JPH07320756A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents

固体電解質燃料電池

Info

Publication number
JPH07320756A
JPH07320756A JP6106527A JP10652794A JPH07320756A JP H07320756 A JPH07320756 A JP H07320756A JP 6106527 A JP6106527 A JP 6106527A JP 10652794 A JP10652794 A JP 10652794A JP H07320756 A JPH07320756 A JP H07320756A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
cell
layer
fuel cell
solid electrolytic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP6106527A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Kawashima
健 川島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
Priority to JP6106527A priority Critical patent/JPH07320756A/ja
Publication of JPH07320756A publication Critical patent/JPH07320756A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 200℃〜300℃の水蒸気を含む環境下で
の結晶構造の変化による固体電解質層の体積膨張割れを
防止し、長期間にわたり安定的に運転できる平板型固体
電解質燃料電池を提供すること。 【構成】 3YSZ固体電解質層1を挟むように燃料極
3と空気極4を配置してなる平板型単電池10と、隣接
する単電池を電気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料
ガスと酸化剤ガスとを分配するセパレータ5とを交互に
積層して構成される平板型固体電解質燃料電池におい
て、前記3YSZ固体電解質層1の表面を酸素イオン伝
導性を有する立方晶ジルコニア層2で被覆した。

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に関
する。
【0002】
【従来の技術】最近、酸素と水素をそれぞれ、酸化剤お
よび燃料として、燃料が本来持っている化学エネルギー
を直接電気エネルギーに変換する電解質燃料電池が、省
資源、環境保護などの観点から注目されている。特に、
平板型固体電解質燃料電池は、作動温度が高く、発電効
率が高く、高温の排熱の利用により総合効率が高いの
で、研究開発が進んでいる。
【0003】この平板型固体電解質燃料電池は平板型固
体電解質層を挟むように燃料極と空気極を配置してなる
平板型単電池と、隣接する単電池を電気的に直列に接続
しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを分配するセ
パレータとを交互に積層して複層のスタックとして構成
されたものである。通常、固体電解質層をイットリアな
どをドープしたジルコニア焼結体(YSZ)で造り、そ
の両面にそれぞれ燃料極としてNi/YSZサーメット
を、空気極として(La、Sr)MnO3 をスクリーン
印刷などによりコーティングして平板型単電池を構成し
ている。平板型固体電解質層としては、特に3モル%Y
23 をドープしたZrO2 (以下3YSZという)が
薄く加工しやすく且つ曲げや衝撃に対する機械的性質に
優れているため、固体電解質層自身を独立して使用する
型式の自立膜型固体電解質燃料電池に広く用いられてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この3YS
Z固体電解質層は200℃〜300℃の水蒸気を含む環
境下では、正方晶から単斜晶への相変態が促進され、遂
には大きな体積膨張を生じ破壊に至る性質がある。実際
に固体電解質燃料電池を運転する際に、室温と1000
℃の間の熱サイクルが与えられ、且つ単電池の空気極に
供給される空気に水分が含まれているため、上述の結晶
構造の変化による固体電解質層の破壊は避けることので
きない問題である。
【0005】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、200℃〜300℃の水蒸気を含む環境下での結晶
構造の変化による固体電解質層の体積膨張割れを防止
し、長期間にわたり安定的に運転できる平板型固体電解
質燃料電池を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は固体電解質層を挟むように燃料極と空気極
を配置してなる平板型単電池と、隣接する単電池を電気
的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガス
とを分配するセパレータとを交互に積層して構成される
平板型固体電解質燃料電池において、前記固体電解質層
の表面を酸素イオン伝導性を有する物質で被覆したこと
を特徴とする。
【0007】また、本発明は固体電解質層を挟むように
燃料極と空気極を配置してなる平板型単電池と、隣接す
る単電池を電気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガ
スと酸化剤ガスとを分配するセパレータとを交互に積層
して構成される平板型固体電解質燃料電池において、前
記固体電解質層が3モル%Y23 をドープしたZrO
2 で造られ、該固体電解質層の表面を立方晶のジルコニ
ア(ZrO2-x モル%Y23 、x=8〜12)で被覆
したことを特徴とする。
【0008】
【作用】固体電解質層の表面に被覆された酸素イオン伝
導性を有する物質例えば立方晶のジルコニア層が固体電
解質層と水蒸気の直接接触を妨げ、固体電解質層の相変
態による体積膨張を阻止してその破壊を防止する。
【0009】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0010】図1は本発明の平板型固体電解質燃料電池
の一部の分解断面図である。
【0011】図1の平板型固体電解質燃料電池は3YS
Z固体電解質層1の両側の表面が立方晶ジルコニア(Z
rO2-x モル%Y23 、x=8〜12)層2で被覆さ
れ、この立方晶ジルコニア層2の上にそれぞれ燃料極3
と空気極4を配置した平板型単電池10と、隣接する単
電池10を電気的に直列に接続しかつ各単電池の燃料極
3に燃料ガスを、空気極4に酸化剤ガスを分配するセパ
レータ5とを交互に積層して複層のスタックとして構成
される。燃料極3に燃料ガスたとえば水素やメタンが供
給され、空気極4に酸化剤ガスたとえば空気や酸素が供
給されると、立方晶ジルコニア層2と燃料極3の界面お
よび立方晶ジルコニア層2と空気極4の界面でそれぞれ
電池反応が起こり、両極間に起電力が発生し、負荷に電
流が流れる。
【0012】上述の立方晶ジルコニアのように、3YS
Z固体電解質層1の表面に被覆する物質は基本的には、
酸素イオン伝導性を有する次のような物質ならば何でも
良い。
【0013】 (ZrO21-x (Y23x 0.06〜0.38 (ZrO21-x (CaO)x 0.10〜0.20 (ZrO21-x (MgO)x 0.04〜0.20 (ZrO21-x (Yb23x 0.04〜0.20 (ZrO21-x (Gd23x 0.04〜0.16 (ZrO21-x (Nd23x 0.10〜0.30 (ZrO21-x (Sc23x 0.03〜0.30 (ZrO21-x (Sm23x 0.04〜0.30 (ThO21-x (Y23x 0.00〜0.25 (CeO21-x (Y23x 0.00〜0.30 (CeO21-x (Sm23x 0.00〜0.30 La1-x Srx CrO3 0.00〜0.50 La1-x CaCrO3 0.00〜0.50 上記立方晶ジルコニア層2を3YSZの固体電解質層1
の表面に被覆する方法としては、スラリーコート、ディ
ップコート、スクリーン印刷等のセラミックス法、スパ
ッター、溶射法等の物理蒸着法およびCVD、EVD等
の化学蒸着法が挙げられる。この立方晶ジルコニア層2
の厚みは1〜20μmが適当であり、厚過ぎるとその部
分の電気抵抗が増加し、薄過ぎると結晶が緻密にならな
い欠点がある。立方晶ジルコニア層2の厚みはスラリー
の濃度やディップ回数により制御することができる。
【0014】本実施例では立方晶ジルコニア層2を次の
ようにして形成した。
【0015】水またはエタノールまたはプロパノールと
(ZrO20.92(Y230.08粉末(8YSZとい
う)を混合して懸濁液(スラリー)をつくる。8YSZ
の濃度は体積比で10〜40%とする。このスラリー
に、YSZに対して重量比で1〜3%の分散剤、0.5
〜4%の結合剤、0.2〜1%の消泡剤を加えたものを
ボールミルを用いて6〜48時間粉散混合して被覆用ス
ラリーを得た。分散剤にはポリカルボン酸アンモニウム
塩、結合剤にはアクリル系水溶性ポリマー、消泡剤には
ポリアルキレン誘導体を用いた。上記スラリー中に(Z
rO20.97(Y230.03(3YSZという)の板
1(これが固体電解質層1となる)を浸漬して、さらに
スラリー中より引き上げて3YSZ固体電解質層1の表
面をスラリーで覆った。これを大気中で乾燥させたの
ち、1300〜1500℃の空気中で焼成して、3YS
Z板1の表面に8YSZすなわち立方晶ジルコニア層2
を形成させた。この断面写真を図2に示す。
【0016】図2は立方晶ジルコニア層2を表面に被覆
した3YSZ固体電解質層1の表面近傍の結晶構造の断
面写真である。
【0017】この写真の下半分が立方晶ジルコニア層2
の表面を示し、上半分が立方晶ジルコニア層2および3
YSZ固体電解質層1の断面を示す。この写真から3Y
SZ固体電解質層1に数μmの緻密な立方晶ジルコニア
層2が被覆されていることがはっきりと分かる。
【0018】この3YSZ固体電解質層1および立方晶
ジルコニア層2から成る複合固体電解質を使用して燃料
電池を組み立て耐久試験を実施したところ、非常に優秀
な結果を得つつある。その理由は、立方晶ジルコニア層
2の存在により、水蒸気が直接3YSZ固体電解質層1
に接触することがないため、3YSZ固体電解質層1の
結晶構造の変化による破壊が防止されているものと考え
られる。
【0019】上記実施例は本発明を自立膜型固体電解質
燃料電池に使用するものとして説明されたが、勿論本発
明を支持膜型固体電解質燃料電池に使用することもでき
る。
【0020】
【発明の効果】このように、3YSZ固体電解質層の表
面を立方晶ジルコニア層で被覆することにより、固体電
解質層は水蒸気との接触が遮断されて結晶構造変化によ
る破壊を避けることができる。したがって、燃料電池の
運転、停止にともない200℃〜300℃の水蒸気を含
む環境下に繰返しさらされても固体電解質層が破壊され
ることはないため、長期間にわたり安定的な運転が可能
な平板型固体電解質燃料電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の平板型固体電解質燃料電池の一部の分
解断面図である。
【図2】立方晶ジルコニア層を表面に被覆した3YSZ
固体電解質層の表面近傍の結晶構造の断面写真である。
【符号の説明】
1 3YSZ固体電解質層または3YSZ板 2 立方晶ジルコニア層 3 燃料極 4 空気極 5 セパレータ 10 単電池

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気
    極を配置してなる平板型単電池と、隣接する単電池を電
    気的に直列に接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガ
    スとを分配するセパレータとを交互に積層して構成され
    る平板型固体電解質燃料電池において、前記固体電解質
    層の表面を酸素イオン伝導性を有する物質で被覆したこ
    とを特徴とする固体電解質燃料電池。
  2. 【請求項2】 前記固体電解質層が3モル%Y23
    ドープしたZrO2で造られ、前記酸素イオン伝導性を
    有する物質が立方晶のジルコニア(ZrO2-x モル%Y
    23 、x=8〜12)であることを特徴とする請求項
    1に記載の固体電解質燃料電池。
JP6106527A 1994-05-20 1994-05-20 固体電解質燃料電池 Withdrawn JPH07320756A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6106527A JPH07320756A (ja) 1994-05-20 1994-05-20 固体電解質燃料電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6106527A JPH07320756A (ja) 1994-05-20 1994-05-20 固体電解質燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07320756A true JPH07320756A (ja) 1995-12-08

Family

ID=14435873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6106527A Withdrawn JPH07320756A (ja) 1994-05-20 1994-05-20 固体電解質燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07320756A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004507061A (ja) * 2000-08-18 2004-03-04 ハネウェル インターナショナル,インコーポレーテッド 統合形固体酸化物燃料電池
WO2004077598A1 (de) * 2003-02-28 2004-09-10 Forschungszentrum Jülich GmbH Elektrolyt für eine hochtemperatur-brennstoffzelle sowie dessen herstellung und verwendung
JP2010505235A (ja) * 2006-09-27 2010-02-18 コーニング インコーポレイテッド 異なる組成の領域を備えた電解質シートおよびそれを含む燃料電池デバイス
JP2013540167A (ja) * 2010-09-13 2013-10-31 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 高温電気化学セル電極を製造するための水性インク
JP2014198398A (ja) * 2013-03-29 2014-10-23 セイコーエプソン株式会社 流路ユニット、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、流路ユニットの製造方法
WO2022208705A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 株式会社日立ハイテク 燃料電池セルおよびその製造方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004507061A (ja) * 2000-08-18 2004-03-04 ハネウェル インターナショナル,インコーポレーテッド 統合形固体酸化物燃料電池
WO2004077598A1 (de) * 2003-02-28 2004-09-10 Forschungszentrum Jülich GmbH Elektrolyt für eine hochtemperatur-brennstoffzelle sowie dessen herstellung und verwendung
JP2010505235A (ja) * 2006-09-27 2010-02-18 コーニング インコーポレイテッド 異なる組成の領域を備えた電解質シートおよびそれを含む燃料電池デバイス
JP2013540167A (ja) * 2010-09-13 2013-10-31 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 高温電気化学セル電極を製造するための水性インク
JP2014198398A (ja) * 2013-03-29 2014-10-23 セイコーエプソン株式会社 流路ユニット、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、流路ユニットの製造方法
WO2022208705A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 株式会社日立ハイテク 燃料電池セルおよびその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6852436B2 (en) High performance solid electrolyte fuel cells
US6682842B1 (en) Composite electrode/electrolyte structure
US5770326A (en) Monolithic mass and energy transfer cell
US6623881B2 (en) High performance solid electrolyte fuel cells
EP2380231B1 (en) Thermal shock-tolerant solid oxide fuel cell stack
JP4515028B2 (ja) 燃料電池セル
US5993986A (en) Solide oxide fuel cell stack with composite electrodes and method for making
US6492051B1 (en) High power density solid oxide fuel cells having improved electrode-electrolyte interface modifications
JP2011519114A (ja) 燃料電池スタックのためのセラミックインターコネクト
JPH07153469A (ja) 固体電解質型燃料電池
JP5671196B2 (ja) 強化電極担持セラミック燃料電池および製造方法
US8697313B2 (en) Method for making a fuel cell from a solid oxide monolithic framework
JP2513920B2 (ja) 固体電解質燃料電池の燃料電極及びその製造方法
US8715886B1 (en) Method for making a fuel cell
JP3057342B2 (ja) 固体電解質燃料電池
JPH09129252A (ja) 高耐久性固体電解質燃料電池およびその製造方法
JPH07320756A (ja) 固体電解質燃料電池
JP3501409B2 (ja) 自立膜平板型固体電解質型燃料電池
JP6822644B2 (ja) 平板型固体酸化物燃料電池
JPH10134828A (ja) 平板型固体電解質燃料電池の燃料極とセパレータ間の集電方法
JP6835631B2 (ja) 電気化学反応単セルおよび電気化学反応セルスタック
JPH0562694A (ja) 固体電解質型燃料電池
WO2024057006A1 (en) Electrochemical cell
TW202412369A (zh) 電化學電池
JPH04138670A (ja) 固体電解質型燃料電池

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: 20010731