JPH0745289A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JPH0745289A JPH0745289A JP5258819A JP25881993A JPH0745289A JP H0745289 A JPH0745289 A JP H0745289A JP 5258819 A JP5258819 A JP 5258819A JP 25881993 A JP25881993 A JP 25881993A JP H0745289 A JPH0745289 A JP H0745289A
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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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 空気極中にクロムやクロム酸化物が混入する
のを抑制し、電池寿命が向上した固体電解質型燃料電池
を提供することを目的とする。 【構成】 固体電解質１を介して燃料極３と空気極２と
が相対向するセル４と，少なくともクロムを含有する耐
熱合金セパレータ５とが交互に積層されて成る固体電解
質型燃料電池において、前記燃料極３及び空気極２の間
に介在する耐熱合金セパレータ５内のクロムの量は、電
池の昇温前において合金中央部よりも電極２・３と接す
る合金表面部の方が少ないことを特徴とする。
のを抑制し、電池寿命が向上した固体電解質型燃料電池
を提供することを目的とする。 【構成】 固体電解質１を介して燃料極３と空気極２と
が相対向するセル４と，少なくともクロムを含有する耐
熱合金セパレータ５とが交互に積層されて成る固体電解
質型燃料電池において、前記燃料極３及び空気極２の間
に介在する耐熱合金セパレータ５内のクロムの量は、電
池の昇温前において合金中央部よりも電極２・３と接す
る合金表面部の方が少ないことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池に
関し、詳しくは耐熱合金セパレータの改良に関する。
関し、詳しくは耐熱合金セパレータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、供給されるガスの化学エネ
ルギーを直接電気エネルギーに変換するので、高い発電
効率が期待できる。特に、固体電解質型燃料電池（ＳＯ
ＦＣ）は、約１０００℃という高温で作動するため、廃
熱の利用を含めると発電効率をリン酸型燃料電池（ＰＡ
ＦＣ），溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）に比べて向
上させることができる等の利点がある。したがって、Ｐ
ＡＦＣ，ＭＣＦＣに次ぐ第三世代の燃料電池として注目
され、各分野で研究されている。このようなＳＯＦＣの
開発は、これまで円筒型が先行していたが、現在では体
積当たりの発電効率の増加が見込まれる平板型ＳＯＦＣ
の開発が脚光を浴びている。
ルギーを直接電気エネルギーに変換するので、高い発電
効率が期待できる。特に、固体電解質型燃料電池（ＳＯ
ＦＣ）は、約１０００℃という高温で作動するため、廃
熱の利用を含めると発電効率をリン酸型燃料電池（ＰＡ
ＦＣ），溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）に比べて向
上させることができる等の利点がある。したがって、Ｐ
ＡＦＣ，ＭＣＦＣに次ぐ第三世代の燃料電池として注目
され、各分野で研究されている。このようなＳＯＦＣの
開発は、これまで円筒型が先行していたが、現在では体
積当たりの発電効率の増加が見込まれる平板型ＳＯＦＣ
の開発が脚光を浴びている。
【０００３】図５は従来の平板型ＳＯＦＣの基本構成を
示す分解斜視図であり、固体電解質板１１を介して両面
に空気極１２と燃料極１３とを配して成るセル１４と，
セパレータ１５とを交互に複数積層させた構造である。
ここで、セパレータ１５は各セル１４を電気的に接続
し、且つ、空気極１２側と燃料極１３側との反応ガスを
分離する役割を有している。この種のセパレータに要求
される性質としては、（１）ガス不透過性（緻密性），
（２）良導電性，（３）良熱伝導性，（４）精度良く成
形できること（厚みの均一性）等が挙げられる。このよ
うな（１）〜（４）の条件を満たし、且つ、加工が比較
的容易である等の理由から、近年ではセラミックセパレ
ータに代わってＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系等の耐熱合金セパレ
ータが広く用いられている。耐熱合金中に含まれるクロ
ムは、電池を約１０００℃という高温で作動させると耐
熱合金セパレータの表面に酸化クロムの層を形成するの
で、高温でのセパレータの酸化や腐食防止等の役割を果
たしている。
示す分解斜視図であり、固体電解質板１１を介して両面
に空気極１２と燃料極１３とを配して成るセル１４と，
セパレータ１５とを交互に複数積層させた構造である。
ここで、セパレータ１５は各セル１４を電気的に接続
し、且つ、空気極１２側と燃料極１３側との反応ガスを
分離する役割を有している。この種のセパレータに要求
される性質としては、（１）ガス不透過性（緻密性），
（２）良導電性，（３）良熱伝導性，（４）精度良く成
形できること（厚みの均一性）等が挙げられる。このよ
うな（１）〜（４）の条件を満たし、且つ、加工が比較
的容易である等の理由から、近年ではセラミックセパレ
ータに代わってＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系等の耐熱合金セパレ
ータが広く用いられている。耐熱合金中に含まれるクロ
ムは、電池を約１０００℃という高温で作動させると耐
熱合金セパレータの表面に酸化クロムの層を形成するの
で、高温でのセパレータの酸化や腐食防止等の役割を果
たしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
電池では、合金セパレータ中に含まれるクロムや合金表
面に形成されたクロム酸化物が、電池作動時に熱拡散等
によって空気極側に移動し、空気極中にクロムやクロム
酸化物が混入するため、空気極の電極活性が低下する。
したがって、電池反応抵抗及びオーム抵抗が増大するの
で、電池寿命が短くなるという課題があった。
電池では、合金セパレータ中に含まれるクロムや合金表
面に形成されたクロム酸化物が、電池作動時に熱拡散等
によって空気極側に移動し、空気極中にクロムやクロム
酸化物が混入するため、空気極の電極活性が低下する。
したがって、電池反応抵抗及びオーム抵抗が増大するの
で、電池寿命が短くなるという課題があった。
【０００５】本発明は上記課題に鑑み、空気極中にクロ
ムやクロム酸化物が混入するのを抑制し、電池寿命が向
上した固体電解質型燃料電池を提供することを目的とす
る。
ムやクロム酸化物が混入するのを抑制し、電池寿命が向
上した固体電解質型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】本発明は上記課題を解決
するため、固体電解質を介して燃料極と空気極とが相対
向するセルと，少なくともクロムを含有する耐熱合金セ
パレータとが交互に積層されて成る固体電解質型燃料電
池において、前記燃料極及び空気極の間に介在する耐熱
合金セパレータ内のクロムの量は、電池の昇温前におい
て合金中央部よりも電極と接する合金表面部の方が少な
いことを特徴とする。
するため、固体電解質を介して燃料極と空気極とが相対
向するセルと，少なくともクロムを含有する耐熱合金セ
パレータとが交互に積層されて成る固体電解質型燃料電
池において、前記燃料極及び空気極の間に介在する耐熱
合金セパレータ内のクロムの量は、電池の昇温前におい
て合金中央部よりも電極と接する合金表面部の方が少な
いことを特徴とする。
【０００７】
【作用】一般に、合金セパレータの表面に形成されたク
ロム酸化物は空気極を介して供給される酸素ガスと反応
してクロムのガスとなり、これが拡散して空気極中に混
入すると推測されるが、上記構成では、耐熱合金セパレ
ータの表面部（即ち、電極と接する側）でのクロム含有
量が少ないので、空気極中に混入するクロムの量も従来
に比べて減少する。したがって、電極反応抵抗及びオー
ム抵抗が減少し、電池寿命が向上する。
ロム酸化物は空気極を介して供給される酸素ガスと反応
してクロムのガスとなり、これが拡散して空気極中に混
入すると推測されるが、上記構成では、耐熱合金セパレ
ータの表面部（即ち、電極と接する側）でのクロム含有
量が少ないので、空気極中に混入するクロムの量も従来
に比べて減少する。したがって、電極反応抵抗及びオー
ム抵抗が減少し、電池寿命が向上する。
【０００８】また、上記合金セパレータを用いた電池で
は、実際に数千時間運転を行った後においても、セパレ
ータから空気極中へのクロムの混入が抑制されることも
確認した。この理由は明らかではないが、電池昇温前に
おいて合金表面でのクロム含有量が少なければ、その後
電池を長時間運転した場合でも、合金セパレータの表面
には、当該セパレータを構成する他の合金（例えば、Ｆ
ｅやＮｉ等）の酸化物が主に形成され、クロム酸化物の
層はその内部に形成されるためであると思われる。
は、実際に数千時間運転を行った後においても、セパレ
ータから空気極中へのクロムの混入が抑制されることも
確認した。この理由は明らかではないが、電池昇温前に
おいて合金表面でのクロム含有量が少なければ、その後
電池を長時間運転した場合でも、合金セパレータの表面
には、当該セパレータを構成する他の合金（例えば、Ｆ
ｅやＮｉ等）の酸化物が主に形成され、クロム酸化物の
層はその内部に形成されるためであると思われる。
【０００９】
〔実施例〕図１は本発明の一実施例に係る固体電解質型
燃料電池（１０セル積層体）の要部断面図であり、３ｍ
ｏｌ％イットリア添加部分安定化ジルコニアから成る固
体電解質板１（大きさ１０ｃｍ×１０ｃｍ，厚み０．２
ｍｍ）を介して、Ｌａ０．９Ｓｒ０．１ＭｎＯ３−ＹＳ
Ｚから成る空気極２と，ＮｉＯ−ＹＳＺから成る燃料極
３とが配されて成るセル４と、ガスを分離する耐熱合金
セパレータ５とを交互に積層させた構造であり、固体電
解質板１の電極非塗布面とセパレータ５との間には、パ
イレックスガラス等の非導電性高粘度融体から成るシー
ル材６を介在させた。また、空気極２とセパレータ５と
の間には集電体７として白金網を、燃料極３とセパレー
タ５との間には集電体８としてニッケルフェルトをそれ
ぞれ配置した。
燃料電池（１０セル積層体）の要部断面図であり、３ｍ
ｏｌ％イットリア添加部分安定化ジルコニアから成る固
体電解質板１（大きさ１０ｃｍ×１０ｃｍ，厚み０．２
ｍｍ）を介して、Ｌａ０．９Ｓｒ０．１ＭｎＯ３−ＹＳ
Ｚから成る空気極２と，ＮｉＯ−ＹＳＺから成る燃料極
３とが配されて成るセル４と、ガスを分離する耐熱合金
セパレータ５とを交互に積層させた構造であり、固体電
解質板１の電極非塗布面とセパレータ５との間には、パ
イレックスガラス等の非導電性高粘度融体から成るシー
ル材６を介在させた。また、空気極２とセパレータ５と
の間には集電体７として白金網を、燃料極３とセパレー
タ５との間には集電体８としてニッケルフェルトをそれ
ぞれ配置した。
【００１０】以下、電池の作製について具体的に説明す
る。先ず、前記耐熱合金セパレータ５を、以下のように
して形成した。Ｃｒ：Ｆｅ：Ｎｉ＝１６：８：７６（ｗ
ｔ％）の組成から成る耐熱合金を、切削，研磨加工等に
より耐熱合金セパレータを作製した。次に、このセパレ
ータを空気中１０５０℃で４８時間熱処理して、表面に
酸化被膜（Ｃｒ２Ｏ３）を形成した。続いて、該合金の
表面を研磨して、表面に形成された酸化被膜（Ｃｒ２Ｏ
３）を除去した。
る。先ず、前記耐熱合金セパレータ５を、以下のように
して形成した。Ｃｒ：Ｆｅ：Ｎｉ＝１６：８：７６（ｗ
ｔ％）の組成から成る耐熱合金を、切削，研磨加工等に
より耐熱合金セパレータを作製した。次に、このセパレ
ータを空気中１０５０℃で４８時間熱処理して、表面に
酸化被膜（Ｃｒ２Ｏ３）を形成した。続いて、該合金の
表面を研磨して、表面に形成された酸化被膜（Ｃｒ２Ｏ
３）を除去した。
【００１１】このように作製した耐熱合金セパレータ
を、以下（ａ）セパレータと称する。次に、上記セル４
を以下のようにして作製した。燃料極の原料として平均
粒径０．５μｍの８ｍｏｌ％イットリア添加安定化ジル
コニア（ＹＳＺ）粉末と，平均粒径１μｍの酸化ニッケ
ル粉末とを用意し、酸化ニッケル還元時にこれらが重量
比で１：１となるように混合し、テルピネオール溶媒と
ＰＶＢとを用いてスラリー化し、燃料極用スラリーとし
た。
を、以下（ａ）セパレータと称する。次に、上記セル４
を以下のようにして作製した。燃料極の原料として平均
粒径０．５μｍの８ｍｏｌ％イットリア添加安定化ジル
コニア（ＹＳＺ）粉末と，平均粒径１μｍの酸化ニッケ
ル粉末とを用意し、酸化ニッケル還元時にこれらが重量
比で１：１となるように混合し、テルピネオール溶媒と
ＰＶＢとを用いてスラリー化し、燃料極用スラリーとし
た。
【００１２】一方、空気極の原料として平均粒径１μｍ
のＬａ０．９Ｓｒ０．１ＭｎＯ３粉末と，平均粒径１μ
ｍのＹＳＺ粉末とを用意し、これらが重量比で８：２と
なるように混合し、前記燃料極３と同様にスラリー化
し、空気極用スラリーとした。前記固体電解質板の一方
の面に前記燃料極用スラリーを厚さ５０μｍとなるよう
に塗布し、乾燥させた後、これを空気中１２５０℃で２
時間焼成する。続いて、前記固体電解質板の他方の面に
前記空気極用スラリーを同じく厚さ５０μｍとなるよう
に塗布し、乾燥させた後、これを空気中１１００℃で４
時間焼成して、上記セルを作製した。
のＬａ０．９Ｓｒ０．１ＭｎＯ３粉末と，平均粒径１μ
ｍのＹＳＺ粉末とを用意し、これらが重量比で８：２と
なるように混合し、前記燃料極３と同様にスラリー化
し、空気極用スラリーとした。前記固体電解質板の一方
の面に前記燃料極用スラリーを厚さ５０μｍとなるよう
に塗布し、乾燥させた後、これを空気中１２５０℃で２
時間焼成する。続いて、前記固体電解質板の他方の面に
前記空気極用スラリーを同じく厚さ５０μｍとなるよう
に塗布し、乾燥させた後、これを空気中１１００℃で４
時間焼成して、上記セルを作製した。
【００１３】最後に、前記（ａ）セパレータを介してセ
ルを１０枚積層し、電池を組み立てた。このように作製
した電池を、以下（Ａ）電池と称する。 〔比較例１〕Ｃｒ：Ｆｅ：Ｎｉ＝１６：８：７６（ｗｔ
％）の組成から成る耐熱合金セパレータを、空気中１０
５０℃で４８時間熱処理して表面に酸化被膜（Ｃｒ２Ｏ
３）を形成した後、該酸化被膜を除去しない他は、上記
実施例１と同様にして耐熱合金セパレータを作製した。
ルを１０枚積層し、電池を組み立てた。このように作製
した電池を、以下（Ａ）電池と称する。 〔比較例１〕Ｃｒ：Ｆｅ：Ｎｉ＝１６：８：７６（ｗｔ
％）の組成から成る耐熱合金セパレータを、空気中１０
５０℃で４８時間熱処理して表面に酸化被膜（Ｃｒ２Ｏ
３）を形成した後、該酸化被膜を除去しない他は、上記
実施例１と同様にして耐熱合金セパレータを作製した。
【００１４】このように作製した耐熱合金セパレータ
を、以下（ｘ１）セパレータと称する。次に、この（ｘ
１）セパレータを用いて実施例１と同様にして電池を組
み立てた。このように作製した電池を、以下（Ｘ１）電
池と称する。 〔比較例２〕Ｃｒ：Ｆｅ：Ｎｉ＝１６：８：７６（ｗｔ
％）の組成から成る耐熱合金セパレータに熱処理及び研
磨処理の何れも施さない他は、上記実施例１と同様にし
て耐熱合金セパレータを作製した。
を、以下（ｘ１）セパレータと称する。次に、この（ｘ
１）セパレータを用いて実施例１と同様にして電池を組
み立てた。このように作製した電池を、以下（Ｘ１）電
池と称する。 〔比較例２〕Ｃｒ：Ｆｅ：Ｎｉ＝１６：８：７６（ｗｔ
％）の組成から成る耐熱合金セパレータに熱処理及び研
磨処理の何れも施さない他は、上記実施例１と同様にし
て耐熱合金セパレータを作製した。
【００１５】このように作製した耐熱合金セパレータ
を、以下（ｘ２）セパレータと称する。次に、この（ｘ
２）セパレータを用いて実施例１と同様にして電池を組
み立てた。このように作製した電池を、以下（Ｘ２）電
池と称する。 〔実験１〕上記本発明の（ａ）セパレータ及び比較例の
（ｘ１）・（ｘ２）セパレータを用いて、合金内部から
合金表面（空気極側表面）におけるクロムの分布につい
て調べたので、その結果を図２に示す。また、比較例の
（ｘ１）セパレータにおけるクロムの分布を測定したの
で、そのＥＰＭＡ線分析結果を図６に示す。
を、以下（ｘ２）セパレータと称する。次に、この（ｘ
２）セパレータを用いて実施例１と同様にして電池を組
み立てた。このように作製した電池を、以下（Ｘ２）電
池と称する。 〔実験１〕上記本発明の（ａ）セパレータ及び比較例の
（ｘ１）・（ｘ２）セパレータを用いて、合金内部から
合金表面（空気極側表面）におけるクロムの分布につい
て調べたので、その結果を図２に示す。また、比較例の
（ｘ１）セパレータにおけるクロムの分布を測定したの
で、そのＥＰＭＡ線分析結果を図６に示す。
【００１６】図２から明らかなように、熱処理及び研磨
処理の何れも行わなかった比較例の（ｘ２）セパレータ
では、合金内部から合金表面にかけてクロムが略均一に
分布していることが分かる。更に、熱処理のみを行い、
その後研磨処理を行わなかった比較例の（ｘ１）セパレ
ータでは、空気極側表面近傍でのクロムの分布が若干減
少しているが、その分合金表面にＣｒ２Ｏ３層が多量に
存在することが分かる。また、図６のＥＰＭＡ線から
も、合金表面にＣｒ２Ｏ３層が多量に存在することが分
かる。
処理の何れも行わなかった比較例の（ｘ２）セパレータ
では、合金内部から合金表面にかけてクロムが略均一に
分布していることが分かる。更に、熱処理のみを行い、
その後研磨処理を行わなかった比較例の（ｘ１）セパレ
ータでは、空気極側表面近傍でのクロムの分布が若干減
少しているが、その分合金表面にＣｒ２Ｏ３層が多量に
存在することが分かる。また、図６のＥＰＭＡ線から
も、合金表面にＣｒ２Ｏ３層が多量に存在することが分
かる。
【００１７】これらに対して、本発明の（ａ）セパレー
タでは、熱処理によって表面に形成した酸化被膜が研磨
処理によって除去されるため、空気極側表面でのクロム
の分布が減少していることが分かる。したがって、電池
作動時にセパレータから空気極中に混入するクロムの量
が減少するものと思われる。尚、本発明の（ａ）セパレ
ータを用いた場合でも、セパレータ側から空気極中にク
ロムが若干混入するが、例えば、空気極材料としてＬａ
１−ＸＳｒＸＭｎＯ３を用いることにより、１０００℃
でＬａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３とクロムとが容易に反応し
てＬａ１−ＸＳｒＸＭｎ１−ｙＣｒｙＯ３や（Ｍｎ
１−ＺＣｒＺ）３Ｏ４に変化する。このＬａ１−ＸＳｒ
ＸＭｎ１−ｙＣｒｙＯ３はクロムの置換量ｙが少なけれ
ば電極活性はＬａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３と同程度に高
く、スピンネル型酸化物（Ｍｎ１−ＺＣｒＺ）３Ｏ４も
少量混入する程度では、電極活性にあまり影響しないの
で、上記の表面処理を適用することで電池の寿命特性は
大幅に改善される。 〔実験２〕上記本発明の（Ａ）電池及び比較例の
（Ｘ１）・（Ｘ２）電池（いずれも１０セル積層体）を
用いて、連続放電試験を行ったので、その結果を図３に
示す。尚、実験は酸化剤ガスとしてＡｉｒを、燃料ガス
として室温で加湿したＨ２ガスをそれぞれ使用し、１０
００℃において電流密度３００ｍＡ／ｃｍ２で行うとい
う条件である。
タでは、熱処理によって表面に形成した酸化被膜が研磨
処理によって除去されるため、空気極側表面でのクロム
の分布が減少していることが分かる。したがって、電池
作動時にセパレータから空気極中に混入するクロムの量
が減少するものと思われる。尚、本発明の（ａ）セパレ
ータを用いた場合でも、セパレータ側から空気極中にク
ロムが若干混入するが、例えば、空気極材料としてＬａ
１−ＸＳｒＸＭｎＯ３を用いることにより、１０００℃
でＬａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３とクロムとが容易に反応し
てＬａ１−ＸＳｒＸＭｎ１−ｙＣｒｙＯ３や（Ｍｎ
１−ＺＣｒＺ）３Ｏ４に変化する。このＬａ１−ＸＳｒ
ＸＭｎ１−ｙＣｒｙＯ３はクロムの置換量ｙが少なけれ
ば電極活性はＬａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３と同程度に高
く、スピンネル型酸化物（Ｍｎ１−ＺＣｒＺ）３Ｏ４も
少量混入する程度では、電極活性にあまり影響しないの
で、上記の表面処理を適用することで電池の寿命特性は
大幅に改善される。 〔実験２〕上記本発明の（Ａ）電池及び比較例の
（Ｘ１）・（Ｘ２）電池（いずれも１０セル積層体）を
用いて、連続放電試験を行ったので、その結果を図３に
示す。尚、実験は酸化剤ガスとしてＡｉｒを、燃料ガス
として室温で加湿したＨ２ガスをそれぞれ使用し、１０
００℃において電流密度３００ｍＡ／ｃｍ２で行うとい
う条件である。
【００１８】図３から明らかなように、合金セパレータ
に何も処理を施していない（ｘ２）セパレータを用いた
比較例の（Ｘ２）電池では、数十時間後の８３０ｍＶを
ピークにセル電圧が減少し始め、４００時間後には３５
０ｍＶにまで低下していることが分かる。また、熱処理
をしただけで、その後の研磨処理を施さない（ｘ１）セ
パレータを用いた比較例の（Ｘ１）電池では、熱処理に
よって合金表面に形成されたＣｒ２Ｏ３層が多量に空気
極中へ移動するため、比較例の（Ｘ２）電池よりもセル
電圧の低下が著しいことが分かる。
に何も処理を施していない（ｘ２）セパレータを用いた
比較例の（Ｘ２）電池では、数十時間後の８３０ｍＶを
ピークにセル電圧が減少し始め、４００時間後には３５
０ｍＶにまで低下していることが分かる。また、熱処理
をしただけで、その後の研磨処理を施さない（ｘ１）セ
パレータを用いた比較例の（Ｘ１）電池では、熱処理に
よって合金表面に形成されたＣｒ２Ｏ３層が多量に空気
極中へ移動するため、比較例の（Ｘ２）電池よりもセル
電圧の低下が著しいことが分かる。
【００１９】これらに対して、熱処理及び研磨除去の何
れの処理も行った（ａ）セパレータを用いた本発明の
（Ａ）電池では、セル電圧の低下が小さく、寿命特性が
大幅に改善されていることが分かる。これは、熱処理に
よって表面に形成した酸化被膜が研磨処理によって除去
されるため、空気極側表面でのクロムの分布が減少する
からである。 〔実験３〕上記本発明の（Ａ）電池及び比較例の
（Ｘ１）・（Ｘ２）電池を用いて、３００時間連続放電
を行った後、電池を分解して空気極断面におけるクロム
のＥＰＭＡ面分析を行ったので、その結果を図４、図７
及び図８に示す。
れの処理も行った（ａ）セパレータを用いた本発明の
（Ａ）電池では、セル電圧の低下が小さく、寿命特性が
大幅に改善されていることが分かる。これは、熱処理に
よって表面に形成した酸化被膜が研磨処理によって除去
されるため、空気極側表面でのクロムの分布が減少する
からである。 〔実験３〕上記本発明の（Ａ）電池及び比較例の
（Ｘ１）・（Ｘ２）電池を用いて、３００時間連続放電
を行った後、電池を分解して空気極断面におけるクロム
のＥＰＭＡ面分析を行ったので、その結果を図４、図７
及び図８に示す。
【００２０】図７及び図８から明らかなように、熱処理
後に表面処理を行わなかった（ｘ１）セパレータを用い
た比較例の（Ｘ１）電池及びいずれの処理も行わなかっ
た（ｘ２）セパレータを用いた比較例の（Ｘ２）電池で
は、合金セパレータ側から空気極中にクロム（白色の影
像）が多量に混入しいてることが分かる。尚、図７及び
図８において、空気極に写っている黒色の塊は、ジルコ
ニアの塊であると思われる。
後に表面処理を行わなかった（ｘ１）セパレータを用い
た比較例の（Ｘ１）電池及びいずれの処理も行わなかっ
た（ｘ２）セパレータを用いた比較例の（Ｘ２）電池で
は、合金セパレータ側から空気極中にクロム（白色の影
像）が多量に混入しいてることが分かる。尚、図７及び
図８において、空気極に写っている黒色の塊は、ジルコ
ニアの塊であると思われる。
【００２１】これに対して、熱処理後に研磨処理を行っ
た（ａ）セパレータを用いた本発明の（Ａ）電池では、
図４から明らかなように、合金セパレータ表面でのクロ
ムの分布が少なく、セパレータ側から空気極中に拡散す
るクロムが少ないことが分かる。 〔その他の事項〕耐熱合金セパレータの熱処理の温度は
電池運転温度である１０００℃以上が好ましいが、１０
００℃未満の低温作動電池に適用する場合、より低温で
の熱処理も同様の効果がある。
た（ａ）セパレータを用いた本発明の（Ａ）電池では、
図４から明らかなように、合金セパレータ表面でのクロ
ムの分布が少なく、セパレータ側から空気極中に拡散す
るクロムが少ないことが分かる。 〔その他の事項〕耐熱合金セパレータの熱処理の温度は
電池運転温度である１０００℃以上が好ましいが、１０
００℃未満の低温作動電池に適用する場合、より低温で
の熱処理も同様の効果がある。
【００２２】
【発明の効果】以上の本発明によれば、耐熱合金セパレ
ータの合金表面部（即ち、電極と接する側）でのクロム
の量が合金内部に比べて少ないので、電池作動時に合金
表面から空気極中に移動するクロムの量も少なくなる。
したがって、従来に比べて空気極中へのクロムの混入が
抑制されるので、電極反応抵抗及びオーム抵抗が減少
し、電池寿命が向上する。
ータの合金表面部（即ち、電極と接する側）でのクロム
の量が合金内部に比べて少ないので、電池作動時に合金
表面から空気極中に移動するクロムの量も少なくなる。
したがって、従来に比べて空気極中へのクロムの混入が
抑制されるので、電極反応抵抗及びオーム抵抗が減少
し、電池寿命が向上する。
【図１】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
（１０セル積層体）の要部断面図である。
（１０セル積層体）の要部断面図である。
【図２】本発明の（ａ）セパレータ及び比較例の
（ｘ１）・（ｘ２）セパレータにおける、合金内部から
空気極側表面にかけてのクロムの分布を示すグラフであ
る。
（ｘ１）・（ｘ２）セパレータにおける、合金内部から
空気極側表面にかけてのクロムの分布を示すグラフであ
る。
【図３】本発明の（Ａ）電池及び比較例の（Ｘ１）・
（Ｘ２）電池を用いて連続放電試験を行った場合におけ
る、平均セル電圧の経時的変化を示すグラフである。
（Ｘ２）電池を用いて連続放電試験を行った場合におけ
る、平均セル電圧の経時的変化を示すグラフである。
【図４】本発明の（Ａ）電池を用いて３００時間連続放
電を行った後の、空気極断面におけるクロムのＥＰＭＡ
面分析結果を示すＸ線写真である。
電を行った後の、空気極断面におけるクロムのＥＰＭＡ
面分析結果を示すＸ線写真である。
【図５】従来の平板型固体電解質型燃料電池の基本構成
を示す分解斜視図である。
を示す分解斜視図である。
【図６】比較例の（ｘ１）セパレータにおけるクロムの
ＥＰＭＡ線分析結果を示すＸ線写真である。
ＥＰＭＡ線分析結果を示すＸ線写真である。
【図７】比較例の（Ｘ１）電池を用いて３００時間連続
放電を行った後の、空気極断面におけるクロムのＥＰＭ
Ａ面分析結果を示すＸ線写真である。
放電を行った後の、空気極断面におけるクロムのＥＰＭ
Ａ面分析結果を示すＸ線写真である。
【図８】比較例の（Ｘ２）電池を用いて３００時間連続
放電を行った後の、空気極断面におけるクロムのＥＰＭ
Ａ面分析結果を示すＸ線写真である。
放電を行った後の、空気極断面におけるクロムのＥＰＭ
Ａ面分析結果を示すＸ線写真である。
１ 固体電解質板 ２ 空気極 ３ 燃料極 ４ セル ５ セパレータ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年７月７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】このように作製した耐熱合金セパレータ
を、以下（ｘ2 ）セパレータと称する。次に、この（ｘ
2 ）セパレータを用いて実施例１と同様にして電池を組
み立てた。このように作製した電池を、以下（Ｘ2 ）電
池と称する。 〔実験１〕上記本発明の（ａ）セパレータ及び比較例の
（ｘ1 ）・（ｘ2 ）セパレータを用いて、合金内部から
合金表面（空気極側表面）におけるクロムの分布につい
て調べたので、その結果を図２に示す。また、比較例の
（ｘ1 ）セパレータにおけるクロム、鉄、ニッケルの分
布を測定したので、その結果を図６に示す。尚、図２及
び図６は、ＥＰＭＡ線分析の結果を表すものである。
を、以下（ｘ2 ）セパレータと称する。次に、この（ｘ
2 ）セパレータを用いて実施例１と同様にして電池を組
み立てた。このように作製した電池を、以下（Ｘ2 ）電
池と称する。 〔実験１〕上記本発明の（ａ）セパレータ及び比較例の
（ｘ1 ）・（ｘ2 ）セパレータを用いて、合金内部から
合金表面（空気極側表面）におけるクロムの分布につい
て調べたので、その結果を図２に示す。また、比較例の
（ｘ1 ）セパレータにおけるクロム、鉄、ニッケルの分
布を測定したので、その結果を図６に示す。尚、図２及
び図６は、ＥＰＭＡ線分析の結果を表すものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】比較例の（ｘ1 ）セパレータにおけるクロム、
鉄、ニッケルの分布を示すグラフである。
鉄、ニッケルの分布を示すグラフである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 幸徳 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 固体電解質を介して燃料極と空気極とが
相対向するセルと，少なくともクロムを含有する耐熱合
金セパレータとが交互に積層されて成る固体電解質型燃
料電池において、 前記燃料極及び空気極の間に介在する耐熱合金セパレー
タ内のクロムの量は、電池の昇温前において合金中央部
よりも電極と接する合金表面部の方が少ないことを特徴
とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5258819A JP2948453B2 (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5258819A JP2948453B2 (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745289A true JPH0745289A (ja) | 1995-02-14 |
| JP2948453B2 JP2948453B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=17325487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5258819A Expired - Fee Related JP2948453B2 (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2948453B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11501764A (ja) * | 1995-03-15 | 1999-02-09 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 燃料電池インタコネクタデバイス |
| WO2003075384A1 (fr) * | 2002-03-04 | 2003-09-12 | Mitsubishi Materials Corporation | Pile a combustible en oxyde solide et separateur |
| US8652691B1 (en) | 2006-06-28 | 2014-02-18 | Bloom Energy Corporation | Pre-oxidation of metallic interconnects |
| JP2016512388A (ja) * | 2013-03-15 | 2016-04-25 | エルジー フュール セル システムズ，インコーポレイティド | クロムを捕捉するよう構成された燃料電池システム |
-
1993
- 1993-07-30 JP JP5258819A patent/JP2948453B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11501764A (ja) * | 1995-03-15 | 1999-02-09 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 燃料電池インタコネクタデバイス |
| WO2003075384A1 (fr) * | 2002-03-04 | 2003-09-12 | Mitsubishi Materials Corporation | Pile a combustible en oxyde solide et separateur |
| US7201991B2 (en) | 2002-03-04 | 2007-04-10 | Mitsubishi Materials Corporation | Solid oxide fuel cell and separator |
| US7517605B2 (en) | 2002-03-04 | 2009-04-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Solid oxide fuel cell and separator |
| US7989121B2 (en) | 2002-03-04 | 2011-08-02 | Mitsubishi Materials Corporation | Solid oxide fuel cell and separator |
| US8652691B1 (en) | 2006-06-28 | 2014-02-18 | Bloom Energy Corporation | Pre-oxidation of metallic interconnects |
| JP2016512388A (ja) * | 2013-03-15 | 2016-04-25 | エルジー フュール セル システムズ，インコーポレイティド | クロムを捕捉するよう構成された燃料電池システム |
| US10014531B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-07-03 | Lg Fuel Cell Systems, Inc. | Fuel cell system configured to capture chromium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2948453B2 (ja) | 1999-09-13 |
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