JP6154207B2 - 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
なお、前記固体酸化物形燃料電池において、前述のとおり、インターコネクタは、燃料極の他の一部に設けられている。ここで、他の一部とは、燃料極において、固体電解質体が設けられた部分以外の部分の一部をいう。
なお、一般式(3)のxの範囲としては、0.3≦x≦0.4を採用でき、一般式(4)のzの範囲としては、0.2≦z≦0.5を採用できる。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池は、他の態様として、燃料極と、該燃料極の一部に設けられた固体電解質体と、該固体電解質体上に設けられた空気極と、前記燃料極の他の一部に設けられたインターコネクタとを備え、該インターコネクタは、前記燃料極上に設けられたn型導電性のn型導電部と、該n型導電部上に設けられたp型導電性のp型導電部とを有し、前記n型導電部は、一般式(5):(Sr 1−x−y La x )TiO 3−σ (但し、0.3≦x≦0.4、0.1≦y≦0.2)で表されるペロブスカイト型酸化物からなり、前記p型導電部は、一般式(6):(La 1−z Sr z )MnO 3+σ (但し、0.2≦z≦0.5)で表されるペロブスカイト型酸化物からなり、前記n型導電部は、厚みが10〜30μmであり、前記p型導電部は、厚みが2〜15μmであることを特徴とする。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
図1に示すように、固体酸化物形燃料電池1(以下、単に燃料電池1という)は、燃料極21と、燃料極21の一部に設けられた固体電解質体22と、固体電解質体22上に設けられた空気極23と、燃料極21の他の一部に設けられたインターコネクタ3とを備えている。インターコネクタ3は、燃料極21上に設けられたn型導電性のn型導電部31と、n型導電部31上に設けられたp型導電性のp型導電部32とを有する。
同図に示すように、燃料電池1は、支持体となる筒状の燃料極21を備えている。燃料極21の内側には、燃料ガスを流通させる燃料ガス通路20が設けられている。燃料極21は、ニッケル及びイットリウム安定化型ジルコニア(Ni−YSZ)からなる。
まず、酸化ニッケル及びイットリウム安定化ジルコニア(YSZ)の混合粉末に、セルロース系バインダー及び造孔材としてのポリメタクリル酸メチル(PMMA)ビーズ粉末を加え、十分に混合した後、水を添加して粘土状になるまで混合した。得られた粘土を押出成形機に投入し、外径2.5mmの円筒状(チューブ状)の燃料極用成形体を作製した。燃料極用成形体は、所定の長さに切断した。また、YSZ粉末、ポリビニルブチラール、アミン系分散剤及び可塑剤を、メチルエチルケトン及びエタノールを溶媒として混合し、固体電解質体用スラリーを作製した。
同図に示すように、燃料電池スタック10は、電気絶縁性を有する複数の多孔体4を積層して構成されている。多孔体4は、空気の流通が可能な板状の多孔質の部材である。隣接する多孔体4間に形成された空間には、複数の燃料電池セル1が配設されている。
本実施形態の燃料電池1において、インターコネクタ3は、n型導電部31とp型導電部32とを有する。そのため、インターコネクタ3は、n型導電部31とp型導電部32とのpn接合によって良好な導電性を有する。これにより、燃料極21からインターコネクタ3を介して十分かつ確実に電気を取り出すことができる。
本例は、固体酸化物形燃料電池(燃料電池)について、反応生成物及び発電出力の評価を行ったものである。
表1に、インターコネクタのn型導電部及びp型導電部の組成が異なる各試料(試料1〜試料12)について、反応生成物及び発電出力の評価結果を示した。なお、n型導電部の組成は、(Sr1-x-yLax)TiO3-σであり、p型導電部の組成は、(La1-zSrz)MnO3+σである。また、各試料のx、y、zの値は、同表に示すとおりである。
試料1(x=0.3)、試料2(x=0.4)においては、高抵抗層であるLa2Zr2O7相やSrZrO3相は確認されなかった。また、発電出力がそれぞれ0.63W/cm2、0.41W/cm2であり、比較的良好な発電性能が得られた。
試料1(y=0.15)、試料3(y=0.1)においては、高抵抗層であるLa2Zr2O7相やSrZrO3相は確認されなかった。また、発電出力がそれぞれ0.63W/cm2、0.43W/cm2であり、比較的良好な発電性能が得られた。
試料1(z=0.4)、試料4(z=0.2)、試料5(z=0.3)、試料6(z=0.5)においては、高抵抗層であるLa2Zr2O7相やSrZrO3相は確認されなかった。また、発電出力がそれぞれ0.63W/cm2、0.51W/cm2、0.62W/cm2、0.45W/cm2であり、比較的良好な発電性能が得られた。
表2に、インターコネクタのn型導電部及びp型導電部の厚みが異なる各試料(試料1、試料13〜試料21)について、反応生成物及び発電出力の評価結果を示した。なお、各試料のn型導電部及びp型導電部の組成はすべて同じであり、その組成は試料1(表1参照)と同様である。
試料1、試料14、試料15(n型導電部の厚みが10〜30μm)においては、高抵抗層であるLa2Zr2O7相やSrZrO3相は確認されなかった。また、発電出力がそれぞれ0.63W/cm2、0.54W/cm2、0.45W/cm2であり、比較的良好な発電性能が得られた。
試料1、試料18、試料19、試料20(p型導電部の厚みが2〜15μm)においては、高抵抗層であるLa2Zr2O7相やSrZrO3相は確認されなかった。また、発電出力がそれぞれ0.63W/cm2、0.51W/cm2、0.65W/cm2、0.43W/cm2であり、比較的良好な発電性能が得られた。
また、前述の実施形態1では、固体電解質体と空気極との間に中間層を設けたが、この中間層を設けない構成とすることもできる。
21…燃料極
22…固体電解質体
23…空気極
3…インターコネクタ
31…n型導電部
32…p型導電部
Claims (10)
- 燃料極と、
該燃料極の一部に設けられた固体電解質体と、
該固体電解質体上に設けられた空気極と、
前記燃料極の他の一部に設けられたインターコネクタとを備え、
該インターコネクタは、前記燃料極上に設けられたn型導電性のn型導電部と、該n型導電部上に設けられたp型導電性のp型導電部とを有し、
前記n型導電部は、一般式(1):(A1−x−yBx)TiO3−σ(但し、0.3≦x≦0.4、0.25x≦y≦0.5x)で表されるペロブスカイト型酸化物からなり、
前記p型導電部は、一般式(2):(B1−zAz)MnO3+σ(但し、0.2≦z≦0.5)で表されるペロブスカイト型酸化物からなり、
前記一般式(1)、(2)における前記A元素は、Ca、Sr、Baから選択される1種以上の元素であり、前記B元素は、Y、La、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ybから選択される1種以上の元素であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 - 前記n型導電部は、一般式(3):(Sr1−x−yLax)TiO3−σ(但し、0.3≦x≦0.4、0.25x≦y≦0.5x)で表されるペロブスカイト型酸化物からなり、前記p型導電部は、一般式(4):(La1−zSrz)MnO3+σ(但し、0.2≦z≦0.5)で表されるペロブスカイト型酸化物からなることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記n型導電部は、気孔率が10%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記p型導電部は、気孔率が10%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記n型導電部の厚みが上記p型導電部の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記n型導電部は、厚みが10〜30μmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記p型導電部は、厚みが2〜15μmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 燃料極と、
該燃料極の一部に設けられた固体電解質体と、
該固体電解質体上に設けられた空気極と、
前記燃料極の他の一部に設けられたインターコネクタとを備え、
該インターコネクタは、前記燃料極上に設けられたn型導電性のn型導電部と、該n型導電部上に設けられたp型導電性のp型導電部とを有し、
前記n型導電部は、一般式(5):(Sr 1−x−y La x )TiO 3−σ (但し、0.3≦x≦0.4、0.1≦y≦0.2)で表されるペロブスカイト型酸化物からなり、
前記p型導電部は、一般式(6):(La 1−z Sr z )MnO 3+σ (但し、0.2≦z≦0.5)で表されるペロブスカイト型酸化物からなり、
前記n型導電部は、厚みが10〜30μmであり、
前記p型導電部は、厚みが2〜15μmであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法において、
前記燃料極、前記固体電解質体及び前記インターコネクタを一体的かつ同時に焼成して形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の製造方法。 - 請求項9に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法において、
前記燃料極、前記固体電解質体及び前記インターコネクタを1400℃以下の温度で焼成して形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の製造方法。
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