JPH10247502A - 固体電解質型燃料電池の燃料極の形成方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の燃料極の形成方法Info
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- JPH10247502A JPH10247502A JP9060108A JP6010897A JPH10247502A JP H10247502 A JPH10247502 A JP H10247502A JP 9060108 A JP9060108 A JP 9060108A JP 6010897 A JP6010897 A JP 6010897A JP H10247502 A JPH10247502 A JP H10247502A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 焼成収縮を小さくすることにより、セルの反
りを低減し、真直性に優れたセルの作製が可能なＳＯＦ
Ｃの燃料極の形成方法を提供する。 【解決手段】 粒度が調整されたNiO/YSZ 粉末を、800
〜1300℃で１〜10時間、大気雰囲気で保持することによ
り仮焼を行い、これを平均粒径３μｍ以下に粉砕し、10
00℃で５時間、３％Ｈ2 含有Ｎ2 雰囲気で還元処理する
ことにより第１の還元粉末を作製する。粒度が調整され
たNiO/YSZ 粉末を、900 〜1650℃で１０時間、大気雰囲
気で保持することにより仮焼を行い、これを平均粒径が
15μm 以下に粉砕し、1000℃で５時間、３％Ｈ2 含有Ｎ
2 雰囲気で還元処理することにより第２の還元粉末を作
製する。次に、第１の還元粉末により作製したスラリー
を電解質上にスラリーコートし、これを大気雰囲気で焼
成した後、この上に第２の還元粉末により作製したスラ
リーをスラリーコートし、これを大気雰囲気で焼成す
る。
りを低減し、真直性に優れたセルの作製が可能なＳＯＦ
Ｃの燃料極の形成方法を提供する。 【解決手段】 粒度が調整されたNiO/YSZ 粉末を、800
〜1300℃で１〜10時間、大気雰囲気で保持することによ
り仮焼を行い、これを平均粒径３μｍ以下に粉砕し、10
00℃で５時間、３％Ｈ2 含有Ｎ2 雰囲気で還元処理する
ことにより第１の還元粉末を作製する。粒度が調整され
たNiO/YSZ 粉末を、900 〜1650℃で１０時間、大気雰囲
気で保持することにより仮焼を行い、これを平均粒径が
15μm 以下に粉砕し、1000℃で５時間、３％Ｈ2 含有Ｎ
2 雰囲気で還元処理することにより第２の還元粉末を作
製する。次に、第１の還元粉末により作製したスラリー
を電解質上にスラリーコートし、これを大気雰囲気で焼
成した後、この上に第２の還元粉末により作製したスラ
リーをスラリーコートし、これを大気雰囲気で焼成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池（以下、ＳＯＦＣともいう）の燃料極の形成方法に
関する。特には、ＳＯＦＣのセルの真直性を向上させ、
ひいては発電特性と耐久性を向上させるＳＯＦＣの燃料
極の形成方法に関するものである。
電池（以下、ＳＯＦＣともいう）の燃料極の形成方法に
関する。特には、ＳＯＦＣのセルの真直性を向上させ、
ひいては発電特性と耐久性を向上させるＳＯＦＣの燃料
極の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のＳＯＦＣの燃料極の形成方法にお
いては、燃料極素材としてＮｉとＹＳＺの２種類の材料
を混合複合化した材料が主に用いられており、Ｎｉ原料
としてはＮｉＯを用いて一度燃料極膜を成膜し焼成した
後に還元処理によってＮｉとしている。こうした材料は
粉末原料と液体原料との組み合わせ（ＮｉＯ／ＹＳＺ＝
固体／固体、固体／液体、液体／固体、液体／液体）に
よって合成され、溶射法、スラリ−コ−ト燃焼法、ＣＶ
Ｄ法等の方法によって成膜形成される。
いては、燃料極素材としてＮｉとＹＳＺの２種類の材料
を混合複合化した材料が主に用いられており、Ｎｉ原料
としてはＮｉＯを用いて一度燃料極膜を成膜し焼成した
後に還元処理によってＮｉとしている。こうした材料は
粉末原料と液体原料との組み合わせ（ＮｉＯ／ＹＳＺ＝
固体／固体、固体／液体、液体／固体、液体／液体）に
よって合成され、溶射法、スラリ−コ−ト燃焼法、ＣＶ
Ｄ法等の方法によって成膜形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のＳＯＦＣの燃料極の形成方法では、燃料極粉末とし
て酸化物粉末（ＮｉＯ／ＹＳＺ）を用いて一度燃料極膜
を成膜し、これを酸化雰囲気で焼成した後に、還元処理
によってＮｉＯをＮｉとしている。このため、焼成によ
り成膜体が収縮する際の収縮率の大きさに応じてセルの
反りも大きくなる。
来のＳＯＦＣの燃料極の形成方法では、燃料極粉末とし
て酸化物粉末（ＮｉＯ／ＹＳＺ）を用いて一度燃料極膜
を成膜し、これを酸化雰囲気で焼成した後に、還元処理
によってＮｉＯをＮｉとしている。このため、焼成によ
り成膜体が収縮する際の収縮率の大きさに応じてセルの
反りも大きくなる。
【０００４】一般に、燃料極粉末の材料合成手法はさま
ざまであるが、ＳＯＦＣが優れた発電性能を得るために
は、電解質と燃料極の界面での三相界面を多くするこ
と、電子伝導度を大きくすること、ガス透過性を上げる
ことなどの必要性があるといった燃料極膜の素材特性と
成膜構造に依存する部分がある。また、セルの真直性を
向上させてバンドル形成を容易にし、発電場を均一にす
ること、セルのデッドスペ−スを減少させて燃料を有効
に利用することといったセル形状や運転技術に関する部
分がある。これらの技術の向上がＳＯＦＣの発電特性の
向上に寄与する。
ざまであるが、ＳＯＦＣが優れた発電性能を得るために
は、電解質と燃料極の界面での三相界面を多くするこ
と、電子伝導度を大きくすること、ガス透過性を上げる
ことなどの必要性があるといった燃料極膜の素材特性と
成膜構造に依存する部分がある。また、セルの真直性を
向上させてバンドル形成を容易にし、発電場を均一にす
ること、セルのデッドスペ−スを減少させて燃料を有効
に利用することといったセル形状や運転技術に関する部
分がある。これらの技術の向上がＳＯＦＣの発電特性の
向上に寄与する。
【０００５】特に、円筒型ＳＯＦＣにおいてセルに反り
が生じた場合には、セル間のバンドルが困難となり、か
つ、デッドスペ−スが増大して燃料利用率が低下すると
いう運転上好ましくない状態に陥る。縦縞円筒形セルで
は構造が非対称であることや種々のセラミックス素材の
組み合わせによってセルが構成されており、基板に逐次
各素材の成膜形成を行っていくことから、焼成収縮と素
材の熱膨張率の差に起因するセルの反りを生じやすい。
が生じた場合には、セル間のバンドルが困難となり、か
つ、デッドスペ−スが増大して燃料利用率が低下すると
いう運転上好ましくない状態に陥る。縦縞円筒形セルで
は構造が非対称であることや種々のセラミックス素材の
組み合わせによってセルが構成されており、基板に逐次
各素材の成膜形成を行っていくことから、焼成収縮と素
材の熱膨張率の差に起因するセルの反りを生じやすい。
【０００６】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、焼成収縮を小さくするこ
とにより、セルの反りを低減し、真直性に優れたセルの
作製が可能なＳＯＦＣの燃料極の形成方法を提供するこ
とにある。
れたものであり、その目的は、焼成収縮を小さくするこ
とにより、セルの反りを低減し、真直性に優れたセルの
作製が可能なＳＯＦＣの燃料極の形成方法を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る固体電解質
型燃料電池の燃料極の形成方法は、上記課題を解決する
ため、ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末からなる複合材料を還元
処理する工程と、この還元処理工程により得られた還元
粉末を電解質上に成形して大気雰囲気で焼成する工程
と、を具備することを特徴とする。この燃料極の形成方
法では、還元粉末（Ｎｉ／ＹＳＺ）を電解質上に成形し
て大気雰囲気で焼成するので、電解質上に形成した金属
Ｎｉを酸化させてＮｉＯとすることで燃料極の体積を一
時的に膨脹させてから焼結させることで燃料極材料の見
かけ上の焼成収縮を小さくできる。これにより、セルの
反りを低減することができる。
型燃料電池の燃料極の形成方法は、上記課題を解決する
ため、ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末からなる複合材料を還元
処理する工程と、この還元処理工程により得られた還元
粉末を電解質上に成形して大気雰囲気で焼成する工程
と、を具備することを特徴とする。この燃料極の形成方
法では、還元粉末（Ｎｉ／ＹＳＺ）を電解質上に成形し
て大気雰囲気で焼成するので、電解質上に形成した金属
Ｎｉを酸化させてＮｉＯとすることで燃料極の体積を一
時的に膨脹させてから焼結させることで燃料極材料の見
かけ上の焼成収縮を小さくできる。これにより、セルの
反りを低減することができる。
【０００８】また、本発明に係る固体電解質型燃料電池
の燃料極の形成方法は、凝集粉末として粒度が２０００
μm 以下に調整されたＮｉＯ／ＹＳＺ粉末を８００〜１
３００℃で１〜１０時間、大気雰囲気で仮焼を行い、こ
れを還元処理することにより第１の還元粉末を作製する
工程と、凝集粉末として粒度が２０００μm 以下に調整
されたＮｉＯ／ＹＳＺ粉末を９００〜１６５０℃で１〜
１０時間、大気雰囲気で仮焼を行い、これを平均粒径が
１５μm 以下に粉砕し、還元処理することにより第２の
還元粉末を作製する工程と、第１の還元粉末により作製
したスラリーを電解質上にスラリーコートする工程と、
この上に第２の還元粉末により作製したスラリーをスラ
リーコートし、これを大気雰囲気で焼成する工程と、を
具備することを特徴とする。また、第１の還元粉末によ
り作製したスラリーを電解質上にスラリーコートする工
程の後に、これを大気雰囲気で焼成する工程をさらに含
んでもかまわない。電解質と燃料極界面については、酸
素イオンと燃料の反応に寄与する電解質とＮｉと気相の
三相界面を多くするために粒径の小さい素材を使用する
ことが好ましいので、第１の還元粉末により成形するこ
とが適当である。燃料極バルクについては、膜厚を厚く
するために粒径の大きい素材を使用することが好ましい
ので、第２の還元粉末により成形することが適当であ
る。
の燃料極の形成方法は、凝集粉末として粒度が２０００
μm 以下に調整されたＮｉＯ／ＹＳＺ粉末を８００〜１
３００℃で１〜１０時間、大気雰囲気で仮焼を行い、こ
れを還元処理することにより第１の還元粉末を作製する
工程と、凝集粉末として粒度が２０００μm 以下に調整
されたＮｉＯ／ＹＳＺ粉末を９００〜１６５０℃で１〜
１０時間、大気雰囲気で仮焼を行い、これを平均粒径が
１５μm 以下に粉砕し、還元処理することにより第２の
還元粉末を作製する工程と、第１の還元粉末により作製
したスラリーを電解質上にスラリーコートする工程と、
この上に第２の還元粉末により作製したスラリーをスラ
リーコートし、これを大気雰囲気で焼成する工程と、を
具備することを特徴とする。また、第１の還元粉末によ
り作製したスラリーを電解質上にスラリーコートする工
程の後に、これを大気雰囲気で焼成する工程をさらに含
んでもかまわない。電解質と燃料極界面については、酸
素イオンと燃料の反応に寄与する電解質とＮｉと気相の
三相界面を多くするために粒径の小さい素材を使用する
ことが好ましいので、第１の還元粉末により成形するこ
とが適当である。燃料極バルクについては、膜厚を厚く
するために粒径の大きい素材を使用することが好ましい
ので、第２の還元粉末により成形することが適当であ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態及び実施例】以下、本発明の一実施
例によるＳＯＦＣの燃料極の形成方法について説明す
る。
例によるＳＯＦＣの燃料極の形成方法について説明す
る。
【００１０】（１）原料粉末作製： (1.1) 半液相法原料の調整：種々のＢＥＴ値を有する酸
化ニッケル粉末と硝酸ジルコニウムと硝酸イットリウム
水溶液をＮｉＯ／ＹＳＺ重量比が５０／５０となるよう
に混合し、十分に攪拌した。
化ニッケル粉末と硝酸ジルコニウムと硝酸イットリウム
水溶液をＮｉＯ／ＹＳＺ重量比が５０／５０となるよう
に混合し、十分に攪拌した。
【００１１】(1.2) 乾燥：上述の酸化ニッケル粉末と硝
酸ジルコニウムと硝酸イットリウム水溶液の混合物の攪
拌を行いながらホットスターラにて１２０℃×５時間の
乾燥を行い混合溶液を固化した。
酸ジルコニウムと硝酸イットリウム水溶液の混合物の攪
拌を行いながらホットスターラにて１２０℃×５時間の
乾燥を行い混合溶液を固化した。
【００１２】(1.3) 熱分解：乾燥により固化した混合物
に３００℃×１５時間の熱処理を行った。これにより、
硝酸成分を除去し、ＮｉＯとＹＳＺが均一に分散された
粉末とした。
に３００℃×１５時間の熱処理を行った。これにより、
硝酸成分を除去し、ＮｉＯとＹＳＺが均一に分散された
粉末とした。
【００１３】(1.4) 粉砕（解砕）：上記のＮｉＯとＹＳ
Ｚとが均一に分散された粉末は凝集粉末であるため、こ
の粉末に機械式の粉砕機あるいはボールミル等の粉砕処
理により２０００μｍ以下の凝集粉末の作製を行った。
Ｚとが均一に分散された粉末は凝集粉末であるため、こ
の粉末に機械式の粉砕機あるいはボールミル等の粉砕処
理により２０００μｍ以下の凝集粉末の作製を行った。
【００１４】(1.5) 還元粉末の作製： (1.51) 第１の還元粉末の作製：得られた粉末を、９０
０℃で１０時間、大気雰囲気で保持することにより仮焼
（熱処理）を行った。この後、仮焼した粉末を、１００
０℃で５時間、３％Ｈ2含有Ｎ2 雰囲気で還元処理する
ことにより、第１の還元粉末を作製した。
０℃で１０時間、大気雰囲気で保持することにより仮焼
（熱処理）を行った。この後、仮焼した粉末を、１００
０℃で５時間、３％Ｈ2含有Ｎ2 雰囲気で還元処理する
ことにより、第１の還元粉末を作製した。
【００１５】この第１の還元粉末は、その粒度分布が１
μm 以下と小さく（平均粒径が０．５μm ）、燃料極の
界面部分の形成に適している。つまり、一般に、電解質
と燃料極との界面近傍では酸素イオンと燃料の反応に寄
与する電解質とＮｉと気相の三相界面を多くすることが
発電特性を高めるために重要であり、この三相界面を多
くするためには粒径の小さい素材を使用することが好ま
しいからである。
μm 以下と小さく（平均粒径が０．５μm ）、燃料極の
界面部分の形成に適している。つまり、一般に、電解質
と燃料極との界面近傍では酸素イオンと燃料の反応に寄
与する電解質とＮｉと気相の三相界面を多くすることが
発電特性を高めるために重要であり、この三相界面を多
くするためには粒径の小さい素材を使用することが好ま
しいからである。
【００１６】(1.52) 第２の還元粉末の作製：上記の粒
度調整後の粉末を、１１５０℃で５時間、大気雰囲気で
保持することにより仮焼（熱処理）を行った。仮焼時に
は、主にＮｉＯの微粉が焼結現象により他のＮｉＯ粉に
合体する。また、Ｙ2 Ｏ3 がＺｒＯ 2に徐々に固溶して
結晶化する。
度調整後の粉末を、１１５０℃で５時間、大気雰囲気で
保持することにより仮焼（熱処理）を行った。仮焼時に
は、主にＮｉＯの微粉が焼結現象により他のＮｉＯ粉に
合体する。また、Ｙ2 Ｏ3 がＺｒＯ 2に徐々に固溶して
結晶化する。
【００１７】次に、粉砕した粉末を、１０００℃で５時
間、３％Ｈ2 含有Ｎ2 雰囲気で還元処理することによ
り、第２の還元粉末を作製した。この第２の還元粉末
は、その粒度分布が０．５μm 〜５μm と大きく（平均
粒径が２μm ）、焼成収縮も第１の還元粉末よりも小さ
いことから、燃料極バルクの形成に適している。つま
り、燃料極バルクの素材に適度に粒径が大きく、かつ焼
成収縮が大きくないという特性が要求されるのは、燃料
極バルクの形成については気孔率を大きくしてガス透過
性を上げる必要があること、電気抵抗値を小さくするた
めに膜厚を厚くする必要があることの理由によるもので
ある。
間、３％Ｈ2 含有Ｎ2 雰囲気で還元処理することによ
り、第２の還元粉末を作製した。この第２の還元粉末
は、その粒度分布が０．５μm 〜５μm と大きく（平均
粒径が２μm ）、焼成収縮も第１の還元粉末よりも小さ
いことから、燃料極バルクの形成に適している。つま
り、燃料極バルクの素材に適度に粒径が大きく、かつ焼
成収縮が大きくないという特性が要求されるのは、燃料
極バルクの形成については気孔率を大きくしてガス透過
性を上げる必要があること、電気抵抗値を小さくするた
めに膜厚を厚くする必要があることの理由によるもので
ある。
【００１８】（２）成膜・焼成：アルコール１００部に
対して解膠剤３部、消泡剤としての高分子界面活性剤３
部、バインダーとしてのエチルセルロース４部を添加し
て混合した溶剤に、第１及び第２の還元粉末４０部〜６
０部それぞれを添加してスラリーを作製した。次に、第
１の還元粉末により作製したスラリーをスラリーコート
法によって基板の電解質上にスラリーコートした。これ
を乾燥後、大気雰囲気で１３００〜１５００℃で焼成し
た。次に、同様な手法で、第１の還元粉末により成膜を
行った基板上に第２の還元粉末により作製したスラリー
をスラリーコート法によってスラリーコートした。これ
を乾燥後、大気雰囲気で１３００〜１５００℃で焼成
し、燃料極を形成した。なお、基板は、直径が２２mm
φ、長さが１０００mmの空気極支持体に電解質とインタ
ーコネクターを形成済みのものを用いている。また、上
述のように、第１の還元粉末により作製したスラリーを
電解質上にスラリーコートした後、大気雰囲気で焼成を
行っているが、この焼成工程を省略することも可能であ
る。
対して解膠剤３部、消泡剤としての高分子界面活性剤３
部、バインダーとしてのエチルセルロース４部を添加し
て混合した溶剤に、第１及び第２の還元粉末４０部〜６
０部それぞれを添加してスラリーを作製した。次に、第
１の還元粉末により作製したスラリーをスラリーコート
法によって基板の電解質上にスラリーコートした。これ
を乾燥後、大気雰囲気で１３００〜１５００℃で焼成し
た。次に、同様な手法で、第１の還元粉末により成膜を
行った基板上に第２の還元粉末により作製したスラリー
をスラリーコート法によってスラリーコートした。これ
を乾燥後、大気雰囲気で１３００〜１５００℃で焼成
し、燃料極を形成した。なお、基板は、直径が２２mm
φ、長さが１０００mmの空気極支持体に電解質とインタ
ーコネクターを形成済みのものを用いている。また、上
述のように、第１の還元粉末により作製したスラリーを
電解質上にスラリーコートした後、大気雰囲気で焼成を
行っているが、この焼成工程を省略することも可能であ
る。
【００１９】（３）還元：焼成により得られた燃料極膜
を、Ｈ2 １０％含有Ｎ2 雰囲気、1,000 ℃×１０Hrで還
元した。
を、Ｈ2 １０％含有Ｎ2 雰囲気、1,000 ℃×１０Hrで還
元した。
【００２０】以下、酸化物粉末を用いた従来の燃料極の
形成方法と還元粉末を用いた本発明の燃料極の形成方法
とを比較するために行った実験について説明する。従来
技術と同様の酸化物粉末を用いて上記基板と同様の基板
に燃料極の形成を行い、セルの反りの大きさ及び発電性
能を比較した。また、酸化物粉末と還元粉末それぞれの
プレス成形体を作製して焼成することで収縮率の差を求
めた。
形成方法と還元粉末を用いた本発明の燃料極の形成方法
とを比較するために行った実験について説明する。従来
技術と同様の酸化物粉末を用いて上記基板と同様の基板
に燃料極の形成を行い、セルの反りの大きさ及び発電性
能を比較した。また、酸化物粉末と還元粉末それぞれの
プレス成形体を作製して焼成することで収縮率の差を求
めた。
【００２１】セルの反りについては、還元粉末を使用し
た場合の方が酸化物粉末を使用した場合よりも小さくな
っていることが確認された。具体的には、酸化物粉末を
使用した場合のセルの反りは５／１０００程度であった
のに対し、還元粉末を使用した場合のセルの反りは２／
１０００程度であった。
た場合の方が酸化物粉末を使用した場合よりも小さくな
っていることが確認された。具体的には、酸化物粉末を
使用した場合のセルの反りは５／１０００程度であった
のに対し、還元粉末を使用した場合のセルの反りは２／
１０００程度であった。
【００２２】焼成収縮率の差についての実験結果を表１
に示す。
に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】ＦＶ１０、ＦＶ２０、ＦＶ３０、ＦＶ４０
及びＦＶ５０−２の酸化物粉末の焼成収縮率とは、９０
０℃＊１０ｈｒで大気仮焼した粉を用いた燃料極を１３
５０℃＊１０ｈｒで焼成した場合の収縮率をいう。ＦＶ
１０、ＦＶ２０、ＦＶ３０、ＦＶ４０及びＦＶ５０−２
の還元粉末の焼成収縮率とは、９００℃＊１０ｈｒで大
気仮焼した粉を１０００＊５ｈｒで真空炉還元処理した
粉末を用いた燃料極を１３５０℃＊１０ｈｒで焼成した
場合の収縮率をいう。ＦＶ５０−１の酸化物粉末の焼成
収縮率とは、１１５０℃で一次仮焼し、これを粉砕機に
より粉砕し、１０００℃で二次仮焼した粉を用いた燃料
極を１３５０℃＊１０ｈｒで焼成した場合の収縮率をい
う。ＦＶ５０−１の還元粉末の焼成収縮率とは、１１５
０℃で一次仮焼し、これを粉砕機により粉砕し、１００
０℃で二次仮焼した粉を１０００＊５ｈｒで真空炉還元
処理した粉末を用いた燃料極を１３５０℃＊１０ｈｒで
焼成した場合の収縮率をいう。
及びＦＶ５０−２の酸化物粉末の焼成収縮率とは、９０
０℃＊１０ｈｒで大気仮焼した粉を用いた燃料極を１３
５０℃＊１０ｈｒで焼成した場合の収縮率をいう。ＦＶ
１０、ＦＶ２０、ＦＶ３０、ＦＶ４０及びＦＶ５０−２
の還元粉末の焼成収縮率とは、９００℃＊１０ｈｒで大
気仮焼した粉を１０００＊５ｈｒで真空炉還元処理した
粉末を用いた燃料極を１３５０℃＊１０ｈｒで焼成した
場合の収縮率をいう。ＦＶ５０−１の酸化物粉末の焼成
収縮率とは、１１５０℃で一次仮焼し、これを粉砕機に
より粉砕し、１０００℃で二次仮焼した粉を用いた燃料
極を１３５０℃＊１０ｈｒで焼成した場合の収縮率をい
う。ＦＶ５０−１の還元粉末の焼成収縮率とは、１１５
０℃で一次仮焼し、これを粉砕機により粉砕し、１００
０℃で二次仮焼した粉を１０００＊５ｈｒで真空炉還元
処理した粉末を用いた燃料極を１３５０℃＊１０ｈｒで
焼成した場合の収縮率をいう。
【００２５】粉末名の組成は以下に示す通りである。 ＦＶ１０；１１ｗｔ％ＮｉＯ／８９ｗｔ％ＹＳＺ ＦＶ２０；２２ｗｔ％ＮｉＯ／７８ｗｔ％ＹＳＺ ＦＶ３０；３３ｗｔ％ＮｉＯ／６７ｗｔ％ＹＳＺ ＦＶ４０；４５ｗｔ％ＮｉＯ／５５ｗｔ％ＹＳＺ ＦＶ５０；５４ｗｔ％ＮｉＯ／４６ｗｔ％ＹＳＺ
【００２６】この実験結果によれば、粉体の焼成収縮に
ついては、還元粉末により燃料極を形成した場合が酸化
物粉末により燃料極を形成した場合より約６％程度小さ
くなっていた。これから、還元粉末を用いた場合の焼成
収縮によるセルへの応力が酸化物粉末を用いた場合のそ
れよりも小さいため、上述のようにセルの反りが抑制さ
れたものと判断することができる。
ついては、還元粉末により燃料極を形成した場合が酸化
物粉末により燃料極を形成した場合より約６％程度小さ
くなっていた。これから、還元粉末を用いた場合の焼成
収縮によるセルへの応力が酸化物粉末を用いた場合のそ
れよりも小さいため、上述のようにセルの反りが抑制さ
れたものと判断することができる。
【００２７】図１は、還元粉末により形成した燃料極を
用いた固体電解質型燃料電池の初期特性を示すグラフで
あり、図２は、酸化粉末により形成した燃料極を用いた
固体電解質型燃料電池の初期特性を示すグラフである。
図３は、還元粉末及び酸化粉末それぞれにより形成した
燃料極を用いた固体電解質型燃料電池のベース運転性能
を示すグラフである。
用いた固体電解質型燃料電池の初期特性を示すグラフで
あり、図２は、酸化粉末により形成した燃料極を用いた
固体電解質型燃料電池の初期特性を示すグラフである。
図３は、還元粉末及び酸化粉末それぞれにより形成した
燃料極を用いた固体電解質型燃料電池のベース運転性能
を示すグラフである。
【００２８】ＳＯＦＣの発電特性において、初期特性に
ついては、図１及び図２に示すように、酸化物粉末燃料
極と還元粉末燃料極を用いた場合で差は見られないが、
連続運転時の特性については、図３に示すように、酸化
物粉末燃料極を用いた場合より還元粉末燃料極を用いた
場合の方が良く、連続運転での劣化率は還元粉末燃料極
を使用した場合で良好な特性が得られている。具体的に
は、還元粉末燃料極の劣化率が０．４％／１０００ｈで
あったのに対し、酸化粉末燃料極の劣化率が０．６％／
１０００ｈであった。これは、上述のように還元粉末を
用いたため燃料極の焼成収縮によるセル基板への応力の
低下が耐久性能の向上につながったものと判断できる。
ついては、図１及び図２に示すように、酸化物粉末燃料
極と還元粉末燃料極を用いた場合で差は見られないが、
連続運転時の特性については、図３に示すように、酸化
物粉末燃料極を用いた場合より還元粉末燃料極を用いた
場合の方が良く、連続運転での劣化率は還元粉末燃料極
を使用した場合で良好な特性が得られている。具体的に
は、還元粉末燃料極の劣化率が０．４％／１０００ｈで
あったのに対し、酸化粉末燃料極の劣化率が０．６％／
１０００ｈであった。これは、上述のように還元粉末を
用いたため燃料極の焼成収縮によるセル基板への応力の
低下が耐久性能の向上につながったものと判断できる。
【００２９】上記実施例によれば、基板への燃料極の形
成に関して、還元粉末（Ｎｉ／ＹＳＺ）を用いて基板の
電解質上にコートし、これを酸化雰囲気で焼成してい
る、すなわち、電解質上に形成した金属Ｎｉを酸化させ
てＮｉＯとすることで燃料極の体積を一時的に膨脹させ
てから焼結させることで燃料極材料の見かけ上の焼成収
縮を小さくできる。これにより、セルの反りを低減する
ことができる。この結果、真直性に優れたセルの作製が
可能となり、バンドル性を向上させることができ、発電
装置のデッドスペースを低減でき、燃料の高効率運転が
可能となる。これとともに、基板（電解質）と燃料極と
の界面の残留応力を低減させることができる。この結
果、定常運転やヒートサイクル運転でのＳＯＦＣの劣化
を抑制し、運転性能に優れたＳＯＦＣセルを作製するこ
とができる。
成に関して、還元粉末（Ｎｉ／ＹＳＺ）を用いて基板の
電解質上にコートし、これを酸化雰囲気で焼成してい
る、すなわち、電解質上に形成した金属Ｎｉを酸化させ
てＮｉＯとすることで燃料極の体積を一時的に膨脹させ
てから焼結させることで燃料極材料の見かけ上の焼成収
縮を小さくできる。これにより、セルの反りを低減する
ことができる。この結果、真直性に優れたセルの作製が
可能となり、バンドル性を向上させることができ、発電
装置のデッドスペースを低減でき、燃料の高効率運転が
可能となる。これとともに、基板（電解質）と燃料極と
の界面の残留応力を低減させることができる。この結
果、定常運転やヒートサイクル運転でのＳＯＦＣの劣化
を抑制し、運転性能に優れたＳＯＦＣセルを作製するこ
とができる。
【００３０】また、焼成収縮を小さくすることにより、
電解質と燃料極界面の応力を低減することができる。こ
の結果、ＳＯＦＣの耐久性能を向上させることができ、
信頼性の高い燃料電池を提供できる。
電解質と燃料極界面の応力を低減することができる。こ
の結果、ＳＯＦＣの耐久性能を向上させることができ、
信頼性の高い燃料電池を提供できる。
【００３１】尚、上記実施例では、燃料極粉末の合成を
半液相法によって行っているが、燃料極粉末の合成を他
の方法で行うことも可能である。つまり、上記実施例に
おいて、燃料極粉末の合成を半液相法によって行ってい
るのは、発明者らのこれまでの研究によって粉末混合法
により合成した燃料極素材よりも半液相法によって合成
された粉末を用いたセルで良好な発電性能を示す傾向が
あることが明らかとなっていることに基づくものであ
る。しかしながら、還元粉末を用いた燃料極のセル基板
への反りの低減については、還元粉末を基板の電解質上
にスラリーコートした後のＮｉからＮｉＯへの酸化によ
る体積膨脹によって焼成収縮が小さくなっていることに
起因していることは明らかである。したがって、半液相
法以外の原料合成法によって作製された燃料極素材にお
いてもセル基板への反りの低減の効果があることは明確
であるので、燃料極粉末の合成を半液相法以外の方法で
行っても良い。
半液相法によって行っているが、燃料極粉末の合成を他
の方法で行うことも可能である。つまり、上記実施例に
おいて、燃料極粉末の合成を半液相法によって行ってい
るのは、発明者らのこれまでの研究によって粉末混合法
により合成した燃料極素材よりも半液相法によって合成
された粉末を用いたセルで良好な発電性能を示す傾向が
あることが明らかとなっていることに基づくものであ
る。しかしながら、還元粉末を用いた燃料極のセル基板
への反りの低減については、還元粉末を基板の電解質上
にスラリーコートした後のＮｉからＮｉＯへの酸化によ
る体積膨脹によって焼成収縮が小さくなっていることに
起因していることは明らかである。したがって、半液相
法以外の原料合成法によって作製された燃料極素材にお
いてもセル基板への反りの低減の効果があることは明確
であるので、燃料極粉末の合成を半液相法以外の方法で
行っても良い。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、還
元粉末を電解質上に成形して大気雰囲気で焼成する。し
たがって、焼成収縮を小さくすることができ、これによ
り、セルの反りを低減でき、真直性に優れたセルの作製
が可能となる。
元粉末を電解質上に成形して大気雰囲気で焼成する。し
たがって、焼成収縮を小さくすることができ、これによ
り、セルの反りを低減でき、真直性に優れたセルの作製
が可能となる。
【図１】還元粉末により形成した燃料極を用いた固体電
解質型燃料電池の初期特性を示すグラフである。
解質型燃料電池の初期特性を示すグラフである。
【図２】酸化粉末により形成した燃料極を用いた固体電
解質型燃料電池の初期特性を示すグラフである。
解質型燃料電池の初期特性を示すグラフである。
【図３】還元粉末及び酸化粉末それぞれにより形成した
燃料極を用いた固体電解質型燃料電池のベース運転性能
を示すグラフである。
燃料極を用いた固体電解質型燃料電池のベース運転性能
を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項１】 ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末からなる複合材
料を還元処理する工程と、 この還元処理工程により得られた還元粉末を電解質上に
成形して大気雰囲気で焼成する工程と、 を具備することを特徴とする固体電解質型燃料電池の燃
料極の形成方法。 - 【請求項２】 凝集粉末として粒度が２０００μm 以下
に調整されたＮｉＯ／ＹＳＺ粉末を８００〜１３００℃
で１〜１０時間、大気雰囲気で仮焼を行い、これを平均
粒径３μm 以下に粉砕し、還元処理することにより第１
の還元粉末を作製する工程と、 凝集粉末として粒度が２０００μm 以下に調整されたＮ
ｉＯ／ＹＳＺ粉末を９００〜１６５０℃で１〜１０時
間、大気雰囲気で仮焼を行い、これを平均粒径が１５μ
m 以下に粉砕し、還元処理することにより第２の還元粉
末を作製する工程と、 第１の還元粉末により作製したスラリーを電解質上にス
ラリーコートする工程と、 この上に第２の還元粉末により作製したスラリーをスラ
リーコートし、これを大気雰囲気で焼成する工程と、 を具備することを特徴とする固体電解質型燃料電池の燃
料極の形成方法。 - 【請求項３】 上記第１の還元粉末により作製したスラ
リーを電解質上にスラリーコートする工程の後に、これ
を大気雰囲気で焼成する工程をさらに含むことを特徴と
する請求項２記載の固体電解質型燃料電池の燃料極の形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9060108A JPH10247502A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 固体電解質型燃料電池の燃料極の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9060108A JPH10247502A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 固体電解質型燃料電池の燃料極の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10247502A true JPH10247502A (ja) | 1998-09-14 |
Family
ID=13132594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9060108A Pending JPH10247502A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 固体電解質型燃料電池の燃料極の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10247502A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004503054A (ja) * | 2000-06-30 | 2004-01-29 | フオルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲーエムベーハー | 温度安定な導電性を有する電極を製造する方法 |
| EP1750317A1 (en) * | 2004-05-17 | 2007-02-07 | Nippon Shokubai Co.,Ltd. | Anode supporting substrate for solid oxide fuel cell and process for producing the same |
| WO2020191829A1 (zh) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 景德镇陶瓷大学 | 一种SOFC抗积碳Ni-YSZ阳极材料的制备方法 |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP9060108A patent/JPH10247502A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004503054A (ja) * | 2000-06-30 | 2004-01-29 | フオルシュングスツェントルム ユーリッヒ ゲーエムベーハー | 温度安定な導電性を有する電極を製造する方法 |
| EP1750317A1 (en) * | 2004-05-17 | 2007-02-07 | Nippon Shokubai Co.,Ltd. | Anode supporting substrate for solid oxide fuel cell and process for producing the same |
| EP1750317A4 (en) * | 2004-05-17 | 2007-10-31 | Nippon Catalytic Chem Ind | Anode support substrate for a solid oxide fuel cell and manufacturing process therefor |
| WO2020191829A1 (zh) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 景德镇陶瓷大学 | 一种SOFC抗积碳Ni-YSZ阳极材料的制备方法 |
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