JPH06188007A - 固体電解質型燃料電池の製造方法とその電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の製造方法とその電池Info
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- JPH06188007A JPH06188007A JP4355947A JP35594792A JPH06188007A JP H06188007 A JPH06188007 A JP H06188007A JP 4355947 A JP4355947 A JP 4355947A JP 35594792 A JP35594792 A JP 35594792A JP H06188007 A JPH06188007 A JP H06188007A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 製造コストを上昇させずに固体電解質型燃料
電池の高容量化を図る。 【構成】 安定化剤と焼成時に酸化される添加物とを添
加したジルコニアを用いて作成した固体電解質と、この
固体電解質の一方の面に形成した燃料極と、前記固体電
解質の他方の面に形成した空気極とからなり、前記固体
電解質、燃料極および空気極はスラリーを成形すること
によって行う。 【効果】 焼成時に酸化される添加物を添加することに
より、８ｍｏｌ％ＹＳＺを用いて固体電解質を作成する
ことができるので、高容量化を図ることができる。
電池の高容量化を図る。 【構成】 安定化剤と焼成時に酸化される添加物とを添
加したジルコニアを用いて作成した固体電解質と、この
固体電解質の一方の面に形成した燃料極と、前記固体電
解質の他方の面に形成した空気極とからなり、前記固体
電解質、燃料極および空気極はスラリーを成形すること
によって行う。 【効果】 焼成時に酸化される添加物を添加することに
より、８ｍｏｌ％ＹＳＺを用いて固体電解質を作成する
ことができるので、高容量化を図ることができる。
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
製造方法とその電池に関するものである。
製造方法とその電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池としては、リン酸
型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池と類似した構造の平
板型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案された
モノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開
発中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社に
よって提案された円筒単素子型が知られているが、現在
はスタック構成の容易さの点でウェスティングハウス社
の円筒単素子型が注目されている。
型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池と類似した構造の平
板型、米国のアルゴンヌ国立研究所によって提案された
モノリシック型、日本の電子技術総合研究所によって開
発中の円筒多素子型、米国のウェスティングハウス社に
よって提案された円筒単素子型が知られているが、現在
はスタック構成の容易さの点でウェスティングハウス社
の円筒単素子型が注目されている。
【０００３】上記した固体電解質型燃料電池に用いられ
る固体電解質は、酸素イオンおよび水素イオンの伝導性
が高く、酸化雰囲気下および還元雰囲気下において化学
的に安定であり、しかもガスを透過させない緻密性が要
求され、現在のところ、イットリアを固溶させたジルコ
ニア（以下ＹＳＺという。）を数十〜数百μｍの膜状に
したものが用いられている。
る固体電解質は、酸素イオンおよび水素イオンの伝導性
が高く、酸化雰囲気下および還元雰囲気下において化学
的に安定であり、しかもガスを透過させない緻密性が要
求され、現在のところ、イットリアを固溶させたジルコ
ニア（以下ＹＳＺという。）を数十〜数百μｍの膜状に
したものが用いられている。
【０００４】このような膜状の固体電解質（以下固体電
解質膜という）を形成する方法としては、テープキャス
ト法、カレンダーロール法、スラリーキャスト法のよう
なスラリーを用いる方法やプラズマ溶射法、電気化学蒸
着法（ＥＶＤ法）が知られている。
解質膜という）を形成する方法としては、テープキャス
ト法、カレンダーロール法、スラリーキャスト法のよう
なスラリーを用いる方法やプラズマ溶射法、電気化学蒸
着法（ＥＶＤ法）が知られている。
【０００５】上記した方法のうち、テープキャスト法、
カレンダーロール法、スラリーキャスト法は、電極成形
体、電解質成形体を形成してから焼成するもので、安価
に平板型やモノリシック型の固体電解質型燃料電池を製
造することができ、通常は上記各成形体を積層して複合
体とし、この複合体を焼成することによって行ってい
る。
カレンダーロール法、スラリーキャスト法は、電極成形
体、電解質成形体を形成してから焼成するもので、安価
に平板型やモノリシック型の固体電解質型燃料電池を製
造することができ、通常は上記各成形体を積層して複合
体とし、この複合体を焼成することによって行ってい
る。
【０００６】また、上記した方法のうち、プラズマ溶射
法、電気化学蒸着法（ＥＶＤ法）は、前記したテープキ
ャスト法、カレンダーロール法、スラリーキャスト法と
併用して近年注目されている円筒型の固体電解質型燃料
電池の製造に用いられている。
法、電気化学蒸着法（ＥＶＤ法）は、前記したテープキ
ャスト法、カレンダーロール法、スラリーキャスト法と
併用して近年注目されている円筒型の固体電解質型燃料
電池の製造に用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した種々の型式の
固体電解質型燃料電池の製造する際には、焼成後に電極
や固体電解質に割れや破損が発生しないように、電極と
固体電解質の収縮率を調整しているが、電極や固体電解
質を作成するためのスラリー中に不純物が混入していた
り、スラリー成分のばらつきによって収縮率が変化する
場合があり、完全なものではないという問題があった。
固体電解質型燃料電池の製造する際には、焼成後に電極
や固体電解質に割れや破損が発生しないように、電極と
固体電解質の収縮率を調整しているが、電極や固体電解
質を作成するためのスラリー中に不純物が混入していた
り、スラリー成分のばらつきによって収縮率が変化する
場合があり、完全なものではないという問題があった。
【０００８】また、電極や固体電解質膜の強度を高める
ため、スラリー中に３ｍｏｌ％ＹＳＺや５ｍｏｌ％ＹＳ
Ｚを多く含有させることも提案されているが、このよう
なＹＳＺは酸化物イオンの伝導率が低いために燃料電池
の抵抗が高くなり、高容量化を図るために含有させる酸
化物イオンの伝導率の高い８ｍｏｌ％ＹＳＺの効果を阻
害してしまうという問題があった。
ため、スラリー中に３ｍｏｌ％ＹＳＺや５ｍｏｌ％ＹＳ
Ｚを多く含有させることも提案されているが、このよう
なＹＳＺは酸化物イオンの伝導率が低いために燃料電池
の抵抗が高くなり、高容量化を図るために含有させる酸
化物イオンの伝導率の高い８ｍｏｌ％ＹＳＺの効果を阻
害してしまうという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、安定化剤と焼成時に酸化される添加物と
を添加したジルコニアを含有するスラリーを成形して電
解質成形体とする工程と、前記電解質成形体の一方の面
に、第１の金属酸化物を含有するスラリーを成形して第
１の電極成形体とする工程と、前記電解質成形体の他方
の面に、第２の金属酸化物を含有するスラリーを成形し
て第２の電極成形体とする工程とからなり、前記電解質
成形体と第１の電極成形体とからなる複合成形体を焼成
して第１電極−固体電解質複合体を形成した後第２電極
を形成し、または前記電解質成形体、第１の電極成形体
および第２の電極成形体からなる三層成形体を焼成して
第１電極−固体電解質−第２電極複合体を形成し、これ
らの複合体を固体電解質型燃料電池とすることを特徴と
するものである。
め、本発明は、安定化剤と焼成時に酸化される添加物と
を添加したジルコニアを含有するスラリーを成形して電
解質成形体とする工程と、前記電解質成形体の一方の面
に、第１の金属酸化物を含有するスラリーを成形して第
１の電極成形体とする工程と、前記電解質成形体の他方
の面に、第２の金属酸化物を含有するスラリーを成形し
て第２の電極成形体とする工程とからなり、前記電解質
成形体と第１の電極成形体とからなる複合成形体を焼成
して第１電極−固体電解質複合体を形成した後第２電極
を形成し、または前記電解質成形体、第１の電極成形体
および第２の電極成形体からなる三層成形体を焼成して
第１電極−固体電解質−第２電極複合体を形成し、これ
らの複合体を固体電解質型燃料電池とすることを特徴と
するものである。
【００１０】
【作 用】従って、本発明は、安定化剤と焼成時に酸化
される添加物とを添加したジルコニアを含有するスラリ
ーを成形し、焼成して固体電解質を作成しているので、
焼成時に気孔が生じ、この気孔によって固体電解質と電
極の収縮率の差異を緩和することができ、第１電極−固
体電解質複合体または第１電極−固体電解質−第２電極
複合体の割れや破損を防止することができる。
される添加物とを添加したジルコニアを含有するスラリ
ーを成形し、焼成して固体電解質を作成しているので、
焼成時に気孔が生じ、この気孔によって固体電解質と電
極の収縮率の差異を緩和することができ、第１電極−固
体電解質複合体または第１電極−固体電解質−第２電極
複合体の割れや破損を防止することができる。
【００１１】
【実施例】本発明の固体電解質型燃料電池の製造方法を
説明するに先立ち、図１により、焼成時に酸化される添
加物としての炭素粉末と８ｍｏｌ％ＹＳＺとを含有さ
せ、分散剤、消泡剤、バインダーを添加したスラリーを
成形して電解質成形体とし、この電解質成形体を１４３
０℃で３時間焼成した後、かさ密度をアルキメデス法に
よって測定した結果を説明する。
説明するに先立ち、図１により、焼成時に酸化される添
加物としての炭素粉末と８ｍｏｌ％ＹＳＺとを含有さ
せ、分散剤、消泡剤、バインダーを添加したスラリーを
成形して電解質成形体とし、この電解質成形体を１４３
０℃で３時間焼成した後、かさ密度をアルキメデス法に
よって測定した結果を説明する。
【００１２】図１から、炭素粉末の添加量が多くなるに
つれて電解質成形体を焼成して得た固体電解質のかさ密
度が低下し、添加量が６重量％でかさ密度が約９０％に
なることがわかる。
つれて電解質成形体を焼成して得た固体電解質のかさ密
度が低下し、添加量が６重量％でかさ密度が約９０％に
なることがわかる。
【００１３】次に、図２により、４重量％の炭素粉末と
８ｍｏｌ％ＹＳＺとを含有させたスラリーを用いて形成
した電解質成形体、炭素粉末を含有させないスラリーを
用いて形成した電解質成形体および酸化ニッケル、分散
材、消泡材、バインダーからなるスラリーを用いて形成
した燃料極成形体について、空気中で焼成時の温度変化
（２００℃／ｈ）と収縮率との関係を調査した結果を説
明する。
８ｍｏｌ％ＹＳＺとを含有させたスラリーを用いて形成
した電解質成形体、炭素粉末を含有させないスラリーを
用いて形成した電解質成形体および酸化ニッケル、分散
材、消泡材、バインダーからなるスラリーを用いて形成
した燃料極成形体について、空気中で焼成時の温度変化
（２００℃／ｈ）と収縮率との関係を調査した結果を説
明する。
【００１４】図２から、４重量％の炭素粉末を含有させ
て形成した電解質成形体と燃料極成形体との収縮率の差
は、炭素粉末を含有させないで形成した電解質成形体と
の差より大きくなることがわかり、温度が１３００℃付
近では約５％程度であることがわかる。
て形成した電解質成形体と燃料極成形体との収縮率の差
は、炭素粉末を含有させないで形成した電解質成形体と
の差より大きくなることがわかり、温度が１３００℃付
近では約５％程度であることがわかる。
【００１５】上記した実験結果に基づき、４重量％の炭
素粉末を含有させたスラリーを成形して電解質成形体を
形成し、その一方の面に酸化ニッケルを含有させたスラ
リーを成形して燃料極成形体を形成したものを５本積層
し、１４３０℃で３時間焼成して得た燃料極−固体電解
質複合体と、炭素粉末を含有させないスラリーを成形し
て電解質成形体を形成した以外同一の燃料極−固体電解
質複合体とについて、割れや破損の有無を調査したとこ
ろ、前者のものは割れや破損がなかったのに対し、後者
のものはすべてに割れや破損が生じていることがわかっ
た。
素粉末を含有させたスラリーを成形して電解質成形体を
形成し、その一方の面に酸化ニッケルを含有させたスラ
リーを成形して燃料極成形体を形成したものを５本積層
し、１４３０℃で３時間焼成して得た燃料極−固体電解
質複合体と、炭素粉末を含有させないスラリーを成形し
て電解質成形体を形成した以外同一の燃料極−固体電解
質複合体とについて、割れや破損の有無を調査したとこ
ろ、前者のものは割れや破損がなかったのに対し、後者
のものはすべてに割れや破損が生じていることがわかっ
た。
【００１６】このことは、前者のものは電解質成形体と
燃料極成形体との収縮率の差が大きくなったにもかかわ
らず、焼成時に割れや破損が生じていないことを意味
し、このような割れや破損は収縮率を一致させることに
よって防止できるのではなく、本来緻密性が要求される
固体電解質に気孔を生じさせて同時に焼成する際の応力
を緩和することによって防止できることを意味している
と考えられる。
燃料極成形体との収縮率の差が大きくなったにもかかわ
らず、焼成時に割れや破損が生じていないことを意味
し、このような割れや破損は収縮率を一致させることに
よって防止できるのではなく、本来緻密性が要求される
固体電解質に気孔を生じさせて同時に焼成する際の応力
を緩和することによって防止できることを意味している
と考えられる。
【００１７】上記した４重量％の炭素粉末を含有させた
固体電解質を用いた本発明電池と炭素粉末を含有させず
に３ｍｏｌ％ＹＳＺを含有させた固体電解質を用いた従
来電池とについて、有効電極面積を１６ｃｍ2 とし、作
動温度を１０００℃、作動ガスを３％の加湿水素／空気
として特性を比較した結果を図３に示す。
固体電解質を用いた本発明電池と炭素粉末を含有させず
に３ｍｏｌ％ＹＳＺを含有させた固体電解質を用いた従
来電池とについて、有効電極面積を１６ｃｍ2 とし、作
動温度を１０００℃、作動ガスを３％の加湿水素／空気
として特性を比較した結果を図３に示す。
【００１８】図３から、従来電池の最大出力は７５ｍＷ
／ｃｍ2 であったのに対し、本発明電池の最大出力は２
００ｍＷ／ｃｍ2 になることがわかる。
／ｃｍ2 であったのに対し、本発明電池の最大出力は２
００ｍＷ／ｃｍ2 になることがわかる。
【００１９】上記した実施例では、炭素粉末を４重量％
含有させたスラリーを用いて固体電解質を焼成している
が、このことは固体電解質のかさ密度が９０％〜９８％
の範囲、好ましくは９４％〜９７％の範囲になるように
添加量を調整したものであり、かさ密度を小さくしすぎ
ると、固体電解質の緻密性が低下してガスのリークが生
じ、大きくしすぎると、同時に焼成する際の応力の緩和
が困難になることから上記した範囲を定めたことは言う
までもない。また、炭素粉末以外にセルロース、ポリエ
チレンなどの有機物粉末を用いることも可能である。
含有させたスラリーを用いて固体電解質を焼成している
が、このことは固体電解質のかさ密度が９０％〜９８％
の範囲、好ましくは９４％〜９７％の範囲になるように
添加量を調整したものであり、かさ密度を小さくしすぎ
ると、固体電解質の緻密性が低下してガスのリークが生
じ、大きくしすぎると、同時に焼成する際の応力の緩和
が困難になることから上記した範囲を定めたことは言う
までもない。また、炭素粉末以外にセルロース、ポリエ
チレンなどの有機物粉末を用いることも可能である。
【００２０】また、上記した実施例では、燃料極−固体
電解質複合体について説明したが、固体電解質−空気極
複合体や燃料極−固体電解質−空気極複合体であっても
同様に行えることは言うまでもない。
電解質複合体について説明したが、固体電解質−空気極
複合体や燃料極−固体電解質−空気極複合体であっても
同様に行えることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】上記したとおりであるから、本発明は製
造コストを上昇させずに固体電解質型燃料電池の高容量
化が可能である。
造コストを上昇させずに固体電解質型燃料電池の高容量
化が可能である。
【図１】炭素粉末と８ｍｏｌ％ＹＳＺとを含有するスラ
リーを用いて作成した固体電解質のかさ密度と炭素粉末
の添加量との関係を示す図である。
リーを用いて作成した固体電解質のかさ密度と炭素粉末
の添加量との関係を示す図である。
【図２】上記した固体電解質、炭素粉末を含有させない
で作成した固体電解質および燃料極の焼成時の温度と収
縮率との関係を示す図である。
で作成した固体電解質および燃料極の焼成時の温度と収
縮率との関係を示す図である。
【図３】８ｍｏｌ％ＹＳＺを用いて作成した固体電解質
を有する本発明電池の特性と３ｍｏｌ％ＹＳＺを用いて
作成した固体電解質を有する従来電池の特性とを比較し
た図である。
を有する本発明電池の特性と３ｍｏｌ％ＹＳＺを用いて
作成した固体電解質を有する従来電池の特性とを比較し
た図である。
Claims (5)
- 【請求項１】 安定化剤と焼成時に酸化される添加物と
を添加したジルコニアを含有するスラリーを成形して電
解質成形体とする工程と、前記電解質成形体の一方の面
に、第１の金属酸化物を含有するスラリーを成形して第
１の電極成形体とする工程と、前記電解質成形体の他方
の面に、第２の金属酸化物を含有するスラリーを成形し
て第２の電極成形体とする工程とを有し、前記電解質成
形体と第１の電極成形体とからなる複合成形体を焼成し
て第１電極−固体電解質複合体を形成した後第２電極を
形成し、または前記電解質成形体、第１の電極成形体お
よび第２の電極成形体からなる三層成形体を焼成して第
１電極−固体電解質−第２電極複合体を形成し、これら
の複合体を固体電解質型燃料電池とすることを特徴とす
る固体電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項２】 固体電解質のかさ密度が９０％〜９８％
であり、この固体電解質の一方の面に燃料極が、他方の
面に空気極が形成されていることを特徴とする固体電解
質型燃料電池。 - 【請求項３】 第１の金属酸化物がニッケルまたはコバ
ルトの酸化物で、第１電極が燃料極であり、第２の金属
酸化物がストロンチウムまたはカルシウムをドープした
ＬａＭｎＯ3 、ＬａＣｏＯ3 、ＣａＭｎＯ3 で、第２電
極が空気極であることを特徴とする請求項第１項記載の
固体電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項４】 焼成時に酸化される添加物は、炭素粉末
または有機物粉末であることを特徴とする請求項第１項
記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項５】 第１の金属酸化物がストロンチウムまた
はカルシウムドープしたＬａＭｎＯ3 、ＬａＣｏＯ3 、
ＣａＭｎＯ3 で、第１電極が空気極であり、第２の金属
酸化物がニッケルまたはコバルトの酸化物で、第２電極
が燃料極であることを特徴とする請求項第１項記載の固
体電解質型燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4355947A JPH06188007A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 固体電解質型燃料電池の製造方法とその電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4355947A JPH06188007A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 固体電解質型燃料電池の製造方法とその電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188007A true JPH06188007A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18446552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4355947A Pending JPH06188007A (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | 固体電解質型燃料電池の製造方法とその電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188007A (ja) |
-
1992
- 1992-12-18 JP JP4355947A patent/JPH06188007A/ja active Pending
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