JPH06243873A - 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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- JPH06243873A JPH06243873A JP5030999A JP3099993A JPH06243873A JP H06243873 A JPH06243873 A JP H06243873A JP 5030999 A JP5030999 A JP 5030999A JP 3099993 A JP3099993 A JP 3099993A JP H06243873 A JPH06243873 A JP H06243873A
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Abstract
板を得る。 【構成】金属多孔質体にニッケル−ジルコニアNi-ZrO2
のスラリを含浸し、乾燥し、次いで還元雰囲気中で焼成
する。
Description
の製造方法に係り、特にアノード電極板の製造方法に関
する。
体のジルコニアを用い、800ないし1000℃の高温
で作動させる燃料電池であり、電解質の支持や腐食の問
題がなく作動中の活性化過電圧を下げる触媒が不要であ
るなどの優れた特徴があり活発に研究されている。
分解斜視図である。ニッケルと固体電解質であるジルコ
ニアからなる多孔質のアノード電極板1とイットリア安
定化ジルコニアYSZ の薄板からなる固体電解質体2とラ
ンタンストロンチウムマンガナイトLa(Sr)MnO
3 からなるカソード電極板3と、カソード電極板3に積
層されたセパレータ4からなる。セパレータ4はランタ
ンカルシウムクロマイトLa(Ca)CrO3を用いて製造され
る。
ルコニアNiO−ZrO2 粉体を湿式混合後、造粒し、
酸化雰囲気中で熱処理し、その造粒粉を用いて金型によ
る加圧成型,シート成型,押し出し成型,CIP(Co
ld IsotacticPressing)等の成型
を行い、酸化雰囲気または還元雰囲気中で焼成して製造
していた。この製造方法により多孔質でガス透過性に優
れるアノード電極板1が得られる。通常はアノード電極
板は酸化雰囲気中で焼成し電池動作時に燃料ガスを流す
ことにより電池内部で還元を行い、ニッケル−ジルコニ
アNi−ZrO2 からなる導電性のアノード電極板とす
る。アノード電極板1のニッケルは燃料ガスとして用い
る天然ガスや石炭ガス等に含まれる炭化水素の改質触媒
としても機能する。
ノード電極板1は多孔質でガス透過性はあるが電極板の
機械的強度は十分ではなかった。特に酸化性雰囲気中で
焼成し還元性雰囲気中で還元した電極板は酸化性雰囲気
中で焼成した電極板に比し、その機械的強度は1/2な
いし1/3であった。そのためにジルコニア溶射時の熱
衝撃や、固体電解質板のジルコニアとアノード電極板で
あるニッケル−ジルコニアNi−ZrO2との熱膨張率
の差に起因する歪みにより容易にアノード電極板に割れ
が発生していた。
還元する際に体積収縮を起こし、割れが生じるという問
題もあった。この割れの問題は導電性を確保できる限度
である30重量%のニッケル含有量の場合においても発
生する。さらに前記還元によって製造したアノード電極
板はニッケルとジルコニアの結合性が悪く、電池組立時
や電池作動時に割れが発生し易い。
的は、アノード電極板の割れを防止して量産性,信頼性
に優れる固体電解質型燃料電池を提供することにある。
よれば、固体電解質型燃料電池のアノード電極板の製造
方法であって、(1)含浸工程と、(2)焼成工程とを
包含し、含浸工程は金属ニッケル,酸化ニッケル,ニッ
ケルカルボニル,炭酸ニッケルの群から選ばれた少なく
とも一つとジルコニアの粉体を溶剤に分散してスラリを
を調製し次いで前記スラリを金属多孔質体に塗布し且つ
含浸する工程であり、焼成工程は前記粉体の含浸された
金属多孔質体を乾燥して還元雰囲気中で熱処理しアノー
ド電極板を調製する工程であるとすることにより達成さ
れる。
S317,Ni90%−Cr10%のニッケルクロム鋼
等が気孔径50μm以上のハニカム,メッシュ,フェル
トの形で用いられる。フェルトは金属のファイバからな
る。ニッケルは酸化ニッケル,ニッケルカルボニル,金
属ニッケル,炭酸ニッケルの粉体の粒径が1μm以下の
ものがよく、粒径が大きいと燃料ガスである炭化水素の
改質性能が低下する。
ア,カルシア,マグネシア,セリアを添加した完全安定
化ジルコニアや部分安定化ジルコニアが用いられる。ニ
ッケル−ジルコニア中のニッケルの組成比は電極板が良
好な導電性を維持するためにまたニッケルの焼結防止か
ら30ないし80重量%の範囲に設定される。ニッケル
の組成が30重量%未満のときは導電性が悪く、また8
0重量%を越えるときはニッケル−ジルコニアの脱落が
起こる。
ポリビニルブチラール,エチルセルロース,アクリル樹
脂等があり、トルエン,セロソルブ,エチルアルコール
等の溶剤に溶解して用いられる。また水系ではポリビニ
ルアルコール,メチルセルロース,カルボキシルメチル
セルロース等が用いられる。またアクリル樹脂やブタジ
エン樹脂のエマルジョン系水溶液が用いられる。スラリ
中の粉体に対するバインダの添加量は2ないし10重量
%が好ましい。2%未満の場合は金属多孔質体に対して
粉体の付着性能が悪く、10%を越えると粉体の塗布密
度の低下が生じ、緻密なニッケル−ジルコニア層を形成
することができず焼結後においてニッケル−ジルコニア
が金属多孔質体より脱落する。
のポア内に保持されてアノードおよび改質触媒として機
能する。アノード電極板の機械的強度は金属多孔質体に
より確保される。金属多孔質体は焼結や還元により収縮
せず機械的強度の低下を起こさない。金属多孔質体はま
た反応ガスの拡散性能を高める上にニッケル−ジルコニ
アNi-ZrO2 中のニッケル組成を大きくすることを可能に
する。
する。図1はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料
電池の製造工程を示す流れ図である。金属多孔質体にス
ラリを塗布含浸して乾燥し、その後還元焼成してアノー
ド電極板が製造される。
317,Ni90%−Cr10%のニッケルクロム鋼等
を気孔径50μm以上のハニカム,メッシュ,フェルト
の形で用意する。酸化ニッケルとイットリア安定化ジル
コニアYSZ を(1ないし2)対1の重量比で秤量する。
バインダとしてポリビニルブチラールPVBを2ないし
10重量%添加し、溶剤としてトルエン,メチルイソブ
チルカルビトール,エタノールを用い、可塑剤としてジ
ブチルフタレートを添加し、ボールミルで分散してスラ
リを調製する。
で8×10-3に減圧して脱泡し金属多孔質体内にスラリ
を含浸させた。含浸後乾燥し、金属多孔質体を空気中で
温度300℃で10h焼成し、バインダをとばしてから
水素還元雰囲気中で温度1200ないし1400℃で2
ないし5h熱処理した。この方法により200mm×2
00mm×厚さ3mmの割れのないアノード電極板を得
た。 比較例 比較のために従来の製造方法を以下に示す。
示す流れ図である。酸化ニッケルとイットリア安定化ジ
ルコニアYSZ を(1ないし2)対1の重量比で秤量す
る。ハインダとしてポリビニルブチラールPVBを3な
いし5重量%、ポリエチレングリコールREGを0.5
ないし2重量%添加し、エタノール中で湿式混合し、乾
燥する。
の圧力で成形し、ディスク状にする。このディスクをカ
ッタミルで粗粉砕し、目開き300μmの篩いを通過さ
せ造粒する。造粒粉を空気中で1300℃の温度で2h
仮焼した。この仮焼粉にバインダとしてポリビニルアル
コールPVAを3ないし5重量%、ポリエチレングリコ
ールREGを0.5ないし2重量%添加し、水溶液中で
攪拌混合し、加熱乾燥する。金型に入れ、室温で30な
いし50MPaの圧力で成形し、水素還元雰囲気中で1
400℃の温度で2h焼成し、気孔率35%のアノード
電極板を得た。
を3mm×3mm×50mmの試験片とし三点曲げ強度
試験を行った所、実施例のアノード電極板の強度は40
ないし50MPa、比較例のアノード電極板の強度は2
0ないし25MPaであった。破壊に至る反り量は試験
幅40mmにおいて実施例のアノード電極板は2mm、
比較例のアノード電極板は0.1mmであった。このよ
うにして実施例に係るアノード電極板は比較例のアノー
ド電極板に比し、2倍の機械的強度と20倍の破壊に至
る反り量が得られた。
いて電池を構成し、燃料ガスとしてメタン90体積%以
上を含むガスを80℃の水温中でバブルし、電池温度1
000℃で電池特性を測定した結果、開放時の電圧は双
方において1V、分極電圧0.6Vを示す電流密度は、
実施例に係るアノード電極板が1.2A/cm2 、比較
例に係るアノード電極板が1.0A/cm2 であった。
本発明における燃料ガスの改質性能は従来と同等あるい
はそれ以上であることがわかる。また電池の起動,停止
の熱サイクルにおいてアノード電極板に割れの発生は認
められなかった。
発明の製造方法は従来のものより簡明で固体電解質型燃
料電池製造の大幅な工程短縮ができる。またアノード電
極板の機械的強度が向上するために大面積で厚さの薄い
アノード電極板の製造が可能となる。さらにアノード電
極板には柔軟性があるため固体電解質体との密着性が向
上して固体電解質体との接触抵抗の低減が図れるうえ耐
熱サイクル性の一層の向上を可能にする。
のアノード電極板の製造方法であって、(1)含浸工程
と、(2)焼成工程とを包含し、含浸工程は金属ニッケ
ル,酸化ニッケル,ニッケルカルボニル,炭酸ニッケル
の群から選ばれた少なくとも一つとジルコニアの粉体を
溶剤に分散してスラリをを調製し次いで前記スラリを金
属多孔質体に塗布し且つ含浸する工程であり、焼成工程
は前記粉体の含浸された金属多孔質体を乾燥して還元雰
囲気中で熱処理しアノード電極板を調製する工程である
とするので、金属多孔質体がアノード電極板の構造体と
なり電極としてまた改質触媒として機能するニッケル−
ジルコニアNi-ZrO2 は金属多孔質体のポア内に保持され
て製造時および電池動作時におけるアノード電極板の割
れがなくなる。金属多孔質体はまた反応ガスの拡散性能
を高めるうえにニッケル−ジルコニアNi-ZrO2 中のニッ
ケル組成を大きくしてアノード電極板の電極性能,改質
性能を向上させる。このようにして特性,量産性,信頼
性に優れる固体電解質型燃料電池が得られる。
の製造工程を示す流れ図
Claims (5)
- 【請求項1】固体電解質型燃料電池のアノード電極板の
製造方法であって、 (1)含浸工程と、 (2)焼成工程とを包含し、 含浸工程は金属ニッケル,酸化ニッケル,ニッケルカル
ボニル,炭酸ニッケルの群から選ばれた少なくとも一つ
とジルコニアの粉体を溶剤に分散してスラリをを調製し
次いで前記スラリを金属多孔質体に塗布し且つ含浸する
工程であり、 焼成工程は前記粉体の含浸された金属多孔質体を乾燥し
て還元雰囲気中で熱処理しアノード電極板を調製する工
程であ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】請求項1記載の製造方法において、ジルコ
ニアはイットリア,マグネシア,カルシアまたはセリア
により部分安定化または完全安定化されたジルコニアで
あ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3】請求項1記載の製造方法において、金属多
孔質体はニッケル,ステンレス鋼またはニッケルクロム
鋼の耐熱性金属からな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4】請求項1記載の製造方法において、金属多
孔質体はハニカム,メッシュまたはフェルトであること
を特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項5】請求項1記載の製造方法において、ニッケ
ルとジルコニア中のニッケルの組成は30ないし80重
量%の範囲にあ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 |
---|---|---|---|
JP5030999A JPH06243873A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 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 |
---|---|---|---|
JP5030999A JPH06243873A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06243873A true JPH06243873A (ja) | 1994-09-02 |
Family
ID=12319284
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5030999A Pending JPH06243873A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06243873A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000215902A (ja) * | 1999-01-27 | 2000-08-04 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用ガスセパレ―タおよび燃料電池、並びに燃料電池用ガスセパレ―タの製造方法 |
JP2006236850A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電極層及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-02-22 JP JP5030999A patent/JPH06243873A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000215902A (ja) * | 1999-01-27 | 2000-08-04 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用ガスセパレ―タおよび燃料電池、並びに燃料電池用ガスセパレ―タの製造方法 |
JP4691742B2 (ja) * | 1999-01-27 | 2011-06-01 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用ガスセパレータおよび燃料電池、並びに燃料電池用ガスセパレータの製造方法 |
JP2006236850A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電極層及びその製造方法 |
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