JPH08180886A - 固体電解質型燃料電池の空気極の接触抵抗低減方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の空気極の接触抵抗低減方法Info
- Publication number
- JPH08180886A JPH08180886A JP6321868A JP32186894A JPH08180886A JP H08180886 A JPH08180886 A JP H08180886A JP 6321868 A JP6321868 A JP 6321868A JP 32186894 A JP32186894 A JP 32186894A JP H08180886 A JPH08180886 A JP H08180886A
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- Japan
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- air electrode
- layer
- contact resistance
- 8ysz
- ysz
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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
- 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
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- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質型燃料電池の内部抵抗を低減し、
燃料電池の出力密度を向上させるため、固体電解質層と
電極の接触抵抗を低減させる方法を提供すること。 【構成】 固体電解質層と空気極との間に８ＹＳＺの薄
層を挟むように構成し、空気極と８ＹＳＺの薄層とを共
焼結した。
燃料電池の出力密度を向上させるため、固体電解質層と
電極の接触抵抗を低減させる方法を提供すること。 【構成】 固体電解質層と空気極との間に８ＹＳＺの薄
層を挟むように構成し、空気極と８ＹＳＺの薄層とを共
焼結した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池の
空気極の接触抵抗低減方法に関する。
空気極の接触抵抗低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、空気と都市ガスをそれぞれ、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。
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。
【０００３】固体電解質型燃料電池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状単電池
と、隣接する単電池同志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。最近、イットリアなどをドープしたジルコニ
ア（ＹＳＺ）を単電池の電解質層として用い、耐熱性金
属や導電性酸化物をセパレータとして用いた固体電解質
型燃料電池は、作動温度が高く、発電効率が高く、高温
の廃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。
むように燃料極と空気極を配置してなる平板状単電池
と、隣接する単電池同志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。最近、イットリアなどをドープしたジルコニ
ア（ＹＳＺ）を単電池の電解質層として用い、耐熱性金
属や導電性酸化物をセパレータとして用いた固体電解質
型燃料電池は、作動温度が高く、発電効率が高く、高温
の廃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。
【０００４】通常、単電池は上述の３ＹＳＺまたは８Ｙ
ＳＺの固体電解質層を挟むように燃料極としてＮｉ／Ｙ
ＳＺサーメットを、空気極として導電性酸化物のストロ
ンチウムをドープしたランタンマンガナイト（Ｌａ（Ｓ
ｒ）ＭｎＯ3 ）を、スクリーン印刷などによりコーティ
ングし、焼成したものが一般に使用されている。
ＳＺの固体電解質層を挟むように燃料極としてＮｉ／Ｙ
ＳＺサーメットを、空気極として導電性酸化物のストロ
ンチウムをドープしたランタンマンガナイト（Ｌａ（Ｓ
ｒ）ＭｎＯ3 ）を、スクリーン印刷などによりコーティ
ングし、焼成したものが一般に使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図２は固体電解質層の
上に形成された空気極の断面電子顕微鏡写真であり、
（ａ）は従来例（ｂ）は本発明を示す。
上に形成された空気極の断面電子顕微鏡写真であり、
（ａ）は従来例（ｂ）は本発明を示す。
【０００６】図２（ａ）に示す従来例では電解質に３Ｙ
ＳＺを使用し、空気極にＬａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 を使用
し、この図の下部は３ＹＳＺ、上部は空気極である。従
来例は空気極の活性自体は良好で、反応分極等は小さく
ても、電解質との接触抵抗が大きいという欠点があっ
た。特に、電解質として３ＹＳＺを使用した場合に空気
極Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 の接触抵抗が大きくなる。
ＳＺを使用し、空気極にＬａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 を使用
し、この図の下部は３ＹＳＺ、上部は空気極である。従
来例は空気極の活性自体は良好で、反応分極等は小さく
ても、電解質との接触抵抗が大きいという欠点があっ
た。特に、電解質として３ＹＳＺを使用した場合に空気
極Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 の接触抵抗が大きくなる。
【０００７】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、燃料電池の内部抵抗を低減し、燃料電池の出力密度
を向上させるため、固体電解質層との接触抵抗を低減さ
せる方法を提供することを目的とする。
で、燃料電池の内部抵抗を低減し、燃料電池の出力密度
を向上させるため、固体電解質層との接触抵抗を低減さ
せる方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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と空気極Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ
3 との間にＹＳＺの層を挟むように構成したことを特徴
とする。
め、本発明は固体電解質層と空気極Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ
3 との間にＹＳＺの層を挟むように構成したことを特徴
とする。
【０００９】また、本発明はＹＳＺの層と空気極Ｌａ
（Ｓｒ）ＭｎＯ3 をあらかじめ共焼結法により焼結し、
そのＹＳＺの層を固体電解質層に重ねたことを特徴とす
る。
（Ｓｒ）ＭｎＯ3 をあらかじめ共焼結法により焼結し、
そのＹＳＺの層を固体電解質層に重ねたことを特徴とす
る。
【００１０】また、本発明はＹＳＺの層と空気極Ｌａ
（Ｓｒ）ＭｎＯ3 を共焼結法により焼結し、そのＹＳＺ
の層を固体電解質層に重ねたことを特徴とする。
（Ｓｒ）ＭｎＯ3 を共焼結法により焼結し、そのＹＳＺ
の層を固体電解質層に重ねたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】空気極と固体電解質層との接触抵抗を低減させ
る。よって、燃料電池の内部抵抗が低減する。
る。よって、燃料電池の内部抵抗が低減する。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１３】図１は本発明の方法の概略構造を説明する
図である。
図である。
【００１４】本発明の方法には３種類の方法がある。こ
れら３種類の方法はすべて図１に示される。 （１）固体電解質層３ＹＳＺと空気極Ｌａ（Ｓｒ）Ｍｎ
Ｏ3 との間に８ＹＳＺの層を挟む。３ＹＳＺよりも導電
性に優れる８ＹＳＺの層を挟むことにより接触抵抗の低
減を図った。 （２）上記方法をさらに一歩進めて、８ＹＳＺの層と空
気極Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 を共焼結法により同時に焼結
する。この場合も（１）と同様に、３ＹＳＺよりも導電
性に優れる８ＹＳＺの層を挟むことおよび、共焼結によ
る界面の改善により接触抵抗の低減を図った。 （３）上記の８ＹＳＺの層と空気極Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ
3 を８ＹＳＺの固体電解質層上で共焼結する。この場合
共焼結の効果により、接触抵抗が低減した。
れら３種類の方法はすべて図１に示される。 （１）固体電解質層３ＹＳＺと空気極Ｌａ（Ｓｒ）Ｍｎ
Ｏ3 との間に８ＹＳＺの層を挟む。３ＹＳＺよりも導電
性に優れる８ＹＳＺの層を挟むことにより接触抵抗の低
減を図った。 （２）上記方法をさらに一歩進めて、８ＹＳＺの層と空
気極Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 を共焼結法により同時に焼結
する。この場合も（１）と同様に、３ＹＳＺよりも導電
性に優れる８ＹＳＺの層を挟むことおよび、共焼結によ
る界面の改善により接触抵抗の低減を図った。 （３）上記の８ＹＳＺの層と空気極Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ
3 を８ＹＳＺの固体電解質層上で共焼結する。この場合
共焼結の効果により、接触抵抗が低減した。
【００１５】図２（ｂ）は本発明の方法により固体電解
質層の上に形成された空気極の断面電子顕微鏡写真であ
る。すなわち、上記（１）および（２）の場合に得られ
た固体電解質層およびその上の空気極の断面電子顕微鏡
写真であり、図１に対応して一番下に固体電解質層３Ｙ
ＳＺ、その上に８ＹＳＺの層、最上に空気極Ｌａ（Ｓ
ｒ）ＭｎＯ3 を示す。空気極と下層との接触面積が拡大
していることが判明する。この時、８ＹＳＺ層の出発原
料として、ＹＳＺの微粉体とイットリウムとジルコニウ
ムの金属有機化合物を用いた。金属有機化合物はオクチ
ル酸イットリウムとオクチル酸ジルコニウムであった。
これらは熱分解後の組成が８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3 −９２ｍ
ｏｌ％ＺｒＯ2 となる様調整した。またＹＳＺ微粉体と
金属有機化合物の比率は、ＹＳＺに換算して約１００：
１であった。
質層の上に形成された空気極の断面電子顕微鏡写真であ
る。すなわち、上記（１）および（２）の場合に得られ
た固体電解質層およびその上の空気極の断面電子顕微鏡
写真であり、図１に対応して一番下に固体電解質層３Ｙ
ＳＺ、その上に８ＹＳＺの層、最上に空気極Ｌａ（Ｓ
ｒ）ＭｎＯ3 を示す。空気極と下層との接触面積が拡大
していることが判明する。この時、８ＹＳＺ層の出発原
料として、ＹＳＺの微粉体とイットリウムとジルコニウ
ムの金属有機化合物を用いた。金属有機化合物はオクチ
ル酸イットリウムとオクチル酸ジルコニウムであった。
これらは熱分解後の組成が８ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3 −９２ｍ
ｏｌ％ＺｒＯ2 となる様調整した。またＹＳＺ微粉体と
金属有機化合物の比率は、ＹＳＺに換算して約１００：
１であった。
【００１６】図３は本発明の方法により得られた空気極
と従来の空気極を使用する単電池の性能曲線の比較図で
ある。
と従来の空気極を使用する単電池の性能曲線の比較図で
ある。
【００１７】図３は横軸に電流密度（単位Ａ／ｃｍ
2 ）、縦軸に電圧（単位Ｖ）を示す。従来セルの出力密
度は０．５７Ｗ／ｃｍ2 であるのに対し、本発明にかか
る改良セルの出力密度は０．７Ｗ／ｃｍ2 であった。こ
れは本発明の方法が優れていることを証明するものであ
る。
2 ）、縦軸に電圧（単位Ｖ）を示す。従来セルの出力密
度は０．５７Ｗ／ｃｍ2 であるのに対し、本発明にかか
る改良セルの出力密度は０．７Ｗ／ｃｍ2 であった。こ
れは本発明の方法が優れていることを証明するものであ
る。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、オ
ーミックな接触抵抗が大きかったＳＯＦＣの空気極と固
体電解質の界面において固体電解質層と空気極ＬａＳｒ
ＭｎＯ3 との間に酸素イオンの導電性に優れた８ＹＳＺ
の薄層を挟むように構成し、さらに空気極とＹＳＺの薄
層を共焼結したので、空気極と固体電解質層との接触抵
抗を低減させ、燃料電池の内部抵抗を低減し、燃料電池
の出力密度を向上させることができる。
ーミックな接触抵抗が大きかったＳＯＦＣの空気極と固
体電解質の界面において固体電解質層と空気極ＬａＳｒ
ＭｎＯ3 との間に酸素イオンの導電性に優れた８ＹＳＺ
の薄層を挟むように構成し、さらに空気極とＹＳＺの薄
層を共焼結したので、空気極と固体電解質層との接触抵
抗を低減させ、燃料電池の内部抵抗を低減し、燃料電池
の出力密度を向上させることができる。
【図１】本発明にかかる固体電解質型燃料電池の空気極
の接触抵抗低減方法の概略構造を説明する図である。
の接触抵抗低減方法の概略構造を説明する図である。
【図２】固体電解質層の上に形成された空気極の粒子構
造の断面電子顕微鏡写真であり、（ａ）は従来例（ｂ）
は本発明により得られた場合を示す。
造の断面電子顕微鏡写真であり、（ａ）は従来例（ｂ）
は本発明により得られた場合を示す。
【図３】本発明の方法により得られた空気極と従来の空
気極を使用する単電池（セル）の性能曲線の比較図であ
る。
気極を使用する単電池（セル）の性能曲線の比較図であ
る。
Claims (5)
- 【請求項１】 固体電解質層と空気極との間にＹＳＺの
薄層を挟むように構成したことを特徴とする固体電解質
型燃料電池の空気極の接触抵抗低減方法。 - 【請求項２】 ＹＳＺの層と空気極を共に未焼結の状態
で固体電解質層の上に塗布し、ＹＳＺの薄層と空気極を
固体電解質上で共焼結することを特徴とする固体電解質
型燃料電池の空気極の接触抵抗低減方法。 - 【請求項３】 上記ＹＳＺが８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 −９２
ｍｏｌ％ＺｒＯ2 （８ＹＳＺ）の組成であることを特徴
とする請求項１に記載の空気極の接触抵抗低減方法。 - 【請求項４】 上記固体電解質層が３ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3
−９７ｍｏｌ％ＺｒＯ2 （３ＹＳＺ）の組成であり、上
記ＹＳＺが８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 −９２ｍｏｌ％ＺｒＯ2
（８ＹＳＺ）の組成であることを特徴とする請求項２に
記載の空気極の接触抵抗低減方法。 - 【請求項５】 上記ＹＳＺの薄層が未焼結の状態でＹＳ
Ｚの微粉体とＹＳＺの金属有機化合物とを含むことを特
徴とする請求項２に記載の空気極の接触抵抗低減方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6321868A JPH08180886A (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | 固体電解質型燃料電池の空気極の接触抵抗低減方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6321868A JPH08180886A (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | 固体電解質型燃料電池の空気極の接触抵抗低減方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08180886A true JPH08180886A (ja) | 1996-07-12 |
Family
ID=18137310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6321868A Withdrawn JPH08180886A (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | 固体電解質型燃料電池の空気極の接触抵抗低減方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08180886A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004077598A1 (de) * | 2003-02-28 | 2004-09-10 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Elektrolyt für eine hochtemperatur-brennstoffzelle sowie dessen herstellung und verwendung |
-
1994
- 1994-12-26 JP JP6321868A patent/JPH08180886A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004077598A1 (de) * | 2003-02-28 | 2004-09-10 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Elektrolyt für eine hochtemperatur-brennstoffzelle sowie dessen herstellung und verwendung |
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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: 20020305 |