JPH11354139A - 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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- JPH11354139A JPH11354139A JP10155669A JP15566998A JPH11354139A JP H11354139 A JPH11354139 A JP H11354139A JP 10155669 A JP10155669 A JP 10155669A JP 15566998 A JP15566998 A JP 15566998A JP H11354139 A JPH11354139 A JP H11354139A
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- electrolyte membrane
- alumina
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
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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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体電解質膜の機械的強度を高めてその厚み
を薄くし、しかも、電位降下を低減できる固体電解質型
燃料電池を提供する。 【解決手段】 固体電解質膜の一方の面に空気極を配置
し、他方の面に燃料極を配置してなる三層膜において、
前記固体電解質膜はアルミナを添加したイットリア安定
化ジルコニアからなり、前記固体電解質膜の表層部のア
ルミナ添加量が中心部より多い。
を薄くし、しかも、電位降下を低減できる固体電解質型
燃料電池を提供する。 【解決手段】 固体電解質膜の一方の面に空気極を配置
し、他方の面に燃料極を配置してなる三層膜において、
前記固体電解質膜はアルミナを添加したイットリア安定
化ジルコニアからなり、前記固体電解質膜の表層部のア
ルミナ添加量が中心部より多い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池に関する。
電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池の発電反応を起こ
す最小単位はセルである。図１に示すように、セル１は
発電部２とそれを外側から挟む、集電体３，４及びセパ
レータ５，６から構成され、このうち、発電部２は、空
気極７、固体電解質膜８及び燃料極９の三層膜からなっ
ている。
す最小単位はセルである。図１に示すように、セル１は
発電部２とそれを外側から挟む、集電体３，４及びセパ
レータ５，６から構成され、このうち、発電部２は、空
気極７、固体電解質膜８及び燃料極９の三層膜からなっ
ている。
【０００３】これらの材料として、空気極７にはランタ
ンマンガナイト（ＬａＭｎＯ3）が用いられ、固体電解
質膜８にはイットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺ
という。）が用いられ、また、燃料極９にはＮｉとＹＳ
Ｚを混合したサーメット等が用いられる。
ンマンガナイト（ＬａＭｎＯ3）が用いられ、固体電解
質膜８にはイットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺ
という。）が用いられ、また、燃料極９にはＮｉとＹＳ
Ｚを混合したサーメット等が用いられる。
【０００４】そして、空気極側の集電体３にはランタン
マンガナイト（ＬａＭｎＯ3）等が用いられ、燃料極側
の集電体４にはＮｉ等が用いられる。また、セパレータ
５，６の材料にはランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3）
等が用いられる。
マンガナイト（ＬａＭｎＯ3）等が用いられ、燃料極側
の集電体４にはＮｉ等が用いられる。また、セパレータ
５，６の材料にはランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3）
等が用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなセルの構造を持つ固体電解質型燃料電池は、運転時
や昇降温時に発生する応力に耐えるように、固体電解質
膜に一定の厚みを持たせているため、発電時の電位降下
が大きく、セルの発電特性が低いという問題があった。
うなセルの構造を持つ固体電解質型燃料電池は、運転時
や昇降温時に発生する応力に耐えるように、固体電解質
膜に一定の厚みを持たせているため、発電時の電位降下
が大きく、セルの発電特性が低いという問題があった。
【０００６】また、固体電解質膜にアルミナ（Ａl
2Ｏ3）を添加して強度を持たせ、厚みを薄くすることも
行われているが、強度が得られても電位降下が大きかっ
たり、また、電位降下を抑制しようとするとアルミナ添
加を控えねばならず、したがって、強度が得られないと
いう問題もあった。
2Ｏ3）を添加して強度を持たせ、厚みを薄くすることも
行われているが、強度が得られても電位降下が大きかっ
たり、また、電位降下を抑制しようとするとアルミナ添
加を控えねばならず、したがって、強度が得られないと
いう問題もあった。
【０００７】そこで、本発明の目的は、このような問題
を解決し、固体電解質膜の機械的強度を高めてその厚み
を薄くし、しかも、電位降下を低減できる固体電解質型
燃料電池を提供することにある。
を解決し、固体電解質膜の機械的強度を高めてその厚み
を薄くし、しかも、電位降下を低減できる固体電解質型
燃料電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１にお
いて、固体電解質型燃料電池は、固体電解質膜の一方の
面に空気極を配置し、他方の面に燃料極を配置してなる
三層膜において、前記固体電解質膜がアルミナを添加し
たイットリア安定化ジルコニアからなり、前記固体電解
質膜の表層部のアルミナ添加量が中心部より多いことを
特徴とする。
いて、固体電解質型燃料電池は、固体電解質膜の一方の
面に空気極を配置し、他方の面に燃料極を配置してなる
三層膜において、前記固体電解質膜がアルミナを添加し
たイットリア安定化ジルコニアからなり、前記固体電解
質膜の表層部のアルミナ添加量が中心部より多いことを
特徴とする。
【０００９】このようにすることにより、アルミナを添
加したＹＳＺからなる固体電解質膜の表層部は、アルミ
ナの添加量が中心部より多いため、熱膨張係数が中心部
より小さくなり、固体電解質膜の焼成温度以下で表層部
に圧縮応力が発生する。この圧縮応力がセラミック破壊
の原因となる引っ張り応力に対して作用するため、固体
電解質膜の強度をより高めることができる。
加したＹＳＺからなる固体電解質膜の表層部は、アルミ
ナの添加量が中心部より多いため、熱膨張係数が中心部
より小さくなり、固体電解質膜の焼成温度以下で表層部
に圧縮応力が発生する。この圧縮応力がセラミック破壊
の原因となる引っ張り応力に対して作用するため、固体
電解質膜の強度をより高めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例にもとづき説明する。
例にもとづき説明する。
【００１１】（実施例１）始めに、ドクターブレード法
を用いて、ＹＳＺにアルミナ（Ａl2Ｏ3）を１０ｗｔ％
と１２ｗｔ％、それぞれ添加した固体電解質膜用グリー
ンシートを作製した。
を用いて、ＹＳＺにアルミナ（Ａl2Ｏ3）を１０ｗｔ％
と１２ｗｔ％、それぞれ添加した固体電解質膜用グリー
ンシートを作製した。
【００１２】そして、表1に示すように、固体電解質膜
の両表層部がアルミナを１２ｗｔ％添加した厚さ３０μ
ｍ（焼成後厚み、以下同じ）のＹＳＺの層、また、これ
ら表層部に挟まれた中心部がアルミナを１０ｗｔ％添加
した厚さ３３０μｍのＹＳＺの層になるように、前記ア
ルミナを添加したＹＳＺのグリーンシートを積み重ね
た。
の両表層部がアルミナを１２ｗｔ％添加した厚さ３０μ
ｍ（焼成後厚み、以下同じ）のＹＳＺの層、また、これ
ら表層部に挟まれた中心部がアルミナを１０ｗｔ％添加
した厚さ３３０μｍのＹＳＺの層になるように、前記ア
ルミナを添加したＹＳＺのグリーンシートを積み重ね
た。
【００１３】
【表１】
【００１４】続いて、このグリーンシートを積み重ねた
ものをＣＩＰ成型した後、所定の大きさにカットして焼
成し、表層部のアルミナ添加量が中心部より多い固体電
解質膜の焼結体を得た。
ものをＣＩＰ成型した後、所定の大きさにカットして焼
成し、表層部のアルミナ添加量が中心部より多い固体電
解質膜の焼結体を得た。
【００１５】次に、空気極用材料として、ランタンマン
ガナイト（ＬａＭｎＯ3）粉末をペースト化し、また、
燃料極用材料として、ＮｉＯとＹＳＺの混合粉末（サー
メット）をペースト化したものを、前記固体電解質膜焼
結体の両主面にそれぞれスクリーン印刷した。そして、
これを焼き付けて、空気極、固体電解質膜、及び燃料極
の三層膜からなる発電部を構成した。
ガナイト（ＬａＭｎＯ3）粉末をペースト化し、また、
燃料極用材料として、ＮｉＯとＹＳＺの混合粉末（サー
メット）をペースト化したものを、前記固体電解質膜焼
結体の両主面にそれぞれスクリーン印刷した。そして、
これを焼き付けて、空気極、固体電解質膜、及び燃料極
の三層膜からなる発電部を構成した。
【００１６】次に、燃料極側の集電体にはＮｉ粉末をペ
ースト化し、また、空気極側の集電体にはランタンマン
ガナイト粉末をペースト化したものをそれぞれ準備し、
これを前記三層膜の空気極と燃料極の各電極面に筆で塗
布して集電体層を形成した。
ースト化し、また、空気極側の集電体にはランタンマン
ガナイト粉末をペースト化したものをそれぞれ準備し、
これを前記三層膜の空気極と燃料極の各電極面に筆で塗
布して集電体層を形成した。
【００１７】一方、プレス成型により、ランタンクロマ
イト（ＬａＣｒＯ3）の成形体を作製し、所定のガス流
路用の溝を形成する加工を施した後、これを焼成してセ
パレータを作製した。そして、前記集電体層を塗布、形
成した三層膜をこのセパレータで挟み、縦１５０ｍｍ×
横１５０ｍｍ×厚み５ｍｍのセルを構成した。
イト（ＬａＣｒＯ3）の成形体を作製し、所定のガス流
路用の溝を形成する加工を施した後、これを焼成してセ
パレータを作製した。そして、前記集電体層を塗布、形
成した三層膜をこのセパレータで挟み、縦１５０ｍｍ×
横１５０ｍｍ×厚み５ｍｍのセルを構成した。
【００１８】（実施例２）ドクターブレード法を用い
て、ＹＳＺにアルミナを１０ｗｔ％と１４ｗｔ％、それ
ぞれ添加した固体電解質膜用グリーンシートを作製し
た。
て、ＹＳＺにアルミナを１０ｗｔ％と１４ｗｔ％、それ
ぞれ添加した固体電解質膜用グリーンシートを作製し
た。
【００１９】そして、表１に示すように、固体電解質膜
の両表層部がアルミナを１４ｗｔ％添加した厚さ３０μ
ｍ（焼成後厚み、以下同じ）のＹＳＺの層、また、これ
ら表層部に挟まれた中心部がアルミナを１０ｗｔ％添加
した厚さ３２０μｍのＹＳＺの層になるように、前記ア
ルミナを添加した各ＹＳＺのグリーンシートを積み重ね
た。
の両表層部がアルミナを１４ｗｔ％添加した厚さ３０μ
ｍ（焼成後厚み、以下同じ）のＹＳＺの層、また、これ
ら表層部に挟まれた中心部がアルミナを１０ｗｔ％添加
した厚さ３２０μｍのＹＳＺの層になるように、前記ア
ルミナを添加した各ＹＳＺのグリーンシートを積み重ね
た。
【００２０】続いて、このグリーンシートを積み重ねた
ものをＣＩＰ成型した後、所定の大きさにカットして焼
成し、表層部のアルミナ添加量が中心部より多い固体電
解質膜の焼結体を得た。
ものをＣＩＰ成型した後、所定の大きさにカットして焼
成し、表層部のアルミナ添加量が中心部より多い固体電
解質膜の焼結体を得た。
【００２１】以下、実施例1と同様にして、セルを構成
した。
した。
【００２２】（実施例３）ドクターブレード法を用い
て、ＹＳＺにアルミナを１０ｗｔ％と１６ｗｔ％，それ
ぞれ添加した固体電解質膜用グリーンシートを作製し
た。
て、ＹＳＺにアルミナを１０ｗｔ％と１６ｗｔ％，それ
ぞれ添加した固体電解質膜用グリーンシートを作製し
た。
【００２３】そして、表1に示すように、固体電解質膜
の両表層部がアルミナを１６ｗｔ％添加した厚さ３０μ
ｍ（焼成後厚み、以下同じ）のＹＳＺの層、また、これ
ら表層部に挟まれた中心部がアルミナを１０ｗｔ％添加
した厚さ３１０μｍのＹＳＺの層になるように、前記ア
ルミナを添加した各ＹＳＺのグリーンシートを積み重ね
た。
の両表層部がアルミナを１６ｗｔ％添加した厚さ３０μ
ｍ（焼成後厚み、以下同じ）のＹＳＺの層、また、これ
ら表層部に挟まれた中心部がアルミナを１０ｗｔ％添加
した厚さ３１０μｍのＹＳＺの層になるように、前記ア
ルミナを添加した各ＹＳＺのグリーンシートを積み重ね
た。
【００２４】続いて、このグリーンシートを積み重ねた
ものをＣＩＰ成型した後、所定の大きさにカットして焼
成し、表層部のアルミナ添加量が中心部より多い固体電
解質膜の焼結体を得た。
ものをＣＩＰ成型した後、所定の大きさにカットして焼
成し、表層部のアルミナ添加量が中心部より多い固体電
解質膜の焼結体を得た。
【００２５】以下、実施例1と同様にして、セルを構成
した。
した。
【００２６】（実施例４）ドクターブレード法を用い
て、ＹＳＺにアルミナを１０ｗｔ％と１８ｗｔ％、それ
ぞれ添加した固体電解質膜用グリーンシートを作製し
た。
て、ＹＳＺにアルミナを１０ｗｔ％と１８ｗｔ％、それ
ぞれ添加した固体電解質膜用グリーンシートを作製し
た。
【００２７】そして、表1に示すように、固体電解質膜
の両表層部がアルミナを１８ｗｔ％添加した厚さ３０μ
ｍ（焼成後厚み、以下同じ）のＹＳＺの層、また、これ
ら表層部に挟まれた中心部がアルミナを１０ｗｔ％添加
した厚さ２９０μｍのＹＳＺの層になるように、前記ア
ルミナを添加した各ＹＳＺのグリーンシートを積み重ね
た。
の両表層部がアルミナを１８ｗｔ％添加した厚さ３０μ
ｍ（焼成後厚み、以下同じ）のＹＳＺの層、また、これ
ら表層部に挟まれた中心部がアルミナを１０ｗｔ％添加
した厚さ２９０μｍのＹＳＺの層になるように、前記ア
ルミナを添加した各ＹＳＺのグリーンシートを積み重ね
た。
【００２８】続いて、このグリーンシートを積み重ねた
ものをＣＩＰ成型した後、所定の大きさにカットして焼
成し、表層部のアルミナ添加量が中心部より多い固体電
解質膜の焼結体を得た。
ものをＣＩＰ成型した後、所定の大きさにカットして焼
成し、表層部のアルミナ添加量が中心部より多い固体電
解質膜の焼結体を得た。
【００２９】以下、実施例1と同様にして、セルを構成
した。
した。
【００３０】（実施例５）ドクターブレード法を用い
て、ＹＳＺにアルミナを１０ｗｔ％と２０ｗｔ％、それ
ぞれ添加した固体電解質膜用グリーンシートを作製し
た。
て、ＹＳＺにアルミナを１０ｗｔ％と２０ｗｔ％、それ
ぞれ添加した固体電解質膜用グリーンシートを作製し
た。
【００３１】そして、表1に示すように、固体電解質膜
の両表層部がアルミナを２０ｗｔ％添加した厚さ３０μ
ｍ（焼成後厚み、以下同じ）のＹＳＺの層、また、これ
ら表層部に挟まれた中心部がアルミナを１０ｗｔ％添加
した厚さ２９０μｍのＹＳＺの層になるように、前記ア
ルミナを添加した各ＹＳＺのグリーンシートを積み重ね
た。
の両表層部がアルミナを２０ｗｔ％添加した厚さ３０μ
ｍ（焼成後厚み、以下同じ）のＹＳＺの層、また、これ
ら表層部に挟まれた中心部がアルミナを１０ｗｔ％添加
した厚さ２９０μｍのＹＳＺの層になるように、前記ア
ルミナを添加した各ＹＳＺのグリーンシートを積み重ね
た。
【００３２】続いて、このグリーンシートを積み重ねた
ものをＣＩＰ成型した後、所定の大きさにカットして焼
成し、表層部のアルミナ添加量が中心部より多い固体電
解質膜の焼結体を得た。
ものをＣＩＰ成型した後、所定の大きさにカットして焼
成し、表層部のアルミナ添加量が中心部より多い固体電
解質膜の焼結体を得た。
【００３３】以下、実施例1と同様にして、セルを構成
した。
した。
【００３４】なお、上記実施例１〜５に示したように、
本発明の固体電解質型燃料電池の固体電解質膜は、その
中心部をアルミナ添加量が１０ｗｔ％のＹＳＺ層で構成
した。また、固体電解質膜の表層部は、 アルミナの添
加量が中心部より多いＹＳＺ層で構成した。そして、表
層部の厚みはすべて３０μｍ（焼成後厚み）となるよう
にした。また、中心部のアルミナ添加量が１０ｗｔ％の
ＹＳＺ層の厚みは、後述する三点曲げ強度をもとに固体
電解質膜の破壊応力が同程度（５．７〜５．８Ｎ）とな
るように調整して定めた。
本発明の固体電解質型燃料電池の固体電解質膜は、その
中心部をアルミナ添加量が１０ｗｔ％のＹＳＺ層で構成
した。また、固体電解質膜の表層部は、 アルミナの添
加量が中心部より多いＹＳＺ層で構成した。そして、表
層部の厚みはすべて３０μｍ（焼成後厚み）となるよう
にした。また、中心部のアルミナ添加量が１０ｗｔ％の
ＹＳＺ層の厚みは、後述する三点曲げ強度をもとに固体
電解質膜の破壊応力が同程度（５．７〜５．８Ｎ）とな
るように調整して定めた。
【００３５】次に、比較のため、表1に示すように、固
体電解質膜の表層部と中心部のアルミナ添加量に差がな
い固体電解質膜の焼結体を用いてセルを作製した、 （比較例１）前記実施例と同様の方法で、固体電解質膜
の表層部と中心部でアルミナ添加量に差がなく（添加量
１０ｗｔ％）、表層部の厚みを実施例と同じ３０μｍ
（焼成後厚み、以下同じ）とする一方、中心部の厚みを
３４０μｍと厚くし、固体電解質膜全体の厚みを４００
μｍとした焼結体を用いてセルを作製した。
体電解質膜の表層部と中心部のアルミナ添加量に差がな
い固体電解質膜の焼結体を用いてセルを作製した、 （比較例１）前記実施例と同様の方法で、固体電解質膜
の表層部と中心部でアルミナ添加量に差がなく（添加量
１０ｗｔ％）、表層部の厚みを実施例と同じ３０μｍ
（焼成後厚み、以下同じ）とする一方、中心部の厚みを
３４０μｍと厚くし、固体電解質膜全体の厚みを４００
μｍとした焼結体を用いてセルを作製した。
【００３６】（比較例２）比較例１と同様、アルミナ添
加量は表層部と中心部で差がなく（１０ｗｔ％）、表層
部の厚みも３０μｍ（焼成後厚み、以下同じ）で比較例
１と同じとしたが、固体電解質膜の中心部の厚みを比較
例1より薄くし（３１０μｍ ）、固体電解質膜全体の厚
みを３７０μｍとした焼結体を用いてセルを作製した。
加量は表層部と中心部で差がなく（１０ｗｔ％）、表層
部の厚みも３０μｍ（焼成後厚み、以下同じ）で比較例
１と同じとしたが、固体電解質膜の中心部の厚みを比較
例1より薄くし（３１０μｍ ）、固体電解質膜全体の厚
みを３７０μｍとした焼結体を用いてセルを作製した。
【００３７】以上のようにして得られた実施例１〜５、
比較例１〜２の各セルを用いて固体電解質型燃料電池を
構成し、燃料極には３０℃で加湿したＨ2を供給し、ま
た、空気極には空気を供給して１０００℃まで昇温速度
２００℃／分で昇温し、約２４時間連続して発電を行っ
た。
比較例１〜２の各セルを用いて固体電解質型燃料電池を
構成し、燃料極には３０℃で加湿したＨ2を供給し、ま
た、空気極には空気を供給して１０００℃まで昇温速度
２００℃／分で昇温し、約２４時間連続して発電を行っ
た。
【００３８】そして、運転中、発電部の三層膜における
電位降下（電流密度０．３Ａ／ｃｍ2）を測定した。ま
た、運転後、降温速度２００℃／分で降温した後、発電
部の三層膜の損傷の有無を目視で確認した。
電位降下（電流密度０．３Ａ／ｃｍ2）を測定した。ま
た、運転後、降温速度２００℃／分で降温した後、発電
部の三層膜の損傷の有無を目視で確認した。
【００３９】また、これとは別に、三点曲げ強度試験に
用いる固体電解質膜の試験片を、前記各実施例の固体電
解質膜と同様の方法で作製し、三点曲げ強度試験を室温
で行った。なお、前記固体電解質膜の試験片の寸法は、
縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚み０．３５ｍｍ〜０．４ｍ
ｍとして、三点曲げ強度試験のスパンは３０ｍｍ、クロ
スヘッドスピードは０．５ｍｍ／分で行った。
用いる固体電解質膜の試験片を、前記各実施例の固体電
解質膜と同様の方法で作製し、三点曲げ強度試験を室温
で行った。なお、前記固体電解質膜の試験片の寸法は、
縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚み０．３５ｍｍ〜０．４ｍ
ｍとして、三点曲げ強度試験のスパンは３０ｍｍ、クロ
スヘッドスピードは０．５ｍｍ／分で行った。
【００４０】以上の実施例１〜５、及び比較例１〜２の
評価結果を表２に示す。
評価結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】表１及び表2に示すように、実施例１〜５
は、固体電解質膜の表層部（厚みは一定の３０μｍ、焼
成後厚み、以下同じ）に、中心部よりアルミナ添加量の
多いＹＳＺ層を設けたものである。
は、固体電解質膜の表層部（厚みは一定の３０μｍ、焼
成後厚み、以下同じ）に、中心部よりアルミナ添加量の
多いＹＳＺ層を設けたものである。
【００４３】そして、表層部のアルミナ添加量を増加さ
せるに連れて、三点曲げ強度が強くなって行った。した
がって、固体電解質膜の作製において、アルミナ添加量
を一定（１０ｗｔ％）とした中心部の厚みを、得られる
固体電解質膜の破壊応力が同じ程度（５．７〜５．８
Ｎ）に保てるようにして徐々に薄くした。このようにし
て、固体電解質膜全体の厚みを薄くして行ったが、アル
ミナ添加により強度が向上したために、運転時や昇降温
時に発生する応力に耐えることができて、運転後の三層
膜に割れの発生は見られなかった。
せるに連れて、三点曲げ強度が強くなって行った。した
がって、固体電解質膜の作製において、アルミナ添加量
を一定（１０ｗｔ％）とした中心部の厚みを、得られる
固体電解質膜の破壊応力が同じ程度（５．７〜５．８
Ｎ）に保てるようにして徐々に薄くした。このようにし
て、固体電解質膜全体の厚みを薄くして行ったが、アル
ミナ添加により強度が向上したために、運転時や昇降温
時に発生する応力に耐えることができて、運転後の三層
膜に割れの発生は見られなかった。
【００４４】また、このように中心部の厚みを薄くし
て、固体電解質膜全体の厚みを薄くするにしたがい、内
部抵抗が抑制され、電位降下を低減することができた。
て、固体電解質膜全体の厚みを薄くするにしたがい、内
部抵抗が抑制され、電位降下を低減することができた。
【００４５】一方、これら実施例に対し、比較例１で
は、固体電解質膜にアルミナは添加されているが、表層
部と中心部において添加量（１０ｗｔ％）に差がない。
よって、所定の破壊応力（５．７〜５．８Ｎ）を得るた
めには、中心部の厚みを３４０μｍと厚くしなければな
らず、そのため、固体電解質膜全体の厚みが４００μｍ
となってしまった。また、三点曲げ強度は３６０ＭＰａ
と低下したが、破壊応力は実施例並みの値（５．８Ｎ）
が得られため、三層膜に割れは発生していなかった。し
かしながら、固体電解質膜全体の厚みが厚くなった（４
００μm）ために、発電中（０．３Ａ／ｃｍ2）の電位降
下は１１０ｍＶと大きかった。
は、固体電解質膜にアルミナは添加されているが、表層
部と中心部において添加量（１０ｗｔ％）に差がない。
よって、所定の破壊応力（５．７〜５．８Ｎ）を得るた
めには、中心部の厚みを３４０μｍと厚くしなければな
らず、そのため、固体電解質膜全体の厚みが４００μｍ
となってしまった。また、三点曲げ強度は３６０ＭＰａ
と低下したが、破壊応力は実施例並みの値（５．８Ｎ）
が得られため、三層膜に割れは発生していなかった。し
かしながら、固体電解質膜全体の厚みが厚くなった（４
００μm）ために、発電中（０．３Ａ／ｃｍ2）の電位降
下は１１０ｍＶと大きかった。
【００４６】また、比較例２では、比較例１と同様に、
固体電解質膜の表層部と中心部でアルミナ添加量（１０
ｗｔ％）に差を設けず、中心部の厚みを３１０μｍと薄
くし、全体厚みを３７０μｍに抑えた。これにより、電
位降下は１０２ｍＶまで抑えることができたが、破壊応
力が４．９Ｎと低下し、運転後、三層膜に割れが見られ
た。
固体電解質膜の表層部と中心部でアルミナ添加量（１０
ｗｔ％）に差を設けず、中心部の厚みを３１０μｍと薄
くし、全体厚みを３７０μｍに抑えた。これにより、電
位降下は１０２ｍＶまで抑えることができたが、破壊応
力が４．９Ｎと低下し、運転後、三層膜に割れが見られ
た。
【００４７】以上のように、本発明の固体電解質型燃料
電池は、固体電解質膜の表層部のアルミナ添加量を中心
部より多くして機械的強度を上げるとともに、中心部の
厚みを薄くした。このようにすることにより、固体電解
質膜全体の厚みを薄くでき、かつ、電位降下を低減する
ことができた。
電池は、固体電解質膜の表層部のアルミナ添加量を中心
部より多くして機械的強度を上げるとともに、中心部の
厚みを薄くした。このようにすることにより、固体電解
質膜全体の厚みを薄くでき、かつ、電位降下を低減する
ことができた。
【００４８】また、本発明にいう、固体電解質膜の表層
部のアルミナ添加量が中心部より多いという構造は、実
施例で示したような、互いに異なる二種のアルミナ添加
量を有する層により、表層部と中心部が構成されるもの
に限らない。例えば、互いに異なる三種以上のアルミナ
添加量を有する層により、中心部から表層部にかけて段
階的または徐々にアルミナ添加量が多くなるという構造
でも、同様の効果が得られる。
部のアルミナ添加量が中心部より多いという構造は、実
施例で示したような、互いに異なる二種のアルミナ添加
量を有する層により、表層部と中心部が構成されるもの
に限らない。例えば、互いに異なる三種以上のアルミナ
添加量を有する層により、中心部から表層部にかけて段
階的または徐々にアルミナ添加量が多くなるという構造
でも、同様の効果が得られる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、固体電解質型燃料電池
の固体電解質膜の破壊応力を低下させずに、固体電解質
膜の厚みを薄くして内部抵抗を下げることができる。し
たがって、運転中または昇降温中に三層膜が破壊するこ
とがなく、かつ、三層膜における電位降下を低減するこ
とができる。そのため、固体電解質型燃料電池の発電特
性が向上するとともに、発電性能の安定化と長寿命化を
図ることができる。
の固体電解質膜の破壊応力を低下させずに、固体電解質
膜の厚みを薄くして内部抵抗を下げることができる。し
たがって、運転中または昇降温中に三層膜が破壊するこ
とがなく、かつ、三層膜における電位降下を低減するこ
とができる。そのため、固体電解質型燃料電池の発電特
性が向上するとともに、発電性能の安定化と長寿命化を
図ることができる。
【図１】 固体電解質型燃料電池のセルの分解斜視図で
ある。
ある。
７ 空気極 ８ 固体電解質膜 ９ 燃料極
Claims (1)
- 【請求項１】 固体電解質膜の一方の面に空気極を配置
し、他方の面に燃料極を配置してなる三層膜において、
前記固体電解質膜はアルミナを添加したイットリア安定
化ジルコニアからなり、前記固体電解質膜の表層部のア
ルミナ添加量が中心部より多いことを特徴とする固体電
解質型燃料電池。
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|---|---|---|---|
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| DE69940041T DE69940041D1 (de) | 1998-06-04 | 1999-05-20 | Festelektrolytbrennstoffzelle |
| EP99109937A EP0962998B1 (en) | 1998-06-04 | 1999-05-20 | Solid electrolyte fuel cell |
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| JPH11354139A true JPH11354139A (ja) | 1999-12-24 |
| JP3149849B2 JP3149849B2 (ja) | 2001-03-26 |
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| JP15566998A Expired - Fee Related JP3149849B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 固体電解質型燃料電池 |
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| NL300915A (ja) * | 1962-11-23 | 1900-01-01 | ||
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| JPH0340375A (ja) * | 1989-03-02 | 1991-02-21 | Mitsubishi Electric Corp | 固体電解質燃料電池 |
| US5130210A (en) * | 1989-08-25 | 1992-07-14 | Tonen Corporation | Stabilized zirconia solid electrolyte and process for preparation thereof |
| JPH05170444A (ja) * | 1991-12-24 | 1993-07-09 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 固体電解質燃料電池用安定化ジルコニア−アルミナ粉体 |
| DE4237519C1 (de) * | 1992-11-06 | 1994-03-31 | Dornier Gmbh | Festelektrolyt mit darauf angebrachter mehrschichtiger Elektrode |
| US5482609A (en) * | 1993-04-27 | 1996-01-09 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Solid electrolyte gas sensor |
| JP3502685B2 (ja) * | 1994-03-31 | 2004-03-02 | 京セラ株式会社 | 空気極用支持部材 |
-
1998
- 1998-06-04 JP JP15566998A patent/JP3149849B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-05-20 EP EP99109937A patent/EP0962998B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-20 DE DE69940041T patent/DE69940041D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-21 US US09/316,675 patent/US6218036B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-31 KR KR1019990019729A patent/KR100317465B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
| JP2003263996A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-09-19 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物型燃料電池 |
| WO2011074445A1 (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-23 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池セル及び固体酸化物型燃料電池 |
| JP4820463B2 (ja) * | 2009-12-16 | 2011-11-24 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池セル及び固体酸化物型燃料電池 |
| WO2012105579A1 (ja) | 2011-01-31 | 2012-08-09 | Toto株式会社 | 固体電解質材料およびこれを備えた固体酸化物形燃料電池 |
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| KR100317465B1 (ko) | 2001-12-22 |
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