JPH04121966A - 円筒型固体電解質燃料電池の製造方法 - Google Patents
円筒型固体電解質燃料電池の製造方法Info
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- JPH04121966A JPH04121966A JP2239919A JP23991990A JPH04121966A JP H04121966 A JPH04121966 A JP H04121966A JP 2239919 A JP2239919 A JP 2239919A JP 23991990 A JP23991990 A JP 23991990A JP H04121966 A JPH04121966 A JP H04121966A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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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。
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〕
本発明は円筒型固体電解質燃料電池の製造方法に関する
。
。
従来の固体電解質燃料電池の構成を第３図、第４図によ
って説明する。第３図はその断面図であり、第４図は第
３図のＢ−Ｂ矢視図である。
って説明する。第３図はその断面図であり、第４図は第
３図のＢ−Ｂ矢視図である。
第３図、第４図において、１は空気極（−例としては、
ＬａＭｎ０＝のペロブスカイト型酸化物スラリの焼成膜
で、厚さは数百μｍである気体を通す多孔質膜があげら
れる） ２は電解質（−例としては、イツトリア安定
化ジルコニア：ＹＳｚの蒸着膜で、電気化学蒸着法、す
なわちＥＶＤ法、で作られた５０μｍ程度の気密膜）３
は燃料極（−例としてはＮｉＯとＺｒＤ。のサーメット
のスラリ焼成膜で厚さ数十μｍの多孔質膜）４はインコ
ネクタ（−例としてはＬａＣｒＯ３のＥＶＤ法による蒸
着膜で厚さ数十μｍの気密膜）５は基体管（−例として
はカルシア安定化ジルコニア：ＣＺＳで作られた直径１
３圓、長さ４００ｎｕｎ、厚さ１．６ ｍｍの多孔質セ
ラミックチューブ）である。
ＬａＭｎ０＝のペロブスカイト型酸化物スラリの焼成膜
で、厚さは数百μｍである気体を通す多孔質膜があげら
れる） ２は電解質（−例としては、イツトリア安定
化ジルコニア：ＹＳｚの蒸着膜で、電気化学蒸着法、す
なわちＥＶＤ法、で作られた５０μｍ程度の気密膜）３
は燃料極（−例としてはＮｉＯとＺｒＤ。のサーメット
のスラリ焼成膜で厚さ数十μｍの多孔質膜）４はインコ
ネクタ（−例としてはＬａＣｒＯ３のＥＶＤ法による蒸
着膜で厚さ数十μｍの気密膜）５は基体管（−例として
はカルシア安定化ジルコニア：ＣＺＳで作られた直径１
３圓、長さ４００ｎｕｎ、厚さ１．６ ｍｍの多孔質セ
ラミックチューブ）である。
約１．０００℃に保持された上記構成の固体電解質燃料
電池の管内外に、空気と８２． ＣＤの燃料を供給する
と、燃料極３でＨ，、ＣＯがＮｉの触媒作用によりイオ
ン化して電子を放つ。これにより燃料極３と空気極１と
の間に電位差が生じる。
電池の管内外に、空気と８２． ＣＤの燃料を供給する
と、燃料極３でＨ，、ＣＯがＮｉの触媒作用によりイオ
ン化して電子を放つ。これにより燃料極３と空気極１と
の間に電位差が生じる。
今、燃料極３と空気極１をインコネクタ４を介して外部
回路で連ぐと、燃料極３にたまった電子は外部回路とイ
ンコネクタ４を通って空気極１へ移動し、基体管５を通
ってきた空気中の酸素をイオン化する。イオン化した酸
素は酸素イオン導電性の電解質２を通って燃料極３へ移
動し水素イオンと結合して水蒸気となる。
回路で連ぐと、燃料極３にたまった電子は外部回路とイ
ンコネクタ４を通って空気極１へ移動し、基体管５を通
ってきた空気中の酸素をイオン化する。イオン化した酸
素は酸素イオン導電性の電解質２を通って燃料極３へ移
動し水素イオンと結合して水蒸気となる。
従来の技術では基体管を用いているので、製作可能な基
体管径に限界があり、あまり小さい径の燃料電池や酸素
センサーは製作できない。
体管径に限界があり、あまり小さい径の燃料電池や酸素
センサーは製作できない。
このため例えば容積当りの固体電解質燃料電池の発電量
は１４０ ＫＷ／ｍ３程度であり、大容量化した場合の
スペースが大きくなりすぎ、また基体管が空気の拡散抵
抗となるため電池出力が低下するという問題点がある。
は１４０ ＫＷ／ｍ３程度であり、大容量化した場合の
スペースが大きくなりすぎ、また基体管が空気の拡散抵
抗となるため電池出力が低下するという問題点がある。
本発明は上記技術水準に鑑み、直径が小さく、容積当り
の発電量の大きい円筒型固体電解質燃料電池の製造方法
を提供しようとするものである。
の発電量の大きい円筒型固体電解質燃料電池の製造方法
を提供しようとするものである。
口課題を解決するための手段〕
本発明は円管状固体電解質の内部；こ、粗粒と微粒とを
混練した無収縮性電極材スラリを充填させる工程と該円
管状固体電解質の外部に内部電極材の対極材となる粗粒
と微粒とを混練しｊこ無収縮性対極材スラリを所望の厚
さに塗布する工程とを、同時又は別々に行い、両スラ１
」をＡＩＪ々又は同時に乾燥させ、乾燥した内部電極材
を穿孔して所望厚さの内部電極材層を形成させた後、全
体を焼成することを特徴とする円筒型固体電解質燃料電
池の製造方法である。
混練した無収縮性電極材スラリを充填させる工程と該円
管状固体電解質の外部に内部電極材の対極材となる粗粒
と微粒とを混練しｊこ無収縮性対極材スラリを所望の厚
さに塗布する工程とを、同時又は別々に行い、両スラ１
」をＡＩＪ々又は同時に乾燥させ、乾燥した内部電極材
を穿孔して所望厚さの内部電極材層を形成させた後、全
体を焼成することを特徴とする円筒型固体電解質燃料電
池の製造方法である。
以下、本発明の円筒型固体電解質燃料電池の製造方法を
より具体的に説明する。
より具体的に説明する。
あらかじめ成形し焼成したイツトリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）の円管状固体電解質の内部に粒径分布を調整
して焼成時に収縮の生じない電極の無収縮スラリを充填
し、電解質円管の外部に、内部に充填した電極と対極を
ｔマす電極（内管側が燃料極であれば、外管側は空気極
）の無収縮スラリを塗付する。これを乾燥後、機械加工
により内管側電極に穴を明ける。このとき必要であれば
、内、外径を調整するために機械加工を行って仕上げる
。
（ＹＳＺ）の円管状固体電解質の内部に粒径分布を調整
して焼成時に収縮の生じない電極の無収縮スラリを充填
し、電解質円管の外部に、内部に充填した電極と対極を
ｔマす電極（内管側が燃料極であれば、外管側は空気極
）の無収縮スラリを塗付する。これを乾燥後、機械加工
により内管側電極に穴を明ける。このとき必要であれば
、内、外径を調整するために機械加工を行って仕上げる
。
電極の材料としては、空気極がＬａＳｒＭｎ０＋ 。
ＬａＣｒＯｓ 、 ＬａＣａＭｎＯ３などのペロブスカ
イト型酸化物が、燃料極がＮｉＯとＣＺＳのサーメット
や、ＮｉＯとＹＳＺのサーメットが考えられる。電極は
多孔質でかつ焼成時に収縮しないようにする必要があり
、これについては、粗粒（１〜１００μｍ）と微粒（０
，１〜１μｍ）を混合し、粗粒で骨格を作って焼成時の
収縮を防ぐようにする。
イト型酸化物が、燃料極がＮｉＯとＣＺＳのサーメット
や、ＮｉＯとＹＳＺのサーメットが考えられる。電極は
多孔質でかつ焼成時に収縮しないようにする必要があり
、これについては、粗粒（１〜１００μｍ）と微粒（０
，１〜１μｍ）を混合し、粗粒で骨格を作って焼成時の
収縮を防ぐようにする。
電極の焼成温度は電解質との反応を防ぐため１３００℃
以下とする。
以下とする。
以上、本発明の円筒型固体電解質燃料電池の製造方法の
一例を具体的に説明したが、内部電極材スラリの充填、
外部対極材スラリの塗布の順序、それぞれのスラリの乾
燥の順序などは任意に行い得る。
一例を具体的に説明したが、内部電極材スラリの充填、
外部対極材スラリの塗布の順序、それぞれのスラリの乾
燥の順序などは任意に行い得る。
あらかじめ成形し焼成したＹＳＺの円管状固体電解質は
石膏型による鋳込み法や、ドクターブレード法、押出し
法により、直径＝１０〜３ｍｍ、肉厚＝５゛００〜１０
０μｍ、長さ；１０〜１００ ｍｍ程度のものが製作可
能である。この円管状電解質に本発明の方法で電極を取
り付ければ空気極厚さ：３００〜５００μｍ、燃料極厚
さ＝１００μｍ程度の電池が製作可能である。
石膏型による鋳込み法や、ドクターブレード法、押出し
法により、直径＝１０〜３ｍｍ、肉厚＝５゛００〜１０
０μｍ、長さ；１０〜１００ ｍｍ程度のものが製作可
能である。この円管状電解質に本発明の方法で電極を取
り付ければ空気極厚さ：３００〜５００μｍ、燃料極厚
さ＝１００μｍ程度の電池が製作可能である。
このため直径５ ｍｍのセルを容易に製作でき、その場
合には従来の直径１５ｍｍのセルにくらべて容積当りの
発電量は３倍になり、直径３ ｍｍの電池を作れば５倍
となる。また基体管がないた狛空気の空気極への拡散が
容易で空気極電解質界面での酸素分圧が増加して電池出
力が増加する。
合には従来の直径１５ｍｍのセルにくらべて容積当りの
発電量は３倍になり、直径３ ｍｍの電池を作れば５倍
となる。また基体管がないた狛空気の空気極への拡散が
容易で空気極電解質界面での酸素分圧が増加して電池出
力が増加する。
以下、本発明の一実施例を第１図、第２図によって説明
する。第１図は本発明の一実施例の製造方法の各工程の
説明図であり、（ａ）は円管状固体電解質の製作工程、
ら）は空気極材料の充填、乾燥工程、（Ｃ）は空気極材
料の穿孔工程、（ｄ）は燃料極材料の塗布、乾燥工程、
（ｅ）は全体の焼成工程の説明図であり、第２図は第１
図の手順によって製作された円筒状固体電解質燃料電池
の断面図（第１図（ｄ）の■−■線断面図）である。
する。第１図は本発明の一実施例の製造方法の各工程の
説明図であり、（ａ）は円管状固体電解質の製作工程、
ら）は空気極材料の充填、乾燥工程、（Ｃ）は空気極材
料の穿孔工程、（ｄ）は燃料極材料の塗布、乾燥工程、
（ｅ）は全体の焼成工程の説明図であり、第２図は第１
図の手順によって製作された円筒状固体電解質燃料電池
の断面図（第１図（ｄ）の■−■線断面図）である。
まず、第１図（ａ）工程で鋳込み法あるいは押出し法に
よって、ＴＳＺで外径：５ｍｍ、肉厚さ；１００μｍの
薄肉円管状固体電解質２を成形し、１４００〜１５００
℃で焼成する。次に、（ｂ）工程で粗粒（４０μｍ）と
微粒（１μｍ）を混合し、バインダ、界面活性剤を加え
、粘度：数万ｃｐに調整したＬ ａ Ｓ ｒ Ｍ ｎ０
３の空気極１の無収縮性スラリを上記薄肉円管状固体電
解質２内に充填し乾燥する。この時、薄肉円管状固体電
解質２の片端部には充填スラリかはみ出すように充填す
る。これは燃料極：空気極の電気的接続を行うために薄
肉円管状固体電解質２内の電極は外にはみ出す必要があ
るからである。
よって、ＴＳＺで外径：５ｍｍ、肉厚さ；１００μｍの
薄肉円管状固体電解質２を成形し、１４００〜１５００
℃で焼成する。次に、（ｂ）工程で粗粒（４０μｍ）と
微粒（１μｍ）を混合し、バインダ、界面活性剤を加え
、粘度：数万ｃｐに調整したＬ ａ Ｓ ｒ Ｍ ｎ０
３の空気極１の無収縮性スラリを上記薄肉円管状固体電
解質２内に充填し乾燥する。この時、薄肉円管状固体電
解質２の片端部には充填スラリかはみ出すように充填す
る。これは燃料極：空気極の電気的接続を行うために薄
肉円管状固体電解質２内の電極は外にはみ出す必要があ
るからである。
次に、（Ｃ）工程で、乾燥した空気極１の層厚が５００
μｍになるように空気極材料を穿孔し、孔の内径を３．
８ ｍｍになるように加工する。その後、（６）工程で
ＹＳｚ粗粒（４０μｍ ）とＮｉＯ微粒（１μｍ）を混
合し、バインダ、界面活性剤を加え、粘度を数千ｃｐに
調整した燃料極３の無収縮性スラリを薄肉円管状固体電
解質２の外側に塗布、乾燥し、最後に、（ｅ）工程で全
体を１３００℃で焼成する。
μｍになるように空気極材料を穿孔し、孔の内径を３．
８ ｍｍになるように加工する。その後、（６）工程で
ＹＳｚ粗粒（４０μｍ ）とＮｉＯ微粒（１μｍ）を混
合し、バインダ、界面活性剤を加え、粘度を数千ｃｐに
調整した燃料極３の無収縮性スラリを薄肉円管状固体電
解質２の外側に塗布、乾燥し、最後に、（ｅ）工程で全
体を１３００℃で焼成する。
上記の工程を経て、第２図に示すような円筒型固体電解
質燃料電池が得られる。
質燃料電池が得られる。
上記の例は一例であり、空気極１と燃料極３を逆転させ
て目的の電池を製造することもできる。また、薄肉円管
状固体電解質２内への電極材料スラリの充填、同電解質
２の外側への対極材料スラリの塗布の順序及びそれらの
乾燥の順序は任意に変更しうる。
て目的の電池を製造することもできる。また、薄肉円管
状固体電解質２内への電極材料スラリの充填、同電解質
２の外側への対極材料スラリの塗布の順序及びそれらの
乾燥の順序は任意に変更しうる。
本発明により、基体管がない直径の小さい円筒型固体電
解質燃料電池を製作できるた杓、従来の技術にくらべて
、容積当りの発電量が著しく高められた同電池を容易に
製作することができる。
解質燃料電池を製作できるた杓、従来の技術にくらべて
、容積当りの発電量が著しく高められた同電池を容易に
製作することができる。
第１図は本発明の一実施例の円筒型固体電解質燃料電池
の製造方法の工程図、第２図は第１図の工程で得られた
円筒型固体電解質燃料電池の断面図、第３図は従来の円
筒型固体電解質燃料電池の断面図、第４図は第３図のＢ
−Ｂ矢視断面図である。
の製造方法の工程図、第２図は第１図の工程で得られた
円筒型固体電解質燃料電池の断面図、第３図は従来の円
筒型固体電解質燃料電池の断面図、第４図は第３図のＢ
−Ｂ矢視断面図である。
Claims (1)
- 円管状固体電解質の内部に、粗粒と微粒とを混練した無
収縮性電極材スラリを充填させる工程と該円管状固体電
解質の外部に内部電極材の対極材となる粗粒と微粒とを
混練した無収縮性対極材スラリを所望の厚さに塗布する
工程とを、同時又は別々に行い、両スラリを別々又は同
時に乾燥させ、乾燥した内部電極材を穿孔して所望厚さ
の内部電極材層を形成させた後、全体を焼成することを
特徴とする円筒型固体電解質燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2239919A JPH04121966A (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | 円筒型固体電解質燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2239919A JPH04121966A (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | 円筒型固体電解質燃料電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04121966A true JPH04121966A (ja) | 1992-04-22 |
Family
ID=17051801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2239919A Pending JPH04121966A (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | 円筒型固体電解質燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04121966A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999054946A1 (en) * | 1998-04-21 | 1999-10-28 | Toto Ltd. | Solid electrolyte fuel cell and method of producing the same |
-
1990
- 1990-09-12 JP JP2239919A patent/JPH04121966A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999054946A1 (en) * | 1998-04-21 | 1999-10-28 | Toto Ltd. | Solid electrolyte fuel cell and method of producing the same |
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