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- Withdrawn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 |