JPH0845529A - 平板型固体電解質燃料電池の作製法 - Google Patents
平板型固体電解質燃料電池の作製法Info
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- JPH0845529A JPH0845529A JP6178557A JP17855794A JPH0845529A JP H0845529 A JPH0845529 A JP H0845529A JP 6178557 A JP6178557 A JP 6178557A JP 17855794 A JP17855794 A JP 17855794A JP H0845529 A JPH0845529 A JP H0845529A
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- Japan
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- solid electrolyte
- green
- fuel cell
- electrode
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
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-
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極の多孔質基板と電解質層のYSZ膜との
接合状態の良好な高性能の平板型固体電解質燃料電池の
作製法を提供すること。 【構成】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気極の
電極を配置した平板状単電池をセパレータを介して積層
した平板型固体電解質燃料電池の作製法において、固体
電解質グリーン膜上に電極成分のグリーン膜を印刷する
段階と、この印刷面に電極成分のグリーン板を接合する
段階と、これらを一緒に焼成する段階とを有する。
接合状態の良好な高性能の平板型固体電解質燃料電池の
作製法を提供すること。 【構成】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気極の
電極を配置した平板状単電池をセパレータを介して積層
した平板型固体電解質燃料電池の作製法において、固体
電解質グリーン膜上に電極成分のグリーン膜を印刷する
段階と、この印刷面に電極成分のグリーン板を接合する
段階と、これらを一緒に焼成する段階とを有する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は支持膜型の平板型固体電
解質燃料電池の作製法に関する。
解質燃料電池の作製法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、例えば酸素と水素等をそれぞれ、
酸化剤および燃料として、燃料が本来持っている化学エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池が、
省資源、環境保護などの観点から注目されている。支持
膜型固体電解質燃料電池は支持膜型平板状単電池と、隣
接する単電池どうしを電気的に直列に接続しかつ各単電
池に燃料ガスと酸化剤ガスとを分配するセパレータとを
交互に積層して複層のスタックとして構成されたもので
ある。平板状単電池は固体電解質層を挟むように燃料極
と空気極の電極を配置したものである。
酸化剤および燃料として、燃料が本来持っている化学エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池が、
省資源、環境保護などの観点から注目されている。支持
膜型固体電解質燃料電池は支持膜型平板状単電池と、隣
接する単電池どうしを電気的に直列に接続しかつ各単電
池に燃料ガスと酸化剤ガスとを分配するセパレータとを
交互に積層して複層のスタックとして構成されたもので
ある。平板状単電池は固体電解質層を挟むように燃料極
と空気極の電極を配置したものである。
【0003】特に、イットリアなどをドープしたジルコ
ニア(以下、YSZと称する)を電解質層として用い、
ランタンクロマイト酸化物等をセパレータとして用いた
平板型固体電解質燃料電池は、低コストでコンパクトで
あり、作動温度が高く、発電効率が良く、かつ高温廃熱
の利用により総合効率が高く、コ・ジェネレーション用
として有利なため研究開発が進んでいる。
ニア(以下、YSZと称する)を電解質層として用い、
ランタンクロマイト酸化物等をセパレータとして用いた
平板型固体電解質燃料電池は、低コストでコンパクトで
あり、作動温度が高く、発電効率が良く、かつ高温廃熱
の利用により総合効率が高く、コ・ジェネレーション用
として有利なため研究開発が進んでいる。
【0004】この燃料電池の電池性能は電池の内部抵
抗、特にその中の構成材料のオーム抵抗により支配され
る。このオーム抵抗損失は抵抗率の最も高いYSZ固体
電解質層を薄くすることで低減が可能となる。また、Y
SZ固体電解質層は電解質支持膜方式の電池を構成する
ことにより、電解質自立方式に比べ大幅に薄膜化が可能
となる。したがって、性能の良い支持膜型固体電解質燃
料電池を構成するためにはNi−YSZサーメットであ
る燃料極板を多孔質基板とするか、もしくはLaMnO
3 からなる空気極板を多孔質基板とし、この上に薄い
(一般的には5〜50ミクロン)酸化物被膜であるYS
Z電解質膜を成膜している。
抗、特にその中の構成材料のオーム抵抗により支配され
る。このオーム抵抗損失は抵抗率の最も高いYSZ固体
電解質層を薄くすることで低減が可能となる。また、Y
SZ固体電解質層は電解質支持膜方式の電池を構成する
ことにより、電解質自立方式に比べ大幅に薄膜化が可能
となる。したがって、性能の良い支持膜型固体電解質燃
料電池を構成するためにはNi−YSZサーメットであ
る燃料極板を多孔質基板とするか、もしくはLaMnO
3 からなる空気極板を多孔質基板とし、この上に薄い
(一般的には5〜50ミクロン)酸化物被膜であるYS
Z電解質膜を成膜している。
【0005】多孔質基板上に酸化物被膜を形成する方法
としては、(1)MOCVD法、EVD法、スパッタリ
ング法、電子ビーム蒸着法等の気相法、(2)スラリー
コート法、スリップキャスト法、電気泳動法等の、あら
かじめ焼成した基板上にYSZ粉を含むスラリーをコー
ティングして焼成する方法、(3)スプレーパイロリシ
ス法、ゾルゲル法、塗布熱分解法等の、溶液を出発原料
としたもの、(4)基板のグリーン(焼成前のものをグ
リーンと称している)上に直接YSZのグリーン膜を作
製し、同時に焼成する共焼結法、がある。
としては、(1)MOCVD法、EVD法、スパッタリ
ング法、電子ビーム蒸着法等の気相法、(2)スラリー
コート法、スリップキャスト法、電気泳動法等の、あら
かじめ焼成した基板上にYSZ粉を含むスラリーをコー
ティングして焼成する方法、(3)スプレーパイロリシ
ス法、ゾルゲル法、塗布熱分解法等の、溶液を出発原料
としたもの、(4)基板のグリーン(焼成前のものをグ
リーンと称している)上に直接YSZのグリーン膜を作
製し、同時に焼成する共焼結法、がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の各種方法には次のような欠点がある。 (1)これらの方法を実施する装置が高価である。 (2)同じ操作を多数回繰り返す必要があり、その結果
高コストとなる。 (3)スプレーパイロリシス法は成膜速度が遅い。 (4)ゾルゲル法、塗布熱分解法は一回の膜厚が0.2
ミクロン程度と薄い。 (5)共焼結法では一回の焼成でよく、低コスト化が図
れるが、基板との接触が良好でない。また、基板のグリ
ーン板上に直接YSZの膜を付けようとすると基板が脆
いため成膜上、種々の制約を受けてしまう。また、グリ
ーンなので溶剤に溶けるためディプコーティング等がで
きない。
うな従来の各種方法には次のような欠点がある。 (1)これらの方法を実施する装置が高価である。 (2)同じ操作を多数回繰り返す必要があり、その結果
高コストとなる。 (3)スプレーパイロリシス法は成膜速度が遅い。 (4)ゾルゲル法、塗布熱分解法は一回の膜厚が0.2
ミクロン程度と薄い。 (5)共焼結法では一回の焼成でよく、低コスト化が図
れるが、基板との接触が良好でない。また、基板のグリ
ーン板上に直接YSZの膜を付けようとすると基板が脆
いため成膜上、種々の制約を受けてしまう。また、グリ
ーンなので溶剤に溶けるためディプコーティング等がで
きない。
【0007】従来の各種方法の最大の問題点は、出来上
がった製品の多孔質基板とYSZ膜とが完全に一体化し
ていないため高性能の電極になりにくいことである。
がった製品の多孔質基板とYSZ膜とが完全に一体化し
ていないため高性能の電極になりにくいことである。
【0008】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、電極の多孔質基板と電解質層のYSZ膜との接合
状態の良好な高性能の平板型固体電解質燃料電池の作製
法を提供することを目的とする。
ので、電極の多孔質基板と電解質層のYSZ膜との接合
状態の良好な高性能の平板型固体電解質燃料電池の作製
法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は例えばYSZで作られた固体電解質層を挟
むように、例えば多孔質基板で作られた燃料極と空気極
の電極を配置した平板状単電池をセパレータを介して積
層した平板型固体電解質燃料電池の作製法において、固
体電解質グリーン膜上に電極成分のグリーン膜を印刷す
る段階と、この印刷面に電極成分のグリーン板を接合す
る段階と、これらを一緒に焼成する段階とを有すること
を特徴とする。
め、本発明は例えばYSZで作られた固体電解質層を挟
むように、例えば多孔質基板で作られた燃料極と空気極
の電極を配置した平板状単電池をセパレータを介して積
層した平板型固体電解質燃料電池の作製法において、固
体電解質グリーン膜上に電極成分のグリーン膜を印刷す
る段階と、この印刷面に電極成分のグリーン板を接合す
る段階と、これらを一緒に焼成する段階とを有すること
を特徴とする。
【0010】また、本発明は固体電解質層を挟むように
燃料極と空気極の電極を配置した平板状単電池をセパレ
ータを介して積層した平板型固体電解質燃料電池の作製
法において、電極成分のグリーン板上に電極成分のグリ
ーン膜を印刷する段階と、この印刷面に固体電解質グリ
ーン膜を接合する段階と、これらを一緒に焼成する段階
とを有することを特徴とする。
燃料極と空気極の電極を配置した平板状単電池をセパレ
ータを介して積層した平板型固体電解質燃料電池の作製
法において、電極成分のグリーン板上に電極成分のグリ
ーン膜を印刷する段階と、この印刷面に固体電解質グリ
ーン膜を接合する段階と、これらを一緒に焼成する段階
とを有することを特徴とする。
【0011】
【作用】YSZのグリーン膜と焼成前の多孔質基板のグ
リーン板を直接接合するのでなく、あらかじめ両者の界
面に高活性の電極成分のグリーン膜を印刷により乗せ、
電解質のYSZ膜をグリーンの状態で確実に電極成分の
多孔質基板に接合させておくので、焼成後も電解質と電
極との接合状態が良くなり、そのため電池性能が向上す
る。
リーン板を直接接合するのでなく、あらかじめ両者の界
面に高活性の電極成分のグリーン膜を印刷により乗せ、
電解質のYSZ膜をグリーンの状態で確実に電極成分の
多孔質基板に接合させておくので、焼成後も電解質と電
極との接合状態が良くなり、そのため電池性能が向上す
る。
【0012】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【0013】図1は多孔質基板上に電解質の膜を形成す
る方法を説明する図である。
る方法を説明する図である。
【0014】図1を参照して本発明の一実施例を説明す
る。
る。
【0015】本発明の方法により作製される支持膜型の
平板型固体電解質燃料電池は、固体電解質層を挟むよう
に燃料極と空気極の電極を配置した電解質支持膜方式の
平板状単電池と、隣接する単電池同志を電気的に直列に
接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを分配す
るセパレータとを交互に積層して複層のスタックとして
構成されたものである。
平板型固体電解質燃料電池は、固体電解質層を挟むよう
に燃料極と空気極の電極を配置した電解質支持膜方式の
平板状単電池と、隣接する単電池同志を電気的に直列に
接続しかつ各単電池に燃料ガスと酸化剤ガスとを分配す
るセパレータとを交互に積層して複層のスタックとして
構成されたものである。
【0016】本発明の方法により、上記支持膜型の平板
型固体電解質燃料電池が次のように作製される。 (1)単電池の電極成分からなる多孔質基板のグリーン
板1を作製する。 (2)単電池の固体電解質層となるYSZのグリーン膜
2を作製する。 (3)YSZのグリーン膜2の上に電極成分のグリーン
膜3をスクリーン印刷する。 (4)印刷された電極成分のグリーン膜3に多孔質基板
のグリーン板1を接合する。電極成分のグリーン膜3は
多孔質基板のグリーン板1と必ずしも同一でない。 (5)多孔質基板のグリーン板1、YSZのグリーン膜
2および電極成分のグリーン膜3を一緒に焼成する。
型固体電解質燃料電池が次のように作製される。 (1)単電池の電極成分からなる多孔質基板のグリーン
板1を作製する。 (2)単電池の固体電解質層となるYSZのグリーン膜
2を作製する。 (3)YSZのグリーン膜2の上に電極成分のグリーン
膜3をスクリーン印刷する。 (4)印刷された電極成分のグリーン膜3に多孔質基板
のグリーン板1を接合する。電極成分のグリーン膜3は
多孔質基板のグリーン板1と必ずしも同一でない。 (5)多孔質基板のグリーン板1、YSZのグリーン膜
2および電極成分のグリーン膜3を一緒に焼成する。
【0017】図2は本発明の方法により作製された平板
型固体電解質燃料電池の発電性能を示す図である。
型固体電解質燃料電池の発電性能を示す図である。
【0018】上述の本発明の方法により作製された平板
型固体電解質燃料電池に酸化剤として空気を、燃料とし
て水素を供給すると、固体電解質層と燃料極の界面およ
び固体電解質層と空気極の界面に反応が起こり、この反
応により両極間に起電力が発生し、負荷に電流が流れ
る。
型固体電解質燃料電池に酸化剤として空気を、燃料とし
て水素を供給すると、固体電解質層と燃料極の界面およ
び固体電解質層と空気極の界面に反応が起こり、この反
応により両極間に起電力が発生し、負荷に電流が流れ
る。
【0019】図2に800、900、1000℃の各試
験温度における電極の単位有効面積当たりの測定値を示
す。この図の鎖線は電流密度(A/cm2 )と発生電圧
(V)の関係を示し、点線は電流密度(A/cm2 )と電
力密度(W/cm2 )の関係を示す。この図2から本発明
の方法に基づいて作られた支持膜型固体電解質燃料電池
は性能の良いことが立証され、特に1000℃で運転す
る場合が1.2W/cm2と高い出力密度を有することが
判明した。
験温度における電極の単位有効面積当たりの測定値を示
す。この図の鎖線は電流密度(A/cm2 )と発生電圧
(V)の関係を示し、点線は電流密度(A/cm2 )と電
力密度(W/cm2 )の関係を示す。この図2から本発明
の方法に基づいて作られた支持膜型固体電解質燃料電池
は性能の良いことが立証され、特に1000℃で運転す
る場合が1.2W/cm2と高い出力密度を有することが
判明した。
【0020】上記実施例はあらかじめ固体電解質グリー
ン膜上に電極成分のグリーン膜を印刷するように説明し
たが、あらかじめ電極成分のグリーン板上に電極成分の
グリーン膜を印刷するように構成しても同様の効果を得
ることができる。
ン膜上に電極成分のグリーン膜を印刷するように説明し
たが、あらかじめ電極成分のグリーン板上に電極成分の
グリーン膜を印刷するように構成しても同様の効果を得
ることができる。
【0021】なお、前に述べたように、平板型固体電解
質燃料電池を構成するためにはNi−YSZサーメット
である燃料極板を多孔質基板とするか、もしくはLaM
nO3 からなる空気極板を多孔質基板とし、この上に薄
い酸化物被膜であるYSZ電解質膜を成膜しているの
で、本発明の方法はこのいずれにも使用することができ
る。
質燃料電池を構成するためにはNi−YSZサーメット
である燃料極板を多孔質基板とするか、もしくはLaM
nO3 からなる空気極板を多孔質基板とし、この上に薄
い酸化物被膜であるYSZ電解質膜を成膜しているの
で、本発明の方法はこのいずれにも使用することができ
る。
【0022】本発明の方法は多孔質基板上に酸化物被膜
を形成する上述の各種従来法の作業工程に応用して好成
績をおさめることができる。
を形成する上述の各種従来法の作業工程に応用して好成
績をおさめることができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明の方法によれ
ば、多孔質基板上に電解質の膜を形成する際に、あらか
じめ電極成分のグリーン膜を固体電解質グリーン膜上に
印刷しておき、その後で両者を接合し、その後で焼成す
るように構成した。換言すればYSZ膜が焼成前にグリ
ーンの状態で確実に電極成分と接合されているため、焼
成後にこれらの間に良好な接合状態が確保され、その結
果電池性能が向上する。
ば、多孔質基板上に電解質の膜を形成する際に、あらか
じめ電極成分のグリーン膜を固体電解質グリーン膜上に
印刷しておき、その後で両者を接合し、その後で焼成す
るように構成した。換言すればYSZ膜が焼成前にグリ
ーンの状態で確実に電極成分と接合されているため、焼
成後にこれらの間に良好な接合状態が確保され、その結
果電池性能が向上する。
【図1】多孔質基板上に電解質の膜を形成する本発明の
方法を説明する図である。
方法を説明する図である。
【図2】本発明の方法により作製された平板型固体電解
質燃料電池の発電性能を示す図である。
質燃料電池の発電性能を示す図である。
1 電極成分のグリーン板 2 YSZのグリーン膜 3 電極成分のグリーン膜
Claims (4)
- 【請求項1】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気
極の電極を配置した平板状単電池をセパレータを介して
積層した平板型固体電解質燃料電池の作製法において、
固体電解質グリーン膜上に電極成分のグリーン膜を印刷
する段階と、この印刷面に電極成分のグリーン板を接合
する段階と、これらを一緒に焼成する段階とを有するこ
とを特徴とする平板型固体電解質燃料電池の作製法。 - 【請求項2】 固体電解質層を挟むように燃料極と空気
極の電極を配置した平板状単電池をセパレータを介して
積層した平板型固体電解質燃料電池の作製法において、
電極成分のグリーン板上に電極成分のグリーン膜を印刷
する段階と、この印刷面に固体電解質グリーン膜を接合
する段階と、これらを一緒に焼成する段階とを有するこ
とを特徴とする平板型固体電解質燃料電池の作製法。 - 【請求項3】 前記固体電解質がYSZで作られ、かつ
前記電極が多孔質基板で作られることを特徴とする請求
項1または請求項2に記載の平板型固体電解質燃料電池
の作製法。 - 【請求項4】 電極成分のグリーン膜と多孔質基板のグ
リーン板との組成が同一または不同であることを特徴と
する請求項1または請求項2に記載の平板型固体電解質
燃料電池の作製法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6178557A JPH0845529A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 平板型固体電解質燃料電池の作製法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6178557A JPH0845529A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 平板型固体電解質燃料電池の作製法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0845529A true JPH0845529A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16050575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6178557A Withdrawn JPH0845529A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 平板型固体電解質燃料電池の作製法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0845529A (ja) |
-
1994
- 1994-07-29 JP JP6178557A patent/JPH0845529A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011002 |