JPH06196178A - 固体電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の製造方法Info
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- JPH06196178A JPH06196178A JP4342367A JP34236792A JPH06196178A JP H06196178 A JPH06196178 A JP H06196178A JP 4342367 A JP4342367 A JP 4342367A JP 34236792 A JP34236792 A JP 34236792A JP H06196178 A JPH06196178 A JP H06196178A
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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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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- 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
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、高い発電効率，高い燃料利用率を有
することを主要な目的とする。 【構成】燃料極，電解質膜，空気極が順に積層されてな
る固体電解質型燃料電池の製造方法において、上記電解
質膜を低圧プラズマ溶射法で成膜した後、その表面にイ
オン注入あるいはイオン注入とスパッタリング成膜を併
用することにより、表面層を封孔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。
することを主要な目的とする。 【構成】燃料極，電解質膜，空気極が順に積層されてな
る固体電解質型燃料電池の製造方法において、上記電解
質膜を低圧プラズマ溶射法で成膜した後、その表面にイ
オン注入あるいはイオン注入とスパッタリング成膜を併
用することにより、表面層を封孔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。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質燃料電池（Ｓ
ＯＦＣ：Ｓolid Ｏxide Ｆuel Ｃell ）の製造方法
に関し、特にＳＯＦＣの一構成である固体電解質膜の製
造に改良を施したものである。
ＯＦＣ：Ｓolid Ｏxide Ｆuel Ｃell ）の製造方法
に関し、特にＳＯＦＣの一構成である固体電解質膜の製
造に改良を施したものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来の溶射法を用いた固体電解
質燃料電池（以下、ＳＯＦＣと呼ぶ）の概略図を示す。
質燃料電池（以下、ＳＯＦＣと呼ぶ）の概略図を示す。
【０００３】図３に示すように、ＳＯＦＣは基体管１，
燃料極２，電解質膜３および空気極４を順次積層したも
のからなり、作動温度約１０００℃で酸素６と水素７を
反応させて発電する装置である。前記基体管１に使用さ
れるセラミックス及び燃料極２，電解質膜３，空気極４
の皮膜に使用される代表的な材料と膜厚の公称値を下記
「表１］に示す。
燃料極２，電解質膜３および空気極４を順次積層したも
のからなり、作動温度約１０００℃で酸素６と水素７を
反応させて発電する装置である。前記基体管１に使用さ
れるセラミックス及び燃料極２，電解質膜３，空気極４
の皮膜に使用される代表的な材料と膜厚の公称値を下記
「表１］に示す。
【０００４】
【表１】
【０００５】ところで、燃料電池に固体電解質膜を使用
するためにはできるだけ薄く且つガス透過の少ない電解
質膜の形成が必要である。即ち、薄い程イオンの電導度
が高くなり、それだけ大電流が取り出せる。また、ガス
透過が少ない程、燃料と空気が直接燃焼する損失を低減
でき、それだけ燃料利用率（投入した燃料が反応に使用
される割合）を向上できる。
するためにはできるだけ薄く且つガス透過の少ない電解
質膜の形成が必要である。即ち、薄い程イオンの電導度
が高くなり、それだけ大電流が取り出せる。また、ガス
透過が少ない程、燃料と空気が直接燃焼する損失を低減
でき、それだけ燃料利用率（投入した燃料が反応に使用
される割合）を向上できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の低圧プ
ラズマ溶射法では十分に緻密な膜が得られないため、イ
オンの伝導度を犠牲にしてガスの漏洩を抑えるために膜
厚を１１０〜１５０μｍにしなければならない。この場
合の発電効率は３０〜３５％、燃料利用率は約７０％で
ある。
ラズマ溶射法では十分に緻密な膜が得られないため、イ
オンの伝導度を犠牲にしてガスの漏洩を抑えるために膜
厚を１１０〜１５０μｍにしなければならない。この場
合の発電効率は３０〜３５％、燃料利用率は約７０％で
ある。
【０００７】本発明は上記事情を鑑みてなされたもの
で、電解質膜を低圧プラズマ溶射法で成膜した後、その
表面にイオン注入あるいはイオン注入とスパッタリング
成膜を併用することにより表面層を封孔し、もって電解
質膜のガス透過を低減させ、発電効率及び燃料利用率を
向上しえる固体電解質型燃料電池の製造方法を提供する
ことを目的とする。
で、電解質膜を低圧プラズマ溶射法で成膜した後、その
表面にイオン注入あるいはイオン注入とスパッタリング
成膜を併用することにより表面層を封孔し、もって電解
質膜のガス透過を低減させ、発電効率及び燃料利用率を
向上しえる固体電解質型燃料電池の製造方法を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃料極，電解
質膜，空気極が順に積層されてなる固体電解質型燃料電
池の製造方法において、上記電解質膜を低圧プラズマ溶
射法で成膜した後、その表面にイオン注入あるいはイオ
ン注入とスパッタリング成膜を併用することにより、表
面層を封孔することを特徴とする固体電解質型燃料電池
の製造方法である。
質膜，空気極が順に積層されてなる固体電解質型燃料電
池の製造方法において、上記電解質膜を低圧プラズマ溶
射法で成膜した後、その表面にイオン注入あるいはイオ
ン注入とスパッタリング成膜を併用することにより、表
面層を封孔することを特徴とする固体電解質型燃料電池
の製造方法である。
【０００９】
【作用】本発明によれば、従来の溶射法で形成された約
５０μｍの電解質膜の表面層をイオン注入法あるいはイ
オン注入とスパッタリング成膜を併用することにより高
度に封孔することができるので、従来のようにガスの漏
洩を抑えるために厚膜化するムダがなくなり、ガスの透
過を抑えた薄い電解質膜を形成できる。これにおり、高
効率な固体電解質型燃料電池を製造できる。
５０μｍの電解質膜の表面層をイオン注入法あるいはイ
オン注入とスパッタリング成膜を併用することにより高
度に封孔することができるので、従来のようにガスの漏
洩を抑えるために厚膜化するムダがなくなり、ガスの透
過を抑えた薄い電解質膜を形成できる。これにおり、高
効率な固体電解質型燃料電池を製造できる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照して
説明する。但し、従来と同部材は同符号を付して説明を
省略する。 （実施例１）図１及び図２を参照して説明する。
説明する。但し、従来と同部材は同符号を付して説明を
省略する。 （実施例１）図１及び図２を参照して説明する。
【００１１】図２に示すように、本発明の実施例１に係
るＳＯＦＣは基体管１，燃料極２，電解質膜11，空気極
４を順に積層したものからなり、例えば作動温度約１０
００℃で酸素６と水素７を反応させて発電する装置であ
る。ここで、前記電解質膜11は、低圧プラスマ溶射皮膜
12と、イオン注入法により表面層が封孔されたイオン注
入層13（図２参照）からなる。前記低圧プラズマ溶射皮
膜12は、ＺｒＯ2 −12Ｙ2 Ｏ3 （ジルコニアＺｒＯ2 に
12％のイットリアＹ2 Ｏ3 を含有させた複合化合物）に
よって形成されている。
るＳＯＦＣは基体管１，燃料極２，電解質膜11，空気極
４を順に積層したものからなり、例えば作動温度約１０
００℃で酸素６と水素７を反応させて発電する装置であ
る。ここで、前記電解質膜11は、低圧プラスマ溶射皮膜
12と、イオン注入法により表面層が封孔されたイオン注
入層13（図２参照）からなる。前記低圧プラズマ溶射皮
膜12は、ＺｒＯ2 −12Ｙ2 Ｏ3 （ジルコニアＺｒＯ2 に
12％のイットリアＹ2 Ｏ3 を含有させた複合化合物）に
よって形成されている。
【００１２】次に、こうした構成のＳＯＦＣの製造方法
について図１を参照して説明する。即ち、図示しないイ
オン源より引出した後、加速，質量分離，収束（図示せ
ず）等を経たイオンビーム14を、まだ空気極４が溶射さ
れていない燃料電池セル15の電解質表面に注入する。こ
れにより、表面層が封孔されたイオン注入層13が形成さ
れた。
について図１を参照して説明する。即ち、図示しないイ
オン源より引出した後、加速，質量分離，収束（図示せ
ず）等を経たイオンビーム14を、まだ空気極４が溶射さ
れていない燃料電池セル15の電解質表面に注入する。こ
れにより、表面層が封孔されたイオン注入層13が形成さ
れた。
【００１３】しかして、上記実施例１によれば、低圧プ
ラズマ溶射法により低圧プラズマ溶射皮膜12を形成した
後、この低圧プラズマ溶射皮膜12にイオン注入を行うこ
とにより、表面層が封孔されたイオン注入層13を形成す
る。従って、従来の溶射によって構成された方法では得
られなかった薄膜型の固体電解質膜が得られるため、高
い発電効率，高い燃料利用率を有する固体電解質燃料電
池が得られる。また、発電効率が向上することにより、
化石燃料消費量の低減，及びＣＯ2 排出量を低減でき
る。 （実施例２）図１及び図３を参照して説明する。
ラズマ溶射法により低圧プラズマ溶射皮膜12を形成した
後、この低圧プラズマ溶射皮膜12にイオン注入を行うこ
とにより、表面層が封孔されたイオン注入層13を形成す
る。従って、従来の溶射によって構成された方法では得
られなかった薄膜型の固体電解質膜が得られるため、高
い発電効率，高い燃料利用率を有する固体電解質燃料電
池が得られる。また、発電効率が向上することにより、
化石燃料消費量の低減，及びＣＯ2 排出量を低減でき
る。 （実施例２）図１及び図３を参照して説明する。
【００１４】図３に示すように、本発明の実施例２に係
るＳＯＦＣは基体管１，燃料極２，電解質膜11，空気極
４を順に積層したものからなり、例えば作動温度約１０
００℃で酸素６と水素７を反応させて発電する装置であ
る。ここで、前記電解質膜11は、低圧プラズマ溶射皮膜
12と、イオン注入とスパッタリング成膜を併用した方法
により表面層が封孔されたスパッタリング成膜層16（図
３参照）からなる。前記低圧プラズマ溶射皮膜12は、Ｚ
ｒＯ2 −12Ｙ2 Ｏ3 （ジルコニアＺｒＯ2 に12％のイッ
トリアＹ2 Ｏ3 を含有させた複合化合物）によって形成
されている。
るＳＯＦＣは基体管１，燃料極２，電解質膜11，空気極
４を順に積層したものからなり、例えば作動温度約１０
００℃で酸素６と水素７を反応させて発電する装置であ
る。ここで、前記電解質膜11は、低圧プラズマ溶射皮膜
12と、イオン注入とスパッタリング成膜を併用した方法
により表面層が封孔されたスパッタリング成膜層16（図
３参照）からなる。前記低圧プラズマ溶射皮膜12は、Ｚ
ｒＯ2 −12Ｙ2 Ｏ3 （ジルコニアＺｒＯ2 に12％のイッ
トリアＹ2 Ｏ3 を含有させた複合化合物）によって形成
されている。
【００１５】次に、こうした構成のＳＯＦＣの製造方法
について図１を参照して説明する。即ち、燃料電池セル
15の背面にジルコニア（ＺｒＯ2 ）あるいはジルコニウ
ム（Ｚｒ）等を成分とする被スパッタリング材17を設け
ることにより、前述したイオンビーム14によって被スパ
ッタリング材17をスパッタさせる。被スパッタリング材
17は、スパッタ粒子18が効率よく燃料電池セル15に付着
する様、燃料電池セル15の中心を曲率の中心とする様な
曲面を有している。
について図１を参照して説明する。即ち、燃料電池セル
15の背面にジルコニア（ＺｒＯ2 ）あるいはジルコニウ
ム（Ｚｒ）等を成分とする被スパッタリング材17を設け
ることにより、前述したイオンビーム14によって被スパ
ッタリング材17をスパッタさせる。被スパッタリング材
17は、スパッタ粒子18が効率よく燃料電池セル15に付着
する様、燃料電池セル15の中心を曲率の中心とする様な
曲面を有している。
【００１６】前記スパッタ粒子18は燃料電池セル15の表
面に付着した後、燃料電池セル15の回転によりイオンビ
ーム14に照射されることとなる。イオンビーム14の運動
エネルギーにより電解質膜に強固に密着した緻密なスパ
ッタリング成膜層16を形成した。
面に付着した後、燃料電池セル15の回転によりイオンビ
ーム14に照射されることとなる。イオンビーム14の運動
エネルギーにより電解質膜に強固に密着した緻密なスパ
ッタリング成膜層16を形成した。
【００１７】しかして、上記実施例２よれば、低圧プラ
ズマ溶射法により低圧プラズマ溶射皮膜12を形成した
後、この低圧プラズマ溶射皮膜12にイオン注入あるいは
スパッタリングによる皮膜とイオン注入を同時に行うこ
とにより、表面層が封孔されたスパッタリング成膜層16
を形成する。従って、従来の溶射によって構成された方
法では得られなかった薄膜型の固体電解質膜が得られる
ため、高い発電効率，高い燃料利用率を有する固体電解
質燃料電池が得られる。また、発電効率が向上すること
により、化石燃料消費量の低減，及びＣＯ2 排出量を低
減できる。
ズマ溶射法により低圧プラズマ溶射皮膜12を形成した
後、この低圧プラズマ溶射皮膜12にイオン注入あるいは
スパッタリングによる皮膜とイオン注入を同時に行うこ
とにより、表面層が封孔されたスパッタリング成膜層16
を形成する。従って、従来の溶射によって構成された方
法では得られなかった薄膜型の固体電解質膜が得られる
ため、高い発電効率，高い燃料利用率を有する固体電解
質燃料電池が得られる。また、発電効率が向上すること
により、化石燃料消費量の低減，及びＣＯ2 排出量を低
減できる。
【００１８】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、高い
発電効率，高い燃料利用率を有するとともに、発電効率
が向上することにより化石燃料消費量の低減及びＣＯ2
排出量を低減できる固体電解質燃料電池の製造方法を提
供できる。
発電効率，高い燃料利用率を有するとともに、発電効率
が向上することにより化石燃料消費量の低減及びＣＯ2
排出量を低減できる固体電解質燃料電池の製造方法を提
供できる。
【図１】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
の一構成である固体電解質膜を製造する方法の説明図。
の一構成である固体電解質膜を製造する方法の説明図。
【図２】本発明の実施例１に係る固体電解質型燃料電池
の一構成である固体電解質膜を製造する方法の説明図。
の一構成である固体電解質膜を製造する方法の説明図。
【図３】本発明の実施例２に係る固体電解質型燃料電池
の一構成である固体電解質膜を製造する方法の説明図。
の一構成である固体電解質膜を製造する方法の説明図。
【図４】従来の溶射法による固体電解質燃料電池の構成
の説明図。
の説明図。
１…基体管、 ２…燃料極、
４…空気極、11…電解質膜、 12…低圧プラズ
マ溶射皮膜、13…イオン注入層、14…イオンビーム、
15…燃料電池セル、16…スパッタリング成膜層、17
…被スパッタリング材、18…スパッタ粒子。
４…空気極、11…電解質膜、 12…低圧プラズ
マ溶射皮膜、13…イオン注入層、14…イオンビーム、
15…燃料電池セル、16…スパッタリング成膜層、17
…被スパッタリング材、18…スパッタ粒子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 28/00 Ａ Ｈ０１Ｍ 8/12 8821−4Ｋ (72)発明者 納富 啓 長崎県長崎市深堀町５丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料極，電解質膜，空気極が順に積層さ
れてなる固体電解質型燃料電池の製造方法において、上
記電解質膜を低圧プラズマ溶射法で成膜した後、その表
面にイオン注入あるいはイオン注入とスパッタリング成
膜を併用することにより、表面層を封孔することを特徴
とする固体電解質型燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4342367A JPH06196178A (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4342367A JPH06196178A (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196178A true JPH06196178A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18353182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4342367A Withdrawn JPH06196178A (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06196178A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001073883A3 (en) * | 2000-03-24 | 2003-02-20 | Cymbet Corp | Low-temperature fabrication of thin-film energy-storage devices |
| JP2003247066A (ja) * | 2002-02-25 | 2003-09-05 | Nagasaki Prefecture | スパッタ法を用いたイオン注入法及びその装置 |
| 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 |
| US7790220B2 (en) | 2003-05-31 | 2010-09-07 | Korea Institute Of Science & Technology | Method to manufacture composite polymer electrolyte membranes coated with inorganic thin films for fuel cells |
| US9853325B2 (en) | 2011-06-29 | 2017-12-26 | Space Charge, LLC | Rugged, gel-free, lithium-free, high energy density solid-state electrochemical energy storage devices |
| US10658705B2 (en) | 2018-03-07 | 2020-05-19 | Space Charge, LLC | Thin-film solid-state energy storage devices |
-
1992
- 1992-12-22 JP JP4342367A patent/JPH06196178A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001073883A3 (en) * | 2000-03-24 | 2003-02-20 | Cymbet Corp | Low-temperature fabrication of thin-film energy-storage devices |
| JP2003247066A (ja) * | 2002-02-25 | 2003-09-05 | Nagasaki Prefecture | スパッタ法を用いたイオン注入法及びその装置 |
| US7790220B2 (en) | 2003-05-31 | 2010-09-07 | Korea Institute Of Science & Technology | Method to manufacture composite polymer electrolyte membranes coated with inorganic thin films for fuel cells |
| 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 |
| US9853325B2 (en) | 2011-06-29 | 2017-12-26 | Space Charge, LLC | Rugged, gel-free, lithium-free, high energy density solid-state electrochemical energy storage devices |
| US10199682B2 (en) | 2011-06-29 | 2019-02-05 | Space Charge, LLC | Rugged, gel-free, lithium-free, high energy density solid-state electrochemical energy storage devices |
| US10658705B2 (en) | 2018-03-07 | 2020-05-19 | Space Charge, LLC | Thin-film solid-state energy storage devices |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000307 |