JPH0785881A - 固体電解質燃料電池用インターコネクタおよびその作製方法 - Google Patents
固体電解質燃料電池用インターコネクタおよびその作製方法Info
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- JPH0785881A JPH0785881A JP5253746A JP25374693A JPH0785881A JP H0785881 A JPH0785881 A JP H0785881A JP 5253746 A JP5253746 A JP 5253746A JP 25374693 A JP25374693 A JP 25374693A JP H0785881 A JPH0785881 A JP H0785881A
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- electrode
- solid electrolyte
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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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Y—GENERAL 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
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質用インターコネクタに求められて
いる電気的および各電極へのガス供給上の相反する要求
を同時に満足させる。 【構成】 固体電解質燃料電池の緻密な固体電解質４
と、それを挟む多孔質な酸素極２および燃料極３とを電
気的に接続するインターコネクタ１において、前記イン
ターコネクタが、ＬａＣｒＯ3を含む化合物であり、緻
密層１３とそれを挟む多孔質層１１、１２とからなり、
かつ多孔質層１２が燃料極３および酸素極２に面してい
ることを特徴とする。 【効果】 各電極へのガスの供給効率を損なわずに電気
抵抗を低く抑えられる。本発明は固体燃料電池の高効率
動作化に大きな貢献をなすものである。
いる電気的および各電極へのガス供給上の相反する要求
を同時に満足させる。 【構成】 固体電解質燃料電池の緻密な固体電解質４
と、それを挟む多孔質な酸素極２および燃料極３とを電
気的に接続するインターコネクタ１において、前記イン
ターコネクタが、ＬａＣｒＯ3を含む化合物であり、緻
密層１３とそれを挟む多孔質層１１、１２とからなり、
かつ多孔質層１２が燃料極３および酸素極２に面してい
ることを特徴とする。 【効果】 各電極へのガスの供給効率を損なわずに電気
抵抗を低く抑えられる。本発明は固体燃料電池の高効率
動作化に大きな貢献をなすものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質燃料電池用イ
ンターコネクタ及びその製造方法に関するものである。
ンターコネクタ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および問題点】近年、酸素イオン伝導体を
用いた固体電解質燃料電池に感心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特徴をもっている。
用いた固体電解質燃料電池に感心が高まりつつある。特
にエネルギーの有効利用という観点から、固体燃料電池
はカルノー効率の制約を受けないため本質的に高いエネ
ルギー変換効率を有し、さらに良好な環境保全が期待さ
れるなどの優れた特徴をもっている。
【０００３】固体電解質用のインターコネクタ１として
は主にＬａＣｒＯ3が検討されている。図４は従来のイ
ンターコネクタの断面図である。このインターコネクタ
は、図４に示すように燃料極２と酸素極３に接してお
り、これらを電気的に接続することおよび燃料と酸素ガ
スを分離する役割をもっている。電気的接続の観点から
は電極との接触面積を大きくし、インターコネクタ１の
厚みはできるだけ薄くとるべきであるが、電極へのガス
の供給の観点からはなるべくガス路５、６の断面積を増
やす必要があるため、インターコネクタ１と電極２、３
との接触面積をなるべく小さくとる必要がある。このよ
うにインターコネクタ１の形状には相反する二つの要求
がある。しかしながら、従来のインターコネクタは全面
に渡って緻密な構造（緻密層１３）になっているため電
極と接する部分にはガスが供給されず、発電効率が制限
されてしまうと言う欠点があった。なお、図中、４は固
体電解質であり、ガス供給路５、６は、実際の構成にお
いては相互に直交している。
は主にＬａＣｒＯ3が検討されている。図４は従来のイ
ンターコネクタの断面図である。このインターコネクタ
は、図４に示すように燃料極２と酸素極３に接してお
り、これらを電気的に接続することおよび燃料と酸素ガ
スを分離する役割をもっている。電気的接続の観点から
は電極との接触面積を大きくし、インターコネクタ１の
厚みはできるだけ薄くとるべきであるが、電極へのガス
の供給の観点からはなるべくガス路５、６の断面積を増
やす必要があるため、インターコネクタ１と電極２、３
との接触面積をなるべく小さくとる必要がある。このよ
うにインターコネクタ１の形状には相反する二つの要求
がある。しかしながら、従来のインターコネクタは全面
に渡って緻密な構造（緻密層１３）になっているため電
極と接する部分にはガスが供給されず、発電効率が制限
されてしまうと言う欠点があった。なお、図中、４は固
体電解質であり、ガス供給路５、６は、実際の構成にお
いては相互に直交している。
【０００４】ここで、ガス供給路を空気極、または燃料
極で作る方法もあるが、空気極や燃料極に適した材料の
熱膨張係数を固体電解質と一致させることが困難であ
る。一方インターコネクタに用いられるランタンクロマ
イト系材料は熱膨張係数を固体電解質と一致させること
が容易である。セルスタック全体に大きな応力がかから
ないためには、熱膨張係数が固体電解質と一致したラン
タンクロマイト系材料で構造体を作るべきである。すな
わち、セルスタックの体積の大半を占めるガス路は空気
極や燃料極材料で作るのではなくランタンクロマイト系
材料で作るべきである。
極で作る方法もあるが、空気極や燃料極に適した材料の
熱膨張係数を固体電解質と一致させることが困難であ
る。一方インターコネクタに用いられるランタンクロマ
イト系材料は熱膨張係数を固体電解質と一致させること
が容易である。セルスタック全体に大きな応力がかから
ないためには、熱膨張係数が固体電解質と一致したラン
タンクロマイト系材料で構造体を作るべきである。すな
わち、セルスタックの体積の大半を占めるガス路は空気
極や燃料極材料で作るのではなくランタンクロマイト系
材料で作るべきである。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、固体電解質用インターコネク
タに求められている電気的および各電極へのガス供給上
の相反する要求を同時に満足させることを目的とする。
タに求められている電気的および各電極へのガス供給上
の相反する要求を同時に満足させることを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】上述の問題点を解決す
るため、本発明のインターコネクタは、固体電解質燃料
電池の緻密な固体電解質と、それを挟む多孔質な酸素極
および燃料極とを電気的に接続するインターコネクタに
おいて、前記インターコネクタが、ＬａＣｒＯ3を含む
化合物であり、緻密層とそれを挟む多孔質層とからな
り、かつ多孔質層が燃料極および酸素極に面しているこ
とを特徴とする。
るため、本発明のインターコネクタは、固体電解質燃料
電池の緻密な固体電解質と、それを挟む多孔質な酸素極
および燃料極とを電気的に接続するインターコネクタに
おいて、前記インターコネクタが、ＬａＣｒＯ3を含む
化合物であり、緻密層とそれを挟む多孔質層とからな
り、かつ多孔質層が燃料極および酸素極に面しているこ
とを特徴とする。
【０００７】また本発明は上述のようなインターコネク
タを製造する方法を提供するものであり、ＬａＣｒＯ3
を含む化合物であり、かつ緻密層とそれを挟む多孔質層
からなり、前記多孔質層は燃料極及び酸素極に面してい
るインターコネクタの作製方法であって、前記多孔質層
となる部分にのみ有機物の発泡体を入れ、焼成すること
を特徴とする。
タを製造する方法を提供するものであり、ＬａＣｒＯ3
を含む化合物であり、かつ緻密層とそれを挟む多孔質層
からなり、前記多孔質層は燃料極及び酸素極に面してい
るインターコネクタの作製方法であって、前記多孔質層
となる部分にのみ有機物の発泡体を入れ、焼成すること
を特徴とする。
【０００８】なお、本発明のインターコネクタは、通常
の焼結法、または真空蒸着法や、ｒｆスパッタ法等の薄
膜形成法と焼結法の組み合わせにより得られる。
の焼結法、または真空蒸着法や、ｒｆスパッタ法等の薄
膜形成法と焼結法の組み合わせにより得られる。
【０００９】以下の本発明をさらに詳しくを説明する。
【００１０】本発明による具体例である図１及び図２よ
り明らかなように、本発明によるインターコネクタは、
酸素極２及び燃料極３に接する部分にＬａＣａＣｒＯ3
を含む化合物の多孔質層１１を有し、他方の多孔質層１
２で挾まれた緻密層１３を備えた構造になっている。図
１に示すガス供給路５及び６は、図２に示すように実際
は相互に垂直な方向に設けられている。そして燃料電池
の単セル（酸素極２、固体電解質４、燃料極３よりな
る）は、上述のインターコネクタに挾まれた構造になっ
ている。
り明らかなように、本発明によるインターコネクタは、
酸素極２及び燃料極３に接する部分にＬａＣａＣｒＯ3
を含む化合物の多孔質層１１を有し、他方の多孔質層１
２で挾まれた緻密層１３を備えた構造になっている。図
１に示すガス供給路５及び６は、図２に示すように実際
は相互に垂直な方向に設けられている。そして燃料電池
の単セル（酸素極２、固体電解質４、燃料極３よりな
る）は、上述のインターコネクタに挾まれた構造になっ
ている。
【００１１】上述の多孔質層１１、１２及び緻密層は、
たとえばＬａＣａＣｒＯ3にＣａ、Ｍｇなどを多孔質層
１１、１２に低濃度に、緻密層１３に高濃度にドープす
ることによって形成することができる。緻密層１３のド
ーパントの量は、好ましくは０．３モル％〜０．６モル
％であるのがよい。０．３モル％未満であると、酸素ガ
スおよび燃料ガスの漏れを生じる恐れがあり、一方、
０．６モル％を越えると、決勝が安定でなくなる恐れが
あるとともに、固体電解質との熱膨張係数のずれが大き
くなり過ぎる恐れがある。
たとえばＬａＣａＣｒＯ3にＣａ、Ｍｇなどを多孔質層
１１、１２に低濃度に、緻密層１３に高濃度にドープす
ることによって形成することができる。緻密層１３のド
ーパントの量は、好ましくは０．３モル％〜０．６モル
％であるのがよい。０．３モル％未満であると、酸素ガ
スおよび燃料ガスの漏れを生じる恐れがあり、一方、
０．６モル％を越えると、決勝が安定でなくなる恐れが
あるとともに、固体電解質との熱膨張係数のずれが大き
くなり過ぎる恐れがある。
【００１２】一方、多孔質層のドーパントの量は、好ま
しくは、０．０１モル％〜０．１５％であるのがよい。
０．０１モル％未満であると、焼結しにくくなる恐れが
あり、一方０．１５モル％を越えると、緻密になってガ
スを透過しにくくなる恐れを生じるからである。
しくは、０．０１モル％〜０．１５％であるのがよい。
０．０１モル％未満であると、焼結しにくくなる恐れが
あり、一方０．１５モル％を越えると、緻密になってガ
スを透過しにくくなる恐れを生じるからである。
【００１３】図４に示す従来例のインターコネクタは全
面に渡って緻密な構造になっているため電極と接する部
分にはガスが供給されず、発電効率が制限されてしま
う。
面に渡って緻密な構造になっているため電極と接する部
分にはガスが供給されず、発電効率が制限されてしま
う。
【００１４】本発明によるインターコネクタの製造方法
によれば、上述のような緻密層１３及びこれを挟む多孔
質層１１、１２をインターコネクタに形成するにあた
り、ＬａＣｒＯ3を含む化合物の前記多孔質層となる部
分にのみ有機物の発泡体を入れ、これを焼成して製造で
きる。この場合、ＬａＣｒＯ3にドープするドーパント
の量は緻密層を形成するような高濃度とした均一の化合
物を使用することができる。すなわち、ドーパント量を
変化させなくとも、多孔質層と緻密層を形成できる。
によれば、上述のような緻密層１３及びこれを挟む多孔
質層１１、１２をインターコネクタに形成するにあた
り、ＬａＣｒＯ3を含む化合物の前記多孔質層となる部
分にのみ有機物の発泡体を入れ、これを焼成して製造で
きる。この場合、ＬａＣｒＯ3にドープするドーパント
の量は緻密層を形成するような高濃度とした均一の化合
物を使用することができる。すなわち、ドーパント量を
変化させなくとも、多孔質層と緻密層を形成できる。
【００１５】
【作用】図１、図２に示すようにインターコネクタ１の
酸素極２または燃料極３に接する面を多孔質にすること
で、これらの多孔質層１２を介してインターコネクタで
覆われた電極部分にもガスが流れやすくなる。このため
インターコネクタと接する電極部分へのガスの供給を充
分行なうことができる。これによりインターコネクタと
の電気特性を保ちながら、各セルの有効面積を従来に比
べ広くすることができ、単位面積あたりの発電効率を改
善することができる。
酸素極２または燃料極３に接する面を多孔質にすること
で、これらの多孔質層１２を介してインターコネクタで
覆われた電極部分にもガスが流れやすくなる。このため
インターコネクタと接する電極部分へのガスの供給を充
分行なうことができる。これによりインターコネクタと
の電気特性を保ちながら、各セルの有効面積を従来に比
べ広くすることができ、単位面積あたりの発電効率を改
善することができる。
【００１６】一方、緻密層１３が多孔質層１１、１２の
間に挟まれていることにより、多孔質層１１、１２内に
入ってくる酸素ガスおよび燃料ガスが、この緻密層１３
で隔てられ、ガス漏れによる反応を防いでいる。
間に挟まれていることにより、多孔質層１１、１２内に
入ってくる酸素ガスおよび燃料ガスが、この緻密層１３
で隔てられ、ガス漏れによる反応を防いでいる。
【００１７】以上のような構成とすることによって、燃
料電池の出力密度を損なうことなく低抵抗な固体燃料電
池用のインターコネクタを実現できる。
料電池の出力密度を損なうことなく低抵抗な固体燃料電
池用のインターコネクタを実現できる。
【００１８】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。なお、当
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
然のことであるが本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。
【００１９】
【実施例１】本発明の効果を示すために、図１、図２に
示す構造のセルで試験を行なった。本実施例に用いたイ
ンターコネクタでは、焼結温度を１２００℃と低く抑
え、かつインターコネクタの溝を除く平坦部分に焼結助
剤（ＣａＣＯ3）を高濃度に（Ｌａ0.6Ｃａ0.4ＣｒＯ3）
ドープし、インターコネクタの溝部分に焼結助剤（Ｃａ
ＣＯ3）を低濃度に（Ｌａ0.9Ｃａ0.1ＣｒＯ3）ドープす
ることで多孔質層と緻密層を同時に形成した。
示す構造のセルで試験を行なった。本実施例に用いたイ
ンターコネクタでは、焼結温度を１２００℃と低く抑
え、かつインターコネクタの溝を除く平坦部分に焼結助
剤（ＣａＣＯ3）を高濃度に（Ｌａ0.6Ｃａ0.4ＣｒＯ3）
ドープし、インターコネクタの溝部分に焼結助剤（Ｃａ
ＣＯ3）を低濃度に（Ｌａ0.9Ｃａ0.1ＣｒＯ3）ドープす
ることで多孔質層と緻密層を同時に形成した。
【００２０】ガス供給路５、６の形成は、押し出し成形
法により片側溝の付いた半分（低濃度の焼結助剤をドー
プしてある）を作製し、高濃度の焼結助剤が入った層を
スクリーンプリントで１００ミクロン形成し、さらに前
述の片側溝の付いたシートをこの上にのせて１２００℃
で焼いた。ここで焼結後の空気供給路５およびそれに直
交した燃料供給路６は４ｍｍピッチで、電極２、３と接
する部分の幅は２ｍｍ、溝深さは１．２ｍｍ、全体の厚
みは５ｍｍである。燃料極３、電解質４、酸素極２は、
表１に示す材料で作製した。
法により片側溝の付いた半分（低濃度の焼結助剤をドー
プしてある）を作製し、高濃度の焼結助剤が入った層を
スクリーンプリントで１００ミクロン形成し、さらに前
述の片側溝の付いたシートをこの上にのせて１２００℃
で焼いた。ここで焼結後の空気供給路５およびそれに直
交した燃料供給路６は４ｍｍピッチで、電極２、３と接
する部分の幅は２ｍｍ、溝深さは１．２ｍｍ、全体の厚
みは５ｍｍである。燃料極３、電解質４、酸素極２は、
表１に示す材料で作製した。
【００２１】ここでは図２に示すように３．３ｃｍ角の
セルを５段スタックしてアルミナの円筒形のマニホール
ドにセットし、電気炉内に入れ１０００℃で発電特性の
試験を行なった。ここで燃料ガスにはＨ2、空気の代わ
りにＯ2ガスを用いた。比較のために作製したインター
コネクタは、全体にＣａＣＯ3の焼結助剤をドープしＬ
ａ0.70Ｃａ0.30ＣｒＯ3とし、１３００℃で焼結した。
これ以外の条件は上述のインターコネクタと同じとし、
同じ作製法を採った。
セルを５段スタックしてアルミナの円筒形のマニホール
ドにセットし、電気炉内に入れ１０００℃で発電特性の
試験を行なった。ここで燃料ガスにはＨ2、空気の代わ
りにＯ2ガスを用いた。比較のために作製したインター
コネクタは、全体にＣａＣＯ3の焼結助剤をドープしＬ
ａ0.70Ｃａ0.30ＣｒＯ3とし、１３００℃で焼結した。
これ以外の条件は上述のインターコネクタと同じとし、
同じ作製法を採った。
【００２２】これら２種類のスタックの発電特性の比較
を図３に示す。図中、左縦軸は電圧（Ｖ）、右縦軸は電
力（Ｗ）、横軸は電流（Ａ）を示す。▲、△は本実施例
及び比較例の電流と電力の関係、●、○は本実施例及び
比較例の電流と電圧の関係を示している。
を図３に示す。図中、左縦軸は電圧（Ｖ）、右縦軸は電
力（Ｗ）、横軸は電流（Ａ）を示す。▲、△は本実施例
及び比較例の電流と電力の関係、●、○は本実施例及び
比較例の電流と電圧の関係を示している。
【００２３】本発明のインターコネクタを用いた場合
は、従来例に比べ約１０％多く電流を取り出すことがで
き、発電特性も従来例に比べ約１０％向上した。
は、従来例に比べ約１０％多く電流を取り出すことがで
き、発電特性も従来例に比べ約１０％向上した。
【００２４】
【００２５】
【実施例２】本実施例では、インターコネクタの多孔質
層部分に有機物の発泡剤（ポリウレタンフォーム）を入
れ、緻密層部分はＬａ0.70Ｃａ0.30ＣｒＯ3とし、グリ
ーンシートの状態で張り合わせ１３００℃で燒結して作
製した。他の条件は実施例１に習って、従来例との比較
を行なったところ、発電特性が従来例に比べ約１０％向
上した。
層部分に有機物の発泡剤（ポリウレタンフォーム）を入
れ、緻密層部分はＬａ0.70Ｃａ0.30ＣｒＯ3とし、グリ
ーンシートの状態で張り合わせ１３００℃で燒結して作
製した。他の条件は実施例１に習って、従来例との比較
を行なったところ、発電特性が従来例に比べ約１０％向
上した。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、固体電解質燃料電
池のインターコネクタを緻密層を多孔質層でサンドイッ
チした３層構造とすることで各電極へのガスの供給効率
を損なわずに電気抵抗を低く抑えられる構造を得ること
に成功した。本発明は固体燃料電池の高効率動作化に大
きな貢献をなすものである。
池のインターコネクタを緻密層を多孔質層でサンドイッ
チした３層構造とすることで各電極へのガスの供給効率
を損なわずに電気抵抗を低く抑えられる構造を得ること
に成功した。本発明は固体燃料電池の高効率動作化に大
きな貢献をなすものである。
【図１】本発明の燃料電池の断面図。
【図２】セルスタックの構造の斜視図。
【図３】燃料電池セルスタックの出力特性の比較。
【図４】従来例のインターコネクタ断面図。
１ インターコネクタ １１ 多孔質層 １２ 多孔質層 １３ 緻密層 ２ 酸素極 ３ 燃料極 ４ 固体電解質 ５ 空気供給路 ６ 燃料供給路
Claims (3)
- 【請求項１】固体電解質燃料電池の緻密な固体電解質
と、それを挟む多孔質な酸素極および燃料極とを電気的
に接続するインターコネクタにおいて、前記インターコ
ネクタが、ＬａＣｒＯ3を含む化合物であり、緻密層と
それを挟む多孔質層とからなり、かつ多孔質層が燃料極
および酸素極に面していることを特徴とする固体電解質
燃料電池用インターコネクタ。 - 【請求項２】請求項１において、インターコネクタ材料
が多孔質層に接する緻密層として、前述ＬａＣｒＯ3化
合物にドーパントとしてＣａ、Ｍｇを多孔質層に比べ緻
密層に高濃度に含まれることを特徴とする固体電解質燃
料電池用インターコネクタ。 - 【請求項３】 ＬａＣｒＯ3を含む化合物であり、かつ
緻密層とそれを挟む多孔質層からなり、前記多孔質層は
燃料極及び酸素極に面しているインターコネクタの作製
方法であって、前記多孔質層となる部分にのみ有機物の
発泡体を入れ、焼成することを特徴とする固体電解質燃
料電池用インターコネクタの作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5253746A JPH0785881A (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | 固体電解質燃料電池用インターコネクタおよびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5253746A JPH0785881A (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | 固体電解質燃料電池用インターコネクタおよびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0785881A true JPH0785881A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=17255569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5253746A Pending JPH0785881A (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | 固体電解質燃料電池用インターコネクタおよびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0785881A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010186576A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Mitsubishi Materials Corp | 平板型固体酸化物形燃料電池 |
| JP2012160367A (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Denso Corp | 燃料電池スタックおよび燃料電池 |
| JP2013247079A (ja) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 多段式電気化学反応器 |
| JP6134086B1 (ja) * | 2016-03-23 | 2017-05-24 | 日本碍子株式会社 | 電気化学セル |
| WO2023002718A1 (ja) * | 2021-07-21 | 2023-01-26 | 住友電気工業株式会社 | 導電部材、燃料電池および電解装置 |
-
1993
- 1993-09-16 JP JP5253746A patent/JPH0785881A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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