JPH1140181A - 固体電解質型燃料電池の起動・停止及び運転あるいは待機状態での高温保持方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の起動・停止及び運転あるいは待機状態での高温保持方法Info
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- JPH1140181A JPH1140181A JP9197157A JP19715797A JPH1140181A JP H1140181 A JPH1140181 A JP H1140181A JP 9197157 A JP9197157 A JP 9197157A JP 19715797 A JP19715797 A JP 19715797A JP H1140181 A JPH1140181 A JP H1140181A
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- oxide fuel
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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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ランタンクロマイトの還元膨張に起因する発
電時の性能低下が起こらず、かつランタンクロマイトの
破壊が起こらないように固体電解質型燃料電池を運転す
る方法、特に固体電解質型燃料電池の起動・停止及び運
転あるいは待機状態での高温保持方法を提供すること。 【解決手段】 固体電解質型燃料電池の昇温時及び／ま
たは降温時及び／または運転あるいは待機状態の高温保
持時において、燃料極５が酸化しない酸素分圧からラン
タンクロマイトの還元膨張率が０．１％以下となるよう
な酸素分圧の範囲に制御したガスを燃料極５側へ供給す
る。または、燃料極５側へ供給する雰囲気ガスにおい
て、還元膨張率が０．１％以下となるようにランタンク
ロマイトの組成を決定する。
電時の性能低下が起こらず、かつランタンクロマイトの
破壊が起こらないように固体電解質型燃料電池を運転す
る方法、特に固体電解質型燃料電池の起動・停止及び運
転あるいは待機状態での高温保持方法を提供すること。 【解決手段】 固体電解質型燃料電池の昇温時及び／ま
たは降温時及び／または運転あるいは待機状態の高温保
持時において、燃料極５が酸化しない酸素分圧からラン
タンクロマイトの還元膨張率が０．１％以下となるよう
な酸素分圧の範囲に制御したガスを燃料極５側へ供給す
る。または、燃料極５側へ供給する雰囲気ガスにおい
て、還元膨張率が０．１％以下となるようにランタンク
ロマイトの組成を決定する。
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
池の運転方法、特に固体電解質型燃料電池の起動・停止
及び運転あるいは待機状態での高温保持方法に関する。
池の運転方法、特に固体電解質型燃料電池の起動・停止
及び運転あるいは待機状態での高温保持方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、例えば空気と水素をそれぞれ、酸
化剤ガスおよび燃料ガスとして、燃料が本来持っている
化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電
池が、省資源、環境保護の観点から注目されており、特
に固体電解質燃料電池は発電効率が高く、廃熱を有効に
利用できるなど多くの利点を有するため研究、開発が進
んでいる。
化剤ガスおよび燃料ガスとして、燃料が本来持っている
化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電
池が、省資源、環境保護の観点から注目されており、特
に固体電解質燃料電池は発電効率が高く、廃熱を有効に
利用できるなど多くの利点を有するため研究、開発が進
んでいる。
【０００３】図５は従来の方法で発電試験を実施した後
の固体電解質型燃料電池の断面図である。
の固体電解質型燃料電池の断面図である。
【０００４】図５に示すように、固体電解質型燃料電池
は、イットリアなどをドープしたジルコニア焼結体（Ｙ
ＳＺ）からなる固体電解質層４の両面に、それぞれ（Ｌ
ａ、Ｓｒ）ＭｎＯ3 の空気極６と、Ｎｉ／ＹＳＺサーメ
ットの燃料極５とを配置してなる平板状単電池と、ラン
タンクロマイトセパレータ１とアルミナセパレータ１０
からなる複合セパレータ３を交互に積層し、燃料極５と
セパレータ１の燃料ガス流通路側との間にニッケルフェ
ルトやニッケルメッシュ２を介在し、単電池の固体電解
質層４とセパレータ１の間にそれぞれシール剤またはス
ペーサ（図示せず）を介在して積層しスタック（積層
体）に組み立て、スタックの上部から垂直方向下向き
に、荷重が掛けられたものであり、各電極５、６面にそ
れぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを接触させることにより
起電力を発生するようになっている。複合セパレータ３
は燃料極５と空気極６とにそれぞれ供給される燃料ガス
と酸化剤ガスとを分離してそれらのクロスリークを防止
する作用と、単電池同士を電気的に直列に接続する作用
とを有するものである。
は、イットリアなどをドープしたジルコニア焼結体（Ｙ
ＳＺ）からなる固体電解質層４の両面に、それぞれ（Ｌ
ａ、Ｓｒ）ＭｎＯ3 の空気極６と、Ｎｉ／ＹＳＺサーメ
ットの燃料極５とを配置してなる平板状単電池と、ラン
タンクロマイトセパレータ１とアルミナセパレータ１０
からなる複合セパレータ３を交互に積層し、燃料極５と
セパレータ１の燃料ガス流通路側との間にニッケルフェ
ルトやニッケルメッシュ２を介在し、単電池の固体電解
質層４とセパレータ１の間にそれぞれシール剤またはス
ペーサ（図示せず）を介在して積層しスタック（積層
体）に組み立て、スタックの上部から垂直方向下向き
に、荷重が掛けられたものであり、各電極５、６面にそ
れぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを接触させることにより
起電力を発生するようになっている。複合セパレータ３
は燃料極５と空気極６とにそれぞれ供給される燃料ガス
と酸化剤ガスとを分離してそれらのクロスリークを防止
する作用と、単電池同士を電気的に直列に接続する作用
とを有するものである。
【０００５】図に示すように、ランタンクロマイトセパ
レータ１およびアルミナセパレータ１０は平面的に矩形
状をなし、それらの四隅にガス給排気孔が開けられ、こ
れらのガス給排気孔から単電池の燃料極５および空気極
６の表面にガスが給排気され、さらにこれら電極面の隅
々にガスを均等に分配するため、空気極６の表面に対面
する複合セパレータ３の中のセパレータ１の表面に複数
本の酸化剤ガス流通溝６Ａが形成され、燃料極５の表面
に対面する複合セパレータ３の中のアルミナセパレータ
１０の表面に複数本の燃料ガス流通溝５Ａが形成されて
いる。また、単電池の固体電解質層４の電極５、６と接
触しない周縁部にもガス給排気孔が開けられており、ス
タックに積層されたとき、これらのガス給排気孔はスタ
ックの上から下まで連続的に接続され、また、ランタン
クロマイトセパレータ１およびアルミナセパレータ１０
の周縁の表面は固体電解質層４やスペーサに面接触する
シール面となる。
レータ１およびアルミナセパレータ１０は平面的に矩形
状をなし、それらの四隅にガス給排気孔が開けられ、こ
れらのガス給排気孔から単電池の燃料極５および空気極
６の表面にガスが給排気され、さらにこれら電極面の隅
々にガスを均等に分配するため、空気極６の表面に対面
する複合セパレータ３の中のセパレータ１の表面に複数
本の酸化剤ガス流通溝６Ａが形成され、燃料極５の表面
に対面する複合セパレータ３の中のアルミナセパレータ
１０の表面に複数本の燃料ガス流通溝５Ａが形成されて
いる。また、単電池の固体電解質層４の電極５、６と接
触しない周縁部にもガス給排気孔が開けられており、ス
タックに積層されたとき、これらのガス給排気孔はスタ
ックの上から下まで連続的に接続され、また、ランタン
クロマイトセパレータ１およびアルミナセパレータ１０
の周縁の表面は固体電解質層４やスペーサに面接触する
シール面となる。
【０００６】スタックの内部で燃料ガスと酸化剤ガスが
リークして混合すると、燃料利用率が低下して燃料電池
の効率が低下するのは勿論、両ガスの混合により燃焼し
て局部的な温度上昇を生じ、熱応力分布が不均一とな
り、クラックや歪みを生じ、スタックの寿命を短縮させ
る。セパレータは燃料電池の運転温度である約１０００
℃という高温において、化学的に安定で、緻密でガスを
透過せず、電気抵抗が小さく、電子伝導性が高く、イオ
ン伝導性が無視できるほど小さく、他の電池材料と化学
的に反応しにくく、膨張率が他の電池材料、特に固体電
解質層として用いられるＹＳＺと同一で、機械的強度が
大きいなどの特性を具備しなければならない。上記条件
を満足するセパレータの材料としてランタンクロマイト
酸化物ＬａＣｒＯ3 が広く使用されている。
リークして混合すると、燃料利用率が低下して燃料電池
の効率が低下するのは勿論、両ガスの混合により燃焼し
て局部的な温度上昇を生じ、熱応力分布が不均一とな
り、クラックや歪みを生じ、スタックの寿命を短縮させ
る。セパレータは燃料電池の運転温度である約１０００
℃という高温において、化学的に安定で、緻密でガスを
透過せず、電気抵抗が小さく、電子伝導性が高く、イオ
ン伝導性が無視できるほど小さく、他の電池材料と化学
的に反応しにくく、膨張率が他の電池材料、特に固体電
解質層として用いられるＹＳＺと同一で、機械的強度が
大きいなどの特性を具備しなければならない。上記条件
を満足するセパレータの材料としてランタンクロマイト
酸化物ＬａＣｒＯ3 が広く使用されている。
【０００７】固体電解質型燃料電池を作動温度まで昇温
するとき、または停止する際に作動温度から室温まで降
温するとき、さらに待機状態にある高温保持時には、爆
発の危険性を避けるとともに燃料極５の酸化を防ぐ目的
で、燃料極５側には爆発下限以下の濃度の還元性ガス
（例えばＮ2 −４％Ｈ2 ）を供給している。また、運転
中にはドライ水素などを燃料として供給している。
するとき、または停止する際に作動温度から室温まで降
温するとき、さらに待機状態にある高温保持時には、爆
発の危険性を避けるとともに燃料極５の酸化を防ぐ目的
で、燃料極５側には爆発下限以下の濃度の還元性ガス
（例えばＮ2 −４％Ｈ2 ）を供給している。また、運転
中にはドライ水素などを燃料として供給している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質型燃料電池
の起動・停止及び運転あるいは待機状態での高温保持時
に燃料極５側へ供給するガスは、燃料極５が酸化しない
酸素分圧のみを基準としている。そのために、図５に示
すように、ランタンクロマイトセパレータ１の還元膨張
により、昇温時及び／または降温時及び／または運転あ
るいは待機状態の高温保持時にランタンクロマイトセパ
レータ１が燃料極５側へ凸に変形し、電極との接触不良
や、セパレータと電極間の集電に用いている弾性体、例
えばニッケルフェルト２の不可逆な寸法変化が起き（図
５おいて、ニッケルフェルト２が圧縮状態になってい
る）、発電性能が低下する。また、セパレータ１と空気
極６が接合している場合は、セパレータ１と空気極６の
剥離が起こり、電池性能の低下が起こる。さらに、ラン
タンクロマイトの還元膨張率が０．１％を越えるような
場合は、ランタンクロマイトの破壊が起きる可能性があ
る。
の起動・停止及び運転あるいは待機状態での高温保持時
に燃料極５側へ供給するガスは、燃料極５が酸化しない
酸素分圧のみを基準としている。そのために、図５に示
すように、ランタンクロマイトセパレータ１の還元膨張
により、昇温時及び／または降温時及び／または運転あ
るいは待機状態の高温保持時にランタンクロマイトセパ
レータ１が燃料極５側へ凸に変形し、電極との接触不良
や、セパレータと電極間の集電に用いている弾性体、例
えばニッケルフェルト２の不可逆な寸法変化が起き（図
５おいて、ニッケルフェルト２が圧縮状態になってい
る）、発電性能が低下する。また、セパレータ１と空気
極６が接合している場合は、セパレータ１と空気極６の
剥離が起こり、電池性能の低下が起こる。さらに、ラン
タンクロマイトの還元膨張率が０．１％を越えるような
場合は、ランタンクロマイトの破壊が起きる可能性があ
る。
【０００９】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、ランタンクロマイトの還元膨張に起因する発電時
の性能低下が起こらず、かつランタンクロマイトの破壊
が起こらないように固体電解質型燃料電池を運転する方
法、特に固体電解質型燃料電池の起動・停止及び運転あ
るいは待機状態での高温保持方法を提供することを目的
とする。
ので、ランタンクロマイトの還元膨張に起因する発電時
の性能低下が起こらず、かつランタンクロマイトの破壊
が起こらないように固体電解質型燃料電池を運転する方
法、特に固体電解質型燃料電池の起動・停止及び運転あ
るいは待機状態での高温保持方法を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は固体電解質型燃料電池の昇温時及び／また
は降温時及び／または運転あるいは待機状態の高温保持
時において、燃料極（アノード）が酸化しない酸素分圧
からランタンクロマイトの還元膨張率が０．１％以下と
なるような酸素分圧の範囲に制御したガスを燃料極側へ
供給することを特徴とする。
め、本発明は固体電解質型燃料電池の昇温時及び／また
は降温時及び／または運転あるいは待機状態の高温保持
時において、燃料極（アノード）が酸化しない酸素分圧
からランタンクロマイトの還元膨張率が０．１％以下と
なるような酸素分圧の範囲に制御したガスを燃料極側へ
供給することを特徴とする。
【００１１】また、本発明は酸素分圧をＨ2 ／Ｈ2 Ｏ比
で制御することを特徴とする。
で制御することを特徴とする。
【００１２】また、本発明は酸素分圧を炭化水素／Ｈ2
Ｏ比で制御することを特徴とする。
Ｏ比で制御することを特徴とする。
【００１３】また、本発明は酸素分圧をＣＯ／ＣＯ2 比
で制御することを特徴とする。
で制御することを特徴とする。
【００１４】また、本発明は酸素分圧をＨ2 ／ＣＯ2 比
で制御することを特徴とする。
で制御することを特徴とする。
【００１５】また、本発明はガスを不活性ガス及び窒素
のうちのいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせで希
釈して酸素分圧制御することを特徴とする。
のうちのいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせで希
釈して酸素分圧制御することを特徴とする。
【００１６】また、本発明は酸素分圧をＨ2 ／Ｎ2 比で
制御することを特徴とする。
制御することを特徴とする。
【００１７】また、本発明は酸素分圧を燃料電池の排気
ガスを用いて制御することを特徴とする。
ガスを用いて制御することを特徴とする。
【００１８】また、本発明はガス組成が爆発下限界以下
であることを特徴とする。
であることを特徴とする。
【００１９】また、本発明は酸素分圧の制御を燃料電池
の温度が７００℃以上から始めることを特徴とする。
の温度が７００℃以上から始めることを特徴とする。
【００２０】また、本発明は固体電解質型燃料電池の昇
温時及び／または降温時及び／または運転あるいは待機
状態の高温保持時において、燃料極側へ供給する雰囲気
ガスにおいて還元膨張率が０．１％以下になるように組
成を決定したランタンクロマイトを使用することを特徴
とする。
温時及び／または降温時及び／または運転あるいは待機
状態の高温保持時において、燃料極側へ供給する雰囲気
ガスにおいて還元膨張率が０．１％以下になるように組
成を決定したランタンクロマイトを使用することを特徴
とする。
【００２１】また、本発明はランタンクロマイトのＬａ
サイトにＳｒ、Ｃａ、Ｂａのうちのいずれか一つまたは
二つ以上の組み合わせを、ＣｒサイトにＭｎ、Ｎｉ、Ｍ
ｇ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖのうちのいずれか一つ
または二つ以上の組み合わせをそれぞれドープしたもの
であることを特徴とする。
サイトにＳｒ、Ｃａ、Ｂａのうちのいずれか一つまたは
二つ以上の組み合わせを、ＣｒサイトにＭｎ、Ｎｉ、Ｍ
ｇ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖのうちのいずれか一つ
または二つ以上の組み合わせをそれぞれドープしたもの
であることを特徴とする。
【００２２】また、本発明はランタンクロマイトのＬａ
サイトにＳｒを１０％、ＣｒサイトにＣｏを２％それぞ
れドープしたものであることを特徴とする。
サイトにＳｒを１０％、ＣｒサイトにＣｏを２％それぞ
れドープしたものであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に基づいて説
明する。
明する。
【００２４】図１は本発明の方法で発電試験を実施した
後の固体電解質型燃料電池の断面図である。
後の固体電解質型燃料電池の断面図である。
【００２５】図１の固体電解質型燃料電池は、図５で説
明したものと同一の構造であるから説明を省略する。図
１と図５を比較すれば図１のランタンクロマイトセパレ
ータ１の変形が少ないことが明瞭である。
明したものと同一の構造であるから説明を省略する。図
１と図５を比較すれば図１のランタンクロマイトセパレ
ータ１の変形が少ないことが明瞭である。
【００２６】本発明の運転方法によれば、固体電解質型
燃料電池の昇温時及び／または降温時及び／または運転
あるいは待機状態の高温保持時に、燃料極５が酸化せ
ず、かつランタンクロマイトの還元膨張率が０．１％以
下に抑えられる酸素分圧範囲に制御した雰囲気ガスを燃
料極５側へ供給するようになっている。
燃料電池の昇温時及び／または降温時及び／または運転
あるいは待機状態の高温保持時に、燃料極５が酸化せ
ず、かつランタンクロマイトの還元膨張率が０．１％以
下に抑えられる酸素分圧範囲に制御した雰囲気ガスを燃
料極５側へ供給するようになっている。
【００２７】また、本発明の運転方法によれば、昇温時
及び／または降温時及び／または運転あるいは待機状態
の高温保持時に、燃料極５側へ供給する雰囲気ガスにお
いて、還元膨張率が０．１％以下になるようにランタン
クロマイトの組成を決定するようになっている。
及び／または降温時及び／または運転あるいは待機状態
の高温保持時に、燃料極５側へ供給する雰囲気ガスにお
いて、還元膨張率が０．１％以下になるようにランタン
クロマイトの組成を決定するようになっている。
【００２８】ある組成のランタンクロマイトにおいて、
許容される酸素分圧の範囲の具体例を図４に示す。
許容される酸素分圧の範囲の具体例を図４に示す。
【００２９】ランタンクロマイトの組成はＬａサイトに
Ｓｒを１０％、ＣｒサイトにＣｏを２％それぞれドープ
したものである。１０００℃において、この組成のラン
タンクロマイトは還元膨張率が０．１％以下になるよう
にするためには、燃料側の酸素分圧ＰＯ2 を３．７８×
１０-19 以上にしなければならない。ただし、上限は燃
料極が酸化しない酸素分圧である。
Ｓｒを１０％、ＣｒサイトにＣｏを２％それぞれドープ
したものである。１０００℃において、この組成のラン
タンクロマイトは還元膨張率が０．１％以下になるよう
にするためには、燃料側の酸素分圧ＰＯ2 を３．７８×
１０-19 以上にしなければならない。ただし、上限は燃
料極が酸化しない酸素分圧である。
【００３０】
実施例１ 図１に示す構造の固体電解質型燃料電池において、１０
０ｍｍ角、厚さ０．１ｍｍの３Ｙ−ＹＳＺ電解質層４に
空気極６としてランタンマンガネートを０．１５ｍｍ、
燃料極５としてＮｉ／ＹＳＺを０．０３ｍｍ塗布し、そ
れぞれ１１５０℃、１４５０℃で焼成したものを単電池
として使用した。 固体電解質層４の両面にそれぞれ空
気極６と、燃料極５とを配置してなる単電池と、ランタ
ンクロマイトセパレータ１とアルミナセパレータ１０と
からなる複合セパレータ３を交互に３層に積層したスタ
ック（図１参照）を使用し、下記の条件で発電試験を実
施した。
０ｍｍ角、厚さ０．１ｍｍの３Ｙ−ＹＳＺ電解質層４に
空気極６としてランタンマンガネートを０．１５ｍｍ、
燃料極５としてＮｉ／ＹＳＺを０．０３ｍｍ塗布し、そ
れぞれ１１５０℃、１４５０℃で焼成したものを単電池
として使用した。 固体電解質層４の両面にそれぞれ空
気極６と、燃料極５とを配置してなる単電池と、ランタ
ンクロマイトセパレータ１とアルミナセパレータ１０と
からなる複合セパレータ３を交互に３層に積層したスタ
ック（図１参照）を使用し、下記の条件で発電試験を実
施した。
【００３１】酸化剤を空気とし、燃料を次の２種にし、 （１）水素 （２）水素−２０％水蒸気 それぞれ１０００℃において発電試験を行った。なお、
使用したランタンクロマイトはＬａサイトにＳｒを１０
％、ＣｒサイトにＣｏを２％それぞれドープしたもので
ある。 （１）の雰囲気におけるランタンクロマイトの還元膨張
率は１０００℃で分極しない状態で０．１１％であり、
（２）の雰囲気におけるランタンクロマイトの還元膨張
率は１０００℃で分極しない状態で０．０６％である。
図２は実施例１の発電試験の結果を示す図である。
使用したランタンクロマイトはＬａサイトにＳｒを１０
％、ＣｒサイトにＣｏを２％それぞれドープしたもので
ある。 （１）の雰囲気におけるランタンクロマイトの還元膨張
率は１０００℃で分極しない状態で０．１１％であり、
（２）の雰囲気におけるランタンクロマイトの還元膨張
率は１０００℃で分極しない状態で０．０６％である。
図２は実施例１の発電試験の結果を示す図である。
【００３２】図２において、横軸は電流密度（Ａ／ｃｍ
2 ）を示し、縦軸は電圧を起電力で割った規格化電圧を
示している。電流を高電流密度（０．３０Ａ／ｃｍ2 ）
から低電流密度へ減少させて電圧を測定した。
2 ）を示し、縦軸は電圧を起電力で割った規格化電圧を
示している。電流を高電流密度（０．３０Ａ／ｃｍ2 ）
から低電流密度へ減少させて電圧を測定した。
【００３３】図中の曲線（１）は燃料に水素を用いた場
合であり、電流を小さく（０．１５Ａ／ｃｍ2 ）する
と、電圧が不連続に減少した。これは、電流を小さくす
ることにより、発電に寄与する水素の量が減り、燃料極
側の酸素分圧が低下し、ランタンクロマイトの還元膨張
が著しく増大し燃料極側に凸に変形して電極との接触面
積が減少し、内部抵抗が増大したためである。
合であり、電流を小さく（０．１５Ａ／ｃｍ2 ）する
と、電圧が不連続に減少した。これは、電流を小さくす
ることにより、発電に寄与する水素の量が減り、燃料極
側の酸素分圧が低下し、ランタンクロマイトの還元膨張
が著しく増大し燃料極側に凸に変形して電極との接触面
積が減少し、内部抵抗が増大したためである。
【００３４】図中の曲線（２）は燃料に水素−２０％水
蒸気を用いた場合であり、低電流密度においても発電性
能の低下は起きず、ランタンクロマイトの寸法変化によ
る発電特性の低下は起こらない。
蒸気を用いた場合であり、低電流密度においても発電性
能の低下は起きず、ランタンクロマイトの寸法変化によ
る発電特性の低下は起こらない。
【００３５】このことはランタンクロマイトの還元膨張
率を０．１％以下になるように雰囲気制御またはランタ
ンクロマイトの組成制御を行わなくてはならないことを
実際の発電試験により実証したものである。
率を０．１％以下になるように雰囲気制御またはランタ
ンクロマイトの組成制御を行わなくてはならないことを
実際の発電試験により実証したものである。
【００３６】実施例２ 図１に示す構造の固体電解質型燃料電池において、Ｌａ
サイトにＳｒを１０％、ＣｒサイトにＣｏを２％それぞ
れドープしたランタンクロマイト燒結体を寸法４×４×
２０ｍｍに加工し、表面をラッピンク仕上げしたサンプ
ルを、ディラトメータを用いて２５℃から１０００℃に
おける、空気中及びＮ2 −４％Ｈ2 の雰囲気中での膨張
率を測定した。
サイトにＳｒを１０％、ＣｒサイトにＣｏを２％それぞ
れドープしたランタンクロマイト燒結体を寸法４×４×
２０ｍｍに加工し、表面をラッピンク仕上げしたサンプ
ルを、ディラトメータを用いて２５℃から１０００℃に
おける、空気中及びＮ2 −４％Ｈ2 の雰囲気中での膨張
率を測定した。
【００３７】図３は実施例２の発電試験の結果を示す図
である。
である。
【００３８】図３において、横軸は測定温度（℃）を示
し、縦軸は２５℃におけるサンプルの長さからの膨張率
（％）をそれぞれ示している。
し、縦軸は２５℃におけるサンプルの長さからの膨張率
（％）をそれぞれ示している。
【００３９】温度ｔ℃における膨張率（％）は（Ｌt −
Ｌ）／Ｌ ここで、Ｌは２５℃におけるサンプルの長さ、Ｌt は温
度ｔ℃におけるサンプルの長さである。
Ｌ）／Ｌ ここで、Ｌは２５℃におけるサンプルの長さ、Ｌt は温
度ｔ℃におけるサンプルの長さである。
【００４０】図３の中の曲線ＡはＮ2 −４％Ｈ2 雰囲気
中で測定した結果を示し、曲線Ｂは空気雰囲気中で測定
した結果である。
中で測定した結果を示し、曲線Ｂは空気雰囲気中で測定
した結果である。
【００４１】上記測定結果から分かるように、７００℃
付近から両者の膨張率に差が現れており、Ｎ2 −４％Ｈ
2 雰囲気の方が空気雰囲気に比べて膨張率が大きくなっ
ている。つまり、還元膨張が起きている。
付近から両者の膨張率に差が現れており、Ｎ2 −４％Ｈ
2 雰囲気の方が空気雰囲気に比べて膨張率が大きくなっ
ている。つまり、還元膨張が起きている。
【００４２】この結果は、燃料ガスの酸素分圧の制御を
燃料電池の温度が７００℃以上から始めなくてはならな
いことを示している。
燃料電池の温度が７００℃以上から始めなくてはならな
いことを示している。
【００４３】実施例３ 表１に示すような組成のランタンクロマイト燒結体を実
施例２と同様の加工を実施し、ディラトメータを用いて
２５℃から１０００℃における、空気中及びＮ2 −４％
Ｈ2 雰囲気中での膨張率を測定した。測定結果から求め
られる還元膨張率を表１に示す。表１中に示される§マ
ークは、Ｎ2 −４％Ｈ2 雰囲気中での測定後サンプルに
割れが生じていたことを示している。これは、サンプル
表面と内部との膨張差、つまり、還元膨張率の大きさに
起因して割れが発生している。§マークは還元膨張率
０．１％を境に０．１％より大きいものについており、
ランタンクロマイトの還元膨張率が０．１％以下になる
ように燃料ガスの雰囲気制御もしくはランタンクロマイ
トの組成制御をしなくてはならないことを示している。
施例２と同様の加工を実施し、ディラトメータを用いて
２５℃から１０００℃における、空気中及びＮ2 −４％
Ｈ2 雰囲気中での膨張率を測定した。測定結果から求め
られる還元膨張率を表１に示す。表１中に示される§マ
ークは、Ｎ2 −４％Ｈ2 雰囲気中での測定後サンプルに
割れが生じていたことを示している。これは、サンプル
表面と内部との膨張差、つまり、還元膨張率の大きさに
起因して割れが発生している。§マークは還元膨張率
０．１％を境に０．１％より大きいものについており、
ランタンクロマイトの還元膨張率が０．１％以下になる
ように燃料ガスの雰囲気制御もしくはランタンクロマイ
トの組成制御をしなくてはならないことを示している。
【００４４】 表１ サンプル番号 組成 還元膨張率％ １ Ｌａ0.9 Ｓｒ0.1 Ｃｒ0.9 Ｎｉ0.1 Ｏ3 ０．０９２ ２ Ｌａ0.85Ｓｒ0.15 Ｃｒ0.9 Ｎｉ0.1 Ｏ3 ０．１１６§ ３ Ｌａ0.8 Ｓｒ0.2 Ｃｒ0.9 Ｎｉ0.1 Ｏ3 ０．１８９§ ４ Ｌａ0.9 Ｃａ0.12ＣｒＯ3 ０．０８１ ５ Ｌａ0.8 Ｃａ0.22ＣｒＯ3 ０．２０４§ ６ Ｌａ0.7 Ｃａ0.35ＣｒＯ3 ０．４７７§ ７ ＬａＣｒ0.9 Ｍｇ0.1 Ｏ3 ０．０６９ ８ ＬａＣｒ0.89Ｍｇ0.1 Ｃｏ0.01Ｏ3 ０．０８９ ９ ＬａＣｒ0.85Ｍｇ0.1 Ｃｏ0.05Ｏ3 ０．０８５ １０ ＬａＣｒ0.88Ｍｇ0.1 Ｎｉ0.02Ｏ3 ０．０８１ １１ ＬａＣｒ0.85Ｍｇ0.1 Ｎｉ0.05Ｏ3 ０．０３５ また、請求項に記載のランタンクロマイトの還元膨張率
が０．１％という選択基準の妥当性は、還元膨張に起因
する内部応力の計算からも確認されている。
が０．１％という選択基準の妥当性は、還元膨張に起因
する内部応力の計算からも確認されている。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば固
体電解質型燃料電池の昇温時及び／または降温時及び／
または運転あるいは待機状態の高温保持時において、燃
料極が酸化しない酸素分圧からランタンクロマイトの還
元膨張率が０．１％以下となるような酸素分圧の範囲に
制御したガスを燃料極側へ供給するようにしたので、次
のような極めて優れた効果が得られる。 （１）作動環境下で各電極とセパレータとの良好な接触
がとれ、還元膨張に起因するランタンクロマイトセパレ
ータの変形による初期性能の低下及び電池性能の経時劣
化が発生しない。 （２）ランタンクロマイトセパレータの還元膨張に起因
する熱サイクルによる性能劣化が起こらない。
体電解質型燃料電池の昇温時及び／または降温時及び／
または運転あるいは待機状態の高温保持時において、燃
料極が酸化しない酸素分圧からランタンクロマイトの還
元膨張率が０．１％以下となるような酸素分圧の範囲に
制御したガスを燃料極側へ供給するようにしたので、次
のような極めて優れた効果が得られる。 （１）作動環境下で各電極とセパレータとの良好な接触
がとれ、還元膨張に起因するランタンクロマイトセパレ
ータの変形による初期性能の低下及び電池性能の経時劣
化が発生しない。 （２）ランタンクロマイトセパレータの還元膨張に起因
する熱サイクルによる性能劣化が起こらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法で発電試験を実施した後の固体電
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２】実施例１の発電試験の結果を示す図である。
【図３】実施例２の発電試験の結果を示す図である。
【図４】ランタンクロマイトにおいて許容される酸素分
圧の範囲の具体例を示す図である。
圧の範囲の具体例を示す図である。
【図５】従来の方法で発電試験を実施した後の固体電解
質型燃料電池の断面図である。
質型燃料電池の断面図である。
１ ランタンクロマイトセパレータ ２ ニッケルフェルト ３ 複合セパレータ ４ 固体電解質層 ５ 燃料極 ５Ａ 燃料ガス流通溝 ６ 空気極 ６Ａ 酸化剤ガス流通溝 １０ アルミナセパレータ
Claims (13)
- 【請求項１】 固体電解質型燃料電池の昇温時及び／ま
たは降温時及び／または運転あるいは待機状態の高温保
持時において、燃料極が酸化しない酸素分圧からランタ
ンクロマイトの還元膨張率が０．１％以下となるような
酸素分圧の範囲に制御したガスを燃料極側へ供給するこ
とを特徴とする固体電解質型燃料電池の運転方法。ここ
で、還元膨張率とは作動温度における酸化剤側でのラン
タンクロマイトの熱膨張率をＬoxとし、作動温度におけ
る燃料ガス側でのランタンクロマイトの熱膨張率をＬ
red とすれば、（Ｌred −Ｌox）／（１＋Ｌox）で定義
される。 - 【請求項２】 前記酸素分圧をＨ2 ／Ｈ2 Ｏ比で制御す
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
電池の運転方法。 - 【請求項３】 前記酸素分圧を炭化水素／Ｈ2 Ｏ比で制
御することを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型
燃料電池の運転方法。 - 【請求項４】 前記酸素分圧をＣＯ／ＣＯ2 比で制御す
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
電池の運転方法。 - 【請求項５】 前記酸素分圧をＨ2 ／ＣＯ2 比で制御す
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
電池の運転方法。 - 【請求項６】 請求項２〜５に記載の固体電解質型燃料
電池の運転方法において、ガスを不活性ガス及び窒素の
うちのいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせで希釈
して酸素分圧制御することを特徴とする運転方法。 - 【請求項７】 前記酸素分圧をＨ2 ／Ｎ2 比で制御する
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
池の運転方法。 - 【請求項８】 前記酸素分圧を燃料電池の排気ガスを用
いて制御することを特徴とする請求項１に記載の固体電
解質型燃料電池の運転方法。 - 【請求項９】 前記ガス組成が爆発下限界以下であるこ
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
の運転方法。 - 【請求項１０】 前記酸素分圧の制御を燃料電池の温度
が７００℃以上から始め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運転方法。 - 【請求項１１】 固体電解質型燃料電池の昇温時及び／
または降温時及び／または運転あるいは待機状態の高温
保持時において、燃料極側へ供給する雰囲気ガスにおい
て還元膨張率が０．１％以下になるように組成を決定し
たランタンクロマイトを使用することを特徴とする固体
電解質型燃料電池の運転方法。 - 【請求項１２】 前記ランタンクロマイトのＬａサイト
にＳｒ、Ｃａ、Ｂａのうちのいずれか一つまたは二つ以
上の組み合わせを、ＣｒサイトにＭｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃ
ｏ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖのうちのいずれか一つまたは
二つ以上の組み合わせをそれぞれドープしたものである
ことを特徴とする請求項１１に記載の固体電解質型燃料
電池の運転方法。 - 【請求項１３】前記ランタンクロマイトのＬａサイトに
Ｓｒを１０％、ＣｒサイトにＣｏを２％それぞれドープ
したものであることを特徴とする請求項１１に記載の固
体電解質型燃料電池の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9197157A JPH1140181A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 固体電解質型燃料電池の起動・停止及び運転あるいは待機状態での高温保持方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9197157A JPH1140181A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 固体電解質型燃料電池の起動・停止及び運転あるいは待機状態での高温保持方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140181A true JPH1140181A (ja) | 1999-02-12 |
Family
ID=16369725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9197157A Withdrawn JPH1140181A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 固体電解質型燃料電池の起動・停止及び運転あるいは待機状態での高温保持方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1140181A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006100153A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体酸化物形燃料電池の運転方法及び固体酸化物形燃料電池発電設備 |
| JP2007005186A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池スタック |
| JP2007005185A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池スタック |
| JP2007005183A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池スタック |
| JP2007005181A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池スタック |
| US7282281B2 (en) | 2000-12-06 | 2007-10-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for recognition of a leak in a fuel cell |
| WO2010007722A1 (ja) * | 2008-07-14 | 2010-01-21 | 株式会社村田製作所 | インターコネクタ用材料、セル間分離構造体および固体電解質形燃料電池 |
-
1997
- 1997-07-23 JP JP9197157A patent/JPH1140181A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7282281B2 (en) | 2000-12-06 | 2007-10-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for recognition of a leak in a fuel cell |
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| KR101175599B1 (ko) | 2008-07-14 | 2012-08-22 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 인터커넥터용 재료, 셀간 분리 구조체 및 고체 전해질형 연료 전지 |
| JP5251982B2 (ja) * | 2008-07-14 | 2013-07-31 | 株式会社村田製作所 | インターコネクタ用材料、セル間分離構造体および固体電解質形燃料電池 |
| US8841043B2 (en) | 2008-07-14 | 2014-09-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Interconnector material, intercellular separation structure, and solid electrolyte fuel cell |
| US9941524B2 (en) | 2008-07-14 | 2018-04-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Interconnector material, intercellular separation structure, and solid electrolyte fuel cell |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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