JPH08273683A - Manufacture of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高温固体電解質型燃料
電池の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a high temperature solid oxide fuel cell.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、高温固体電解質型燃料は、例えば
図6に示すように、多孔質のLaMnO3 系結晶構造
(ペロブスカイト型構造)を有する金属酸化物(ランタ
ンストロンチウムマンガナイト)等からなる空気極1上
に緻密な固体電解質膜3が形成され、さらにその上に多
孔質のNi−イットリア安定化ジルコニウムサーメット
等からなる燃料極4が形成された構成となっている。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 6, for example, a high temperature solid electrolyte fuel is air composed of a metal oxide (lanthanum strontium manganite) having a porous LaMnO 3 type crystal structure (perovskite type structure). A dense solid electrolyte membrane 3 is formed on the electrode 1, and a fuel electrode 4 made of a porous Ni-yttria-stabilized zirconium cermet or the like is further formed thereon.
【0003】前記固体電解質膜3は、高い電導度を得る
ために立方晶ジルコニアからなる薄い緻密な膜であるこ
とが望ましいが、このような緻密な固体電解質膜3はプ
ラズマ溶射法または電気化学蒸着(EVD)法などによ
らなければ製造できない。前記のような方法により製造
するためには、高価な装置を必要とする上、固体電解質
膜3を必要とする部分と必要としない部分とを構成する
マスキングに時間がかかるため、量産性が低くなる。The solid electrolyte membrane 3 is preferably a thin and dense membrane made of cubic zirconia in order to obtain high electric conductivity, but such a dense solid electrolyte membrane 3 is formed by plasma spraying or electrochemical deposition. It can be manufactured only by the (EVD) method. In order to manufacture by the above-mentioned method, an expensive device is required, and it takes a long time to mask the part that needs the solid electrolyte membrane 3 and the part that does not need the solid electrolyte membrane 3. Therefore, mass productivity is low. Become.
【0004】そこで、空気極1または燃料極4上に、イ
ットリア等の安定化剤を含むジルコニア粉末のスラリー
を塗布したのち焼成することが検討されているが、ジル
コニア粉末は焼成時に収縮するために、前記スラリーか
ら形成される固体電解質膜が割れたり、空気極から剥離
したりするとの問題がある。Therefore, it has been considered to apply a slurry of zirconia powder containing a stabilizer such as yttria to the air electrode 1 or the fuel electrode 4 and then to bake it, but the zirconia powder shrinks during firing. However, there is a problem that the solid electrolyte membrane formed from the slurry is cracked or peeled off from the air electrode.
【0005】前記ジルコニア粉末の焼成時における収縮
の問題を解決するために、本発明者は既にジルコニウム
プロポキシド等のジルコニウムアルコキシド及び硝酸イ
ットリウム水和物を1−プロパノール等の両者に共通の
溶媒に溶解し、さらに2,4−ペンタンジオン等の両者
を均質に溶解する溶媒を添加したコーティング溶液組成
物を提案している(特願平6−272704号明細書参
照)。前記明細書記載のコーティング溶液組成物によれ
ば、溶液中で生成するゾルをゲル化させ、該ゲルを加熱
焼成することにより、イットリアで安定化された立方晶
ジルコニアの緻密な固体電解質膜が得られる。In order to solve the problem of shrinkage during firing of the zirconia powder, the present inventors have already dissolved a zirconium alkoxide such as zirconium propoxide and yttrium nitrate hydrate in a solvent common to both 1-propanol and the like. In addition, a coating solution composition in which a solvent that dissolves both of 2,4-pentanedione and the like is added is proposed (see Japanese Patent Application No. 6-272704). According to the coating solution composition described in the above specification, a dense solid electrolyte membrane of cubic zirconia stabilized with yttria is obtained by gelling a sol generated in a solution and heating and firing the gel. To be
【0006】従って、前記コーティング溶液組成物は、
前記空気極1または燃料極4に塗布して、ゲル化させた
後、焼成することにより前記のように緻密な固体電解質
膜3を形成することができるが、燃料電池として実用性
のある出力を得るために、さらに改良が望まれる。Accordingly, the coating solution composition comprises
The dense solid electrolyte membrane 3 can be formed as described above by coating the air electrode 1 or the fuel electrode 4, gelling it, and then firing it. However, an output that is practical as a fuel cell can be obtained. Further improvements are desired to obtain.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記事情に
鑑み、大出力が得られる高温固体電解質型燃料電池の製
造方法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a high temperature solid oxide fuel cell which can provide a large output.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の燃料電池の製造方法は、ジルコニウムア
ルコキシドと、硝酸イットリウム水和物と、前記両化合
物を均質に溶解する第1の溶媒と、前記両化合物及びそ
の反応生成物を均質に溶解する第2の溶媒とからなる溶
液組成物から得られるゲルを乾燥後、粉砕して粉末と
し、該粉末を100〜700℃の範囲の温度で仮焼した
後、さらに粉砕して得られたイットリア含有ジルコニア
粉末(以下、YZ粉末と略記する)を含む塗膜形成組成
物により、高温固体電解質型燃料電池の多孔質電極上に
塗膜を形成し、該塗膜を焼成してイットリア安定化ジル
コニア(以下、YSZと略記する)からなる下地層を形
成する下地層形成工程と、前記溶液組成物により、前記
下地層上に塗膜を形成し、該塗膜を乾燥、焼成して、Y
SZからなる緻密な固体電解質膜を形成する固体電解質
膜形成工程とを備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, a method for producing a fuel cell according to the present invention comprises a zirconium alkoxide, a yttrium nitrate hydrate, and a first solvent which dissolves both of the compounds in a homogeneous manner. And a gel obtained from a solution composition consisting of both of the compounds and a second solvent that dissolves the reaction product thereof homogeneously after drying, and then pulverized into a powder, the powder having a temperature in the range of 100 to 700 ° C. After being calcined in, a coating film-forming composition containing yttria-containing zirconia powder (hereinafter abbreviated as YZ powder) obtained by further pulverization was used to form a coating film on the porous electrode of the high temperature solid oxide fuel cell Forming a base layer by baking the coating film to form a base layer made of yttria-stabilized zirconia (hereinafter abbreviated as YSZ); and forming a coating film on the base layer by the solution composition. And, the coating film was dried and baked, Y
And a solid electrolyte membrane forming step of forming a dense solid electrolyte membrane made of SZ.
【0009】前記YZ粉末の原料となる溶液組成物に用
いる前記ジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニ
ウムプロポキシド、ジルコニウムイソプロポキシド、ジ
ルコニウムブトキシド等を挙げることができるが、緻密
な固体電解質膜が得られること、硝酸イットリウムと共
通の第1の溶媒に対する溶解性等からジルコニウムプロ
ポキシドが適している。Examples of the zirconium alkoxide used in the solution composition as the raw material of the YZ powder include zirconium propoxide, zirconium isopropoxide, zirconium butoxide, etc., but a dense solid electrolyte membrane can be obtained. Zirconium propoxide is suitable because of its solubility in the first solvent common to yttrium nitrate.
【0010】前記第1の溶媒としては、1−プロパノー
ル、2−プロパノール、2−メチル−1−プロパノー
ル、ベンゼン、ヘキサン、メタノール、エタノール等を
挙げることができるが、前記ジルコニウムアルコキシド
及び硝酸イットリウム水和物の両者に対する溶解性に優
れていることから、1−プロパノールが適している。Examples of the first solvent include 1-propanol, 2-propanol, 2-methyl-1-propanol, benzene, hexane, methanol, ethanol and the like. The zirconium alkoxide and yttrium nitrate hydrate are mentioned. 1-Propanol is suitable because it has excellent solubility in both substances.
【0011】前記第2の溶媒としては、2,4−ペンタ
ンジオン(アセチルアセトン)、トリエタノールアミ
ン、ジエタノールアミン等を挙げることができるが、前
記ジルコニウムアルコキシド、硝酸イットリウム水和物
及びその反応生成物を均質に溶解する溶解性に優れてい
ることから、2,4−ペンタンジオンが適している。Examples of the second solvent include 2,4-pentanedione (acetylacetone), triethanolamine and diethanolamine, and the zirconium alkoxide, yttrium nitrate hydrate and the reaction product thereof are homogeneous. 2,4-Pentanedione is suitable because it is highly soluble.
【0012】前記塗膜形成組成物が前記YZ粉末をアル
コール系溶媒に分散してなる懸濁液であるときには、前
記下地層形成工程で、前記塗膜形成組成物を前記多孔質
電極上に吹付け、乾燥することにより前記塗膜を形成す
る。或いは、前記塗膜形成組成物を前記多孔質電極上に
滴下して、乾燥する方法、前記多孔質電極を前記塗膜形
成組成物に浸漬し、乾燥する方法、前記多孔質電極及び
他の電極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、該多孔質電極
を陰極として前記他の電極との間に直流電流を印加し
て、前記イットリア含有ジルコニア粉末を前記多孔質電
極上に電着させ、乾燥する方法により前記塗膜を形成す
る。When the coating film forming composition is a suspension prepared by dispersing the YZ powder in an alcohol solvent, the coating film forming composition is sprayed onto the porous electrode in the base layer forming step. The coating film is formed by applying and drying. Alternatively, a method of dropping the coating film forming composition on the porous electrode and drying, a method of immersing the porous electrode in the coating film forming composition and drying, the porous electrode and other electrodes Is immersed in the coating film-forming composition, a direct current is applied between the other electrode and the porous electrode as a cathode, and the yttria-containing zirconia powder is electrodeposited on the porous electrode and dried. The coating film is formed by the method described above.
【0013】また、前記塗膜形成組成物が前記YZ粉末
をその原料となる前記溶液組成物から得られるゾルに分
散してなる懸濁液であるときには、前記下地層形成工程
で、前記塗膜形成組成物を前記多孔質電極上に滴下し
て、乾燥する方法、前記多孔質電極を前記塗膜形成組成
物に浸漬し、乾燥する方法、前記多孔質電極及び他の電
極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、該多孔質電極を陰極
として前記他の電極との間に直流電流を印加して、前記
イットリア含有ジルコニア粉末を前記多孔質電極上に電
着させ、乾燥する方法により前記塗膜を形成する。Further, when the coating film forming composition is a suspension obtained by dispersing the YZ powder in a sol obtained from the solution composition as a raw material thereof, the coating film forming step is performed in the base layer forming step. A method of dropping a forming composition on the porous electrode and drying, a method of immersing the porous electrode in the coating film forming composition and drying, a method of forming the porous electrode and another electrode to form the coating film. The composition is dipped in a composition, a direct current is applied between the other electrode and the porous electrode as a cathode, the yttria-containing zirconia powder is electrodeposited on the porous electrode, and the coating is performed by a method of drying. Form a film.
【0014】さらに、前記塗膜形成組成物が前記YZ粉
末をテレピン油に混合してなるペースト状物質であると
きには、前記下地層形成工程で、該ペースト状物質を前
記多孔質電極上に塗布して、乾燥することにより前記塗
膜を形成する。Further, when the coating film forming composition is a paste-like substance formed by mixing the YZ powder with turpentine oil, the paste-like substance is applied onto the porous electrode in the base layer forming step. Then, the coating film is formed by drying.
【0015】[0015]
【作用】本発明の燃料電池の製造方法によれば、まず、
ジルコニウムプロポキシドのようなジルコニウムアルコ
キシドと、硝酸イットリウム水和物と、前記両化合物を
均質に溶解する1−プロパノールのような第1の溶媒
と、前記両化合物及びその反応生成物を均質に溶解する
2,4−ペンタンジオンのような第2の溶媒を混合して
溶液組成物を調製する。この溶液組成物は、溶液中でジ
ルコニウムアルコキシド及び硝酸イットリウム水和物が
反応してゾルを形成し、更に反応の進行に伴って該ゾル
がゲル化する。According to the method for producing a fuel cell of the present invention, first,
Zirconium alkoxide such as zirconium propoxide, yttrium nitrate hydrate, a first solvent such as 1-propanol that dissolves both compounds homogeneously, and both compounds and reaction products thereof dissolve homogeneously. A solution composition is prepared by mixing a second solvent such as 2,4-pentanedione. In this solution composition, zirconium alkoxide and yttrium nitrate hydrate react with each other in the solution to form a sol, and the sol gels as the reaction progresses.
【0016】そこで、前記ゲルを乾燥した後、粉砕して
粉末とし、該粉末を100〜700℃の範囲の温度で仮
焼した後、さらに粉砕すると、微小な粒子からなるイッ
トリアを含有するジルコニア粉末(YZ粉末)が得られ
る。前記仮焼温度は100℃未満では溶媒等の有機成分
の分解が不十分であり、700℃を超えると得られる粉
末の粒子が大きくなる傾向がある。Then, after drying the gel, it is pulverized into a powder, the powder is calcined at a temperature in the range of 100 to 700 ° C., and then further pulverized to obtain a zirconia powder containing yttria composed of fine particles. (YZ powder) is obtained. If the calcination temperature is lower than 100 ° C, decomposition of organic components such as a solvent is insufficient, and if it exceeds 700 ° C, the particles of the obtained powder tend to be large.
【0017】次に、前記YZ粉末を含む塗膜形成組成物
を調製する。前記塗膜組成物は、前記YZ粉末を溶剤等
に分散させたものであり、前記溶剤は前記YZ粉末を分
散できるものであれば水、無機溶剤、有機溶剤等どのよ
うなものであってもよい。しかし、前記微小な粒子から
なるYZ粉末が分散したときに沈降しにくく、また前記
塗膜組成物を塗布したときに揮発性に優れていることか
ら、好ましくはアルコール系溶剤が用いられ、特に好ま
しくはエタノールが用いられる。また、前記塗膜組成物
は、前記YZ粉末をその原料となる前記溶液組成物から
得られるゾルに分散して懸濁液としてもよく、前記YZ
粉末をテレピン油に混合してペースト状物質としてもよ
い。Next, a coating film forming composition containing the YZ powder is prepared. The coating film composition is prepared by dispersing the YZ powder in a solvent or the like, and the solvent may be water, an inorganic solvent, an organic solvent or the like as long as it can disperse the YZ powder. Good. However, since the YZ powder composed of the fine particles is unlikely to settle when dispersed, and has excellent volatility when the coating composition is applied, an alcohol solvent is preferably used, and particularly preferable. Is ethanol. Further, the coating composition may be a suspension in which the YZ powder is dispersed in a sol obtained from the solution composition as a raw material thereof to form a suspension.
The powder may be mixed with turpentine oil to form a pasty substance.
【0018】次に、前記塗膜組成物を高温固体電解質型
燃料電池の多孔質電極上に塗布すると、前記微小な粒子
からなるYZ粉末が前記多孔質電極表面に形成されてい
る微孔に侵入して該微孔を埋没させた塗膜を形成する。
そして、前記塗膜を焼成すると、前記塗膜組成物に含ま
れるYZ粉末は、前記のように微小な粒子からなるので
極めて緻密な膜を形成する。しかも、前記YZ粉末は、
前記焼成によりYSZになる。Next, when the coating composition is applied onto the porous electrode of the high temperature solid oxide fuel cell, the YZ powder consisting of the fine particles penetrates into the fine pores formed on the surface of the porous electrode. Then, a coating film in which the fine holes are buried is formed.
Then, when the coating film is baked, the YZ powder contained in the coating film composition is composed of the fine particles as described above, and thus forms an extremely dense film. Moreover, the YZ powder is
The firing results in YSZ.
【0019】従って、前記塗膜組成物から形成される膜
だけで、所望の厚さの固体電解質膜を形成してもよい
が、前記塗膜組成物に含まれるYZ粉末は、前記のよう
に微小な粒子からなるので、所要の固体電解質膜を得る
ためには前記塗膜組成物をさらに複数回重ね塗りしなけ
ればならず操作が煩雑になる。Therefore, the solid electrolyte membrane having a desired thickness may be formed only by the film formed from the coating composition, but the YZ powder contained in the coating composition is as described above. Since it consists of fine particles, the coating composition has to be applied more than once in order to obtain the required solid electrolyte membrane, which complicates the operation.
【0020】そこで、本発明の製造方法では、前記塗膜
組成物から形成される膜を下地層とし、該下地層上に前
記YZ粉末の原料となる前記溶液組成物を塗布してゲル
化させ、該ゲルを焼成するすることにより、所要の固体
電解質膜を形成する。Therefore, in the production method of the present invention, a film formed from the coating film composition is used as an underlayer, and the solution composition which is a raw material of the YZ powder is applied onto the underlayer and gelled. By firing the gel, a required solid electrolyte membrane is formed.
【0021】前記下地層形成工程において、前記塗膜組
成物が前記YZ粉末をエタノールに分散してなる懸濁液
であるときには、エタノールが揮発性及び流動性に優れ
た溶媒であるところから、スプレーガン等により前記塗
膜組成物を前記多孔質電極上に吹付け、或いは、滴下し
て乾燥することにより前記塗膜を形成する。或いは、前
記多孔質電極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、乾燥する
方法、前記多孔質電極及び他の電極を前記塗膜形成組成
物に浸漬し、該多孔質電極を陰極として前記他の電極と
の間に直流電流を印加して、前記イットリア含有ジルコ
ニア粉末を前記多孔質電極上に電着させ、乾燥する方法
により前記塗膜を形成する。In the step of forming the undercoat layer, when the coating composition is a suspension prepared by dispersing the YZ powder in ethanol, ethanol is a solvent excellent in volatility and fluidity, and thus sprayed. The coating film composition is formed by spraying the coating film composition onto the porous electrode with a gun or the like, or dropping and drying the composition. Alternatively, a method of immersing the porous electrode in the coating film forming composition and drying it, immersing the porous electrode and other electrodes in the coating film forming composition, and using the porous electrode as a cathode A direct current is applied between the electrode and the electrode to deposit the yttria-containing zirconia powder on the porous electrode, and the coating is formed by a method of drying.
【0022】また、前記塗膜組成物が前記YZ粉末をそ
の原料となる前記溶液組成物から得られるゾルに分散し
てなる懸濁液であるときには、該懸濁液は前記エタノー
ルを溶媒とする懸濁液に比較して粘度が高く、前記多孔
質電極に対する付着量が多くなるので、前記多孔質電極
を前記塗膜形成組成物に浸漬し、乾燥する方法、または
前記多孔質電極及び他の電極を前記塗膜形成組成物に浸
漬し、該多孔質電極を陰極として前記他の電極との間に
直流電流を印加して、前記イットリア含有ジルコニア粉
末を前記多孔質電極上に電着させ、乾燥する方法により
前記塗膜を形成する。或いは、前記塗膜組成物を前記多
孔質電極上に滴下して乾燥することにより前記塗膜を形
成する。When the coating composition is a suspension prepared by dispersing the YZ powder in a sol obtained from the solution composition as a raw material, the suspension uses ethanol as a solvent. Since the viscosity is higher than that of a suspension and the amount attached to the porous electrode is large, a method of immersing the porous electrode in the coating film forming composition and drying, or the porous electrode and other An electrode is immersed in the coating film forming composition, a direct current is applied between the other electrode and the porous electrode as a cathode, and the yttria-containing zirconia powder is electrodeposited on the porous electrode, The coating film is formed by a drying method. Alternatively, the coating film is formed by dropping the coating film composition on the porous electrode and drying.
【0023】また、前記塗膜組成物が前記YZ粉末をテ
レピン油に混合してなるペースト状物質であるときに
は、該ペースト状物質は粘度が極めて高く、前記塗膜組
成物の前記多孔質電極に対して容易に付着するので、該
ペースト状物質を前記多孔質電極上に直接ハケ等で塗布
し、乾燥することにより前記塗膜を形成する。When the coating composition is a paste-like substance formed by mixing the YZ powder with turpentine oil, the paste-like substance has an extremely high viscosity, so that the porous electrode of the coating composition is Since it adheres to the porous electrode easily, the paste-like substance is directly applied onto the porous electrode by a brush or the like and dried to form the coating film.
【0024】[0024]
【実施例1】次に、添付の図面を参照しながら本発明の
燃料電池の製造方法についてさらに詳しく説明する。図
1は本実施例の燃料電池の一構成例を示す説明的断面図
であり、図2は本実施例の塗膜形成組成物に用いるYZ
粉末の粒度分布と仮焼温度との関係を示すグラフであ
り、図3は本実施例の塗膜形成組成物に用いるYZ粉末
の熱分析の結果を示すグラフであり、図4は図1示の下
地層のX線回折の結果を示すグラフであり、図5は本実
施例の燃料電池の他の構成例を示す説明的断面図であ
る。EXAMPLE 1 Next, the method for producing a fuel cell of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing one structural example of the fuel cell of this example, and FIG. 2 is a YZ used for the coating film forming composition of this example.
4 is a graph showing the relationship between the particle size distribution of the powder and the calcination temperature, FIG. 3 is a graph showing the results of thermal analysis of the YZ powder used in the coating film forming composition of this example, and FIG. 4 is shown in FIG. 5 is a graph showing the result of X-ray diffraction of the underlayer of FIG. 5, and FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view showing another configuration example of the fuel cell of this example.
【0025】本実施例で製造する燃料電池は、図1示の
ように、半球形の底部を有する筒状に形成された空気極
1の外側に、YSZからなる下地層2及びYSZからな
る固体電解質膜3を備え、固体電解質膜3のさらに外側
に燃料極4を備える構成となっている。As shown in FIG. 1, the fuel cell manufactured in this example has a base layer 2 made of YSZ and a solid body made of YSZ on the outer side of an air electrode 1 formed in a cylindrical shape having a hemispherical bottom. The electrolyte membrane 3 is provided, and the fuel electrode 4 is provided further outside the solid electrolyte membrane 3.
【0026】次に、図1示の燃料電池の製造方法につい
て説明する。Next, a method of manufacturing the fuel cell shown in FIG. 1 will be described.
【0027】まず、酸化ランタン、二酸化マンガン、炭
酸ストロンチウムをLa:Sr:Mnのモル比が0.
7:0.3:1になるようにして混合、成形して110
0℃で仮焼したのち、粉砕して粉末を得た。次に、得ら
れた粉末に、該粉末に対して30重量%のコーンスター
チを添加、混合したものを図1示の電極形状に成形し、
室温から600℃の温度で加熱して脱脂したのち、さら
に1300℃で焼成して、見かけ気孔率約40%のLa
MnO3 系結晶構造を有する金属酸化物(ランタンスト
ロンチウムマンガナイト)基板として、多孔質の空気極
1を製造した。尚、前記空気極の調製において、前記コ
ーンスターチは焼成により得られる基板を多孔質化する
ために用いられる。First, lanthanum oxide, manganese dioxide, and strontium carbonate are added at a La: Sr: Mn molar ratio of 0.
Mix and mold so that it becomes 7: 0.3: 1 and 110
After calcination at 0 ° C., it was pulverized to obtain a powder. Next, 30% by weight of corn starch was added to and mixed with the obtained powder, and the mixture was molded into an electrode shape shown in FIG.
After degreasing by heating from room temperature to 600 ° C, it is further baked at 1300 ° C to obtain La with an apparent porosity of about 40%.
A porous air electrode 1 was produced as a metal oxide (lanthanum strontium manganite) substrate having a MnO 3 system crystal structure. In the preparation of the air electrode, the corn starch is used to make the substrate obtained by firing porous.
【0028】次に、前記多孔質の空気極1の外側にYS
Zからなる下地層2を形成した。Next, YS is applied to the outside of the porous air electrode 1.
A base layer 2 made of Z was formed.
【0029】本実施例では、前記下地層2を形成するた
めに、下記のようにして調製された塗膜形成組成物を用
いた。本実施例の塗膜形成組成物は、まず、ジルコニウ
ムプロポキシドの1.5M−1−プロパノール溶液に、
2,4−ペンタンジオン(アセチルアセトン)の1.5
M−1−プロパノール溶液を2,4−ペンタンジオンに
対してジルコニウムが2(モル比)の割合で含まれる量
になるように添加、混合し、次いで硝酸イットリウム5
水和物の0.261M−1−プロパノール溶液を前記ジ
ルコニウムプロポキシド溶液と等量混合し、攪拌して溶
液組成物を調製した。前記溶液組成物では、ジルコニウ
ムプロポキシド及び硝酸イットリウム水和物の共通溶媒
として1−プロパノールを用い、溶液を均質化するため
の均質化溶媒として2,4−ペンタンジオンが用いられ
ており、合成後の組成がジルコニア:イットリア=9
2:8(モル比)となるようになっている。In this example, in order to form the underlayer 2, a coating film forming composition prepared as follows was used. The coating film forming composition of this example was prepared by first adding a 1.5 M-1-propanol solution of zirconium propoxide,
1.5 of 2,4-pentanedione (acetylacetone)
The M-1-propanol solution was added and mixed such that zirconium was contained in a ratio of 2 (molar ratio) to 2,4-pentanedione, and then mixed with yttrium nitrate 5
A 0.261M-1-propanol solution of the hydrate was mixed with the zirconium propoxide solution in an equal amount and stirred to prepare a solution composition. In the solution composition, 1-propanol is used as a common solvent for zirconium propoxide and yttrium nitrate hydrate, and 2,4-pentanedione is used as a homogenizing solvent for homogenizing the solution. Composition of zirconia: yttria = 9
The ratio is 2: 8 (molar ratio).
【0030】前記溶液組成物は、攪拌を続けると、溶液
中でジルコニウムアルコキシドが硝酸イットリウムの結
晶水、あるいは空気中の水蒸気の混入によって加水分解
し、重合することにより、まずジルコニウム及びイット
リウムの酸化物または水酸化物の微粒子またはイオンが
溶解したゾルが形成される。前記ゾルは、更に攪拌を続
けることにより、反応が進行してゲル化する。When the solution composition is continuously stirred, the zirconium alkoxide is hydrolyzed and polymerized in the solution by mixing the crystal water of yttrium nitrate or water vapor in the air to polymerize the zirconium alkoxide. Alternatively, a sol in which hydroxide particles or ions are dissolved is formed. When the sol is further stirred, the reaction proceeds and gels.
【0031】そこで、次に、前記溶液組成物から得られ
たゲルを100℃程度で乾燥し、得られた固形物を乳鉢
で粉砕して粉末にした。次いで、該粉末を100〜70
0℃の範囲の温度で仮焼し、乳鉢で粉砕することによ
り、イットリア含有ジルコニア粉末(YZ粉末)を得
た。Then, next, the gel obtained from the solution composition was dried at about 100 ° C., and the obtained solid substance was pulverized in a mortar into powder. The powder is then added to 100-70
The yttria-containing zirconia powder (YZ powder) was obtained by calcination at a temperature in the range of 0 ° C. and crushing in a mortar.
【0032】本実施例で用いる塗膜形成組成物は、図1
示の多孔質からなる空気極1の表面の微孔を埋没させて
下地層2を形成するために、粒子径が小さいことが望ま
しく、図2に示すように、前記温度範囲、特に700℃
で仮焼することにより、中心粒子径の小さいYZ粉末が
得られるが、700℃を超えると中心粒子径が大きくな
る傾向がある。The coating film forming composition used in this example is shown in FIG.
In order to bury the fine pores on the surface of the air electrode 1 shown in the figure to form the underlayer 2, it is desirable that the particle size is small. As shown in FIG.
Although YZ powder having a small center particle size can be obtained by calcining at, the center particle size tends to increase when the temperature exceeds 700 ° C.
【0033】また、前記YZ粉末は、図3に示す熱分析
の熱重量測定(TG)の結果から明らかなように、その
重量は400℃までに急激に減少し、温度が400℃を
超えると緩やかに減少している。これを図3に示す熱分
析の示差熱分析(DTA)の結果から見ると、240℃
付近に溶媒等の有機成分の熱分解によると思われる発熱
のピークがあり、300〜350℃付近にイットリア及
びジルコニアの結晶化によると思われるブロードなピー
クがある。従って、前記YZ粉末は、YSZに至らず、
溶媒などの有機成分を含む混合物と考えられる。Further, as is clear from the results of thermogravimetric measurement (TG) in the thermal analysis shown in FIG. 3, the YZ powder had its weight rapidly decreased up to 400 ° C., and when the temperature exceeded 400 ° C. It is decreasing gradually. From the result of the differential thermal analysis (DTA) of the thermal analysis shown in FIG.
There is an exothermic peak that is considered to be due to thermal decomposition of an organic component such as a solvent, and a broad peak that is considered to be due to crystallization of yttria and zirconia near 300 to 350 ° C. Therefore, the YZ powder does not reach YSZ,
It is considered to be a mixture containing organic components such as a solvent.
【0034】次に、前記YZ粉末3〜4gをエタノール
100ml中に投入し、容器ごと超音波洗浄機に入れて
約3分間超音波を放射して超音波分散させた後、さらに
マグネティック・スターラーで約10分間攪拌した。攪
拌後、約10分間静置して大きな粒子を沈降させること
により、第1の塗膜形成組成物として、前記YZ粉末の
微小な粒子がエタノールに懸濁している上澄み液を得
た。Next, 3 to 4 g of the YZ powder was put into 100 ml of ethanol, and the container was placed in an ultrasonic cleaner to irradiate ultrasonic waves for about 3 minutes to disperse the ultrasonic waves, and then a magnetic stirrer was used. Stir for about 10 minutes. After stirring, the mixture was allowed to stand for about 10 minutes to settle large particles, whereby a supernatant liquid in which the fine particles of the YZ powder were suspended in ethanol was obtained as the first coating film-forming composition.
【0035】本実施例の製造方法では、次に、前記空気
極1をホット・プレートで100℃程度に加熱し、その
外側の表面上に前記第1の塗膜形成組成物をスポイトで
滴下して、乾燥させる操作を数回繰り返した後、100
0〜1300℃で1時間焼成することにより、厚さ約3
μmの下地層2を形成した。In the manufacturing method of the present embodiment, next, the air electrode 1 is heated to about 100 ° C. with a hot plate, and the first coating film forming composition is dropped on the outer surface thereof with a dropper. Then, after drying several times, 100
By firing at 0 to 1300 ° C for 1 hour, the thickness is about 3
A base layer 2 having a thickness of μm was formed.
【0036】次に、前記下地層2の外側に、YSZから
なる固体電解質膜3を形成した。固体電解質膜3の形成
は、まず、前記下地層2が形成された空気極1を、前記
YZ粉末の原料の溶液組成物のゾルをコーティング溶液
組成物として、該コーティング溶液組成物に浸漬し、そ
の表面に該コーティング溶液を付着、ゲル化させた。前
記浸漬は、空気極1を前記コーティング溶液組成物から
引き上げる際の引き上げ速度を0.05mm/秒以上と
することにより、適量のコーティング溶液が付着する。
前記浸漬は目的とする固体電解質膜3を得るために1〜
30回程度行うことが好ましく、特に3μm程度の固体
電解質膜3を得るためには20回程度行うことが好まし
い。Next, a solid electrolyte membrane 3 made of YSZ was formed on the outside of the underlayer 2. To form the solid electrolyte membrane 3, first, the air electrode 1 on which the underlayer 2 is formed is dipped in the coating solution composition by using the sol of the solution composition of the raw material of the YZ powder as the coating solution composition, The coating solution was attached to the surface and gelled. In the immersion, an appropriate amount of the coating solution is attached by setting the pulling rate when pulling up the air electrode 1 from the coating solution composition to be 0.05 mm / sec or more.
The dipping is performed in order to obtain the desired solid electrolyte membrane 3.
It is preferably performed about 30 times, and particularly preferably about 20 times in order to obtain the solid electrolyte membrane 3 having a thickness of about 3 μm.
【0037】次に、その表面で前記コーティング溶液が
ゲル化した空気極1を、室温から1.6℃/秒以下の昇
温速度で500℃に昇温して10分間仮焼したのち、1
000〜1300℃に昇温して5時間本焼し、冷却する
ことにより、YSZからなる緻密な固体電解質膜3を形
成した。前記固体電解質膜3を形成する操作をさらに数
回繰り返して行うことにより、最終的に厚さ約10μm
の固体電解質膜3を備える空気極1が得られた。Next, the air electrode 1 having the coating solution gelled on its surface is heated from room temperature to 500 ° C. at a temperature rising rate of 1.6 ° C./sec or less and calcined for 10 minutes, and then 1
The dense solid electrolyte membrane 3 made of YSZ was formed by heating to 000 to 1300 ° C., firing for 5 hours, and cooling. By repeating the operation of forming the solid electrolyte membrane 3 several more times, the final thickness is about 10 μm.
The air electrode 1 provided with the solid electrolyte membrane 3 was obtained.
【0038】次に、前記固体電解質膜3のさらに外側に
燃料極4を形成し、燃料電池を完成した。燃料極4は、
まず、中心粒径1μmのニッケル粉末と、中心粒径2μ
mのイットリアとジルコニアとのモル比が8:92とな
っているYSZ粉末とを、重量比4:6で混合し、得ら
れた混合物に、該混合物に対して30重量%のコーンス
ターチを添加、混合したものを、前記固体電解質膜3の
外側に塗布して電極形状に成形し、1400℃で2時間
焼成して見かけ気孔率約35.3%のNiO−YSZ基
板を得た。次に、該NiO−YSZ基板をカーボン共存
下に1000℃で1時間焼成することによりNiOを還
元して多孔質Ni−YSZサーメット基板とし、これを
燃料極4とした。尚、燃料極4は白金ペーストの電極と
してもよい。Next, the fuel electrode 4 was formed further outside the solid electrolyte membrane 3 to complete the fuel cell. Fuel electrode 4
First, a nickel powder having a central particle size of 1 μm and a central particle size of 2 μm
YSZ powder having a molar ratio of yttria of m to zirconia of 8:92 was mixed in a weight ratio of 4: 6, and 30% by weight of corn starch was added to the resulting mixture, The mixed material was applied to the outside of the solid electrolyte membrane 3 to form an electrode shape, and baked at 1400 ° C. for 2 hours to obtain a NiO-YSZ substrate having an apparent porosity of about 35.3%. Next, the NiO-YSZ substrate was fired at 1000 ° C. for 1 hour in the coexistence of carbon to reduce NiO to form a porous Ni-YSZ cermet substrate, which was used as a fuel electrode 4. The fuel electrode 4 may be a platinum paste electrode.
【0039】尚、空気極1と燃料極4との配置は逆であ
ってもよく、このときには、半球形の底部を有する筒状
に形成された燃料極4の外側に、焼成温度を1200〜
1400℃とする以外は前記と同様にしてYSZからな
る下地層2及びYSZからなる固体電解質膜3を形成
し、固体電解質膜3のさらに外側に空気極1を形成する
ことにより燃料電池が得られる。The arrangement of the air electrode 1 and the fuel electrode 4 may be reversed. At this time, the firing temperature is 1200 to outside the fuel electrode 4 which is formed in a cylindrical shape having a hemispherical bottom.
A fuel cell is obtained by forming a base layer 2 made of YSZ and a solid electrolyte membrane 3 made of YSZ and forming an air electrode 1 further outside the solid electrolyte membrane 3 in the same manner as above except that the temperature is set to 1400 ° C. .
【0040】前記のようにして、下地層2及び固体電解
質膜3が形成された燃料電池は、800℃以上で0.3
W/cm2 以上の出力が得られた。The fuel cell having the underlayer 2 and the solid electrolyte membrane 3 formed as described above has a temperature of 800 ° C. or higher of 0.3.
An output of W / cm 2 or more was obtained.
【0041】[0041]
【実施例2】本実施例では、実施例1で得られた第1の
塗膜形成組成物に図1示の空気極1または燃料極4を浸
漬し、その外側の表面に該塗膜形成組成物を付着させ、
常温で乾燥し、500℃で10分間仮焼して冷却する操
作を数回繰り返した後、所定の焼成温度で1時間焼成す
ることにより、厚さ約3μmの下地層2を形成した以外
は、実施例1と同様にして厚さ約10μmの固体電解質
膜3を備える燃料電池を得た。尚、前記焼成温度は、空
気極1の表面に下地層2を形成する場合には1000〜
1300℃であり、燃料極4の表面に下地層2を形成す
る場合には1200〜1400℃である。前記のように
して、下地層2及び固体電解質膜3が形成された燃料電
池は、800℃以上で0.3W/cm2 以上の出力が得
られた。Example 2 In this example, the air electrode 1 or the fuel electrode 4 shown in FIG. 1 was dipped in the first coating film-forming composition obtained in Example 1 to form the coating film on the outer surface thereof. Deposit the composition,
After repeating the operation of drying at room temperature, calcining at 500 ° C. for 10 minutes and cooling several times, and then calcining at a predetermined calcining temperature for 1 hour, the underlayer 2 having a thickness of about 3 μm was formed. A fuel cell including a solid electrolyte membrane 3 having a thickness of about 10 μm was obtained in the same manner as in Example 1. The firing temperature is 1000 to 1,000 when the underlayer 2 is formed on the surface of the air electrode 1.
The temperature is 1300 ° C, and the temperature is 1200 to 1400 ° C when the underlayer 2 is formed on the surface of the fuel electrode 4. As described above, the fuel cell on which the underlayer 2 and the solid electrolyte membrane 3 were formed could obtain an output of 0.3 W / cm 2 or more at 800 ° C. or more.
【0042】[0042]
【実施例3】本実施例では、実施例1で得られた第1の
塗膜形成組成物を、ホット・プレートで100℃程度に
加熱した図1示の空気極1または燃料極4の外側の表面
に塗装用スプレー・ガンを用いて噴霧し、乾燥後、所定
の焼成温度で1時間焼成することにより、厚さ約3μm
の下地層2を形成した以外は、実施例1と同様にして厚
さ約10μmの固体電解質膜3を備える燃料電池を得
た。前記のようにして、下地層2及び固体電解質膜3が
形成された燃料電池は、800℃以上で0.3W/cm
2 以上の出力が得られた。Example 3 In this example, the first coating film-forming composition obtained in Example 1 was heated to about 100 ° C. on a hot plate to the outside of the air electrode 1 or the fuel electrode 4 shown in FIG. The surface is sprayed with a spray gun for painting, dried, and baked at a specified baking temperature for 1 hour to give a thickness of approximately 3 μm.
A fuel cell including a solid electrolyte membrane 3 having a thickness of about 10 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the underlayer 2 was formed. The fuel cell on which the underlayer 2 and the solid electrolyte membrane 3 are formed as described above is 0.3 W / cm at 800 ° C. or higher.
More than 2 outputs were obtained.
【0043】[0043]
【実施例4】本実施例では、実施例1で得られた第1の
塗膜形成組成物を収容した容器に、ニッケル線をコイル
状に巻いた電極を浸漬し、該コイル状電極の内側に図1
示の空気極1または燃料極4の周囲にニッケル線をコイ
ル状に巻いたものを浸漬して、前記コイル状電極を陽
極、空気極1または燃料極4を陰極として、0.2〜1
mA、30Vの直流定電流を5〜10分間通電して、空
気極1または燃料極4の外側の表面にYZ粉末の粒子を
電着させ、乾燥後、所定の焼成温度で1時間焼成するこ
とにより、厚さ約3μmの下地層2を形成した以外は、
実施例1と同様にして厚さ約10μmの固体電解質膜3
を備える燃料電池を得た。前記のようにして、下地層2
及び固体電解質膜3が形成された燃料電池は、800℃
以上で0.3W/cm2 以上の出力が得られた。Example 4 In this example, an electrode formed by winding a nickel wire into a coil was immersed in a container containing the first coating film-forming composition obtained in Example 1, and the inside of the coiled electrode was immersed. To Figure 1
A nickel wire wound in a coil around the air electrode 1 or the fuel electrode 4 shown in the figure is immersed, and the coiled electrode is used as an anode, and the air electrode 1 or the fuel electrode 4 is used as a cathode.
A constant DC current of 30 mA at 30 mA is applied for 5 to 10 minutes to electrodeposit YZ powder particles on the outer surface of the air electrode 1 or the fuel electrode 4, and after drying, calcination is performed at a predetermined calcination temperature for 1 hour. Except that the underlayer 2 having a thickness of about 3 μm is formed by
A solid electrolyte membrane 3 having a thickness of about 10 μm as in Example 1
A fuel cell having Underlayer 2 as described above
And the fuel cell on which the solid electrolyte membrane 3 is formed is 800 ° C.
With the above, an output of 0.3 W / cm 2 or more was obtained.
【0044】[0044]
【実施例5】本実施例では、実施例1で得られたYZ粉
末3〜4gを、該YZ粉末の原料の溶液組成物のゾル1
00ml中に投入し、容器ごと超音波洗浄機に入れて約
3分間超音波を放射して超音波分散させた後、さらにマ
グネティック・スターラーで約10分間攪拌した。攪拌
後、約10分間静置して大きな粒子を沈降させることに
より、第2の塗膜形成組成物として、前記YZ粉末の微
小な粒子が前記ゾルに懸濁している上澄み液を得た。
尚、前記ゾルのジルコニウムポロポキシドの濃度は0.
6M以下であることが望ましく、それを超えると前記第
2の塗膜形成組成物から得られた下地層2に亀裂(クラ
ック)が生じやすくなる。[Embodiment 5] In this embodiment, 3 to 4 g of the YZ powder obtained in Embodiment 1 is used as a sol 1 of a solution composition as a raw material of the YZ powder.
The mixture was put into an amount of 00 ml, and the whole container was placed in an ultrasonic cleaner to radiate ultrasonic waves for about 3 minutes to disperse the ultrasonic waves, and then stirred with a magnetic stirrer for about 10 minutes. After stirring, the mixture was allowed to stand for about 10 minutes to settle large particles, whereby a supernatant liquid in which fine particles of the YZ powder were suspended in the sol was obtained as a second coating film forming composition.
The concentration of zirconium poropoxide in the sol was 0.
It is preferably 6 M or less, and when it is more than 6 M, cracks are likely to occur in the underlayer 2 obtained from the second coating film forming composition.
【0045】本実施例では、図1示の空気極1または燃
料極4をホット・プレートで100℃程度に加熱し、そ
の上に前記第2の塗膜形成組成物をスポイトで滴下し
て、乾燥させる操作を数回繰り返した後、所定の焼成温
度で1時間焼成することにより、厚さ約3μmの下地層
2を形成した以外は、実施例1と同様にして厚さ約10
μmの固体電解質膜3を備える燃料電池を得た。前記の
ようにして、下地層2及び固体電解質膜3が形成された
燃料電池は、800℃以上で0.3W/cm2 以上の出
力が得られた。In this example, the air electrode 1 or the fuel electrode 4 shown in FIG. 1 was heated to about 100 ° C. on a hot plate, and the second coating film forming composition was dropped on it by a dropper, The drying operation was repeated several times, and then the base layer 2 having a thickness of about 3 μm was formed by firing at a predetermined firing temperature for 1 hour.
A fuel cell provided with a solid electrolyte membrane 3 of μm was obtained. As described above, the fuel cell on which the underlayer 2 and the solid electrolyte membrane 3 were formed could obtain an output of 0.3 W / cm 2 or more at 800 ° C. or more.
【0046】尚、本実施例で得られた下地層2のX線回
折測定を行った結果、図4示のパターンが得られた。該
パターンは、イットリアとジルコニアとのモル比が8:
92となっているYSZと一致しており、実施例1で得
られたYZ粉末は前記焼成により結晶化してYSZを形
成することが明らかである。As a result of the X-ray diffraction measurement of the underlayer 2 obtained in this example, the pattern shown in FIG. 4 was obtained. The pattern had a molar ratio of yttria to zirconia of 8:
This is in agreement with YSZ of 92, and it is clear that the YZ powder obtained in Example 1 is crystallized by the above firing to form YSZ.
【0047】[0047]
【実施例6】本実施例では、実施例5で得られた第2の
塗膜形成組成物に図1示の空気極1または燃料極4を浸
漬し、その外側の表面に該塗膜形成組成物を付着させ、
常温で乾燥し、500℃で10分間仮焼して冷却する操
作を数回繰り返した後、所定の焼成温度で1時間焼成す
ることにより、厚さ約3μmの下地層2を形成した以外
は、実施例1と同様にして厚さ約10μmの固体電解質
膜3を備える燃料電池を得た。前記のようにして下地層
2及び固体電解質膜3が形成された燃料電池は、800
℃以上で0.3W/cm2 以上の出力が得られた。Example 6 In this example, the air electrode 1 or the fuel electrode 4 shown in FIG. 1 was immersed in the second coating film-forming composition obtained in Example 5, and the coating film was formed on the outer surface thereof. Deposit the composition,
After repeating the operation of drying at room temperature, calcining at 500 ° C. for 10 minutes and cooling several times, and then calcining at a predetermined calcining temperature for 1 hour, the underlayer 2 having a thickness of about 3 μm was formed. A fuel cell including a solid electrolyte membrane 3 having a thickness of about 10 μm was obtained in the same manner as in Example 1. The fuel cell in which the underlayer 2 and the solid electrolyte membrane 3 are formed as described above is 800
An output of 0.3 W / cm 2 or more was obtained at a temperature of ° C or higher.
【0048】[0048]
【実施例7】本実施例では、実施例5で得られた第2の
塗膜形成組成物を収容した容器に、ニッケル線をコイル
状に巻いた電極を浸漬し、該コイル状電極の内側に図1
示の空気極1または燃料極4の周囲にニッケル線をコイ
ル状に巻いたものを浸漬して、前記コイル状電極を陽
極、空気極1または燃料極4を陰極として、0.2〜1
mA、30Vの直流定電流を5〜10分間通電して、空
気極1または燃料極2の表面にYZ粉末の粒子を電着さ
せ、乾燥後、所定の焼成温度で1時間焼成することによ
り、厚さ約3μmの下地層2を形成した以外は、実施例
1と同様にして厚さ約10μmの固体電解質膜3を備え
る燃料電池を得た。前記のようにして下地層2及び固体
電解質膜3が形成された燃料電池は、800℃以上で
0.3W/cm2 以上の出力が得られた。Example 7 In this example, an electrode formed by winding a nickel wire into a coil was immersed in a container containing the second coating film-forming composition obtained in Example 5, and the inside of the coiled electrode was immersed. To Figure 1
A nickel wire wound in a coil around the air electrode 1 or the fuel electrode 4 shown in the figure is immersed, and the coiled electrode is used as an anode, and the air electrode 1 or the fuel electrode 4 is used as a cathode.
By passing a constant DC current of mA, 30 V for 5 to 10 minutes to electrodeposit YZ powder particles on the surface of the air electrode 1 or the fuel electrode 2, and after drying, firing at a predetermined firing temperature for 1 hour, A fuel cell including a solid electrolyte membrane 3 having a thickness of about 10 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the underlayer 2 having a thickness of about 3 μm was formed. The fuel cell having the underlayer 2 and the solid electrolyte membrane 3 formed as described above provided an output of 0.3 W / cm 2 or more at 800 ° C. or higher.
【0049】[0049]
【実施例8】本実施例では、実施例1で得られたYZ粉
末24gをテレピン油2〜5mlに投入し、よく攪拌し
てペースト状にすることにより、第3の塗膜形成組成物
を得た。Example 8 In this example, 24 g of the YZ powder obtained in Example 1 was added to 2 to 5 ml of turpentine oil and stirred well to form a paste, whereby the third coating film-forming composition was obtained. Obtained.
【0050】本実施例では、図1示の空気極1または燃
料極4に前記第3の塗膜形成組成物をハケ等の塗布し、
熱風で乾燥させる操作を数回繰り返した後、1200〜
1400℃で1時間焼成することにより、厚さ約5μm
の下地層2を形成した以外は、実施例1と同様にして厚
さ約10μmの固体電解質膜3を備える燃料電池を得
た。前記のようにして下地層2及び固体電解質膜3が形
成された燃料電池は、800℃以上で0.3W/cm2
以上の出力が得られた。In this example, the third coating film-forming composition was applied to the air electrode 1 or the fuel electrode 4 shown in FIG.
After repeating the operation of drying with hot air several times, 1200 to
By firing at 1400 ℃ for 1 hour, the thickness is about 5μm
A fuel cell including a solid electrolyte membrane 3 having a thickness of about 10 μm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the underlayer 2 was formed. A fuel cell having the underlayer 2 and the solid electrolyte membrane 3 formed as described above has a temperature of 800 ° C. or higher of 0.3 W / cm 2
The above output was obtained.
【0051】前記各実施例において、前記下地層2を形
成する際の焼成温度は、空気極1の表面に下地層2を形
成する場合には1000〜1300℃であり、燃料極4
の表面に下地層2を形成する場合には1200〜140
0℃である。In each of the examples, the firing temperature for forming the underlayer 2 is 1000 to 1300 ° C. when the underlayer 2 is formed on the surface of the air electrode 1, and the fuel electrode 4 is used.
1200 to 140 when the underlayer 2 is formed on the surface of
0 ° C.
【0052】[0052]
【実施例9】前記各実施例では、図1示のように、半球
形の底部を有する筒状の電池の例について説明している
が、本発明の製造方法は図5示のコイン型電池について
も適用するすることができる。[Embodiment 9] In each of the above embodiments, an example of a cylindrical battery having a hemispherical bottom as shown in FIG. 1 has been described. However, the manufacturing method of the present invention is the coin type battery shown in FIG. Can also be applied.
【0053】次に、図5示のコイン型電池の製造方法に
ついて説明する。まず、実施例1に用いたものと同様の
材料を用い、図5(a)示のように、直径10〜15m
m、厚さ約2〜3mmの円盤形状に成形し、室温から6
00℃の温度で加熱して脱脂したのち、さらに1300
℃で焼成して、実施例1と同様の多孔質の空気極1を製
造し、次に図5(b)示のように、前記多孔質の空気極
1の外側に前記各実施例のいずれかの方法によりYSZ
からなる厚さ約3μmの下地層2を形成する。Next, a method of manufacturing the coin battery shown in FIG. 5 will be described. First, using a material similar to that used in Example 1, as shown in FIG.
m to a disk shape with a thickness of about 2 to 3 mm, from room temperature to 6
After degreasing by heating at a temperature of 00 ° C, further 1300
A porous air electrode 1 similar to that of Example 1 is manufactured by firing at 0 ° C., and then any of the above-mentioned examples is formed outside the porous air electrode 1 as shown in FIG. 5B. By the method YSZ
The underlayer 2 having a thickness of about 3 μm is formed.
【0054】次に、図5(c)示のように、下地層2上
に実施例1と同様にして厚さ約10μmの固体電解質膜
3を形成したのち、得られた円盤状体の下面を図5
(c)に仮想線示する部分まで研磨し、図5(d)示の
ように空気極1を露出させる。前記研磨は、それ自体周
知の方法により行うことができる。Next, as shown in FIG. 5C, a solid electrolyte membrane 3 having a thickness of about 10 μm was formed on the underlayer 2 in the same manner as in Example 1, and the lower surface of the obtained disk-shaped body was formed. Figure 5
The portion shown in phantom in (c) is ground to expose the air electrode 1 as shown in FIG. 5 (d). The polishing can be performed by a method known per se.
【0055】次に、図5(e)示のように、下面側に空
気極1が露出した円盤状体の固体電解質膜3上に、実施
例1と同様にして見かけ気孔率約35.3%のNiO−
YSZ基板4aを焼き付ける。NiO−YSZ基板4a
は、カーボン共存下に1000℃で1時間焼成すること
によりNiOが還元され、図5(f)示のように、多孔
質Ni−YSZサーメット基板の燃料極4が得られる。
尚、実施例1と同様に、空気極1と燃料極4との配置は
逆であってもよい。Next, as shown in FIG. 5E, the apparent porosity was about 35.3 on the disk-shaped solid electrolyte membrane 3 with the air electrode 1 exposed on the lower surface side in the same manner as in Example 1. % NiO-
The YSZ substrate 4a is baked. NiO-YSZ substrate 4a
NiO is reduced by firing at 1000 ° C. for 1 hour in the presence of carbon, and the fuel electrode 4 of the porous Ni—YSZ cermet substrate is obtained as shown in FIG.
As in the first embodiment, the air electrode 1 and the fuel electrode 4 may be arranged in reverse.
【0056】前記のようにして、下地層2及び固体電解
質膜3が形成されたコイン型燃料電池は、前記各実施例
と同様に、800℃以上で0.3W/cm2 以上の出力
が得られる。In the coin-type fuel cell having the underlayer 2 and the solid electrolyte membrane 3 formed as described above, an output of 0.3 W / cm 2 or more can be obtained at 800 ° C. or higher as in the above-mentioned respective examples. To be
【0057】[0057]
【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
の製造方法によれば、高温固体電解質型燃料電池の多孔
質電極の上に微小な粒子からなるYZ粉末を含む塗膜形
成組成物により下地層を形成するので、該下地層により
前記多孔質電極の表面の微孔が埋没され、該下地層の上
に前記YZ粉末の原料となる溶液組成物により固体電解
質膜を形成することにより薄く緻密なYSZからなる固
体電解質膜を容易に形成することができる。しかも、前
記下地層自体、焼成によりYSZとなるので、前記固体
電解質膜が前記下地層と一体化して前記多孔質電極上に
確実に密着させることができる。As is apparent from the above, according to the production method of the present invention, a coating film forming composition containing YZ powder consisting of fine particles on the porous electrode of a high temperature solid oxide fuel cell. Since the underlayer is formed by, the micropores on the surface of the porous electrode are buried by the underlayer, and the solid electrolyte membrane is formed on the underlayer with the solution composition as the raw material of the YZ powder. A thin and dense solid electrolyte membrane made of YSZ can be easily formed. Moreover, since the base layer itself becomes YSZ by firing, the solid electrolyte membrane can be integrated with the base layer and can be surely adhered to the porous electrode.
【0058】従って、本発明の製造方法によれば、前記
の様にして薄く緻密な固体電解質膜を形成することによ
り、大出力の燃料電池を提供することができる。Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, by forming the thin and dense solid electrolyte membrane as described above, a high output fuel cell can be provided.
【図1】本発明に係わる高温固体電解質型燃料電池の一
構成例を示す説明的断面図。FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing one structural example of a high temperature solid oxide fuel cell according to the present invention.
【図2】本実施例の塗膜形成組成物に用いるYZ粉末の
粒度分布と仮焼温度との関係を示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the particle size distribution of YZ powder used in the coating film forming composition of this example and the calcination temperature.
【図3】本実施例の塗膜形成組成物に用いるYZ粉末の
熱分析の結果を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing the results of thermal analysis of YZ powder used in the coating film forming composition of this example.
【図4】図1示の下地層のX線回折の結果を示すグラ
フ。FIG. 4 is a graph showing the results of X-ray diffraction of the underlayer shown in FIG.
【図5】本発明に係わる高温固体電解質型燃料電池の他
の構成例を示す説明的断面図。FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view showing another configuration example of the high temperature solid oxide fuel cell according to the present invention.
【図6】従来の高温固体電解質型燃料電池の構成を示す
説明的断面図。FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view showing the structure of a conventional high temperature solid oxide fuel cell.
1,4…多孔質電極、 2…下地層、 3…固体電解質
膜。1, 4 ... Porous electrode, 2 ... Underlayer, 3 ... Solid electrolyte membrane.
Claims (11)
リウム水和物と、前記両化合物を均質に溶解する第1の
溶媒と、前記両化合物及びその反応生成物を均質に溶解
する第2の溶媒とからなる溶液組成物から得られるゲル
を乾燥後、粉砕して粉末とし、該粉末を100〜700
℃の範囲の温度で仮焼した後、さらに粉砕して得られた
イットリア含有ジルコニア粉末を含む塗膜形成組成物に
より、高温固体電解質型燃料電池の多孔質電極上に塗膜
を形成し、該塗膜を焼成してイットリア安定化ジルコニ
アからなる下地層を形成する下地層形成工程と、 前記溶液組成物により、前記下地層上に塗膜を形成し、
該塗膜を乾燥、焼成して、イットリア安定化ジルコニア
からなる緻密な固体電解質膜を形成する固体電解質膜形
成工程とを備えることを特徴とする燃料電池の製造方
法。1. A zirconium alkoxide, yttrium nitrate hydrate, a first solvent that dissolves both compounds in a homogeneous manner, and a second solvent that dissolves both compounds and their reaction products in a homogeneous manner. After drying the gel obtained from the solution composition, it is pulverized into a powder, and the powder is 100-700.
After calcination at a temperature in the range of ° C, a coating film-forming composition containing the yttria-containing zirconia powder obtained by further pulverization forms a coating film on the porous electrode of the high temperature solid oxide fuel cell, A base layer forming step of forming a base layer made of yttria-stabilized zirconia by baking the coating film, and the solution composition, to form a coating film on the base layer,
A solid electrolyte membrane forming step of forming a dense solid electrolyte membrane of yttria-stabilized zirconia by drying and firing the coating film.
ウムプロポキシドであることを特徴とする請求項1記載
の燃料電池の製造方法。2. The method for producing a fuel cell according to claim 1, wherein the zirconium alkoxide is zirconium propoxide.
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の燃料電
池の製造方法。3. The method for producing a fuel cell according to claim 1, wherein the first solvent is 1-propanol.
であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれ
か1項記載の燃料電池の製造方法。4. The method for producing a fuel cell according to claim 1, wherein the second solvent is 2,4-pentanedione.
有ジルコニア粉末をアルコール系溶媒に分散してなる懸
濁液であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のい
ずれか1項記載の燃料電池の製造方法。5. The coating film forming composition is a suspension obtained by dispersing the yttria-containing zirconia powder in an alcoholic solvent, according to any one of claims 1 to 4. Of manufacturing a fuel cell of.
物を前記多孔質電極上に吹付け、乾燥することにより前
記塗膜を形成することを特徴とする請求項5記載の燃料
電池の製造方法。6. The fuel cell according to claim 5, wherein in the step of forming the underlayer, the coating film is formed by spraying the coating film forming composition onto the porous electrode and drying. Manufacturing method.
有ジルコニア粉末を前記溶液組成物から得られるゾルに
分散してなる懸濁液であることを特徴とする請求項1乃
至請求項4のいずれか1項記載の燃料電池の製造方法。7. The coating film forming composition is a suspension obtained by dispersing the yttria-containing zirconia powder in a sol obtained from the solution composition. The method for manufacturing a fuel cell according to any one of claims 1.
物を前記多孔質電極上に滴下して、乾燥することにより
前記塗膜を形成することを特徴とする請求項5または請
求項7記載の燃料電池の製造方法。8. The coating film is formed by dropping the coating film forming composition on the porous electrode in the step of forming the underlayer and drying the composition. 7. The method for producing a fuel cell according to 7.
前記塗膜形成組成物に浸漬し、乾燥することにより前記
塗膜を形成することを特徴とする請求項5または請求項
7記載の燃料電池の製造方法。9. The coating film is formed by immersing the porous electrode in the coating film forming composition and drying in the base layer forming step. Of manufacturing a fuel cell of.
及び他の電極を前記塗膜形成組成物に浸漬し、該多孔質
電極を陰極として前記他の電極との間に直流電流を印加
して、前記イットリア含有ジルコニア粉末を前記多孔質
電極上に電着させ、乾燥することにより前記塗膜を形成
することを特徴とする請求項5または請求項7記載の燃
料電池の製造方法。10. In the step of forming the underlayer, the porous electrode and another electrode are immersed in the coating film forming composition, and a direct current is applied between the porous electrode and the other electrode as a cathode. The method for producing a fuel cell according to claim 5 or 7, wherein the yttria-containing zirconia powder is electrodeposited on the porous electrode and dried to form the coating film.
含有ジルコニア粉末をテレピン油に混合してなるペース
ト状物質であり、前記下地層形成工程で、該ペースト状
物質を前記多孔質電極上に塗布して、乾燥することによ
り前記塗膜を形成することを特徴とする請求項1乃至請
求項4のいずれか1項記載の燃料電池の製造方法。11. The coating film forming composition is a paste-like substance formed by mixing the yttria-containing zirconia powder with turpentine oil, and the paste-like substance is formed on the porous electrode in the underlayer forming step. The method for producing a fuel cell according to claim 1, wherein the coating film is formed by applying and drying.
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JP07750395A JP3392976B2 (en) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | Fuel cell manufacturing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0897895A1 (en) * | 1997-08-18 | 1999-02-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for the preparation of a ceramic powder for an electrolyte of a high temperature fuel cell and high temperature fuel cell |
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1995
- 1995-04-03 JP JP07750395A patent/JP3392976B2/en not_active Expired - Fee Related
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EP0897895A1 (en) * | 1997-08-18 | 1999-02-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for the preparation of a ceramic powder for an electrolyte of a high temperature fuel cell and high temperature fuel cell |
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