JPH09139220A - 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Info
- Publication number
- JPH09139220A JPH09139220A JP7297985A JP29798595A JPH09139220A JP H09139220 A JPH09139220 A JP H09139220A JP 7297985 A JP7297985 A JP 7297985A JP 29798595 A JP29798595 A JP 29798595A JP H09139220 A JPH09139220 A JP H09139220A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- thermal expansion
- base material
- mgo
- expansion coefficient
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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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
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 YSZ固体電解質電気化学セルの基体材に関
する。 【解決手段】 YSZを固体電解質とする電気化学セル
の基体材であって、30〜50vol%のMgOを含む
MgAl2 O4 よりなる固体電解質型電気化学セルの基
体材。
する。 【解決手段】 YSZを固体電解質とする電気化学セル
の基体材であって、30〜50vol%のMgOを含む
MgAl2 O4 よりなる固体電解質型電気化学セルの基
体材。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は円筒状又は平板状固
体電解質型燃料電池や高温固体電解質型水蒸気電解装置
のような固体電解質型電気化学セルの基体材に関する。
体電解質型燃料電池や高温固体電解質型水蒸気電解装置
のような固体電解質型電気化学セルの基体材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の固体電解質電気化学セルの基体材
はCaOで完全に安定化したZrO2を用いていた。
はCaOで完全に安定化したZrO2を用いていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以下、固体電解質型電
気化学セルの例として、固体電解質型燃料電池を例に採
って説明する。固体電解質型燃料電池は900℃以上の
高温で発電するシステムであるが、各構成膜が異種材質
であることから熱膨張係数が異なり、定期検査等で本シ
ステムを常温に降ろ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。燃料電池構成膜で最も重要
な膜は固体電解質(Y2 O3 で完全に安定化したZrO
2 :以下YSZという)であり、この膜に応力を発生さ
せないためには、基体管の熱膨張係数が固体電解質と一
致していればよい。ところが、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、
YSZ固体電解質が10.5×10-6/Kであるので
1.0×10-6/Kの熱膨張率差がある。
気化学セルの例として、固体電解質型燃料電池を例に採
って説明する。固体電解質型燃料電池は900℃以上の
高温で発電するシステムであるが、各構成膜が異種材質
であることから熱膨張係数が異なり、定期検査等で本シ
ステムを常温に降ろ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。燃料電池構成膜で最も重要
な膜は固体電解質(Y2 O3 で完全に安定化したZrO
2 :以下YSZという)であり、この膜に応力を発生さ
せないためには、基体管の熱膨張係数が固体電解質と一
致していればよい。ところが、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、
YSZ固体電解質が10.5×10-6/Kであるので
1.0×10-6/Kの熱膨張率差がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は降温時のセルの
損傷をなくすために、YSZ固体電解質の熱膨張係数に
近づけた基体材を提供するものであって、Y2 O3 で完
全に安定化されたZrO2 を固体電解質とする電気化学
セルの基体材であって、30〜50vol%のMgOを
含むMgAl2 O4 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。
損傷をなくすために、YSZ固体電解質の熱膨張係数に
近づけた基体材を提供するものであって、Y2 O3 で完
全に安定化されたZrO2 を固体電解質とする電気化学
セルの基体材であって、30〜50vol%のMgOを
含むMgAl2 O4 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。
【0005】本発明の基体材は熱膨張係数が9.0×1
0-6/Kと低いMgAl2 O4 に熱膨張係数が12×1
0-6/Kと大きいMgOを添加して、YSZ固体電解質
のそれに近づけたものである。MgAl2 O4 に対する
MgOの添加量が30vol%未満では効果が認められ
ず、添加量が50vol%より多いと逆に割れが発生
し、電気化学セル性能の低下率も大きくなる。本発明の
基体材におけるMgAl 2 O4 はZrO2 系材料に比較
して安価であるばかりでなく、本発明の基体材は電気化
学セルにおいて接触する他の構成材料と反応性が低いと
いう特徴がある。
0-6/Kと低いMgAl2 O4 に熱膨張係数が12×1
0-6/Kと大きいMgOを添加して、YSZ固体電解質
のそれに近づけたものである。MgAl2 O4 に対する
MgOの添加量が30vol%未満では効果が認められ
ず、添加量が50vol%より多いと逆に割れが発生
し、電気化学セル性能の低下率も大きくなる。本発明の
基体材におけるMgAl 2 O4 はZrO2 系材料に比較
して安価であるばかりでなく、本発明の基体材は電気化
学セルにおいて接触する他の構成材料と反応性が低いと
いう特徴がある。
【0006】固体電解室型電気化学セルの基体管は20
%以上の気孔率が必要であり、このため原料粒径は粗粒
を混合する必要がある。粗粒の添加は焼結時の収縮を抑
制し、気孔率を低減させない作用がある。一般的には、
粗粒の大きさ(本発明ではMgAl2 O4 )の範囲は5
〜30μm程度である。微粒の大きさ(本発明ではMg
O)の範囲は0.5〜3μm程度である。また、基体管
の製造方法としては、管形状の成形に優れた押出成形法
か、あるいは静水圧プレス法が用いられる。成形の後
に、高温電気炉又はガス炉のような焼成装置で焼結す
る。固体電解質型電気化学セルのマニホールドとして
は、95%以上の相対密度(気孔率が5%以下)が必要
である。このため一般的に原料の粒径は微粒のみの構成
となる。一般的には、両方の原料(MgAl2 O4 とM
gO)とも2μm以下になる。成形法は金型プレス成形
や静水圧プレス法あるいは鋳込成形法が用いられる。マ
ニホールドも、基体管同様に成形の後に、高温電気炉又
はガス炉のような焼成装置で焼結する。
%以上の気孔率が必要であり、このため原料粒径は粗粒
を混合する必要がある。粗粒の添加は焼結時の収縮を抑
制し、気孔率を低減させない作用がある。一般的には、
粗粒の大きさ(本発明ではMgAl2 O4 )の範囲は5
〜30μm程度である。微粒の大きさ(本発明ではMg
O)の範囲は0.5〜3μm程度である。また、基体管
の製造方法としては、管形状の成形に優れた押出成形法
か、あるいは静水圧プレス法が用いられる。成形の後
に、高温電気炉又はガス炉のような焼成装置で焼結す
る。固体電解質型電気化学セルのマニホールドとして
は、95%以上の相対密度(気孔率が5%以下)が必要
である。このため一般的に原料の粒径は微粒のみの構成
となる。一般的には、両方の原料(MgAl2 O4 とM
gO)とも2μm以下になる。成形法は金型プレス成形
や静水圧プレス法あるいは鋳込成形法が用いられる。マ
ニホールドも、基体管同様に成形の後に、高温電気炉又
はガス炉のような焼成装置で焼結する。
【0007】
○基体管の製造例 基体管のセラミックス原料として平均粒径30μmのM
gAl2 O4 と平均粒径0.8μmのMgO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
としてメチルセルロース、グリセリン、水さらに潤滑剤
としてステアリン酸エマルジョンを用いた。それぞれの
助剤はセラミックス原料100重量部に対してそれぞれ
4重量部、5重量部、10重量部、0.2重量部であ
る。また、ステアリン酸エマルジョンは固形分濃度が1
5wt%で平均粒径5μmで分散剤では水である。はじ
めに任意の割合にMgAl2 O4 とMgOとメチルセル
ロースを計量し、高速ミキサーに入れ3分間混合する。
次に水、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分間混合する。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形状(長さ:100
0mm、径:21mm、肉厚:2mm)に成形する。成
形後60℃で24時間乾燥し、ガス炉を用いて1650
℃で4時間焼成した。
gAl2 O4 と平均粒径0.8μmのMgO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
としてメチルセルロース、グリセリン、水さらに潤滑剤
としてステアリン酸エマルジョンを用いた。それぞれの
助剤はセラミックス原料100重量部に対してそれぞれ
4重量部、5重量部、10重量部、0.2重量部であ
る。また、ステアリン酸エマルジョンは固形分濃度が1
5wt%で平均粒径5μmで分散剤では水である。はじ
めに任意の割合にMgAl2 O4 とMgOとメチルセル
ロースを計量し、高速ミキサーに入れ3分間混合する。
次に水、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分間混合する。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形状(長さ:100
0mm、径:21mm、肉厚:2mm)に成形する。成
形後60℃で24時間乾燥し、ガス炉を用いて1650
℃で4時間焼成した。
【0008】○円筒型固体電解質型燃料電池における前
記基体管の性状 焼成後の基体管は熱膨張係数の測定と、溶射法によりY
SZ固体電解質型燃料電池を構成し、これらのセルにつ
いて発電温度と室温の昇降温を5回行い、セル性能の変
化を調査した。その結果を表1に示す。表1には本発明
の効果を明確にするために本発明外の比較例も併せて示
す。表1より基体管のMgO比率が高くなると熱膨張係
数が大きくなり、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M
gO比率が50%を越えると固体電解質型燃料電池の昇
降温の劣化率が急激に悪化することが判る。
記基体管の性状 焼成後の基体管は熱膨張係数の測定と、溶射法によりY
SZ固体電解質型燃料電池を構成し、これらのセルにつ
いて発電温度と室温の昇降温を5回行い、セル性能の変
化を調査した。その結果を表1に示す。表1には本発明
の効果を明確にするために本発明外の比較例も併せて示
す。表1より基体管のMgO比率が高くなると熱膨張係
数が大きくなり、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M
gO比率が50%を越えると固体電解質型燃料電池の昇
降温の劣化率が急激に悪化することが判る。
【0009】
【表1】
【0010】
【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。これは基体管
材質の熱膨張係数をYSZ固体電解質のそれに近づけら
れ、これによって昇降温時のYSZ固体電解質に発生す
る歪みを低減できるからである。また、基体管セラミッ
クス原料を高価なZrO2 から変更することで、安価な
基体管を提供できる。
の昇降温後の劣化率を著しく低減できた。これは基体管
材質の熱膨張係数をYSZ固体電解質のそれに近づけら
れ、これによって昇降温時のYSZ固体電解質に発生す
る歪みを低減できるからである。また、基体管セラミッ
クス原料を高価なZrO2 から変更することで、安価な
基体管を提供できる。
Claims (1)
- 【請求項1】 Y2 O3 で完全に安定化されたZrO2
を固体電解質とする電気化学セルの基体材であって、3
0〜50vol%のMgOを含むMgAl2O4 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7297985A JPH09139220A (ja) | 1995-11-16 | 1995-11-16 | 固体電解質型電気化学セルの基体材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7297985A JPH09139220A (ja) | 1995-11-16 | 1995-11-16 | 固体電解質型電気化学セルの基体材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09139220A true JPH09139220A (ja) | 1997-05-27 |
Family
ID=17853648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7297985A Withdrawn JPH09139220A (ja) | 1995-11-16 | 1995-11-16 | 固体電解質型電気化学セルの基体材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09139220A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004077598A1 (de) * | 2003-02-28 | 2004-09-10 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Elektrolyt für eine hochtemperatur-brennstoffzelle sowie dessen herstellung und verwendung |
JP2005340164A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-12-08 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池の支持基体 |
JP2013114979A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物型燃料電池 |
-
1995
- 1995-11-16 JP JP7297985A patent/JPH09139220A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004077598A1 (de) * | 2003-02-28 | 2004-09-10 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Elektrolyt für eine hochtemperatur-brennstoffzelle sowie dessen herstellung und verwendung |
JP2005340164A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-12-08 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池の支持基体 |
JP2013114979A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物型燃料電池 |
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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: 20030204 |