JPH09320616A - 電解質膜とそれに密着する電極との界面を凹凸構造とした高出力型固体酸化物燃料電池 - Google Patents
電解質膜とそれに密着する電極との界面を凹凸構造とした高出力型固体酸化物燃料電池Info
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- JPH09320616A JPH09320616A JP8165046A JP16504696A JPH09320616A JP H09320616 A JPH09320616 A JP H09320616A JP 8165046 A JP8165046 A JP 8165046A JP 16504696 A JP16504696 A JP 16504696A JP H09320616 A JPH09320616 A JP H09320616A
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- Japan
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- solid oxide
- fuel cell
- electrolytic film
- roughened
- 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
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- 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
- 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】 固体酸化物燃料電池の出力密度（電池の単位
投影面積当たりに得られる出力値）を高める。また、電
池の信頼性を高める。 【構成】 平滑な固体酸化物電解質膜１の両面を粗面加
工２し、粗面化された両面に燃料極３及び空気あるいは
酸素極４を密着接合させ、接触界面を凹凸構造６とす
る。
投影面積当たりに得られる出力値）を高める。また、電
池の信頼性を高める。 【構成】 平滑な固体酸化物電解質膜１の両面を粗面加
工２し、粗面化された両面に燃料極３及び空気あるいは
酸素極４を密着接合させ、接触界面を凹凸構造６とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】燃料電池は、化石燃料から高い効
率で電気出力を得ることが可能なエネルギー変換装置と
して将来的に有望視されている。特に固体酸化物燃料電
池は作動温度が高いため、他の熱利用との複合化が可能
であり、熱供給・分散型発電、事業用大規模発電等の分
野への利用が期待されている。このうち本発明が対象と
する高出力型は、発電出力が大きい場合で装置の小型・
高効率化を必要とする分野に利用できる。また、高い信
頼性を必要とする分野に利用できる。
率で電気出力を得ることが可能なエネルギー変換装置と
して将来的に有望視されている。特に固体酸化物燃料電
池は作動温度が高いため、他の熱利用との複合化が可能
であり、熱供給・分散型発電、事業用大規模発電等の分
野への利用が期待されている。このうち本発明が対象と
する高出力型は、発電出力が大きい場合で装置の小型・
高効率化を必要とする分野に利用できる。また、高い信
頼性を必要とする分野に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】固体酸化物燃料電池の基本構造として
は、円筒型と平板型などが開発されている。また、成型
法としては、湿式法、溶射法、化学・電気蒸着法などが
利用されている。構造及び成型法に依存してそれぞれに
特有な電解質膜・電極界面構造となっているが、少なく
ともマクロ的な意味では、基本的に平滑接合界面であ
る。
は、円筒型と平板型などが開発されている。また、成型
法としては、湿式法、溶射法、化学・電気蒸着法などが
利用されている。構造及び成型法に依存してそれぞれに
特有な電解質膜・電極界面構造となっているが、少なく
ともマクロ的な意味では、基本的に平滑接合界面であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、いず
れの構造及び成型法の組み合わせにおいても電解質と電
極との界面を積極的に凹凸構造とする発想はない。この
ような燃料電池においては、一定の発電電圧に対して得
られる出力密度がその時点での材料開発技術に依存する
値に制約される。したがって、所要の出力を得るために
は発電面積を増加させる必要があり、必然的に装置が大
型となる。一方、従来技術で高い出力密度を得るために
は電池の作動温度を高く保持する必要があるため、電池
本体ならびに周辺機器の高温雰囲気下での劣化が激しく
なり、装置の信頼性が確保できない。
れの構造及び成型法の組み合わせにおいても電解質と電
極との界面を積極的に凹凸構造とする発想はない。この
ような燃料電池においては、一定の発電電圧に対して得
られる出力密度がその時点での材料開発技術に依存する
値に制約される。したがって、所要の出力を得るために
は発電面積を増加させる必要があり、必然的に装置が大
型となる。一方、従来技術で高い出力密度を得るために
は電池の作動温度を高く保持する必要があるため、電池
本体ならびに周辺機器の高温雰囲気下での劣化が激しく
なり、装置の信頼性が確保できない。
【０００４】以上要するに、本発明で解決しようとする
課題は、電池の単位面積当たりに得られる出力を高める
ことによって、装置の小型化・高効率化、あるいは高信
頼化をはかることである。
課題は、電池の単位面積当たりに得られる出力を高める
ことによって、装置の小型化・高効率化、あるいは高信
頼化をはかることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】図１は本発明で用いた手
段を示しており次の３点からなる。まず、 （１）平滑な固体酸化物電解質膜１の両面を粗面加工２
する。
段を示しており次の３点からなる。まず、 （１）平滑な固体酸化物電解質膜１の両面を粗面加工２
する。
【０００６】（２）つぎに、粗面化された電解質膜の両
面に燃料極３及び空気あるいは酸素極４の材料を密着接
合５させる。
面に燃料極３及び空気あるいは酸素極４の材料を密着接
合５させる。
【０００７】（３）以上の方法によって凹凸構造を有し
た界面６を得る。界面粗さの寸法（単純平均粗さＲａで
表示する）は電解質や電極の原材料の種類、粒径等によ
って、それぞれ最適値が存在する。例えばイットリア安
定化ジルコニア（ＹＳＺ）を電解質膜とする場合、燃料
極に７ｍｍ程度の酸化ニッケル（ＮｉＯ）と０．２ｍｍ
程度のイットリア安定化ジルコニアの混合粉（混合比
６：４）、空気極に１．２ｍｍ程度のランタンストロン
チュームマンガナイト（ＬａＳｒＭｎＯ２）を用いた場
合に必要な電解質膜の表面粗度はＲａ＝０．５ｍｍ程度
である。
た界面６を得る。界面粗さの寸法（単純平均粗さＲａで
表示する）は電解質や電極の原材料の種類、粒径等によ
って、それぞれ最適値が存在する。例えばイットリア安
定化ジルコニア（ＹＳＺ）を電解質膜とする場合、燃料
極に７ｍｍ程度の酸化ニッケル（ＮｉＯ）と０．２ｍｍ
程度のイットリア安定化ジルコニアの混合粉（混合比
６：４）、空気極に１．２ｍｍ程度のランタンストロン
チュームマンガナイト（ＬａＳｒＭｎＯ２）を用いた場
合に必要な電解質膜の表面粗度はＲａ＝０．５ｍｍ程度
である。
【０００８】
【作用】固体酸化物燃料電池は、図２（１）にその原理
を示すように、空気７中の酸素分子８が空気極４／電解
質１の界面に吸着し、そこで電子９と結合し酸素イオン
１０となり、電解質膜中を移動して燃料極側に至る。燃
料極３／電解質１の界面では燃料１１としての水素１２
あるいは一酸化炭素分子１３などと酸素イオンが燃料極
中のニッケルを触媒として結合して水蒸気１４と二酸化
炭素１５になるとともに電子９を放出する。この電子が
外部回路を流れて電気的出力１６となる。
を示すように、空気７中の酸素分子８が空気極４／電解
質１の界面に吸着し、そこで電子９と結合し酸素イオン
１０となり、電解質膜中を移動して燃料極側に至る。燃
料極３／電解質１の界面では燃料１１としての水素１２
あるいは一酸化炭素分子１３などと酸素イオンが燃料極
中のニッケルを触媒として結合して水蒸気１４と二酸化
炭素１５になるとともに電子９を放出する。この電子が
外部回路を流れて電気的出力１６となる。
【０００９】この場合、取り出し得る電流値は、空気極
／電解質膜／燃料極の両界面における電気化学的反応量
によって定まる。従来型の場合、電池の単位投影面積当
たりの反応量は組み合わせた材料に依存する電気化学反
応によってほぼ定まった値となり、それ以上増加させる
ことは出来ない。
／電解質膜／燃料極の両界面における電気化学的反応量
によって定まる。従来型の場合、電池の単位投影面積当
たりの反応量は組み合わせた材料に依存する電気化学反
応によってほぼ定まった値となり、それ以上増加させる
ことは出来ない。
【００１０】これに対して、本発明による構造の燃料電
池においては、図２（２）に示すように界面の凹凸構造
６によって実質的な接合面積（電気化学反応面積）１７
が増加するため、電池の投影面積を変化させずに外部に
取り出し得る電流値、あるいは出力値を大きくすること
が可能である。
池においては、図２（２）に示すように界面の凹凸構造
６によって実質的な接合面積（電気化学反応面積）１７
が増加するため、電池の投影面積を変化させずに外部に
取り出し得る電流値、あるいは出力値を大きくすること
が可能である。
【００１１】
【実施例】本発明による界面構造は、電池本体の形状と
して、図１に示した平板型のほか、図３に示す円筒型１
８、一体成形型１９、流路型２０等の種々の形状に対し
ても適用可能である。
して、図１に示した平板型のほか、図３に示す円筒型１
８、一体成形型１９、流路型２０等の種々の形状に対し
ても適用可能である。
【００１２】また、本発明による界面構造は、電解質や
電極の原材料についてＹＳＺ／ＮｉＯ／ＬａＳｒＭｎＯ
２以外の組み合わせに対しても適用可能である。
電極の原材料についてＹＳＺ／ＮｉＯ／ＬａＳｒＭｎＯ
２以外の組み合わせに対しても適用可能である。
【００１３】図１で示した手段において、粗面加工法と
しては酸による化学的処理、サンドブラストや研磨によ
る機械的処理などが利用できる。
しては酸による化学的処理、サンドブラストや研磨によ
る機械的処理などが利用できる。
【００１４】また、両電極と電解質の密着接合法として
は湿式法のほか、溶射法、化学・電気蒸着法などが利用
可能である。
は湿式法のほか、溶射法、化学・電気蒸着法などが利用
可能である。
【００１５】
【発明の効果】本発明によって、固体酸化物燃料電池の
単位投影面積当たり発生する電流値あるいは出力値を高
めることができ、本体装置を小型化・高効率化すること
ができる。
単位投影面積当たり発生する電流値あるいは出力値を高
めることができ、本体装置を小型化・高効率化すること
ができる。
【００１６】また、従来型と同程度の出力密度を維持す
る場合には、電池作動温度を低減させることが可能なた
め、本体の性能劣化や周辺機器の高温腐食などが抑制さ
れ、システム全体の信頼性を高めることが出来る。
る場合には、電池作動温度を低減させることが可能なた
め、本体の性能劣化や周辺機器の高温腐食などが抑制さ
れ、システム全体の信頼性を高めることが出来る。
【図１】高出力型固体酸化物燃料電池の構造図である。
【図２】固体酸化物燃料電池の作用の説明図である。 （Ａ）一般的な作用の説明 （Ｂ）高出力型の作用の説明
【図３】平板型以外の形状の燃料電池への実施例を示す
図である。
図である。
１ 固体酸化物電解質 ２ 粗面加工 ３ 燃料極 ４ 空気あるいは酸素極 ５ 密着接合 ６ 凹凸構造界面 ７ 空気 ８ 酸素 ９ 電子 １０ 酸素イオン １１ 燃料 １２ 水素 １３ 一酸化炭素 １４ 水蒸気 １５ 二酸化炭素 １６ 電気出力 １７ 実質接合面積（電気化学反応面積） １８ 円筒型燃料電池 １９ 一体成形型燃料電池 ２０ 流路型燃料電池
Claims (1)
- 【請求項１】 固体酸化物電解質膜の両面に燃料電極及
び空気あるいは酸素電極を密着接合して電池を構成させ
る際、電解質膜の表面を予め粗面加工し、両電極材との
接合界面を凹凸構造とすることによって発電反応に係わ
る実質面積を増大させ、高い電流密度及び出力密度（電
池の単位投影面積当たり得られる電流及び出力値）の発
生を可能とした固体酸化物燃料電池
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8165046A JPH09320616A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 電解質膜とそれに密着する電極との界面を凹凸構造とした高出力型固体酸化物燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8165046A JPH09320616A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 電解質膜とそれに密着する電極との界面を凹凸構造とした高出力型固体酸化物燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09320616A true JPH09320616A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15804815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8165046A Pending JPH09320616A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 電解質膜とそれに密着する電極との界面を凹凸構造とした高出力型固体酸化物燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09320616A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001319665A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及びその電解質の製造方法 |
| JP2002042831A (ja) * | 2000-07-24 | 2002-02-08 | Mitsubishi Polyester Film Copp | 離型フィルム |
| JP2006324190A (ja) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 固体酸化物型燃料電池およびその製造方法 |
| US8309265B2 (en) | 2003-09-12 | 2012-11-13 | Hitachi, Ltd. | Electrolyte membrane for fuel cells, its production and fuel cell using the same |
| WO2016080681A1 (ko) * | 2014-11-18 | 2016-05-26 | 주식회사 엘지화학 | 고체 산화물 연료 전지의 제조방법 |
| JPWO2021020423A1 (ja) * | 2019-07-29 | 2021-02-04 |
-
1996
- 1996-05-23 JP JP8165046A patent/JPH09320616A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001319665A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及びその電解質の製造方法 |
| JP2002042831A (ja) * | 2000-07-24 | 2002-02-08 | Mitsubishi Polyester Film Copp | 離型フィルム |
| US8309265B2 (en) | 2003-09-12 | 2012-11-13 | Hitachi, Ltd. | Electrolyte membrane for fuel cells, its production and fuel cell using the same |
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| US8057950B2 (en) | 2005-05-20 | 2011-11-15 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same |
| WO2016080681A1 (ko) * | 2014-11-18 | 2016-05-26 | 주식회사 엘지화학 | 고체 산화물 연료 전지의 제조방법 |
| US10431841B2 (en) | 2014-11-18 | 2019-10-01 | Lg Chem, Ltd. | Method for manufacturing solid oxide fuel cell |
| JPWO2021020423A1 (ja) * | 2019-07-29 | 2021-02-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020910 |