでの間にクロ
ムが合金表面から外に拡散する。このため、上記従来の
耐熱合金セパレータを用いた平板型SOFCでは、電池
の昇温過程でセパレータと接する電極中へクロムが拡散
し、特に酸化剤極側にクロムが拡散した場合には、その
影響が大である。即ち、酸化剤極側にクロムが拡散する
と、酸化剤極の表面にクロム酸化物の層が形成されるた
め、酸化剤極の触媒機能(例えば、酸素の解離吸着、表
面拡散等の機能)が低下する。この結果、電池特性が低
下し、しかも電池寿命が短くなるという課題を有してい
た。加えて、このような課題は、セパレータからのクロ
ムの拡散の他、耐熱合金を用いたガスコネクタ等の他の
電池構成部材から気相を介して酸化剤極にクロムが拡散
する場合にも、同様に生じる。
【0006】本発明は係る現状を考慮してなされたもの
であって、電池の昇温過程であっても電極等の合金外に
クロムが拡散するのを抑制することができる固体電解質
型燃料電池の提供を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、クロムを含有する耐熱合金によって構成さ
れた電池構成部材を備える固体電解質型燃料電池におい
て、前記電池構成部材は、電池組み込み前に、その表面
にCr2 3 層が形成されることを特徴とする。
【0008】
【作用】上記の如くあらかじめ熱処理によって表面にC
2 3 層を形成した耐熱合金を用いれば、このCr2
3 層がバリアとしての働きを有する。したがって、電
池の昇温過程であっても、クロムを含有する耐熱合金に
よって構成された電池構成部材から電極等にクロムが拡
散するのを抑制することができる。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例を、図1及び図2に基づい
て、以下に説明する。 〔実施例〕図1は本発明の一実施例に係る固体電解質型
燃料電池の要部断面図であり、固体電解質板1を介して
La0.9 Sr0.1 MnO3 −YSZ(イットリア添加安
定化ジルコニア)から成る酸化剤極2と,NiO−YS
Zから成る燃料極3とが配されて成るセル4と,セパレ
ータ5とを複数(本実施例では10セル)積層させた構
造である。
【0010】前記固体電解質板1としては、市販の3mo
l %イットリア添加部分安定化ジルコニア板(有効面積
100cm2 ,厚み0.2mm)を用いた。また、前記セパ
レータ5は、上下いずれか一方の面に酸化剤ガス流路6
・燃料ガス流路7を形成するためリブ5a(幅2mm)が
例えば2mmの間隔をおいて複数設けられた耐熱合金のプ
レートで構成されている。また、このセパレータ5の表
面には、腐食防止及び構成元素の熱拡散防止のためのC
2 3 層(厚さ:20μm)が形成されている。
【0011】尚、図中8は固体電解質板1の界面のシー
ル部であり、例えば、パイレックスガラスのような非導
電性高粘度融体から成るシール材が用いられている。こ
こで、上記電池を以下のようにして作製した。先ず、燃
料極3の原料として、YSZ粉末(平均粒径0.3μm)
を50wt%の割合で混合した酸化ニッケル粉末(平均粒
径1μm)を用意し、これをテルピネオール溶媒を用い
てスラリー化し、燃料極用スラリーとした。
【0012】一方、酸化剤極2の原料として、8mol %
のYSZ粉末(平均粒径1μm)を20wt%の割合で混
合したLa0.9 Sr0.1 MnO3 粉末(平均粒径2μ
m)を用意し、これをテルピネオール溶媒を用いてスラ
リー化し、酸化剤極用スラリーとした。その後、固体電
解質板1の一方の面に前記燃料極用スラリーを厚さ70
μmとなるように塗布し、乾燥させた後、これを空気中
1250℃で2時間焼成した。次に、前記固体電解質板
1の他方の面に前記酸化剤極用スラリーを同じく厚さ7
0μmとなるように塗布し、乾燥させた後、これを空気
中1100℃で4時間焼成した。
【0013】また、前記セパレータ5の作製は、先ず、
以下の組成の耐熱合金(インコネル600)を切削研磨
加工等により加工する。 Cr 16wt% Si≦0.5wt% S≦0.01
5wt% Fe 8wt% Mn≦1wt% Cu≦0.5
wt% C≦0.15wt% Ni 残り 次に、このワークを、空気中において1000℃で6時
間熱処理を施すことにより作製した。尚、このような熱
処理によって、セパレータ5の表面に腐食防止及び構成
元素の熱拡散防止のためのCr2 3 層が形成されるこ
とになる。
【0014】このようにして作製した電池を、以下
(A)電池と称する。 〔比較例〕熱処理することなくセパレータを形成する他
は、上記実施例と同様にして電池を作製した。このよう
にして作製した電池を、以下(X)電池と称する。 〔実験〕上記本発明の(A)電池及び比較例の(X)電
池(共に10セル積層体)を用いて、電流密度300m
A/cm2 ,作動温度1000℃の条件下で放電試験を行
い、その時の平均セル電圧を調べたので、その結果を図
2に示す。
【0015】図2から明らかなように、電池構成前に熱
処理を施さないセパレータを用いた比較例の(X)電池
では、当初より平均セル電圧が低く、しかもその後の電
圧の低下も大きい。これに対して、電池構成前に熱処理
を施したセパレータを用いた本発明の(A)電池では、
当初より平均セル電圧が高く、しかもその後の電圧の低
下も小さいことが認められる。
【0016】そこで、このような差異が生じる理由を調
べるべく、両電池を1000時間運転後に、解体して分
析した。その結果、比較例の(X)電池では酸化剤極中
にセパレータ中のクロムが多量に拡散していたが、本発
明の(A)電池では酸化剤極中のクロムの拡散は極めて
微量であることが確認された。これにより、比較例の
(X)電池では酸化剤極中に拡散したクロムによって電
極反応が阻害されるのに対して、本発明の(A)電池で
は前処理によってセパレータ表面に形成されたCr2
3 層によってクロムの拡散を抑えることができるので、
電極反応が阻害されるのを抑制できる。この結果、上記
の如く本発明の(A)電池が放電特性に優れるものと考
えられる。 〔その他の事項〕 上記実施例では、セパレータの熱処理は処理温度10
00℃、処理時間6時間で行ったが、このような温度や
時間に限定するものではなく、800℃〜1100℃の
温度範囲で30分間〜60時間熱処理を施せば上記と同
様、セパレータの表面にCr2 3 層を形成することが
できる。 上記実施例では、セパレータから酸化剤極へのクロム
の拡散について説明したが、その他の電池構成部材であ
ってクロムを含有する耐熱金属(ガス配管、ガスコネク
タ等)に上記と同様の処理を施せば、上記と同様の効果
を奏することは勿論である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、耐
熱合金中のクロムが電池の他の構成要素(特に、酸化剤
極)中に拡散するのを抑制できるので、電極等の活性が
低下するのを抑えることができると共に、クロムが原因
となる高抵抗反応生成物の生成が抑えられる。これらの
結果、固体電解質型燃料電池の寿命が大幅に長くなると
いった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る平板型固体電解質燃料
電池の斜視図である。
【図2】本発明の(A)電池と比較例の(X)電池とに
おけるセル電圧の経時変化を示すグラフである。
【図3】従来の平板型固体電解質型燃料電池の分解斜視
図である。
【符号の説明】
1 固体電解質板 2 酸化剤極 3 燃料極 5 セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 幸徳 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クロムを含有する耐熱合金によって構成
    された電池構成部材を備える固体電解質型燃料電池にお
    いて、 前記電池構成部材は、電池組み込み前に、その表面にC
    2 3 層が形成されることを特徴とする固体電解質型
    燃料電池。
JP4336316A 1992-12-16 1992-12-16 固体電解質型燃料電池 Pending JPH06188003A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0714147A1 (de) * 1994-11-23 1996-05-29 Sulzer Innotec Ag Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit chromhaltigen Verbindungselementen zwischen elektrochemisch aktiven Platten
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JP2011054575A (ja) * 2010-11-09 2011-03-17 Tokyo Gas Co Ltd 耐熱合金製インターコネクタを有する固体酸化物形燃料電池及びその運転方法
JP2016012565A (ja) * 2012-05-17 2016-01-21 京セラ株式会社 導電部材およびセルスタックならびにモジュール、モジュール収容装置

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