JPH07130380A - 円筒横縞型固体電解質電解セル及びその製造法 - Google Patents

円筒横縞型固体電解質電解セル及びその製造法

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JPH07130380A
JPH07130380A JP5274120A JP27412093A JPH07130380A JP H07130380 A JPH07130380 A JP H07130380A JP 5274120 A JP5274120 A JP 5274120A JP 27412093 A JP27412093 A JP 27412093A JP H07130380 A JPH07130380 A JP H07130380A
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JP
Japan
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solid electrolyte
slurry
cylindrical
electrolytic cell
intermediate material
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Withdrawn
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JP5274120A
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English (en)
Inventor
Junichi Kanzaki
潤一 神前
Osao Kudome
長生 久留
Koji Ikeda
浩二 池田
Katsumi Nagata
勝巳 永田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • 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
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円筒横縞型固体電解質電解セル及びその製造
法に関する。 【構成】 それぞれ円筒形に形成された燃料極管、絶縁
性中間材、インターコネクタ管及び導電性中間材をこの
順序で重ねた1組を複数組重ね合せて、1400〜15
00℃の高温で加圧接合した後、該円筒形接合体を不必
要部分をマスキングして固体電解質スラリ中に浸漬して
固体電解質スラリ層を厚さ3〜10μmに塗布し、これ
を焼成する工程を複数回繰返すことにより緻密で薄い3
0〜100μm厚の固体電解質膜を成膜し、さらにその
表面に不必要部分をマスキングして空気極材料スラリを
ロールプレート法により適用して1200〜1300℃
で焼結させて成膜して円筒横縞型固体電解質電解セルを
製造する方法。

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燃料電池(S
OFC)やその逆反応の高温水蒸気電解セル(SOF
E)に使用される円筒横縞型固体電解質電解セル及びそ
の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の円筒横縞型固体電解質電解セルの
製造法をSOFCを例に採り、図4によって説明する。
基体管(例えばカルシア安定化ジルコニア:CSZ)1
上に、構成材料である燃料極{例えばNiO/イットリ
ア安定化ジルコニア(YSZ)}2、固体電解質(例え
ばYSZ)3、インターコネクタ(例えばNiCr/A
2 3 )5、空気極(例えばLaCoO3 )4及び絶
縁材6を溶射法により成膜して製造している。このもの
ゝ外観は図5に示すようになるので円筒横縞型固体電解
質電解セルと呼ばれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の円筒横縞型SO
FCは溶射法によって基体管の外周に構成材料を成膜す
るために原料粉の歩留りが非常に悪く、また、基体管に
原料粉の応力が加わるために基体管が破壊されることが
あり、また、基体管は必ず使用しなければならないた
め、コスト的に非常に大きな損失となる。また、溶射法
では、ピンホールの発生などが考えられ、固体電解質や
インターコネクタの緻密度に影響を与える恐れがある。
【0004】さらに、また、溶射法では、固体電解質の
粒子を多孔質な燃料極に吹きつけるために図6に示すよ
うに、その表面のみに成膜され酸素イオンの反応の場で
あるとされる3相界面の量が少ないと考えられ、界面で
の性能向上は、見込めないという点がある。
【0005】本発明は上記技術水準に鑑み、従来技術の
コストの面及び界面での性能向上が計れる円筒横縞型固
体電解質電解セル及びその製造法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)それぞれ円筒形に形成した燃料極管、絶縁性中間
材、インターコネクタ管及び導電性中間材の順序で重ね
た1組を複数組重ね合せて高温加圧してなる円筒形接合
体、該接合体表面に塗布・焼成して形成された固体電解
質膜及び該固体電解質膜の上に塗布・焼成して形成され
た空気極膜よりなることを特徴とする円筒横縞型固体電
解質電解セル。 (2)それぞれ円筒形に形成された燃料極管、絶縁性中
間材、インターコネクタ管及び導電性中間材をこの順序
で重ねた1組を複数組重ね合せて、1400〜1500
℃の高温で加圧接合した後、該円筒形接合体を不必要部
分をマスキングして固体電解質スラリ中に浸漬して固体
電解質スラリ層を厚さ3〜10μmに塗布し、これを焼
成する工程を複数回繰返すことにより緻密で薄い30〜
100μm厚の固体電解質膜を成膜し、さらにその表面
に不必要部分をマスキングして空気極材料スラリをロー
ルプレート法により適用して1200〜1300℃で焼
結させて成膜することを特徴とする円筒横縞型固体電解
質電解セルの製造法。である。
【0007】本発明は従来の溶射法によるコストの損失
及び界面での性能向上を計るために、円筒形の基体管の
使用をなくし、円筒形に形成した燃料極管、絶縁性中間
材、インターコネクタ管及び導電性中間材の順序で重ね
た1組を複数組重ね合せて、高温加圧して接合してなる
円筒形接合体そのものを固体電解質膜及び空気極膜の支
持管とするものである。
【0008】本発明において使用される燃料極管の材料
の一例としてはNiOとYSZの混合物の焼結体(Ni
O/YSZ)、絶縁性中間材の材料の例としてはグリー
ンシート状態のSrZrO3 やAl2 3 、インターコ
ネクタ管の材料の例としてはLaCrMgO3 やLaS
rCrO3 の焼結体、導電性中間材の材料の例としては
Ptや燃料極材料とインターコネクタ管材料のグリーン
シート状の混合物が使用される。
【0009】上記材料より構成された円筒形接合体に成
膜される固体電解質膜の材料の一例としてはYSZが、
またその固体電解質膜の上に成膜される空気極材料の一
例としてはLa0.9 Sr0.1 MnO3 があげられる。
【0010】グリーンシート状の絶縁性中間材はインタ
ーコネクタ管への燃料極管からの電気の流れを遮断する
目的と高温加圧接合時に用いる緩衝材として作用させる
ために使用される。また、グリーンシート状の導電性中
間材は有効発電部で発生した電気をつなぐインターコネ
クタ管から次の有効発電部へ電気を流すために使用さ
れ、高温加圧接合時に緩衝材として作用させるために使
用される。絶縁性中間材も導電性中間材も何れも約10
0μm程度の厚さのものが使用される。
【0011】前記円筒形接合体に固体電解質膜を成膜す
るに際しては、低濃度の固体電解質材料スラリ中に不必
要部分をマスキングした該円筒形接合体を浸漬させ、固
体電解質材料が塗布された該円筒形接合体を1400〜
1500℃で焼成する工程を複数回繰返すことにより成
膜される。
【0012】固体電解質膜を成膜された円筒形接合体に
空気極を成膜するに際しては、不必要部分をマスキング
した固体電解質膜形成円筒形接合体に空気極材料スラリ
をロールプレート法によって適用し、その後焼結するこ
とによって行われる。この一態様を図3によって説明す
る。図3(a)に示すようなマスキングAを施された固
体電解質膜形成円筒形接合体Bを、図3(b)に示すよ
うに固体電解質膜形成円筒形接合体Bをジグ(図示省
略)にセットし、矢印のように回転させながら空気極材
料スラリCを流し込み、図3(c)に示すように流し込
んだ空気極材料スラリCの付着高さをマスキングAの高
さに合せ、その後、空気極材料スラリCを付着した円筒
形接合体を乾燥後、マスキングAをはずして焼結させ、
図3(d)に示すように空気極dを成膜した完成品を得
る。
【0013】
【作用】本発明によれば、燃料極管、絶縁性中間材、イ
ンターコネクタ管、導電性中間材を焼結法により接合す
るために歩留りは100%であり、また固体電解質材
料、空気極材料による成膜も、ほぼ100%である。ま
た、溶射法で用いていた基体管は必要ないので、低コス
トで円筒横縞型固体電解質電解セルを製造することがで
きる。
【0014】また、固体電解質材料及び空気極材料をス
ラリによって成膜するために、図2に示すように、固体
電解質材料のスラリが燃料極材料内に浸み込み、界面で
の反応場が増加し電極の性能は向上する。しかも固体電
解質材料スラリを浸漬塗布で成膜するために、溶射法で
成膜した膜より薄くて、しかも緻密な膜が得られ、固体
電解質の抵抗が低減し、電解セルの性能は向上する。
【0015】
【実施例】以下、本発明の円筒横縞型固体電解質電解セ
ル及びその製造法の一実施例を図1によって説明する。
初めに、燃料極材料であるNiO/YSZスラリを押出
し成形法により、厚さ:2mm、長さ:600〜800
mmで内部を燃料が通過可能な孔径を有する燃料極前駆
体を製作し、これを1450℃で焼成して多孔質で強度
をもつようにし、単位セルに必要な長さに切断し、図1
(a)に示す燃料極管(内径:22mm、肉厚:2m
m)1とする。次に、絶縁性中間材々料であるSrZr
3 スラリを押出し成形法により成形し、これを焼成し
ないまゝ必要な長さに切断し、図1(a)に示す絶縁性
中間材(内径:22mm、肉厚:2mm)2とする。ま
たインターコネクタ管材料であるLaCr0.9 Mg0.1
3 スラリを前記燃料極管1と同じ方法で製作し、図1
(a)に示すインターコネクタ管(内径:22mm、肉
厚:2mm)3とする。さらに、導電性中間材々料であ
るPtスラリを前記絶縁性中間材2と同じ方法で製作
し、図1(a)に示す導電性中間材(内径:22mm、
肉厚:2mm)4とする。
【0016】上述したように製作した燃料極管1、絶縁
性中間材2、インターコネクタ管3及び導電性中間材4
よりなる1組の単位セルを複数個組重ねて接合温度:1
420℃、接合圧力:0.237kgf/mm2 、接合
時間:1時間の条件で高温加圧接合して、1本の円筒形
接合体を得、これを従来の基体管と同じ作用をもつもの
とする。
【0017】その後、インターコネクタ管3の絶縁性中
間材2側の一部を残こし、インターコネクタ管3の外周
部にマスキングを施こし、導電性中間材4、燃料極管
1、絶縁性中間材2及びインターコネクタ管3の一部外
周面上に、固体電解質材料であるYSZが塗布されるよ
うに、マスキングを施した円筒形接合体を低濃度のYS
Zスラリ(エタノール:94wt%、YSZ:6wt
%)中に浸漬し、YSZの塗布後、1450℃で焼成す
る工程を複数回繰返すことによって、図1(b)に示す
ように緻密で約50μmの薄い固体電解質膜5を成膜す
る。この固体電解質膜5の成膜方法によって、図2に示
すように固体電解質であるYSZは多孔質の燃料極管1
の空隙に浸み込むので、従来法の説明で言及した3相界
面の量が大となり、界面での性能向上が達成される。
【0018】最後に、インターコネクタ管3の導電性中
間材4側のマスキングの一部を取り除き、空気極材料で
あるLa0.9 Sr0.1 MnO3 スラリをロールプレート
法により、インターコネクタ管3の一部と固体電解質膜
5の外周部により塗布し、1300℃で2時間焼結させ
て図1(c)に示すように円筒横縞型固体電解質電解セ
ルを得る。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、全ての構成材料の製作
の歩留まりが100%であり、溶射法で用いている基体
管を使用しないために、構成材料の低コスト化がはかれ
る。また、固体電解質材料及び空気極材料をスラリによ
って成膜するために、界面での反応場は増加し、その電
極性能は著しく向上する。また、固体電解質膜を浸漬塗
布法により、成膜するために、現在の固体電解質膜より
薄膜になり、電解質抵抗が低減し、セルとしての特性も
向上する。さらに、空気極膜をロールプレート法により
成膜するため、その膜厚の制御が簡単にできる効果も奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の円筒横縞型固体電解質電解セルの製造
法の一実施例の説明図。
【図2】本発明の円筒横縞型固体電解質電解セルの3相
界面の状況の説明図。
【図3】本発明の円筒横縞型固体電解質電解セルの製造
法におけるロールプレート法の説明図。
【図4】従来の円筒横縞型固体電解質電解セルの製造法
の一態様の説明図。
【図5】円筒横縞型固体電解質電解セルの外観図。
【図6】従来の円筒横縞型固体電解質電解セルの3相界
面の状況の説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 勝巳 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれ円筒形に形成した燃料極管、絶
    縁性中間材、インターコネクタ管及び導電性中間材の順
    序で重ねた1組を複数組重ね合せて高温加圧してなる円
    筒形接合体、該接合体表面に塗布・焼成して形成された
    固体電解質膜及び該固体電解質膜の上に塗布・焼成して
    形成された空気極膜よりなることを特徴とする円筒横縞
    型固体電解質電解セル。
  2. 【請求項2】 それぞれ円筒形に形成された燃料極管、
    絶縁性中間材、インターコネクタ管及び導電性中間材を
    この順序で重ねた1組を複数組重ね合せて、1400〜
    1500℃の高温で加圧接合した後、該円筒形接合体を
    不必要部分をマスキングして固体電解質スラリ中に浸漬
    して固体電解質スラリ層を厚さ3〜10μmに塗布し、
    これを焼成する工程を複数回繰返すことにより緻密で薄
    い30〜100μm厚の固体電解質膜を成膜し、さらに
    その表面に不必要部分をマスキングして空気極材料スラ
    リをロールプレート法により適用して1200〜130
    0℃で焼結させて成膜することを特徴とする円筒横縞型
    固体電解質電解セルの製造法。
JP5274120A 1993-11-02 1993-11-02 円筒横縞型固体電解質電解セル及びその製造法 Withdrawn JPH07130380A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009289754A (ja) * 2009-08-07 2009-12-10 Toto Ltd 固体酸化物型燃料電池
JP2013157254A (ja) * 2012-01-31 2013-08-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009289754A (ja) * 2009-08-07 2009-12-10 Toto Ltd 固体酸化物型燃料電池
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Effective date: 20010130