JPH08195216A - 固体電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents

固体電解質型燃料電池の製造方法

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JPH08195216A
JPH08195216A JP7005343A JP534395A JPH08195216A JP H08195216 A JPH08195216 A JP H08195216A JP 7005343 A JP7005343 A JP 7005343A JP 534395 A JP534395 A JP 534395A JP H08195216 A JPH08195216 A JP H08195216A
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JP
Japan
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separator
fuel cell
solid electrolyte
reaction gas
anode
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Pending
Application number
JP7005343A
Other languages
English (en)
Inventor
Komei Kadokawa
角川  功明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co 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
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    • Y02E60/50Fuel cells
    • 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
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】セル基板を要しないで大面積の平板型固体電解
質型燃料電池の製造方法を得る。 【構成】セパレータ11の反応ガス通流溝にアルミニウ
ムを流し込み、固化したのち面出しして緩衝層15,単
セル10を積層し、アルミニウムをアルカリ溶液で溶解
除去して反応ガス通流孔を再現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は固体電解質型燃料電池
の製造方法に係わり、特にセパレータをセル基板に用い
る平板型固体電解質型燃料電池の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ジルコニア等の酸化物固体電解質を用い
る燃料電池は、その作動温度が800〜1100℃と高
温であるため、発電効率が高い上に触媒が不要であり、
また電解質が固体であるため取扱いが容易であるなどの
特徴を有し、第三世代の燃料電池として期待されてい
る。
【0003】しかしながら、固体電解質型燃料電池は、
セラミックスが主要な構成材料であるために熱的に破損
しやすく、またガスの適切なシール方法がないため実現
が困難であった。そのため、燃料電池として特殊な形状
である円筒型のものが考えだされ、これらの問題の解決
が図られているが、原理的に平板型と比較して電池単位
体積あたりの出力密度が低くなることが指摘されてい
る。一方、高出力密度が期待される平板型において、セ
ルの大面積化のためにセル基板に電極、固体電解質体を
形成する支持膜方式が提案されてきている。
【0004】図5は従来の支持膜方式の固体電解質型燃
料電池を示す分解斜視図である。ニッケルとイットリア
安定化ジルコニアからなるサーメットであるアノード多
孔質基板51の上にイットリアで安定化されたジルコニ
アである固体電解質体52、ランタンマンガナイトから
なるカソード53の各層が順次プラズマ溶射等の方法で
積層され単セル50となる。単セル50は、Ni−Cr
合金からなるセパレータ54と交互に積層される。セパ
レータ54にはその主面に反応ガス通流溝55A,55
Bが立体的に交差して設けられている。反応ガス通流溝
55Aを流れてきた燃料ガスはアノード多孔質基板51
の内部を拡散し固体電解質体52に到達する。反応ガス
通流溝55Bを流れてきた酸化剤ガスはカソード53に
おいて還元され、酸素イオンとなり固体電解質体52の
内部を拡散し、アノード多孔質基板51との界面におい
て燃料である水素と反応し水を生成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな従来の製法にあっては、機械的強度のあるアノード
多孔質基板51を製造することは困難であり、固体電解
質体50やカソード53を積層するに際し、セル基板が
破損し易く大面積の電池の製造が困難であるという問題
があった。
【0006】アノード多孔質基板51に替えて金属体で
あるセパレータに直接的に単セルを積層する方法が考え
られるがセパレータ54は反応ガス通流溝55A,55
Bを有し、主面が凹凸を形成しているためにセパレータ
上に単セルを直接的に積層することは困難であった。し
かしながら金属体は単セルを溶射法等により積層する際
の基板として強度的にも接着性の点でも好適なものであ
る。
【0007】この発明は上述の点に鑑みてなされ、その
目的はセパレータの表面を一時的に平坦化してセパレー
タ上に単セルを形成することにより、従来のセル基板を
必要としない大面積の固体電解質型燃料電池の製造方法
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的は第一の発明
によれば、立体的に交差した反応ガス通流溝を備えるセ
パレータと、アノードと、固体電解質体と、カソードか
らなる単セルを交互に積層してなる固体電解質型燃料電
池の製造方法において、セパレータの反応ガス通流溝に
溶融アルミニウムを流し込み、アルミニウムを固化した
のちに面出しする工程と、面出しされたセパレータの上
に電極,固体電解質体の各層を積層して単セルを形成す
る工程と、前記反応ガス通流溝内のアルミニウムを溶解
除去する工程を備えるとすることにより達成される。
【0009】上述の発明においてアルミニウムの溶解除
去はアルカリ溶液を用いるとすることが有効である。ま
た第二の発明によれば立体的に交差した反応ガス通流溝
を備えるセパレータと、アノードと、固体電解質体と、
カソードからなる単セルを交互に積層してなる固体電解
質型燃料電池の製造方法において、セパレータの反応ガ
ス通流溝に溶融アルミニウムを流し込み、アルミニウム
を固化したのちに面出しする工程と、面出しされたセパ
レータの上に熱膨脹率がセパレータと固体電解質体の中
間にある緩衝層を形成する工程と、緩衝層の上に電極,
固体電解質体の各層を積層して単セルを形成する工程
と、前記反応ガス通流溝内のアルミニウムを溶解除去す
る工程を備えるとすることにより達成される。
【0010】
【作用】アルミニウムを反応ガス通流溝に流し込み固化
して面出しすると平坦な面が得られるので、この平面に
溶射等の手法を用いて単セルを積層することができる。
単セルを積層したあとでアルミニウムのみを溶解除去す
ると反応ガス通流溝が再現する。
【0011】アルカリ溶液はアルミニウムのみを溶解除
去する。単セルの電極、固体電解質体は影響を受けな
い。セパレータと単セル(主として固体電解質体)の熱
膨脹率が異なる場合は中間の熱膨脹率を持った緩衝層を
セパレータと単セルの間に設けると、両者の接合の耐ヒ
ーサイクル性が向上する。
【0012】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基いて説明す
る。 実施例1 図1はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池を
示す分解斜視図である。この電池ではセパレータ11上
にアノード12、固体電解質体13、カソード14から
なる単セル10が積層されている。
【0013】このような固体電解質型燃料電池は以下の
ようにして調製される。図2はこの発明の実施例に係る
固体電解質型燃料電池の製造工程を示し、図(a)は反
応ガス通流溝の形成されたセパレータの断面図、図
(b)は反応ガス通流溝にアルミニウムA1を流し込ん
だセパレータの断面図、図(c)は緩衝層と単セルの積
層されたセパレータの断面図、図(d)はアルミニウム
A1を溶解除去したセパレータ支持型セルの断面図であ
る。
【0014】Ni−Cr合金からなるセパレータ11に
燃料ガス通流溝および酸化剤ガス通流溝を形成する(図
(a))。次に燃料ガス通流溝にアルミニウムを溶かし
流し込む。そして面出しをする(図(b))。大気圧プ
ラズマ溶射により緩衝層15,アノード12、固体電解
質体(YSZ)13の各層を形成する。その後フレーム
溶射によりカソード14を積層する(図(c))。緩衝
層15はNi粉とイットリア安定化ジルコニアYSZ粉
を所定の割合に混合しながら溶射を行いNi−YSZサ
ーメット層とした。溶射開始時はNiの含有量は80重
量%とし、終了時にはNiの含有量は50重量%で行っ
た。この間はNiの含有量は連続的に変化した。溶射条
件はAr−H2 をプラズマガスとして用い、40kwの
電力で行った。膜厚は約200μmである。得られた緩
衝層15のNi50重量%/YSZ50重量%の組成の
最終層がアノード12となる。アノード12の上にイッ
トリア安定ジルコニアYSZをプラズマ溶射し、厚さ1
00μmの緻密質な固体電解質体13を形成した。続い
てランタンストロンチウムマンガンオキサイドLa(S
r)MnO3 をプラズマ溶射し、厚さ50μmの多孔質
なカソード14を形成した。
【0015】次いで水酸化ナトリウムなどのアルカリ性
溶液に浸し、アルミニウムを溶解してセパレータ支持型
セルを得た(図(d))。このような構成の燃料電池に
おいては、セパレータに耐熱金属材料もしくは緻密質の
ランタンクロマイトペロブスカイトセラミックスを用い
ることができるため機械的強度が向上し、大面積の電池
が容易に得られる。またセパレータに直接単セルを積層
するため、従来の平板型支持膜方式固体電解質型燃料電
池に比較して、導電パスが短くなり、単位体積あたりの
出力密度が向上する。 実施例2 図3はこの発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃料
電池を示す分解斜視図である。
【0016】セパレータ11A上にアノード12A、固
体電解質体13A、カソード14Aからなる単セル10
Aが積層される。実施例1の緩衝層15を形成しないこ
と、およびセパレータ11Aにランタンクロマイトを用
いる他は実施例1と同様である。アノード12AはNi
50重量%/YSZ50重量%の組成である。アノード
12Aの熱膨脹率はセパレータ11Aであるランタンク
ロマイトの熱膨脹率と近似している。 実施例3 図4はこの発明のさらに異なる実施例に係る固体電解質
型燃料電池を示す分解斜視図である。
【0017】セパレータ11B上にカソード14B,固
体電解質体13B,アノード12Bからなる単セル10
Bが積層されている。アノード12Bとカソード14B
の積層の順序が逆になる他は実施例2と同様である。
【0018】
【発明の効果】この発明によればセパレータの反応ガス
通流溝にアルミニウムを流し込んで面だしをし、単セル
を積層溶解除去するのでセパレータの機械的強度に起因
して大面積の平板型固体電解質型燃料電池が容易に得ら
れる。また単セルがセパレータ上に直接積層されるため
に従来のセル基板が不要であり、出力密度の高い電池と
なる。
【0019】セパレータと固体電解質体の熱膨脹率の差
が大きいときはセパレータと単セルの間に緩衝層を設け
て耐ヒートサイクル性の良好な電池を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
を示す分解斜視図
【図2】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
の製造工程を示し、図(a)は反応ガス通流溝の形成さ
れたセパレータの断面図、図(b)は反応ガス流通溝に
アルミニウムA1を流し込んだセパレータの断面図、図
(c)は緩衝層と単セルの積層されたセパレータの断面
図、図(d)はアルミニウムA1を溶解除去したセパレ
ータ支持型セルの断面図
【図3】この発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃
料電池を示す分解斜視図
【図4】この発明のさらに異なる実施例に係る固体電解
質型燃料電池を示す分解斜視図
【図5】従来の固体電解質型燃料電池を示す分解斜視図
【符号の説明】
10 単セル 11 セパレータ 12 アノード 13 固体電解質体 14 カソード 15 緩衝層 10A 単セル 11A セパレータ 12A アノード 13A 固体電解質体 14A カソード 10B 単セル 11B セパレータ 12B アノード 13B 固体電解質体 14B カソード 50 単セル 51 アノード多孔質基板 52 固体電解質体 53 カソード 54 セパレータ 55A 反応ガス通流溝 55B 反応ガス通流溝

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】立体的に交差した反応ガス通流溝を備える
    セパレータと、アノードと、固体電解質体と、カソード
    からなる単セルを交互に積層してなる固体電解質型燃料
    電池の製造方法において、セパレータの反応ガス通流溝
    に溶融アルミニウムを流し込み、アルミニウムを固化し
    たのちに面出しする工程と、面出しされたセパレータの
    上に電極,固体電解質体の各層を積層して単セルを形成
    する工程と、前記反応ガス通流溝内のアルミニウムを溶
    解除去する工程を備えることを特徴とする固体電解質型
    燃料電池の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の製造方法において、アルミ
    ニウムの溶解除去はアルカリ溶液を用いることを特徴と
    する固体電解質型燃料電池の製造方法。
  3. 【請求項3】立体的に交差した反応ガス通流溝を備える
    セパレータと、アノードと、固体電解質体と、カソード
    からなる単セルを交互に積層してなる固体電解質型燃料
    電池の製造方法において、セパレータの反応ガス通流溝
    に溶融アルミニウムを流し込み、アルミニウムを固化し
    たのちに面出しする工程と、面出しされたセパレータの
    上に熱膨脹率がセパレータと固体電解質体の中間にある
    緩衝層を形成する工程と、緩衝層の上に電極,固体電解
    質体の各層を積層して単セルを形成する工程と、前記反
    応ガス通流溝内のアルミニウムを溶解除去する工程を備
    えることを特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方
    法。
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