JPH03138866A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
- Publication number
- JPH03138866A JPH03138866A JP1275219A JP27521989A JPH03138866A JP H03138866 A JPH03138866 A JP H03138866A JP 1275219 A JP1275219 A JP 1275219A JP 27521989 A JP27521989 A JP 27521989A JP H03138866 A JPH03138866 A JP H03138866A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- porous substrate
- fuel cell
- solid electrolyte
- single cell
- pore diameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は多孔質基板上に単セルが積層形成される固体
電解質型燃料電池に係り、特に多孔質基ジルコニア等の
酸化物固体電解質を用いる燃料電池は、その作動温度が
８００〜１１００’ｃと高温であるため、発電効率が高
い上に触媒が不要であり、また電解質が固体であるため
取扱いが容易であるなどの特長を有し、第三世代の燃料
電池として期待されている。
電解質型燃料電池に係り、特に多孔質基ジルコニア等の
酸化物固体電解質を用いる燃料電池は、その作動温度が
８００〜１１００’ｃと高温であるため、発電効率が高
い上に触媒が不要であり、また電解質が固体であるため
取扱いが容易であるなどの特長を有し、第三世代の燃料
電池として期待されている。
しかしながら、固体電解質型燃料電池は、セラミックス
が主要な構成材料であるために、熱的に破損しやすく、
またガスの適切なシール方法がないため実現が困難であ
った。そのため、燃料電池として特殊な形状である円筒
型のものが考え出され、上記二つの問題を解決し、電池
の運転試験に成功しているが、電池単位体積あたりの発
電密度が低く経済的に有利なものが得られる見通しはま
だない。
が主要な構成材料であるために、熱的に破損しやすく、
またガスの適切なシール方法がないため実現が困難であ
った。そのため、燃料電池として特殊な形状である円筒
型のものが考え出され、上記二つの問題を解決し、電池
の運転試験に成功しているが、電池単位体積あたりの発
電密度が低く経済的に有利なものが得られる見通しはま
だない。
発電密度を高めるためには平板型にすることが必要であ
る。平板型の燃料電池には例えば第４図の分解斜視図に
示す構造のものが知られている。
る。平板型の燃料電池には例えば第４図の分解斜視図に
示す構造のものが知られている。
この型の燃料電池においては単セル１２（固体電解質ｖ
ｘ１２Ａと電極１２８．１２Ｃからなる）とセパレート
板１１とが交互に積層され、セパレート板の立体的に直
角交差した溝にはそれぞれ異なった反応ガスが流される
。
ｘ１２Ａと電極１２８．１２Ｃからなる）とセパレート
板１１とが交互に積層され、セパレート板の立体的に直
角交差した溝にはそれぞれ異なった反応ガスが流される
。
しかしながら上述のような従来の燃料電池においては単
セルは電池の特性上肉薄に製造されることがｄ・要でそ
のために単セルの機械的強度が充分でなく、積層に際し
て破損しやすいという問題があった。
セルは電池の特性上肉薄に製造されることがｄ・要でそ
のために単セルの機械的強度が充分でなく、積層に際し
て破損しやすいという問題があった。
そのために単セルを単独に形成するのではなく多孔質基
板等の支持体の上に単セルを積層形成する試みがなされ
るに至った。
板等の支持体の上に単セルを積層形成する試みがなされ
るに至った。
多孔質基板はその内部に有する空孔を介して反応ガスを
単セルに供給するため、運転下において反応ガス拡散が
電池反応の律速とならないよう反応ガスの拡散が充分に
大きいことが必要である。
単セルに供給するため、運転下において反応ガス拡散が
電池反応の律速とならないよう反応ガスの拡散が充分に
大きいことが必要である。
さらに多孔質基板は燃料電池が温度の昇降を伴うため熱
衝撃に耐える充分な機械的強度が必要である。現在、ア
ノードに接する多孔！基板にα−アルミナ、カソードに
接する多孔質基板にＬａＣｏＯｓを積層したカルシアド
ープのジルコニアが１．５−前後の空孔径で検討されて
いるが目的を達していない。
衝撃に耐える充分な機械的強度が必要である。現在、ア
ノードに接する多孔！基板にα−アルミナ、カソードに
接する多孔質基板にＬａＣｏＯｓを積層したカルシアド
ープのジルコニアが１．５−前後の空孔径で検討されて
いるが目的を達していない。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は多孔質
基板の空孔を制御することによりガス拡散性が良く、機
械的強度に優れる多孔質基板を有する固体電解質型燃料
電池を提供することにある。
基板の空孔を制御することによりガス拡散性が良く、機
械的強度に優れる多孔質基板を有する固体電解質型燃料
電池を提供することにある。
上述の目的はこの発明によれば、
１）単セルと、多孔質基板３、とを有し、単セルはアノ
ード２およびカソード４の両電極が固体電解質体ｌを挾
持してなり、多孔質基板上に形成されるものであり、 多孔質基板は内部に含まれる空孔の平均空孔径が２〜１
５ｊｒｍの範囲にあり、 ２）請求項１記載の発明において多孔質基板はその接す
る電極と同一の材料を用いて形成されるとすることによ
り達成される。
ード２およびカソード４の両電極が固体電解質体ｌを挾
持してなり、多孔質基板上に形成されるものであり、 多孔質基板は内部に含まれる空孔の平均空孔径が２〜１
５ｊｒｍの範囲にあり、 ２）請求項１記載の発明において多孔質基板はその接す
る電極と同一の材料を用いて形成されるとすることによ
り達成される。
平均空孔径が２μ以上あると、反応ガスの拡散性がよく
なる。平均空孔径が１５ｎ以下であると、熱衝撃に耐え
る機械的強度が得られる。電極と同一材料にすると電極
の割れがなくなる。
なる。平均空孔径が１５ｎ以下であると、熱衝撃に耐え
る機械的強度が得られる。電極と同一材料にすると電極
の割れがなくなる。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
第１図はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
を示す斜視図でＮｉＯとＹｌｏ、安定化ジルコニア（以
下ＹＳＺと省略する）からなる多孔質基板の上にＮｉＯ
とＹＳＺからなるアノード２．ＹＳＺである固体電解質
体ｌ、シランンストロンチウムマンガナイトＬａ （Ｓ
ｒ）ＭｎＯｓからなるカソード４、が積層形成される。
を示す斜視図でＮｉＯとＹｌｏ、安定化ジルコニア（以
下ＹＳＺと省略する）からなる多孔質基板の上にＮｉＯ
とＹＳＺからなるアノード２．ＹＳＺである固体電解質
体ｌ、シランンストロンチウムマンガナイトＬａ （Ｓ
ｒ）ＭｎＯｓからなるカソード４、が積層形成される。
またＬａ（Ｓｒ）Ｍｎ０３からなる多孔質基板５の上に
ランタンクロマイトＬａＣｒＯｓからなるセパレータ６
が積層形成される。
ランタンクロマイトＬａＣｒＯｓからなるセパレータ６
が積層形成される。
このような電池は次のようにして調製される。
アノ−とに接する多孔質基板としてＮｊＯとＹＳＺを２
＝１の重量比で秤量し、ボールミルで混合したあと大気
中で１４００°Ｃ，２ｈの条件で仮焼した。
＝１の重量比で秤量し、ボールミルで混合したあと大気
中で１４００°Ｃ，２ｈの条件で仮焼した。
仮焼後、ディスクミルで粉砕した。粉砕粉末にバインダ
としてポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール
を添加し、ボールミルで分散・混合した。混合した粉末
は０．５ｔ／ｃｄの圧力で成形して、１４２５’ｃで２
ｈ焼成し多孔質基板を得た。この多孔質基板の形状はφ
１２６＋ｇｍ Ｘ ２．６ｍ厚さで、空孔率は４６％、
平均空孔径は７．１μであった。この多孔質基板の上に
アノードとして多孔質基板と同−ｍ成のＮｉＯとＹＳＺ
を塗布法で形成し、さらにこの上に固体電解質層として
ｌＯ〜４４ｎの粒度範囲を持つＹＳＺを減圧プラズマ溶
射して１００．の緻密層を形成した。
としてポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール
を添加し、ボールミルで分散・混合した。混合した粉末
は０．５ｔ／ｃｄの圧力で成形して、１４２５’ｃで２
ｈ焼成し多孔質基板を得た。この多孔質基板の形状はφ
１２６＋ｇｍ Ｘ ２．６ｍ厚さで、空孔率は４６％、
平均空孔径は７．１μであった。この多孔質基板の上に
アノードとして多孔質基板と同−ｍ成のＮｉＯとＹＳＺ
を塗布法で形成し、さらにこの上に固体電解質層として
ｌＯ〜４４ｎの粒度範囲を持つＹＳＺを減圧プラズマ溶
射して１００．の緻密層を形成した。
一方カソードに接する多孔質基板材料としてはその出発
物質としてＬａ＊Ｏｓ、ＳｒＯ及びＭｎＯ３を用いた。
物質としてＬａ＊Ｏｓ、ＳｒＯ及びＭｎＯ３を用いた。
これをＬａ６．ｑｓｒ＊、 ＋ ＭｎＯ３となるよう秤
量、混合し大気中１２００°Ｃで４ｈ仮焼した。得られ
た粉末はペロブスカイト型構造であることをＸ線回折で
確認した。これをフルイで分級して４４〜７４−の粒子
を得、メチルセルロースをバインダとして添加してから
成形した。成形体は大気中、 １３００で１ｈの条件で
焼成した。この焼成体の空孔率は３８％、平均空孔径は
９．３ｎであった。この多孔質基板にセパレータとして
ＣａをドープしたＬａＣｒＯｓ層を減圧プラズマ溶射で
形成した。
量、混合し大気中１２００°Ｃで４ｈ仮焼した。得られ
た粉末はペロブスカイト型構造であることをＸ線回折で
確認した。これをフルイで分級して４４〜７４−の粒子
を得、メチルセルロースをバインダとして添加してから
成形した。成形体は大気中、 １３００で１ｈの条件で
焼成した。この焼成体の空孔率は３８％、平均空孔径は
９．３ｎであった。この多孔質基板にセパレータとして
ＣａをドープしたＬａＣｒＯｓ層を減圧プラズマ溶射で
形成した。
前記の工程で得られた各コンポーネントを積層してから
、以下の条件で単セル試験を行った。
、以下の条件で単セル試験を行った。
運転温度 ： １０００°Ｃ
アノードガス：Ｈｌ、３７°ＣｊＪＤ ｆｌＡ 、ガス
利用率５０％カソードガス：空気、ガス利用率３０％負
荷電流 ：０，５Ａ／ｄ 電極有効面積：１００ｃｄ 上記の条件では０．５Ａ／ｄの、電流密度において０．
６１Ｖの電池出力が得られ、かつ割れなどのトラブル発
生は皆無であった。
利用率５０％カソードガス：空気、ガス利用率３０％負
荷電流 ：０，５Ａ／ｄ 電極有効面積：１００ｃｄ 上記の条件では０．５Ａ／ｄの、電流密度において０．
６１Ｖの電池出力が得られ、かつ割れなどのトラブル発
生は皆無であった。
第２図はこの発明の実施例に係る多孔質基板の平均空孔
径と単セル電圧との関係を示す線図である。実験条件は
第１図の単セル試験の場合と同一である。アノードまた
はカソードと接する多孔質基板の平均空孔径が２μ以上
のときに単セル電圧が約０．６ｖで良好であることがわ
かる。しかしながら平均空孔径が１５ｎを越えるときは
多孔質基板の機械的強度が弱くなり、熱衝撃による割れ
が多発する。また電極が積層形成される多孔質基板と電
極の材料とが一致しているときは、熱衝撃による電極の
破損が防止され信幀性の高い燃料電池が得られる。
径と単セル電圧との関係を示す線図である。実験条件は
第１図の単セル試験の場合と同一である。アノードまた
はカソードと接する多孔質基板の平均空孔径が２μ以上
のときに単セル電圧が約０．６ｖで良好であることがわ
かる。しかしながら平均空孔径が１５ｎを越えるときは
多孔質基板の機械的強度が弱くなり、熱衝撃による割れ
が多発する。また電極が積層形成される多孔質基板と電
極の材料とが一致しているときは、熱衝撃による電極の
破損が防止され信幀性の高い燃料電池が得られる。
この発明によれば
１）単セルと、多孔質基板、とを有し、単セルはアノー
ドおよびカソードの両電極が固体電解質体を挾持してな
り、多孔質基板上に形成されるものであり、 多孔質基板は内部に含まれる空孔の平均空孔径が２〜１
５Ｉ３の範囲にある、ので高電流密度においてもガス拡
散のおくれがなく良好な電池電圧が得られるとともに、
熱衝撃による多孔質基板の割れがなるなる。また ２）多孔質基板はその接する電極と同一の材料を用いて
形成されるので、電池の作動時に熱膨張率差による電極
の破損がなくなる。
ドおよびカソードの両電極が固体電解質体を挾持してな
り、多孔質基板上に形成されるものであり、 多孔質基板は内部に含まれる空孔の平均空孔径が２〜１
５Ｉ３の範囲にある、ので高電流密度においてもガス拡
散のおくれがなく良好な電池電圧が得られるとともに、
熱衝撃による多孔質基板の割れがなるなる。また ２）多孔質基板はその接する電極と同一の材料を用いて
形成されるので、電池の作動時に熱膨張率差による電極
の破損がなくなる。
このようにして特性と信顧性に優れる固体電解質型燃料
電池が得られる。
電池が得られる。
第１図はこの発明の実施例に係る燃料電池を示す分解斜
視図、第２図はこの発明の実施例に係る燃料電池単セル
電圧の多孔質基板平均空孔径依存性を示す線図、第３図
は従来の固体電解質型燃料電池を示す分解斜視図である
。 １：固体電解質体、２ニアノード、３：多孔質基板、４
：カソード、５：多孔質基板、６：セパＩｌ１図 １０ ５ ０
視図、第２図はこの発明の実施例に係る燃料電池単セル
電圧の多孔質基板平均空孔径依存性を示す線図、第３図
は従来の固体電解質型燃料電池を示す分解斜視図である
。 １：固体電解質体、２ニアノード、３：多孔質基板、４
：カソード、５：多孔質基板、６：セパＩｌ１図 １０ ５ ０
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）単セルと、多孔質基板、とを有し、 単セルはアノードおよびカソードの両電極が固体電解質
体を挾持してなり、多孔質基板上に形成されるものであ
り、 多孔質基板は内部に含まれる空孔の平均空孔径が２〜１
５μｍの範囲にある、ことを特徴とする固体電解質型燃
料電池。 ２）多孔質基板はその接する電極と同一の材料を用いて
形成されることを特徴とする請求項１記載の固体電解質
型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1275219A JPH03138866A (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1275219A JPH03138866A (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03138866A true JPH03138866A (ja) | 1991-06-13 |
Family
ID=17552363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1275219A Pending JPH03138866A (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03138866A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111769296A (zh) * | 2019-03-27 | 2020-10-13 | 景德镇陶瓷大学 | 一种SOFC抗积碳Ni-YSZ阳极材料的制备方法 |
-
1989
- 1989-10-23 JP JP1275219A patent/JPH03138866A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111769296A (zh) * | 2019-03-27 | 2020-10-13 | 景德镇陶瓷大学 | 一种SOFC抗积碳Ni-YSZ阳极材料的制备方法 |
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