JPH10241714A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
- Publication number
- JPH10241714A JPH10241714A JP9056983A JP5698397A JPH10241714A JP H10241714 A JPH10241714 A JP H10241714A JP 9056983 A JP9056983 A JP 9056983A JP 5698397 A JP5698397 A JP 5698397A JP H10241714 A JPH10241714 A JP H10241714A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel cell
- interconnector
- solid electrolyte
- noble metal
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- Pending
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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】 燃料極側のインタコネクタにおいて、現在使
用されている耐熱合金の耐熱性を維持しつつ電気抵抗を
低く保ち、発電効率を高めた固体型電解質型燃料電池を
提供すること。 【解決手段】 耐熱合金製のインタコネクタ４ｂの面上
であって、燃料極３又は支持体との当接部６に、貴金属
の被膜を形成すること。
用されている耐熱合金の耐熱性を維持しつつ電気抵抗を
低く保ち、発電効率を高めた固体型電解質型燃料電池を
提供すること。 【解決手段】 耐熱合金製のインタコネクタ４ｂの面上
であって、燃料極３又は支持体との当接部６に、貴金属
の被膜を形成すること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料極側のインタ
コネクタの電気的接触を改善した固体電解質型燃料電池
に関するものである。
コネクタの電気的接触を改善した固体電解質型燃料電池
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、９００〜１０
００°Ｃの高温で作動するオールセラミックスの燃料電
池であり、その高い発電効率、燃料の多様性及び耐久性
から実用化に向けて種々の検討がなされている。固体電
解質型燃料電池の基本構成は、図６の単一スタックの分
解図に示すように、電解質２１を空気極２２と燃料極２
３で両側から挟みこんだ単一セル２５及び複数の単一セ
ルを接続するためのインタコネクタ２４ａ、２４ｂから
成る。電解質２１は、安定化ジルコニアのような酸素イ
オン導電性のセラミックスであり、ガスや電子を透過せ
ず、酸素イオンだけを通す特性を有する。該電解質膜２
１の両側に、多孔質で電子導電性を持つ空気極２２と燃
料極２３を設けて、空気極２２には流路２８を通して空
気又は酸素、燃料極２３には流路２７を通して水素又は
一酸化炭素を連続的に供給する。供給された燃料と空気
中の酸素とは化合しようとするが、電解質膜２１がある
のでガスのままでは通れない。そこで酸素は、空気極２
２で電子を奪って酸素イオンとなり電解質膜２１を透過
して燃料極側２３に移動し、水素又は一酸化炭素等の燃
料と反応して電子を放出し、酸化物を生成する。ここに
おいて、空気極２２と燃料極２３を外部回路で接続する
と、燃料極２３で放出された電子は外部回路の負荷を経
由して空気極２２へ流れ、このときに電気エネルギーを
発生する。
００°Ｃの高温で作動するオールセラミックスの燃料電
池であり、その高い発電効率、燃料の多様性及び耐久性
から実用化に向けて種々の検討がなされている。固体電
解質型燃料電池の基本構成は、図６の単一スタックの分
解図に示すように、電解質２１を空気極２２と燃料極２
３で両側から挟みこんだ単一セル２５及び複数の単一セ
ルを接続するためのインタコネクタ２４ａ、２４ｂから
成る。電解質２１は、安定化ジルコニアのような酸素イ
オン導電性のセラミックスであり、ガスや電子を透過せ
ず、酸素イオンだけを通す特性を有する。該電解質膜２
１の両側に、多孔質で電子導電性を持つ空気極２２と燃
料極２３を設けて、空気極２２には流路２８を通して空
気又は酸素、燃料極２３には流路２７を通して水素又は
一酸化炭素を連続的に供給する。供給された燃料と空気
中の酸素とは化合しようとするが、電解質膜２１がある
のでガスのままでは通れない。そこで酸素は、空気極２
２で電子を奪って酸素イオンとなり電解質膜２１を透過
して燃料極側２３に移動し、水素又は一酸化炭素等の燃
料と反応して電子を放出し、酸化物を生成する。ここに
おいて、空気極２２と燃料極２３を外部回路で接続する
と、燃料極２３で放出された電子は外部回路の負荷を経
由して空気極２２へ流れ、このときに電気エネルギーを
発生する。
【０００３】従来、平板型固体電解質型燃料電池におい
て、インタコネクタの材質としては、９００〜１０００
°Ｃの高温下に耐え得るものとして、クロムやアルミニ
ウムを含有する耐熱、耐酸化合金が使用され、その表面
で酸化してアルミナやクロミア膜を生成し合金を保護し
ている。
て、インタコネクタの材質としては、９００〜１０００
°Ｃの高温下に耐え得るものとして、クロムやアルミニ
ウムを含有する耐熱、耐酸化合金が使用され、その表面
で酸化してアルミナやクロミア膜を生成し合金を保護し
ている。
【０００４】しかしながら、この保護膜は電気的には絶
縁性であるため、インタコネクタとしては不都合であ
り、実用的には使用できないという問題を有していた。
これは特に、高温の還元雰囲気下にある燃料極側のイン
タコネクタにおいて問題となっていた。
縁性であるため、インタコネクタとしては不都合であ
り、実用的には使用できないという問題を有していた。
これは特に、高温の還元雰囲気下にある燃料極側のイン
タコネクタにおいて問題となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明が解決
しようとする課題は、燃料極側のインタコネクタにおい
て、現在使用されている耐熱合金の耐熱性を維持しつつ
電気抵抗を低く保ち、発電効率を高めた固体型電解質型
燃料電池を提供することにある。
しようとする課題は、燃料極側のインタコネクタにおい
て、現在使用されている耐熱合金の耐熱性を維持しつつ
電気抵抗を低く保ち、発電効率を高めた固体型電解質型
燃料電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者は、鋭意検討を行った結果、平板型のインタコネ
クタを構成する耐熱合金面であって、燃料極又はこれを
支持する支持体との接触する部分に貴金属の薄膜を形成
することにより、高温で還元雰囲気下におけるインタコ
ネクタの電気抵抗を著しく低減できること、また、円筒
型においては、集電板の耐熱合金面と燃料極又はこれを
支持する支持体との接触部分に貴金属被膜を予め形成す
ることにより同様の効果が得られることを見い出し、本
発明を完成するに至った。
発明者は、鋭意検討を行った結果、平板型のインタコネ
クタを構成する耐熱合金面であって、燃料極又はこれを
支持する支持体との接触する部分に貴金属の薄膜を形成
することにより、高温で還元雰囲気下におけるインタコ
ネクタの電気抵抗を著しく低減できること、また、円筒
型においては、集電板の耐熱合金面と燃料極又はこれを
支持する支持体との接触部分に貴金属被膜を予め形成す
ることにより同様の効果が得られることを見い出し、本
発明を完成するに至った。
【０００７】すなわち、本発明は、インタコネクタ面で
あって、燃料極又は支持体との当接部に、貴金属の被膜
を形成することを特徴とする固体電解質型燃料電池を提
供するものである。また、本発明は、耐熱合金面であっ
て、燃料極又は支持体との当接部に、貴金属の被膜を形
成することを特徴とする固体電解質型燃料電池を提供す
るものである。
あって、燃料極又は支持体との当接部に、貴金属の被膜
を形成することを特徴とする固体電解質型燃料電池を提
供するものである。また、本発明は、耐熱合金面であっ
て、燃料極又は支持体との当接部に、貴金属の被膜を形
成することを特徴とする固体電解質型燃料電池を提供す
るものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の固体電解質型燃料電池に
おいて使用される燃料極の材質としては、運転中、高温
の還元雰囲気で使用されるため、例えば、ニッケル、コ
バルト等の耐熱金属が用いられる。
おいて使用される燃料極の材質としては、運転中、高温
の還元雰囲気で使用されるため、例えば、ニッケル、コ
バルト等の耐熱金属が用いられる。
【０００９】また、燃料側のインタコネクタの材質とし
ては、従来から燃料側のインタコネクタに常用されてい
るアルミニウム又はクロム等を含有する約１０００°Ｃ
の温度で使用可能な耐熱合金が用いられる。また、LaCr
O3系酸化物を用いることができ、導電性及び焼結性改善
のため、Laの一部をSr、Mg等のアルカリ土類金属で置換
したものが用いられる。
ては、従来から燃料側のインタコネクタに常用されてい
るアルミニウム又はクロム等を含有する約１０００°Ｃ
の温度で使用可能な耐熱合金が用いられる。また、LaCr
O3系酸化物を用いることができ、導電性及び焼結性改善
のため、Laの一部をSr、Mg等のアルカリ土類金属で置換
したものが用いられる。
【００１０】インタコネクタ面上又は耐熱合金面上であ
って、燃料極と当接する部分の形態としては、上記イン
タコネクタ面等が燃料極と直接当接する部分及びニッケ
ルフェルト等の支持体を介して間接的に当接する部分が
挙げられる。例えば、平板型においては、図１に示すよ
うに、燃料ガスの流路となる溝部７を形成することによ
りできるインタコネクタの上面部で燃料極の下面３１と
当接する部分及び図２に示すように、燃料極３とインタ
コネクタ４ａとの間に介在し、燃料極３と同材又はニッ
ケルフェルトで燃料ガス流路を形成する薄膜波形の支持
体９ａの頂部１１と接触するインタコネクタ４ａの下面
部分等が例示される。また、円筒型においては、図３に
示すように、集電板３７上であって、燃料極４３ｂと耐
熱合金製の該集電板３７との間に介在するニッケルフェ
ルトの支持体３５との接触部分である。
って、燃料極と当接する部分の形態としては、上記イン
タコネクタ面等が燃料極と直接当接する部分及びニッケ
ルフェルト等の支持体を介して間接的に当接する部分が
挙げられる。例えば、平板型においては、図１に示すよ
うに、燃料ガスの流路となる溝部７を形成することによ
りできるインタコネクタの上面部で燃料極の下面３１と
当接する部分及び図２に示すように、燃料極３とインタ
コネクタ４ａとの間に介在し、燃料極３と同材又はニッ
ケルフェルトで燃料ガス流路を形成する薄膜波形の支持
体９ａの頂部１１と接触するインタコネクタ４ａの下面
部分等が例示される。また、円筒型においては、図３に
示すように、集電板３７上であって、燃料極４３ｂと耐
熱合金製の該集電板３７との間に介在するニッケルフェ
ルトの支持体３５との接触部分である。
【００１１】また、貴金属としては、例えば、ニッケ
ル、金及び白金等が挙げられ、このうち、特にニッケル
が工業的にも有利である。
ル、金及び白金等が挙げられ、このうち、特にニッケル
が工業的にも有利である。
【００１２】インタコネクタ面上又は耐熱合金製集電板
上であって、燃料極又は支持体と当接する部分に貴金属
被膜を形成する方法としては、特に制限されず、気相
法、溶射法及び液相法等いずれであってもよく、例え
ば、蒸着法及びスパッタ法等のＰＶＤ法；プラズマ、レ
ーザー及びＥＶＤ等のＣＶＤ法；スラリ法、電析法等が
挙げられる。また、上記方法により、インタコネクタ面
等の所定の箇所に、予め貴金属被膜を形成すればよく、
貴金属被膜の膜厚としては、１〜数十ミクロンの範囲と
することが好ましい。該貴金属被膜はインタコネクタ面
上等であって、燃料極又は支持体と当接する部分に形成
され、高温、還元雰囲気下において、該当接部分の電気
抵抗を低減するものであり、このため、必ずしも該当接
部分の全面に形成する必要はなく、一部であってもよい
が、５０％以上、好ましくは８０％以上が好ましい。
上であって、燃料極又は支持体と当接する部分に貴金属
被膜を形成する方法としては、特に制限されず、気相
法、溶射法及び液相法等いずれであってもよく、例え
ば、蒸着法及びスパッタ法等のＰＶＤ法；プラズマ、レ
ーザー及びＥＶＤ等のＣＶＤ法；スラリ法、電析法等が
挙げられる。また、上記方法により、インタコネクタ面
等の所定の箇所に、予め貴金属被膜を形成すればよく、
貴金属被膜の膜厚としては、１〜数十ミクロンの範囲と
することが好ましい。該貴金属被膜はインタコネクタ面
上等であって、燃料極又は支持体と当接する部分に形成
され、高温、還元雰囲気下において、該当接部分の電気
抵抗を低減するものであり、このため、必ずしも該当接
部分の全面に形成する必要はなく、一部であってもよい
が、５０％以上、好ましくは８０％以上が好ましい。
【００１３】また、本発明の固体電解質型燃料電池とし
ては、平板型固体電解質型燃料電池又は円筒型固体電解
質型燃料電池が挙げられ、このうち、平板型固体電解質
型燃料電池が特に好ましい。
ては、平板型固体電解質型燃料電池又は円筒型固体電解
質型燃料電池が挙げられ、このうち、平板型固体電解質
型燃料電池が特に好ましい。
【００１４】上記平板型固体電解質燃料電池は、例え
ば、図１に示すように、電解質１を挟んで上面に空気極
２及び下面に燃料極３から成る単一セル５を上側から下
面に空気流路８を形成した空気側インタコネクタ４ａ、
下側から上面に燃料ガス流路７を形成した燃料側インタ
コネクタ４ｂで挟んだ単一のセルスタック１０とし、こ
れを繰り返し積層することにより基本構造が形成され
る。
ば、図１に示すように、電解質１を挟んで上面に空気極
２及び下面に燃料極３から成る単一セル５を上側から下
面に空気流路８を形成した空気側インタコネクタ４ａ、
下側から上面に燃料ガス流路７を形成した燃料側インタ
コネクタ４ｂで挟んだ単一のセルスタック１０とし、こ
れを繰り返し積層することにより基本構造が形成され
る。
【００１５】上記電解質としては、酸化物系セラミック
スが挙げられ、具体的には、(ZrO2)0.89(CaO)0 .1 1 、(Z
rO2)0.91(Y2O3)0.09、 (ZrO2)0 .9 1(Yb2O3)0.09、(ZrO2)
0.69(LaO1. 5)0.33、(ThO2)0.95(CaO)0 .0 5 及び(CeO2)0.
8(LaO1 .5)0 .2等がある。
スが挙げられ、具体的には、(ZrO2)0.89(CaO)0 .1 1 、(Z
rO2)0.91(Y2O3)0.09、 (ZrO2)0 .9 1(Yb2O3)0.09、(ZrO2)
0.69(LaO1. 5)0.33、(ThO2)0.95(CaO)0 .0 5 及び(CeO2)0.
8(LaO1 .5)0 .2等がある。
【００１６】また、空気極としては、高温酸化雰囲気に
さらされるため、電子導電性のセラミックスが用いら
れ、具体的には、LaCoO3、LaMnO3が挙げられる。また、
空気側のインタコネクタとしては、上記燃料側のインタ
コネクタと同様の材質のものが挙げられ、さらに酸化防
止処理を施した耐熱金属を使用することもできる。
さらされるため、電子導電性のセラミックスが用いら
れ、具体的には、LaCoO3、LaMnO3が挙げられる。また、
空気側のインタコネクタとしては、上記燃料側のインタ
コネクタと同様の材質のものが挙げられ、さらに酸化防
止処理を施した耐熱金属を使用することもできる。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、燃料極側のインタコネ
クタ又は耐熱合金製の集電板に形成されたニッケル被膜
により、高温還元雰囲気下、かかる部分には絶縁性の酸
化被膜が形成されず、電気抵抗を著しく低くすることが
できる。このため、発電効率が向上し工業的に極めて有
利となる。
クタ又は耐熱合金製の集電板に形成されたニッケル被膜
により、高温還元雰囲気下、かかる部分には絶縁性の酸
化被膜が形成されず、電気抵抗を著しく低くすることが
できる。このため、発電効率が向上し工業的に極めて有
利となる。
【００１８】
【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的
に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限
するものではない。 実施例１ 固体電解質型燃料電池における、燃料極側の使用条件を
再現するため、下記に示す高温電気抵抗測定試験を行っ
た。
に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限
するものではない。 実施例１ 固体電解質型燃料電池における、燃料極側の使用条件を
再現するため、下記に示す高温電気抵抗測定試験を行っ
た。
【００１９】（高温電気抵抗測定試験）２０×２０mm、
厚さ２mmのＨＡ２１４材耐熱合金（Ｃｒ１６％、Ａｌ
４．５％、Ｎｉ残量）の表面をダイヤモンドペーストで
研磨し、電子ビーム蒸着装置を用いて、耐熱合金表面温
度６００°Ｃ下、ニッケルを径１６mm、厚さ４μm に蒸
着した。次いで、両側より０．３mm径のニッケル線で作
製した直径１０mm、厚さ２mmのニッケルフェルトで挟
み、白金リード線を接続し、図４に示す試験装置を作製
した。次いで、その外側からアルミナの板で挟んで、雰
囲気炉中に設置し、室温で加湿した３％水蒸気を含む水
素を雰囲気ガスとし、９００°Ｃの温度で抵抗変化を２
００時間測定後、雰囲気を保ったまま炉冷し、室温で各
部分の抵抗値を測定した。結果を図５に示す。
厚さ２mmのＨＡ２１４材耐熱合金（Ｃｒ１６％、Ａｌ
４．５％、Ｎｉ残量）の表面をダイヤモンドペーストで
研磨し、電子ビーム蒸着装置を用いて、耐熱合金表面温
度６００°Ｃ下、ニッケルを径１６mm、厚さ４μm に蒸
着した。次いで、両側より０．３mm径のニッケル線で作
製した直径１０mm、厚さ２mmのニッケルフェルトで挟
み、白金リード線を接続し、図４に示す試験装置を作製
した。次いで、その外側からアルミナの板で挟んで、雰
囲気炉中に設置し、室温で加湿した３％水蒸気を含む水
素を雰囲気ガスとし、９００°Ｃの温度で抵抗変化を２
００時間測定後、雰囲気を保ったまま炉冷し、室温で各
部分の抵抗値を測定した。結果を図５に示す。
【００２０】比較例１ ニッケル被膜を形成しない以外は、実施例１と同様の方
法で行った。結果を図５に示す。
法で行った。結果を図５に示す。
【００２１】図５より、実施例では９００°Ｃに加熱し
ている間抵抗は１．１m Ωであり一定であった。しか
し、比較例では昇温後約２０時間後に抵抗が２０m Ωま
で上昇し、その後約２m Ω／１０時間の割合で増加し
た。２００時間後の炉冷後の室温で、実施例ではニッケ
ルフェルト間の抵抗は１．１m Ωであり高温での結果と
一致した。しかし、比較例では表面抵抗は無限大であっ
た。以上のことから、燃料極側のインタコネクタ又は集
電板の耐熱合金表面に予めニッケル膜を被覆することに
より、これらの電気抵抗を低く保つことができ、これに
より発電効率が向上する。
ている間抵抗は１．１m Ωであり一定であった。しか
し、比較例では昇温後約２０時間後に抵抗が２０m Ωま
で上昇し、その後約２m Ω／１０時間の割合で増加し
た。２００時間後の炉冷後の室温で、実施例ではニッケ
ルフェルト間の抵抗は１．１m Ωであり高温での結果と
一致した。しかし、比較例では表面抵抗は無限大であっ
た。以上のことから、燃料極側のインタコネクタ又は集
電板の耐熱合金表面に予めニッケル膜を被覆することに
より、これらの電気抵抗を低く保つことができ、これに
より発電効率が向上する。
【図１】本発明の実施の形態における平板型固体電解質
型燃料電池のスタックを分解した斜視図である。
型燃料電池のスタックを分解した斜視図である。
【図２】本発明の他の実施の形態における平板型固体電
解質型燃料電池のスタックを分解した斜視図である。
解質型燃料電池のスタックを分解した斜視図である。
【図３】本発明の他の実施の形態における円筒型固体電
解質型燃料電池の断面図である。
解質型燃料電池の断面図である。
【図４】高温電気抵抗測定試験装置の概略図であり、
(b) が平面図、(a) が(b) のＡ−Ａ線に沿って見た図で
ある。
(b) が平面図、(a) が(b) のＡ−Ａ線に沿って見た図で
ある。
【図５】高温電気抵抗測定試験結果である。
【図６】従来の平板型固体電解質型燃料電池のスタック
を分解した斜視図である。
を分解した斜視図である。
【符号の説明】 １、２１、４１ 電解質 ２、２２、４２ 空気極 ３、２３、４３ａ、４３ｂ 燃料極 ４ａ、４ｂ、２４ａ、２４ｂ、３９ インタコネクタ ５、２５ セル ６ 貴金属被膜形成部 ７、２７ 燃料ガス通路溝 ８、２８ 空気通路溝 ９ａ、９ｂ、 支持体 １０、２０ 燃料電池スタック １１ 支持体９ａの頂部 ２６ 当接部 ３１ 燃料極の下面 ３２ 耐熱合金 ３３ａ、３３ｂ ニッケル被膜 ３４、３５、３６ ニッケルフェルト ３７、３８ 集電板
Claims (4)
- 【請求項１】 インタコネクタ面であって、燃料極又は
支持体との当接部に、貴金属の被膜を形成することを特
徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 耐熱合金面であって、燃料極又は支持体
との当接部に、貴金属の被膜を形成することを特徴とす
る固体電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 貴金属が、ニッケルであることを特徴と
する請求項１又は２記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項４】 平板型である請求項１記載の固体電解質
型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9056983A JPH10241714A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9056983A JPH10241714A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10241714A true JPH10241714A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=13042748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9056983A Pending JPH10241714A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10241714A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004253376A (ja) * | 2003-01-27 | 2004-09-09 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池 |
-
1997
- 1997-02-25 JP JP9056983A patent/JPH10241714A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004253376A (ja) * | 2003-01-27 | 2004-09-09 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池 |
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