JPH1092446A - 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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- JPH1092446A JPH1092446A JP8265138A JP26513896A JPH1092446A JP H1092446 A JPH1092446 A JP H1092446A JP 8265138 A JP8265138 A JP 8265138A JP 26513896 A JP26513896 A JP 26513896A JP H1092446 A JPH1092446 A JP H1092446A
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- H01M8/0217—Complex oxides, optionally doped, of the type AMO3, A being an alkaline earth metal or rare earth metal and M being a metal, e.g. perovskites
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- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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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
Abstract
(57)【要約】
【課題】電解質層との熱膨張差が小さく、安価で加工性
に優れ、かつ酸化による電気抵抗の増加を生じる恐れの
ない金属セパレータを備えるものを得る。 【解決手段】平板状のセル基板の上にアノード、固体電
解質層ならびにカソードを積層してなるセルを金属材料
からなるセパレータ６と交互に積層して構成される固体
電解質型燃料電池において、セパレータ６を、例えばフ
ェライト系ステンレス鋼の SUS430 より形成し、そのカ
ソード側の表面に、耐熱合金、例えばHA230からなる第
１の保護膜６１と、例えば (LaSr)MnO3 からなる第２の
保護膜６２を備えることとする。
に優れ、かつ酸化による電気抵抗の増加を生じる恐れの
ない金属セパレータを備えるものを得る。 【解決手段】平板状のセル基板の上にアノード、固体電
解質層ならびにカソードを積層してなるセルを金属材料
からなるセパレータ６と交互に積層して構成される固体
電解質型燃料電池において、セパレータ６を、例えばフ
ェライト系ステンレス鋼の SUS430 より形成し、そのカ
ソード側の表面に、耐熱合金、例えばHA230からなる第
１の保護膜６１と、例えば (LaSr)MnO3 からなる第２の
保護膜６２を備えることとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体電解質を用
いて電気化学反応によってそのギブスの自由エネルギー
を電気エネルギーに変換する固体電解質型燃料電池に関
する。
いて電気化学反応によってそのギブスの自由エネルギー
を電気エネルギーに変換する固体電解質型燃料電池に関
する。
【０００２】
【従来の技術】イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）
等の酸化物固体電解質を用いる燃料電池は、作動温度が
800〜1000℃という高温であるため発電効率が高く、ま
た燃料ガスの改質の簡素化が期待されるという利点を有
する。さらに、電解質が固体であるため取扱いが容易
で、かつ長期的安定性に優れるという利点も有すること
から、次世代の燃料電池として期待され、官民を問わず
様々な機関においてその開発が進められている。
等の酸化物固体電解質を用いる燃料電池は、作動温度が
800〜1000℃という高温であるため発電効率が高く、ま
た燃料ガスの改質の簡素化が期待されるという利点を有
する。さらに、電解質が固体であるため取扱いが容易
で、かつ長期的安定性に優れるという利点も有すること
から、次世代の燃料電池として期待され、官民を問わず
様々な機関においてその開発が進められている。
【０００３】図７は、支持膜方式の固体電解質型燃料電
池（Solid Oxide Fuel Cell ，以下ＳＯＦＣと略記す
る）の基本構成を示す模式断面図である。ＳＯＦＣは、
本図のように、電解質層２の両面にアノード１（本図の
場合はセル基板を兼ねる）とカソード３を配して構成さ
れ、 800〜1000℃の温度において、アノード１側に水素
あるいは改質ガスを、カソード３側に酸素または空気を
供給することにより電気エネルギーを得るものである。
池（Solid Oxide Fuel Cell ，以下ＳＯＦＣと略記す
る）の基本構成を示す模式断面図である。ＳＯＦＣは、
本図のように、電解質層２の両面にアノード１（本図の
場合はセル基板を兼ねる）とカソード３を配して構成さ
れ、 800〜1000℃の温度において、アノード１側に水素
あるいは改質ガスを、カソード３側に酸素または空気を
供給することにより電気エネルギーを得るものである。
【０００４】ＳＯＦＣは、円筒型と平板型とに大別さ
れ、平板型はさらにセルの構造上大きく２種類に分類さ
れる。一つは、焼結法等により作製した自立した電解質
層の両側にアノードとカソードとを作製してセルを構成
する自立膜方式のＳＯＦＣであり、もう一つは、基板上
にアノード、電解質層、カソードを形成することにより
セルを構成する支持膜方式のＳＯＦＣである。なお、例
えば図６の構成のように、アノードあるいはカソードが
基板を兼ねる場合には、別途基板を備える必要はない。
円筒型のＳＯＦＣは、ガスシールを特に必要とせず、ス
タック化が比較的容易なため開発が進んでいるが、平板
型と比較して電池の単位体積当たりの出力密度が低くな
るという点が指摘されている。これに対して平板型支持
膜方式のＳＯＦＣは、出力密度が高く、かつセルの大面
積化が可能なものとして期待されている。
れ、平板型はさらにセルの構造上大きく２種類に分類さ
れる。一つは、焼結法等により作製した自立した電解質
層の両側にアノードとカソードとを作製してセルを構成
する自立膜方式のＳＯＦＣであり、もう一つは、基板上
にアノード、電解質層、カソードを形成することにより
セルを構成する支持膜方式のＳＯＦＣである。なお、例
えば図６の構成のように、アノードあるいはカソードが
基板を兼ねる場合には、別途基板を備える必要はない。
円筒型のＳＯＦＣは、ガスシールを特に必要とせず、ス
タック化が比較的容易なため開発が進んでいるが、平板
型と比較して電池の単位体積当たりの出力密度が低くな
るという点が指摘されている。これに対して平板型支持
膜方式のＳＯＦＣは、出力密度が高く、かつセルの大面
積化が可能なものとして期待されている。
【０００５】図８は、従来の平板型支持膜方式のＳＯＦ
Ｃのスタックの基本構成例を示す分解斜視図である。図
に見られるように、本構成のＳＯＦＣにおいては、多孔
質の平板状のセル基板５の上に、アノード４、電解質層
２を形成し、さらにその上部の中心部にカソード３を形
成してセルが構成されている。さらに、このように構成
されたセルを、ガラス材よりなるシール部材１２Ａ，１
２Ｂを介在させて、ガス不透過性材料よりなるセパレー
タ６と交互に積層することによりスタックが構成されて
いる。セルのカソード３の外側に位置する外縁部には、
積層方向に貫通する４個のマニホールド、すなわち、燃
料ガス入口マニホールド７、酸化剤ガス入口マニホール
ド８、燃料ガス出口マニホールド９、および酸化剤ガス
出口マニホールド１０が備えられている。セパレータ６
には、上記のマニホールドに連通する４個のマニホール
ドのほか、セル基板５を介してアノード４に面する一方
の主面に、燃料ガス入口マニホールド７から燃料ガス出
口マニホールド９へと連通する複数の燃料ガス通流溝１
１が、また、カソード３に面するもう一方の主面に、酸
化剤ガス入口マニホールド８から酸化剤ガス出口マニホ
ールド１０へと連通する図示しない複数の酸化剤ガス通
流溝が形成されている。したがって、燃料ガス入口マニ
ホールド７に燃料ガスとして水素あるいは改質ガスを供
給し、酸化剤ガス入口マニホールド８に酸化剤ガスとし
て酸素あるいは空気を供給すると、水素あるいは改質ガ
スは多孔質のセル基板５を拡散してアノードへと達し、
また酸素あるいは空気はカソード３へと達して、電気化
学反応を生じて電気エネルギーが得られることとなる。
各セルで得られた電気エネルギーは、セルの両端のセパ
レータ６に集電され、その間に電圧を発生することとな
り、多数のセルを積層したスタックの両端には、各セル
の電圧を直列接続した電圧が得られることとなる。
Ｃのスタックの基本構成例を示す分解斜視図である。図
に見られるように、本構成のＳＯＦＣにおいては、多孔
質の平板状のセル基板５の上に、アノード４、電解質層
２を形成し、さらにその上部の中心部にカソード３を形
成してセルが構成されている。さらに、このように構成
されたセルを、ガラス材よりなるシール部材１２Ａ，１
２Ｂを介在させて、ガス不透過性材料よりなるセパレー
タ６と交互に積層することによりスタックが構成されて
いる。セルのカソード３の外側に位置する外縁部には、
積層方向に貫通する４個のマニホールド、すなわち、燃
料ガス入口マニホールド７、酸化剤ガス入口マニホール
ド８、燃料ガス出口マニホールド９、および酸化剤ガス
出口マニホールド１０が備えられている。セパレータ６
には、上記のマニホールドに連通する４個のマニホール
ドのほか、セル基板５を介してアノード４に面する一方
の主面に、燃料ガス入口マニホールド７から燃料ガス出
口マニホールド９へと連通する複数の燃料ガス通流溝１
１が、また、カソード３に面するもう一方の主面に、酸
化剤ガス入口マニホールド８から酸化剤ガス出口マニホ
ールド１０へと連通する図示しない複数の酸化剤ガス通
流溝が形成されている。したがって、燃料ガス入口マニ
ホールド７に燃料ガスとして水素あるいは改質ガスを供
給し、酸化剤ガス入口マニホールド８に酸化剤ガスとし
て酸素あるいは空気を供給すると、水素あるいは改質ガ
スは多孔質のセル基板５を拡散してアノードへと達し、
また酸素あるいは空気はカソード３へと達して、電気化
学反応を生じて電気エネルギーが得られることとなる。
各セルで得られた電気エネルギーは、セルの両端のセパ
レータ６に集電され、その間に電圧を発生することとな
り、多数のセルを積層したスタックの両端には、各セル
の電圧を直列接続した電圧が得られることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとき構成の平
板型支持膜方式のＳＯＦＣにおいて、最重要構成要素で
ある電解質層２に用いる材料としては、価格、性能等の
観点から、現在のところＹＳＺに代わる材料が無いた
め、他の構成要素もＹＳＺと熱膨張係数の適合した材料
を用いて構成する必要がある。セパレータ６に用いられ
ている代表的な材料は、ペロブスカイト型酸化物セラミ
ックスの LaCrO3 であるが、近年、高い強度と延性を備
えた耐熱金属がセパレータの材料として注目されてお
り、様々な合金材料がその候補として提案されている。
しかしながら、候補として挙げられている材料のうち、
通常使用されている NiCr 系耐熱合金は、加工性が悪
く、さらに電解質に用いられるＹＳＺとの熱膨張係数の
差が比較的大きいという問題点がある。また、SUS310S
のようなオーステナイト系ステンレス鋼は加工性が良
く、かつ耐熱性に優れるが、ＹＳＺとの熱膨張係数の差
が過大である。これに対して、SUS430 のようなフェラ
イト系ステンレス鋼は加工性が良く、かつコストが安
く、ＹＳＺとの熱膨張係数の差も比較的小さいという長
所をもっているが、一方、耐熱性が悪く、ＳＯＦＣの運
転温度においてはカソード側で発電に伴って発生した酸
素によって酸化を生じ、電気抵抗が増大してしまうとい
う難点がある。
板型支持膜方式のＳＯＦＣにおいて、最重要構成要素で
ある電解質層２に用いる材料としては、価格、性能等の
観点から、現在のところＹＳＺに代わる材料が無いた
め、他の構成要素もＹＳＺと熱膨張係数の適合した材料
を用いて構成する必要がある。セパレータ６に用いられ
ている代表的な材料は、ペロブスカイト型酸化物セラミ
ックスの LaCrO3 であるが、近年、高い強度と延性を備
えた耐熱金属がセパレータの材料として注目されてお
り、様々な合金材料がその候補として提案されている。
しかしながら、候補として挙げられている材料のうち、
通常使用されている NiCr 系耐熱合金は、加工性が悪
く、さらに電解質に用いられるＹＳＺとの熱膨張係数の
差が比較的大きいという問題点がある。また、SUS310S
のようなオーステナイト系ステンレス鋼は加工性が良
く、かつ耐熱性に優れるが、ＹＳＺとの熱膨張係数の差
が過大である。これに対して、SUS430 のようなフェラ
イト系ステンレス鋼は加工性が良く、かつコストが安
く、ＹＳＺとの熱膨張係数の差も比較的小さいという長
所をもっているが、一方、耐熱性が悪く、ＳＯＦＣの運
転温度においてはカソード側で発電に伴って発生した酸
素によって酸化を生じ、電気抵抗が増大してしまうとい
う難点がある。
【０００７】また、セルとセパレータ６との間に気密性
を保持するために介装されるシール部材１２Ａ，１２Ｂ
にはガラス材が用いられているが、例えばパイレックス
ガラスにおいては、熱膨張係数が約 5×10-6[K-1] で、
電解質（約11×10-6[K-1] ）および金属（約11〜20×10
-6[K-1] ）との差が大きいため、熱サイクルによって割
れを生じ、シール性が損なわれるという難点があり、ま
た、ガラス材はＳＯＦＣの運転温度においては液状とな
るので、流出してシール材が減少したり、あるいは燃料
ガス通流溝１１へと流れ込んでガスの流れを阻害する等
の事態を引き起こす恐れがある。
を保持するために介装されるシール部材１２Ａ，１２Ｂ
にはガラス材が用いられているが、例えばパイレックス
ガラスにおいては、熱膨張係数が約 5×10-6[K-1] で、
電解質（約11×10-6[K-1] ）および金属（約11〜20×10
-6[K-1] ）との差が大きいため、熱サイクルによって割
れを生じ、シール性が損なわれるという難点があり、ま
た、ガラス材はＳＯＦＣの運転温度においては液状とな
るので、流出してシール材が減少したり、あるいは燃料
ガス通流溝１１へと流れ込んでガスの流れを阻害する等
の事態を引き起こす恐れがある。
【０００８】さらに、カソード３は、通常スラリーコー
ティング法あるいはフレーム溶射法等の方法を用いて形
成されているが、カソードの材料として用いられる(LaS
r)MnO3に溶射法を適用する場合には、流動性を確保する
ために 10 〜100 μm 程度の比較的大きい粒径の粉末と
して使用する必要があり、スラリーコーティング法でし
ばしば用いられるサブミクロンないし数ミクロンの粉末
に比較して触媒活性が劣るという欠点があった。この欠
点を補う方法として、粒径の小さな粒子を仮焼成して用
いたり、運転温度において消失するカーボン等の造孔材
を混入する等の方法が提案されてきた。しかしながらそ
の後の検討により、仮焼成により生成する空孔は溶射中
に閉空孔になりやすく、ガスを透過し触媒活性に寄与す
る空孔を作りだすのは困難であること、また、カーボン
や樹脂系の造孔材は、自身が溶射により溶融、堆積する
わけではないので、カソード材と混合しただけでは、溶
射を行っても膜中にほとんど入らないことが明らかとな
ってきた。
ティング法あるいはフレーム溶射法等の方法を用いて形
成されているが、カソードの材料として用いられる(LaS
r)MnO3に溶射法を適用する場合には、流動性を確保する
ために 10 〜100 μm 程度の比較的大きい粒径の粉末と
して使用する必要があり、スラリーコーティング法でし
ばしば用いられるサブミクロンないし数ミクロンの粉末
に比較して触媒活性が劣るという欠点があった。この欠
点を補う方法として、粒径の小さな粒子を仮焼成して用
いたり、運転温度において消失するカーボン等の造孔材
を混入する等の方法が提案されてきた。しかしながらそ
の後の検討により、仮焼成により生成する空孔は溶射中
に閉空孔になりやすく、ガスを透過し触媒活性に寄与す
る空孔を作りだすのは困難であること、また、カーボン
や樹脂系の造孔材は、自身が溶射により溶融、堆積する
わけではないので、カソード材と混合しただけでは、溶
射を行っても膜中にほとんど入らないことが明らかとな
ってきた。
【０００９】この発明の目的は、上記のごとき従来技術
の難点を解消し、電解質層との熱膨張係数の差が小さ
く、安価で加工性に優れ、かつカソード側で酸化による
電気抵抗の増大を生じる恐れのない金属セパレータを備
えたＳＯＦＣ、流動化して流失したり、熱サイクルによ
り破損したりする恐れのないガスシール部材を備えたＳ
ＯＦＣ、さらには、均一性に優れ、かつ触媒活性の高い
カソードを備えたＳＯＦＣを提供することにある。
の難点を解消し、電解質層との熱膨張係数の差が小さ
く、安価で加工性に優れ、かつカソード側で酸化による
電気抵抗の増大を生じる恐れのない金属セパレータを備
えたＳＯＦＣ、流動化して流失したり、熱サイクルによ
り破損したりする恐れのないガスシール部材を備えたＳ
ＯＦＣ、さらには、均一性に優れ、かつ触媒活性の高い
カソードを備えたＳＯＦＣを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、 （１）平板状のセル基板の上にアノード、固体電解質層
ならびにカソードを積層してなるセルを、金属材料より
なるセパレータと交互に積層して構成される固体電解質
型燃料電池において、セパレータのカソード側の表面
に、耐熱合金からなる第１の保護膜と、第１の保護膜の
上に形成した(LaSr)ＭO3（但しＭは、Co,Mn,Crのうちの
いずれかとする）からなる第２の保護膜を備えることと
し、 （２）さらに、上記の第１の保護膜を、例えば HA230あ
るいは SUS310S等の耐熱合金を溶射したのち、例えば、
窒素雰囲気において、耐熱合金の焼結温度を熱処理温度
として、熱処理を行って形成することとする。
めに、本発明においては、 （１）平板状のセル基板の上にアノード、固体電解質層
ならびにカソードを積層してなるセルを、金属材料より
なるセパレータと交互に積層して構成される固体電解質
型燃料電池において、セパレータのカソード側の表面
に、耐熱合金からなる第１の保護膜と、第１の保護膜の
上に形成した(LaSr)ＭO3（但しＭは、Co,Mn,Crのうちの
いずれかとする）からなる第２の保護膜を備えることと
し、 （２）さらに、上記の第１の保護膜を、例えば HA230あ
るいは SUS310S等の耐熱合金を溶射したのち、例えば、
窒素雰囲気において、耐熱合金の焼結温度を熱処理温度
として、熱処理を行って形成することとする。
【００１１】（３）また、平板状のセル基板の上にアノ
ード、固体電解質層ならびにカソードを積層してなるセ
ルを、金属材料よりなるセパレータと交互に積層し、か
つセルとセパレータとの間にガスシール部材を介装して
構成される固体電解質型燃料電池において、ガスシール
部材を、固体電解質型燃料電池の運転温度において焼結
されるセラミックス材料、例えばMgO-SiO2（Enstatite
単相組成）からなるシール材を用いて形成することとす
る。
ード、固体電解質層ならびにカソードを積層してなるセ
ルを、金属材料よりなるセパレータと交互に積層し、か
つセルとセパレータとの間にガスシール部材を介装して
構成される固体電解質型燃料電池において、ガスシール
部材を、固体電解質型燃料電池の運転温度において焼結
されるセラミックス材料、例えばMgO-SiO2（Enstatite
単相組成）からなるシール材を用いて形成することとす
る。
【００１２】（４）さらに、上記のガスシール部材を、
上記のセラミックス材料からなるシール材に混合物全体
に対するガラスの含有量が１０〜２０ vol％となるよう
にガラスを混合して形成することとする。 （５）また、平板状のセル基板の上にアノード、固体電
解質層ならびにカソードを積層してなるセルを、セパレ
ータと交互に積層して構成される固体電解質型燃料電池
において、カソードを、(LaSr)MnO3に造孔材としてのカ
ーボン、例えばグラファイトカーボンとバインダーとし
ての熱硬化性樹脂を加えて混合し、乾燥し分級した粉末
を用いて、例えば溶射により、形成することとする。
上記のセラミックス材料からなるシール材に混合物全体
に対するガラスの含有量が１０〜２０ vol％となるよう
にガラスを混合して形成することとする。 （５）また、平板状のセル基板の上にアノード、固体電
解質層ならびにカソードを積層してなるセルを、セパレ
ータと交互に積層して構成される固体電解質型燃料電池
において、カソードを、(LaSr)MnO3に造孔材としてのカ
ーボン、例えばグラファイトカーボンとバインダーとし
ての熱硬化性樹脂を加えて混合し、乾燥し分級した粉末
を用いて、例えば溶射により、形成することとする。
【００１３】上記（１）のごとくとすれば、セパレータ
が２層の保護膜により覆われることとなるので、耐酸化
性が向上し、電気抵抗が増大する危険性がなくなる。し
たがって、安価で加工性に優れ、かつ電解質との熱膨張
係数の差が比較的小さいフェライト系ステンレス鋼をセ
パレータの材料として用いることが可能となるので、熱
サイクルによる破損の危険性も大幅に抑制されることと
なる。
が２層の保護膜により覆われることとなるので、耐酸化
性が向上し、電気抵抗が増大する危険性がなくなる。し
たがって、安価で加工性に優れ、かつ電解質との熱膨張
係数の差が比較的小さいフェライト系ステンレス鋼をセ
パレータの材料として用いることが可能となるので、熱
サイクルによる破損の危険性も大幅に抑制されることと
なる。
【００１４】特に、上記（２）のごとくとすれば、熱処
理によって、セパレータと耐熱合金からなる第１の保護
膜との間の接合強度が増し、緻密で信頼性の高い保護膜
が形成されるので、より確実に耐酸化性が向上すること
となり、電気抵抗の増大が防止されることとなる。ま
た、上記（３）のごとく、ガスシール部材に固体電解質
型燃料電池の運転温度において焼結されるセラミックス
材料からなるシール材を用いることとすれば、ガスシー
ル部材が流動化して流出する恐れがなく、また電解質層
のＹＳＺとほぼ同等の熱膨張係数をもつので、熱サイク
ルに対しても破損することのないガスシールが得られる
こととなる。
理によって、セパレータと耐熱合金からなる第１の保護
膜との間の接合強度が増し、緻密で信頼性の高い保護膜
が形成されるので、より確実に耐酸化性が向上すること
となり、電気抵抗の増大が防止されることとなる。ま
た、上記（３）のごとく、ガスシール部材に固体電解質
型燃料電池の運転温度において焼結されるセラミックス
材料からなるシール材を用いることとすれば、ガスシー
ル部材が流動化して流出する恐れがなく、また電解質層
のＹＳＺとほぼ同等の熱膨張係数をもつので、熱サイク
ルに対しても破損することのないガスシールが得られる
こととなる。
【００１５】さらに、上記（４）のごとく、シール材に
１０〜２０ vol％のガラスを混合して形成することとと
すれば、熱膨張係数が電解質層のＹＳＺとほぼ同等に保
持され、かつ、セラミックス材料の空孔が、溶融したガ
ラスによって充填されるので、より緻密なシールとな
り、信頼性の高いシールが得られることとなる。また、
上記（５）のごとくとすれば、流動性が良く、触媒活性
の高い粉末を用いて溶射法によりカソードが形成される
こととなるので、均一性に優れ、優れた触媒特性を備え
たカソードが得られることとなる。
１０〜２０ vol％のガラスを混合して形成することとと
すれば、熱膨張係数が電解質層のＹＳＺとほぼ同等に保
持され、かつ、セラミックス材料の空孔が、溶融したガ
ラスによって充填されるので、より緻密なシールとな
り、信頼性の高いシールが得られることとなる。また、
上記（５）のごとくとすれば、流動性が良く、触媒活性
の高い粉末を用いて溶射法によりカソードが形成される
こととなるので、均一性に優れ、優れた触媒特性を備え
たカソードが得られることとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を例
を挙げて説明する。 ＜実施例１＞図１は、本発明のＳＯＦＣの実施例１にお
けるセパレータの基本構成を模式的に示す要部の断面図
である。本実施例の特徴は、フェライト系ステンレス鋼
の SUS430 からなるセパレータ６のカソード側の表面に
に、耐熱合金のHA230 からなる第１の保護膜６１と、(L
aSr)MnO3からなる第２の保護膜６２との２層の保護膜を
備えた点にある。
を挙げて説明する。 ＜実施例１＞図１は、本発明のＳＯＦＣの実施例１にお
けるセパレータの基本構成を模式的に示す要部の断面図
である。本実施例の特徴は、フェライト系ステンレス鋼
の SUS430 からなるセパレータ６のカソード側の表面に
に、耐熱合金のHA230 からなる第１の保護膜６１と、(L
aSr)MnO3からなる第２の保護膜６２との２層の保護膜を
備えた点にある。
【００１７】本構成は以下のごとき方法により形成され
る。すなわち、まず、厚さ６mmのSUS430板の両面に、図
８のセパレータ６に示したごとく、燃料ガス入口マニホ
ールド７、酸化剤ガス入口マニホールド８、燃料ガス出
口マニホールド９、および酸化剤ガス出口マニホールド
１０と、複数の燃料ガス通流溝１１、ならびに図示しな
い複数の空気通流溝を形成する。次に、カソード側の表
面にサンドブラスト処理を行ったのち、耐熱合金のHA23
0 をプラズマ溶射法を用いて成膜する。表１は、このと
きの溶射条件、ならびにこの溶射条件で得られた試料の
皮膜のガス透過係数の測定値を示したものである。続い
て、成膜したHA230 の皮膜の上に、(LaSr)MnO3をプラズ
マ溶射法を用いて成膜する。表２は、このときの溶射条
件、ならびにこの溶射条件で得られた試料の皮膜のガス
透過係数の測定値を示したものである。
る。すなわち、まず、厚さ６mmのSUS430板の両面に、図
８のセパレータ６に示したごとく、燃料ガス入口マニホ
ールド７、酸化剤ガス入口マニホールド８、燃料ガス出
口マニホールド９、および酸化剤ガス出口マニホールド
１０と、複数の燃料ガス通流溝１１、ならびに図示しな
い複数の空気通流溝を形成する。次に、カソード側の表
面にサンドブラスト処理を行ったのち、耐熱合金のHA23
0 をプラズマ溶射法を用いて成膜する。表１は、このと
きの溶射条件、ならびにこの溶射条件で得られた試料の
皮膜のガス透過係数の測定値を示したものである。続い
て、成膜したHA230 の皮膜の上に、(LaSr)MnO3をプラズ
マ溶射法を用いて成膜する。表２は、このときの溶射条
件、ならびにこの溶射条件で得られた試料の皮膜のガス
透過係数の測定値を示したものである。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【表２】 図２は、上記の方法を用いて作製された試料の保護膜の
形成状態を示す断面のＳＥＭ写真である。図に見られる
ように２層の保護膜は比較的緻密に形成されている。ま
た、表１、表２に示したガス透過係数からもわかるよう
に、いずれの保護膜も、約 200μm 程度の厚さに形成す
れば、十分なガス透過阻止性能を備えることとなる。
形成状態を示す断面のＳＥＭ写真である。図に見られる
ように２層の保護膜は比較的緻密に形成されている。ま
た、表１、表２に示したガス透過係数からもわかるよう
に、いずれの保護膜も、約 200μm 程度の厚さに形成す
れば、十分なガス透過阻止性能を備えることとなる。
【００２０】このように、セパレレータ６のカソード側
の表面に、耐熱合金のHA230 からなる第１の保護膜６１
と、(LaSr)MnO3からなる第２の保護膜６２との２層の保
護膜を備えれば、セパレレータ６をフェライト系ステン
レス鋼の SUS430 を用いて形成しても酸化が防止される
ので、安価で加工性に優れ、かつ電解質層と熱膨張係数
が近く熱サイクルによる損傷を引き起こさないセパレー
タを構成することができる。
の表面に、耐熱合金のHA230 からなる第１の保護膜６１
と、(LaSr)MnO3からなる第２の保護膜６２との２層の保
護膜を備えれば、セパレレータ６をフェライト系ステン
レス鋼の SUS430 を用いて形成しても酸化が防止される
ので、安価で加工性に優れ、かつ電解質層と熱膨張係数
が近く熱サイクルによる損傷を引き起こさないセパレー
タを構成することができる。
【００２１】＜実施例２＞本実施例は、実施例１のごと
く、SUS430からなるセパレレータ６のカソード側の表面
に、HA230 からなる第１の保護膜６１と、(LaSr)MnO3か
らなる第２の保護膜６２との２層の保護膜を備えて形成
するものにおいて、HA230 からなる第１の保護膜６１を
形成したのち、熱処理を行い、その後、(LaSr)MnO3から
なる第２の保護膜６２を形成することにより作製する実
施例である。
く、SUS430からなるセパレレータ６のカソード側の表面
に、HA230 からなる第１の保護膜６１と、(LaSr)MnO3か
らなる第２の保護膜６２との２層の保護膜を備えて形成
するものにおいて、HA230 からなる第１の保護膜６１を
形成したのち、熱処理を行い、その後、(LaSr)MnO3から
なる第２の保護膜６２を形成することにより作製する実
施例である。
【００２２】すなわち、本実施例では、各種マニホール
ドとガス通流溝を加工したSUS430板に HA230をプラズマ
溶射して成膜したのち、約 50 Paの窒素雰囲気下におい
て、HA230の焼結温度、すなわち1200〜1300℃で 2〜10
時間程度の熱処理を行い、そののち、(LaSr)MnO3をプラ
ズマ溶射して第２の保護膜６２を形成する。図３は、SU
S430板に HA230をプラズマ溶射して成膜し、上記のごと
く熱処理を行った試料の保護膜の形成状態を示す断面の
ＳＥＭ写真である。図に見られるように、SUS430と HA2
30との界面が消失し、相互に拡散した界面が形成されて
いる。すなわち、熱処理によって、 HA230からなる保護
膜のセパレータへの付着強度が向上し、さらに界面の消
失により界面電気抵抗が存在しなくなって発電効率が向
上することとなる。
ドとガス通流溝を加工したSUS430板に HA230をプラズマ
溶射して成膜したのち、約 50 Paの窒素雰囲気下におい
て、HA230の焼結温度、すなわち1200〜1300℃で 2〜10
時間程度の熱処理を行い、そののち、(LaSr)MnO3をプラ
ズマ溶射して第２の保護膜６２を形成する。図３は、SU
S430板に HA230をプラズマ溶射して成膜し、上記のごと
く熱処理を行った試料の保護膜の形成状態を示す断面の
ＳＥＭ写真である。図に見られるように、SUS430と HA2
30との界面が消失し、相互に拡散した界面が形成されて
いる。すなわち、熱処理によって、 HA230からなる保護
膜のセパレータへの付着強度が向上し、さらに界面の消
失により界面電気抵抗が存在しなくなって発電効率が向
上することとなる。
【００２３】したがって、本実施例のごとく形成すれ
ば、セパレレータをフェライト系ステンレス鋼の SUS43
0 を用いて形成しても酸化の恐れがなく、安価で加工性
に優れ、熱サイクルによる損傷を引き起こさないセパレ
ータを構成できるばかりでなく、信頼性が高く、内部抵
抗損失の少ない効率的なセパレータが得られることとな
る。
ば、セパレレータをフェライト系ステンレス鋼の SUS43
0 を用いて形成しても酸化の恐れがなく、安価で加工性
に優れ、熱サイクルによる損傷を引き起こさないセパレ
ータを構成できるばかりでなく、信頼性が高く、内部抵
抗損失の少ない効率的なセパレータが得られることとな
る。
【００２４】なお、上記に示した実施例１および実施例
２の構成では、第１の保護膜６１に耐熱合金のHA230
を、また、第２の保護膜６２に(LaSr)MnO3を用いている
が、HA230 に代わって同じく耐熱合金であるSUS310S を
用いても、また(LaSr)MnO3に代わって(LaSr)CoO3、ある
いは(LaSr)CrO3を用いても、同様の効果が得られること
は、これらの材料の特性の類似性から容易に類推するこ
とができる。
２の構成では、第１の保護膜６１に耐熱合金のHA230
を、また、第２の保護膜６２に(LaSr)MnO3を用いている
が、HA230 に代わって同じく耐熱合金であるSUS310S を
用いても、また(LaSr)MnO3に代わって(LaSr)CoO3、ある
いは(LaSr)CrO3を用いても、同様の効果が得られること
は、これらの材料の特性の類似性から容易に類推するこ
とができる。
【００２５】＜実施例３＞本実施例は、セルとセパレー
タとの間に介装してガスのシールを行うガスシール部材
に関するもので、低融点で、電解質層に用いるＹＳＺと
ほぼ同等の熱膨張係数をもち、かつＳＯＦＣの運転温度
で焼結するセラミックス材料をシール材として用いる実
施例である。
タとの間に介装してガスのシールを行うガスシール部材
に関するもので、低融点で、電解質層に用いるＹＳＺと
ほぼ同等の熱膨張係数をもち、かつＳＯＦＣの運転温度
で焼結するセラミックス材料をシール材として用いる実
施例である。
【００２６】すなわち、本実施例においては、上記の特
性をもつセラミックス材料として、MgO-SiO2（Enstatit
e 単相組成、融点；1570℃）を用いる。まず、これにバ
インダーを加えてペーストを作製する。つぎに、本ペー
ストを用いてドクターブレード法により厚さ 200〜500
μm 程度のシートを作製し、前記の図８のシール部材１
２Ａ，１２Ｂに示したものと同様の形状に加工する。つ
いで、加工したシートを、図８に示したごとく、セルと
セパレータとの間に介装して積層し、スタックを形成す
る。なお、作製されたシートは柔軟性および弾力性を備
えており、スタック形成時に割れやクラックを生じるこ
とはない。続いて、形成したスタックを運転温度まで上
昇させる。この時、MgO-SiO2は運転温度の 900〜1000℃
で、焼結し緻密化するので、セルあるいはセパレータの
表面を通るガスのクロスリークならびに外部への漏れを
防止することとなる。
性をもつセラミックス材料として、MgO-SiO2（Enstatit
e 単相組成、融点；1570℃）を用いる。まず、これにバ
インダーを加えてペーストを作製する。つぎに、本ペー
ストを用いてドクターブレード法により厚さ 200〜500
μm 程度のシートを作製し、前記の図８のシール部材１
２Ａ，１２Ｂに示したものと同様の形状に加工する。つ
いで、加工したシートを、図８に示したごとく、セルと
セパレータとの間に介装して積層し、スタックを形成す
る。なお、作製されたシートは柔軟性および弾力性を備
えており、スタック形成時に割れやクラックを生じるこ
とはない。続いて、形成したスタックを運転温度まで上
昇させる。この時、MgO-SiO2は運転温度の 900〜1000℃
で、焼結し緻密化するので、セルあるいはセパレータの
表面を通るガスのクロスリークならびに外部への漏れを
防止することとなる。
【００２７】図４は、 950℃で10時間の熱処理を行った
MgO-SiO2 の断面の組織を示すＳＥＭ写真である。熱処
理前の MgO-SiO2 の一次粒子は 10 μm 以下の微粉末で
あったが、熱処理によって粒子成長を起こしており焼結
が進んでいることが確認できる。このように、 MgO-SiO
2 はＳＯＦＣの運転温度で容易に焼結されることがわか
る。
MgO-SiO2 の断面の組織を示すＳＥＭ写真である。熱処
理前の MgO-SiO2 の一次粒子は 10 μm 以下の微粉末で
あったが、熱処理によって粒子成長を起こしており焼結
が進んでいることが確認できる。このように、 MgO-SiO
2 はＳＯＦＣの運転温度で容易に焼結されることがわか
る。
【００２８】また、表３の中に示したように、 MgO-SiO
2 の熱膨張係数は電解質層に用いられるＹＳＺとよく一
致しているので、熱サイクルを受けても、従来例のガラ
ス材で見られたごとき破損を生じる恐れがない。
2 の熱膨張係数は電解質層に用いられるＹＳＺとよく一
致しているので、熱サイクルを受けても、従来例のガラ
ス材で見られたごとき破損を生じる恐れがない。
【００２９】
【表３】 ＜実施例４＞本実施例もガスシール部材に関するもの
で、上記の実施例３においてシール材として用いた、低
融点で電解質層に用いるＹＳＺとほぼ同等の熱膨張係数
をもち、かつＳＯＦＣの運転温度で焼結するセラミック
ス材料に、さらに混合物に対するガラスの含有量が10〜
20 vol％となるようにガラスを混合して用いる実施例で
ある。
で、上記の実施例３においてシール材として用いた、低
融点で電解質層に用いるＹＳＺとほぼ同等の熱膨張係数
をもち、かつＳＯＦＣの運転温度で焼結するセラミック
ス材料に、さらに混合物に対するガラスの含有量が10〜
20 vol％となるようにガラスを混合して用いる実施例で
ある。
【００３０】すなわち、本実施例においては、MgO-SiO2
（Enstatite 単相組成）と混合物全体積に対して 15vol
％のパイレックスガラス粉末とバインダーを混合してペ
ーストを作製し、これを用いてドクターブレード法によ
り厚さ 200〜500 μm 程度のシートを作製し、図８のシ
ール部材１２Ａ，１２Ｂに示したものと同様の形状に加
工する。加工したシートをセルとセパレータとの間に介
装してスタックを形成したのち、運転温度まで昇温す
る。このとき、MgO-SiO2は焼結して緻密化するととも
に、焼結が不十分な部分や、シール材とセパレータ、あ
るいはシール材とセルの接触が不十分な部分に軟化した
ガラスが入り込むこととなり、シールの緻密性が一段と
向上することとなる。
（Enstatite 単相組成）と混合物全体積に対して 15vol
％のパイレックスガラス粉末とバインダーを混合してペ
ーストを作製し、これを用いてドクターブレード法によ
り厚さ 200〜500 μm 程度のシートを作製し、図８のシ
ール部材１２Ａ，１２Ｂに示したものと同様の形状に加
工する。加工したシートをセルとセパレータとの間に介
装してスタックを形成したのち、運転温度まで昇温す
る。このとき、MgO-SiO2は焼結して緻密化するととも
に、焼結が不十分な部分や、シール材とセパレータ、あ
るいはシール材とセルの接触が不十分な部分に軟化した
ガラスが入り込むこととなり、シールの緻密性が一段と
向上することとなる。
【００３１】図５は、MgO-SiO2に混合物全体積に対して
15vol％のパイレックスガラス粉末を混合してＹＳＺ上
に形成した試料について、 950℃、10時間の熱処理を行
ったときの断面の組織を示すＳＥＭ写真である。MgO-Si
O2粒子の間がガラス（図中で黒く見える部分）によりみ
たされており、緻密なシールが形成されていることがわ
かる。
15vol％のパイレックスガラス粉末を混合してＹＳＺ上
に形成した試料について、 950℃、10時間の熱処理を行
ったときの断面の組織を示すＳＥＭ写真である。MgO-Si
O2粒子の間がガラス（図中で黒く見える部分）によりみ
たされており、緻密なシールが形成されていることがわ
かる。
【００３２】また、上述の表３の中に示したように、 M
gO-SiO2 に10〜20 vol％のパイレックスガラスを混合し
たシール材の熱膨張係数は電解質層に用いられるＹＳＺ
とよく一致しているので、熱サイクルを受けても、従来
例のガラス材で見られたごとき破損を生じる恐れがな
い。なお、実施例３および実施例４においては、スタッ
クを形成する際に作製したシートを用いることとしてい
るが、シートにペイストを塗布したものを用いてもよ
く、また、ペイストのみを塗布してスタックを形成する
こととしてもよい。
gO-SiO2 に10〜20 vol％のパイレックスガラスを混合し
たシール材の熱膨張係数は電解質層に用いられるＹＳＺ
とよく一致しているので、熱サイクルを受けても、従来
例のガラス材で見られたごとき破損を生じる恐れがな
い。なお、実施例３および実施例４においては、スタッ
クを形成する際に作製したシートを用いることとしてい
るが、シートにペイストを塗布したものを用いてもよ
く、また、ペイストのみを塗布してスタックを形成する
こととしてもよい。
【００３３】また、実施例３および実施例４において
は、シール材として用いる低融点で、電解質に用いるＹ
ＳＺとほぼ同等の熱膨張係数をもち、かつＳＯＦＣの運
転温度で焼結するセラミックス材料に、MgO-SiO2を用い
ることとしているが、CuO-SiO2等も同様の特性を備えて
おり、これらを用いても同等の効果が得られることとな
る。
は、シール材として用いる低融点で、電解質に用いるＹ
ＳＺとほぼ同等の熱膨張係数をもち、かつＳＯＦＣの運
転温度で焼結するセラミックス材料に、MgO-SiO2を用い
ることとしているが、CuO-SiO2等も同様の特性を備えて
おり、これらを用いても同等の効果が得られることとな
る。
【００３４】＜実施例５＞本実施例は、均一性に優れ、
優れた触媒特性を備えたカソードに関する実施例であ
る。図６は、カソードの形成に用いる粉末の製造法のフ
ローチャートである。まず、数μｍオーダーの (LaSr)M
nO3 および数〜数十μｍオーダーのグラファイトカーボ
ン粉末に、バインダーとして熱硬化性のエポキシ樹脂を
加え、混合した後、大気中室温にて乾燥する。乾燥後、
粉末を粉砕し、 150μm に分級することによって、造孔
材を含む (LaSr)MnO3 粉末が完成する。
優れた触媒特性を備えたカソードに関する実施例であ
る。図６は、カソードの形成に用いる粉末の製造法のフ
ローチャートである。まず、数μｍオーダーの (LaSr)M
nO3 および数〜数十μｍオーダーのグラファイトカーボ
ン粉末に、バインダーとして熱硬化性のエポキシ樹脂を
加え、混合した後、大気中室温にて乾燥する。乾燥後、
粉末を粉砕し、 150μm に分級することによって、造孔
材を含む (LaSr)MnO3 粉末が完成する。
【００３５】上記のごとく作製された粉末を、フレーム
溶射法によって電解質層の上、あるいは支持体の上に溶
射する。フレーム溶射法の溶射条件、ならびにこの溶射
条件で得られた試料の皮膜のガス透過係数は、表４に示
した通りである。
溶射法によって電解質層の上、あるいは支持体の上に溶
射する。フレーム溶射法の溶射条件、ならびにこの溶射
条件で得られた試料の皮膜のガス透過係数は、表４に示
した通りである。
【００３６】
【表４】 次いで、セルを形成し、スタック中に組み込み、運転温
度まで昇温する。この時、 800℃付近においてカソード
中のカーボンは CO2となって完全に消失し、カーボンが
占めていた部分が空孔となることによって、カソードが
より多孔質となる。
度まで昇温する。この時、 800℃付近においてカソード
中のカーボンは CO2となって完全に消失し、カーボンが
占めていた部分が空孔となることによって、カソードが
より多孔質となる。
【００３７】したがって、上記のごとく形成したカソー
ドにおいては、溶射に用いる粉末が数μｍオーダーの微
細な (LaSr)MnO3 から構成されるので、高活性のカソー
ドが得られることとなる。また、粉末を 150μm に造粒
して溶射に用いるので、粉末の流動性がよく均一性のよ
いカソードが得られる。さらに、運転温度への昇温に際
して、粉末中に分散したカーボン粉末が消失して空孔を
生成するため、多孔質のカソードが得られることとな
る。
ドにおいては、溶射に用いる粉末が数μｍオーダーの微
細な (LaSr)MnO3 から構成されるので、高活性のカソー
ドが得られることとなる。また、粉末を 150μm に造粒
して溶射に用いるので、粉末の流動性がよく均一性のよ
いカソードが得られる。さらに、運転温度への昇温に際
して、粉末中に分散したカーボン粉末が消失して空孔を
生成するため、多孔質のカソードが得られることとな
る。
【００３８】なお、バインダーとして熱硬化性樹脂を用
いているので、溶射中に粉末導入管内や溶射ガン内で温
度が上昇した場合にも、バインダーが軟化して付着し粉
詰まりを引き起こす恐れはない。
いているので、溶射中に粉末導入管内や溶射ガン内で温
度が上昇した場合にも、バインダーが軟化して付着し粉
詰まりを引き起こす恐れはない。
【００３９】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、 （１）平板状のセル基板の上にアノード、固体電解質層
ならびにカソードを積層してなるセルを、金属材料より
なるセパレータと交互に積層して構成される固体電解質
型燃料電池において、セパレータのカソード側の表面
に、耐熱合金からなる第１の保護膜と、第１の保護膜の
上に形成した(LaSr)ＭO3（但しＭは、Co,Mn,Crのうちの
いずれかとする）からなる第２の保護膜を備えることと
したので、電解質層との熱膨張係数の差が小さく、安価
で加工性に優れ、かつカソード側で酸化による電気抵抗
の増大を生じる恐れのない金属セパレータを備えた固体
電解質型燃料電池が得られることとなった。
ならびにカソードを積層してなるセルを、金属材料より
なるセパレータと交互に積層して構成される固体電解質
型燃料電池において、セパレータのカソード側の表面
に、耐熱合金からなる第１の保護膜と、第１の保護膜の
上に形成した(LaSr)ＭO3（但しＭは、Co,Mn,Crのうちの
いずれかとする）からなる第２の保護膜を備えることと
したので、電解質層との熱膨張係数の差が小さく、安価
で加工性に優れ、かつカソード側で酸化による電気抵抗
の増大を生じる恐れのない金属セパレータを備えた固体
電解質型燃料電池が得られることとなった。
【００４０】（２）さらに、上記の第１の保護膜を、例
えば HA230あるいは SUS310S等の耐熱合金を溶射したの
ち、例えば、窒素雰囲気において、耐熱合金の焼結温度
を熱処理温度として、熱処理を行って形成することとす
れば、セパレータと耐熱合金からなる第１の保護膜との
間の接合強度が増し、緻密で信頼性の高い保護膜が形成
されるので、より確実に耐酸化性が向上するので、より
好適である。
えば HA230あるいは SUS310S等の耐熱合金を溶射したの
ち、例えば、窒素雰囲気において、耐熱合金の焼結温度
を熱処理温度として、熱処理を行って形成することとす
れば、セパレータと耐熱合金からなる第１の保護膜との
間の接合強度が増し、緻密で信頼性の高い保護膜が形成
されるので、より確実に耐酸化性が向上するので、より
好適である。
【００４１】（３）また、平板状のセル基板の上にアノ
ード、固体電解質層ならびにカソードを積層してなるセ
ルを、金属材料よりなるセパレータと交互に積層し、か
つセルとセパレータとの間にガスシール部材を介装して
構成される固体電解質型燃料電池において、ガスシール
部材を、固体電解質型燃料電池の運転温度において焼結
されるセラミックス材料、例えばMgO-SiO2（Enstatite
単相組成）からなるシール材を用いて形成することとし
たので、流動化して流失したり、熱サイクルにより破損
したりする恐れのないガスシール部材を備えた固体電解
質型燃料電池が得られることとなった。
ード、固体電解質層ならびにカソードを積層してなるセ
ルを、金属材料よりなるセパレータと交互に積層し、か
つセルとセパレータとの間にガスシール部材を介装して
構成される固体電解質型燃料電池において、ガスシール
部材を、固体電解質型燃料電池の運転温度において焼結
されるセラミックス材料、例えばMgO-SiO2（Enstatite
単相組成）からなるシール材を用いて形成することとし
たので、流動化して流失したり、熱サイクルにより破損
したりする恐れのないガスシール部材を備えた固体電解
質型燃料電池が得られることとなった。
【００４２】（４）さらに、上記のガスシール部材を、
上記のセラミックス材料からなるシール材に混合物全体
に対するガラスの含有量が１０〜２０ vol％となるよう
にガラスを混合して形成することとすれば、セラミック
ス材料の空孔が、溶融したガラスによって充填されるの
で、より緻密で、信頼性の高いシールが得られることと
なるので、より好適である。
上記のセラミックス材料からなるシール材に混合物全体
に対するガラスの含有量が１０〜２０ vol％となるよう
にガラスを混合して形成することとすれば、セラミック
ス材料の空孔が、溶融したガラスによって充填されるの
で、より緻密で、信頼性の高いシールが得られることと
なるので、より好適である。
【００４３】（５）また、平板状のセル基板の上にアノ
ード、固体電解質層ならびにカソードを積層してなるセ
ルを、セパレータと交互に積層して構成される固体電解
質型燃料電池において、カソードを、(LaSr)MnO3に造孔
材としてのカーボン、例えばグラファイトカーボンとバ
インダーとしての熱硬化性樹脂を加えて混合し、乾燥し
分級した粉末を用いて、例えば溶射により、形成するこ
ととしたので、均一性に優れ、かつ触媒活性の高いカソ
ードを備えた固体電解質型燃料電池が得られることとな
った。
ード、固体電解質層ならびにカソードを積層してなるセ
ルを、セパレータと交互に積層して構成される固体電解
質型燃料電池において、カソードを、(LaSr)MnO3に造孔
材としてのカーボン、例えばグラファイトカーボンとバ
インダーとしての熱硬化性樹脂を加えて混合し、乾燥し
分級した粉末を用いて、例えば溶射により、形成するこ
ととしたので、均一性に優れ、かつ触媒活性の高いカソ
ードを備えた固体電解質型燃料電池が得られることとな
った。
【図１】本発明の固体電解質型燃料電池の実施例１にお
けるセパレータの基本構成を模式的に示す要部の断面図
けるセパレータの基本構成を模式的に示す要部の断面図
【図２】実施例１に示した方法を用いて作製された試料
の保護膜の形成状態を示す断面のＳＥＭ写真
の保護膜の形成状態を示す断面のＳＥＭ写真
【図３】実施例２に示したごとく、SUS430板に HA230を
プラズマ溶射して成膜し、熱処理を行った試料の保護膜
の形成状態を示す断面のＳＥＭ写真
プラズマ溶射して成膜し、熱処理を行った試料の保護膜
の形成状態を示す断面のＳＥＭ写真
【図４】実施例３に示したごとく、 950℃で10時間の熱
処理を行った MgO-SiO2 の断面の組織を示すＳＥＭ写真
処理を行った MgO-SiO2 の断面の組織を示すＳＥＭ写真
【図５】実施例４に示したごとく、MgO-SiO2に15 vol％
のパイレックスガラス粉末を混合してＹＳＺ上に形成し
た試料について、 950℃、10時間の熱処理を行ったとき
の断面の組織を示すＳＥＭ写真
のパイレックスガラス粉末を混合してＹＳＺ上に形成し
た試料について、 950℃、10時間の熱処理を行ったとき
の断面の組織を示すＳＥＭ写真
【図６】実施例５に示したカソードの形成に用いる粉末
の製造法のフローチャート図
の製造法のフローチャート図
【図７】支持膜方式の固体電解質型燃料電池の基本構成
を示す模式断面図
を示す模式断面図
【図８】従来の平板型支持膜方式の固体電解質型燃料電
池のスタックの基本構成例を示す分解斜視図
池のスタックの基本構成例を示す分解斜視図
２ 電解質層 ３ カソード ４ アノード ５ セル基板 ６ セパレータ ７ 燃料ガス入口マニホールド ８ 酸化剤ガス入口マニホールド ９ 燃料ガス出口マニホールド １０ 酸化剤ガス出口マニホールド １１ 燃料ガス通流溝 １２Ａ シール部材（カソード側） １２Ｂ シール部材（アノード側） ６１ 保護膜（ＨＡ２３０） ６２ 保護膜（ (LaSr)MnO3 ）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１１月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとき構成の平
板型支持膜方式のＳＯＦＣにおいて、最重要構成要素で
ある電解質層２に用いる材料としては、価格、性能等の
観点から、現在のところＹＳＺに代わる材料が無いた
め、他の構成要素もＹＳＺと熱膨張係数の適合した材料
を用いて構成する必要がある。セパレータ６に用いられ
ている代表的な材料は、ペロブスカイト型酸化物セラミ
ックスの LaCrO3 であるが、近年、高い強度と延性を備
えた耐熱金属がセパレータの材料として注目されてお
り、様々な合金材料がその候補として提案されている。
しかしながら、候補として挙げられている材料のうち、
通常使用されている NiCr 系耐熱合金は、加工性が悪
く、さらに電解質に用いられるＹＳＺとの熱膨張係数の
差が比較的大きいという問題点がある。また、SUS310S
のようなオーステナイト系ステンレス鋼は加工性が良
く、かつ耐熱性に優れるが、ＹＳＺとの熱膨張係数の差
が過大である。これに対して、SUS430 のようなフェラ
イト系ステンレス鋼は加工性が良く、かつコストが安
く、ＹＳＺとの熱膨張係数の差も比較的小さいという長
所をもっているが、一方、耐熱性が悪く、ＳＯＦＣの運
転温度においてはカソード側で酸化剤ガスとして供給す
る空気によって酸化を生じ、電気抵抗が増大してしまう
という難点がある。
板型支持膜方式のＳＯＦＣにおいて、最重要構成要素で
ある電解質層２に用いる材料としては、価格、性能等の
観点から、現在のところＹＳＺに代わる材料が無いた
め、他の構成要素もＹＳＺと熱膨張係数の適合した材料
を用いて構成する必要がある。セパレータ６に用いられ
ている代表的な材料は、ペロブスカイト型酸化物セラミ
ックスの LaCrO3 であるが、近年、高い強度と延性を備
えた耐熱金属がセパレータの材料として注目されてお
り、様々な合金材料がその候補として提案されている。
しかしながら、候補として挙げられている材料のうち、
通常使用されている NiCr 系耐熱合金は、加工性が悪
く、さらに電解質に用いられるＹＳＺとの熱膨張係数の
差が比較的大きいという問題点がある。また、SUS310S
のようなオーステナイト系ステンレス鋼は加工性が良
く、かつ耐熱性に優れるが、ＹＳＺとの熱膨張係数の差
が過大である。これに対して、SUS430 のようなフェラ
イト系ステンレス鋼は加工性が良く、かつコストが安
く、ＹＳＺとの熱膨張係数の差も比較的小さいという長
所をもっているが、一方、耐熱性が悪く、ＳＯＦＣの運
転温度においてはカソード側で酸化剤ガスとして供給す
る空気によって酸化を生じ、電気抵抗が増大してしまう
という難点がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３６】
【表４】 次いで、セルを形成し、スタック中に組み込み、運転温
度まで昇温する。この時、 800℃付近においてカソード
中のカーボンは CO2となって完全に消失し、カーボンが
占めていた部分が空孔となることによって、カソードが
より多孔質となる。
度まで昇温する。この時、 800℃付近においてカソード
中のカーボンは CO2となって完全に消失し、カーボンが
占めていた部分が空孔となることによって、カソードが
より多孔質となる。
Claims (11)
- 【請求項１】平板状のセル基板の上にアノード、固体電
解質層ならびにカソードを積層してなるセルを、金属材
料よりなるセパレータと交互に積層して構成される固体
電解質型燃料電池において、セパレータのカソード側の
表面に、耐熱合金からなる第１の保護膜と、第１の保護
膜の上に形成された(LaSr)ＭO3（但しＭは、Co,Mn,Crの
うちのいずれかである）からなる第２の保護膜を備える
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】前記の耐熱合金が、ＨＡ２３０あるいはＳ
ＵＳ３１０Ｓであ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。 - 【請求項３】前記の第１の保護膜が、溶射したのち熱処
理を行って形成されていることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項４】熱処理が、窒素雰囲気において行われてい
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。 - 【請求項５】熱処理が、耐熱合金の焼結温度を熱処理温
度として行われていることを特徴とする請求項３または
４に記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項６】平板状のセル基板の上にアノード、固体電
解質層ならびにカソードを積層してなるセルを、金属材
料よりなるセパレータと交互に積層し、かつセルとセパ
レータとの間にガスシール部材を介装して構成される固
体電解質型燃料電池において、ガスシール部材が、固体
電解質型燃料電池の運転温度において焼結されるセラミ
ックス材料からなるシール材を用いて形成されているこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項７】ガスシール部材が、前記のセラミックス材
料からなるシール材に混合物全体に対するガラスの含有
量が１０〜２０ vol％となるようにガラスを混合して形
成されていることを特徴とする請求項６に記載の固体電
解質型燃料電池。 - 【請求項８】ガスシール部材を構成する前記のセラミッ
クス材料が、MgO-SiO2（Enstatite 単相組成）であるこ
とを特徴とする請求項６または７に記載の固体電解質型
燃料電池。 - 【請求項９】平板状のセル基板の上にアノード、固体電
解質層ならびにカソードを積層してなるセルを、セパレ
ータと交互に積層して構成される固体電解質型燃料電池
において、前記のカソードが、(LaSr)MnO3に造孔材とし
てのカーボンとバインダーとしての熱硬化性樹脂を加え
て混合し、乾燥し分級した粉末を用いて形成されている
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項１０】前記のカソードが、前記のごとく混合
し、乾燥し分級した粉末を溶射して形成されていること
を特徴とする請求項９に記載の固体電解質型燃料電池。 - 【請求項１１】造孔材として加える前記のカーボンが、
グラファイトカーボンであることを特徴とする請求項９
に記載の固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8265138A JPH1092446A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8265138A JPH1092446A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1092446A true JPH1092446A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=17413162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8265138A Pending JPH1092446A (ja) | 1996-09-13 | 1996-09-13 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1092446A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100653043B1 (ko) | 2005-12-21 | 2006-12-01 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 고상산화물 연료전지 분리판의 코팅층 형성방법 |
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| JP2021525949A (ja) * | 2018-05-31 | 2021-09-27 | ブルーム エネルギー コーポレイション | クロスフロー型のインターコネクト及び同インターコネクトを含む燃料電池システム |
-
1996
- 1996-09-13 JP JP8265138A patent/JPH1092446A/ja active Pending
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