JP3408732B2 - 燃料電池用基体材 - Google Patents
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- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
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Description
関する。
示す。従来技術の基体管(基材部)1は30.0wt%
のCaOと70.0wt%のZrO2 とで構成される多
孔質管からなる。この基体管(基材部)1の表面に10
0μmのNi−ジルコニアサーメットからなる燃料極側
電極2、100μmのYSZからなる電解質3、100
μmのSrを0.1ドープしたLaMnO3 からなる空
気側電極4を積層し、さらに燃料極側電極2と空気側電
極4を接続するためのLaCrO3 からなる導電性接続
材5を積層しSOFC(Solid Oxide Fuel Cells; 固体
電解質型燃料電池、以下「燃料電池」という。) を形成
している。
術の基体管においては、以下のような課題がある。熱サ
イクル時の速い昇降温速度で著しく劣化する、という問
題点がある。すなわち、50℃/時以下の昇降温速度の
場合には熱サイクル前後で性能変化が認められないが、
50℃/時を超える昇降温速度ではヒートサイクル1回
当たり10%程度の出力低下が発生する場合がある。こ
れは、燃料電池を集合させて用いる場合に、昇降温速度
を極めて緩やかにしなければ、燃料電池集合体の一部で
50℃/時を超える昇降温速度になる部分が発生しセル
を損傷する。したがって、200℃/時程度の速い昇降
温速度でも損傷しないセルが望まれている。
解決するため、基体管の材質を変更することで速い昇降
温速度でも損傷しないセルを作成する際に重要であるこ
とを知見した。かかる知見に基づく第一番目の発明によ
る燃料電池用基体材は、燃料電池の基体管の材料であっ
て、9.1重量%≦CaO≦26.1重量%,20.9
重量%≦ZrO2 ≦60.9重量%,13.0重量%≦
NiO≦70.0重量%の三成分系組成からなることを
特徴とする。
は、第一番目の発明において、NiOの径が5μm以下
であることを特徴とする。
は、燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量%≦
CaO≦27.2重量%,0.5重量%≦ZrO2 ≦6
3.6重量%,9.2重量%≦MgO≦99重量%の三
成分系組成からなることを特徴とする。
は、燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量%≦
CaO≦27.4重量%,0.5重量%≦ZrO2 ≦6
3.9重量%,8.7重量%≦SrO≦99重量%の三
成分系組成からなることを特徴とする。
は、燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量%≦
MgO≦20.9重量%,26.3重量%≦SrO≦9
9.0重量%,0.5重量%≦Al2 O3 ≦52.8重
量%の三成分系組成からなることを特徴とする。
説明する。
体材は、燃料電池の基体管の材料であって、9.1重量
%≦CaO≦26.1重量%,20.9重量%≦ZrO
2 ≦60.9重量%,13.0重量%≦NiO≦70.
0重量%の三成分系組成からなるものである。より好ま
しくは21.0重量%≧CaO≧9.1重量%,49.
0重量%≧ZrO2 ≧20.9重量%,30.0重量%
≦NiO≦70.0重量%の範囲、更に好ましくは1
4.9重量%≧CaO≧9.1重量%,34.8重量%
≧ZrO2 ≧20.9重量%,50.3重量%≦NiO
≦70.0重量%の範囲で三成分系組成を適宜選択する
ようにすればよい。これは、上記範囲を超えると昇降温
速度を急速に変化させることができなくなり好ましくな
いからである。また、Ni成分が多くなると導電性が発
生し、燃料電池としての性能が発揮されず好ましくない
からである。ここで、本発明で昇降温速度を急速に変化
させるとは、50℃/時を超える昇降温速度のことをい
う(以下、同様)。
体材は、第一番目の発明において、NiOの径が5μm
以下とするものである。これは、NiOの径が5μmを
超えると、天然ガスを燃料とする場合の水蒸気添加量が
少なくできず、効率向上に好ましくないからである。
体材は、燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量
%≦CaO≦27.2重量%,0.5重量%≦ZrO2
≦63.6重量%,9.2重量%≦MgO≦99重量%
の三成分系組成からなるものである。より好ましくは2
2.9重量%≧CaO≧0.5重量%,53.5重量%
≧ZrO2 ≧0.5重量%,23.6重量%≦MgO≦
99重量%の範囲、更に好ましくは16.2重量%≧C
aO≧0.5重量%,37.9重量%≧ZrO2 ≧0.
5重量%,43.9重量%≦MgO≦99重量%の範囲
で三成分系組成を適宜選択するようにすればよい。これ
は、上記範囲を超えると昇降温速度を急速にすることが
できないからである。
体材は、燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量
%≦CaO≦27.4重量%,0.5重量%≦ZrO2
≦63.9重量%,8.7重量%≦SrO≦99重量%
の三成分系組成からなるものである。より好ましくは2
3.6重量%≧CaO≧0.5重量%,55.1重量%
≧ZrO2 ≧0.5重量%,21.3重量%≦SrO≦
99重量%の範囲、更に好ましくは18.6重量%≧C
aO≧0.5重量%,43.4重量%≧ZrO2 ≧0.
5重量%,38.0重量%≦SrO≦99重量%の範囲
で三成分系組成を適宜選択するようにすればよい。これ
は、上記範囲を超えると昇降温速度を急速にすることが
できないからである。また、純度を上げると高価となり
燃料電池を廉価に製造できないからである。
体材は、燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量
%≦MgO≦20.9重量%,26.3重量%≦SrO
≦99.0重量%,0.5重量%≦Al2 O3 ≦52.
8重量%の三成分系組成からなるものである。より好ま
しくは、17.0重量%≧MgO≧0.5重量%,3
9.9重量%≦SrO≦99.0重量%,43.1重量
%≧Al2 O3 ≧0.5重量%の範囲、更に好ましく
は、12.5重量%≧MgO≧0.5重量%,55.8
重量%≦SrO≦99.0重量%,31.7重量%≧A
l2 O3 ≧0.5重量%の範囲で三成分系組成を適宜選
択するようにすればよい。これは、上記範囲を超えると
昇降温速度を急速にすることができないからである。ま
た、純度を上げると高価となり燃料電池を廉価に製造で
きないからである。
するが、本発明はこれに限定されるものではない。
なる基体管
合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成し
た。この基体管1の表面に100μmのNi−ジルコニ
アサーメットからなる燃料極側電極2、100μmのY
SZからなる電解質3、100μmのSrを0.1ドー
プしたLaMnO3 からなる空気側電極4を積層し、さ
らに燃料極側電極2と空気側電極4を接続するためのL
aCrO3 からなる導電性接続材5を積層し燃料電池と
した。
のリーク率の変化を比較した。その結果を「表1」に示
す。なお、比較例として従来技術の組成CaO:30重
量%/ZrO2 :70重量%のものを比較例とした。こ
こで、本実施例において、急速昇降温を繰り返したと
は、具体的には、200℃/時の昇降温速度で室温から
1000℃までの昇降温を行うことをいう(以下、「実
施例」の欄において同じ。)「表1」の結果より、組成
(1) によれば、リークの増加率を抑制できた。
抑制でき、昇降温後のリーク率を低減でき、健全な燃料
電池を提供できる。この結果、本組成により、急速昇降
温後のリーク率の増加を抑制できる。
合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成し
た。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様の
組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電極
4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とした。
発電試験を行い、その際の作動電位を比較した。その結
果を「表2」に示す。なお、上記(1) の組成のものを参
照例とした。「表2」の結果より、組成(1) の特徴に加
え、空気極材料の選定の幅が広がり作動電位を向上でき
た。
り、作動電位を高くでき低コスト化に貢献できる。組成
(1) の効果に加え、さらに、空気極材料の選択幅が広が
り、空気極側の抵抗を低減できることから、平均作動電
位を0.05V高めることができる。
合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成し
た。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様の
組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電極
4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とした。
果を「表3」に示す。なお、上記(2) の組成のものを基
体管コストの相対値の参照例とした。「表3」の結果よ
り、組成(2) の特徴に加え、基体管コストを低下でき
る。
め基体管材料のコストを低下でき、その結果低コスト化
に貢献できる。組成(2) の効果に加え、さらに、安価な
成分が多くなることから基体管の材料費が低減できる。
m以下)の組成の複合材からなる基体管
合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成し
た。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様の
組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電極
4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とした。
のリーク率の変化を比較した。また、燃料として天然ガ
スでの発電可能燃料組成を比較した。その結果を「表
4」に示す。なお、比較例として、上記(1) の組成(粒
径:10μm)及び従来技術の組成CaO:30重量%
/ZrO2 :70重量%のものを比較例とした。「表
4」の結果より、組成(4) は急速昇降温でのリーク率変
化は認められず、さらに天然ガスを使用した際の水蒸気
添加量すなわち(S/C=水蒸気/炭素)を少なくでき
る。
抑制でき、昇降温後のリーク率を低減でき、健全な燃料
電池を提供できる。かつ、天然ガスを燃料に使用した際
の水蒸気添加量を少なくできる。(4) の組成により、急
速昇降温後のリーク率の増加を抑制できる。かつ、天然
ガスを燃料に使用した際の水蒸気添加量を少なくでき
る。
合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成し
た。この基体管1の表面に100μmのNi−ジルコニ
アサーメットからなる燃料極側電極2、100μmのY
SZからなる電解質3、100μmのSrを0.4ドー
プしたLaMnO3 からなる空気側電極4を積層し、さ
らに燃料極側電極2と空気側電極4を接続するためのL
aCrO3 からなる導電性接続材5を積層し燃料電池と
した。
発電試験を行い、その際の作動電位を比較した。また、
燃料として天然ガスでの発電可能燃料組成を比較した。
その結果を「表5」に示す。なお、上記(4) の組成のも
のを参照例とした。「表5」の結果より、組成(4) の特
徴に加え、さらに空気極材料の選定の幅が広がり、平均
の作動電位を向上できる。
が広がり、作動電位を高くでき低コスト化に貢献でき
る。組成(4) の効果に加え、さらに、空気極材料の選択
幅が広がり、空気極側の抵抗を低減できることから、平
均作動電位を高めることができる。
なる基体管
合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成し
た。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様の
組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電極
4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とした。
のリーク率の変化を比較した。その結果を「表6」に示
す。なお、比較例として、従来技術の組成CaO:30
重量%/ZrO2 :70重量%のものを比較例とした。
「表6」の結果より、組成(7) によりリークの増加率を
抑制できた。
抑制でき、昇降温後のリーク率を低減でき、健全な燃料
電池を提供できる。本発明の組成により、急速昇降温後
のリーク率の増加を抑制できる。
合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成し
た。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様の
組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電極
4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とした。
発電試験を行い、その際の作動電位を比較した。その結
果を「表7」に示す。なお、上記(7) の組成のものを参
照例とした。「表7」の結果より、組成(7) の特徴に加
え、空気極材料の選定の幅が広がり作動電位を向上でき
た。
が広がり、作動電位を高くでき低コスト化に貢献でき
る。組成(7) の効果に加え、さらに、空気極材料の選択
幅が広がり、空気極側の抵抗を低減できることから、平
均作動電位を0.04V高めることができる。
合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成し
た。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様の
組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電極
4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とした。
果を「表8」に示す。なお、上記(8) の組成のものを基
体管コストの相対値の参照例とした。「表8」の結果よ
り、その結果組成(8) の特徴に加え、基体管コストを低
下できる。
ため基体管材料のコストを低下でき、その結果低コスト
化に貢献できる。組成(8) の効果に加え、さらに、安価
な成分が多くなることから基体管の材料費が低減でき
る。
なる基体管
合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成し
た。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様の
組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電極
4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とした。
のリーク率の変化を比較した。その結果を「表9」に示
す。なお、比較例として、従来技術の組成CaO:30
重量%/ZrO2 :70重量%のものを比較例とした。
「表9」の結果より、組成(10)によりリークの増加率を
抑制できた。
抑制でき、昇降温後の本組成により、急速昇降温後のリ
ーク率の増加を抑制できる。
複合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成
した。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様
の組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電
極4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とし
た。
発電試験を行い、その際の作動電位を比較した。その結
果を「表10」に示す。なお、上記(10)の組成のものを
参照例とした。「表10」の結果より、組成(10)の特徴
に加え、空気極材料の選定の幅が広がり作動電位を向上
できた。
が広がり、作動電位を高くでき低コスト化に貢献でき
る。組成(10)の効果に加え、さらに、空気極材料の選択
幅が広がり、空気極側の抵抗を低減できることから、平
均作動電位を0.04V高めることができる。
複合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成
した。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様
の組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電
極4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とし
た。
果を「表11」に示す。なお、上記(11)の組成のものを
基体管コストの相対値の参照例とした。「表11」の結
果より、組成(11)の特徴に加え、基体管コストを低下で
きる。
ため基体管材料のコストを低下でき、その結果低コスト
化に貢献できる。組成(11)の特徴に加え、さらに、安価
な成分が多くなることから基体管の材料費が低減でき
る。
らなる基体管
複合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成
した。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様
の組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電
極4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とし
た。
のリーク率の変化を比較した。その結果を「表12」に
示す。なお、比較例として、従来技術の組成CaO:3
0重量%/ZrO2 :70重量%のものを比較例とし
た。「表12」の結果より、組成(19)によりリークの増
加率を抑制できた。
抑制でき、昇降温後のリーク率を低減でき、健全な燃料
電池を提供できる。本組成により、急速昇降後のリーク
率の増加を抑制できる。
複合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成
した。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様
の組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電
極4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とし
た。
発電試験を行い、その際の作動電位を比較した。その結
果を「表13」に示す。なお、上記(19)の組成のものを
参照例とした。「表13」の結果より、組成(19)の特徴
に加え、空気極材料の選定の幅が広がり作動電位を向上
できた。
が広がり、作動電位を高くでき低コスト化に貢献でき
る。組成(19)の効果に加え、さらに、空気極材料の選択
幅が広がり、空気極側の抵抗を低減できることから、平
均作動電位を0.06V高めることができる。
複合材よりなる多孔質管から基体管(基材部)1を形成
した。この基体管1の表面に、「実施例1−1」と同様
の組成において、燃料極側電極2,電解質3,空気側電
極4を積層し、導電性接続材5を積層し燃料電池とし
た。
果を「表14」に示す。なお、上記(20)の組成のものを
基体管コストの相対値の参照例とした。「表14」の結
果より、組成(20)の特徴に加え、基体管コストを低下で
きる。
め基体管材料のコストを低下でき、その結果低コスト化
に貢献できる。組成(20)の効果に加え、さらに、安価な
成分が多くなることから基体管 の材料費が低減でき
る。
は、燃料電池の基体管の材料であって、9.1重量%≦
CaO≦26.1重量%,20.9重量%≦ZrO2 ≦
60.9重量%,13.0重量%≦NiO≦70.0重
量%の三成分系組成からなるので、燃料電池急速昇降温
時の電解質の割れを抑制でき、昇降温後のリーク率を低
減でき、健全な燃料電池を提供でき、この結果、急速昇
降温後のリーク率の増加を抑制できる。
は、第一番目の発明において、NiOの径が5μm以下
であるので、燃料電池急速昇降温時の電解質の割れを抑
制でき、昇降温後のリーク率を低減でき、健全な燃料電
池を提供でき、この結果、急速昇降温後のリーク率の増
加を抑制でき、しかも天然ガスを燃料に使用した際の水
蒸気添加量を少なくできる。
は、燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量%≦
CaO≦27.2重量%,0.5重量%≦ZrO2 ≦6
3.6重量%,9.2重量%≦MgO≦99重量%の三
成分系組成からなるので、燃料電池急速昇降温時の電解
質の割れを抑制でき、昇降温後のリーク率を低減でき、
健全な燃料電池を提供でき、この結果、急速昇降温後の
リーク率の増加を抑制できる。
は、燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量%≦
CaO≦27.4重量%,0.5重量%≦ZrO2 ≦6
3.9重量%,8.7重量%≦SrO≦99重量%の三
成分系組成からなるので、燃料電池急速昇降温時の電解
質の割れを抑制でき、昇降温後のリーク率を低減でき、
健全な燃料電池を提供でき、この結果、急速昇降温後の
リーク率の増加を抑制できる。
は、燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量%≦
MgO≦20.9重量%,26.3重量%≦SrO≦9
9.0重量%,0.5重量%≦Al2 O3 ≦52.8重
量%の三成分系組成からなるので、燃料電池急速昇降温
時の電解質の割れを抑制でき、昇降温後のリーク率を低
減でき、健全な燃料電池を提供でき、この結果、急速昇
降温後のリーク率の増加を抑制できる。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 燃料電池の基体管の材料であって、9.1重量%≦ CaO≦26.1重量%,20.9重量
%≦ZrO2 ≦60.9重量%,13.0重量%≦Ni
O≦70.0重量%の三成分系組成からなることを特徴
とする燃料電池用基体材。 - 【請求項2】 請求項1において、 NiOの径が5μm以下であることを特徴とする燃料電
池用基体材。 - 【請求項3】 燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量%≦ CaO≦27.2重量%,0.5重量%
≦ZrO2 ≦63.6重量%,9.2重量%≦MgO≦
99重量%の三成分系組成からなることを特徴とする燃
料電池用基体材。 - 【請求項4】 燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量%≦ CaO≦27.4重量%,0.5重量%
≦ZrO2 ≦63.9重量%,8.7重量%≦SrO≦
99重量%の三成分系組成からなることを特徴とする燃
料電池用基体材。 - 【請求項5】 燃料電池の基体管の材料であって、0.5重量%≦ MgO≦20.9重量%,26.3重量
%≦SrO≦99.0重量%,0.5重量%≦Al2 O
3 ≦52.8重量%の三成分系組成からなることを特徴
とする燃料電池用基体材。
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