JPH08195206A - 固体電解質型燃料電池の燃料電極の形成方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の燃料電極の形成方法Info
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- JPH08195206A JPH08195206A JP7023449A JP2344995A JPH08195206A JP H08195206 A JPH08195206 A JP H08195206A JP 7023449 A JP7023449 A JP 7023449A JP 2344995 A JP2344995 A JP 2344995A JP H08195206 A JPH08195206 A JP H08195206A
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温運転化において構造変化に伴う性能低下
が生じにくい固体電解質型燃料電池の燃料電極を容易に
形成する。 【構成】 固体電解質４の表面にＮi 粒子を主材とする
電極材料８を付着させて燃料電極６を形成するにあた
り、まず固体電解質４の表面にエッチング処理を施し
て、多数の凹凸部５を形成する。しかる後に燃料電極６
を形成する。すると固体電解質４の凹凸部５に電極材料
８が入り込んだ状態で燃料電極６が形成される。
が生じにくい固体電解質型燃料電池の燃料電極を容易に
形成する。 【構成】 固体電解質４の表面にＮi 粒子を主材とする
電極材料８を付着させて燃料電極６を形成するにあた
り、まず固体電解質４の表面にエッチング処理を施し
て、多数の凹凸部５を形成する。しかる後に燃料電極６
を形成する。すると固体電解質４の凹凸部５に電極材料
８が入り込んだ状態で燃料電極６が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は固体電解質を用いた固
体電解質型燃料電池に関し、特に燃料電極の形成方法に
関するものである。
体電解質型燃料電池に関し、特に燃料電極の形成方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、図２で示され
るように、薄い固体電解質１の両側に、この固体電解質
１を挟み付けるように多孔質膜である燃料電極２と空気
電極３とを設け、これらの電極２，３に臨ませて流され
る空気と燃料ガスとをこの固体電解質１を介して電気化
学的に反応させることにより起電力を得るものである。
るように、薄い固体電解質１の両側に、この固体電解質
１を挟み付けるように多孔質膜である燃料電極２と空気
電極３とを設け、これらの電極２，３に臨ませて流され
る空気と燃料ガスとをこの固体電解質１を介して電気化
学的に反応させることにより起電力を得るものである。
【０００３】すなわち、空気電極３側の空気は空気電極
３中を固体電解質１まで拡散するとともに、空気電極３
中でイオンに変えられた空気中の酸素は、固体電解質中
を燃料電極側まで移動する。また、燃料電極２側の燃料
ガス（例えば水素）は燃料電極２中を固体電解質１まで
拡散し、空気電極３側から移動してきた酸素イオンと反
応して水を生成する。燃料ガスと酸素とがこのように電
気科学的に反応することにより、起電力を得ることがで
きる。なお、固体電解質型燃料電池による上記発電は、
約１０００℃の高温下において最も効率的に行われる。
３中を固体電解質１まで拡散するとともに、空気電極３
中でイオンに変えられた空気中の酸素は、固体電解質中
を燃料電極側まで移動する。また、燃料電極２側の燃料
ガス（例えば水素）は燃料電極２中を固体電解質１まで
拡散し、空気電極３側から移動してきた酸素イオンと反
応して水を生成する。燃料ガスと酸素とがこのように電
気科学的に反応することにより、起電力を得ることがで
きる。なお、固体電解質型燃料電池による上記発電は、
約１０００℃の高温下において最も効率的に行われる。
【０００４】この固体電解質型燃料電池では、固体電解
質１として、高温において酸素イオン導電率が高いイッ
トリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺと記す）が多く
使用されており、燃料電極２として、ニッケル（Ｎｉ）
またはＮｉ／ＹＳＺのサーメットが多く使用されてい
る。この場合、燃料電極２は溶射法またはスラリー法等
により形成される多孔質な酸化ニッケル（ＮｉＯ）やＮ
ｉＯ／ＹＳＺの多孔質なサーメット等から構成される
が、発電時にＮｉＯがＮｉに還元されることにより、電
子導電性を有するようになる。
質１として、高温において酸素イオン導電率が高いイッ
トリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺと記す）が多く
使用されており、燃料電極２として、ニッケル（Ｎｉ）
またはＮｉ／ＹＳＺのサーメットが多く使用されてい
る。この場合、燃料電極２は溶射法またはスラリー法等
により形成される多孔質な酸化ニッケル（ＮｉＯ）やＮ
ｉＯ／ＹＳＺの多孔質なサーメット等から構成される
が、発電時にＮｉＯがＮｉに還元されることにより、電
子導電性を有するようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな固体電解質型燃料電池を長時間高温状態で使用して
いると、還元雰囲気にさらされる燃料電極２に構造変化
が生じ、この燃料電極２の電子伝導率が低下してくると
ともに、この燃料電極２の分極抵抗が増大するという不
都合が生じる。
うな固体電解質型燃料電池を長時間高温状態で使用して
いると、還元雰囲気にさらされる燃料電極２に構造変化
が生じ、この燃料電極２の電子伝導率が低下してくると
ともに、この燃料電極２の分極抵抗が増大するという不
都合が生じる。
【０００６】この現象は、固体電解質型燃料電池の高温
運転時に、燃料電極２に焼結が進んで、この燃料電極の
多孔質構造が次第に変化すること、および構造の変化に
伴って燃料電極２のガス透過性が低下することによって
生じるものと考えられる。
運転時に、燃料電極２に焼結が進んで、この燃料電極の
多孔質構造が次第に変化すること、および構造の変化に
伴って燃料電極２のガス透過性が低下することによって
生じるものと考えられる。
【０００７】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、燃料電極に構造変化に伴う性能低下が生じに
くい固体電解質型燃料電池の燃料電極の形成方法を提供
することを目的とするものである。
のであり、燃料電極に構造変化に伴う性能低下が生じに
くい固体電解質型燃料電池の燃料電極の形成方法を提供
することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、固体電解質の表面にＮi 粒子を主材
とする電極材料を付着させて燃料電極を形成するにあた
り、前記固体電解質の表面にエッチング処理を施して、
多数の凹凸部を形成し、しかる後に前記燃料電極を形成
することを特徴とするものである。
を達成するために、固体電解質の表面にＮi 粒子を主材
とする電極材料を付着させて燃料電極を形成するにあた
り、前記固体電解質の表面にエッチング処理を施して、
多数の凹凸部を形成し、しかる後に前記燃料電極を形成
することを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】この発明では、固体電解質の表面に形成された
凹凸部内に、燃料電極の電極材料が詰め込まれた構造と
なるために、燃料電極と固体電解質との接触面積は多く
なる。したがって、燃料電極において、その電極材料が
凹部ごとに隔絶されているので、高温運転状態において
焼結が進行しても電極材料の全体としては凝集しにく
く、すなわち、燃料電極全体として一定量の空孔が確保
され、また微細構造が維持される。
凹凸部内に、燃料電極の電極材料が詰め込まれた構造と
なるために、燃料電極と固体電解質との接触面積は多く
なる。したがって、燃料電極において、その電極材料が
凹部ごとに隔絶されているので、高温運転状態において
焼結が進行しても電極材料の全体としては凝集しにく
く、すなわち、燃料電極全体として一定量の空孔が確保
され、また微細構造が維持される。
【００１０】このように、この発明によれば、高温運転
が長時間継続されても燃料電極が良好な構造に維持され
るため、固体電解質型燃料電池としての性能を良好に維
持できる。
が長時間継続されても燃料電極が良好な構造に維持され
るため、固体電解質型燃料電池としての性能を良好に維
持できる。
【００１１】
【実施例】つぎにこの発明の実施例を図面を参照しつつ
説明する。図１はこの発明に係る固体電解質型燃料電池
の断面図である。図１において、符号４は固体電解質を
示している。この固体電解質４は、一例としてイットリ
ア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を素材とするものであっ
て、その表面には、多数の凹凸部５が形状および配置と
もに等しい状態で形成されている。これらの各凹凸部５
は、例えば深さが数十μｍ程度の微細な窪みを成してい
る。そして、前記固体電解質４のうち上方の面には、前
記凹凸部５の内部空間を埋め、かつその上方部分を覆っ
た状態で、薄い多孔質膜状の燃料電極６が形成されてい
る。
説明する。図１はこの発明に係る固体電解質型燃料電池
の断面図である。図１において、符号４は固体電解質を
示している。この固体電解質４は、一例としてイットリ
ア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を素材とするものであっ
て、その表面には、多数の凹凸部５が形状および配置と
もに等しい状態で形成されている。これらの各凹凸部５
は、例えば深さが数十μｍ程度の微細な窪みを成してい
る。そして、前記固体電解質４のうち上方の面には、前
記凹凸部５の内部空間を埋め、かつその上方部分を覆っ
た状態で、薄い多孔質膜状の燃料電極６が形成されてい
る。
【００１２】つぎにこの固体電解質型燃料電池の製造方
法について説明する。まず、固体電解質４上にエッチン
グ処理（例えばけがき剥離法）により、凹凸部５を多数
形成する。具体的には、まず、固体電解質４の表面にア
ルカリ溶液などによる脱脂・洗浄を行うとともに、水洗
いしてアルカリ溶液を除去し、それらの表面に例えば合
成樹脂製のマスカント剤（耐薬品被膜剤）７を均一に付
着させる。そして、図１の（ａ）に示すように、そのマ
スカント剤７のうち形成すべき凹凸部５に相当する箇所
をけがいて部分的に剥離する。さらにマスカント剤７を
付着させた面を、硝酸などの腐食液に接触させ、マスカ
ント剤７を剥離させた地肌の部分を腐食させる。このよ
うにして腐食が進行することにより、固体電解質４の表
面には、凹凸部５が形成される（図１の（ｂ）参照）。
そして、ある程度腐食が進行した時点で、固体電解質４
を水洗いすることにより腐食液を除去し、その後必要に
応じて水洗いする。
法について説明する。まず、固体電解質４上にエッチン
グ処理（例えばけがき剥離法）により、凹凸部５を多数
形成する。具体的には、まず、固体電解質４の表面にア
ルカリ溶液などによる脱脂・洗浄を行うとともに、水洗
いしてアルカリ溶液を除去し、それらの表面に例えば合
成樹脂製のマスカント剤（耐薬品被膜剤）７を均一に付
着させる。そして、図１の（ａ）に示すように、そのマ
スカント剤７のうち形成すべき凹凸部５に相当する箇所
をけがいて部分的に剥離する。さらにマスカント剤７を
付着させた面を、硝酸などの腐食液に接触させ、マスカ
ント剤７を剥離させた地肌の部分を腐食させる。このよ
うにして腐食が進行することにより、固体電解質４の表
面には、凹凸部５が形成される（図１の（ｂ）参照）。
そして、ある程度腐食が進行した時点で、固体電解質４
を水洗いすることにより腐食液を除去し、その後必要に
応じて水洗いする。
【００１３】つぎに、固体電解質４の表面上に燃料電極
６が形成される。具体的には、例えばほぼ均一粒径のＹ
ＳＺ粒子およびＮi 粒子からなる燃料電極材料８を、固
体電解質４の表面に向かってプラズマ溶射して、この固
体電解質４の凹部５内にＹＳＺ／Ｎi からなるサーメッ
トを形成するか、もしくは固体電解質４の表面に溶剤に
溶かしたＹＳＺとＮi のスラリーを塗布し、この乾燥体
を焼結させて、固体電解質４の凹凸部５内およびその上
方部にＹＳＺ／Ｎi からなる多孔質なサーメットを形成
することにより形成される。なお、図中例えば黒丸はＮ
i 、白丸はＹＳＺをそれぞれ示している。
６が形成される。具体的には、例えばほぼ均一粒径のＹ
ＳＺ粒子およびＮi 粒子からなる燃料電極材料８を、固
体電解質４の表面に向かってプラズマ溶射して、この固
体電解質４の凹部５内にＹＳＺ／Ｎi からなるサーメッ
トを形成するか、もしくは固体電解質４の表面に溶剤に
溶かしたＹＳＺとＮi のスラリーを塗布し、この乾燥体
を焼結させて、固体電解質４の凹凸部５内およびその上
方部にＹＳＺ／Ｎi からなる多孔質なサーメットを形成
することにより形成される。なお、図中例えば黒丸はＮ
i 、白丸はＹＳＺをそれぞれ示している。
【００１４】上記の手順を経て形成された固体電解質型
燃料電池によれば、燃料電極６は固体電解質４と平面的
のみでなく、凹凸部５内を入り込むことで立体的にも接
触しているため、燃料電極６と固体電解質４との接触面
積が増大し、接触抵抗の低減が図られるとともに、ひい
ては電気化学的反応の促進を図ることができる。また、
燃料電極６の多くの部分は固体電解質４の凹凸部５内に
あり、すなわち燃料電極材料８が凹凸部５ごとに隔絶さ
れているため、この固体電解質型燃料電池の高温運転下
において、燃料電極６中のＮｉ粒子やＹＳＺ粒子の焼結
が進み、燃料電極６中の空孔が小さくなっていても、燃
料電極６の全体としては微細構造を維持して多数の空孔
を保持することができる。したがって、この燃料電極６
では、固体電解質型燃料電池の長期運転において構造変
化が進みにくく、性能低下が生じにくい。換言すれば、
この燃料電極６では多孔質構造を長時間保持できるた
め、ガス透過性が長時間低下しない。
燃料電池によれば、燃料電極６は固体電解質４と平面的
のみでなく、凹凸部５内を入り込むことで立体的にも接
触しているため、燃料電極６と固体電解質４との接触面
積が増大し、接触抵抗の低減が図られるとともに、ひい
ては電気化学的反応の促進を図ることができる。また、
燃料電極６の多くの部分は固体電解質４の凹凸部５内に
あり、すなわち燃料電極材料８が凹凸部５ごとに隔絶さ
れているため、この固体電解質型燃料電池の高温運転下
において、燃料電極６中のＮｉ粒子やＹＳＺ粒子の焼結
が進み、燃料電極６中の空孔が小さくなっていても、燃
料電極６の全体としては微細構造を維持して多数の空孔
を保持することができる。したがって、この燃料電極６
では、固体電解質型燃料電池の長期運転において構造変
化が進みにくく、性能低下が生じにくい。換言すれば、
この燃料電極６では多孔質構造を長時間保持できるた
め、ガス透過性が長時間低下しない。
【００１５】このように、固体電解質型燃料電池の高温
運転が長時間継続されても、燃料電極６において構造変
化が生じないので、固体電解質型燃料電池としての性能
の向上する。
運転が長時間継続されても、燃料電極６において構造変
化が生じないので、固体電解質型燃料電池としての性能
の向上する。
【００１６】上述のように、この発明の製造方法によれ
ば、エッチング処理により固体電解質４の表面に凹凸部
５を形成した状態で、燃料電極６を形成するので、高温
運転下でも構造変化の生じにくい燃料電極６を効率よく
作成することができる。
ば、エッチング処理により固体電解質４の表面に凹凸部
５を形成した状態で、燃料電極６を形成するので、高温
運転下でも構造変化の生じにくい燃料電極６を効率よく
作成することができる。
【００１７】なお、上記の実施例では、エッチング法と
してけがき剥離法を採用するとともに、深さが数十μｍ
程度の凹凸部を形成したが、この発明は上記実施例に限
定されるものではなく、例えば固体電解質の表面に溶射
法によってＹＳＺと適宜金属のサーメット層を形成し、
その後、腐食液によって金属のみを完全に腐食させて凹
凸部を形成し、その凹凸部内および残留したＹＳＺ面上
に、燃料電極を形成することとしてもよい。また凹凸部
の形状およびサイズ等は、適宜に設定することができ
る。
してけがき剥離法を採用するとともに、深さが数十μｍ
程度の凹凸部を形成したが、この発明は上記実施例に限
定されるものではなく、例えば固体電解質の表面に溶射
法によってＹＳＺと適宜金属のサーメット層を形成し、
その後、腐食液によって金属のみを完全に腐食させて凹
凸部を形成し、その凹凸部内および残留したＹＳＺ面上
に、燃料電極を形成することとしてもよい。また凹凸部
の形状およびサイズ等は、適宜に設定することができ
る。
【００１８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、固体電解質の表面にＮi粒子を主材とする
電極材料を付着させて燃料電極を形成するにあたり、ま
ず固体電解質の表面にエッチング処理を施して、多数の
凹凸部を形成する手順であるから、凹凸部に電極材料が
入り込んだ状態となり、すなわち電極材料が多数の凹凸
部によって隔絶されるので、高温運転下における燃料電
極の焼結が抑制され、その結果、ガス透過性の減少に起
因する性能低下が生じにくくなる。
明によれば、固体電解質の表面にＮi粒子を主材とする
電極材料を付着させて燃料電極を形成するにあたり、ま
ず固体電解質の表面にエッチング処理を施して、多数の
凹凸部を形成する手順であるから、凹凸部に電極材料が
入り込んだ状態となり、すなわち電極材料が多数の凹凸
部によって隔絶されるので、高温運転下における燃料電
極の焼結が抑制され、その結果、ガス透過性の減少に起
因する性能低下が生じにくくなる。
【図１】この発明に係る固体電解質型燃料電池における
燃料電極の形成過程を示す断面図である。
燃料電極の形成過程を示す断面図である。
【図２】固体電解質型燃料電池の基本構造を説明するた
めの模式図である。
めの模式図である。
４…固体電解質、 ５…凹凸部、 ６…燃料電極、 ８
…燃料電極材料。
…燃料電極材料。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩澤 力 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 山岡 悟 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内
Claims (1)
- 【請求項１】 固体電解質の表面にＮi 粒子を主材とす
る電極材料を付着させて燃料電極を形成するにあたり、 前記固体電解質の表面にエッチング処理を施して、多数
の凹凸部を形成し、しかる後に前記燃料電極を形成する
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池の燃料電極の形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7023449A JPH08195206A (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7023449A JPH08195206A (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08195206A true JPH08195206A (ja) | 1996-07-30 |
Family
ID=12110821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7023449A Pending JPH08195206A (ja) | 1995-01-18 | 1995-01-18 | 固体電解質型燃料電池の燃料電極の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08195206A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7208246B2 (en) | 2002-07-23 | 2007-04-24 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel cell with integrated heater and robust construction |
| WO2010110395A1 (ja) * | 2009-03-25 | 2010-09-30 | 株式会社日本触媒 | 固体酸化物形燃料電池用電解質シートおよびその製造方法ならびに固体酸化物形燃料電池用セル |
| WO2014181526A1 (ja) * | 2013-05-07 | 2014-11-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | プロトン伝導体およびプロトン伝導デバイス |
-
1995
- 1995-01-18 JP JP7023449A patent/JPH08195206A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7208246B2 (en) | 2002-07-23 | 2007-04-24 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel cell with integrated heater and robust construction |
| WO2010110395A1 (ja) * | 2009-03-25 | 2010-09-30 | 株式会社日本触媒 | 固体酸化物形燃料電池用電解質シートおよびその製造方法ならびに固体酸化物形燃料電池用セル |
| US8703346B2 (en) | 2009-03-25 | 2014-04-22 | Nippon Shokubai Co., Ltd | Electrolyte sheet for solid oxide fuel cell, method for producing the same, and cell for solid oxide fuel cell |
| WO2014181526A1 (ja) * | 2013-05-07 | 2014-11-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | プロトン伝導体およびプロトン伝導デバイス |
| JP5720001B1 (ja) * | 2013-05-07 | 2015-05-20 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | プロトン伝導体およびプロトン伝導デバイス |
| US9466852B2 (en) | 2013-05-07 | 2016-10-11 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Proton conductor and proton conductor device |
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