JPH0745297A - 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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- JPH0745297A JPH0745297A JP5190635A JP19063593A JPH0745297A JP H0745297 A JPH0745297 A JP H0745297A JP 5190635 A JP5190635 A JP 5190635A JP 19063593 A JP19063593 A JP 19063593A JP H0745297 A JPH0745297 A JP H0745297A
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- H01M8/0232—Metals or alloys
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- H01M4/90—Selection of catalytic material
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- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
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- H01M2300/0065—Solid electrolytes
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- H01M2300/0071—Oxides
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料極側集電体であるＮｉフェルトの焼結を
抑制して、電池性能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】 電解質１を介して燃料極２と酸化剤極３とが
相対向するセル４と，ガスを分離するセパレータ５・９
とが積層され、且つ、各電極２・３とセパレータ５・９
との間には集電体６・７が介在された構造の固体電解質
型燃料電池において、前記燃料極２とセパレータ５との
間に介在する燃料極側集電体６は、繊維状ニッケルの表
面に電解質材料が付着したニッケルフェルトで構成され
ていることを特徴とする。
抑制して、電池性能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】 電解質１を介して燃料極２と酸化剤極３とが
相対向するセル４と，ガスを分離するセパレータ５・９
とが積層され、且つ、各電極２・３とセパレータ５・９
との間には集電体６・７が介在された構造の固体電解質
型燃料電池において、前記燃料極２とセパレータ５との
間に介在する燃料極側集電体６は、繊維状ニッケルの表
面に電解質材料が付着したニッケルフェルトで構成され
ていることを特徴とする。
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、詳しくはその燃料極側集電体の改良に関する。
関し、詳しくはその燃料極側集電体の改良に関する。
【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。
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。
【０００３】一般に、固体電解質型燃料電池は、酸素イ
オン導電性の固体電解質を介して燃料極と酸化剤極とが
相対向するセルと，ガスを分離するセパレータとを積層
させた構造であり、電極とセパレータとの導電性は電極
とセパレータとの間に介在される集電体によって保たれ
ている。従来、燃料極側集電体としては、実開昭６３−
１０６０６３号公報に示されているように、Ｎｉフェル
トが用いられている。一方、酸化剤極側集電体として
は、１０００℃の酸化雰囲気下で、十分な導電性が得ら
れ、劣化の少ない白金網が使用されている。
オン導電性の固体電解質を介して燃料極と酸化剤極とが
相対向するセルと，ガスを分離するセパレータとを積層
させた構造であり、電極とセパレータとの導電性は電極
とセパレータとの間に介在される集電体によって保たれ
ている。従来、燃料極側集電体としては、実開昭６３−
１０６０６３号公報に示されているように、Ｎｉフェル
トが用いられている。一方、酸化剤極側集電体として
は、１０００℃の酸化雰囲気下で、十分な導電性が得ら
れ、劣化の少ない白金網が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、固体電解質
型燃料電池の電池作動温度は１０００℃前後と高温なた
め、長期の作動に際して燃料極側集電体であるＮｉフェ
ルトが焼結する。したがって、Ｎｉフェルトの繊維間の
隙間が小さくなり、ガス拡散性が悪くなるため、燃料ガ
スの通気率が低下するという問題がある。また、Ｎｉフ
ェルトの焼結によって集電体の厚みが小さくなり（かさ
密度が増大）、集電体とセパレータとの間に隙間が生じ
るので接触抵抗が増大するという問題がある。これらの
結果、電池性能が低下するという課題がある。
型燃料電池の電池作動温度は１０００℃前後と高温なた
め、長期の作動に際して燃料極側集電体であるＮｉフェ
ルトが焼結する。したがって、Ｎｉフェルトの繊維間の
隙間が小さくなり、ガス拡散性が悪くなるため、燃料ガ
スの通気率が低下するという問題がある。また、Ｎｉフ
ェルトの焼結によって集電体の厚みが小さくなり（かさ
密度が増大）、集電体とセパレータとの間に隙間が生じ
るので接触抵抗が増大するという問題がある。これらの
結果、電池性能が低下するという課題がある。
【０００５】本発明は上記課題を解決するため、燃料極
側集電体であるＮｉフェルトの焼結を抑制して、電池性
能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。
側集電体であるＮｉフェルトの焼結を抑制して、電池性
能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】上記課題に鑑み、請求項
１の発明は、電解質を介して燃料極と酸化剤極とが相対
向するセルと，ガスを分離するセパレータとが積層さ
れ、且つ、各電極とセパレータとの間には集電体が介在
された構造の固体電解質型燃料電池において、前記燃料
極とセパレータとの間に介在する燃料極側集電体は、繊
維状ニッケルの表面に電解質材料が付着したニッケルフ
ェルトで構成されていることを特徴とする。
１の発明は、電解質を介して燃料極と酸化剤極とが相対
向するセルと，ガスを分離するセパレータとが積層さ
れ、且つ、各電極とセパレータとの間には集電体が介在
された構造の固体電解質型燃料電池において、前記燃料
極とセパレータとの間に介在する燃料極側集電体は、繊
維状ニッケルの表面に電解質材料が付着したニッケルフ
ェルトで構成されていることを特徴とする。
【０００７】また、請求項２の発明は、前記燃料極側集
電体と燃料極とは、サーメット化により一体化している
ことを特徴とする。
電体と燃料極とは、サーメット化により一体化している
ことを特徴とする。
【０００８】
【作用】請求項１の如く、繊維状Ｎｉの表面に電解質材
料を付着すれば、特に繊維と繊維とが交差する部分に電
解質材料が集中するため、高温での長期運転の際にＮｉ
フェルトの焼結を抑制して、繊維間の隙間を十分に確保
できる。したがって、燃料ガスの通気率の低下及び接触
抵抗の増大を抑制できるので、電池性能が向上する。
料を付着すれば、特に繊維と繊維とが交差する部分に電
解質材料が集中するため、高温での長期運転の際にＮｉ
フェルトの焼結を抑制して、繊維間の隙間を十分に確保
できる。したがって、燃料ガスの通気率の低下及び接触
抵抗の増大を抑制できるので、電池性能が向上する。
【０００９】また、繊維状Ｎｉの表面に電解質材料が存
在すれば、燃料極側集電部での三相界面（Ｎｉ・ガス・
電解質）の数が増加し、電極部を中心として起こる三相
界面での反応が集電部でも起こるため、電池性能が向上
する。加えて、請求項２の如く、燃料極側集電体と燃料
極とが、サーメット化により一体化していれば、燃料極
側集電体と燃料極との接触抵抗が低減するため、電池性
能が更に向上する。
在すれば、燃料極側集電部での三相界面（Ｎｉ・ガス・
電解質）の数が増加し、電極部を中心として起こる三相
界面での反応が集電部でも起こるため、電池性能が向上
する。加えて、請求項２の如く、燃料極側集電体と燃料
極とが、サーメット化により一体化していれば、燃料極
側集電体と燃料極との接触抵抗が低減するため、電池性
能が更に向上する。
【００１０】
〔実施例１〕図１は本発明の一実施例に係る固体電解質
型燃料電池の断面図であり、８％イットリアで安定化し
たジルコニア（８ＹＳＺ）の緻密な焼成体から成る固体
電解質１（外寸１５０mm×１５０mm、厚さ0.２mm）を介
して、Ｎｉ−ＹＳＺサーメットから成る燃料極２と，Ｌ
ａＭｎＯ3 等のペロブスカイト型酸化物から成る酸化剤
極３とが相対向するセル４を一対のセパレータ５・９で
挟持すると共に、燃料極２とセパレータ５との間には燃
料極側集電体６を、酸化剤極３とセパレータ９との間に
は酸化剤極側集電体７をそれぞれ介在させた構造であ
る。また、固体電解質１の電極非塗布面とセパレータ５
・９との間にはシール材８を介在させた。前記燃料極側
集電体６には、繊維状Ｎｉの表面にＹＳＺを担持させて
成るＮｉフェルトを、酸化剤極側集電体７には白金網を
それぞれ使用した。
型燃料電池の断面図であり、８％イットリアで安定化し
たジルコニア（８ＹＳＺ）の緻密な焼成体から成る固体
電解質１（外寸１５０mm×１５０mm、厚さ0.２mm）を介
して、Ｎｉ−ＹＳＺサーメットから成る燃料極２と，Ｌ
ａＭｎＯ3 等のペロブスカイト型酸化物から成る酸化剤
極３とが相対向するセル４を一対のセパレータ５・９で
挟持すると共に、燃料極２とセパレータ５との間には燃
料極側集電体６を、酸化剤極３とセパレータ９との間に
は酸化剤極側集電体７をそれぞれ介在させた構造であ
る。また、固体電解質１の電極非塗布面とセパレータ５
・９との間にはシール材８を介在させた。前記燃料極側
集電体６には、繊維状Ｎｉの表面にＹＳＺを担持させて
成るＮｉフェルトを、酸化剤極側集電体７には白金網を
それぞれ使用した。
【００１１】ここで、繊維状Ｎｉ表面へのＹＳＺの担持
は、定量比のＺｒとＹとのオクチル酸塩をグリセリンに
て粘度調整し、Ｎｉフェルトに略均一に含浸させること
により行った。以下、電池の作製について具体的に説明
する。先ず、ＮｉＯ粉末２００重量部と，Ｙ2 Ｏ3 安定
化ＺｒＯ2 １５０重量部と，バインダ（ポリビニルブチ
ラール樹脂）１０重量部と，溶媒（テルピネオール）１
００重量部とを各々ボールミルにて十分混合し、スラリ
ー中に含まれた微小な気泡を減圧下で攪拌除去して、燃
料極用スラリーとした。
は、定量比のＺｒとＹとのオクチル酸塩をグリセリンに
て粘度調整し、Ｎｉフェルトに略均一に含浸させること
により行った。以下、電池の作製について具体的に説明
する。先ず、ＮｉＯ粉末２００重量部と，Ｙ2 Ｏ3 安定
化ＺｒＯ2 １５０重量部と，バインダ（ポリビニルブチ
ラール樹脂）１０重量部と，溶媒（テルピネオール）１
００重量部とを各々ボールミルにて十分混合し、スラリ
ー中に含まれた微小な気泡を減圧下で攪拌除去して、燃
料極用スラリーとした。
【００１２】一方、Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 粉末４０
０重量部と，Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ 2 １５０重量部と，
バインダ（ポリビニルブチラール樹脂）１０重量部と，
溶媒（テルピネオール）１００重量部とを各々ボールミ
ルにて十分混合し、スラリー中に含まれた微小な気泡を
減圧下で攪拌除去して、酸化剤極用スラリーとした。そ
の後、前記固体電解質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時間焼成した。次に、前記
固体電解質の他方の面に前記酸化剤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時間焼成した。
０重量部と，Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ 2 １５０重量部と，
バインダ（ポリビニルブチラール樹脂）１０重量部と，
溶媒（テルピネオール）１００重量部とを各々ボールミ
ルにて十分混合し、スラリー中に含まれた微小な気泡を
減圧下で攪拌除去して、酸化剤極用スラリーとした。そ
の後、前記固体電解質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時間焼成した。次に、前記
固体電解質の他方の面に前記酸化剤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時間焼成した。
【００１３】最後に、電池を組み立てた後、１０００℃
まで昇温し、燃料として加湿水素を、酸化剤として空気
をそれぞれ使用した。次に、窒素パージした後空気を導
入して酸化を行い、その後窒素パージし水素を導入して
還元を行い、燃料極側集電体をサーメット化し繊維状Ｎ
ｉとＹＳＺとの密着性を高めると共に、燃料極側集電体
と燃料極とをサーメット化した。
まで昇温し、燃料として加湿水素を、酸化剤として空気
をそれぞれ使用した。次に、窒素パージした後空気を導
入して酸化を行い、その後窒素パージし水素を導入して
還元を行い、燃料極側集電体をサーメット化し繊維状Ｎ
ｉとＹＳＺとの密着性を高めると共に、燃料極側集電体
と燃料極とをサーメット化した。
【００１４】このようにして作成した電池を、以下
（Ａ）電池と称する。 〔比較例１〕燃料極側集電体として、表面にＹＳＺを担
持していないＮｉフェルトを用いる他は上記実施例１と
同様にして電池を作成した。このようにして作成した電
池を、以下（Ｘ）電池と称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電
池（いずれも、外寸１５０mm×１５０mmの単セル）とを
用いて、連続放電を行ったので、その結果を図２に示
す。尚、実験は所定の条件で１０００℃まで昇温した
後、燃料として水素を、酸化剤として空気をそれぞれ使
用して、３００ｍＡ／ｃｍ2 にて連続放電を行うという
条件である。また、図３及び図７は、連続放電後におけ
る本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池との要部を
示す模式図であり、図の●はガスとＮｉとＹＳＺとの三
相界面を示している。
（Ａ）電池と称する。 〔比較例１〕燃料極側集電体として、表面にＹＳＺを担
持していないＮｉフェルトを用いる他は上記実施例１と
同様にして電池を作成した。このようにして作成した電
池を、以下（Ｘ）電池と称する。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電
池（いずれも、外寸１５０mm×１５０mmの単セル）とを
用いて、連続放電を行ったので、その結果を図２に示
す。尚、実験は所定の条件で１０００℃まで昇温した
後、燃料として水素を、酸化剤として空気をそれぞれ使
用して、３００ｍＡ／ｃｍ2 にて連続放電を行うという
条件である。また、図３及び図７は、連続放電後におけ
る本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池との要部を
示す模式図であり、図の●はガスとＮｉとＹＳＺとの三
相界面を示している。
【００１５】図２から明らかなように、本発明の（Ａ）
電池は、比較例の（Ｘ）電池に比べて初期性能及び電池
寿命がいずれも向上していることが確認された。このよ
うに電池寿命のみならず電池の初期特性をも向上するの
は、図３及び図７から明らかなように、本発明の（Ａ）
電池では比較例の（Ｘ）電池に比べて、集電部での三相
界面の数が増加しており、電極部を中心として起こる三
相界面での反応が集電部でも起こること、及び電池構成
後にＮｉフェルトを酸化・還元してサーメット化したた
め、Ｎｉフェルトと燃料極との接触抵抗が低減すること
に起因するものと思われる。 〔実施例２〕図４は本発明の一実施例に係る小型固体電
解質型燃料電池の模式図であり、３％で安定化したジル
コニア（ＹＳＺ）の緻密な焼成体から成る円盤状の固体
電解質１１（直径２５mm、厚さ0.２mm）を介して、Ｎｉ
−ＹＳＺサーメットから成る燃料極１２（外寸６mm×１
2.５mm）と，ＬａＭｎＯ3 等のペロブスカイト型酸化物
から成る酸化剤極１３（外寸６mm×１2.５mm）とが相対
向した構造であり、固体電解質１１とアルミナパイプ１
４との間には、シール材としてガラスリング１５が介在
されている。また、酸化剤極１３の横には比較として参
照電極１６（外寸３mm×４mm）を配置すると共に、燃料
極１２の通気性を阻害するためのアルミナ板１９を配置
した。尚、参照電極１６及びアルミナ板１９は以下の実
験に使用するための部材であり、本発明の構成とは直接
関係がない。
電池は、比較例の（Ｘ）電池に比べて初期性能及び電池
寿命がいずれも向上していることが確認された。このよ
うに電池寿命のみならず電池の初期特性をも向上するの
は、図３及び図７から明らかなように、本発明の（Ａ）
電池では比較例の（Ｘ）電池に比べて、集電部での三相
界面の数が増加しており、電極部を中心として起こる三
相界面での反応が集電部でも起こること、及び電池構成
後にＮｉフェルトを酸化・還元してサーメット化したた
め、Ｎｉフェルトと燃料極との接触抵抗が低減すること
に起因するものと思われる。 〔実施例２〕図４は本発明の一実施例に係る小型固体電
解質型燃料電池の模式図であり、３％で安定化したジル
コニア（ＹＳＺ）の緻密な焼成体から成る円盤状の固体
電解質１１（直径２５mm、厚さ0.２mm）を介して、Ｎｉ
−ＹＳＺサーメットから成る燃料極１２（外寸６mm×１
2.５mm）と，ＬａＭｎＯ3 等のペロブスカイト型酸化物
から成る酸化剤極１３（外寸６mm×１2.５mm）とが相対
向した構造であり、固体電解質１１とアルミナパイプ１
４との間には、シール材としてガラスリング１５が介在
されている。また、酸化剤極１３の横には比較として参
照電極１６（外寸３mm×４mm）を配置すると共に、燃料
極１２の通気性を阻害するためのアルミナ板１９を配置
した。尚、参照電極１６及びアルミナ板１９は以下の実
験に使用するための部材であり、本発明の構成とは直接
関係がない。
【００１６】図５は図４の電極を示す要部拡大図であ
り、燃料極１２の表面には燃料極側集電体１７が、酸化
剤極１３の表面には酸化剤極側集電体１８がそれぞれ配
置されている。前記燃料極側集電体１７には、繊維状Ｎ
ｉより成るＮｉフェルトに燃料極スラリーを薄めたもの
を含浸させたものを使用すると共に、前記酸化剤極側集
電体１８には白金網をそれぞれ使用した。
り、燃料極１２の表面には燃料極側集電体１７が、酸化
剤極１３の表面には酸化剤極側集電体１８がそれぞれ配
置されている。前記燃料極側集電体１７には、繊維状Ｎ
ｉより成るＮｉフェルトに燃料極スラリーを薄めたもの
を含浸させたものを使用すると共に、前記酸化剤極側集
電体１８には白金網をそれぞれ使用した。
【００１７】ここで、前記電池を以下のようにして作製
した。先ず、前記実施例１と同様にして燃料極用スラリ
ー及び酸化剤極用スラリーを作製した。次に、固体電解
質の一方の面に燃料極と燃料極用集電体とを順次重ね合
わせ、燃料極用集電体の上から上記燃料極用スラリーを
薄めたものを塗布等することにより、燃料極用集電体及
び燃料極の何れにも燃料極用スラリーを含浸させた。一
方、固体電解質の他方の面に酸化剤極用スラリーを前記
実施例１と同様にして塗布等した。
した。先ず、前記実施例１と同様にして燃料極用スラリ
ー及び酸化剤極用スラリーを作製した。次に、固体電解
質の一方の面に燃料極と燃料極用集電体とを順次重ね合
わせ、燃料極用集電体の上から上記燃料極用スラリーを
薄めたものを塗布等することにより、燃料極用集電体及
び燃料極の何れにも燃料極用スラリーを含浸させた。一
方、固体電解質の他方の面に酸化剤極用スラリーを前記
実施例１と同様にして塗布等した。
【００１８】以下、上記実施例１と同様にして電池を作
製した。このように作成した電池を、以下（Ｂ）電池と
称する。 〔比較例２〕燃料極側集電体として、燃料極スラリーを
含浸させていないＮｉフェルトを用いる他は上記実施例
２と同様にして電池を作成した。
製した。このように作成した電池を、以下（Ｂ）電池と
称する。 〔比較例２〕燃料極側集電体として、燃料極スラリーを
含浸させていないＮｉフェルトを用いる他は上記実施例
２と同様にして電池を作成した。
【００１９】このようにして作成した電池を、以下
（Ｙ）電池と称する。 〔実験２〕上記本発明の（Ｂ）電池と比較例の（Ｙ）電
池とを用いて、燃料極の反応抵抗を測定したので、その
結果を図６に示す。尚、実験は燃料として加湿水素を、
酸化剤として空気をそれぞれ使用すると共に、高水蒸気
圧下（高燃料利用率状態下）における反応性を見るた
め、燃料ガスの加湿温度を変化させることにより燃料中
の水蒸気分圧を変化させ、それぞれの反応抵抗をカレン
トインタラプタ法により求めるという条件である。
（Ｙ）電池と称する。 〔実験２〕上記本発明の（Ｂ）電池と比較例の（Ｙ）電
池とを用いて、燃料極の反応抵抗を測定したので、その
結果を図６に示す。尚、実験は燃料として加湿水素を、
酸化剤として空気をそれぞれ使用すると共に、高水蒸気
圧下（高燃料利用率状態下）における反応性を見るた
め、燃料ガスの加湿温度を変化させることにより燃料中
の水蒸気分圧を変化させ、それぞれの反応抵抗をカレン
トインタラプタ法により求めるという条件である。
【００２０】図６から明らかなように、本発明の（Ｂ）
電池における反応抵抗は各水蒸気分圧において略一定で
あり、しかも比較例の（Ｙ）電池に比べて全体的に反応
抵抗が小さいことが確認された。尚、本発明（Ｂ）電池
における酸化・還元前と酸化・還元後の燃料極側抵抗を
測定したところ、酸化・還元前は４2.３Ωであった燃料
極側抵抗が、酸化・還元後は0.８Ωへと著しく低減する
ことも確認された。したがって、燃料極集電体及び燃料
極をサーメット化することにより、燃料極側抵抗が減少
することがわかる。 〔実験３〕上記本発明の（Ｂ）電池と比較例の（Ｙ）電
池とを使用して、加速劣化試験によってセル電圧の経時
的変化を測定したので、その結果を図７に示す。尚、加
速劣化試験は、燃料極集電体の両端をアルミナ板で押さ
えて２ｋｇｆ／ｃｍ2 の荷重をかけ、１０００℃の水素
雰囲気中で３０時間保持・固定して、燃料極側の通気性
を阻害した後、水素の加湿温度を９５℃（８３％Ｈ
2 Ｏ）として高燃料利用率状態をつくり、電流密度３０
０ｍＡ／ｃｍ2 一定で行うという条件である。
電池における反応抵抗は各水蒸気分圧において略一定で
あり、しかも比較例の（Ｙ）電池に比べて全体的に反応
抵抗が小さいことが確認された。尚、本発明（Ｂ）電池
における酸化・還元前と酸化・還元後の燃料極側抵抗を
測定したところ、酸化・還元前は４2.３Ωであった燃料
極側抵抗が、酸化・還元後は0.８Ωへと著しく低減する
ことも確認された。したがって、燃料極集電体及び燃料
極をサーメット化することにより、燃料極側抵抗が減少
することがわかる。 〔実験３〕上記本発明の（Ｂ）電池と比較例の（Ｙ）電
池とを使用して、加速劣化試験によってセル電圧の経時
的変化を測定したので、その結果を図７に示す。尚、加
速劣化試験は、燃料極集電体の両端をアルミナ板で押さ
えて２ｋｇｆ／ｃｍ2 の荷重をかけ、１０００℃の水素
雰囲気中で３０時間保持・固定して、燃料極側の通気性
を阻害した後、水素の加湿温度を９５℃（８３％Ｈ
2 Ｏ）として高燃料利用率状態をつくり、電流密度３０
０ｍＡ／ｃｍ2 一定で行うという条件である。
【００２１】図７から明らかなように、本発明の（Ｂ）
電池は比較例の（Ｙ）電池に比べて、初期性能及び電池
寿命がいずれも向上していることが確認された。また、
時間あたりの劣化率は本発明の（Ｂ）電池は約1.５ｍＶ
／ｈｒであり、比較例の（Ｙ）電池は約3.６ｍＶ／ｈｒ
であることから、本発明の（Ｂ）電池では時間あたりの
劣化率が半分以下に向上していることも確認された。 〔実験４〕上記本発明の（Ｂ）電池における燃料極用集
電体であるＮｉフェルトに、燃料極用スラリーが含浸さ
れているか否かを確認するため、水銀圧入法により気孔
径分布の測定を行ったので、その結果を図８に示す。
尚、比較材料として、比較例の（Ｙ）電池における燃料
極用スラリーを含浸させていないＮｉフェルト、及び前
記（Ｂ) 電池における燃料極用スラリーを使用した。
電池は比較例の（Ｙ）電池に比べて、初期性能及び電池
寿命がいずれも向上していることが確認された。また、
時間あたりの劣化率は本発明の（Ｂ）電池は約1.５ｍＶ
／ｈｒであり、比較例の（Ｙ）電池は約3.６ｍＶ／ｈｒ
であることから、本発明の（Ｂ）電池では時間あたりの
劣化率が半分以下に向上していることも確認された。 〔実験４〕上記本発明の（Ｂ）電池における燃料極用集
電体であるＮｉフェルトに、燃料極用スラリーが含浸さ
れているか否かを確認するため、水銀圧入法により気孔
径分布の測定を行ったので、その結果を図８に示す。
尚、比較材料として、比較例の（Ｙ）電池における燃料
極用スラリーを含浸させていないＮｉフェルト、及び前
記（Ｂ) 電池における燃料極用スラリーを使用した。
【００２２】図８から明らかなように、燃料極用スラリ
ーを含浸していないＮｉフェルトの気孔径は１〜１０μ
ｍに多く分布しており、燃料極用スラリーのそれは0.０
０４〜0.１μｍに多く分布しているのに対して、本発明
の集電体における気孔径分布は前記Ｎｉフェルトと燃料
極用スラリーとの両方の分布が存在している。この結
果、本発明の集電体であるＮｉフェルトには、燃料極用
スラリーが含浸されていることが確認された。 〔その他の事項〕 燃料極側集電体である繊維状Ｎｉの表面に担持させ
る電解質材料としては、電解質材料として使用可能な材
料であれば如何なる材料でも良いが、特に以下の(a) 〜
(c) に挙げる材料が好ましい。
ーを含浸していないＮｉフェルトの気孔径は１〜１０μ
ｍに多く分布しており、燃料極用スラリーのそれは0.０
０４〜0.１μｍに多く分布しているのに対して、本発明
の集電体における気孔径分布は前記Ｎｉフェルトと燃料
極用スラリーとの両方の分布が存在している。この結
果、本発明の集電体であるＮｉフェルトには、燃料極用
スラリーが含浸されていることが確認された。 〔その他の事項〕 燃料極側集電体である繊維状Ｎｉの表面に担持させ
る電解質材料としては、電解質材料として使用可能な材
料であれば如何なる材料でも良いが、特に以下の(a) 〜
(c) に挙げる材料が好ましい。
【００２３】(a) ３mol ％〜１２mol ％ＹＳＺ (b) Ｇｄ2 Ｚｒ2 Ｏ7 系や、Ｌｎ（Ｚｒ0.8 Ｔｉ0.2 ）
2 Ｏ7 〔式中、ＬｎはＳｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｅｒ，
Ｙｂ，Ｌｕを示す〕等で表されるランタニド系（希土類
系）酸化物 (c) ＢａＣｅＯ3 系セラミックス等のプロトン導電体 また、上記電解質材料として燃料極に添加可能なＣｅＯ
X 、（ＣｅＯ2 ）0.8（Ｓm Ｏ1.5 ）0.2 、Ｐr Ｏx 等
を使用することも勿論可能である。 電解質材料の担持の方法としては、ＹＳＺ粉末を電
極用に用いた溶媒を用いてスラリー化し、略均一に含浸
させる等の方法も挙げられる。
2 Ｏ7 〔式中、ＬｎはＳｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｅｒ，
Ｙｂ，Ｌｕを示す〕等で表されるランタニド系（希土類
系）酸化物 (c) ＢａＣｅＯ3 系セラミックス等のプロトン導電体 また、上記電解質材料として燃料極に添加可能なＣｅＯ
X 、（ＣｅＯ2 ）0.8（Ｓm Ｏ1.5 ）0.2 、Ｐr Ｏx 等
を使用することも勿論可能である。 電解質材料の担持の方法としては、ＹＳＺ粉末を電
極用に用いた溶媒を用いてスラリー化し、略均一に含浸
させる等の方法も挙げられる。
【００２４】
【発明の効果】以上の本発明によれば、特に繊維と繊維
とが交差する部分に電解質材料が集中するため、高温で
の長期運転の際にＮｉフェルトの焼結を抑制して、繊維
間の隙間を十分に確保できる。したがって、燃料ガスの
通気率の低下及び接触抵抗の増大を抑制できるので、電
池性能が向上する。
とが交差する部分に電解質材料が集中するため、高温で
の長期運転の際にＮｉフェルトの焼結を抑制して、繊維
間の隙間を十分に確保できる。したがって、燃料ガスの
通気率の低下及び接触抵抗の増大を抑制できるので、電
池性能が向上する。
【００２５】また、繊維状Ｎｉの表面に電解質材料が存
在すれば、燃料極側集電部での三相界面（Ｎｉ・ガス・
電解質）の数が増加し、電極部を中心として起こる三相
界面での反応が集電部でも起こるため、電池性能が向上
する。加えて、燃料極側集電体と燃料極とがサーメット
化により一体化していれば、燃料極側集電体と燃料極と
の接触抵抗が低減するため、電池性能が更に向上する。
在すれば、燃料極側集電部での三相界面（Ｎｉ・ガス・
電解質）の数が増加し、電極部を中心として起こる三相
界面での反応が集電部でも起こるため、電池性能が向上
する。加えて、燃料極側集電体と燃料極とがサーメット
化により一体化していれば、燃料極側集電体と燃料極と
の接触抵抗が低減するため、電池性能が更に向上する。
【図１】本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料電池
の断面図である。
の断面図である。
【図２】本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池とを
用いて連続放電を行った場合における、セル電圧の経時
的変化を示すグラフである。
用いて連続放電を行った場合における、セル電圧の経時
的変化を示すグラフである。
【図３】本発明の（Ａ）電池の要部を示す模式図であ
る。
る。
【図４】本発明の一実施例に係る小型固体電解質型燃料
電池の模式図である。
電池の模式図である。
【図５】図４の電極を示す要部拡大図である。
【図６】本発明の（Ｂ）電池と比較例の（Ｙ）電池とを
用いた場合における、水蒸気分圧と燃料極の反応抵抗と
の関係を示すグラフである。
用いた場合における、水蒸気分圧と燃料極の反応抵抗と
の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の（Ｂ）電池と比較例の（Ｙ）電池とを
使用して加速劣化試験を行った場合における、セル電圧
の経時的変化を示すグラフである。
使用して加速劣化試験を行った場合における、セル電圧
の経時的変化を示すグラフである。
【図８】本発明の（Ｂ）電池における燃料極用スラリー
が含浸されたＮｉフェルトと、比較例の（Ｙ）電池にお
ける燃料極用スラリーを含浸させていないＮｉフェルト
と、前記（Ｂ) 電池における燃料極用スラリーとを用い
た場合における、水銀圧入法による気孔径分布を示すグ
ラフである。
が含浸されたＮｉフェルトと、比較例の（Ｙ）電池にお
ける燃料極用スラリーを含浸させていないＮｉフェルト
と、前記（Ｂ) 電池における燃料極用スラリーとを用い
た場合における、水銀圧入法による気孔径分布を示すグ
ラフである。
【図９】比較例の（Ｘ）電池の要部を示す模式図であ
る。
る。
１ 電解質 ２ 燃料極 ３ 酸化剤極 ４ セル ５・９ セパレータ ６ 燃料極用集電体 ７ 酸化剤極用集電体
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１０月２６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】このようにして作成した電池を、以下
（Ａ）電池と称する。 〔比較例１〕燃料極側集電体として、表面にＹＳＺを担
持していないＮｉフェルトを用いる他は上記実施例１と
同様にして電池を作成した。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電
池（いずれも、外寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍの単セル）
とを用いて、連続放電を行ったので、その結果を図２に
示す。尚、実験は所定の条件で１０００℃まで昇温した
後、燃料として水素を、酸化剤として空気をそれぞれ使
用して、３００ｍＡ／ｃｍ2 にて連続放電を行うという
条件である。また、図３及び図９は、連続放電後におけ
る本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池との要部を
示す模式図であり、図の●はガスとＮｉとＹＳＺとの三
相界面を示している。
（Ａ）電池と称する。 〔比較例１〕燃料極側集電体として、表面にＹＳＺを担
持していないＮｉフェルトを用いる他は上記実施例１と
同様にして電池を作成した。 〔実験１〕上記本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電
池（いずれも、外寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍの単セル）
とを用いて、連続放電を行ったので、その結果を図２に
示す。尚、実験は所定の条件で１０００℃まで昇温した
後、燃料として水素を、酸化剤として空気をそれぞれ使
用して、３００ｍＡ／ｃｍ2 にて連続放電を行うという
条件である。また、図３及び図９は、連続放電後におけ
る本発明の（Ａ）電池と比較例の（Ｘ）電池との要部を
示す模式図であり、図の●はガスとＮｉとＹＳＺとの三
相界面を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安尾 耕司 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 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 (2)
- 【請求項１】 電解質を介して燃料極と酸化剤極とが相
対向するセルと，ガスを分離するセパレータとが積層さ
れ、且つ、各電極とセパレータとの間には集電体が介在
された構造の固体電解質型燃料電池において、 前記燃料極とセパレータとの間に介在する燃料極側集電
体は、繊維状ニッケルの表面に電解質材料が付着したニ
ッケルフェルトで構成されていることを特徴とする固体
電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 前記燃料極側集電体と燃料極とは、サー
メット化により一体化していることを特徴とする請求項
１記載の固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19063593A JP3162881B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP19063593A JP3162881B2 (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745297A true JPH0745297A (ja) | 1995-02-14 |
| JP3162881B2 JP3162881B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=16261357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19063593A Expired - Fee Related JP3162881B2 (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3162881B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1317011A2 (en) | 2001-11-30 | 2003-06-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| US7186475B2 (en) | 2001-05-01 | 2007-03-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid oxide electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| JP2008034305A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池のアノード還元法 |
| JP2010092877A (ja) * | 2003-07-24 | 2010-04-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用集電構造及び固体酸化物形燃料電池スタック |
| WO2013125457A1 (ja) * | 2012-02-22 | 2013-08-29 | 日産自動車株式会社 | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-07-30 JP JP19063593A patent/JP3162881B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7186475B2 (en) | 2001-05-01 | 2007-03-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid oxide electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| EP1255318A3 (en) * | 2001-05-01 | 2007-07-25 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid oxide electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| EP1317011A2 (en) | 2001-11-30 | 2003-06-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| US7074513B2 (en) | 2001-11-30 | 2006-07-11 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| EP1317011A3 (en) * | 2001-11-30 | 2009-07-22 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
| JP2010092877A (ja) * | 2003-07-24 | 2010-04-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用集電構造及び固体酸化物形燃料電池スタック |
| JP2008034305A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池のアノード還元法 |
| WO2013125457A1 (ja) * | 2012-02-22 | 2013-08-29 | 日産自動車株式会社 | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3162881B2 (ja) | 2001-05-08 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |