JP2000243405A - 固体電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の製造方法Info
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- JP2000243405A JP2000243405A JP11045526A JP4552699A JP2000243405A JP 2000243405 A JP2000243405 A JP 2000243405A JP 11045526 A JP11045526 A JP 11045526A JP 4552699 A JP4552699 A JP 4552699A JP 2000243405 A JP2000243405 A JP 2000243405A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低温焼結型で、電解質層との密着性のよいカソ
ードの製造方法を得る。 【解決手段】カソード粉末としての(LaSr)MnO3に、同一
組成のアルコキシドからなるゾルと純水を加えて十分に
混合し、乾燥させてゾルをゲル化させたのち粉砕し、次
いで、ポリビニルブチラールとジエチレングリコールお
よびアセトンを加えて混合し、脱アセトン処理を行って
カソードスラリーを得る。このようにして作製したカソ
ードスラリーを、アノード上に形成した電解質層の上に
塗布してカソードを形成し、運転温度への昇温に際して
焼結させる。
ードの製造方法を得る。 【解決手段】カソード粉末としての(LaSr)MnO3に、同一
組成のアルコキシドからなるゾルと純水を加えて十分に
混合し、乾燥させてゾルをゲル化させたのち粉砕し、次
いで、ポリビニルブチラールとジエチレングリコールお
よびアセトンを加えて混合し、脱アセトン処理を行って
カソードスラリーを得る。このようにして作製したカソ
ードスラリーを、アノード上に形成した電解質層の上に
塗布してカソードを形成し、運転温度への昇温に際して
焼結させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体電解質を用
い電気化学反応によってそのギブスのエネルギーを電気
エネルギーに変換する固体電解質型燃料電池の製造方法
に関する。
い電気化学反応によってそのギブスのエネルギーを電気
エネルギーに変換する固体電解質型燃料電池の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】イットリア安定化ジルコニア等の酸化物
固体電解質を用いる燃料電池、すなわち固体電解質型燃
料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；以下ＳＯＦＣと略記
する）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が簡素化され
るという利点を持つ。また、電解質が固体であるので、
取り扱いが容易で長期的安定性に優れるという長所も備
えており、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。
固体電解質を用いる燃料電池、すなわち固体電解質型燃
料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；以下ＳＯＦＣと略記
する）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が簡素化され
るという利点を持つ。また、電解質が固体であるので、
取り扱いが容易で長期的安定性に優れるという長所も備
えており、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】ＳＯＦＣは円筒型と平板型とに大別され、
平板型は更にセルの構造上２種類に大別される。一つ
は、焼結法等により作製した自立した電解質の両側にア
ノードとカソードを形成して、セルを構成する自立膜方
式のＳＯＦＣであり、もう一つは、基板の上にアノー
ド、電解質、カソードを順次形成してセルを構成する支
持膜方式のＳＯＦＣである。なお、支持膜方式のＳＯＦ
Ｃでは、基板がアノードあるいはカソードを兼ねる場合
があり、その場合にはその電極層を形成する必要はな
い。
平板型は更にセルの構造上２種類に大別される。一つ
は、焼結法等により作製した自立した電解質の両側にア
ノードとカソードを形成して、セルを構成する自立膜方
式のＳＯＦＣであり、もう一つは、基板の上にアノー
ド、電解質、カソードを順次形成してセルを構成する支
持膜方式のＳＯＦＣである。なお、支持膜方式のＳＯＦ
Ｃでは、基板がアノードあるいはカソードを兼ねる場合
があり、その場合にはその電極層を形成する必要はな
い。
【０００４】図５は、支持膜方式のＳＯＦＣの基本構成
の一例を示す断面図である。図に見られるように、この
構成例では、アノードを兼ねるセル基板１１、電解質１
３、およびカソード１４によってＳＯＦＣが構成され、
800〜1000℃の温度において、アノード側に水素あるい
は燃料改質ガスを、またカソード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が得られる。
の一例を示す断面図である。図に見られるように、この
構成例では、アノードを兼ねるセル基板１１、電解質１
３、およびカソード１４によってＳＯＦＣが構成され、
800〜1000℃の温度において、アノード側に水素あるい
は燃料改質ガスを、またカソード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が得られる。
【０００５】支持膜方式のＳＯＦＣの基板材料には、図
５のようなアノードを兼ねるアノード基板タイプでは N
iO−YSZ が、またカソードを兼ねるカソード基板タイプ
では(LaSr)MnO3が一般的に用いられている。しかしなが
ら、これらの基板は、 （１）電極を兼ねるので、反応ガスを透過させるために
多孔質で形成する必要があり、バルク体のように高強度
にすることが困難である。
５のようなアノードを兼ねるアノード基板タイプでは N
iO−YSZ が、またカソードを兼ねるカソード基板タイプ
では(LaSr)MnO3が一般的に用いられている。しかしなが
ら、これらの基板は、 （１）電極を兼ねるので、反応ガスを透過させるために
多孔質で形成する必要があり、バルク体のように高強度
にすることが困難である。
【０００６】（２）セラミック材であるので、本質的に
靭性が低く、脆い。 等の短所を備えており、このため、起動・停止時に熱衝
撃によりクラックを生じやすいことが問題となってい
た。
靭性が低く、脆い。 等の短所を備えており、このため、起動・停止時に熱衝
撃によりクラックを生じやすいことが問題となってい
た。
【０００７】これに対し、このような短所を持たない基
板として、最近、富士電機（株）あるいは工業技術院電
子技術総合研究所より、アノード側の金属製の集電体を
基板として用いる構成が提示され、金属基板を用いるこ
とによって、熱サイクルに強いセルが構成されることと
なった。
板として、最近、富士電機（株）あるいは工業技術院電
子技術総合研究所より、アノード側の金属製の集電体を
基板として用いる構成が提示され、金属基板を用いるこ
とによって、熱サイクルに強いセルが構成されることと
なった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、支持膜
方式のＳＯＦＣにおいては、金属基板を用いることによ
って熱サイクルに強いセルの製造が可能となったが、金
属基板の使用に伴って、以下のような新たな問題点が生
じることとなった。すなわち、セラミック基板を用いた
セルの場合、カソードを製膜する際には、スラリーをコ
ーティングしたのち、1200℃以上で高温焼結する方法が
採られていたが、金属は高温酸化雰囲気では酸化し、絶
縁性の膜が形成される。したがって、金属基板を使用す
る際には、従来のカソードの製膜方法は使用できず、別
の方法によりカソードを製膜する必要がある。
方式のＳＯＦＣにおいては、金属基板を用いることによ
って熱サイクルに強いセルの製造が可能となったが、金
属基板の使用に伴って、以下のような新たな問題点が生
じることとなった。すなわち、セラミック基板を用いた
セルの場合、カソードを製膜する際には、スラリーをコ
ーティングしたのち、1200℃以上で高温焼結する方法が
採られていたが、金属は高温酸化雰囲気では酸化し、絶
縁性の膜が形成される。したがって、金属基板を使用す
る際には、従来のカソードの製膜方法は使用できず、別
の方法によりカソードを製膜する必要がある。
【０００９】また、基板の材質には関係なく、従来カソ
ードの製膜方法に用いられている高温焼結法自体にも問
題点がある。すなわち、高温焼結法によりカソードと電
解質との密着度を向上するためには焼結温度を1250℃以
上とする必要があるが、このように温度を高くすると、
カソード材料である (LaSr)MnO3 と電解質のZrO2が化学
反応を起こし、電気抵抗の高いランタンジルコネートが
形成され、セルの内部抵抗が高くなるという問題点があ
る。
ードの製膜方法に用いられている高温焼結法自体にも問
題点がある。すなわち、高温焼結法によりカソードと電
解質との密着度を向上するためには焼結温度を1250℃以
上とする必要があるが、このように温度を高くすると、
カソード材料である (LaSr)MnO3 と電解質のZrO2が化学
反応を起こし、電気抵抗の高いランタンジルコネートが
形成され、セルの内部抵抗が高くなるという問題点があ
る。
【００１０】また、セルをセパレータを介して積層し、
スタックを形成する際に、セパレータとカソードの密着
性を上げる方法として、従来、カソードと同一成分より
なるスラリーを、積層時に、セパレータのカソード側あ
るいはカソード上に塗布し、コンタクト層とする方法が
用いられてきた。しかしながら、この種のスラリーは本
来高温焼結用のものであり、これに比べて温度の低いＳ
ＯＦＣの運転温度では焼結が不十分であるという難点も
あり、低温焼結型のカソード側コンタクト層用スラリー
の開発が求められていた。
スタックを形成する際に、セパレータとカソードの密着
性を上げる方法として、従来、カソードと同一成分より
なるスラリーを、積層時に、セパレータのカソード側あ
るいはカソード上に塗布し、コンタクト層とする方法が
用いられてきた。しかしながら、この種のスラリーは本
来高温焼結用のものであり、これに比べて温度の低いＳ
ＯＦＣの運転温度では焼結が不十分であるという難点も
あり、低温焼結型のカソード側コンタクト層用スラリー
の開発が求められていた。
【００１１】本発明は、上記のごとき従来技術の問題点
を考慮してなされたもので、本発明の目的は、低温焼結
が可能で、かつ電解質層との密着性のよいカソードの製
造方法、さらには低温焼結が可能で、かつカソ─ドとセ
パレータを効果的に密着させるコンタクト層の製造方法
を提供し、金属基板の使用が可能で、かつ電解質とカソ
ードとの間、およびカソードとセパレータとの間の界面
抵抗が小さく、優れた電池特性を有するＳＯＦＣの製造
を可能にすることにある。
を考慮してなされたもので、本発明の目的は、低温焼結
が可能で、かつ電解質層との密着性のよいカソードの製
造方法、さらには低温焼結が可能で、かつカソ─ドとセ
パレータを効果的に密着させるコンタクト層の製造方法
を提供し、金属基板の使用が可能で、かつ電解質とカソ
ードとの間、およびカソードとセパレータとの間の界面
抵抗が小さく、優れた電池特性を有するＳＯＦＣの製造
を可能にすることにある。
【００１２】
【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、酸化物固体電解質とアノード
とカソードを有するセルを備えてなる固体電解質型燃料
電池の製造方法において、 （１）カソード粉末に、このカソード粉末と同一組成の
アルコキシドからなるゾルを混合してカソードスラリー
を形成し、このカソードスラリーを用いてカソードを形
成することとする。
めに、本発明においては、酸化物固体電解質とアノード
とカソードを有するセルを備えてなる固体電解質型燃料
電池の製造方法において、 （１）カソード粉末に、このカソード粉末と同一組成の
アルコキシドからなるゾルを混合してカソードスラリー
を形成し、このカソードスラリーを用いてカソードを形
成することとする。
【００１３】（２）特に、このカソードスラリー中に含
まれるゾルの固形成分の割合を、カソード粉末の 10 乃
至 20 wt％に選定することとする。
まれるゾルの固形成分の割合を、カソード粉末の 10 乃
至 20 wt％に選定することとする。
【００１４】（３）また、上記の（１）、（２）におい
て、カソード粉末とゾルを混合し、乾燥してゾルをゲル
化したのち、カソードスラリーを形成することとする。
て、カソード粉末とゾルを混合し、乾燥してゾルをゲル
化したのち、カソードスラリーを形成することとする。
【００１５】（４）また、酸化物固体電解質の上に、上
記のカソードスラリーを用いてスラリーコーティング法
あるいはスクリーン印刷法によって、カソードを形成
し、次いで、これをＳＯＦＣの運転温度において in-si
tuで焼結することとする。
記のカソードスラリーを用いてスラリーコーティング法
あるいはスクリーン印刷法によって、カソードを形成
し、次いで、これをＳＯＦＣの運転温度において in-si
tuで焼結することとする。
【００１６】（５）また、上記の（４）において、酸化
物固体電解質の上に形成したカソードを、ＳＯＦＣの運
転温度において焼結し、カソード中のゲルを結晶化する
際、ゲルと電解質との間に、Ｍ−Ｏ−Ｍ’（但し、Ｍは
カソード中の金属原子、Ｍ’は酸化物固体電解質中の金
属原子）の結合を形成させて、カソードと酸化物固体電
解質とを密着させることとする。
物固体電解質の上に形成したカソードを、ＳＯＦＣの運
転温度において焼結し、カソード中のゲルを結晶化する
際、ゲルと電解質との間に、Ｍ−Ｏ−Ｍ’（但し、Ｍは
カソード中の金属原子、Ｍ’は酸化物固体電解質中の金
属原子）の結合を形成させて、カソードと酸化物固体電
解質とを密着させることとする。
【００１７】（６）さらに、気密性を有するセパレータ
ーを介して複数のセルを積層して構成される固体電解質
型燃料電池において、上記のカソードスラリーを、セパ
レータのカソード側の面、あるいはセルのカソードの上
面に塗布し、そののち積層することとする。
ーを介して複数のセルを積層して構成される固体電解質
型燃料電池において、上記のカソードスラリーを、セパ
レータのカソード側の面、あるいはセルのカソードの上
面に塗布し、そののち積層することとする。
【００１８】上記（１）のように、特に（２）あるいは
（３）のごとく形成したカソードスラリーを用いてカソ
ードを形成すれば、このカソードスラリーはＳＯＦＣの
運転温度下で焼結可能であるので、予め高温酸化雰囲気
で焼結させる必要はない。したがって、セル製作時の所
要熱サイクル数が低減されるとともに、基板として金属
材料が使用できることとなる。
（３）のごとく形成したカソードスラリーを用いてカソ
ードを形成すれば、このカソードスラリーはＳＯＦＣの
運転温度下で焼結可能であるので、予め高温酸化雰囲気
で焼結させる必要はない。したがって、セル製作時の所
要熱サイクル数が低減されるとともに、基板として金属
材料が使用できることとなる。
【００１９】このため、このように形成したカソードス
ラリーを用いてカソードを形成し、上記（４）のごと
く、これをＳＯＦＣの運転温度において in-situで焼結
すれば、カソードと酸化物固体電解質が密着したセルが
得られる。特に（５）のごとく、ゲルと電解質との間を
結合させれば、特に良好な密着性が得られる。したがっ
て、セル特性の低下の原因となるランタンジルコネート
の生成が防止され、カソードと酸化物固体電解質との間
の接触抵抗が低減し、セル特性が向上する。
ラリーを用いてカソードを形成し、上記（４）のごと
く、これをＳＯＦＣの運転温度において in-situで焼結
すれば、カソードと酸化物固体電解質が密着したセルが
得られる。特に（５）のごとく、ゲルと電解質との間を
結合させれば、特に良好な密着性が得られる。したがっ
て、セル特性の低下の原因となるランタンジルコネート
の生成が防止され、カソードと酸化物固体電解質との間
の接触抵抗が低減し、セル特性が向上する。
【００２０】また上記（６）のごとく、セルとセパレー
タとを交互に積層してスタックを構成する際に、上記の
カソードスラリーを、セパレータのカソード側の面、あ
るいはセルのカソードの上面に塗布し、これをコンタク
ト層としてセルとセパレータとを密着して積層すれば、
ＳＯＦＣの運転温度において焼結され、セルとセパレー
タとの間に良好な接触が得られることとなり、高性能の
ＳＯＦＣを得ることが可能となる。
タとを交互に積層してスタックを構成する際に、上記の
カソードスラリーを、セパレータのカソード側の面、あ
るいはセルのカソードの上面に塗布し、これをコンタク
ト層としてセルとセパレータとを密着して積層すれば、
ＳＯＦＣの運転温度において焼結され、セルとセパレー
タとの間に良好な接触が得られることとなり、高性能の
ＳＯＦＣを得ることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】＜実施例１＞図１は、本発明のＳ
ＯＦＣの製造方法の第１の実施例におけるカソードスラ
リーの作製方法を示すフロー図である。図１に従い、カ
ソードスラリーの作製方法を述べる。
ＯＦＣの製造方法の第１の実施例におけるカソードスラ
リーの作製方法を示すフロー図である。図１に従い、カ
ソードスラリーの作製方法を述べる。
【００２２】まず、カソード粉末としての (LaSr)MnO3
と、これと同一組成のアルコキシドからなる (LaSr)MnO
3 ゾルとを容器に入れ、純水を加える。このとき、ゾル
の分量をある程度加えないと (LaSr)MnO3 粉末の表面に
一様に付着しなくなる。また逆にゾルの分量が多すぎる
と、ゾルが nm オーダーの粒径からなる粒子を含んでい
るため、スラリーにするときにバインダーを吸収してし
まい、流動性が得られなくなる場合がある。このため、
ゾルの固形成分の混合比を粉末に対して 10 〜20 wt％
とすることにより最適な粉末が得られる。このように混
合したものにボールを加えて約 6〜24時間混合し、その
後、100 〜120 ℃で水分が完全に抜けるまで乾燥する。
この処理により、(LaSr)MnO3粉末の表面に一様に付着し
たゾルがゲル化する。次に、これを粉砕し、ポリビニル
ブチラールとジエチレングリコール、ならびにアセトン
を加えて、再びボールとともに容器に入れ、約 6〜24時
間混合する。その後、湯洗および真空脱気により脱アセ
トン処理を行い、カソードスラリーを得る。
と、これと同一組成のアルコキシドからなる (LaSr)MnO
3 ゾルとを容器に入れ、純水を加える。このとき、ゾル
の分量をある程度加えないと (LaSr)MnO3 粉末の表面に
一様に付着しなくなる。また逆にゾルの分量が多すぎる
と、ゾルが nm オーダーの粒径からなる粒子を含んでい
るため、スラリーにするときにバインダーを吸収してし
まい、流動性が得られなくなる場合がある。このため、
ゾルの固形成分の混合比を粉末に対して 10 〜20 wt％
とすることにより最適な粉末が得られる。このように混
合したものにボールを加えて約 6〜24時間混合し、その
後、100 〜120 ℃で水分が完全に抜けるまで乾燥する。
この処理により、(LaSr)MnO3粉末の表面に一様に付着し
たゾルがゲル化する。次に、これを粉砕し、ポリビニル
ブチラールとジエチレングリコール、ならびにアセトン
を加えて、再びボールとともに容器に入れ、約 6〜24時
間混合する。その後、湯洗および真空脱気により脱アセ
トン処理を行い、カソードスラリーを得る。
【００２３】次に、上記のごとく作製したカソードスラ
リーを用いて、図２のごとき構成のセルを製作する場合
の方法を説明する。
リーを用いて、図２のごとき構成のセルを製作する場合
の方法を説明する。
【００２４】まず、多孔質の金属基板１の上に、フレー
ム溶射法を用いて、以下に示す表１の条件によりアノー
ド２を約50μｍ形成する。
ム溶射法を用いて、以下に示す表１の条件によりアノー
ド２を約50μｍ形成する。
【００２５】
【表１】 続いて、アノード２の上に、プラズマ溶射法を用いて、
以下に示す表２の条件により電解質層３を約 150μｍ形
成する。
以下に示す表２の条件により電解質層３を約 150μｍ形
成する。
【００２６】
【表２】 次に、この電解質層３の上に、前述のカソードスラリー
をスクリーン印刷法を用いて約 150μｍ塗布し、 100〜
120 ℃で１時間乾燥してカソード４を形成する。このよ
うに形成したセルをセパレータで挟んで積層したのち、
950℃に昇温させると、温度が約 700℃を超えるとカソ
ード４の中のゲルが結晶化を開始し、その際、ゲルと電
解質との間に、前述のＭ−Ｏ−Ｍ’の結合が形成され、
カソード４の電解質層３への密着度が向上する。また、
この結晶化した粒子は微細であるため表面活性が高く、
運転温度下で十分に焼結可能であり、また他の粉末に対
し焼結助材の役割を果たす。そのため、ＳＯＦＣの運転
温度程度の低い温度でも本カソードは焼結可能となる。
をスクリーン印刷法を用いて約 150μｍ塗布し、 100〜
120 ℃で１時間乾燥してカソード４を形成する。このよ
うに形成したセルをセパレータで挟んで積層したのち、
950℃に昇温させると、温度が約 700℃を超えるとカソ
ード４の中のゲルが結晶化を開始し、その際、ゲルと電
解質との間に、前述のＭ−Ｏ−Ｍ’の結合が形成され、
カソード４の電解質層３への密着度が向上する。また、
この結晶化した粒子は微細であるため表面活性が高く、
運転温度下で十分に焼結可能であり、また他の粉末に対
し焼結助材の役割を果たす。そのため、ＳＯＦＣの運転
温度程度の低い温度でも本カソードは焼結可能となる。
【００２７】図３は、本スラリーを用いて形成したセル
の特性を、従来のスラリーを用いて形成したセルの特性
と比較して示した特性図である。図中に示したように、
試験に用いたセルの電極面積は 200cm2 、運転温度は 9
50℃で、燃料ガスには 20 ％の CO2を加えたH2を、また
酸化剤ガスには空気を用いた。図に見られるように、従
来のものに比較して、本発明のスラリーを用いることに
より負荷特性が向上しており、定格電流密度の 0.3 Acm
-2において約 30mV の向上が見られる。
の特性を、従来のスラリーを用いて形成したセルの特性
と比較して示した特性図である。図中に示したように、
試験に用いたセルの電極面積は 200cm2 、運転温度は 9
50℃で、燃料ガスには 20 ％の CO2を加えたH2を、また
酸化剤ガスには空気を用いた。図に見られるように、従
来のものに比較して、本発明のスラリーを用いることに
より負荷特性が向上しており、定格電流密度の 0.3 Acm
-2において約 30mV の向上が見られる。
【００２８】図４は、本スラリーを用いて形成したセル
を、 950℃の運転温度で特性試験を行った後、切断して
カソードの状態を調べた断面ＳＥＭ写真である。また図
６は従来のスラリーを用いて形成したセルのカソードの
状態を示す断面ＳＥＭ写真である。これらの断面ＳＥＭ
写真を比較して見れば明らかなように、図６の断面ＳＥ
Ｍ写真では粉末の焼結が起こっていないのに対し、図４
では粉末粒子同士の焼結が起こっており、この発明のカ
ソードスラリーがＳＯＦＣの運転温度で焼結することが
確認される。
を、 950℃の運転温度で特性試験を行った後、切断して
カソードの状態を調べた断面ＳＥＭ写真である。また図
６は従来のスラリーを用いて形成したセルのカソードの
状態を示す断面ＳＥＭ写真である。これらの断面ＳＥＭ
写真を比較して見れば明らかなように、図６の断面ＳＥ
Ｍ写真では粉末の焼結が起こっていないのに対し、図４
では粉末粒子同士の焼結が起こっており、この発明のカ
ソードスラリーがＳＯＦＣの運転温度で焼結することが
確認される。
【００２９】＜実施例２＞本実施例は、実施例１と同様
の方法で作製したセルを多数個積層して構成するスタッ
クの実施例で、カソードとセパレータとの間のコンタク
ト層として上記のカソードスラリーを用いる実施例であ
る。
の方法で作製したセルを多数個積層して構成するスタッ
クの実施例で、カソードとセパレータとの間のコンタク
ト層として上記のカソードスラリーを用いる実施例であ
る。
【００３０】本実施例では、実施例１と同様に、多孔質
の金属基板の上にフレーム溶射法を用いて表１の条件に
よりアノードを約 50 μｍ形成し、続いて、アノードの
上にプラズマ溶射法を用いて表２の条件により電解質層
３を約 150μｍ形成する。次いで、図１に示した方法に
より作製したカソードスラリーをスクリーン印刷法を用
いて電解質層の上に約 150μｍ塗布し、その後 100〜12
0 ℃で１時間乾燥してセルを形成する。
の金属基板の上にフレーム溶射法を用いて表１の条件に
よりアノードを約 50 μｍ形成し、続いて、アノードの
上にプラズマ溶射法を用いて表２の条件により電解質層
３を約 150μｍ形成する。次いで、図１に示した方法に
より作製したカソードスラリーをスクリーン印刷法を用
いて電解質層の上に約 150μｍ塗布し、その後 100〜12
0 ℃で１時間乾燥してセルを形成する。
【００３１】作製したセルとセパレータを、セパレータ
のカソード側の面に上記と同様の方法によって作製した
カソードスラリーを塗布して交互に積層し、このカソー
ドスラリーよりなるコンタクト層によってセパレータと
カソードを密着させる。
のカソード側の面に上記と同様の方法によって作製した
カソードスラリーを塗布して交互に積層し、このカソー
ドスラリーよりなるコンタクト層によってセパレータと
カソードを密着させる。
【００３２】このように積層したスタックを運転温度の
約 950℃へと昇温すると、温度が約700℃を超えると上
記のコンタクト層中のゲルが結晶化を開始し、運転温度
下において十分に焼結し、セパレータとカソードが良好
に接触することとなる。
約 950℃へと昇温すると、温度が約700℃を超えると上
記のコンタクト層中のゲルが結晶化を開始し、運転温度
下において十分に焼結し、セパレータとカソードが良好
に接触することとなる。
【００３３】なお、本実施例ではセパレータのカソード
側の面にカソードスラリーを塗布してセルと交互に積層
することとしているが、これに替えて、セルのカソード
上にカソードスラリーを塗布してセパレータと交互に積
層することとしても同様の効果が得られることは明らか
である。
側の面にカソードスラリーを塗布してセルと交互に積層
することとしているが、これに替えて、セルのカソード
上にカソードスラリーを塗布してセパレータと交互に積
層することとしても同様の効果が得られることは明らか
である。
【００３４】
【発明の効果】上述のように、本発明においては、 （１）ＳＯＦＣを請求項１乃至５に記載の製造方法によ
り製造することとしたので、電解質とカソードがＳＯＦ
Ｃの運転温度において十分効果的に密着されることとな
った。したがって、金属基板を用いることが可能とな
り、また電解質とカソードとの間の界面抵抗が低く抑え
られるので、優れた電池特性を備えた信頼性の高いＳＯ
ＦＣが製造できることとなった。
り製造することとしたので、電解質とカソードがＳＯＦ
Ｃの運転温度において十分効果的に密着されることとな
った。したがって、金属基板を用いることが可能とな
り、また電解質とカソードとの間の界面抵抗が低く抑え
られるので、優れた電池特性を備えた信頼性の高いＳＯ
ＦＣが製造できることとなった。
【００３５】（２）また、請求項６に記載の製造方法に
より製造することとすれば、さらにカソードとセパレー
タがＳＯＦＣの運転温度において十分効果的に密着さ
れ、その間の界面抵抗が低く抑えられるので、さらに優
れた電池特性を備えた信頼性の高いＳＯＦＣが製造でき
ることとなる。
より製造することとすれば、さらにカソードとセパレー
タがＳＯＦＣの運転温度において十分効果的に密着さ
れ、その間の界面抵抗が低く抑えられるので、さらに優
れた電池特性を備えた信頼性の高いＳＯＦＣが製造でき
ることとなる。
【図１】本発明の製造方法におけるカソードスラリーの
作製方法を示すフロー図
作製方法を示すフロー図
【図２】本発明の製造方法の第１の実施例で作製される
セルの基本構成図
セルの基本構成図
【図３】本発明の製造方法の第１の実施例により形成し
たセルの特性を、従来の製造方法のより形成したセルの
特性と比較して示した特性図
たセルの特性を、従来の製造方法のより形成したセルの
特性と比較して示した特性図
【図４】本発明の製造方法の第１の実施例により形成
し、試験したセルのカソードの断面ＳＥＭ写真
し、試験したセルのカソードの断面ＳＥＭ写真
【図５】支持膜方式のＳＯＦＣの基本構成の一例を示す
断面図
断面図
【図６】従来の製造方法により形成し、試験したセルの
カソードの断面ＳＥＭ写真
カソードの断面ＳＥＭ写真
１ 金属基板 ２ アノード ３ 電解質層 ４ カソード
Claims (6)
- 【請求項１】酸化物固体電解質とアノードとカソードを
有するセルを備えてなる固体電解質型燃料電池の製造方
法において、カソード粉末に、該カソード粉末と同一組
成のアルコキシドからなるゾルを混合して、カソードス
ラリーを形成し、該カソードスラリーを用いてカソード
を形成することを特徴とする固体電解質型燃料電池の製
造方法。 - 【請求項２】前記カソードスラリー中に含まれるゾルの
固形成分の割合が、前記カソード粉末の 10 乃至 20 wt
％に選定されてい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製造方法。 - 【請求項３】前記カソードスラリーが、前記カソード粉
末と前記ゾルを混合したのち、乾燥してゾルをゲル化し
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の製造方法。 - 【請求項４】前記カソードを、前記カソードスラリーを
用いてスラリーコーティング法あるいはスクリーン印刷
法によって、前記酸化物固体電解質の上に形成し、次い
で、これを固体電解質型燃料電池の運転温度において i
n-situで焼結することを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項５】酸化物固体電解質の上に形成したカソード
を、固体電解質型燃料電池の運転温度において焼結し、
カソード中のゲルを結晶化する際に、ゲルと電解質との
間に、Ｍ−Ｏ−Ｍ’（但し、Ｍはカソード中の金属原
子、Ｍ’は酸化物固体電解質中の金属原子）の結合を形
成させて、カソードと酸化物固体電解質とを密着させる
ことを特徴とする請求項４に記載の固体電解質型燃料電
池の製造方法。 - 【請求項６】酸化物固体電解質とアノードとカソードを
有するセルを気密性の材料よりなるセパレーターを介し
て複数個積層して構成される固体電解質型燃料電池にお
いて、前記カソードスラリーを、セパレータのカソード
側の面、あるいはセルのカソードの上面に塗布し、その
のち積層することを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
かに記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11045526A JP2000243405A (ja) | 1999-02-23 | 1999-02-23 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11045526A JP2000243405A (ja) | 1999-02-23 | 1999-02-23 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000243405A true JP2000243405A (ja) | 2000-09-08 |
Family
ID=12721868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11045526A Pending JP2000243405A (ja) | 1999-02-23 | 1999-02-23 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000243405A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005196981A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-21 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 燃料極支持膜式燃料電池中間体及びそれを用いた固体電解質形燃料電池の製造方法 |
| JP2008198421A (ja) * | 2007-02-09 | 2008-08-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物形燃料電池用電極の製造方法及び固体酸化物形燃料電池 |
| JP2008198422A (ja) * | 2007-02-09 | 2008-08-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物形燃料電池用電極の製造方法及び固体酸化物形燃料電池 |
| JP2008251241A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造 |
| JP2011524946A (ja) * | 2008-05-28 | 2011-09-08 | コーニング インコーポレイテッド | センサー、酸素分離装置、および固体酸化物燃料電池のためのゾルゲル由来の高性能触媒薄膜 |
| JP2014009157A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Korea Institute Of Science And Technology | 酸化ビズマスを含むセリア系組成物、セリア系複合電解質粉末、及びこれらの焼結方法、並びにその焼結体 |
| JP2015103452A (ja) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 空気極材料、コンタクト材料および固体酸化物形燃料電池セル |
| CN116505000A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-07-28 | 中国地质大学（武汉） | 一种Ni-Al金属间化合物阴接触层的制备方法 |
-
1999
- 1999-02-23 JP JP11045526A patent/JP2000243405A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN116505000A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-07-28 | 中国地质大学（武汉） | 一种Ni-Al金属间化合物阴接触层的制备方法 |
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