JPH0412456A - 高温型燃料電池 - Google Patents
高温型燃料電池Info
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- JPH0412456A JPH0412456A JP2110482A JP11048290A JPH0412456A JP H0412456 A JPH0412456 A JP H0412456A JP 2110482 A JP2110482 A JP 2110482A JP 11048290 A JP11048290 A JP 11048290A JP H0412456 A JPH0412456 A JP H0412456A
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- current collector
- gas
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- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0206—Metals or alloys
- H01M8/0208—Alloys
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- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0215—Glass; Ceramic materials
- H01M8/0217—Complex oxides, optionally doped, of the type AMO3, A being an alkaline earth metal or rare earth metal and M being a metal, e.g. perovskites
-
- 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
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- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0223—Composites
- H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
-
- H—ELECTRICITY
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- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- 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。
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〕
本発明は高温型燃料電池に係わり、特にカソードの集電
体との接触抵抗を低減し、電池出力を向上させる技術に
関する。
体との接触抵抗を低減し、電池出力を向上させる技術に
関する。
高温型燃料電池としては、米国ウエスチングハウス・エ
レクトリック社において既に５ｋＷ程度のパイロットプ
ラントが製造され、稼働しているが、これは円筒型とい
われるタイプで、電力密度が小さいため小型化しにくい
欠点がある。
レクトリック社において既に５ｋＷ程度のパイロットプ
ラントが製造され、稼働しているが、これは円筒型とい
われるタイプで、電力密度が小さいため小型化しにくい
欠点がある。
これに対して、平板型は１段あたりの厚みを小さくする
ことによって電力密度を上げることが可能であるという
特徴を有するが、ガス封止が難しいため、実証例は、少
ない。
ことによって電力密度を上げることが可能であるという
特徴を有するが、ガス封止が難しいため、実証例は、少
ない。
一般に電解質としては安定化もしくは部分安定化ジルコ
ニアが、カソードとしてはＬａ （Ｓｒ） ＭｎＯ３ま
たはＬａ （Ｓｒ） ＣＯＯ３が、アノードとしてはＮ
ｉ／ＺｒＯ２が用いられている。また集電体としては金
属又はＬａＣｒ０：＋が使用されている。
ニアが、カソードとしてはＬａ （Ｓｒ） ＭｎＯ３ま
たはＬａ （Ｓｒ） ＣＯＯ３が、アノードとしてはＮ
ｉ／ＺｒＯ２が用いられている。また集電体としては金
属又はＬａＣｒ０：＋が使用されている。
カソードとしては始めは白金などが用いられていたが、
酸素の解離反応に対する触媒活性が高く、電池性能が向
上することから、白金等に代えてペロブスカイト型酸化
物が多く用いられている。しかし、カソードとしてＬａ
（Ｓｒ） ＭｎＯ３またはＬａ （Ｓｒ） Ｃｏｄ３
などのペロブスカイト型酸化物を用いた場合、カソード
と集電体または電解質の接触抵抗、特にカソードと集電
体の接触抵抗が増大して、その分だけ出力が低下してい
る。
酸素の解離反応に対する触媒活性が高く、電池性能が向
上することから、白金等に代えてペロブスカイト型酸化
物が多く用いられている。しかし、カソードとしてＬａ
（Ｓｒ） ＭｎＯ３またはＬａ （Ｓｒ） Ｃｏｄ３
などのペロブスカイト型酸化物を用いた場合、カソード
と集電体または電解質の接触抵抗、特にカソードと集電
体の接触抵抗が増大して、その分だけ出力が低下してい
る。
本発明は、上記の課題を解決するために、高温型電解質
の１表面にカソードを形成し、カソードに対して集電体
を接触させた構造を有する高温型燃料電池において、カ
ソードがＬａ１−ｘｓｒＪＯｓ （式中、ＭはＭｎ、
Ｃｏ又はＮｉを表す）からなり、かつ電解質のカソード
に面する表面、カソードの集電体に面する表面及び／又
は集電体のカソードに面する表面にＣｏ、 ！ｎ、Ｓｎ
又はこれらの酸化物を存在せしめたことを特徴とする高
温型燃料電池を提供するものである。
の１表面にカソードを形成し、カソードに対して集電体
を接触させた構造を有する高温型燃料電池において、カ
ソードがＬａ１−ｘｓｒＪＯｓ （式中、ＭはＭｎ、
Ｃｏ又はＮｉを表す）からなり、かつ電解質のカソード
に面する表面、カソードの集電体に面する表面及び／又
は集電体のカソードに面する表面にＣｏ、 ！ｎ、Ｓｎ
又はこれらの酸化物を存在せしめたことを特徴とする高
温型燃料電池を提供するものである。
本発明テ用イルカソードはＬａ１−ｘｓｒＪＯ３（式中
、ＭはＭｎ、Ｃｏ又はＮｉを表す）である。Ｘの値は導
電率から０．０５〜０．５０であることが好ましい。
、ＭはＭｎ、Ｃｏ又はＮｉを表す）である。Ｘの値は導
電率から０．０５〜０．５０であることが好ましい。
集電体としては、耐還元性、耐熱性、耐酸化性、導電性
の材料であればよいが、ｌａ［：ｒＯ，、Ｃｒを含むＣ
ｏ系合金、Ｃｒを含むＮｉ基合金、金属Ｃｒなどが好ま
、シ＜用いられる。
の材料であればよいが、ｌａ［：ｒＯ，、Ｃｒを含むＣ
ｏ系合金、Ｃｒを含むＮｉ基合金、金属Ｃｒなどが好ま
、シ＜用いられる。
Ｃｏ、Ｉｎ、Ｓｎは高温型燃料電池の使用温度では酸化
物になっていると考えられるが、これらの酸化物は１０
００℃の温度下でＩＯ３／ｃｍ以上の高い電導度を有し
ているので、本発明の目的において好ましく用いること
が、できる。
物になっていると考えられるが、これらの酸化物は１０
００℃の温度下でＩＯ３／ｃｍ以上の高い電導度を有し
ているので、本発明の目的において好ましく用いること
が、できる。
Ｃｏ、Ｉｎ、Ｓｎ又はこれらの酸化物を電解質表面、カ
ソード表面、あるいは集電体表面に適用する方法として
は、スパッタリング、電子ビーム蒸着、等によることが
できる。なお、Ｃｏ、 Ｉ ｎ、 Ｓｎ又はこれらの酸
化物を適用する集電体表面はカソードと接触しない表面
でも有効である。高温型燃料電池の使用時の高温でＣｏ
、Ｉｎ、Ｓｎ又はこれらの酸化物の一部が拡散して集電
体とカソードの界面に移動するからである。
ソード表面、あるいは集電体表面に適用する方法として
は、スパッタリング、電子ビーム蒸着、等によることが
できる。なお、Ｃｏ、 Ｉ ｎ、 Ｓｎ又はこれらの酸
化物を適用する集電体表面はカソードと接触しない表面
でも有効である。高温型燃料電池の使用時の高温でＣｏ
、Ｉｎ、Ｓｎ又はこれらの酸化物の一部が拡散して集電
体とカソードの界面に移動するからである。
Ｃｏ、Ｉｎ、Ｓｎ又はこれらの酸化物の適用量は、カソ
ードと集電体あるいは電解質の界面に層を形成する必要
はなく、存在する程度に接触抵抗低減の効果がある。上
限は、カソードとしてのＬａ、−１１Ｓｒｌ１ＭＯ３の
特性を阻害しない程度であればよい。
ードと集電体あるいは電解質の界面に層を形成する必要
はなく、存在する程度に接触抵抗低減の効果がある。上
限は、カソードとしてのＬａ、−１１Ｓｒｌ１ＭＯ３の
特性を阻害しない程度であればよい。
Ｃｏ、 Ｉ ｎ、 Ｓｎ又はこれらの酸化物が電解質／
カソード界面、及びカソード／集電体界面に存在するこ
とにより、カソードのこれら界面での接触抵抗が減少し
、燃料電池の出力が向上する。
カソード界面、及びカソード／集電体界面に存在するこ
とにより、カソードのこれら界面での接触抵抗が減少し
、燃料電池の出力が向上する。
第１図の集合様式に従い固体電解質型燃料電池を製作し
た。固体電解質板１１にはイツトリアを３モルパーセン
ト添加したジルコニアである部分安定化ジルコニアの寸
法５０ Ｘ５０ Ｘ ０．２ ｍｍの板状物を用いた。
た。固体電解質板１１にはイツトリアを３モルパーセン
ト添加したジルコニアである部分安定化ジルコニアの寸
法５０ Ｘ５０ Ｘ ０．２ ｍｍの板状物を用いた。
酸素通路側にＬａｏ、、５ｒ００．Ｍｎ０１粉末（平均
粒径約５−）を有機系バインダーに分散し、厚さ０．１
〜０．５ ｍｍに塗布してカソード１２とし、水素通路
側にＮｉ／ＺｒＯ□（９／１重量比）のサーノ・ノド混
合粉末を有機系バインダーに分散し、厚さ０．１〜０、
５ ｍｍに塗布してアノード１３とした。集電体１４は
Ｃｏ系合金の寸法５０ Ｘ５０ Ｘ ５ ｍｍの平板に
ガス流路として深さ１．０ｆｆ１１１］の溝を設けたも
のをそのまま、またはカソードとの接触面にＣＯ皮膜を
電子ビーム蒸着によって被覆して用いた。
粒径約５−）を有機系バインダーに分散し、厚さ０．１
〜０．５ ｍｍに塗布してカソード１２とし、水素通路
側にＮｉ／ＺｒＯ□（９／１重量比）のサーノ・ノド混
合粉末を有機系バインダーに分散し、厚さ０．１〜０、
５ ｍｍに塗布してアノード１３とした。集電体１４は
Ｃｏ系合金の寸法５０ Ｘ５０ Ｘ ５ ｍｍの平板に
ガス流路として深さ１．０ｆｆ１１１］の溝を設けたも
のをそのまま、またはカソードとの接触面にＣＯ皮膜を
電子ビーム蒸着によって被覆して用いた。
この固体電解質板１１と集電体１４を第１図の如く積層
し、固体電解質板１１と集電体１４の間に軟化点が約８
００℃のガラスペーストを塗布してガス封止用とした。
し、固体電解質板１１と集電体１４の間に軟化点が約８
００℃のガラスペーストを塗布してガス封止用とした。
このガラスペーストは電池の作動温度１０００℃で軟化
してガスを封止する。
してガスを封止する。
こうして集積した電池に第２図に示した円筒状のアルミ
ナ製マニホールド２２を取り付けた。マニホールド２２
と電池本体２１との接触部分はセラミックペーストを塗
布乾、燻して接合した後、さらにガラスペーストを塗布
してガス封止した。電気の取り出し部には白金リード線
を溶接し、電気的に接続した。第２図中、２３は水素入
口、２４は未反応水素出口、２５は酸素人口、２６は未
反応酸素出口である。
ナ製マニホールド２２を取り付けた。マニホールド２２
と電池本体２１との接触部分はセラミックペーストを塗
布乾、燻して接合した後、さらにガラスペーストを塗布
してガス封止した。電気の取り出し部には白金リード線
を溶接し、電気的に接続した。第２図中、２３は水素入
口、２４は未反応水素出口、２５は酸素人口、２６は未
反応酸素出口である。
このようにして作製した燃料電池を加熱した。
室温から１５０℃までは１℃／ｍ ｉ ｎで加熱し、ガ
ラスペーストの溶媒を蒸発させた。１５０℃〜３００℃
までは５℃／ ｍ ｉ ｎで昇温した。３００℃以上で
は水素通路側には、アノードの酸化を防止する為、窒素
ガスを流し、５℃／ｍ ｉ ｎで１０００℃まで昇温し
た。
ラスペーストの溶媒を蒸発させた。１５０℃〜３００℃
までは５℃／ ｍ ｉ ｎで昇温した。３００℃以上で
は水素通路側には、アノードの酸化を防止する為、窒素
ガスを流し、５℃／ｍ ｉ ｎで１０００℃まで昇温し
た。
その後、１０００℃に保存してアノード側に水素、カソ
ード側に酸素を流し、発電を開始した。開放電圧はいず
れの場合も１．２５Ｖでガスクロスリークは水素の０．
５％以下であった。
ード側に酸素を流し、発電を開始した。開放電圧はいず
れの場合も１．２５Ｖでガスクロスリークは水素の０．
５％以下であった。
カソードにＬａｏ、９Ｓｒｏ０．ＭｎＯ３粉末（平均粒
径約５角）を用い、集電体にＣＯ系会合金製ものをその
まま用いた場合の放電特性を次に示す。
径約５角）を用い、集電体にＣＯ系会合金製ものをその
まま用いた場合の放電特性を次に示す。
次に、カソード側集電体１４に電子ビーム蒸着によりＣ
Ｏ被被覆施した場合の放電特性を以下に示す。
Ｏ被被覆施した場合の放電特性を以下に示す。
オーミック抵抗は５０ｍΩであった。
また、カソードにＣＯペーストを塗布した場合の放電特
性を以下に示す。
性を以下に示す。
この電池のオーミック抵抗はカレントインターラブター
法によると９０ｍΩであった。
法によると９０ｍΩであった。
オーミック抵抗は同様に５０ｍΩであった。このカソー
ドのＸ線回折パターンを調べたところ、第３図のように
Ｌａ （Ｓｒ） ＭｎＯ３とＣＯＯ化物が認められ、金
属ＣＯは見られなかった。
ドのＸ線回折パターンを調べたところ、第３図のように
Ｌａ （Ｓｒ） ＭｎＯ３とＣＯＯ化物が認められ、金
属ＣＯは見られなかった。
上記において、ＣＯに代えて、ＩｎやＳｎを用いた場合
にも同様の効果が得られた。
にも同様の効果が得られた。
本発明によれば、高温型燃料電池のカソードと集電体あ
るいは電解質の間の接触抵抗が低減し、電池出力が向上
する。
るいは電解質の間の接触抵抗が低減し、電池出力が向上
する。
第１図は平板型燃料電池の展開構成図、第２図は平板型
燃料電池にマニホールドを取りつけた様子を示す斜視図
、第３図は実施例のカソードのＸ線回折パターンである
。 １１・・・電解質、 １２・・・カソード、１３・
・・アノード、 １４，１５．１６・・・集電体、１
４ａ 、１４ｂ 、１５ｂ 、１６ａ−・・溝。 ○ 電池の集合様式 ％式％
燃料電池にマニホールドを取りつけた様子を示す斜視図
、第３図は実施例のカソードのＸ線回折パターンである
。 １１・・・電解質、 １２・・・カソード、１３・
・・アノード、 １４，１５．１６・・・集電体、１
４ａ 、１４ｂ 、１５ｂ 、１６ａ−・・溝。 ○ 電池の集合様式 ％式％
Claims (1)
- １、高温型電解質の１表面にカソードを形成し、カソー
ドに対して集電体を接触させた構造を有する高温型燃料
電池において、カソードがＬａ＿１＿−＿ｘＳｒ＿ｘＭ
Ｏ＿３（式中、ＭはＭｎ、Ｃｏ又はＮｉを表す）からな
り、かつ電解質のカソードに面する表面、カソードの集
電体に面する表面及び／又は集電体のカソードに面する
表面にＣｏ、Ｉｎ、Ｓｎ又はこれらの酸化物を存在せし
めたことを特徴とする高温型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2110482A JPH0412456A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 高温型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2110482A JPH0412456A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 高温型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0412456A true JPH0412456A (ja) | 1992-01-17 |
Family
ID=14536847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2110482A Pending JPH0412456A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 高温型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0412456A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001069704A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-09-20 | Ineos Chlor Limited | End plates and current collector plates for fuel cells |
| US6790554B2 (en) | 1998-10-08 | 2004-09-14 | Imperial Chemical Industries Plc | Fuel cells and fuel cell plates |
-
1990
- 1990-04-27 JP JP2110482A patent/JPH0412456A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6790554B2 (en) | 1998-10-08 | 2004-09-14 | Imperial Chemical Industries Plc | Fuel cells and fuel cell plates |
| WO2001069704A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-09-20 | Ineos Chlor Limited | End plates and current collector plates for fuel cells |
| EP1511105A1 (en) * | 2000-03-15 | 2005-03-02 | Ineos Chlor Enterprises Limited | End plates and current collector plates for fuel cells |
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