JPH08241720A - 固体電解質型燃料電池の電極基板およびその製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の電極基板およびその製造方法Info
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- JPH08241720A JPH08241720A JP7072319A JP7231995A JPH08241720A JP H08241720 A JPH08241720 A JP H08241720A JP 7072319 A JP7072319 A JP 7072319A JP 7231995 A JP7231995 A JP 7231995A JP H08241720 A JPH08241720 A JP H08241720A
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｓｒをドープしたランタンマンガナイトのう
ち、導電率と機械的強度の双方の特性が優れた材料、ま
たはどちらか一方の特性が優れた材料を複数使用するこ
とにより、導電率および強度の高い中空状電極基板およ
びその製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 空気極基板は、Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ
＝０．３±０．０５）３’あるいはＬａ(1-x)ＳｒxＭｎ
Ｏ3（ｘ＝０．３±０．０５）３’とＬａ(1-x)ＳｒxＭ
ｎＯ3（ｘ＝０．４〜０．５）３”組成範囲内での複数
の材料で構成され、基板の厚み方向で組成が異なるもの
である基板およびその製造方法である。 【効果】 電極基板を作製する際にその構成材料である
ＬＳＭ複合酸化物で強度および導電率の大きな材料を用
いるか、またはＳｒドープ量が異なるＬＳＭでどちらか
一方の特性が優れている複数種の材料からなるシート成
形体の積層、燒結により、強度および導電率の高い電極
基板を作製するものである。
ち、導電率と機械的強度の双方の特性が優れた材料、ま
たはどちらか一方の特性が優れた材料を複数使用するこ
とにより、導電率および強度の高い中空状電極基板およ
びその製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 空気極基板は、Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ
＝０．３±０．０５）３’あるいはＬａ(1-x)ＳｒxＭｎ
Ｏ3（ｘ＝０．３±０．０５）３’とＬａ(1-x)ＳｒxＭ
ｎＯ3（ｘ＝０．４〜０．５）３”組成範囲内での複数
の材料で構成され、基板の厚み方向で組成が異なるもの
である基板およびその製造方法である。 【効果】 電極基板を作製する際にその構成材料である
ＬＳＭ複合酸化物で強度および導電率の大きな材料を用
いるか、またはＳｒドープ量が異なるＬＳＭでどちらか
一方の特性が優れている複数種の材料からなるシート成
形体の積層、燒結により、強度および導電率の高い電極
基板を作製するものである。
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
電極基板およびその製造方法、さらに詳細には固体電解
質型燃料電池の空気極材料であるＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ
3により構成された電極基板およびその製造方法に関す
るものである。
電極基板およびその製造方法、さらに詳細には固体電解
質型燃料電池の空気極材料であるＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ
3により構成された電極基板およびその製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来技術および問題点】固体電解質型燃料電池（ｓｏ
ｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ：以後ＳＯＦ
Ｃと略す）は高発電効率でクリーンな次世代の発電方式
として注目されており、実用化に向けて種々の検討が行
われている。ＳＯＦＣの単セルはイオン導電性の固体電
解質の両面に空気極、燃料極を配置したもので、両極に
それぞれ酸化剤ガス（空気）、燃料ガスを供給し電気化
学的な反応により発電を行うもので、以下に示すような
セラミックスが主な構成材料である。
ｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ：以後ＳＯＦ
Ｃと略す）は高発電効率でクリーンな次世代の発電方式
として注目されており、実用化に向けて種々の検討が行
われている。ＳＯＦＣの単セルはイオン導電性の固体電
解質の両面に空気極、燃料極を配置したもので、両極に
それぞれ酸化剤ガス（空気）、燃料ガスを供給し電気化
学的な反応により発電を行うもので、以下に示すような
セラミックスが主な構成材料である。
【０００３】電解質：イットリア安定化ジルコニア（以
後、ＹＳＺ） 空気極：ランタンストロンチウムマンガナイト（以後、
ＬＳＭ） 燃料極：ニッケルジルコニアサーメット（以後、Ｎｉ−
ＹＳＺ）
後、ＹＳＺ） 空気極：ランタンストロンチウムマンガナイト（以後、
ＬＳＭ） 燃料極：ニッケルジルコニアサーメット（以後、Ｎｉ−
ＹＳＺ）
【０００４】ＳＯＦＣではこのようにセルの構成材料が
全て固体であることから、形状の自由度が大きく、図
４、図５に示すような円筒型ないし平板型などの構造が
提案されている。図中、１は固体電解質、２は燃料極、
３は空気極、４はインターコネクタ、５は燃料ガス流
路、６は酸化剤ガス（空気）流路、７は基体管である。
全て固体であることから、形状の自由度が大きく、図
４、図５に示すような円筒型ないし平板型などの構造が
提案されている。図中、１は固体電解質、２は燃料極、
３は空気極、４はインターコネクタ、５は燃料ガス流
路、６は酸化剤ガス（空気）流路、７は基体管である。
【０００５】円筒型はガスシールがしやすく強度的にも
有利な構造であるが、電流経路が長くなるため内部抵抗
が大きくなり、体積あたりの出力密度が小さい。一方、
平板型ではセルの厚みの減少により内部抵抗の低減、高
出力密度化が期待されるが、平板状の構造からセルの大
面積化が難しく、セル端部のガスシールがしにくいとい
う欠点がある。一方、円筒型ではこれまで支持管に電気
絶縁体であるカルシア安定化ジルコニアが用いられてき
ているが、近年、これに代わり、空気極材料であるＬＳ
Ｍを用いる傾向がある。その結果、ＬＳＭには電極とし
ての高導電性のほかに支持管としての強度が要求される
ようになってきた。
有利な構造であるが、電流経路が長くなるため内部抵抗
が大きくなり、体積あたりの出力密度が小さい。一方、
平板型ではセルの厚みの減少により内部抵抗の低減、高
出力密度化が期待されるが、平板状の構造からセルの大
面積化が難しく、セル端部のガスシールがしにくいとい
う欠点がある。一方、円筒型ではこれまで支持管に電気
絶縁体であるカルシア安定化ジルコニアが用いられてき
ているが、近年、これに代わり、空気極材料であるＬＳ
Ｍを用いる傾向がある。その結果、ＬＳＭには電極とし
ての高導電性のほかに支持管としての強度が要求される
ようになってきた。
【０００６】また、これまでのセル構造における問題点
を解決するため、図６に示すような空気極材料で内部に
ガス流路を有する中空状の基板を作製し、その上にセル
を形成する中空平板状（ｔｕｂｌａｒ ｆｌａｔ ｐｌ
ａｔｅ：以後ＴＦＰと略す）型セルが考えられている
（特開平５−３６４１７号）。図６において図４、５と
同じ番号は同じものを示し、８は緻密膜を示している。
を解決するため、図６に示すような空気極材料で内部に
ガス流路を有する中空状の基板を作製し、その上にセル
を形成する中空平板状（ｔｕｂｌａｒ ｆｌａｔ ｐｌ
ａｔｅ：以後ＴＦＰと略す）型セルが考えられている
（特開平５−３６４１７号）。図６において図４、５と
同じ番号は同じものを示し、８は緻密膜を示している。
【０００７】この方式では酸化剤ガスが中空基板中のガ
ス流路を流れるため、基板両端部のガスシールのみで気
密性を保つことができる。また、セル部は基板上に形成
されることから、電解質の薄膜化が可能となり、内部抵
抗の低減が期待される。
ス流路を流れるため、基板両端部のガスシールのみで気
密性を保つことができる。また、セル部は基板上に形成
されることから、電解質の薄膜化が可能となり、内部抵
抗の低減が期待される。
【０００８】ＳＯＦＣの空気極は高温酸化という苛酷な
雰囲気にさらされるために複合酸化物が使用され、具体
的には上に示したＬＳＭ（Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3）が
よく用いられている。ＬＳＭの導電機構はドープにより
生じた過剰な電子を補償するためＭｎ3+が一部Ｍｎ4+に
還元されることで、隣り合うＭｎ3+、Ｍｎ4+イオン間で
起こる電子の交換反応によるホッピング伝導であると言
われており、このような機構ではＭｎ3+とＭｎ4+の濃度
が等しくなる条件であるＳｒドープ量ｘ＝０．５のとき
に導電率は極大になる。しかし、ＬＳＭではＳｒドープ
量が多いと熱膨張率が大きくなり電解質材料であるＹＳ
Ｚとの差が増すため、ｘ＝０．１〜０．３のＬＳＭが比
較的多く用いられている。
雰囲気にさらされるために複合酸化物が使用され、具体
的には上に示したＬＳＭ（Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3）が
よく用いられている。ＬＳＭの導電機構はドープにより
生じた過剰な電子を補償するためＭｎ3+が一部Ｍｎ4+に
還元されることで、隣り合うＭｎ3+、Ｍｎ4+イオン間で
起こる電子の交換反応によるホッピング伝導であると言
われており、このような機構ではＭｎ3+とＭｎ4+の濃度
が等しくなる条件であるＳｒドープ量ｘ＝０．５のとき
に導電率は極大になる。しかし、ＬＳＭではＳｒドープ
量が多いと熱膨張率が大きくなり電解質材料であるＹＳ
Ｚとの差が増すため、ｘ＝０．１〜０．３のＬＳＭが比
較的多く用いられている。
【０００９】ＴＦＰ型セルは図６に示すように中空基板
上にセルを形成する、いわゆる支持膜式の構造である。
したがって、セルの強度は中空基板材料であるＬＳＭの
強度に依存する。そのため、ＬＳＭには電極としての高
い導電性とともに基板としての強度が要求される。しか
し、これまでＬＳＭについては電極材料としての導電率
の評価は行われてきたものの、基板材料としての強度の
評価は行われていなかった。すなわち、強度面から見る
と、中空平板型電極基板の材料として必ずしも適切な材
料が選定されていたとはいえず、この結果、中空平板型
セルのスタック化においては、基板の強度不足によるセ
ルの破損が問題として挙げられている。一方、同じ基板
材料を用いた場合、強度を確保するために厚みを増すこ
とも対策として考えられる。しかし、この場合、厚みが
増加した分セルの内部抵抗が大きくなり出力が低下する
という欠点があった。
上にセルを形成する、いわゆる支持膜式の構造である。
したがって、セルの強度は中空基板材料であるＬＳＭの
強度に依存する。そのため、ＬＳＭには電極としての高
い導電性とともに基板としての強度が要求される。しか
し、これまでＬＳＭについては電極材料としての導電率
の評価は行われてきたものの、基板材料としての強度の
評価は行われていなかった。すなわち、強度面から見る
と、中空平板型電極基板の材料として必ずしも適切な材
料が選定されていたとはいえず、この結果、中空平板型
セルのスタック化においては、基板の強度不足によるセ
ルの破損が問題として挙げられている。一方、同じ基板
材料を用いた場合、強度を確保するために厚みを増すこ
とも対策として考えられる。しかし、この場合、厚みが
増加した分セルの内部抵抗が大きくなり出力が低下する
という欠点があった。
【００１０】そこで本発明ではこのようなＴＦＰ型セル
の課題を解決するため、Ｓｒをドープしたランタンマン
ガナイトのうち、導電率と機械的強度の双方の特性が優
れた材料、またはどちらか一方の特性が優れた材料を複
数使用することにより、導電率および強度の高い中空状
電極基板およびその製造方法を提供することを目的とす
る。
の課題を解決するため、Ｓｒをドープしたランタンマン
ガナイトのうち、導電率と機械的強度の双方の特性が優
れた材料、またはどちらか一方の特性が優れた材料を複
数使用することにより、導電率および強度の高い中空状
電極基板およびその製造方法を提供することを目的とす
る。
【００１１】
【問題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため、本発明による固体電解質型燃料電池の電極基板
は、固体電解質型燃料電池に用いる空気極基板であっ
て、前記基板はＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．３±
０．０５）であることを特徴とするものである。
ため、本発明による固体電解質型燃料電池の電極基板
は、固体電解質型燃料電池に用いる空気極基板であっ
て、前記基板はＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．３±
０．０５）であることを特徴とするものである。
【００１２】また本発明による固体電解質型燃料電池の
電極基板は、固体電解質型燃料電池に用いる空気極基板
であって、前記基板はＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝
０．３±０．０５）とＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝
０．４〜０．５）組成範囲内での複数の材料で構成さ
れ、基板の厚み方向で組成が異なることを特徴とするも
のである。
電極基板は、固体電解質型燃料電池に用いる空気極基板
であって、前記基板はＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝
０．３±０．０５）とＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝
０．４〜０．５）組成範囲内での複数の材料で構成さ
れ、基板の厚み方向で組成が異なることを特徴とするも
のである。
【００１３】さらに本発明による固体電解質型燃料電池
の製造方法は、Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．３±
０．０５）の複数のセラミックシートを用意し、前記セ
ラミックシートを積層し、圧着し、焼結することを特徴
とする。
の製造方法は、Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．３±
０．０５）の複数のセラミックシートを用意し、前記セ
ラミックシートを積層し、圧着し、焼結することを特徴
とする。
【００１４】また本発明による固体電解質型燃料電池の
製造方法は、Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．３±
０．０５）とＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．４〜
０．５）の間の組成範囲内の複数のセラミックスシート
を用意し、厚さ方向に組成が異なるように、積層し、圧
着し、燒結することを特徴とする。
製造方法は、Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．３±
０．０５）とＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．４〜
０．５）の間の組成範囲内の複数のセラミックスシート
を用意し、厚さ方向に組成が異なるように、積層し、圧
着し、燒結することを特徴とする。
【００１５】固体電解質型燃料電池に使用される電極基
板を作製する際に、その構成材料であるＬＳＭ複合酸化
物のうち、強度および導電率ともに大きな材料を用いる
か、またはＳｒドープ量が異なるＬＳＭで強度、導電率
のどちらか一方の特性が優れている複数種の材料のシー
ト成形体を積層、燒結することにより、強度および導電
率の高い電極基板を作製することを特徴としている。
板を作製する際に、その構成材料であるＬＳＭ複合酸化
物のうち、強度および導電率ともに大きな材料を用いる
か、またはＳｒドープ量が異なるＬＳＭで強度、導電率
のどちらか一方の特性が優れている複数種の材料のシー
ト成形体を積層、燒結することにより、強度および導電
率の高い電極基板を作製することを特徴としている。
【００１６】
【実施例】以下に本発明について、実施例により詳細に
説明する。図１から図３は本発明の実施例を示すもの
で、図１、図２は第１の実施例、図３は第２の実施例の
外略図を示す。図２において、３’はＬＳＭ（ｘ＝０．
３）、３”はＬＳＭ（ｘ＝０．５）である。ここでは、
２層構成の基板について示すが、本発明は２層の構成に
限定されるものではない。
説明する。図１から図３は本発明の実施例を示すもの
で、図１、図２は第１の実施例、図３は第２の実施例の
外略図を示す。図２において、３’はＬＳＭ（ｘ＝０．
３）、３”はＬＳＭ（ｘ＝０．５）である。ここでは、
２層構成の基板について示すが、本発明は２層の構成に
限定されるものではない。
【００１７】
【実施例１】本実施例は、ＬＳＭ（ｘ＝０．３）単独
（図１１）あるいは、これとＬＳＭ（ｘ＝０．５）を組
み合わせて２層構成とした（図２）ものである。これら
の基板を作製するにあたって、まず、ｘ＝０〜０．５の
各組成のＬＳＭの特性について調査した。各粉末にバイ
ンダーとしてポリビニルブチラール、分散媒としてイソ
プロピルアルコール：トルエン＝７７：２３の混合溶媒
を加えてボールミルで混合した後、脱泡して粘土を調整
した。次に、このスラリーをドクターブレード法により
厚さ１００μｍ程度のシート状に成形した。このシート
を積層、熱圧着し棒状に切り出したものを、３６０℃で
脱脂した後、各温度で２時間燒結し、測定サンプルとし
た。
（図１１）あるいは、これとＬＳＭ（ｘ＝０．５）を組
み合わせて２層構成とした（図２）ものである。これら
の基板を作製するにあたって、まず、ｘ＝０〜０．５の
各組成のＬＳＭの特性について調査した。各粉末にバイ
ンダーとしてポリビニルブチラール、分散媒としてイソ
プロピルアルコール：トルエン＝７７：２３の混合溶媒
を加えてボールミルで混合した後、脱泡して粘土を調整
した。次に、このスラリーをドクターブレード法により
厚さ１００μｍ程度のシート状に成形した。このシート
を積層、熱圧着し棒状に切り出したものを、３６０℃で
脱脂した後、各温度で２時間燒結し、測定サンプルとし
た。
【００１８】各組成のＬＳＭの燒結温度と相対密度の関
係を図７に示す。ｘ＝０．１〜０．３では１４００℃以
上の高温で緻密化しているが、ｘ＝０、０．５では、１
３００℃で８０〜９０％に達しており、他の組成のもの
より燒結しやすいことがわかる。また１５００℃では全
ての組成のＬＳＭが９０％に達する傾向が見られた。
係を図７に示す。ｘ＝０．１〜０．３では１４００℃以
上の高温で緻密化しているが、ｘ＝０、０．５では、１
３００℃で８０〜９０％に達しており、他の組成のもの
より燒結しやすいことがわかる。また１５００℃では全
ての組成のＬＳＭが９０％に達する傾向が見られた。
【００１９】次にＳｒドープ量を変えた燒結体の強度を
三点曲げ試験法で求めた。ここでの測定サンプルとして
は１５００℃と１３００℃で燒結させたものを用いた。
１５００℃で燒結させたものを用いた理由は燒結体の相
対密度による強度への影響を極力除くためであり、ま
た、１３００℃で燒結したものについても測定した理由
は、実際の電極へは相対密度が７０〜８０％のものが使
用されており、このような燒結状態での特性も把握する
ためである。この測定結果を、図８に示す。図より、ｘ
＝０．１〜０．３のＬＳＭでは強度が高く、ｘ＝０と
０．５のものは小さな値となった。このことから、強度
の観点からはｘ＝０．１〜０．３が基板材料として望ま
しいと考えられる。
三点曲げ試験法で求めた。ここでの測定サンプルとして
は１５００℃と１３００℃で燒結させたものを用いた。
１５００℃で燒結させたものを用いた理由は燒結体の相
対密度による強度への影響を極力除くためであり、ま
た、１３００℃で燒結したものについても測定した理由
は、実際の電極へは相対密度が７０〜８０％のものが使
用されており、このような燒結状態での特性も把握する
ためである。この測定結果を、図８に示す。図より、ｘ
＝０．１〜０．３のＬＳＭでは強度が高く、ｘ＝０と
０．５のものは小さな値となった。このことから、強度
の観点からはｘ＝０．１〜０．３が基板材料として望ま
しいと考えられる。
【００２０】一方、４端子法により１３００℃燒結体の
導電率を求め、これとＬＳＭのＳｒドープ量との関係を
プロットした結果、図９に示すようにＳｒドープ量が増
すにつれて導電率が増加している。これらの結果より、
ｘ＝０．３では１０００℃において２００Ｓ／ｃｍ以上
の導電率が得られた。
導電率を求め、これとＬＳＭのＳｒドープ量との関係を
プロットした結果、図９に示すようにＳｒドープ量が増
すにつれて導電率が増加している。これらの結果より、
ｘ＝０．３では１０００℃において２００Ｓ／ｃｍ以上
の導電率が得られた。
【００２１】そこで図１の実施例ではＬＳＭ（ｘ＝０．
３）で基板を作製した。具体的には、前述のドクターブ
レード法によりＬＳＭ（ｘ＝０．３）のシート成形体を
作製し、これを厚さ４ｍｍとなるよう複数枚積層して熱
圧着し、これを１０×１０ｃｍに切り出し板状の成形体
とした。この成形体を１３００℃で２時間燒結すること
で電極基板とした。
３）で基板を作製した。具体的には、前述のドクターブ
レード法によりＬＳＭ（ｘ＝０．３）のシート成形体を
作製し、これを厚さ４ｍｍとなるよう複数枚積層して熱
圧着し、これを１０×１０ｃｍに切り出し板状の成形体
とした。この成形体を１３００℃で２時間燒結すること
で電極基板とした。
【００２２】次に、実施例１の図２では、ＬＳＭ（ｘ＝
０．３）と、ＬＳＭ（ｘ＝０．５）を使用し、２層構造
の板状電極基板を作製した。具体的には、先程と同様に
ドクターブレード法によって、これら各々のシートを作
製し、各々の層の厚みの比率が１：１となるよう各シー
トを積層・熱圧着し、４ｍｍ厚の積層体を得た。このシ
ート積層体を１０×１０ｃｍに切り出した後、図１の実
施例と同様の条件で燒結して電極基板とした。
０．３）と、ＬＳＭ（ｘ＝０．５）を使用し、２層構造
の板状電極基板を作製した。具体的には、先程と同様に
ドクターブレード法によって、これら各々のシートを作
製し、各々の層の厚みの比率が１：１となるよう各シー
トを積層・熱圧着し、４ｍｍ厚の積層体を得た。このシ
ート積層体を１０×１０ｃｍに切り出した後、図１の実
施例と同様の条件で燒結して電極基板とした。
【００２３】実施例（図１、図２）およびＬＳＭ（ｘ＝
０．２）の単一層からなる実施例１図１と同一の構造の
従来型電極基板の、抵抗および強度の測定結果を表１に
まとめる。このように、実施例１では従来の電極基板に
比べて優れた特性を示した。実施例１の図１の構造では
１０００℃における抵抗は４１％減少し、強度は４６％
増加した。実施例１の図２の構造においても強度は実施
例１の図１の構造に劣るものの抵抗は従来値に比べ５７
％も減少した。このことから、このような複合基板がセ
ルの内部抵抗の減少に有効であることがわかった。
０．２）の単一層からなる実施例１図１と同一の構造の
従来型電極基板の、抵抗および強度の測定結果を表１に
まとめる。このように、実施例１では従来の電極基板に
比べて優れた特性を示した。実施例１の図１の構造では
１０００℃における抵抗は４１％減少し、強度は４６％
増加した。実施例１の図２の構造においても強度は実施
例１の図１の構造に劣るものの抵抗は従来値に比べ５７
％も減少した。このことから、このような複合基板がセ
ルの内部抵抗の減少に有効であることがわかった。
【００２４】 ＊従来基板の値を１とした相対値
【００２５】
【実施例２】次に、図３に示すような中空平板状電極基
板を作製した。この基板は、シート積層の際にＬＳＭ
（ｘ＝０．３）、ＬＳＭ（ｘ＝０．５）の単層からなる
２枚の板状シート積層体で、厚み方向で各々の層の比率
が１：１である短冊状積層体を挟み込むことで作製した
板を作製した。この基板は、シート積層の際にＬＳＭ
（ｘ＝０．３）、ＬＳＭ（ｘ＝０．５）の単層からなる
２枚の板状シート積層体で、厚み方向で各々の層の比率
が１：１である短冊状積層体を挟み込むことで作製した
【００２６】具体的には、実施例１に示したドクターブ
レード法によりＬＳＭ（ｘ＝０．３）、ＬＳＭ（ｘ＝
０．５）のシート成形体を作製し、各シートをそれぞれ
厚さ２ｍｍとなるよう積層・熱圧着し、これを１０×５
ｃｍに切り出して板状積層体を得た。次に、ＬＳＭ（ｘ
＝０．３）とＬＳＭ（ｘ＝０．５）のシートを厚み方向
で両者の比率が１：１で、厚さ２ｍｍとなるよう積層・
ホットプレスし、１０×０．２ｃｍに切り出した短冊状
積層体を１０枚作製した。この短冊状積層体を、ＬＳＭ
（ｘ＝０．５）の板状積層体上に接着面の組成が同じに
なるように等間隔で配置した後、その上にＬＳＭ（ｘ＝
０．３）の板状積層体を重ね合わせ、これらをホットプ
レスにより接着して中空平板状成形体とした。
レード法によりＬＳＭ（ｘ＝０．３）、ＬＳＭ（ｘ＝
０．５）のシート成形体を作製し、各シートをそれぞれ
厚さ２ｍｍとなるよう積層・熱圧着し、これを１０×５
ｃｍに切り出して板状積層体を得た。次に、ＬＳＭ（ｘ
＝０．３）とＬＳＭ（ｘ＝０．５）のシートを厚み方向
で両者の比率が１：１で、厚さ２ｍｍとなるよう積層・
ホットプレスし、１０×０．２ｃｍに切り出した短冊状
積層体を１０枚作製した。この短冊状積層体を、ＬＳＭ
（ｘ＝０．５）の板状積層体上に接着面の組成が同じに
なるように等間隔で配置した後、その上にＬＳＭ（ｘ＝
０．３）の板状積層体を重ね合わせ、これらをホットプ
レスにより接着して中空平板状成形体とした。
【００２７】このようにして形成した中空平板状成形体
を実施例１と同様の条件で脱脂・燒結し、ＬＳＭ（ｘ＝
０．３）、ＬＳＭ（ｘ＝０．５）の２層からなる中空平
板型電極基板を作製した。ここでは、厚み方向でそれぞ
れの層の比率が１：１の電極基板を作製したが、シート
積層の際に中間部に挟み込む短冊状積層体をどちらか一
方の単一層にするか、厚み方向での両者の比率を変える
ことで、中空基板の２層の厚みの比率を任意に変えるこ
とができる。これまでＬＳＭ（ｘ＝０．５）は高導電率
であるがＹＳＺとの熱膨張率差が大きいため空気極に用
いることができなかったが、実施例２の中空平板状電極
基板でＬＳＭ（ｘ＝０．３）側に電解質を形成すること
により、ＬＳＭ（ｘ＝０．５）を含む基板でもセルを構
成することができる。このように、ＬＳＭ（ｘ＝０．
３）とＬＳＭ（ｘ＝０．５）の２層で中空平板状基板を
構成することにより、強度を確保しつつ電極基板の導電
率を向上することが可能となった。また、先に図７で示
したように、この条件で中空基板を作製したとき、ＬＳ
Ｍ（ｘ＝０．３）は多孔質、ＬＳＭ（ｘ＝０．５）は緻
密質といったように厚み方向で微細構造の異なる燒結体
が得られる。そのため、このような電極基板においては
ＬＳＭ（ｘ＝０．３）上に電解質、反対側にインターコ
ネクタを形成することにより、電極・電解質界面へはガ
スがスムーズに拡散し、なおかつ、中空基板内部でのガ
スの気密性を保つことができる。
を実施例１と同様の条件で脱脂・燒結し、ＬＳＭ（ｘ＝
０．３）、ＬＳＭ（ｘ＝０．５）の２層からなる中空平
板型電極基板を作製した。ここでは、厚み方向でそれぞ
れの層の比率が１：１の電極基板を作製したが、シート
積層の際に中間部に挟み込む短冊状積層体をどちらか一
方の単一層にするか、厚み方向での両者の比率を変える
ことで、中空基板の２層の厚みの比率を任意に変えるこ
とができる。これまでＬＳＭ（ｘ＝０．５）は高導電率
であるがＹＳＺとの熱膨張率差が大きいため空気極に用
いることができなかったが、実施例２の中空平板状電極
基板でＬＳＭ（ｘ＝０．３）側に電解質を形成すること
により、ＬＳＭ（ｘ＝０．５）を含む基板でもセルを構
成することができる。このように、ＬＳＭ（ｘ＝０．
３）とＬＳＭ（ｘ＝０．５）の２層で中空平板状基板を
構成することにより、強度を確保しつつ電極基板の導電
率を向上することが可能となった。また、先に図７で示
したように、この条件で中空基板を作製したとき、ＬＳ
Ｍ（ｘ＝０．３）は多孔質、ＬＳＭ（ｘ＝０．５）は緻
密質といったように厚み方向で微細構造の異なる燒結体
が得られる。そのため、このような電極基板においては
ＬＳＭ（ｘ＝０．３）上に電解質、反対側にインターコ
ネクタを形成することにより、電極・電解質界面へはガ
スがスムーズに拡散し、なおかつ、中空基板内部でのガ
スの気密性を保つことができる。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明は固体電解
質型燃料電池に使用される電極基板を作製する際にその
構成材料であるＬＳＭ複合酸化物で強度および導電率の
大きな材料を用いるか、またはＳｒドープ量が異なるＬ
ＳＭでどちらか一方の特性が優れている複数種の材料か
らなるシート成形体の積層、燒結により、強度および導
電率の高い電極基板を作製するものである。従来、電極
基板の導電率、強度は材料によるところが大きいにもか
かわらず、ＬＳＭの強度に関してはほとんど検討が行わ
れておらず、そのため基板の強度不足によりセルが破損
するという問題があった。本発明では、導電率と併せて
強度の優れる材料としてＬＳＭ（ｘ＝０．３±０．０
５）を選定し電極基板を作製することにより、基板強度
を向上させ、スタック化の際のセルの割れを防ぐもので
ある。また、このＬＳＭ（ｘ＝０．３±０．０５）とこ
れより導電率の高いＬＳＭ（ｘ＝０．４〜０．５）を組
み合わせて複合基板を作製することで、導電率の低下を
もたらすことなく強度を確保することで基板部分での内
部抵抗の減少が可能となり、その結果セルの出力が向上
する。
質型燃料電池に使用される電極基板を作製する際にその
構成材料であるＬＳＭ複合酸化物で強度および導電率の
大きな材料を用いるか、またはＳｒドープ量が異なるＬ
ＳＭでどちらか一方の特性が優れている複数種の材料か
らなるシート成形体の積層、燒結により、強度および導
電率の高い電極基板を作製するものである。従来、電極
基板の導電率、強度は材料によるところが大きいにもか
かわらず、ＬＳＭの強度に関してはほとんど検討が行わ
れておらず、そのため基板の強度不足によりセルが破損
するという問題があった。本発明では、導電率と併せて
強度の優れる材料としてＬＳＭ（ｘ＝０．３±０．０
５）を選定し電極基板を作製することにより、基板強度
を向上させ、スタック化の際のセルの割れを防ぐもので
ある。また、このＬＳＭ（ｘ＝０．３±０．０５）とこ
れより導電率の高いＬＳＭ（ｘ＝０．４〜０．５）を組
み合わせて複合基板を作製することで、導電率の低下を
もたらすことなく強度を確保することで基板部分での内
部抵抗の減少が可能となり、その結果セルの出力が向上
する。
【図１】本発明のＬＳＭ（ｘ＝０．３）のみからなる電
極基板の概略図。
極基板の概略図。
【図２】本発明の厚み方向でＬＳＭ（ｘ＝０．３）：Ｌ
ＳＭ（ｘ＝０．５）＝１：１の割合で構成される電極基
板の概略図。
ＳＭ（ｘ＝０．５）＝１：１の割合で構成される電極基
板の概略図。
【図３】本発明の中空電極基板を用いた単セルの斜視
図。
図。
【図４】円筒型燃料電池の斜視図。
【図５】平板型燃料電池の組立状態の分解斜視図。
【図６】従来の内部にガス流路を有する基体を用いた燃
料電池の斜視図。
料電池の斜視図。
【図７】Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０〜０．５）の
燒結温度と相対密度の関係。
燒結温度と相対密度の関係。
【図８】Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3Ｓｒドープ量ｘと燒結
体強度との関係。
体強度との関係。
【図９】Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3Ｓｒドープ量ｘと１０
００℃での導電率との関係。
００℃での導電率との関係。
１ 電解質 ２ 燃料極 ３ 空気極 ３’ ＬＳＭ（ｘ＝０．３）からなる電極基板 ３” ＬＳＭ（ｘ＝０．５）からなる電極基板 ４ インターコネクタ ５ 燃料ガス流路 ６ 酸化剤ガス（空気）流路 ７ 基体管 ８ 緻密膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 大助 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 真鍋 勝己 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】固体電解質型燃料電池に用いる空気極基板
であって、前記基板はＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝
０．３±０．０５）であることを特徴とする固体電解質
型燃料電池の電極基板。 - 【請求項２】固体電解質型燃料電池に用いる空気極基板
であって、前記基板はＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝
０．３±０．０５）とＬａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝
０．４〜０．５）組成範囲内での複数の材料で構成さ
れ、基板の厚み方向で組成が異なることを特徴とする固
体電解質型燃料電池の電極基板。 - 【請求項３】Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．３±
０．０５）の複数のセラミックシートを用意し、前記セ
ラミックシートを積層し、圧着し、焼結することを特徴
とする固体電解質型燃料電池の電極基板の製造方法。 - 【請求項４】Ｌａ(1-x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．３±
０．０５）とＬａ(1- x)ＳｒxＭｎＯ3（ｘ＝０．４〜
０．５）の間の組成範囲内の複数のセラミックスシート
を用意し、厚さ方向に組成が異なるように、積層し、圧
着し、燒結することを特徴とする固体電解質型燃料電池
の電極基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7072319A JPH08241720A (ja) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | 固体電解質型燃料電池の電極基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7072319A JPH08241720A (ja) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | 固体電解質型燃料電池の電極基板およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08241720A true JPH08241720A (ja) | 1996-09-17 |
Family
ID=13485849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7072319A Pending JPH08241720A (ja) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | 固体電解質型燃料電池の電極基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08241720A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004186119A (ja) * | 2002-12-06 | 2004-07-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電極の形成方法 |
-
1995
- 1995-03-06 JP JP7072319A patent/JPH08241720A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004186119A (ja) * | 2002-12-06 | 2004-07-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電極の形成方法 |
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