JPH02239568A - 固体電解質燃料電池の燃料極 - Google Patents
固体電解質燃料電池の燃料極Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は固体電解質燃料電池の燃科掻に関するものであ
る。
る。
（口）Ｏｌ：米の技術
固体電解質型燃科電８Ｉ！（以下ＳＯＦＧと云う）はリ
ン酸型及び溶融炭酸塩型につ・゛＜完全固体化した第三
世代の燃料電池として注目され、各分野で研究されてい
る。
ン酸型及び溶融炭酸塩型につ・゛＜完全固体化した第三
世代の燃料電池として注目され、各分野で研究されてい
る。
ＳＯＦＣは酸化物固体（一般にＹｔＯｓドープＺｒＯｔ
）内の酸素イオン伝導性を利用しているため電解質損失
の間組は完全に解消されると共に、作動温度が約１００
０℃の高温のため発電効率も従来型電池に比し高いとい
う利点がある。
）内の酸素イオン伝導性を利用しているため電解質損失
の間組は完全に解消されると共に、作動温度が約１００
０℃の高温のため発電効率も従来型電池に比し高いとい
う利点がある。
しかし高温で長期にわたり安定な博成材科の選定，ガス
シール法など数多くの問題をか・えていることも事実で
ある。特に燃料極では還元雰囲気中での反応によりシン
タリングが進行して気孔径や気孔率の低下をもたらすの
で、ニッケルもしくはニッケル合金粉末にＺｒＯ＊など
のセラミックス粒子を添加することにより長期運転中の
シンタリングを成程度抑制することができる。しかし従
来の方法は第４図の模式図に示すようセラミックが粒子
状に分散しているため、燃料極の固体電解質と接する界
面近傍で生成する水（スチーム）が親水性のセラミック
スを通じてガス側に除去することが困難となり、その結
果反応ガスの拡散性を損い電池特性の低下をもたらす。
シール法など数多くの問題をか・えていることも事実で
ある。特に燃料極では還元雰囲気中での反応によりシン
タリングが進行して気孔径や気孔率の低下をもたらすの
で、ニッケルもしくはニッケル合金粉末にＺｒＯ＊など
のセラミックス粒子を添加することにより長期運転中の
シンタリングを成程度抑制することができる。しかし従
来の方法は第４図の模式図に示すようセラミックが粒子
状に分散しているため、燃料極の固体電解質と接する界
面近傍で生成する水（スチーム）が親水性のセラミック
スを通じてガス側に除去することが困難となり、その結
果反応ガスの拡散性を損い電池特性の低下をもたらす。
特に高電流密度放電では生成水が多くなり、ＳＯＦＣの
最大特長である高率発電を長期に亘り行えないという問
題があった。
最大特長である高率発電を長期に亘り行えないという問
題があった。
（ハ）発明が解決しようとする課題
本発明はＳＯＦＣの燃料極での反応生成物である生成ス
チームを速かに反応域から除去することにより前記問題
点を解消するものである。
チームを速かに反応域から除去することにより前記問題
点を解消するものである。
（二）課題を解決するための手段
本発明燃料極はニッケルあるいはニッケル合金粉末材に
ａｘｉ長５〜３０μｍ，磯維径２〜５μｍのセラミック
スＩＭ雄を１０〜６０重量％添加して構成したものであ
る。
ａｘｉ長５〜３０μｍ，磯維径２〜５μｍのセラミック
スＩＭ雄を１０〜６０重量％添加して構成したものであ
る。
（ホ）作用
本発明では燃料極の長期使用においてシンタリングによ
り気孔率・気孔径が減少してもセラミックａｍを通じて
の反応生成水にもとづくスチームの除去経路が確保３れ
るので、生成水の停滞による電池特性の低下を抑制する
ことができる。
り気孔率・気孔径が減少してもセラミックａｍを通じて
の反応生成水にもとづくスチームの除去経路が確保３れ
るので、生成水の停滞による電池特性の低下を抑制する
ことができる。
（へ）実施例
第１図は本発明燃料極を備える単セルテスト電池を示す
。
。
固体電解質層（１）は８％イットリアで安定化したジル
コニアの焼成により厚み２００μｍの気体を通さない緻
密なペレットで構成される。この電解質層（１）の片面
にベロブス力イト型酸化物例えばＬａｏ， ＊Ｓｒｏ，
＋ＭｎＯｓ粉末とテレビン油を重量比１０／，で混合
したペーストを塗布し、空気中１１００℃で２４時間焼
き付けて厚み１００μｍの酸化剤極（２）を形成した。
コニアの焼成により厚み２００μｍの気体を通さない緻
密なペレットで構成される。この電解質層（１）の片面
にベロブス力イト型酸化物例えばＬａｏ， ＊Ｓｒｏ，
＋ＭｎＯｓ粉末とテレビン油を重量比１０／，で混合
したペーストを塗布し、空気中１１００℃で２４時間焼
き付けて厚み１００μｍの酸化剤極（２）を形成した。
ついで平均粒径２〜５μｍのニッケル粒子と、繊！Ｉ艮
１５μｍ１繊推径２〜３μｒｎのＺｒＯ．４ｌ維とを重
量比４：スで混合し、この混合物にテレビン油を重量比
ｌ１八で混入したペーストを電解質層（１）のもう一方
の面に塗布後、空気中８０℃、１時間熱処理し、半乾燥
状態で厚み１００μｍの燃科極（３）を形成した。この
燃料極（３）は第１図の如く単セルに組立て後所定の条
件にて１０００℃迄昇温し、その過程で電解質層に焼き
付けられる。
１５μｍ１繊推径２〜３μｒｎのＺｒＯ．４ｌ維とを重
量比４：スで混合し、この混合物にテレビン油を重量比
ｌ１八で混入したペーストを電解質層（１）のもう一方
の面に塗布後、空気中８０℃、１時間熱処理し、半乾燥
状態で厚み１００μｍの燃科極（３）を形成した。この
燃料極（３）は第１図の如く単セルに組立て後所定の条
件にて１０００℃迄昇温し、その過程で電解質層に焼き
付けられる。
第２図はこのようにして作成された燃料極（３）の漢式
的拡大断面図を示す。これを第４図に示す従来の燃科極
と比較すれば、ニッケル粒子（白丸）に対する粒子状セ
ラミックスと繊維状セラミックス（いずれも斜線）の微
細構造差は明瞭である。
的拡大断面図を示す。これを第４図に示す従来の燃科極
と比較すれば、ニッケル粒子（白丸）に対する粒子状セ
ラミックスと繊維状セラミックス（いずれも斜線）の微
細構造差は明瞭である。
テストセルは一対のセラミックスチューブ（４）（５）
間で夫々ガラスリング（６）を介してシールされ、燃料
極（３）にＨ，ガスを、酸化剤極（２）に０，ガスを供
給し、５ ０ ０ ｍ Ａ ／ｃｘｎ”″′Ｃ運転され
た。
間で夫々ガラスリング（６）を介してシールされ、燃料
極（３）にＨ，ガスを、酸化剤極（２）に０，ガスを供
給し、５ ０ ０ ｍ Ａ ／ｃｘｎ”″′Ｃ運転され
た。
この場合の特性を第３図に示した。（実線）比較のため
従来の燃料極を用いる他は本実施例と同様のセルについ
てもテストした。（点線）この第３図から初期において
特性差は見られないが、５００時間経過後徐々に差があ
らわれ、８００時間経過では本発明セルの特性が萱しく
すぐれていることがわかる。
従来の燃料極を用いる他は本実施例と同様のセルについ
てもテストした。（点線）この第３図から初期において
特性差は見られないが、５００時間経過後徐々に差があ
らわれ、８００時間経過では本発明セルの特性が萱しく
すぐれていることがわかる。
８００時間経過後運転を中止して、セルを分解したとこ
ろ、酸化剤極は余り変化していないのに対し、燃科極は
いづれもシンタリングが進行し、微細構造が変化してい
ることが確認された。
ろ、酸化剤極は余り変化していないのに対し、燃科極は
いづれもシンタリングが進行し、微細構造が変化してい
ることが確認された。
このことはシリタリング防止剤の混入比率が同じ場合セ
ラミックス粒子とセラミックス繊維とは同等であること
を示しているが，前記のように電池特性に差が見られる
理由は次のように考えられる。すなわち比較例ではセラ
ミックス粒子が分散して掻の厚み方向のつながりがすく
ないため５００ ｒｎ Ａ ／ ａｍ ”という高電流
密度放電で多量に生成するスチームの除去が充分に行え
ず、Ｈ，ガスの内部への拡散が阻害されるに対し、本発
明では親水性のあるセラミ・ソクスが粒子状でなく、繊
維状であるため、互にからまって極板厚み方向への生成
スチームの除去経路が確保され電池特性の低下を抑える
ものと考えられる。
ラミックス粒子とセラミックス繊維とは同等であること
を示しているが，前記のように電池特性に差が見られる
理由は次のように考えられる。すなわち比較例ではセラ
ミックス粒子が分散して掻の厚み方向のつながりがすく
ないため５００ ｒｎ Ａ ／ ａｍ ”という高電流
密度放電で多量に生成するスチームの除去が充分に行え
ず、Ｈ，ガスの内部への拡散が阻害されるに対し、本発
明では親水性のあるセラミ・ソクスが粒子状でなく、繊
維状であるため、互にからまって極板厚み方向への生成
スチームの除去経路が確保され電池特性の低下を抑える
ものと考えられる。
本実施例ではＺｒ（Ｌ繊維の添加量は２０％としたが、
ｌＯ％以上５０％以下の範囲で使用可能である又繊Ｊ４
ｉ長は１５μｍのものを用いたが、燃料極の厚みとして
たかだか１００〜２００μｍであるから１０〜３０μｍ
が好ましく、繊維径は余り大きくなるとニッケル粒子間
の接触が阻害されるので５μｍ以下が好ましい。
ｌＯ％以上５０％以下の範囲で使用可能である又繊Ｊ４
ｉ長は１５μｍのものを用いたが、燃料極の厚みとして
たかだか１００〜２００μｍであるから１０〜３０μｍ
が好ましく、繊維径は余り大きくなるとニッケル粒子間
の接触が阻害されるので５μｍ以下が好ましい。
又セラミックス繊維として、ＺｒＯｔの他１０００℃以
上の耐熱性と親水性を有し、熱膨張率の小さい乙の例え
ば１〜Ｃ，０，・Ｓｉｆｔ・ＭｇＯ・ＣａＯなどの酸化
物系セラミックスも同様に使用できる。
上の耐熱性と親水性を有し、熱膨張率の小さい乙の例え
ば１〜Ｃ，０，・Ｓｉｆｔ・ＭｇＯ・ＣａＯなどの酸化
物系セラミックスも同様に使用できる。
（ト）発明の効果
本発明燃料極はニッケルあるいはニッケル合金粉末にセ
ラミックス繊維を添加したものであるから、たとえ長期
使用によるシンタリングで気孔率が減少しても親水性セ
ラミンクス繊維を通じての生成スチームの除去紅路が確
保され、生成スチームの停滞による電池特性の低下を抑
制することができる。
ラミックス繊維を添加したものであるから、たとえ長期
使用によるシンタリングで気孔率が減少しても親水性セ
ラミンクス繊維を通じての生成スチームの除去紅路が確
保され、生成スチームの停滞による電池特性の低下を抑
制することができる。
第１図は本発明燃料極を備える単セルテスト電池の概要
図、第２図は同上燃料極の模式的拡大断面図、第３図は
長期運転による！池特性比較図、第４図は従来の燃料極
を模式的に示す拡大断面図である。
図、第２図は同上燃料極の模式的拡大断面図、第３図は
長期運転による！池特性比較図、第４図は従来の燃料極
を模式的に示す拡大断面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 〔１〕ニッケルあるいはニッケル合金粉末材に繊維長１
０〜３０μｍ・繊維径２〜５μｍのセラミックス繊維を
１０〜５０重量％添加して構成されたことを特徴とする
固体電解質燃料電池の燃料極 〔２〕前記セラミックス繊維がＺｒＯ＿２・Ａｌ＿２Ｏ
＿３・ＳｉＯ＿２・ＭｇＯ・ＣａＯの少くとも一種であ
ることを特徴とする請求項１記載の固体電解質燃料電池
の燃料極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1059151A JPH02239568A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 固体電解質燃料電池の燃料極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1059151A JPH02239568A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 固体電解質燃料電池の燃料極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02239568A true JPH02239568A (ja) | 1990-09-21 |
Family
ID=13105061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1059151A Pending JPH02239568A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 固体電解質燃料電池の燃料極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02239568A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7632586B2 (en) * | 2002-01-09 | 2009-12-15 | Htceramix S.A. | Solid oxide fuel cell positive electrode—electrolyte—negative electrode |
| JP2017123240A (ja) * | 2016-01-06 | 2017-07-13 | 日本特殊陶業株式会社 | 電気化学反応単セル、インターコネクタ−電気化学反応単セル複合体、および、電気化学反応セルスタック |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63231876A (ja) * | 1987-03-19 | 1988-09-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池 |
| JPH01197971A (ja) * | 1988-02-01 | 1989-08-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 平板型固体電解質燃料電池 |
-
1989
- 1989-03-10 JP JP1059151A patent/JPH02239568A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63231876A (ja) * | 1987-03-19 | 1988-09-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池 |
| JPH01197971A (ja) * | 1988-02-01 | 1989-08-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 平板型固体電解質燃料電池 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7632586B2 (en) * | 2002-01-09 | 2009-12-15 | Htceramix S.A. | Solid oxide fuel cell positive electrode—electrolyte—negative electrode |
| JP2017123240A (ja) * | 2016-01-06 | 2017-07-13 | 日本特殊陶業株式会社 | 電気化学反応単セル、インターコネクタ−電気化学反応単セル複合体、および、電気化学反応セルスタック |
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