JPH10106611A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JPH10106611A JPH10106611A JP8275302A JP27530296A JPH10106611A JP H10106611 A JPH10106611 A JP H10106611A JP 8275302 A JP8275302 A JP 8275302A JP 27530296 A JP27530296 A JP 27530296A JP H10106611 A JPH10106611 A JP H10106611A
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- electrode
- cell
- fuel cell
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- 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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 セルと集電材間の接触抵抗を低減でき、高出
力化することのできる固体電解質型燃料電池を提供す
る。 【解決手段】 固体電解質型燃料電池のセル３は、多層
円筒状に積層された膜状の空気極１１、固体電解質層１
３、燃料極１５、並びに、インターコネクター１７を含
む。多数の円筒型セル３、３′を、インターコネクター
１７と燃料電極１５′の間に、金属フェルトからなる集
電材１９を介在させて電気的に接続している。インター
コネクター１７はセラミック材料からなり、インターコ
ネクター１７と集電材１９との界面に金属層１８を設け
たことを特徴とする。
力化することのできる固体電解質型燃料電池を提供す
る。 【解決手段】 固体電解質型燃料電池のセル３は、多層
円筒状に積層された膜状の空気極１１、固体電解質層１
３、燃料極１５、並びに、インターコネクター１７を含
む。多数の円筒型セル３、３′を、インターコネクター
１７と燃料電極１５′の間に、金属フェルトからなる集
電材１９を介在させて電気的に接続している。インター
コネクター１７はセラミック材料からなり、インターコ
ネクター１７と集電材１９との界面に金属層１８を設け
たことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型の燃
料電池（以下ＳＯＦＣともいう）に関する。特には、セ
ル間を電気的に接続する集電材部における接触抵抗を低
減でき、出力を大幅に向上させることのできる固体電解
質型燃料電池に関する。
料電池（以下ＳＯＦＣともいう）に関する。特には、セ
ル間を電気的に接続する集電材部における接触抵抗を低
減でき、出力を大幅に向上させることのできる固体電解
質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】円筒形セル型の固体電解質型燃料電池
（以下Ｔ−ＳＯＦＣともいう）を例に採って従来技術を
説明する。Ｔ−ＳＯＦＣは、特公平１−５９７０５等に
開示されている固体電解質型燃料電池の一タイプであ
る。Ｔ−ＳＯＦＣは、多孔質支持管−空気電極−固体電
解質−燃料電極−インターコネクターで構成される円筒
型セルを有する。空気電極側に酸素（空気）を流し、燃
料電極側にガス燃料（Ｈ2 、ＣＯ等）を流してやると、
このセル内でＯ2-イオンが移動して化学的燃焼が起り、
空気電極と燃料電極の間に電位が生じ発電が行われる。
なお、空気電極が支持管を兼用する形式のものもある。
Ｔ−ＳＯＦＣの実証試験は、１９９３年段階で２５kw級
のもの（セル有効長５０cm、セル数１１５２本) までが
進行中である。
（以下Ｔ−ＳＯＦＣともいう）を例に採って従来技術を
説明する。Ｔ−ＳＯＦＣは、特公平１−５９７０５等に
開示されている固体電解質型燃料電池の一タイプであ
る。Ｔ−ＳＯＦＣは、多孔質支持管−空気電極−固体電
解質−燃料電極−インターコネクターで構成される円筒
型セルを有する。空気電極側に酸素（空気）を流し、燃
料電極側にガス燃料（Ｈ2 、ＣＯ等）を流してやると、
このセル内でＯ2-イオンが移動して化学的燃焼が起り、
空気電極と燃料電極の間に電位が生じ発電が行われる。
なお、空気電極が支持管を兼用する形式のものもある。
Ｔ−ＳＯＦＣの実証試験は、１９９３年段階で２５kw級
のもの（セル有効長５０cm、セル数１１５２本) までが
進行中である。
【０００３】現状の代表的なＴ−ＳＯＦＣの構成材料、
厚さ及び製造方法は以下のとおりである（Proc. of the
3rd Int. Symp. on SOFC, 1993 ）。 支持管：ＺｒＯ2 （ＣａＯ）、厚さ１．２mm、押し出し 空気電極：Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 、厚さ１．４mm、スラ
リーコート 固体電解質：ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ４０μm 、Ｅ
ＶＤ インターコネクター：ＬａＣｒ（Ｍｇ）Ｏ3 、厚さ４０
μm 、ＥＶＤ 燃料電極：Ｎｉ−ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ１００μ
m 、スラリーコート−ＥＶＤ
厚さ及び製造方法は以下のとおりである（Proc. of the
3rd Int. Symp. on SOFC, 1993 ）。 支持管：ＺｒＯ2 （ＣａＯ）、厚さ１．２mm、押し出し 空気電極：Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 、厚さ１．４mm、スラ
リーコート 固体電解質：ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ４０μm 、Ｅ
ＶＤ インターコネクター：ＬａＣｒ（Ｍｇ）Ｏ3 、厚さ４０
μm 、ＥＶＤ 燃料電極：Ｎｉ−ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ）、厚さ１００μ
m 、スラリーコート−ＥＶＤ
【０００４】図３は、従来知られている代表的なＴ−Ｓ
ＯＦＣの全体構造を示す図である。この固体電解質型燃
料電池１１０の中枢部分である円筒セル集合体１０１
は、細長い円筒状（寸法例、径１５mm×長さ５００mm）
の多数のセル３から構成されている。円筒セル３は、上
端開放、下端閉のセラミックチューブである。円筒セル
３の断面は多層円筒状をしており（図１（Ｂ）参照）、
空気極１１、固体電解質層１３、燃料極１５及びインタ
ーコネクター１７の各層が積層されている。
ＯＦＣの全体構造を示す図である。この固体電解質型燃
料電池１１０の中枢部分である円筒セル集合体１０１
は、細長い円筒状（寸法例、径１５mm×長さ５００mm）
の多数のセル３から構成されている。円筒セル３は、上
端開放、下端閉のセラミックチューブである。円筒セル
３の断面は多層円筒状をしており（図１（Ｂ）参照）、
空気極１１、固体電解質層１３、燃料極１５及びインタ
ーコネクター１７の各層が積層されている。
【０００５】円筒セルの各層は、それぞれ必要な機能
（導電性、通気性、固体電解質、電気化学触媒性等）を
有する酸化物を主成分とする材料で形成されている。円
筒セル３内には、空気を通すための細長い空気導入管５
が通っている。空気導入管５は、燃料電池１１０上部の
空気分配器１２１から下に出て、円筒セル３チューブの
底近くにまで達している。この空気導入管５によって、
空気分配器１２１内の空気が、円筒セル３チューブ内に
供給される。チューブ内（底）に供給された空気は、上
述の発電反応に寄与しつつチューブ内を上方に向い、セ
ル上端２１から排気燃焼室１０５に出る。この排気燃焼
室１０５においては、後述する燃料ガス排気と空気排気
とが混合され、円筒セル３で未反応のまま排気された酸
素と燃料成分が燃焼（一般的な燃焼）する。
（導電性、通気性、固体電解質、電気化学触媒性等）を
有する酸化物を主成分とする材料で形成されている。円
筒セル３内には、空気を通すための細長い空気導入管５
が通っている。空気導入管５は、燃料電池１１０上部の
空気分配器１２１から下に出て、円筒セル３チューブの
底近くにまで達している。この空気導入管５によって、
空気分配器１２１内の空気が、円筒セル３チューブ内に
供給される。チューブ内（底）に供給された空気は、上
述の発電反応に寄与しつつチューブ内を上方に向い、セ
ル上端２１から排気燃焼室１０５に出る。この排気燃焼
室１０５においては、後述する燃料ガス排気と空気排気
とが混合され、円筒セル３で未反応のまま排気された酸
素と燃料成分が燃焼（一般的な燃焼）する。
【０００６】円筒セル３の外面には、燃料電池１１０下
部の燃料ヘッダー１３７から上方に向けて燃料ガスが供
給され、上述の発電に供される。燃料ガスの未反応部分
と、セル部での電気化学的燃焼生成物（ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ
等）とは、円筒セル３上端外面のスキマを通って排気燃
焼室１０５に入る。この排気燃焼室１０５では、上述の
ように未反応燃料が燃焼する。燃焼排ガスは、排気口１
２５から排出される。この排ガスの顕熱は、燃料電池に
供給される空気及び燃料ガスの余熱に用いられたり、あ
るいは、通常の蒸気ボイラー・タービンを用いる発電シ
ステムに送られて発電に利用される。
部の燃料ヘッダー１３７から上方に向けて燃料ガスが供
給され、上述の発電に供される。燃料ガスの未反応部分
と、セル部での電気化学的燃焼生成物（ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ
等）とは、円筒セル３上端外面のスキマを通って排気燃
焼室１０５に入る。この排気燃焼室１０５では、上述の
ように未反応燃料が燃焼する。燃焼排ガスは、排気口１
２５から排出される。この排ガスの顕熱は、燃料電池に
供給される空気及び燃料ガスの余熱に用いられたり、あ
るいは、通常の蒸気ボイラー・タービンを用いる発電シ
ステムに送られて発電に利用される。
【０００７】図３に示されている６列の円筒セル３は、
互いに電気的に接続されている。すなわち、右側の円筒
セルのインターコネクター１７が、その左側の円筒セル
の外面（外面電極、この場合燃料極）に、Ｎｉフェルト
１３５を介して接続されているので、結局、図３の６本
の円筒セルは、直列に接続されていることとなる。通常
の固体電解質型燃料電池にあっては、円筒セル１本にお
ける発電電圧は約１ボルトなので、多数の円筒セルを直
列に接続して所要の電圧を得る。円筒セル集合体１０１
の最外列の外側には、集電板１３１、１３１′が、円筒
セル３に接して（Ｎｉフェルト１３５を介して）設けら
れている。この集電板１３１と、それに接続されている
集電棒１３３から、セル集合体１で発電された電力を外
部へ取り出す。
互いに電気的に接続されている。すなわち、右側の円筒
セルのインターコネクター１７が、その左側の円筒セル
の外面（外面電極、この場合燃料極）に、Ｎｉフェルト
１３５を介して接続されているので、結局、図３の６本
の円筒セルは、直列に接続されていることとなる。通常
の固体電解質型燃料電池にあっては、円筒セル１本にお
ける発電電圧は約１ボルトなので、多数の円筒セルを直
列に接続して所要の電圧を得る。円筒セル集合体１０１
の最外列の外側には、集電板１３１、１３１′が、円筒
セル３に接して（Ｎｉフェルト１３５を介して）設けら
れている。この集電板１３１と、それに接続されている
集電棒１３３から、セル集合体１で発電された電力を外
部へ取り出す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来のＳＯＦＣ
にあっては、セル電極（インターコネクター含む）と集
電材を接触させただけでは接触抵抗が大きく、セルに流
れる電流が高くなると接触部でのジュール熱損失が増大
するため、セルの高出力化を図ることができないという
問題点があった。
にあっては、セル電極（インターコネクター含む）と集
電材を接触させただけでは接触抵抗が大きく、セルに流
れる電流が高くなると接触部でのジュール熱損失が増大
するため、セルの高出力化を図ることができないという
問題点があった。
【０００９】本発明は、セルと集電材間の接触抵抗を低
減でき、高出力化することのできる固体電解質型燃料電
池を提供することを目的とする。
減でき、高出力化することのできる固体電解質型燃料電
池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池は、 電極、電解質
及びインターコネクターから構成された多数の燃料電池
セルを、セル相互間に集電材を介在させて電気的に接続
して構成した固体電解質型燃料電池であって；電極（イ
ンターコネクター含む）と集電材との界面に金属層を設
けたことを特徴とする。
め、本発明の固体電解質型燃料電池は、 電極、電解質
及びインターコネクターから構成された多数の燃料電池
セルを、セル相互間に集電材を介在させて電気的に接続
して構成した固体電解質型燃料電池であって；電極（イ
ンターコネクター含む）と集電材との界面に金属層を設
けたことを特徴とする。
【００１１】電極と集電材との界面に金属層を設けるこ
とにより両者の間の接触抵抗を大幅に低減でき、燃料電
池の高出力化を図ることができる。
とにより両者の間の接触抵抗を大幅に低減でき、燃料電
池の高出力化を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明においては、上記電極及び
／又は集電材の表面に上記金属の粉末を含む層（粉末
層）を形成した後、組み立てられる集電材又は電極を該
粉末層に当て、その状態で該粉末層を焼成して上記金属
層を設けることが好ましい。焼成時に、電極−金属層−
集電材間で焼結が進み、界面の機械的、物理的接触が強
化される。そのため、特に該界面の接触抵抗を低減でき
る。
／又は集電材の表面に上記金属の粉末を含む層（粉末
層）を形成した後、組み立てられる集電材又は電極を該
粉末層に当て、その状態で該粉末層を焼成して上記金属
層を設けることが好ましい。焼成時に、電極−金属層−
集電材間で焼結が進み、界面の機械的、物理的接触が強
化される。そのため、特に該界面の接触抵抗を低減でき
る。
【００１３】本発明の１態様の固体電解質型燃料電池
は、 多層円筒状に積層された膜状の空気極、固体電解
質層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料極上に成膜さ
れた帯状のインターコネクターを含む多数の円筒型セル
を、セル相互の外層電極とインターコネクターとの間
に、金属フェルトからなる集電材を介在させて電気的に
接続して構成した固体電解質型燃料電池であって； 該
インターコネクターはセラミック材料からなり、 該イ
ンターコネクターと集電材との界面に金属層を設けたこ
とを特徴とする。
は、 多層円筒状に積層された膜状の空気極、固体電解
質層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料極上に成膜さ
れた帯状のインターコネクターを含む多数の円筒型セル
を、セル相互の外層電極とインターコネクターとの間
に、金属フェルトからなる集電材を介在させて電気的に
接続して構成した固体電解質型燃料電池であって； 該
インターコネクターはセラミック材料からなり、 該イ
ンターコネクターと集電材との界面に金属層を設けたこ
とを特徴とする。
【００１４】特にＴ−ＳＯＦＣのインターコネクター
は、Ｌａ1-x ＣａX ＣｒＯ3 等のセラミック材料で構成
される可能性が高く、このセラミック材製のインターコ
ネクターとＮｉ等の金属フェルトからなる集電材との間
は、ミクロな接触が不十分となって接触抵抗が高くなり
やすい。そのようなインターコネクターと集電材との間
に金属層を設けて、両者のミクロな接触を改善すること
に重大な意義がある。
は、Ｌａ1-x ＣａX ＣｒＯ3 等のセラミック材料で構成
される可能性が高く、このセラミック材製のインターコ
ネクターとＮｉ等の金属フェルトからなる集電材との間
は、ミクロな接触が不十分となって接触抵抗が高くなり
やすい。そのようなインターコネクターと集電材との間
に金属層を設けて、両者のミクロな接触を改善すること
に重大な意義がある。
【００１５】この態様においては、上記金属層を、イン
ターコネクターの表面に該金属の粉末を含む層（粉末
層）を形成した後、組み立てられる集電材又は電極を該
粉末層に当て、その状態で該粉末層を焼成して設けるこ
とが好ましい。その理由は上述のとおりである。
ターコネクターの表面に該金属の粉末を含む層（粉末
層）を形成した後、組み立てられる集電材又は電極を該
粉末層に当て、その状態で該粉末層を焼成して設けるこ
とが好ましい。その理由は上述のとおりである。
【００１６】金属粉末層の形成方法としては、ペースト
塗布法、メッキ法、ロー付け法等が考えられる。ペース
ト塗布法では、スクリーン印刷法、刷毛塗り法等を採用
できる。塗布膜厚を均一にするためにはスクリーン印刷
法が適している。
塗布法、メッキ法、ロー付け法等が考えられる。ペース
ト塗布法では、スクリーン印刷法、刷毛塗り法等を採用
できる。塗布膜厚を均一にするためにはスクリーン印刷
法が適している。
【００１７】本発明の金属層の金属材質として好ましい
のは白金、ニッケルである。この金属層に対する要求特
性としては、電気伝導性が高い、１，０００℃において
耐還元性に優れかつ表面に酸化被膜ができないことであ
る。後者は、燃料電池の燃焼（電気化学的）ガス中に含
まれるＣＯ2 や微量のＯ2 によって金属が酸化されたの
では、表面がセラミックス化して電気伝導度が大幅に低
下することとなり、本発明の目的を達成しえないからで
ある。
のは白金、ニッケルである。この金属層に対する要求特
性としては、電気伝導性が高い、１，０００℃において
耐還元性に優れかつ表面に酸化被膜ができないことであ
る。後者は、燃料電池の燃焼（電気化学的）ガス中に含
まれるＣＯ2 や微量のＯ2 によって金属が酸化されたの
では、表面がセラミックス化して電気伝導度が大幅に低
下することとなり、本発明の目的を達成しえないからで
ある。
【００１８】セル外面に燃料極を有するＴ−ＳＯＦＣに
あっては、燃料極と集電材間に金属層を形成する場合に
は、集電材の表面側に金属層を形成することが好まし
い。
あっては、燃料極と集電材間に金属層を形成する場合に
は、集電材の表面側に金属層を形成することが好まし
い。
【００１９】
【実施例】以下、より具体的に説明する。図１は、本発
明の一実施例に係る円筒セルタイプ固体電解質型燃料電
池のセルの構造を示す断面図である。（Ａ）は全体の縦
断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す横断
面図である。
明の一実施例に係る円筒セルタイプ固体電解質型燃料電
池のセルの構造を示す断面図である。（Ａ）は全体の縦
断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す横断
面図である。
【００２０】図１のセル組立体１は、円筒セル３と空気
導入管５とよりなる。円筒セル３は、断面が積層構造を
有する上端開放−下端封止の有底セラミックチューブで
ある。空気導入管５は、単純な断面構造のセラミックチ
ューブ（例えば円筒セル３と線膨張率がほぼ等しいＹＳ
Ｚ製や、熱衝撃性に優れるＡｌ2 Ｏ3 製）である。空気
導入管５は、円筒セル３の内孔内にセル開放端２１から
差し込まれており、空気導入管５の先端は、セル内孔の
底近くにまで達している。セル３の底と空気導入管５の
下端２５との隙間は一例として１０mmである。この空気
導入管５の下端２５からは、上述のように空気（酸化
剤）がセル３内に供給される。そして空気はセル３内を
上昇しつつ、セル３外に存在する燃料ガスと電気化学的
に反応して発電が行われる。
導入管５とよりなる。円筒セル３は、断面が積層構造を
有する上端開放−下端封止の有底セラミックチューブで
ある。空気導入管５は、単純な断面構造のセラミックチ
ューブ（例えば円筒セル３と線膨張率がほぼ等しいＹＳ
Ｚ製や、熱衝撃性に優れるＡｌ2 Ｏ3 製）である。空気
導入管５は、円筒セル３の内孔内にセル開放端２１から
差し込まれており、空気導入管５の先端は、セル内孔の
底近くにまで達している。セル３の底と空気導入管５の
下端２５との隙間は一例として１０mmである。この空気
導入管５の下端２５からは、上述のように空気（酸化
剤）がセル３内に供給される。そして空気はセル３内を
上昇しつつ、セル３外に存在する燃料ガスと電気化学的
に反応して発電が行われる。
【００２１】セル３の断面構造を図１（Ｂ）を参照しつ
つ説明する。セル３はいくつかの層（膜）の積層構造を
している。まず最も内側にリング状に存在するのが空気
極１１である。この空気極１１は、セルを支える強度部
材（支持体）としての役割も有する。この空気極１１
は、ストロンチウムドープランタンマンガナイト（ＬＳ
Ｍ）の多孔質体である。空気極１１は、その中を空気が
通過するとともにカソードとなる。
つ説明する。セル３はいくつかの層（膜）の積層構造を
している。まず最も内側にリング状に存在するのが空気
極１１である。この空気極１１は、セルを支える強度部
材（支持体）としての役割も有する。この空気極１１
は、ストロンチウムドープランタンマンガナイト（ＬＳ
Ｍ）の多孔質体である。空気極１１は、その中を空気が
通過するとともにカソードとなる。
【００２２】次に、空気極１１の外側にほぼリング状に
存在するのが固体電解質膜１３である。この固体電解質
膜１３には、図の左側で一部途切れた部分（インターコ
ネクター１７の部分）がある。固体電解質膜１３は、イ
ットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の緻密な膜であ
る。固体電解質膜１３は、その中をＯ2-イオンが通過す
るとともに、セル３内の空気とセル３外の燃料ガスとが
直接的に混合しないように遮蔽膜の役割を果す。
存在するのが固体電解質膜１３である。この固体電解質
膜１３には、図の左側で一部途切れた部分（インターコ
ネクター１７の部分）がある。固体電解質膜１３は、イ
ットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の緻密な膜であ
る。固体電解質膜１３は、その中をＯ2-イオンが通過す
るとともに、セル３内の空気とセル３外の燃料ガスとが
直接的に混合しないように遮蔽膜の役割を果す。
【００２３】次に、固体電解質膜１３の外側にほぼリン
グ状に存在するのが燃料極１５である。この燃料極１５
には、図の左側で一部途切れた部分（インターコネクタ
ー１７周辺の部分）がある。燃料極１５は、Ｎｉ−ＹＳ
Ｚサーメットの多孔質膜である。燃料極１５中を燃料ガ
スが通過するとともに、アノードとなる。
グ状に存在するのが燃料極１５である。この燃料極１５
には、図の左側で一部途切れた部分（インターコネクタ
ー１７周辺の部分）がある。燃料極１５は、Ｎｉ−ＹＳ
Ｚサーメットの多孔質膜である。燃料極１５中を燃料ガ
スが通過するとともに、アノードとなる。
【００２４】インターコネクター１７（図１（Ａ）、
（Ｂ）の左側）は、空気極１１上を帯状にセル３の軸方
向に延びる膜である。インターコネクター１７は、カル
シウムドープランタンクロマイトの緻密な膜である。こ
のインターコネクター１７は、空気極１１と導通してセ
ル３外面に空気極との導通部を表出させる役割、及び、
セル３内外を遮断する役割を果す。インターコネクター
１７は、燃料極１５とは、導通を避けるために接してい
ない。
（Ｂ）の左側）は、空気極１１上を帯状にセル３の軸方
向に延びる膜である。インターコネクター１７は、カル
シウムドープランタンクロマイトの緻密な膜である。こ
のインターコネクター１７は、空気極１１と導通してセ
ル３外面に空気極との導通部を表出させる役割、及び、
セル３内外を遮断する役割を果す。インターコネクター
１７は、燃料極１５とは、導通を避けるために接してい
ない。
【００２５】インターコネクター１７の上表面には、薄
い金属層（メタライズ層）１８が形成されている。そし
て、該金属層１８を介してＮｉフェルト製の集電材１９
が配置されている。集電材１９の他面には、左側のセル
３′の燃料極面１５′が接触している。
い金属層（メタライズ層）１８が形成されている。そし
て、該金属層１８を介してＮｉフェルト製の集電材１９
が配置されている。集電材１９の他面には、左側のセル
３′の燃料極面１５′が接触している。
【００２６】次に、テストセルによる発電性能試験結果
について説明する。以下条件によりテストセルを製作し
た。 （１）セル仕様 形式：空気極自己支持型、セル外径１３mm、セル長
さ２００mm 空気極：材質Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 、外径１３
mm、厚さ１．５mm、導電率６０S/cm、気孔率３５％、押
し出し→焼成 固体電解質：材質８mol%Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 、
厚さ２０μm 、スラリーコート→焼成 インターコネクター：材質Ｌａ0.8 Ｃａ0.2 ＣｒＯ
3 、厚さ４０μm 、導電率３０S/cm、スラリーコート→
焼成 燃料極：材質ＹＳＺ・Ｎｉサーメット、厚さ６０μ
m 、導電率１，４００S/cm、気孔率４０％、スラリーコ
ート→焼成
について説明する。以下条件によりテストセルを製作し
た。 （１）セル仕様 形式：空気極自己支持型、セル外径１３mm、セル長
さ２００mm 空気極：材質Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ3 、外径１３
mm、厚さ１．５mm、導電率６０S/cm、気孔率３５％、押
し出し→焼成 固体電解質：材質８mol%Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 、
厚さ２０μm 、スラリーコート→焼成 インターコネクター：材質Ｌａ0.8 Ｃａ0.2 ＣｒＯ
3 、厚さ４０μm 、導電率３０S/cm、スラリーコート→
焼成 燃料極：材質ＹＳＺ・Ｎｉサーメット、厚さ６０μ
m 、導電率１，４００S/cm、気孔率４０％、スラリーコ
ート→焼成
【００２７】（２）作製方法 空気極（支持体）：上記ＬＳＭ粉に、有機バインダ
ー、グリセリン、水を加えて混練した。次にこのコンパ
ウンドを押し出し成形した。押し出し成形後に、グリー
ン状態で真円度を調整した。その後、乾燥・脱脂し、続
いて１，３５０〜１，５００℃×１０hr焼成した。
ー、グリセリン、水を加えて混練した。次にこのコンパ
ウンドを押し出し成形した。押し出し成形後に、グリー
ン状態で真円度を調整した。その後、乾燥・脱脂し、続
いて１，３５０〜１，５００℃×１０hr焼成した。
【００２８】 インターコネクター成膜：上記空気極
上にスラリーコート、焼成によりインターコネクターを
成膜した。インターコネクターの幅は５mmとした。 固体電解質層成膜：上記ＹＳＺを、スラリーコー
ト、焼成により、上記下地層上に成膜した。 燃料極成膜：上記Ｎｉ／ＹＳＺサーメットを、スラ
リーコート、焼成により、上記固体電解質層上に成膜し
た。なお、ＮｉＯの還元処理は（Ｈ2 ＋１１％Ｈ2
Ｏ）：Ｎ2 ＝３：９７雰囲気下、１，０００℃×３hrで
行った。
上にスラリーコート、焼成によりインターコネクターを
成膜した。インターコネクターの幅は５mmとした。 固体電解質層成膜：上記ＹＳＺを、スラリーコー
ト、焼成により、上記下地層上に成膜した。 燃料極成膜：上記Ｎｉ／ＹＳＺサーメットを、スラ
リーコート、焼成により、上記固体電解質層上に成膜し
た。なお、ＮｉＯの還元処理は（Ｈ2 ＋１１％Ｈ2
Ｏ）：Ｎ2 ＝３：９７雰囲気下、１，０００℃×３hrで
行った。
【００２９】（３）インターコネクターメタライズ 白金粉末と溶剤とからなる白金ペースト（田中貴金属イ
ンターナショナル製、ＴＲ−７９０５）を、インターコ
ネクター上にスクリーン印刷し、８０℃で十分間乾燥し
て粉末層を形成した。次に、該粉末層にＮｉフェルトの
集電材を当接させて取り付け、ＳＯＦＣ運転時と同じ雰
囲気（下記）で粉末層を焼成した。焼成後の金属層の厚
さは、１０〜３０μm 程度となった。なお、燃料極と集
電材間には金属層は設けなかった。
ンターナショナル製、ＴＲ−７９０５）を、インターコ
ネクター上にスクリーン印刷し、８０℃で十分間乾燥し
て粉末層を形成した。次に、該粉末層にＮｉフェルトの
集電材を当接させて取り付け、ＳＯＦＣ運転時と同じ雰
囲気（下記）で粉末層を焼成した。焼成後の金属層の厚
さは、１０〜３０μm 程度となった。なお、燃料極と集
電材間には金属層は設けなかった。
【００３０】このセルを以下の条件で運転した。 （４）発電条件 燃料：（Ｈ2 ＋１１％Ｈ2 Ｏ）：Ｎ2 ＝１：２ 酸化剤：Ａｉｒ セル温度：１，０００℃ 燃料利用率：８５％
【００３１】（５）試験結果 図２は、インターコネクターをメタライズした本実施例
のＳＯＦＣセルと、メタライズを行わなかった比較例の
セルの発電特性を比較して示すグラフである。横軸は、
電流の面積密度を示し、縦軸は出力の面積密度を示す。
なお、電流密度は、外部回路の抵抗を変えることによっ
て変化させた。図２に示されているように、比較例のメ
タライズ無しの場合、出力密度のピークが約０．１W/cm
2 なのに対して、実施例のメタライズ有りの場合、出力
密度のピークが約０．３W/cm2 と、約３倍もの高出力密
度を示した。これは、比較例では電流密度の増加ととも
にインターコネクター−集電材界面の接触抵抗が著しく
増大して同部でのジュール損失が増加したのに対して、
実施例ではメタライズ層の存在により接触抵抗が低かっ
たためである。
のＳＯＦＣセルと、メタライズを行わなかった比較例の
セルの発電特性を比較して示すグラフである。横軸は、
電流の面積密度を示し、縦軸は出力の面積密度を示す。
なお、電流密度は、外部回路の抵抗を変えることによっ
て変化させた。図２に示されているように、比較例のメ
タライズ無しの場合、出力密度のピークが約０．１W/cm
2 なのに対して、実施例のメタライズ有りの場合、出力
密度のピークが約０．３W/cm2 と、約３倍もの高出力密
度を示した。これは、比較例では電流密度の増加ととも
にインターコネクター−集電材界面の接触抵抗が著しく
増大して同部でのジュール損失が増加したのに対して、
実施例ではメタライズ層の存在により接触抵抗が低かっ
たためである。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の固体電解質型燃料電池は、比較的簡単な方法によっ
て、セルと集電材間の接触抵抗を低減でき、高出力化で
きる。とくに、電極等の表面に金属粉末を含む層（粉末
層）を形成した後、組み立てられる集電材等を該粉末層
に当てた状態で該粉末層を焼成して金属層を設けた場合
には、電極−金属層−集電材間で焼結が進み、界面の機
械的、物理的接触が強化される。そのため、特に該界面
の接触抵抗を低減できる。
の固体電解質型燃料電池は、比較的簡単な方法によっ
て、セルと集電材間の接触抵抗を低減でき、高出力化で
きる。とくに、電極等の表面に金属粉末を含む層（粉末
層）を形成した後、組み立てられる集電材等を該粉末層
に当てた状態で該粉末層を焼成して金属層を設けた場合
には、電極−金属層−集電材間で焼結が進み、界面の機
械的、物理的接触が強化される。そのため、特に該界面
の接触抵抗を低減できる。
【図１】本発明の一実施例に係る円筒セルタイプ固体電
解質型燃料電池のセル（組立体）の構造を示す断面図で
ある。（Ａ）は全体の縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）
のＢ−Ｂ断面を示す横断面図である。
解質型燃料電池のセル（組立体）の構造を示す断面図で
ある。（Ａ）は全体の縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）
のＢ−Ｂ断面を示す横断面図である。
【図２】インターコネクターをメタライズした本実施例
のＳＯＦＣセルと、メタライズを行わなかった比較例の
セルの発電特性を比較して示すグラフである。
のＳＯＦＣセルと、メタライズを行わなかった比較例の
セルの発電特性を比較して示すグラフである。
【図３】従来知られている代表的なＴ−ＳＯＦＣの全体
構造を示す図である。
構造を示す図である。
１ セル組立体 ３ 円筒セル ５ 空気導入管 １１ 空気極 １３ 固体電解質層 １５ 燃料極 １７ インターコネクター １８ 金属層（メ
タライズ層） １９ 集電材（Ｎｉフェルト） ２１ セル上端
（開放端） ２３ セル下端（封止端） ２５ 導入管先端 ３１ 開放端側非発電領域 ３３ 発電領域 ３５ 封止端側非発電領域
タライズ層） １９ 集電材（Ｎｉフェルト） ２１ セル上端
（開放端） ２３ セル下端（封止端） ２５ 導入管先端 ３１ 開放端側非発電領域 ３３ 発電領域 ３５ 封止端側非発電領域
Claims (5)
- 【請求項１】 電極、電解質及びインターコネクターか
ら構成された多数の燃料電池セルを、セル相互間に集電
材を介在させて電気的に接続して構成した固体電解質型
燃料電池であって；電極（インターコネクター含む）と
集電材との界面に金属層を設けたことを特徴とする固体
電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 上記電極及び／又は集電材の表面に上記
金属の粉末を含む層（粉末層）を形成した後、組み立て
られる集電材又は電極を該粉末層に当て、その状態で該
粉末層を焼成して上記金属層を設けた請求項１記載の固
体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 多層円筒状に積層された膜状の空気極、
固体電解質層及び燃料極、並びに、空気極又は燃料極上
に成膜された帯状のインターコネクターを含む多数の円
筒型セルを、セル相互の外層電極とインターコネクター
との間に、金属フェルトからなる集電材を介在させて電
気的に接続して構成した固体電解質型燃料電池であっ
て；該インターコネクターはセラミック材料からなり、 該インターコネクターと集電材との界面に金属層を設け
たことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項４】 上記金属層を、インターコネクターの表
面に該金属の粉末を含む層（粉末層）を形成した後、組
み立てられる集電材又は電極を該粉末層に当て、その状
態で該粉末層を焼成して設けた請求項３記載の固体電解
質型燃料電池。 - 【請求項５】 上記金属層が白金及び／又はニッケルを
含む請求項１〜４いずれか１項記載の固体電解質型燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8275302A JPH10106611A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8275302A JPH10106611A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10106611A true JPH10106611A (ja) | 1998-04-24 |
Family
ID=17553549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8275302A Pending JPH10106611A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10106611A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002231276A (ja) * | 2001-01-30 | 2002-08-16 | Kyocera Corp | 燃料電池 |
| JP2002260706A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-13 | Kyocera Corp | 燃料電池 |
| JP2008066022A (ja) * | 2006-09-05 | 2008-03-21 | Toto Ltd | 固体酸化物型燃料電池 |
| US8895205B2 (en) | 2010-06-17 | 2014-11-25 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell comprising a coated wire current collector |
-
1996
- 1996-09-27 JP JP8275302A patent/JPH10106611A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002231276A (ja) * | 2001-01-30 | 2002-08-16 | Kyocera Corp | 燃料電池 |
| JP4663137B2 (ja) * | 2001-01-30 | 2011-03-30 | 京セラ株式会社 | 燃料電池 |
| JP2002260706A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-13 | Kyocera Corp | 燃料電池 |
| JP4683742B2 (ja) * | 2001-02-27 | 2011-05-18 | 京セラ株式会社 | 燃料電池 |
| JP2008066022A (ja) * | 2006-09-05 | 2008-03-21 | Toto Ltd | 固体酸化物型燃料電池 |
| US8895205B2 (en) | 2010-06-17 | 2014-11-25 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell comprising a coated wire current collector |
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