JPH01128366A - Solid electrolyte type fuel cell - Google Patents

Solid electrolyte type fuel cell

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JPH01128366A
JPH01128366A JP62283184A JP28318487A JPH01128366A JP H01128366 A JPH01128366 A JP H01128366A JP 62283184 A JP62283184 A JP 62283184A JP 28318487 A JP28318487 A JP 28318487A JP H01128366 A JPH01128366 A JP H01128366A
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Japan
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oxygen
fuel
hole
green sheet
fuel cell
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JP62283184A
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Japanese (ja)
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Noritatsu Sawada
沢田 昇龍
Kazuharu Sasa
佐々 一治
Makoto Higuchi
誠 樋口
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Original Assignee
JGC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
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Abstract

PURPOSE:To simplify the structure and assembling, and to reduce the manufacture cost by laminating alternatively zilconia thin plates and hollow ceramics plates, and furnishing flow ways to stream in and to discharge gases for operation in the laminated layer surfaces. CONSTITUTION:Hollow ceramics plates 2, 4, 6, and 8 and zilconia thin plates 3, 5, and 7 are laminated alternatively, and an upper lid 1 and a lower lid 9 are furnished at the upper side and at the lower side of them. Through pipes linking from the upper lid 1 to the lower lid 9, penetrating the laminated layers, are provided separately for the sorts of operation gas respectively. Oxygen flows through holes 11, 21, 24, 32, 42, 51, 61, 64, 72, 82, and 92, while the fuel gas and its reaction gas flow through holes 12, 22, 41, 44, 52, 62, 71, 81, 84, and 91. Since such a structure is simple and assembled easily, and it can be processed in the phase of green sheet, it is unnecessary to use a large scale of manufacturing process such as the EVD method, and the fuel cell can be manufactured at a low cost.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は燃料電池、特にいわゆる第三世代と呼ばれる固
体電解質型の燃料電池に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to fuel cells, and particularly to so-called third generation solid electrolyte fuel cells.

[従来の技術] 燃料電池は、水素や一酸化炭素、炭化水素等の通常燃料
として用いられる化学物質を活物質として用いる電池で
ある。燃料の酸化反応を電気化学的に行なわせ、その酸
化過程における自由エネルギー変化を直接的に電気エネ
ルギーに変換する装置であって、原理的に高いエネルギ
ー変換効率か期待できる。
[Prior Art] A fuel cell is a battery that uses chemical substances commonly used as fuel, such as hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbons, as an active material. This is a device that electrochemically performs the oxidation reaction of fuel and directly converts the change in free energy during the oxidation process into electrical energy, and in principle can be expected to have high energy conversion efficiency.

燃料電池は、使用電解質および作動温度にょって、第一
世代(リン酸型、低温型)、第二世代(I融炭酸塩型、
中温型)、第三世代(固体電解質型、高温型)に分けら
れ、現在までは第一、第二世代を中心に開発が進められ
てきた。
Fuel cells can be classified into first generation (phosphoric acid type, low temperature type) and second generation (I-fused carbonate type,
It is divided into three generations (medium-temperature type) and third generation (solid electrolyte type, high-temperature type), and to date, development has focused on the first and second generations.

一方、より高い効率で発電することができるとされてい
る第三世代の固体電解質型燃料電池についても国内外で
研究開発が進められている。現在、第三世代の固体電解
質型燃料電池の具体的なセル構造として、(i)ベルス
ピゴット型、 (if)円板状型、(iii)円管状型
、(iv)基体管の上にセルを直列に集積する型、(V
)−本の管を単セルとした構造、(vi)モノリシック
セル型、等が考えられている(「高温固体電解質燃料電
池」電気学会雑誌102巻3号19−23ページ、「薄
膜固体電解質燃料電池の各種製造技術について」電子技
術総合研究所粟報第51巻第4号59−71ベージ)。
Meanwhile, research and development is also progressing domestically and internationally on third-generation solid oxide fuel cells, which are said to be able to generate electricity with higher efficiency. Currently, the specific cell structures of third generation solid oxide fuel cells include (i) bell spigot type, (if) disc type, (iii) circular tubular type, and (iv) cell on a base tube. A type that serially integrates (V
) - a structure in which a single tube is used as a single cell, (vi) a monolithic cell type, etc. are being considered. "About various battery manufacturing technologies" Electronic Technology Research Institute, Vol. 51, No. 4, pp. 59-71).

[発明が解決しようとする問題点] ところで、従来形の固体電解質型燃料電池では、100
0℃以下の温度でしかも内部抵抗を低く保って作動させ
るため、電解質をできるだけ薄く形成する必要があった
。ところが、このような電解質薄膜を製造する方法とし
て従来はCVD法やEVD法等の大がかりな装置を要す
る方法しかなく、これらの方法ではコスト高となるとい
う問題点があった。
[Problems to be solved by the invention] By the way, in the conventional solid oxide fuel cell, 100
In order to operate at temperatures below 0° C. while keeping internal resistance low, it was necessary to form the electrolyte as thin as possible. However, conventional methods for manufacturing such electrolyte thin films include methods such as CVD and EVD that require large-scale equipment, and these methods have the problem of high costs.

また、上記のCVD法やEVD法等の従来の薄膜技術を
用いて得られる電解質は、内部に多くの細孔を含み電解
質素地が木来持つ伝導度を十分発揮できないものであり
、固体電解質型燃料電池の電解質として用いるには必ず
しも十分なものとはいい難いものであった。
In addition, electrolytes obtained using conventional thin film technologies such as the CVD method and EVD method described above contain many pores inside and cannot fully demonstrate the conductivity that the electrolyte matrix has. It was difficult to say that it was necessarily sufficient for use as an electrolyte in fuel cells.

さらに、薄膜技術あるいは溶射技術によるため、強固で
多孔質な下地(一般に基幹や補強材と呼ばれる)を必要
とし例えば円筒型等で構造が複雑なものが多かった。− また、電解質を波形薄板に成形して電池に組込む方法が
開発されているが、構造が複雑にすぎ、同時焼成する際
に酸素通路と燃料通路とのシールを十分かつ確実に行な
うことができないという問題点があった。
Furthermore, since they are based on thin film technology or thermal spraying technology, they require a strong, porous base (generally called a backbone or reinforcing material), and many have complex structures, such as cylindrical shapes. - Also, a method has been developed to mold the electrolyte into a corrugated thin plate and incorporate it into the battery, but the structure is too complex and it is not possible to sufficiently and reliably seal the oxygen passage and the fuel passage during co-firing. There was a problem.

本発明は、上述の従来形の問題点に鑑み、構造が簡単で
あって犬がかりな装置を必要とせず、組立てが容易であ
ってかつ低コストの固体電解質型燃料電池を提供するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems of the conventional type described above, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell that has a simple structure, does not require complicated equipment, is easy to assemble, and is low cost. shall be.

[問題点を解決するための手段および作用]上記の目的
を達成するため、本発明に係る固体電解質型燃料電池は
、一面に燃料極を形成し他面には酸素極を形成したジル
コニアの薄板と中空のセラミックス板とを交互に積層し
、密閉した燃料室と酸素室とを交互に有する多層セル構
造をなす固体電解質型燃料電池において、上記燃料室に
燃料ガスを導入するためのスルーホールと、上記燃料室
から未消費の燃料ガスおよび反応生成されたガスを排出
するためのスルーホールと、上記酸素室に酸素を導入す
るためのスルーホールと、上記酸素室から未消費の酸素
を排出するためのスルーホールとを、上記薄板および上
記セラミックス板に形成することを特徴としている。
[Means and effects for solving the problems] In order to achieve the above object, the solid oxide fuel cell according to the present invention includes a thin zirconia plate having a fuel electrode formed on one side and an oxygen electrode formed on the other side. In a solid oxide fuel cell, which has a multilayer cell structure in which layers and hollow ceramic plates are alternately stacked and has a sealed fuel chamber and an oxygen chamber alternately, a through hole for introducing fuel gas into the fuel chamber is provided. , a through hole for discharging unconsumed fuel gas and reaction-produced gas from the fuel chamber; a through hole for introducing oxygen into the oxygen chamber; and a through hole for discharging unconsumed oxygen from the oxygen chamber. The present invention is characterized in that through-holes are formed in the thin plate and the ceramic plate.

このようなスルーホールを設けるという簡易な構成によ
り、燃料および酸素の燃料室および酸素室への導入排出
が速やかに行なわれることとなる。
Due to the simple configuration of providing such a through hole, fuel and oxygen can be quickly introduced into and discharged from the fuel chamber and the oxygen chamber.

上記のような構成を有する固体電解質型燃料電池は、例
えば、ドクターブレード法で成形したジルコニアのグリ
ーンシートに孔加工して消費されるガスおよび反応生成
されるガスを供給し排出するスルーホールを形成した電
解質用グリーンシートと、ドクターブレード法で成形し
た絶縁性でかつ酸素イオンを通さないセラミックスのグ
リーンシートに孔加工して中空部並びに消費されるガス
および反応生成されるガスを供給し排出するスルーホー
ルを形成した絶縁板用グリーンシートとを交互に積層し
、所定の条件下で焼成することにより製造することがで
きる。
A solid oxide fuel cell having the above configuration is made by, for example, forming holes in a zirconia green sheet formed by a doctor blade method to form through holes for supplying and discharging gases to be consumed and gases produced by reaction. Holes are formed in the electrolyte green sheet and the insulating ceramic green sheet molded using the doctor blade method that does not allow oxygen ions to pass through, as well as through holes for supplying and discharging gases consumed and gases produced by reaction. It can be manufactured by alternately laminating green sheets for an insulating board with holes formed therein and firing them under predetermined conditions.

さらに、別の製造法として、ドクターブレード法で成形
したジルコニアのグリーンシートに孔加工して消費され
るガスおよび反応生成されるガスを供給し排出するスル
ーホールを形成し焼成した電解質用薄板と、ドクターブ
レード法で成形した絶縁性でかつ酸素イオンを通さない
セラミックスのグリーンシートに孔加工して中空部並び
に消費されるガスおよび反応生成されるガスを供給し排
出するスルーホールを形成し焼成した絶縁板とをシール
部に接合剤を塗布して交互に積層し、所定の条件下で焼
成する方法によっても製造することができる。
Furthermore, as another manufacturing method, a thin plate for electrolyte is produced by drilling holes in a zirconia green sheet formed by a doctor blade method to form through holes for supplying and discharging consumed gas and reaction-generated gas, and then firing. Insulation made by drilling holes in an insulating ceramic green sheet molded using the doctor blade method and impermeable to oxygen ions to form hollow parts and through holes for supplying and discharging gases consumed and reaction products, and then fired. It can also be manufactured by applying a bonding agent to the sealing portion of the plates, stacking them alternately, and firing them under predetermined conditions.

上記のようにジルコニアのグリーンシートをドクターブ
レード法で成形することにより、0.1mm以下の薄板
で、しかもある程度の大きさの1枚板としても十分な強
度を有する電解質用薄板が安価かつ容易に得られるので
ある。
By forming a zirconia green sheet using the doctor blade method as described above, it is possible to easily and inexpensively produce a thin plate for electrolytes with a thickness of 0.1 mm or less, which is strong enough to be used as a single plate of a certain size. You can get it.

本発明に係る固体電解質型燃料電池の電解質用薄板に用
いられるジルコニアとしては、イツトリア、カルシア、
マグネシア−またはセリアで安定化または部分安定化し
たジルコニアを用いることができる。また、絶縁板には
アルミナ等が好ましい。
Examples of zirconia used in the electrolyte thin plate of the solid oxide fuel cell according to the present invention include ittria, calcia,
Zirconia stabilized or partially stabilized with magnesia or ceria can be used. Further, alumina or the like is preferable for the insulating plate.

なお、グリーンシートの段重において外部からガスを導
入するスルーホールおよび外部にガスを排出するスルー
ホールにセラミックスチューブを差込み、焼成して封止
すればガスの供給排出用ノズルを容易に形成でき便宜で
ある。
In addition, by inserting ceramic tubes into the through holes for introducing gas from the outside and the through holes for discharging gas to the outside in the stack of green sheets, and firing and sealing them, a nozzle for supplying and discharging gas can be easily formed. It is.

次に、図面を用いて本発明に係る固体電解質型燃料電池
の構成を詳しく説明する。
Next, the configuration of the solid oxide fuel cell according to the present invention will be explained in detail using the drawings.

第1図は、本発明に係る固体電解質型燃料電池の構成を
示す外観図である。同図は電解貿用グリーンシートと絶
縁板用グリーンシート、さらに上蓋および下蓋を積層す
る直前の状態を示している。なお、ここでは上下方向に
積層することとしているが、これは説明の便宜のためで
あフて、積層方向はどのような方向(例えば横方向等)
でもよい。
FIG. 1 is an external view showing the configuration of a solid oxide fuel cell according to the present invention. This figure shows the state immediately before laminating the electrolytic trade green sheet, the insulating board green sheet, and the upper and lower covers. Note that although the layers are stacked vertically in this example, this is for convenience of explanation, and the stacking direction may be any direction (for example, horizontal direction, etc.).
But that's fine.

同図において、1は上蓋となるグリーンシートであり、
酸素(空気)を取入れるスルーホール11と燃料を取入
れるスルーホール12が開けられている。2は絶縁板用
グリーンシートであり、酸素を導き入れるスルーホール
21、酸素室を形成するため打抜いた中空部23、酸素
をさらに下方の酸素室へと導くスルーホール24、燃料
を下方の燃料室に導くスルーホール22を有している。
In the figure, 1 is a green sheet that serves as the top lid;
A through hole 11 for introducing oxygen (air) and a through hole 12 for introducing fuel are opened. 2 is a green sheet for an insulating plate, which includes a through hole 21 for introducing oxygen, a hollow part 23 punched out to form an oxygen chamber, a through hole 24 for guiding oxygen further to the oxygen chamber below, and a through hole 24 for introducing oxygen into the oxygen chamber below. It has a through hole 22 leading to the chamber.

上蓋となるグリーンシート1および絶縁板用グリーンシ
ート2は絶縁性でかつ酸素イオンを通さないセラミック
スのグリーンシートである。3は安定化または部分安定
化したジルコニアからなる電解質用グリーンシートであ
り、燃料を通すスルーホール31、酸素を通すスルーホ
ール32が開けられている。後述するように、この電解
買出グリーンシート3の上面(グリーンシート2の側)
には酸素極が、下面(グリーンシート4の側)には燃料
極が形成されている。
The green sheet 1 serving as the top cover and the green sheet 2 for the insulating plate are ceramic green sheets that are insulating and do not allow oxygen ions to pass through. 3 is an electrolyte green sheet made of stabilized or partially stabilized zirconia, and has through holes 31 through which fuel passes and through holes 32 through which oxygen passes. As described later, the upper surface of this electrolytic purchasing green sheet 3 (the side of the green sheet 2)
An oxygen electrode is formed on the bottom surface (green sheet 4 side), and a fuel electrode is formed on the bottom surface (the green sheet 4 side).

4はグリーンシート2と同様に製造される絶縁板用グリ
ーンシートであり、燃料を導き入れるスルーホール41
、燃料室となる中空部43、燃料をさらに下方の燃料室
へと導くスルーホール44、酸素を下方の酸素室へ導く
スルーホール42を有している。5はグリーンシート3
と同様のジルコニアからなる電解質用グリーンシートで
あり、酸素を通すスルーホール51、燃料を通すスルー
ホール52が開けられている。後述するように、このグ
リーンシート5の上面には燃料極が、下面には空気極が
形成されている。
4 is a green sheet for an insulating board manufactured in the same manner as green sheet 2, and has a through hole 41 for introducing fuel.
, a hollow portion 43 serving as a fuel chamber, a through hole 44 that leads fuel to the fuel chamber further below, and a through hole 42 that leads oxygen to the oxygen chamber below. 5 is green sheet 3
This is an electrolyte green sheet made of zirconia similar to the above, and has through holes 51 through which oxygen passes and through holes 52 through which fuel passes. As will be described later, a fuel electrode is formed on the upper surface of the green sheet 5, and an air electrode is formed on the lower surface.

6はグリーンシート2,4と同様に製造される絶縁板用
グリーンシートであり、酸素を導き入れるスルーホール
61、酸素室となる中空部63、酸素をさらに下方に通
すスルーホール64、燃料を下方の燃料室へ導くスルー
ホール62を有している。7はグリーンシート3.5と
同様のジルコニアからなる電解貿用グリーンシートであ
り、燃料を通すスルーホール71、酸素を通すスルーホ
ール72が開けられている。後述するように、このグリ
ーンシート7の上面には空気極が、下面には燃料極が形
成されている。
Reference numeral 6 designates an insulating green sheet manufactured in the same manner as the green sheets 2 and 4, which includes a through hole 61 for introducing oxygen, a hollow portion 63 that serves as an oxygen chamber, a through hole 64 for allowing oxygen to pass further downward, and a through hole 64 for passing fuel downward. It has a through hole 62 leading to the fuel chamber. 7 is an electrolytic green sheet made of zirconia similar to green sheet 3.5, and has through holes 71 for passing fuel and through holes 72 for passing oxygen. As will be described later, an air electrode is formed on the upper surface of this green sheet 7, and a fuel electrode is formed on the lower surface.

8はグリーンシート2.4.6と同様に製造される絶縁
板用グリーンシートであり、燃料を導き入れるスルーホ
ール81、燃料室となる中空部83、燃料をさらに下方
に通すスルーホール84、酸素を下方へ通すスルーホー
ル82を有している。9は下蓋となるグリーンシートで
あり、未反応の燃料や反応生成物(例えばH2O,Co
2等)を排出するスルーホール91、未反応の酸素等を
排出するスルーホール92が開けられている。
8 is an insulating green sheet manufactured in the same manner as green sheet 2.4.6, which includes a through hole 81 for introducing fuel, a hollow portion 83 that becomes a fuel chamber, a through hole 84 for allowing fuel to pass further downward, and an oxygen It has a through hole 82 through which it passes downward. 9 is a green sheet that serves as the lower lid, and contains unreacted fuel and reaction products (for example, H2O, Co
A through hole 91 for discharging oxygen (2, etc.) and a through hole 92 for discharging unreacted oxygen, etc. are opened.

第2図は、第1図の積層体の断面図である。ここでは、
第1図で図示しなかった電極類について図示している。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the laminate shown in FIG. 1. here,
Electrodes not shown in FIG. 1 are illustrated.

同図において、101〜107はインターコネクタであ
り、電子が外部へ導出される電池の負極を構成する。こ
のインターコネクタ101〜107に接続される電極は
燃料極34゜54.74である。一方、電池の正極を構
成するインターコネクタ111〜117は酸素極33゜
53.73に接続している。なお、同図では各単電池を
並列に接続するようインターコネクタを設けているが、
同様のインターコネクタを適当に配設して各単電池を直
列接続することも可能である。
In the figure, 101 to 107 are interconnectors, which constitute the negative electrode of the battery from which electrons are led out. The electrodes connected to these interconnectors 101-107 are fuel electrodes 34°54.74. On the other hand, interconnectors 111 to 117 constituting the positive electrode of the battery are connected to the oxygen electrode 33°53.73. In addition, in the same figure, an interconnector is provided to connect each cell battery in parallel, but
It is also possible to connect each cell in series by appropriately arranging similar interconnectors.

第3図(a)は上M1の上面図であり、同図(b)ハク
リーンシート2の上面図である。なお、これらのグリー
ンシートは正方形の形状に切出しているが、形状は特に
これに限らず、多層セル構造をなすように積層できれば
どのような形状でもよい。また、中空部23は、同図(
b)のように凹形に打抜いたものを図示しているが、こ
の形状も適宜変更することが可能である。
FIG. 3(a) is a top view of the upper M1, and FIG. 3(b) is a top view of the clean sheet 2. Although these green sheets are cut into a square shape, the shape is not limited to this and may be any shape as long as it can be laminated to form a multilayer cell structure. Moreover, the hollow part 23 is shown in the same figure (
Although a concave punch is shown as shown in b), this shape can also be changed as appropriate.

第3図(C)は電解質用グリーンシート3の上面図、同
図(d)はその下面図である。同図(C)において、斜
線部分が酸素極である電極33でありこの電極33はイ
ンターコネクタ113に接続されている。同様にグリー
ンシート3の下面においては、同図(d)の斜線部分が
燃料極である電極34であり、この電極34はインター
コネクタ103に接続されている。なお、第3図(al
〜(d)のA−A断面がそれぞれ第2図の該当部材の断
面として示されている。
FIG. 3(C) is a top view of the electrolyte green sheet 3, and FIG. 3(d) is a bottom view thereof. In the same figure (C), the shaded part is the electrode 33 which is an oxygen electrode, and this electrode 33 is connected to the interconnector 113. Similarly, on the lower surface of the green sheet 3, the shaded area in FIG. In addition, Fig. 3 (al
-A-A cross sections in (d) are shown as the cross sections of the corresponding members in FIG. 2, respectively.

第1.2図に示すようにこれらの部材を積層し各部材を
密着することにより、密閉された燃料室および酸素室が
形成され本発明に係る燃料電池が構成される。
As shown in FIG. 1.2, by stacking these members and closely adhering each member, a sealed fuel chamber and an oxygen chamber are formed, and the fuel cell according to the present invention is constructed.

[実施例] 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.

実施例1 グリーンシート、電極およびインターコネクタ(結線)
を以下のように準備し同時焼成することにより、前述し
た第1〜3図に示した構成の燃料電池を組立てた。
Example 1 Green sheet, electrode and interconnector (connection)
By preparing and simultaneously firing the following materials, a fuel cell having the configuration shown in FIGS. 1 to 3 described above was assembled.

■ まず、以下のように電解質用グリーンシート3.5
.7を準備した。
■ First, use the electrolyte green sheet 3.5 as shown below.
.. I prepared 7.

焼成して厚さ0.1mm以下となる電解質のグリーンシ
ートをドクターブレード法で成形した。
An electrolyte green sheet having a thickness of 0.1 mm or less after firing was formed by a doctor blade method.

電解質となるセラミックスとしてはイツトリア安定化ジ
ルコニアを使用した。このグリーンシートから100m
m角のシートを3枚切出した。
Ittria-stabilized zirconia was used as the electrolyte ceramic. 100m from this green sheet
Three m-square sheets were cut out.

これらのシートに適宜孔開けを行ない電解質用グリーン
シー1−3.5.7の基材を得た。すなわち、例えばグ
リーンシート3となる基材は、上記の100+nm角の
シートに第3図(C)。
These sheets were appropriately perforated to obtain a base material of Green Sea for Electrolyte 1-3.5.7. That is, for example, the base material that becomes the green sheet 3 is the above-mentioned 100+ nm square sheet as shown in FIG. 3(C).

(d)のようにインターコネクタ103,113用のス
ルーホールおよび燃料や酸素の通るスルーホール31.
32をプレス打抜きにて開ける。グリーンシート5.7
についても同様に第1.2図に示されたように孔開けを
行なう。
As shown in (d), through holes 31 for interconnectors 103 and 113 and through holes for fuel and oxygen.
32 is opened using a press punch. green sheet 5.7
Holes are similarly drilled as shown in Figure 1.2.

さらに、このように孔開けを行なったシートの一面に空
気極のペーストを、他面に燃料極のペーストを、スクリ
ーン印刷法で塗布した。同時にインターコネクタ用のス
ルーホールにもこれらのペーストを孔埋め印刷し、電極
とインターコネクタを一体的に形成した。燃料極用の印
刷ペーストはニッケルのジルコニアサーメットの粉末を
粒径50μm以下に粉砕し、セルロース系のバインダー
と混合して有機溶剤でペースト状にしたものである。ま
た、酸素極用の印刷ペーストは酸化物導電体の粉末を同
じように粒径50μm以下に粉砕し、セルロース系のバ
インダーと混合して有機溶剤でペースト状にしたもので
ある。
Further, an air electrode paste was applied to one side of the sheet with holes formed in this way, and a fuel electrode paste was applied to the other side by screen printing. At the same time, these pastes were printed to fill in the through-holes for the interconnectors, thereby forming the electrodes and interconnectors in one piece. The printing paste for the fuel electrode is made by pulverizing nickel zirconia cermet powder to a particle size of 50 μm or less, mixing it with a cellulose binder, and making it into a paste with an organic solvent. In addition, the printing paste for the oxygen electrode is made by similarly pulverizing the oxide conductor powder to a particle size of 50 μm or less, mixing it with a cellulose-based binder, and making it into a paste with an organic solvent.

■ 次に、絶縁板用グリーンシート2,4,6゜8を以
下のように準備した。
(2) Next, green sheets 2, 4, and 6°8 for insulating plates were prepared as follows.

燃料室および酸素室(空気室)となる密閉したチェンバ
ーを形成する絶縁板を得るため、アルミナのグリーンシ
ートをドクターブレード法で成形した。グリーンシート
の厚さは1 mmとした。このグリーンシートから10
0mm角の大きさのシートを4枚切出した。
A green sheet of alumina was formed using the doctor blade method to obtain the insulating plates that form the sealed chambers that serve as the fuel and oxygen chambers (air chambers). The thickness of the green sheet was 1 mm. 10 from this green sheet
Four sheets of 0 mm square size were cut out.

これらのシートに適宜孔開けを行ない絶縁板用グリーン
シート2,4,6.8の基材を得た。すなわち、例えば
グリーンシート2となる基材は、上記の100mm角の
シートに第3図(b)のようにインターコネクタ102
,112用のスルーホール、燃料や酸素の通るスルーホ
ール21,22.24およびスルーホール21.24と
連結する中空部23をプレス打抜きにて開ける。グリー
ンシート4,6.8についても同様に第1.2図に示さ
れたように孔開けを行なう。なお、中空部23を凹形と
したのは、チェンバー内にガスが荷渡るようにするため
であるが、形状はこれに限るものではない。
These sheets were appropriately perforated to obtain base materials for green sheets 2, 4, and 6.8 for insulating plates. That is, for example, the base material that becomes the green sheet 2 is the above-mentioned 100 mm square sheet with an interconnector 102 as shown in FIG. 3(b).
, 112, the through holes 21, 22.24 through which fuel and oxygen pass, and the hollow portion 23 connected to the through holes 21.24 are punched out by press punching. The green sheets 4, 6.8 are also perforated in the same manner as shown in FIG. 1.2. Note that the reason why the hollow portion 23 is formed into a concave shape is to allow gas to flow into the chamber, but the shape is not limited to this.

さらに、これらの絶縁体用グリーンシートのインターコ
ネクタ用のスルーホール部にインターコネクタとなる導
体ペーストを孔埋め印刷した。この導体ペーストはタン
グステンの粉末を粒径50μm以下に粉砕し、セルロー
ス系のバインダーと混合して有機溶剤でペースト状にし
たものである。タングステンの他にもペロブスカイト型
構造またはRed3型構造の酸化物が使用できる。
Furthermore, a conductive paste to be used as an interconnector was printed to fill in the through-hole portions of these insulator green sheets for interconnectors. This conductive paste is made by pulverizing tungsten powder to a particle size of 50 μm or less, mixing it with a cellulose binder, and making it into a paste with an organic solvent. In addition to tungsten, oxides having a perovskite structure or a Red3 structure can be used.

■ 次に、以下のように上蓋および下蓋を準備した。■Next, the upper lid and lower lid were prepared as follows.

セルの上蓋および下蓋となる絶縁厚板は■と同質のグリ
ーンシートで作成し、100mm角に切出した。これに
は、空気および燃料の出入口となるスルーホールをパン
チングマシーンで開けた。
The insulating thick plates serving as the upper and lower covers of the cell were made from green sheets of the same quality as those in ■, and were cut into 100 mm square pieces. For this purpose, a punching machine was used to open through holes for air and fuel inlets and outlets.

上蓋にはさらにインターコネクタ用のスルーホールを開
け■と同様にインターコネクタを形成した。
A through hole for an interconnector was further drilled in the upper lid, and an interconnector was formed in the same manner as in ①.

■ 以上のように孔加工および印刷した電解質用グリー
ンシート(その両面には電極も形成しである)3,5.
7および絶縁厚板用グリーンシート2,4,6.8を第
1.2図のように交互に積層し、さらに最上面および最
下面に上蓋、下蓋となるグリーンシート1.9を設置し
て10 kg/cm2以上で加圧密着した。
■ Electrolyte green sheet with holes cut and printed as described above (electrodes are also formed on both sides) 3, 5.
7 and green sheets 2, 4, and 6.8 for insulating thick plates are stacked alternately as shown in Fig. 1.2, and green sheets 1.9, which serve as upper and lower covers, are installed on the top and bottom surfaces. They were pressed into close contact at a pressure of 10 kg/cm2 or more.

■ 上M1と下蓋9のスルーホール11,12゜91.
92にセラミックスチューブを差込んだ。これは酸素(
空気)および燃料の出入ノズルとなる。
■Through holes 11, 12°91 in upper M1 and lower cover 9.
A ceramic tube was inserted into 92. This is oxygen (
Acts as an inlet/outlet nozzle for air) and fuel.

■ このように構成した積層グリーンシートを大気中で
1200℃以上の温度に30分以上加熱保持し、焼成し
た。上蓋と下蓋に差込んだチューブは、焼成によって周
囲のグリーンシートが収縮するためシールは完全となる
(2) The laminated green sheet thus constructed was heated and maintained at a temperature of 1200° C. or higher for 30 minutes or more in the atmosphere to be fired. When the tubes are inserted into the upper and lower lids, the surrounding green sheet shrinks during firing, creating a perfect seal.

以上■〜■の手順により多層セル構造の固体電解質型燃
料電池を得ることができた。
A solid oxide fuel cell with a multilayer cell structure could be obtained by the above steps (1) to (2).

なお、燃料極の原料としてはニッケルのジルコニアサー
メットを用いたが、他にもクロムもしくはコバルトのジ
ルコニアサーメット、酸化ニッケル、酸化セリウムと酸
化カルシウムの混合物、または酸化セリウムと酸化イツ
トリウムの混合物等を原料として、上記と同様にペース
ト状にしたものも用いることができる。
Although nickel zirconia cermet was used as the raw material for the fuel electrode, other raw materials such as chromium or cobalt zirconia cermet, nickel oxide, a mixture of cerium oxide and calcium oxide, or a mixture of cerium oxide and yttrium oxide, etc. , paste-like products can also be used in the same manner as above.

実施例2 次に、以下のように予め焼成したセラミックスを用いて
印刷により電極やインターコネクタ部を形成し、その後
これらの部材を接合および焼結密層することにより燃料
電池の組立てを行なりた。
Example 2 Next, electrodes and interconnector parts were formed by printing using pre-fired ceramics as shown below, and then these members were joined and sintered into dense layers to assemble a fuel cell. .

■ まず、前記実施例1と同様にして同じ材質を用いて
、グリーンシートを第1.2図の形状に切断加工および
孔開は加工した。そして、これらの部材を焼成して電解
質薄板と絶縁板を形成した。焼成は大気中で1200℃
以上の温度で30分以上加熱保持するという条件で行な
った。
(2) First, using the same material as in Example 1, a green sheet was cut into the shape shown in FIG. 1.2 and holes were punched. Then, these members were fired to form an electrolyte thin plate and an insulating plate. Firing at 1200℃ in the air
The test was carried out under the condition that the heating was maintained at the above temperature for 30 minutes or more.

■ この電解質に印刷法により電極を形成した。■ Electrodes were formed on this electrolyte by a printing method.

電極は印刷法の他に蒸着法等により形成しても良い。ま
た、インターコネクタ部となるスルーホール部には孔埋
め印刷し、各セル毎の結線を形成した。電極材は実施例
1と同じものを使用した。
The electrodes may be formed by a vapor deposition method or the like in addition to a printing method. In addition, the through-hole portions that will become the interconnector portions were filled in with printing to form connections for each cell. The same electrode material as in Example 1 was used.

同様に■で構成した絶縁板のインターコネクタとなるス
ルーホール部に同様の方法で孔埋め印刷した。
Similarly, through-hole portions that will become interconnectors of the insulating board constructed with (■) were filled in and printed in the same manner.

■ 上蓋および下蓋の形成は実施例1と同じ方法で行な
い、これらのグリーンシートのスルーホールにセラミッ
クスチューブを差込み、焼成した。
(2) The upper and lower lids were formed in the same manner as in Example 1, and ceramic tubes were inserted into the through holes of these green sheets and fired.

■ 以上のように準備した電解質薄板と絶縁板および上
蓋と下蓋を、各部材のシール部に接合剤を塗布し密着し
て加熱封止した。これにより電解質と絶縁体とが接合さ
れた。
(2) The thin electrolyte plate, insulating plate, upper cover, and lower cover prepared as described above were heat-sealed by applying a bonding agent to the sealing portions of each member and bringing them into close contact. This bonded the electrolyte and the insulator.

接合剤としては1000℃以上の融点を持つ酸化物を使
用できる。特に、接合性をよくするため、電解質および
絶縁体と同じ成分を含有する方がよい。例えば、絶縁体
がアルミナの場合、アルミナ、シリカ、マグネシア、イ
ツトリア系のものを接合剤として使用できる。ここでは
、アルミナ系の接合剤を使用している。
As the bonding agent, an oxide having a melting point of 1000° C. or higher can be used. In particular, in order to improve bondability, it is better to contain the same components as the electrolyte and the insulator. For example, if the insulator is alumina, alumina, silica, magnesia, and ittria can be used as the bonding agent. Here, an alumina-based bonding agent is used.

接合は上記接合剤をセルロース系、ビニール系のバイン
ダーと混合し、有機溶剤でペースト状にしたものを接合
面に塗布する方法を用いた。手塗りで十分であるが、封
止を完全にするように均一に塗布するには、例えばスク
リーン印刷法が好ましい。ここではスクリーン印刷法に
より塗布し、その後加圧(0,1にg/c+n” ) 
シて密着した。この接合は減圧(真空)下で行なうこと
が望ましい。
For bonding, a method was used in which the above bonding agent was mixed with a cellulose-based or vinyl-based binder, made into a paste with an organic solvent, and applied to the bonding surfaces. Although hand application is sufficient, for example, screen printing is preferred in order to apply uniformly to ensure complete sealing. Here, it is applied by screen printing method and then pressurized (0,1 g/c+n”)
It was in close contact. This bonding is desirably performed under reduced pressure (vacuum).

接合加熱の温度は、燃料電池の稼働温度以上で接合剤に
よって電解質、絶縁体が焼結密着する温度であればよい
。1000〜1400℃が一般的である。本実施例では
1200℃程度の温度で加熱した。
The temperature of the bonding heating may be any temperature that is higher than the operating temperature of the fuel cell and allows the electrolyte and the insulator to be sintered and adhered to each other by the bonding agent. The temperature is generally 1000 to 1400°C. In this example, heating was performed at a temperature of about 1200°C.

以上■〜■の工程により多層セル構造の固体電解質型燃
料電池を得ることができた。
Through the above steps (1) to (2), a solid oxide fuel cell with a multilayer cell structure could be obtained.

[発明の効果] 以上説明したように本発明は、ジルコニアの電解質薄板
と絶縁体としてのセラミックス厚板を交互に積層した多
層セル構造をなした燃料電池において、消費する燃料ガ
スや酸素を導入排出するための流路として電解質薄板お
よび絶縁体にスルーホールを形成しているので、以下の
ような効果を有する。
[Effects of the Invention] As explained above, the present invention provides a fuel cell having a multilayer cell structure in which zirconia electrolyte thin plates and ceramic thick plates as an insulator are alternately laminated. Through-holes are formed in the electrolyte thin plate and the insulator as flow paths for this purpose, so the following effects are achieved.

(1)電池の構造が簡単で組立てが容易である。(1) The battery has a simple structure and is easy to assemble.

(2)スルーホールにより燃料および酸素の燃料室およ
び酸素室への導入排出が速やかに行なわれることとなる
(2) Through the through holes, fuel and oxygen can be quickly introduced into and discharged from the fuel chamber and the oxygen chamber.

(3)製造の際にグリーンシートに孔加工する方法によ
れば、EVD法、CVD法または溶射等の大がかりな装
置を必要とせず低コストである。
(3) According to the method of forming holes in the green sheet during manufacturing, large-scale equipment such as EVD method, CVD method, thermal spraying, etc. is not required and the cost is low.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に係る固体電解質型燃料電池の一構成
例を示す外観図、 第2図は、第1図の固体電解質型燃料電池の断面図、 第3図は、第1図の固体電解質型燃料電池の上蓋、絶縁
板用グリーンシートおよび電解質用グリーンシートの上
面図および下面図である。 1:上蓋、 2.4,6.8:絶縁板用グリーンシート、3.5,7
:電解質用グリーンシート、9二下蓋、 23.63:酸素室となる中空部、 43.83:燃料室となる中空部、 33.53,73:酸素極、 34.54.74+燃料極、 101〜107:電池の負極となるインターコネクタ、 111〜117;電池の正極となるインターコネクタ。
FIG. 1 is an external view showing a configuration example of a solid oxide fuel cell according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the solid oxide fuel cell shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 2 is a top view and a bottom view of a solid oxide fuel cell top cover, an insulating plate green sheet, and an electrolyte green sheet. 1: Top lid, 2.4, 6.8: Green sheet for insulation board, 3.5, 7
: Green sheet for electrolyte, 92 lower lid, 23.63: Hollow part that becomes oxygen chamber, 43.83: Hollow part that becomes fuel chamber, 33.53, 73: Oxygen electrode, 34.54.74 + fuel electrode, 101-107: Interconnectors serving as negative electrodes of batteries; 111-117; Interconnectors serving as positive electrodes of batteries.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一面に燃料極を形成し他面には酸素極を形成した
ジルコニアの薄板と中空のセラミックス板とを交互に積
層し、密閉した燃料室と酸素室とを交互に有する多層セ
ル構造をなす固体電解質型燃料電池において、 上記燃料室に燃料ガスを導入するためのスルーホールと
、上記燃料室から未消費の燃料ガスおよび反応生成され
たガスを排出するためのスルーホールと、上記酸素室に
酸素を導入するためのスルーホールと、上記酸素室から
未消費の酸素を排出するためのスルーホールとを、上記
薄板および上記セラミックス板に形成することを特徴と
する固体電解質型燃料電池。
(1) A multilayer cell structure is created in which thin zirconia plates with a fuel electrode formed on one side and an oxygen electrode formed on the other side and hollow ceramic plates are alternately laminated to alternately have sealed fuel chambers and oxygen chambers. A solid oxide fuel cell comprising: a through hole for introducing fuel gas into the fuel chamber; a through hole for discharging unconsumed fuel gas and reaction-produced gas from the fuel chamber; and an oxygen chamber. A solid oxide fuel cell characterized in that a through hole for introducing oxygen into the oxygen chamber and a through hole for discharging unconsumed oxygen from the oxygen chamber are formed in the thin plate and the ceramic plate.
(2)前記スルーホールが、グリーンシートの段階にお
いて孔加工することにより形成される特許請求の範囲第
1項記載の固体電解質型燃料電池。
(2) The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the through hole is formed by hole processing in the green sheet stage.
(3)グリーンシートの段階において外部からガスを導
入するスルーホールおよび外部にガスを排出するスルー
ホールにセラミックスチューブを差込み、焼成して封止
したガスの供給排出用ノズルを含む特許請求の範囲第1
項記載の固体電解質型燃料電池。
(3) The claim includes a gas supply and discharge nozzle that is sealed by inserting a ceramic tube into a through hole for introducing gas from the outside and a through hole for discharging gas to the outside during the green sheet stage, and firing and sealing the tube. 1
The solid oxide fuel cell described in Section 1.
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