JPH0714594A - 固体電解質型燃料電池の電極および電解質膜の一体形成方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の電極および電解質膜の一体形成方法Info
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- JPH0714594A JPH0714594A JP5179965A JP17996593A JPH0714594A JP H0714594 A JPH0714594 A JP H0714594A JP 5179965 A JP5179965 A JP 5179965A JP 17996593 A JP17996593 A JP 17996593A JP H0714594 A JPH0714594 A JP H0714594A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極および固体電解質層を、割れを生じさせ
ることなく容易に形成する。 【構成】 燃料電極４となる圧粉成形した未焼成基板１
に、固体電解質膜５となる電解質粉末をスラリー状にし
て付着させ、これを乾燥させて電解質粉末層３とした
後、この電解質粉末層３と未焼成基板１とを同時に焼成
する。
ることなく容易に形成する。 【構成】 燃料電極４となる圧粉成形した未焼成基板１
に、固体電解質膜５となる電解質粉末をスラリー状にし
て付着させ、これを乾燥させて電解質粉末層３とした
後、この電解質粉末層３と未焼成基板１とを同時に焼成
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体電解質膜を用い
た燃料電池に関し、特に燃料電極と固体電解質膜とを形
成する方法に関するものである。
た燃料電池に関し、特に燃料電極と固体電解質膜とを形
成する方法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は、イットリア安
定化ジルコニア（ＹＳＺ）やカルシア安定化ジルコニア
（ＣＳＺ）などから構成される固体電解質膜の両側に、
空気電極（陽性）と燃料電極（陰性）とを設け、固体電
解質膜を介して燃料ガスと空気とを電気化学的に反応さ
せることにより起電力を得るものである。すなわち、こ
の燃料電池では燃料電極中に拡散した燃料ガス中の水素
と、空気電極中に拡散した空気のうち、イオンとなって
固体電解質膜中を燃料電極側に移動してくる酸素とを電
気化学的に反応させて、燃料電極側と空気電極側とに起
電力を生じさせている。
定化ジルコニア（ＹＳＺ）やカルシア安定化ジルコニア
（ＣＳＺ）などから構成される固体電解質膜の両側に、
空気電極（陽性）と燃料電極（陰性）とを設け、固体電
解質膜を介して燃料ガスと空気とを電気化学的に反応さ
せることにより起電力を得るものである。すなわち、こ
の燃料電池では燃料電極中に拡散した燃料ガス中の水素
と、空気電極中に拡散した空気のうち、イオンとなって
固体電解質膜中を燃料電極側に移動してくる酸素とを電
気化学的に反応させて、燃料電極側と空気電極側とに起
電力を生じさせている。
【０００３】ここで、燃料電極や空気電極には、水素や
酸素をその内部に透過させて拡散させる必要があること
から、通気性の高い多孔質体であることが要求されるの
に対し、固体電解質膜には、酸素イオンのみを通して水
素や酸素等のガスを透過させず、かつ、電気抵抗を低く
抑える必要があることから、緻密で薄い構造であること
が要求される。このため、この固体電解質膜は、例えば
粒径３μｍ程度の微細な電解質粉末（例えばＹＳＺの粉
末）を、水、テレピン油、またはエタノール等の溶媒に
懸濁させて得られるスラリーを、予め所定の気孔率を有
するように焼成された燃料電極上に筆等で塗布し、この
塗布スラリーを乾燥させて得られる電解質粉末層を加熱
して焼成することにより形成されている。
酸素をその内部に透過させて拡散させる必要があること
から、通気性の高い多孔質体であることが要求されるの
に対し、固体電解質膜には、酸素イオンのみを通して水
素や酸素等のガスを透過させず、かつ、電気抵抗を低く
抑える必要があることから、緻密で薄い構造であること
が要求される。このため、この固体電解質膜は、例えば
粒径３μｍ程度の微細な電解質粉末（例えばＹＳＺの粉
末）を、水、テレピン油、またはエタノール等の溶媒に
懸濁させて得られるスラリーを、予め所定の気孔率を有
するように焼成された燃料電極上に筆等で塗布し、この
塗布スラリーを乾燥させて得られる電解質粉末層を加熱
して焼成することにより形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の固体電解質膜の形成方法では、燃料電極上に固化し
た電解質粉末層が、焼成にあたり、基板となっている焼
成ずみの燃料電極に対して大きく収縮するため、形成さ
れた固体電解質膜に割れが生じやすいという問題があっ
た。また、燃料電極は多孔質に焼成されているとはい
え、この燃料電極側への溶媒の吸収は充分になされず、
焼成時に電解質粉末層内の残存溶媒が加熱されて蒸発
し、その圧力によって固体電解質膜に割れが生じやすい
という問題もあった。
来の固体電解質膜の形成方法では、燃料電極上に固化し
た電解質粉末層が、焼成にあたり、基板となっている焼
成ずみの燃料電極に対して大きく収縮するため、形成さ
れた固体電解質膜に割れが生じやすいという問題があっ
た。また、燃料電極は多孔質に焼成されているとはい
え、この燃料電極側への溶媒の吸収は充分になされず、
焼成時に電解質粉末層内の残存溶媒が加熱されて蒸発
し、その圧力によって固体電解質膜に割れが生じやすい
という問題もあった。
【０００５】このため、緻密な固体電解質膜を形成する
には、焼成時の割れを防止するため、基板となる燃料電
極にスラリー状の電解質粉末を薄く塗布し、これを乾燥
して焼成するという工程を複数回繰り返し、次第に厚い
固体電解質膜を形成していくという方法がとられてい
る。したがって、固体電解質膜の形成には多くの時間を
要し、このため燃料電極を形成し、この後、この燃料電
極上に固体電解質膜を形成するという作業には時間がか
かり過ぎてしまうという問題があった。
には、焼成時の割れを防止するため、基板となる燃料電
極にスラリー状の電解質粉末を薄く塗布し、これを乾燥
して焼成するという工程を複数回繰り返し、次第に厚い
固体電解質膜を形成していくという方法がとられてい
る。したがって、固体電解質膜の形成には多くの時間を
要し、このため燃料電極を形成し、この後、この燃料電
極上に固体電解質膜を形成するという作業には時間がか
かり過ぎてしまうという問題があった。
【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、電極および固体電解質膜を、一体として短時
間で割れなく形成できる固体電解質型燃料電池の電極お
よび電解質膜の一体形成方法を提供することを目的とす
るものである。
のであり、電極および固体電解質膜を、一体として短時
間で割れなく形成できる固体電解質型燃料電池の電極お
よび電解質膜の一体形成方法を提供することを目的とす
るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、燃料電池の電極となる圧粉成形した
未焼成基板に、固体電解質膜となる電解質粉末をスラリ
ー状にして付着させた後、このスラリー状の付着電解質
粉末を乾燥させて得られた電解質粉末層と前記未焼成基
板とを同時に焼成することを特徴とする。
を達成するために、燃料電池の電極となる圧粉成形した
未焼成基板に、固体電解質膜となる電解質粉末をスラリ
ー状にして付着させた後、このスラリー状の付着電解質
粉末を乾燥させて得られた電解質粉末層と前記未焼成基
板とを同時に焼成することを特徴とする。
【０００８】
【作用】電極となる圧粉成形した未焼成基板は粒子間に
多くの隙間を有しているため、これにスラリー状の電解
質粉末を塗布等すれば、その液部である溶媒は未焼成基
板内に吸い込まれ、スラリー状の付着電解質粉末は容易
に乾燥されて電解質粉末層となる。そして、この未焼成
基板と電解質粉末層とを同時に焼成すると、両者とも粒
子の結合等によって大きく収縮するが、両者間に相対的
な収縮はなく、割れのない緻密な固体電解質膜が一度に
形成できるとともに、同時に燃料電極も形成できる。ま
た、焼成にあたり電解質粉末層内の残留溶媒は未焼成基
板側等に順次放出されるため、この残留溶媒が蒸発する
ことによって固体電解質膜に割れを生じさせるというこ
ともない。
多くの隙間を有しているため、これにスラリー状の電解
質粉末を塗布等すれば、その液部である溶媒は未焼成基
板内に吸い込まれ、スラリー状の付着電解質粉末は容易
に乾燥されて電解質粉末層となる。そして、この未焼成
基板と電解質粉末層とを同時に焼成すると、両者とも粒
子の結合等によって大きく収縮するが、両者間に相対的
な収縮はなく、割れのない緻密な固体電解質膜が一度に
形成できるとともに、同時に燃料電極も形成できる。ま
た、焼成にあたり電解質粉末層内の残留溶媒は未焼成基
板側等に順次放出されるため、この残留溶媒が蒸発する
ことによって固体電解質膜に割れを生じさせるというこ
ともない。
【０００９】
【実施例】つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例である固体電解質型
燃料電池の燃料電極と固体電解質膜の形成方法を示して
いる。図中（ａ）は燃料電池の燃料電極５となる円筒基
板１の圧粉成形工程を示している。この円筒基板１は、
例えば酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジル
コニア（ＹＳＺ）とからなる微粉末をプレスして、円筒
状に圧粉成形したもので、所定温度で焼成すればガス通
気性を有する多孔質な燃料電極５となるものである。な
お、この円筒基板１の大きさは、例えば外径が約２０ｍ
ｍ、厚さが１ｍｍ〜数ｍｍのものである。
明する。図１はこの発明の一実施例である固体電解質型
燃料電池の燃料電極と固体電解質膜の形成方法を示して
いる。図中（ａ）は燃料電池の燃料電極５となる円筒基
板１の圧粉成形工程を示している。この円筒基板１は、
例えば酸化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジル
コニア（ＹＳＺ）とからなる微粉末をプレスして、円筒
状に圧粉成形したもので、所定温度で焼成すればガス通
気性を有する多孔質な燃料電極５となるものである。な
お、この円筒基板１の大きさは、例えば外径が約２０ｍ
ｍ、厚さが１ｍｍ〜数ｍｍのものである。
【００１０】図中（ｂ）は燃料電池の固体電解質膜とな
る電解質粉末を溶媒中に懸濁させて得られたスラリーを
円筒基板１の外面に付着させてスラリー層２を形成する
工程を示している。電解質粉末には緻密な固体電解質膜
を得るためその粒径が０．５μｍ以下のＹＳＺが用いら
れ、溶媒には例えば水、テレピン油またはエタノール等
が用いられる。円筒基板１へのスラリー層２の形成には
筆等による塗布やスラリーの滴下などの方法が用いられ
る。また、形成されたスラリー層２の厚さは例えば所望
の５０μｍの固体電解質膜を形成できる厚さとする。
る電解質粉末を溶媒中に懸濁させて得られたスラリーを
円筒基板１の外面に付着させてスラリー層２を形成する
工程を示している。電解質粉末には緻密な固体電解質膜
を得るためその粒径が０．５μｍ以下のＹＳＺが用いら
れ、溶媒には例えば水、テレピン油またはエタノール等
が用いられる。円筒基板１へのスラリー層２の形成には
筆等による塗布やスラリーの滴下などの方法が用いられ
る。また、形成されたスラリー層２の厚さは例えば所望
の５０μｍの固体電解質膜を形成できる厚さとする。
【００１１】図中（ｃ）は円筒基板１上に形成されたス
ラリー層２を乾燥させ、このスラリー層２を電解質粉末
層３とする工程を示している。円筒基板１は未焼成の圧
粉成形品であるため、粒子間に隙間が多く、円筒基板１
上に形成されたスラリー層２中の溶媒は円筒基板１内に
直ちに吸収される。したがって、スラリー層２がある程
度厚くても円筒基板１上に速やかに電解質粉末層３が形
成される。すなわちこの電解質粉末層３はスリップキャ
スティング法によって形成する。
ラリー層２を乾燥させ、このスラリー層２を電解質粉末
層３とする工程を示している。円筒基板１は未焼成の圧
粉成形品であるため、粒子間に隙間が多く、円筒基板１
上に形成されたスラリー層２中の溶媒は円筒基板１内に
直ちに吸収される。したがって、スラリー層２がある程
度厚くても円筒基板１上に速やかに電解質粉末層３が形
成される。すなわちこの電解質粉末層３はスリップキャ
スティング法によって形成する。
【００１２】図中（ｄ）は円筒基板１とこの円筒基板１
上の電解質粉末層３を一度に焼成する工程を示してい
る。この円筒基板１や電解質粉末層３を所定温度に加熱
して焼成すると、電解質粉末層３はその電解質粉末３が
焼結するため収縮して小さくなるが、この場合、円筒基
板１もその構成微粉末が焼結するため収縮して小さくな
り、この焼成中の円筒基板１や電解質粉末層３間に相対
的な伸縮はほとんど生じない。したがって、円筒基板１
と電解質粉末層３とから形成される燃料電極４および固
体電解質膜５に割れは生じない。また、焼成にあたり電
解質粉末層３内の残留溶媒は円筒基板１側にも順次放出
されるため、固体電解質膜５に割れが生じることもな
い。
上の電解質粉末層３を一度に焼成する工程を示してい
る。この円筒基板１や電解質粉末層３を所定温度に加熱
して焼成すると、電解質粉末層３はその電解質粉末３が
焼結するため収縮して小さくなるが、この場合、円筒基
板１もその構成微粉末が焼結するため収縮して小さくな
り、この焼成中の円筒基板１や電解質粉末層３間に相対
的な伸縮はほとんど生じない。したがって、円筒基板１
と電解質粉末層３とから形成される燃料電極４および固
体電解質膜５に割れは生じない。また、焼成にあたり電
解質粉末層３内の残留溶媒は円筒基板１側にも順次放出
されるため、固体電解質膜５に割れが生じることもな
い。
【００１３】以上のように圧粉成形した未焼成の円筒基
板１上に溶媒中に電解質粉末を有するスラリーを塗布等
して、所定厚さのスラリー層２を形成し、これを乾燥し
て得られる電解質粉末層３を円筒基板１と共に焼成し
て、燃料電極および固体電解質膜を同時に形成するよう
にしているため、緻密で割れのない固体電解質膜を短時
間のうちに得られるとともに、一度の焼成で燃料電極お
よび固体電解質膜が得られ、これ等の形成時間の短縮を
図ることができる。
板１上に溶媒中に電解質粉末を有するスラリーを塗布等
して、所定厚さのスラリー層２を形成し、これを乾燥し
て得られる電解質粉末層３を円筒基板１と共に焼成し
て、燃料電極および固体電解質膜を同時に形成するよう
にしているため、緻密で割れのない固体電解質膜を短時
間のうちに得られるとともに、一度の焼成で燃料電極お
よび固体電解質膜が得られ、これ等の形成時間の短縮を
図ることができる。
【００１４】なお、円筒基板１と電解質粉末層３とは構
成材料が異なるため、焼成時の収縮率も異なるが、この
収縮率はできるだけ一致させるほうがよい。このため、
この実施例では円筒基板１中のＮｉＯとＹＳＺとの混合
物に対するＹＳＺの混合比率を６０％以上とすることが
好ましい。また、固体電解質膜をカルシア安定化ジルコ
ニア（ＣＳＺ）で構成する場合には、円筒基板１もＮｉ
ＯとＣＳＺで構成し、そのＣＳＺの混合比率を６０％以
上とすることが好ましい。
成材料が異なるため、焼成時の収縮率も異なるが、この
収縮率はできるだけ一致させるほうがよい。このため、
この実施例では円筒基板１中のＮｉＯとＹＳＺとの混合
物に対するＹＳＺの混合比率を６０％以上とすることが
好ましい。また、固体電解質膜をカルシア安定化ジルコ
ニア（ＣＳＺ）で構成する場合には、円筒基板１もＮｉ
ＯとＣＳＺで構成し、そのＣＳＺの混合比率を６０％以
上とすることが好ましい。
【００１５】また、上記実施例では円筒状の固体電解質
型燃料電池についてその燃料電極と固体電解質膜の形成
方法について説明したが、これに限らず、平板状の燃料
電極の一面側に同様に平板状上の固体電解質膜を有する
燃料電池おいても、この発明が適用できるのは勿論であ
る。さらにこの発明は、燃料電極に限らず、空気電極と
共に固体電解質層を形成する場合にも適用することがで
きる。
型燃料電池についてその燃料電極と固体電解質膜の形成
方法について説明したが、これに限らず、平板状の燃料
電極の一面側に同様に平板状上の固体電解質膜を有する
燃料電池おいても、この発明が適用できるのは勿論であ
る。さらにこの発明は、燃料電極に限らず、空気電極と
共に固体電解質層を形成する場合にも適用することがで
きる。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなようにこの発明
によれば、圧粉成形した未焼成基板にスラリー状の電解
質粉末を付着させ、このスラリー状の付着電解質粉末が
乾燥して電解質粉末層となった後、この電解質粉末層と
未焼成基板とを同時に焼成するようにしているため、電
極と固体電解質膜とを簡単かつ迅速に、しかも割れを生
じさせることなく形成することができる。
によれば、圧粉成形した未焼成基板にスラリー状の電解
質粉末を付着させ、このスラリー状の付着電解質粉末が
乾燥して電解質粉末層となった後、この電解質粉末層と
未焼成基板とを同時に焼成するようにしているため、電
極と固体電解質膜とを簡単かつ迅速に、しかも割れを生
じさせることなく形成することができる。
【図１】燃料電極と固体電解質膜とを一体形成する工程
を示す図であり、（ａ）は圧粉成形工程、（ｂ）はスラ
リー層の形成工程、（ｃ）は電解質粉末層の形成工程、
（ｄ）は焼成工程をそれぞれ示す図である。
を示す図であり、（ａ）は圧粉成形工程、（ｂ）はスラ
リー層の形成工程、（ｃ）は電解質粉末層の形成工程、
（ｄ）は焼成工程をそれぞれ示す図である。
１ 円筒基板（未焼成基板） ２ スラリー層（スラリー状の付着電解質粉末） ３ 電解質粉末 ４ 燃料電極 ５ 固体電解質膜
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料電池の電極となる圧粉成形した未焼
成基板に、固体電解質膜となる電解質粉末をスラリー状
にして付着させた後、このスラリー状の付着電解質粉末
を乾燥させて得られた電解質粉末層と前記未焼成基板と
を同時に焼成することを特徴とする固体電解質型燃料電
池の電極および電解質膜の一体形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5179965A JPH0714594A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 固体電解質型燃料電池の電極および電解質膜の一体形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5179965A JPH0714594A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 固体電解質型燃料電池の電極および電解質膜の一体形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0714594A true JPH0714594A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=16075075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5179965A Pending JPH0714594A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 固体電解質型燃料電池の電極および電解質膜の一体形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0714594A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101044163B1 (ko) * | 2010-07-19 | 2011-06-24 | 두산중공업 주식회사 | 건식 공정을 이용한 용융탄산염 연료전지용 다공성 금속 전극의 제조방법 |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP5179965A patent/JPH0714594A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101044163B1 (ko) * | 2010-07-19 | 2011-06-24 | 두산중공업 주식회사 | 건식 공정을 이용한 용융탄산염 연료전지용 다공성 금속 전극의 제조방법 |
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