JPH09245816A - 酸素イオン導電性物質膜生成方法および異種の酸素イオン導電性物質間接合方法 - Google Patents
酸素イオン導電性物質膜生成方法および異種の酸素イオン導電性物質間接合方法Info
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- JPH09245816A JPH09245816A JP8054325A JP5432596A JPH09245816A JP H09245816 A JPH09245816 A JP H09245816A JP 8054325 A JP8054325 A JP 8054325A JP 5432596 A JP5432596 A JP 5432596A JP H09245816 A JPH09245816 A JP H09245816A
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 異種酸素イオン導電性物質間の接合に面接触
を用いて、密着性を向上させることにより剥離を防止す
る。 【解決手段】 酸素イオン電導性酸化物であるＳＤＣか
らなる固体電解質１１の一方の側に多孔質の酸素極１２
を設け、他方の側に多孔質の水素極１３を設ける際に、
酸素イオン導電性酸化物の粉体を固体電解質１１に溶融
密着させた保護膜１４を設けてから取り付ける。前記酸
素極１２側の酸素供給室１５には酸素ガスもしくは空気
を流し込むと、酸素極１２で酸素分子は酸素電極の触媒
によって酸素イオンとなる。酸素イオンは固体電解質１
１を拡散しながら水素極１３に達する。水素極１３側に
は水素ガスもしくは天然ガスなどの燃料ガスが燃料ガス
供給室１６に流し込まれていて、固体電解質１１を通過
してきた酸素イオンは水素電極の触媒の助けを借りて燃
料ガスと反応して水蒸気や二酸化炭素となって燃料ガス
中に除去される。
を用いて、密着性を向上させることにより剥離を防止す
る。 【解決手段】 酸素イオン電導性酸化物であるＳＤＣか
らなる固体電解質１１の一方の側に多孔質の酸素極１２
を設け、他方の側に多孔質の水素極１３を設ける際に、
酸素イオン導電性酸化物の粉体を固体電解質１１に溶融
密着させた保護膜１４を設けてから取り付ける。前記酸
素極１２側の酸素供給室１５には酸素ガスもしくは空気
を流し込むと、酸素極１２で酸素分子は酸素電極の触媒
によって酸素イオンとなる。酸素イオンは固体電解質１
１を拡散しながら水素極１３に達する。水素極１３側に
は水素ガスもしくは天然ガスなどの燃料ガスが燃料ガス
供給室１６に流し込まれていて、固体電解質１１を通過
してきた酸素イオンは水素電極の触媒の助けを借りて燃
料ガスと反応して水蒸気や二酸化炭素となって燃料ガス
中に除去される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、酸素イオン導電
性物質膜生成方法および異種の酸素イオン導電性物質間
接合方法に関する。
性物質膜生成方法および異種の酸素イオン導電性物質間
接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】異種の酸素イオン導電性物質（酸化物）
間の接合技術および酸素イオン導電性膜の接合技術は、
現在次に述べるような技術分野で特に活発に研究開発が
行われている。その技術の１つは固体電解質型燃料電池
で、他の１つは高温水蒸気電気分解装置（以下高温水蒸
気電解と称す）である。
間の接合技術および酸素イオン導電性膜の接合技術は、
現在次に述べるような技術分野で特に活発に研究開発が
行われている。その技術の１つは固体電解質型燃料電池
で、他の１つは高温水蒸気電気分解装置（以下高温水蒸
気電解と称す）である。
【０００３】固体電解質型燃料電池の原理構成を示す概
略構成図を図４に示す。図４において、酸素イオン電導
性のある固体電解質４１の図示両側にペロブスカイトか
ら成る多孔質の酸素極４２(空気極)とＮｉサーメットか
ら成る多孔質の水素極４３(燃料極)を取り付ける。酸素
極４２側の酸素供給室４４に酸素ガス（Ｏ2）もしくは
空気を流し込むと、酸素極４２で酸素分子は酸素電極の
触媒作用によって酸素イオン（Ｏ2-）となる。次式にそ
の反応式を示す。
略構成図を図４に示す。図４において、酸素イオン電導
性のある固体電解質４１の図示両側にペロブスカイトか
ら成る多孔質の酸素極４２(空気極)とＮｉサーメットか
ら成る多孔質の水素極４３(燃料極)を取り付ける。酸素
極４２側の酸素供給室４４に酸素ガス（Ｏ2）もしくは
空気を流し込むと、酸素極４２で酸素分子は酸素電極の
触媒作用によって酸素イオン（Ｏ2-）となる。次式にそ
の反応式を示す。
【０００４】 １／２Ｏ2 ＋ ２ｅ- → Ｏ2- …… (１) 酸素イオン（Ｏ2-）は酸素イオン電導性のある固体電解
質４１を拡散しながら水素極４３に達する。水素極４３
側には水素ガスもしくは天然ガスなどの燃料ガスが燃料
ガス供給室４６に流し込まれていて、固体電解質４１を
通過してきた酸素イオン（Ｏ2-）は水素電極の触媒の助
けを借りて燃料ガスと反応して水蒸気や二酸化炭素とな
って燃料ガス中に除去される。次式は酸素イオンが水素
ガスと反応するときの反応式である。
質４１を拡散しながら水素極４３に達する。水素極４３
側には水素ガスもしくは天然ガスなどの燃料ガスが燃料
ガス供給室４６に流し込まれていて、固体電解質４１を
通過してきた酸素イオン（Ｏ2-）は水素電極の触媒の助
けを借りて燃料ガスと反応して水蒸気や二酸化炭素とな
って燃料ガス中に除去される。次式は酸素イオンが水素
ガスと反応するときの反応式である。
【０００５】 Ｈ2 ＋ Ｏ2- → Ｈ2Ｏ ＋ ２ｅ- …… (２) なお、固体電解質４１には酸素イオンは通すけれども、
電子には絶縁である物質が使用される。４７は酸素極４
２と水素極４３に接続された負荷である。
電子には絶縁である物質が使用される。４７は酸素極４
２と水素極４３に接続された負荷である。
【０００６】次に高温水蒸気電解について述べる。高温
水蒸気電電解は高温で水蒸気を電気分解して水素および
酸素を製造する装置で、図５にその装置の原理の概略構
成図を示す。図５において、酸素イオン電導性のある固
体電解質５１の図示両側にＮｉ−ＹＳＺサーメットから
成る多孔質の燃料極５２とペロブスカイトから成る多孔
質の空気極５３とを取り付け、燃料極５２と空気極５３
に図示極性の直流電源５４を接続する。燃料極５２側の
燃料生産室５５に水蒸気を流し込むと、水蒸気は燃料極
５２の触媒によって水素と酸素イオン（Ｏ2-）に分解さ
れ、その酸素イオン（Ｏ2-）は固体電解質５１を通って
空気極５３で酸素分子なって固体電解質５１の外に放出
される。この高温水蒸気電解は、低温の水分解に比べて
理論分解電圧が低く（例えば１０００℃では０.９
Ｖ）、より高効率でクリーンな水素及び酸素製造装置と
して注目されている。次に、燃料極反応を（３）式に、
空気極反応を（４）式に、全体反応を（５）式にそれぞ
れ示す。
水蒸気電電解は高温で水蒸気を電気分解して水素および
酸素を製造する装置で、図５にその装置の原理の概略構
成図を示す。図５において、酸素イオン電導性のある固
体電解質５１の図示両側にＮｉ−ＹＳＺサーメットから
成る多孔質の燃料極５２とペロブスカイトから成る多孔
質の空気極５３とを取り付け、燃料極５２と空気極５３
に図示極性の直流電源５４を接続する。燃料極５２側の
燃料生産室５５に水蒸気を流し込むと、水蒸気は燃料極
５２の触媒によって水素と酸素イオン（Ｏ2-）に分解さ
れ、その酸素イオン（Ｏ2-）は固体電解質５１を通って
空気極５３で酸素分子なって固体電解質５１の外に放出
される。この高温水蒸気電解は、低温の水分解に比べて
理論分解電圧が低く（例えば１０００℃では０.９
Ｖ）、より高効率でクリーンな水素及び酸素製造装置と
して注目されている。次に、燃料極反応を（３）式に、
空気極反応を（４）式に、全体反応を（５）式にそれぞ
れ示す。
【０００７】 Ｈ2Ｏ ＋ ２ｅ- → Ｈ2 ＋ Ｏ2- ……（３） Ｏ2- → １／２Ｏ2 ＋ ２ｅ- ……（４） Ｈ2Ｏ → Ｈ2 ＋ １／２Ｏ2 ……（５）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上述した固体
電解質型燃料電池を例にとって異種の酸素イオン導電性
酸化物間の接合方法における問題点について述べる。酸
化物電解質によく使用される材料は、イットリウム安定
化ジルコニア（以下ＹＳＺと称す）やサマリウムをドー
プしたセリア（以下ＳＤＣと称す）である。また、空気
極の電極によく使用される材料はＬａXＳｒ1-XＭｎＯ3
で、燃料極の電極によく使用される材料はＮｉ−ＹＳＺ
サーメットである。さらに、ＳＤＣを電解質にするとき
は、燃料極側の電極にＳＤＣと水素を直接に接触させな
いように酸化物保護膜を用いる必要がある。通常、上述
した固体電解質型燃料電池の固体電解質の保護膜として
はＹＳＺの薄い膜を使用している。
電解質型燃料電池を例にとって異種の酸素イオン導電性
酸化物間の接合方法における問題点について述べる。酸
化物電解質によく使用される材料は、イットリウム安定
化ジルコニア（以下ＹＳＺと称す）やサマリウムをドー
プしたセリア（以下ＳＤＣと称す）である。また、空気
極の電極によく使用される材料はＬａXＳｒ1-XＭｎＯ3
で、燃料極の電極によく使用される材料はＮｉ−ＹＳＺ
サーメットである。さらに、ＳＤＣを電解質にするとき
は、燃料極側の電極にＳＤＣと水素を直接に接触させな
いように酸化物保護膜を用いる必要がある。通常、上述
した固体電解質型燃料電池の固体電解質の保護膜として
はＹＳＺの薄い膜を使用している。
【０００９】ここで、問題となるのは、固体電解質と電
極の接合および固体電解質と保護膜の接合方法を生産性
良く行うことと、かつ密着性良く行うことである。具体
的な例を、固体電解質と電極との接合方法について述べ
る。第１は融点の高い電極材料を印刷などで固体電解質
に塗布した後、１４００度で焼成する方法、第２は融点
の高い電極材料を溶射によって固体電解質に吹き付け
て、固体電解質と電極との接合を行う方法である。
極の接合および固体電解質と保護膜の接合方法を生産性
良く行うことと、かつ密着性良く行うことである。具体
的な例を、固体電解質と電極との接合方法について述べ
る。第１は融点の高い電極材料を印刷などで固体電解質
に塗布した後、１４００度で焼成する方法、第２は融点
の高い電極材料を溶射によって固体電解質に吹き付け
て、固体電解質と電極との接合を行う方法である。
【００１０】このような接合方法では図６に示すよう
に、固体電解質６１と電極６２を構成する粒子６３との
接触が点接触となり、かつ固体電解質６１と電極６２と
の接触面積が小さくなって剥がれ易くなってしまう問題
があるとともに、両者の密着性が固体電解質６１の表面
状態に依存し、隙間ができ易い問題がある。
に、固体電解質６１と電極６２を構成する粒子６３との
接触が点接触となり、かつ固体電解質６１と電極６２と
の接触面積が小さくなって剥がれ易くなってしまう問題
があるとともに、両者の密着性が固体電解質６１の表面
状態に依存し、隙間ができ易い問題がある。
【００１１】また、ＳＤＣの電解質に保護膜を接合する
方法には、スパッタリング、ＥＢ（エレクトロンビー
ム）蒸着などの真空蒸着法が使用されるが、この方法で
は、真空蒸着装置内を真空に引くので、生産性が悪く、
量産ができない。これに加えてＹＳＺは蒸着スピードと
ても遅いので、さらに生産性が悪くなる。この他、真空
に保つためにＳＤＣ材料が変化してしまう問題も発生
し、かつ密着性も悪く、蒸着後に空気中で高温にてアニ
ールしなければならない問題もある。
方法には、スパッタリング、ＥＢ（エレクトロンビー
ム）蒸着などの真空蒸着法が使用されるが、この方法で
は、真空蒸着装置内を真空に引くので、生産性が悪く、
量産ができない。これに加えてＹＳＺは蒸着スピードと
ても遅いので、さらに生産性が悪くなる。この他、真空
に保つためにＳＤＣ材料が変化してしまう問題も発生
し、かつ密着性も悪く、蒸着後に空気中で高温にてアニ
ールしなければならない問題もある。
【００１２】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、異種酸素イオン導電性物質間の接合に面接触を用
いて、密着性を向上させることにより剥離を防止すると
ともに、生産性を向上させて量産を可能とした酸素イオ
ン導電性膜生成方法および異種の酸素イオン導電性物質
間接合方法を提供することを課題とする。
ので、異種酸素イオン導電性物質間の接合に面接触を用
いて、密着性を向上させることにより剥離を防止すると
ともに、生産性を向上させて量産を可能とした酸素イオ
ン導電性膜生成方法および異種の酸素イオン導電性物質
間接合方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を達成するために、第１発明は、基体となる第１の酸素
イオン導電性物質に、第２の酸素イオン導電性物質の膜
を生成する際に、第２の酸素イオン導電性物質を溶融又
は軟化させることにより、第１の酸素イオン導電性物質
に第２の酸素イオン導電性物質膜を生成させるようにし
たことを特徴とするものである。
を達成するために、第１発明は、基体となる第１の酸素
イオン導電性物質に、第２の酸素イオン導電性物質の膜
を生成する際に、第２の酸素イオン導電性物質を溶融又
は軟化させることにより、第１の酸素イオン導電性物質
に第２の酸素イオン導電性物質膜を生成させるようにし
たことを特徴とするものである。
【００１４】第２発明は、粉体の第２の酸素イオン導電
性物質を第１の酸素イオン導電性物質に塗布した後、熱
処理して溶融又は軟化させることを特徴とするものであ
る。第３発明は、第２の酸素イオン導電性物質を予め溶
融し、第１の酸素イオン導電性物質を溶融した第２の酸
素イオン導電性物質溶液中に浸けて引き上げるようにし
たことを特徴とするものである。
性物質を第１の酸素イオン導電性物質に塗布した後、熱
処理して溶融又は軟化させることを特徴とするものであ
る。第３発明は、第２の酸素イオン導電性物質を予め溶
融し、第１の酸素イオン導電性物質を溶融した第２の酸
素イオン導電性物質溶液中に浸けて引き上げるようにし
たことを特徴とするものである。
【００１５】第４発明は、第２の酸素イオン導電性物質
は、酸素イオン導電性酸化物からなることを特徴とする
ものである。
は、酸素イオン導電性酸化物からなることを特徴とする
ものである。
【００１６】第５発明は、第２の酸素イオン導電性物質
は、酸化銅成分を含むことを特徴とするものである。
は、酸化銅成分を含むことを特徴とするものである。
【００１７】第６発明は、第２の酸素イオン導電性物質
は、Ｙ，Ｃｕ及び，Ｂａ又はＳｒを成分に有する酸化物
を含むことを特徴とするものである。
は、Ｙ，Ｃｕ及び，Ｂａ又はＳｒを成分に有する酸化物
を含むことを特徴とするものである。
【００１８】第７発明は、第２の酸素イオン導電性物質
は、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕ及び、Ｎｉ，Ｓｒ，Ｃａの何れかを
成分に有する酸化物を含むことを特徴とするものであ
る。
は、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕ及び、Ｎｉ，Ｓｒ，Ｃａの何れかを
成分に有する酸化物を含むことを特徴とするものであ
る。
【００１９】第８発明は、第２の酸素イオン導電性物質
は、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕ，Ｎｉ及び、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｒの何
れかを成分に有する酸化物を含むことを特徴とするもの
である。
は、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕ，Ｎｉ及び、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｒの何
れかを成分に有する酸化物を含むことを特徴とするもの
である。
【００２０】第９発明は、第２の酸素イオン導電性物質
に、水素を吸着する触媒粉体もしくは還元雰囲気で水素
を吸着する触媒に変化する酸化物粉体を混合したことを
特徴とするものである。
に、水素を吸着する触媒粉体もしくは還元雰囲気で水素
を吸着する触媒に変化する酸化物粉体を混合したことを
特徴とするものである。
【００２１】第１０発明は、水素を吸着する触媒粉体も
しくは還元雰囲気で水素を吸着する触媒に変化する酸化
物粉体は、他の粉体より粒径の大きい酸化ニッケルから
なることを特徴とするものである。
しくは還元雰囲気で水素を吸着する触媒に変化する酸化
物粉体は、他の粉体より粒径の大きい酸化ニッケルから
なることを特徴とするものである。
【００２２】第１１発明は、酸素イオン導電性物質膜生
成方法を固体電解質型燃料電池又は高温水蒸気分解装置
の製造に応用したことを特徴とするものである。
成方法を固体電解質型燃料電池又は高温水蒸気分解装置
の製造に応用したことを特徴とするものである。
【００２３】第１２発明は、基体となる第１の酸素イオ
ン導電性物質に第２の酸素イオン導電性物質を接合する
際に、第２の酸素イオン導電性物質を溶融又は軟化させ
ることにより、第１の酸素イオン導電性物質に第２の酸
素イオン導電性物質を接合させるようにしたことを特徴
とするものである。
ン導電性物質に第２の酸素イオン導電性物質を接合する
際に、第２の酸素イオン導電性物質を溶融又は軟化させ
ることにより、第１の酸素イオン導電性物質に第２の酸
素イオン導電性物質を接合させるようにしたことを特徴
とするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態を示
す固体電解質型燃料電池の概略構成図で、図１におい
て、酸素イオン電導性酸化物であるＳＤＣからなる固体
電解質１１の一方の側に白金から成る多孔質の酸素極１
２(空気極)を設け、他方の側に白金から成る多孔質の水
素極１３(燃料極)を設ける際に、詳細を後述する酸素イ
オン導電性酸化物の粉体を固体電解質１１に溶融密着さ
せた保護膜１４を設けてから取り付ける。前記酸素極１
２側の酸素供給室１５には酸素ガス（Ｏ2）もしくは空
気を流し込むと、酸素極１２で酸素分子は酸素電極の触
媒によって酸素イオン（Ｏ2-）となる。次式にその反応
式を示す。
に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態を示
す固体電解質型燃料電池の概略構成図で、図１におい
て、酸素イオン電導性酸化物であるＳＤＣからなる固体
電解質１１の一方の側に白金から成る多孔質の酸素極１
２(空気極)を設け、他方の側に白金から成る多孔質の水
素極１３(燃料極)を設ける際に、詳細を後述する酸素イ
オン導電性酸化物の粉体を固体電解質１１に溶融密着さ
せた保護膜１４を設けてから取り付ける。前記酸素極１
２側の酸素供給室１５には酸素ガス（Ｏ2）もしくは空
気を流し込むと、酸素極１２で酸素分子は酸素電極の触
媒によって酸素イオン（Ｏ2-）となる。次式にその反応
式を示す。
【００２５】 １／２Ｏ2 ＋ ２ｅ- → Ｏ2- …… (６) 酸素イオン（Ｏ2-）は酸素イオン電導性のあるＳＤＣか
らなる固体電解質１１を拡散しながら水素極１３に達す
る。水素極１３側には水素ガスもしくは天然ガスなどの
燃料ガスが燃料ガス供給室１６に流し込まれていて、固
体電解質１１を通過してきた酸素イオン（Ｏ2-）は水素
電極の触媒の助けを借りて燃料ガスと反応して水蒸気や
二酸化炭素となって燃料ガス中に除去される。次式は酸
素イオンが水素ガスと反応するときの反応式である。
らなる固体電解質１１を拡散しながら水素極１３に達す
る。水素極１３側には水素ガスもしくは天然ガスなどの
燃料ガスが燃料ガス供給室１６に流し込まれていて、固
体電解質１１を通過してきた酸素イオン（Ｏ2-）は水素
電極の触媒の助けを借りて燃料ガスと反応して水蒸気や
二酸化炭素となって燃料ガス中に除去される。次式は酸
素イオンが水素ガスと反応するときの反応式である。
【００２６】 Ｈ2 ＋ Ｏ2- → Ｈ2Ｏ ＋ ２ｅ- …… (７) なお、固体電解質１１は酸素イオンは通すけれども、電
子には絶縁である物質が使用される。１７は酸素極１２
と水素極１３に接続された負荷である。
子には絶縁である物質が使用される。１７は酸素極１２
と水素極１３に接続された負荷である。
【００２７】前記保護膜１４としては、次のようにして
生成された酸化物の粉体を用いる。この酸化物は、Ｙ2
Ｏ3の粉体を０.５（モル比）、ＢａＣＯ3の粉体を２
（モル比）、ＣｕＯの粉体を３（モル比）の割合で混合
した後、プレスして９００度で１０時間仮焼して得られ
るＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7（以下ＹＢＣＯと称す）である。こ
の酸化物は、三重欠損ペロブスカイトと称されており、
電子と酸素イオンに対して導電性があり、融点が１００
０℃前後と低い。なお、ＣｕＯはセラミックスの溶解温
度を下げる成分として良く用いられる。
生成された酸化物の粉体を用いる。この酸化物は、Ｙ2
Ｏ3の粉体を０.５（モル比）、ＢａＣＯ3の粉体を２
（モル比）、ＣｕＯの粉体を３（モル比）の割合で混合
した後、プレスして９００度で１０時間仮焼して得られ
るＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7（以下ＹＢＣＯと称す）である。こ
の酸化物は、三重欠損ペロブスカイトと称されており、
電子と酸素イオンに対して導電性があり、融点が１００
０℃前後と低い。なお、ＣｕＯはセラミックスの溶解温
度を下げる成分として良く用いられる。
【００２８】上記の粉体材料を用いて形成されたＹＢＣ
Ｏの酸化物をテレピン油でこねた後、Φ２５ｍｍで厚さ
４００μｍのＳＤＣからなる固体電解質の基板の片側面
だけに塗布する。その後、塗布された固体電解質の基板
は、１０００℃で１時間焼成する。ＹＢＣＯからなる酸
化物は、図２に示すように固体電解質１１の基板上で融
解もしくは軟化して緻密な薄い膜１２を形成するように
なり、各粉体の粒子１８も膜１２で覆われて、固体電解
質１１と膜１２が面接触の状態で接合されるようにな
る。
Ｏの酸化物をテレピン油でこねた後、Φ２５ｍｍで厚さ
４００μｍのＳＤＣからなる固体電解質の基板の片側面
だけに塗布する。その後、塗布された固体電解質の基板
は、１０００℃で１時間焼成する。ＹＢＣＯからなる酸
化物は、図２に示すように固体電解質１１の基板上で融
解もしくは軟化して緻密な薄い膜１２を形成するように
なり、各粉体の粒子１８も膜１２で覆われて、固体電解
質１１と膜１２が面接触の状態で接合されるようにな
る。
【００２９】次表１はＹＢＣＯ（材料１）をベースとし
て、Ｂａの置換に同じ２価のＳｒ、ＣａをＣｕの置換に
Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏを考えて材料１０までを選定した。な
お、材料１１は粉径が他の材料よりも大きなＮｉＯを材
料１に混ぜて作製したものである。ここで、ＮｉＯは、
還元雰囲気において、Ｎｉとなり水素を吸着する触媒と
なる。表中の数値は各原料粉のモル比を示す。材料２〜
材料１１については、焼成を１２００℃で１時間とし
た。
て、Ｂａの置換に同じ２価のＳｒ、ＣａをＣｕの置換に
Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏを考えて材料１０までを選定した。な
お、材料１１は粉径が他の材料よりも大きなＮｉＯを材
料１に混ぜて作製したものである。ここで、ＮｉＯは、
還元雰囲気において、Ｎｉとなり水素を吸着する触媒と
なる。表中の数値は各原料粉のモル比を示す。材料２〜
材料１１については、焼成を１２００℃で１時間とし
た。
【００３０】
【表１】
【００３１】上記表１の材料１１について、、ＮｉＯ以
外の材料が融解して形成された緻密な薄い膜の中にＮｉ
Ｏの粒子が固溶しきれずに残っているのが判明した。ま
た、市販のセロテープを用いて膜の密着性の試験を行っ
た。セロテープを膜に貼り付けては剥がしを、繰り返し
て何回目で膜が剥がれて破損するかを確かめた。その結
果を表２に示す。表２には、従来のＮｉ−ＹＳＺサーメ
ット（接合時に融解していない場合）の例を掲げてこの
発明との比較を行った。
外の材料が融解して形成された緻密な薄い膜の中にＮｉ
Ｏの粒子が固溶しきれずに残っているのが判明した。ま
た、市販のセロテープを用いて膜の密着性の試験を行っ
た。セロテープを膜に貼り付けては剥がしを、繰り返し
て何回目で膜が剥がれて破損するかを確かめた。その結
果を表２に示す。表２には、従来のＮｉ−ＹＳＺサーメ
ット（接合時に融解していない場合）の例を掲げてこの
発明との比較を行った。
【００３２】
【表２】
【００３３】上記表２の実験結果からこの発明による材
料の場合には、従来例に比較して膜の密着性に優れてい
る。
料の場合には、従来例に比較して膜の密着性に優れてい
る。
【００３４】上記のようにして形成された膜を、固体電
解質燃料電池の固体電解質の保護膜として使用したとき
の性能についての材料１における実験結果を図３に示
す。この図３からこの発明の固体電解質の保護膜を使用
すると開放電圧は１Ｖを越えているのに対して、従来の
ＳＤＣからなる固体電解質では開放電圧が０.８Ｖしか
なかった。また、出力は７００℃で０.６５Ｖで２００
ｍＷ／ｃｍ2を達成した。この値は、従来のＹＳＺ保護
膜を備えたＳＤＣからなる固体電解質の２倍の値であ
る。このことは、膜としての密着性、緻密性、酸素イオ
ン導電性の優れていることを示す。
解質燃料電池の固体電解質の保護膜として使用したとき
の性能についての材料１における実験結果を図３に示
す。この図３からこの発明の固体電解質の保護膜を使用
すると開放電圧は１Ｖを越えているのに対して、従来の
ＳＤＣからなる固体電解質では開放電圧が０.８Ｖしか
なかった。また、出力は７００℃で０.６５Ｖで２００
ｍＷ／ｃｍ2を達成した。この値は、従来のＹＳＺ保護
膜を備えたＳＤＣからなる固体電解質の２倍の値であ
る。このことは、膜としての密着性、緻密性、酸素イオ
ン導電性の優れていることを示す。
【００３５】材料１１について、基体となる酸素イオン
導電性物質表面に形成された酸素イオン導電性物質の保
護膜自体が、他の粉体の粒径より大きなＮｉＯを混合す
ることによりアノード電極を兼ねる事を期待した。以
後、保護膜電極と呼ぶ。保護膜電極の概略構成図を図７
に、実験の条件を図３と同じにした実験結果を図８に示
す。図８から、白金電極の場合と比較して保護膜電極
は、ほぼ対等な出力性能があり、電極としての作用を兼
ねていることが確認できた。なお、保護膜は固体酸化物
の酸素イオン導電性を利用して水素を発生させる高温水
蒸気電気分解装置にも利用できる。材料１について、酸
素イオン導電性物質の、また酸化物の溶融液中にディッ
プコートした場合も有効であると確認した。
導電性物質表面に形成された酸素イオン導電性物質の保
護膜自体が、他の粉体の粒径より大きなＮｉＯを混合す
ることによりアノード電極を兼ねる事を期待した。以
後、保護膜電極と呼ぶ。保護膜電極の概略構成図を図７
に、実験の条件を図３と同じにした実験結果を図８に示
す。図８から、白金電極の場合と比較して保護膜電極
は、ほぼ対等な出力性能があり、電極としての作用を兼
ねていることが確認できた。なお、保護膜は固体酸化物
の酸素イオン導電性を利用して水素を発生させる高温水
蒸気電気分解装置にも利用できる。材料１について、酸
素イオン導電性物質の、また酸化物の溶融液中にディッ
プコートした場合も有効であると確認した。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
基体となる第１の酸素イオン導電性物質に、第２の酸素
イオン導電性物質の膜を生成する際に、第２の酸素イオ
ン導電性物質を溶融又は軟化させることにより、第１の
酸素イオン導電性物質に第２の酸素イオン導電性物質膜
を生成させるようにしたので、密着させる基体となる第
１の酸素イオン導電性酸化物の表面に小さい傷（マイク
ロクラック）があっても、基体表面を第２の酸素イオン
導電性物質が隙間なく保護膜として第１の酸素イオン導
電性物質側の傷を覆ってしまうために、基体側の物質に
多少傷があっても使用可能となる。また、保護膜側に傷
がついても温度を上昇させることによって膜は半融解し
容易に傷を修復する事ができ、さらに、従来困難であっ
たμｍオーダーの極薄い膜を容易に作成できる利点もあ
る。さらに、また、固体電解質型燃料電池における保護
膜電極の場合には、保護膜と電極を一体化させることに
より、保護膜と電極とを別々に作製する場合と比較して
生産工程の短縮化が可能となり得る。
基体となる第１の酸素イオン導電性物質に、第２の酸素
イオン導電性物質の膜を生成する際に、第２の酸素イオ
ン導電性物質を溶融又は軟化させることにより、第１の
酸素イオン導電性物質に第２の酸素イオン導電性物質膜
を生成させるようにしたので、密着させる基体となる第
１の酸素イオン導電性酸化物の表面に小さい傷（マイク
ロクラック）があっても、基体表面を第２の酸素イオン
導電性物質が隙間なく保護膜として第１の酸素イオン導
電性物質側の傷を覆ってしまうために、基体側の物質に
多少傷があっても使用可能となる。また、保護膜側に傷
がついても温度を上昇させることによって膜は半融解し
容易に傷を修復する事ができ、さらに、従来困難であっ
たμｍオーダーの極薄い膜を容易に作成できる利点もあ
る。さらに、また、固体電解質型燃料電池における保護
膜電極の場合には、保護膜と電極を一体化させることに
より、保護膜と電極とを別々に作製する場合と比較して
生産工程の短縮化が可能となり得る。
【００３７】また、この発明によれば、異種の酸素イオ
ン導電性酸化物を接合する際に、基体となる第１の酸素
イオン導電性物質に、第２の酸素イオン導電性物質を溶
融又は軟化させることにより、第１の酸素イオン導電性
物質に第２の酸素イオン導電性物質を面接触で接合でき
るようになり、これにより、密着性を向上させて剥離を
防ぐことができるようになる。
ン導電性酸化物を接合する際に、基体となる第１の酸素
イオン導電性物質に、第２の酸素イオン導電性物質を溶
融又は軟化させることにより、第１の酸素イオン導電性
物質に第２の酸素イオン導電性物質を面接触で接合でき
るようになり、これにより、密着性を向上させて剥離を
防ぐことができるようになる。
【図１】この発明の実施の形態を説明するための固体電
解質型燃料電池の概略構成図。
解質型燃料電池の概略構成図。
【図２】異種酸素イオン導電性酸化物物質間の接合部分
の拡大図。
の拡大図。
【図３】電流密度−電圧および電流密度−出力密度特性
図。
図。
【図４】従来の高温固体電解質型燃料電池の概略構成
図。
図。
【図５】高温水蒸気電気分解装置の概略構成図。
【図６】従来の異種酸素イオン導電性物質間の接合部分
拡大図。
拡大図。
【図７】保護膜電極の概略構成図。
【図８】保護膜電極における電流密度−電圧および電流
密度−出力密度特性図。
密度−出力密度特性図。
１１…固体電解質 １２…酸素極 １３…水素極 １４…保護膜 １５…酸素供給室 １６…燃料ガス供給室 １７…負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｍ 8/12 Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｋ
Claims (12)
- 【請求項１】 基体となる第１の酸素イオン導電性物質
に、第２の酸素イオン導電性物質の膜を生成する際に、
第２の酸素イオン導電性物質を溶融又は軟化させること
により、第１の酸素イオン導電性物質に第２の酸素イオ
ン導電性物質膜を生成させるようにしたことを特徴とす
る酸素イオン導電性物質膜生成方法。 - 【請求項２】 粉体の第２の酸素イオン導電性物質を第
１の酸素イオン導電性物質に塗布した後、熱処理して溶
融又は軟化させることを特徴とする請求項１記載の酸素
イオン導電性物質膜生成方法。 - 【請求項３】 第２の酸素イオン導電性物質を予め溶融
し、第１の酸素イオン導電性物質を溶融した第２の酸素
イオン導電性物質溶液中に浸けて引き上げるようにした
ことを特徴とする請求項１記載の酸素イオン導電性物質
膜生成方法。 - 【請求項４】 第２の酸素イオン導電性物質は、酸素イ
オン導電性酸化物からなることを特徴とする請求項１、
２又は３記載の酸素イオン導電性物質膜生成方法。 - 【請求項５】 第２の酸素イオン導電性物質は、酸化銅
成分を含むことを特徴とする請求項１、２又は３記載の
酸素イオン導電性物質膜生成方法。 - 【請求項６】 第２の酸素イオン導電性物質は、Ｙ，Ｃ
ｕ及び，Ｂａ又はＳｒを成分に有する酸化物を含むこと
を特徴とする請求項１、２又は３項記載の酸素イオン導
電性物質膜生成方法。 - 【請求項７】 第２の酸素イオン導電性物質は、Ｙ，Ｂ
ａ，Ｃｕ及び、Ｎｉ，Ｓｒ，Ｃａの何れかを成分に有す
る酸化物を含むことを特徴とする請求項１、２又は３項
記載の酸素イオン導電性物質膜生成方法。 - 【請求項８】 第２の酸素イオン導電性物質は、Ｙ，Ｂ
ａ，Ｃｕ，Ｎｉ及び、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｒの何れかを成分
に有する酸化物を含むことを特徴とする請求項１、２又
は３項記載の酸素イオン導電性物質膜生成方法。 - 【請求項９】 第２の酸素イオン導電性物質に、水素を
吸着する触媒粉体もしくは還元雰囲気で水素を吸着する
触媒に変化する酸化物粉体を混合したことを特徴とする
請求項１、２又は３項記載の酸素イオン導電性物質膜生
成方法。 - 【請求項１０】 水素を吸着する触媒粉体もしくは還元
雰囲気で水素を吸着する触媒に変化する酸化物粉体は、
他の粉体より粒径の大きい酸化ニッケルからなることを
特徴とする請求項９記載の酸素イオン導電性物質膜生成
方法。 - 【請求項１１】 酸素イオン導電性物質膜生成方法を固
体電解質型燃料電池又は高温水蒸気分解装置の製造に応
用したことを特徴とする酸素イオン導電性物質膜生成方
法。 - 【請求項１２】 基体となる第１の酸素イオン導電性物
質に第２の酸素イオン導電性物質を接合する際に、第２
の酸素イオン導電性物質を溶融又は軟化させることによ
り、第１の酸素イオン導電性物質に第２の酸素イオン導
電性物質を接合させるようにしたことを特徴とする異種
の酸素イオン導電性物質間接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8054325A JPH09245816A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 酸素イオン導電性物質膜生成方法および異種の酸素イオン導電性物質間接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8054325A JPH09245816A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 酸素イオン導電性物質膜生成方法および異種の酸素イオン導電性物質間接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09245816A true JPH09245816A (ja) | 1997-09-19 |
Family
ID=12967447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8054325A Pending JPH09245816A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 酸素イオン導電性物質膜生成方法および異種の酸素イオン導電性物質間接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09245816A (ja) |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP8054325A patent/JPH09245816A/ja active Pending
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