JPH08190922A - インターコネクタ材料 - Google Patents

インターコネクタ材料

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JPH08190922A
JPH08190922A JP7001948A JP194895A JPH08190922A JP H08190922 A JPH08190922 A JP H08190922A JP 7001948 A JP7001948 A JP 7001948A JP 194895 A JP194895 A JP 194895A JP H08190922 A JPH08190922 A JP H08190922A
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JP
Japan
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coefficient
conductivity
thermal expansion
expansion
value
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Withdrawn
Application number
JP7001948A
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English (en)
Inventor
Kazutaka Mori
一剛 森
Hitoshi Miyamoto
均 宮本
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • 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

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体電解質型電気化学セルのインターコネク
タ材料に関する。 【構成】 (La1-x Srx )(Cr1-y Siy )O3
(但し、0.1≦x≦0.2、0.05≦y≦0.2)
なる一般式で表わされるランタンクロマイト質材料より
なるY2 3 安定化ZrO2 を固体電解質とする電気化
学セルのインターコネクタ材料。

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型燃料電池や
固体電解質型水蒸気電解装置などの電気化学セルのイン
ターコネクタ材料として有利に適用しうるランタンクロ
マイト質材料に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、固体電解質型燃料電池(以下、
SOFCと略称する)においては、単セルを複層化し電
圧を上げて電力を得るため、接続用材料としてのインタ
ーコネクタが使用される。インターコネクタは電気的な
接続をすると同時に高温において、酸化性ガス(空気)
と還元性ガス(燃料)を分離する役目を併せもってい
る。従って、インターコネクタ材料として、金属として
は高融点金属、酸化物としてはペロブスカイト型酸化物
であるMg、Ca、Srなどをドーピングしたランタン
クロマイトが使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】高融点金属でも、SO
FCの使用温度は1000℃程度と高いため、長時間の
使用においては酸化雰囲気では酸化物を形成し、表面が
絶縁体となるため、電気の導通が悪くなるため好ましく
ない。一方、酸化物であるランタンクロマイトは酸化雰
囲気中では安定であるものの導電性が低く、還元雰囲気
中では還元されて導電性などの特性が変化しやすいとい
う問題がある。そこで、導電性向上のため、Mg、C
a、Srなどのアルカリ土類金属をドーピングして使用
している。導電性はSr>Ca>Mgの順にドーピング
されたランタンクロマイトの導電率は高くなる。
【0004】次に、SOFCは固体電解質(YSZ:Y
2 3 安定化ZrO2 )及び酸素極、燃料極などの電極
及びインターコネクタの複合体であるため、インターコ
ネクタとベースとなるYSZの熱膨張率は一致している
必要がある。この点からはSrをドーピングしたランタ
ンクロマイトが熱膨張率:10×10-6-1程度であ
り、固体電解質であるYSZとほぼ一致している。従っ
て、SOFC用のインターコネクタとしては導電率が高
く、また固体電解質であるYSZと熱膨張率がほぼ一致
するSrをドーピングしたランタンクロマイトが使用さ
れている。
【0005】しかしながら、還元雰囲気での挙動をみる
と、Srをドーピングしたランタンクロマイトは還元に
よる膨張が比較的大きくインターコネクタの変形及び割
れ、電極の剥離などの原因になることが推察される。
【0006】本発明は上記技術水準に鑑み、還元膨張率
が小さく、導電率が高く、熱膨張率がYSZの熱膨張率
である10.2×10-6-1に近いランタンクロマイト
質材料よりなるインターコネクタ材料を提供しようとす
るものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は(La1-x Sr
x )(Cr1-y Siy )O3 (但し、0.1≦x≦0.
2、0.05≦y≦0.2)なる一般式で表わされるラ
ンタンクロマイト質材料よりなることを特徴とするY2
3 安定化ZrO2 を固体電解質とする電気化学セルの
インターコネクタ材料である。
【0008】すなわち、本発明はランタンクロマイトへ
のドーピング元素としてSrを使用し、さらにシリコン
を添加することにより導電性が高く、しかも熱膨張率も
10×10-6-1程度とセラミックスとしては比較的大
きく、高温還元性雰囲気下においても酸素の放出による
膨張が0.13%以下と非常に小さい材料を開発したも
のである。
【0009】
【作用】本発明はランタンクロマイト質材料の熱膨張率
をYSZと同程度に維持したまゝ、導電率をほとんど低
下させることなく、還元時の膨張を防止するために、ラ
ンタンクロマイトのLaの固溶元素としてSrを置換さ
せたものに、Crの3価の安定化のためにシリコンを添
加することにより還元時の膨張を低く抑えることを可能
にしたものである。
【0010】例えば、LaCrO3 で表されるランタン
クロマイトのLaの15%をSrに置換した場合、10
00℃における導電率は30S・cm-1と高く、また、
熱膨張率も10×10-6-1程度とSOFCの主要構成
部材であるYSZとほぼ一致しているが、還元時におけ
る膨張が大きく、使用に問題があったが、本発明によ
り、さらにCrの一部をSiで置換することにより、S
OFCのインターコネクタとして要求される性質、つま
り熱膨張率をYSZにほぼ一致させ、導電率は高く、か
つ、還元時における膨張をほぼ防止しうるようにしたも
のである。
【0011】本発明のインターコネクタ材料は(La
1-x Srx )(Cr1-y Siy )O3(但し、0.1≦
x≦0.2、0.05≦y≦0.2)なる組成を有する
ものであるが、このx,y値は還元膨張率が0.13%
以下としてインターコネクタの曲りや割れの許容限度に
おさまること、導電率が10S・cm-1以上としてイン
ターコネクタの実用上問題ない範囲とすること及び熱膨
張率が9〜10.5×10-6-1としてYSZの熱膨張
率に近いものとするために設定されたものである。
【0012】
【実施例】以下、本発明の具体的な例をあげ、本発明の
効果を明らかにする。
【0013】(例1)下記組成の酸化物を試作した。
【化1】(La1-x Srx )(Cr1-y Siy )O
3 (但し、0≦x≦0.5、0≦y≦0.4)
【0014】原料粉末として、酸化ランタン、炭酸スト
ロンチウム、酸化クロム及び酸化珪素を所定割合に配合
した後、ボールミルを用いて混合し、次に1300℃に
おいて10時間熱処理して、複合酸化物粉末を得た。次
に、100kg/cm2 で一軸プレスして60mmφ×
5mmt程度の円板を得た後、2000kg/cm2
CIP処理して成形体を得た。次に、1500〜170
0℃の各条件において焼結して焼結体を得た。次に、円
板焼結体から3×4×40mmのテストピースを加工し
物性測定用サンプルとした。各物性測定は次のように実
施した。
【0015】〔還元膨張率〕テストピースを水素雰囲気
中、1000℃5時間保持した後、冷却し、長さ変化を
測定した。
【0016】〔導電率〕テストピースに4本の白金リー
ド線(間隔:約10mm)を巻きつけ、各温度において
直流4端子法により測定した。
【0017】〔熱膨張率〕テストピースを10℃/mi
nで昇温し、熱膨張を連続的に測定した。
【0018】図1は還元膨張率のデータを示す。横軸は
前記一般式のy値を、縦軸は還元膨張率(%)を示す。
但し、この場合、前記一般式のx値は0.2に固定し
た。y=0の場合、還元膨張率は0.3%と大きいのに
対し、x=0.2でもy値を0より大きくすると還元膨
張率は小さくなる。
【0019】図2は1000℃における導電率を示す。
横軸は前記一般式のy値を、縦軸は導電率(S・c
-1)を示す。この場合も前記一般式のx値は0.2に
固定した。y=0の場合、導電率は37S・cm-1と高
いが、y値を0より大きくすると導電率は小さくなって
いる。
【0020】図3は熱膨張率を示す。横軸は前記一般式
のy値を、縦軸は熱膨張率(×10 -6-1)を示す。こ
の場合も前記一般式のx値は0.2に固定した。y=0
の場合、熱膨張率は10.3×10-6-1とYSZ(1
0.3×10-6-1)とほぼ一致しているが、y値の増
加に伴い熱膨張率は小さくなる。
【0021】以上の結果、y値の増加、すなわちCrを
Zrで置換する量を多くすることにより還元膨張率は小
さくなると共に、導電率は低下し、また、熱膨張率も小
さくなることが判明した。
【0022】図4は還元膨張率のデータを示す。横軸は
前記一般式のx値、縦軸は還元膨張率(%)を示す。但
し、この場合、前記一般式のy値は0.1に固定した。
y=0.1の場合、x値の増加に伴い還元膨張率は大き
くなる。
【0023】図5は1000℃における導電率を示す。
横軸は前記一般式のx値、縦軸は導電率(S・cm-1
である。この場合も前記一般式のy値を0.1に固定し
た。x=0の場合、導電率は1S・cm-1と低いが、x
値を増大させると導電率は大きくなる。
【0024】図6は熱膨張率を示す。横軸は前記一般式
のx値、縦軸は熱膨張率(×10-6-1)を示す。この
場合も前記一般式のy値を0.1に固定した。x=0の
場合、熱膨張率は7.5×10-6-1とYSZ(10.
3×10-6 -1)に比べるとかなり低い値となっている
が、x値の増加に伴い熱膨張率は大きくなっている。
【0025】以上の結果、x値の増加、すなわち、La
をSrで置換する量を多くすることにより還元膨張率は
大きくなるが導電率及び熱膨張率も大きくなることが判
明した。
【0026】SOFC等への利用を考えた場合には固体
電解質であるYSZと熱膨張率がほぼ一致していること
と同時に導電率が高く、また、還元膨張率が小さい必要
がある。その結果として0.1≦x≦0.2、0.05
≦y≦0.2程度の値が好ましいとの結論が得られた。
【0027】
【発明の効果】本発明により、ランタンクロマイト(L
aCrO3 )のLaの一部をSrに置換し、さらにCr
の一部をSiに置換することにより、高温還元雰囲気下
における膨張が防止でき、しかも導電率及び熱膨張率も
高く保持できるランタンクロマイト質よりなるインター
コネクタ材料が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の(La1-x Srx )(Cr1-y
y )O3 のx=0.2とし、yを変動させた時の還元
膨張率の変動を示す図表。
【図2】本発明の(La1-x Srx )(Cr1-y
y )O3 のx=0.2とし、yを変動させた時の導電
率の変動を示す図表。
【図3】本発明の(La1-x Srx )(Cr1-y
y )O3 のx=0.2とし、yを変動させた時の熱膨
張率の変動を示す図表。
【図4】本発明の(La1-x Srx )(Cr1-y
y )O3 のy=0.1とし、xを変動させた時の還元
膨張率の変動を示す図表。
【図5】本発明の(La1-x Srx )(Cr1-y
y )O3 のy=0.1とし、xを変動させた時の導電
率の変動を示す図表。
【図6】本発明の(La1-x Srx )(Cr1-y
y )O3 のy=0.1とし、xを変動させた時の熱膨
張率の変動を示す図表。
【手続補正書】
【提出日】平成7年2月16日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】以上の結果、y値の増加、すなわちCrを
Siで置換する量を多くすることにより還元膨張率は小
さくなると共に、導電率は低下し、また、熱膨張率も小
さくなることが判明した。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (La1-x Srx )(Cr1-y Siy
    3 (但し、0.1≦x≦0.2、0.05≦y≦0.
    2)なる一般式で表わされるランタンクロマイト質材料
    よりなることを特徴とするY2 3 安定化ZrO2 を固
    体電解質とする電気化学セルのインターコネクタ材料。
JP7001948A 1995-01-10 1995-01-10 インターコネクタ材料 Withdrawn JPH08190922A (ja)

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JP7001948A JPH08190922A (ja) 1995-01-10 1995-01-10 インターコネクタ材料

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JPH08190922A true JPH08190922A (ja) 1996-07-23

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Effective date: 20020402