JPH10284093A - 固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方法 - Google Patents

固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方法

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JPH10284093A
JPH10284093A JP9088026A JP8802697A JPH10284093A JP H10284093 A JPH10284093 A JP H10284093A JP 9088026 A JP9088026 A JP 9088026A JP 8802697 A JP8802697 A JP 8802697A JP H10284093 A JPH10284093 A JP H10284093A
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JP
Japan
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solid electrolyte
electrode
cell
electrolyte membrane
fuel electrode
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Withdrawn
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JP9088026A
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English (en)
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Ryuichi Matsubara
龍一 松原
Kazutaka Mori
一剛 森
Hitoshi Miyamoto
均 宮本
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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    • YGENERAL 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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極構造の変化や発電特性の低下を起こすこ
となく低コストで薄く設けることができる固体電解質膜
を有する固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方
法を提供する。 【解決手段】 NiO/YSZからなる燃料極11とL
SMからなる酸素極13とでYSZからなる固体電解質
膜12を挟んでなる固体電解質型燃料電池のセル10の
製造方法であって、燃料極11の表面にNi金属からな
るメッキ層11aを無電解メッキ法により設けた後、固
体電解質膜12の原料粉末のスラリ中に燃料極11を入
れ、燃料極11の表面に電気泳動法により上記原料粉末
を電着して固体電解質膜12を形成したら、酸素極13
を設けてセル10を製造するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池のセルおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、固体電解質膜
(一般的に、8モルイットリア安定化ジルコニアが用い
られる。)を多孔性の燃料極および酸素極で挟んだセル
を備えてなっており、燃料極側に水素やメタンなどの燃
料ガスを供給する一方、酸素極側に空気や酸素などの酸
化ガスを供給し、温度を約1000℃まで上昇させ、燃
料極を透過した燃料ガスと酸素極を透過した酸化ガスと
が固体電解質膜で電気化学的に反応させることにより、
電力を得ることができるようになっている。
【0003】このような固体電解質型燃料電池のセルを
製造するにあたって、その固体電解質膜は、通常、原料
から膜単体を直接製造したり、電極にCVD法やEVD
法などで蒸着したり、電極に電着法などで電着したりす
ることにより、形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たようにして固体電解質膜を形成しようとすると、以下
のような問題を生じてしまう。
【0005】固体電解質膜においては、発電時のオー
ム損をできるだけ少なくする必要があることから、でき
るだけ薄い厚さ(数十μm程度)とすることが要求され
るものの、原料から膜単体を直接製造する方法では、膜
単体で強度が必要なため、数百μm程度の厚さまでにし
か薄くすることができない。
【0006】電極にCVD法やEVD法などで蒸着す
る方法では、数十μm程度の厚さにまで薄く形成するこ
とができるものの、製造コストが高くなってしまう。
【0007】電極に電着法などで電着する方法では、
数十μm程度の厚さにまで薄く形成することができると
共に、製造コストを比較的抑制することができるもの
の、電極基板自身が空気雰囲気下で導電性を有している
必要があることから、酸素極に形成しなければならな
い。このため、固体電解質膜を焼結するにあたって、酸
素極も1400℃以上の高温で加熱されてしまうため、
当該酸素極が粒成長を起こして電極構造が変化してしま
い、電極性能が低下する虞があるだけでなく、酸素極と
固体電解質膜とが反応して酸素極と固体電解質膜との間
に絶縁層が形成されてしまい、発電特性が大幅に低下す
る虞があった。
【0008】このようなことから、本発明は、電極構造
の変化や発電特性の低下を起こすことなく低コストで薄
く設けることができる固体電解質膜を有する固体電解質
型燃料電池のセルおよびその製造方法を提供することを
目的とした。
【0009】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による固体電解質型燃料電池のセルは、
燃料極と酸素極とで固体電解質膜を挟んでなる固体電解
質型燃料電池のセルであって、上記固体電解質膜が上記
燃料極にメッキ層を介して電着していることを特徴とす
る。
【0010】上述の固体電解質型燃料電池のセルにおい
て、前記燃料極がNiOと安定化ジルコニアとの混合物
からなり、前記固体電解質膜が安定化ジルコニアからな
り、前記メッキ層がNiからなることを特徴とする。
【0011】また、前述した課題を解決するための、本
発明による固体電解質型燃料電池のセルの製造方法は、
燃料極と酸素極とで固体電解質膜を挟んでなる固体電解
質型燃料電池のセルの製造方法であって、前記燃料極の
表面にメッキ層を設けた後、当該燃料極の表面に前記固
体電解質膜の原料粉末を電着してから、前記酸素極を設
けることを特徴とする。
【0012】上述の固体電解質型燃料電池のセルの製造
方法において、前記燃料極がNiOと安定化ジルコニア
との混合物からなり、前記固体電解質膜が安定化ジルコ
ニアからなり、前記メッキ層がNiからなることを特徴
とする。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明による固体電解質型燃料電
池のセルおよびその製造方法の実施の形態を図1を用い
て説明する。なお、図1は、そのセルの概略構造を表す
一部抽出断面図である。
【0014】図1において、10はセル、11は燃料
極、12は固体電解質膜、13は酸素極である。
【0015】燃料極11は、NiO/イットリア安定化
ジルコニア(YSZ)からなる多孔質体であり、その表
面にNi金属のメッキ層11aが形成されている。固体
電解質膜12は、高温で酸素イオン高導電性を有するY
SZからなり、上記燃料極11の表面に上記メッキ層1
1aを介して電着している。酸素極13は、LaSrM
nO3 (LSM)などからなる多孔質体であり、前記燃
料極11とで上記固体電解質膜12を挟んでセル10を
構成するように設けられている。
【0016】このような構造をなすセル10は、燃料極
11の表面にNi金属のメッキ層11aを無電解メッキ
法により形成した後に、当該燃料極11の表面にYSZ
の原料粉末を電気泳動法により電着して固体電解質膜1
2を形成してから、酸素極13を設けることにより容易
に製造することができる。
【0017】つまり、空気雰囲気下で導電性のない燃料
極11の表面にメッキ層11aを設けることにより、当
該燃料極11の表面に固体電解質膜12を電着法により
形成できるようにしたのである。
【0018】このため、固体電解質膜12の焼結にあた
って、燃料極11が1400℃以上の高温で加熱されて
も、当該燃料極11は、粒成長を起こすことがないの
で、電極構造の変化に伴う電極性能の低下が生じること
がないのはもちろんのこと、固体電解質膜12と反応す
ることもないので、固体電解質膜12との間に絶縁層等
が形成されて発電特性が低下することもないばかりか、
NiOのNiと同様にメッキ層11aが反応活性点とし
ても作用するようになるので、発電性能を阻害すること
もない。
【0019】したがって、燃料極11や酸素極12に構
造変化や発電特性の低下などを生じさせることなく低コ
ストで薄い固体電解質膜12を設けることができる。
【0020】なお、固体電解質膜12の原料粉末の粒度
分布を1μm以下とすれば、緻密で薄い(数十μm)厚
さの固体電解質膜12を容易に形成することができる。
【0021】
【実施例】本発明による固体電解質型燃料電池のセルの
製造方法に基づいて、以下のような条件でセルを製造し
た。
【0022】まず、市販のNiO粉末とYSZ粉末とを
所定の重量比で混合したものを金型(直径:60mm)
に入れて一軸成形(圧力:150kg/cm2 )し、焼
結(1400℃×4時間)した後にアセトン溶媒中で超
音波洗浄(7分間)して脱脂したら、SnCl2 溶液
(蒸留水1リットルに対してSnCl2 を0.5g溶解
したもの)に浸漬(時間:1分間)し、続いて、PdC
2 溶液(蒸留水1リットルに対してPdCl2 を0.
5g溶解したもの)に浸漬(時間:1分間)して触媒化
処理を施すことにより、燃料極を作製した。
【0023】続いて、グリコール酸(0.515g)と
ヒドラジン一水和物(10.2g)と蒸留水(100m
l)とアンモニア水(25ml)とを混合攪拌した溶液
(A液)と、六水和硫酸ニッケル(6g)と蒸留水(1
00ml)とアンモニア水(25ml)とを混合攪拌し
た溶液(B液)とを所定の割合(A液:B液=4:3)
で混合調整した後、当該溶液をウォータバス中で加熱
(95℃)したら、当該溶液中に前記燃料極を浸漬(1
5分間)すること(無電解メッキ法)により、燃料極の
表面にNi金属のメッキ層を形成した。
【0024】次に、ジルコニアボールを入れたポリビン
に市販のYSZ粉末(平均一次粒径が1μm以下のもの
120g)とエタノール溶媒(100g)と市販の分散
剤(YSZ粉末に対し1.2g)とを入れてボールミル
混練(30時間)することにより、固体電解質膜の原料
粉末の原料スラリを作製した。なお、このボールミル混
練したYSZの粒度分布を測定したところ、図2に示す
ように、1μm以下であった。続いて、上記原料スラリ
にエタノール溶媒を加えて所定濃度の電着用スラリに希
釈調整したら、当該電着用スラリ中に前記燃料極と対極
基板(Pt)とを所定の間隔(10mm)で挿入し、当
該間に電圧(50V)を印加すること(電気泳動法)に
より、当該燃料極の表面に固体電解質膜を形成した。
【0025】ここで、電着用スラリの濃度および電着時
間と形成される固体電解質膜の成膜状態との関係を図3
に示す。図3からわかるように、スラリ濃度が2〜5.
5%で電着時間が2〜5分間の範囲内で、スラリ濃度が
高いほど電着時間を短くするように設定すれば、ムラや
ひび割れのない良好な固体電解質膜を形成することがで
きる。
【0026】また、電着時間と固体電解質膜の厚さとの
関係を図4に示す。なお、スラリ濃度は、3.3wt%で
あり、膜厚は、焼成(1400℃×4時間)後の大きさ
である。図4からわかるように、先に述べたような設定
条件で成膜すれば、ひび割れのない数十μm程度の厚さ
の緻密な固体電解質膜を形成することができる。
【0027】このようにして固体電解質膜を設けた燃料
極に酸素極(材料:LSM)をスクリーン印刷法で従来
と同様にして設けてセルを製造した。なお、燃料極の厚
さは約500μm、固体電解質膜の厚さは約25μm、
酸素極の厚さは約50μmである。
【0028】ここで、上述のようにして得られたセルの
発電特性を測定した。その結果を図5に示す。図5から
わかるように、0cV=1.04Vであり、電圧が0.
7Vの際には500mAの電流を取り出すことができ、
良好な特性を示すことが判明した。
【0029】
【発明の効果】本発明による固体電解質型燃料電池のセ
ルおよびその製造方法では、燃料極と酸素極とで固体電
解質膜を挟んでなる固体電解質型燃料電池のセルおよび
その製造方法であって、前記燃料極の表面にメッキ層を
設けた後、当該燃料極の表面に前記固体電解質膜の原料
粉末を電着してから、前記酸素極を設けることにより、
前記固体電解質膜を上記燃料極にメッキ層を介して電着
させていることから、固体電解質膜の焼結にあたって、
燃料極が高温で加熱されても、当該燃料極は粒成長を起
こすことがないので、電極構造の変化に伴う電極性能の
低下が生じることがないのはもちろんのこと、固体電解
質膜と反応することもないので、固体電解質膜との間に
絶縁層等が形成されて発電特性が低下することもないば
かりか、メッキ層が反応活性点としても作用するように
なるので、発電性能を阻害することもない。このため、
燃料極や酸素極に構造変化や発電特性の低下などを生じ
させることなく低コストで薄い固体電解質膜を設けるこ
とができる。
【0030】ここで、前記燃料極がNiOと安定化ジル
コニアとの混合物からなり、前記固体電解質膜が安定化
ジルコニアからなり、前記メッキ層がNiからなるセル
であれば、上述した効果が顕著に発現するようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による固体電解質型燃料電池のセルの実
施の形態の概略構造を表す一部抽出断面図である。
【図2】ボールミル混練した固体電解質膜の原料粉末の
粒度分布図である。
【図3】電着用スラリの濃度および電着時間と形成され
る固体電解質膜の成膜状態との関係を表すグラフであ
る。
【図4】電着時間と固体電解質膜の厚さとの関係を表す
グラフである。
【図5】セルの発電特性を表すグラフである。
【符号の説明】
10 セル 11 燃料極 11a メッキ層 12 固体電解質膜 13 酸素極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料極と酸素極とで固体電解質膜を挟ん
    でなる固体電解質型燃料電池のセルであって、上記固体
    電解質膜が上記燃料極にメッキ層を介して電着している
    ことを特徴とする固体電解質型燃料電池のセル。
  2. 【請求項2】 前記燃料極がNiOと安定化ジルコニア
    との混合物からなり、前記固体電解質膜が安定化ジルコ
    ニアからなり、前記メッキ層がNiからなることを特徴
    とする請求項1に記載の固体電解質型燃料電池のセル。
  3. 【請求項3】 燃料極と酸素極とで固体電解質膜を挟ん
    でなる固体電解質型燃料電池のセルの製造方法であっ
    て、前記燃料極の表面にメッキ層を設けた後、当該燃料
    極の表面に前記固体電解質膜の原料粉末を電着してか
    ら、前記酸素極を設けることを特徴とする固体電解質型
    燃料電池のセルの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記燃料極がNiOと安定化ジルコニア
    との混合物からなり、前記固体電解質膜が安定化ジルコ
    ニアからなり、前記メッキ層がNiからなることを特徴
    とする請求項3に記載の固体電解質型燃料電池のセルの
    製造方法。
JP9088026A 1997-04-07 1997-04-07 固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方法 Withdrawn JPH10284093A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100707117B1 (ko) 2005-12-27 2007-04-16 한국에너지기술연구원 연료극 지지형 고체산화물연료전지 및 그 제조방법
JP2012028088A (ja) * 2010-07-21 2012-02-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 膜電極複合体、燃料電池、ガス除害装置、および膜電極複合体の製造方法
KR101353691B1 (ko) * 2011-12-28 2014-01-21 주식회사 포스코 금속 지지체형 고체 산화물 연료전지 및 그 제조방법
US8940456B2 (en) 2010-11-19 2015-01-27 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell and manufacturing method of the same

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