JPH08250138A - 固体電解質型電気化学セルの基体材 - Google Patents

固体電解質型電気化学セルの基体材

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JPH08250138A
JPH08250138A JP7054098A JP5409895A JPH08250138A JP H08250138 A JPH08250138 A JP H08250138A JP 7054098 A JP7054098 A JP 7054098A JP 5409895 A JP5409895 A JP 5409895A JP H08250138 A JPH08250138 A JP H08250138A
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洋 佃
Toru Hojo
北條　　透
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • 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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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体電解質型燃料電池や固体電解質型高温水
蒸気電解装置などのような電気化学セルの基体材に関す
る。 【構成】 Ｙ2 Ｏ3 で完全に安定化させたＺｒＯ2 を固
体電解質とする電気化学セルの基体材であって、１０〜
３０ｖｏｌ％のＮｉＯを含むＣａＯで完全に安定化した
ＺｒＯ2 よりなる固体電解質型電気化学セルの基体材。

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
固体電解質型高温水蒸気電解装置などのような電気化学
セルの基体材に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気化学セルの例として円筒型固体電解
質型燃料電池をあげて説明すると、従来、その基体管は
ＣａＯで完全に安定化したＺｒＯ2 を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質型燃料電池
は９００℃以上の高温で発電させる装置であるが、各構
成膜が異種材料であって熱膨張係数が異なり、定期検査
などでこの装置を常温にした際に応力が発生し割れが生
じる。特に基体管は電池構成材のなかで最も厚く、他の
構成膜に及ぼす影響は大きい。燃焼電池の構成膜で最も
重要な膜は固体電解質（Ｙ2 Ｏ3 で完全に安定化したＺ
ｒＯ2 ）であり、この膜に応力を発生させないために、
基体管の熱膨張係数は固体電解質と同じでなければなら
ない。ところが、現在基体管として用いているＣａＯで
完全に安定化したＺｒＯ2 は熱膨張係数が９．５×１０
-6／ｋであり、固体電解質（Ｙ2 Ｏ3 で完全に安定化し
たＺｒＯ2 ）が１０．５×１０-6／ｋであるので、１．
０×１０-6／ｋの熱膨張差がある。
【０００４】本発明は上記技術水準に鑑み、Ｙ2 Ｏ3 で
完全に安定化したＺｒＯ2 を固体電解質とする前記電気
化学セルにおいて、固体電解質の熱膨張係数とほゞ一致
する熱膨張係数を有する同電気化学セルの基体材を提供
しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はＹ2 Ｏ3 で完全
に安定化させたＺｒＯ2 を固体電解質とする電気化学セ
ルの基体材であって、１０〜３０ｖｏｌ％のＮｉＯを含
むＣａＯで完全に安定化したＺｒＯ2 よりなることを特
徴とする固体電解質型電気化学セルの基体材である。
【０００６】すなわち、本発明では、降温時のセルの損
傷をなくすために基体材（平板状又は管状）の熱膨張係
数をＹ2 Ｏ3 で完全に安定化したＺｒＯ2 よりなる固体
電解質の熱膨張係数に近づけるものである。従来基体材
に用いているＣａＯ完全安定化ＺｒＯ2 は上記固体電解
質より熱膨張係数が小さいので、熱膨張係数の大きな材
料を添加する。但し添加する材料は接触する構成材料と
反応してはならない。これらの条件を満たす材料とし
て、本発明ではＮｉＯを添加するものである。ＮｉＯの
熱膨張係数は１４×１０-6／ｋであり添加量が１０ｖｏ
ｌ％未満では効果が認められず、添加量が３０ｖｏｌ％
より多いと逆に割れが発生するので、その添加量は全体
の１０〜３０ｖｏｌ％の範囲とすべきである。
【０００７】
【作用】本発明の基体材はＮｉＯ添加量に応じて熱膨張
係数が高くなり、これに対応して、降温後の割れ発生比
率が低下し、Ｙ2 Ｏ3 で完全に安定化したＺｒＯ2 より
なる固体電解質電気化学セルの性能低下率が小さくな
る。但し、本発明の範囲を越えてＮｉＯを添加した場合
には、熱膨張係数が大きくなりすぎて、降温後の割れ発
生比率が増加し、電気化学セルの性能の低下率も大きく
なる。
【０００８】
【実施例】以下本発明の具体的な実施例をあげ、本発明
の効果を明らかにする。基体管の原料として、平均粒
径：３０μｍの１７ｍｏｌ％ＣａＯ完全安定化ＺｒＯ2
と平均粒径：０．８μｍのＮｉＯを用意した。基体管は
押出成形法により作るが、押出成形用助剤として、基体
管の原料：１００重量部に対して、メチルセルロース：
４重量部、グルセリン：５重量部、水：１０重量部及び
場合によって潤滑性を改善するためにステアリン酸エマ
ルジョン（固形分濃度：１５ｗｔ％、粒径：５μｍ、溶
媒：水）：０．２重量部を用いた。初めに任意の割合の
ＣａＯ完全安定化ＺｒＯ2 、ＮｉＯとメチルセルロース
を計量し、高速ミキサーに入れ３分間混合した。次に、
上記量の水、グリセリン、ステアリン酸エマルジョンを
計量し、添加後１分間混合し、次に２軸ニーダを用いて
本混練を行い、押出成形機を用いて円筒状に成形し、成
形後６０℃で２４時間乾燥してガス炉を用いて１６５０
℃で４時間焼成した。焼成後の基体管は熱膨張係数の測
定と溶射法により燃料電池のセルを構成し、これらのセ
ルについて発電温度と室温までの昇降温を５回行い、セ
ルの性能の変化を調査した。
【０００９】本発明の実施例に相当する焼成基体管の熱
膨張率及び固体電解質燃料電池の昇降温後の劣化率を表
１に示す。同時に本発明の効果を明確にするために本発
明外の実施態様例も参考例として表１に併せて示す。基
体管のＮｉＯ比率が高くなると熱膨張係数が大きくな
る。これに伴い固体電解質燃料電池の昇降温後の劣化率
が急速に改善される。しかし、基体管のＮｉＯ比率が３
０ｖｏｌ％を越えると固体電解質燃料電池の昇降温後の
劣化率が急激に悪化する。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【発明の効果】本発明により固体電解質型電気化学セル
の昇降温後の劣化率を著しく低減できた。これはＣａＯ
安定化ＺｒＯ2 質基体管にＮｉＯを添加することで基体
管の熱膨張係数をＹ2 Ｏ3 で完全に安定化したＺｒＯ2
よりなる固体電解質のそれに近づけられ、これによって
昇降温時に固体電解質に発生する歪を低減できるからで
ある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｙ2 Ｏ3 で完全に安定化させたＺｒＯ2
    を固体電解質とする電気化学セルの基体材であって、１
    ０〜３０ｖｏｌ％のＮｉＯを含むＣａＯで完全に安定化
    したＺｒＯ2 よりなることを特徴とする固体電解質型電
    気化学セルの基体材。
JP05409895A 1995-03-14 1995-03-14 固体電解質型電気化学セルの基体材 Expired - Lifetime JP3377642B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6207314B1 (en) * 1997-11-07 2001-03-27 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Base material for a fuel battery
EP1071150A3 (en) * 1999-07-19 2002-08-28 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Base tube for fuel cell and material for base tube

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6207314B1 (en) * 1997-11-07 2001-03-27 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Base material for a fuel battery
EP1071150A3 (en) * 1999-07-19 2002-08-28 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Base tube for fuel cell and material for base tube

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