JPH04206269A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- JPH04206269A JPH04206269A JP2333347A JP33334790A JPH04206269A JP H04206269 A JPH04206269 A JP H04206269A JP 2333347 A JP2333347 A JP 2333347A JP 33334790 A JP33334790 A JP 33334790A JP H04206269 A JPH04206269 A JP H04206269A
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- JP
- Japan
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- air electrode
- solid electrolyte
- air
- electrode
- fuel cell
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- 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
- Inert Electrodes (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
この発明は固体電解質を介して酸化還元反応を生じさせ
ることにより起電力を得る燃料電池に関するものである
。
ることにより起電力を得る燃料電池に関するものである
。
従来の技術
この種の燃料電池の一例を第５図に概略図として示す。
すなわち符号１は支持管であって、アルミナ（Ａ１２ｏ
３）などの粉末材料からなる焼結体であり、その外周に
空気電極２および固体電解質３が順次積層して形成され
ており、さらにその外周に燃料電極４が形成されている
。この燃料電極４は一部切り欠いた状態になっており、
ここに空気電極２に導通したインターコネクタ５が突出
して設けられている。
３）などの粉末材料からなる焼結体であり、その外周に
空気電極２および固体電解質３が順次積層して形成され
ており、さらにその外周に燃料電極４が形成されている
。この燃料電極４は一部切り欠いた状態になっており、
ここに空気電極２に導通したインターコネクタ５が突出
して設けられている。
上記の空気電極２および燃料電極４のそれぞれは多孔構
造であって、空気電極２の内周側に酸素ガスもしくは空
気を流し、かつ燃料電極４の外周側に例えば水素ガスを
流すことにより、酸素イオンが固体電解質３を燃料電極
４側に透過して燃料電極４側で酸化還元反応が生じ、そ
れに伴う起電力を空気電極２および燃料電極４から外部
に取り出すことができる。
造であって、空気電極２の内周側に酸素ガスもしくは空
気を流し、かつ燃料電極４の外周側に例えば水素ガスを
流すことにより、酸素イオンが固体電解質３を燃料電極
４側に透過して燃料電極４側で酸化還元反応が生じ、そ
れに伴う起電力を空気電極２および燃料電極４から外部
に取り出すことができる。
したがって燃料電池では、固体電解質３の内周画および
外周面のそれぞれに空気もしくは酸素ガスおよび燃料ガ
スが充分供給されかつ拡散する必要があるが、上記の燃
料電池では、支持管１の外周面に空気電極２を形成する
とともに、その外周面に固体電解質３の層を形成してい
るから、空気もしくは酸素ガスは支持管１および空気電
極２を透過して固体電解質３の内周面に供給されること
になるので、その流動抵抗が大きく、空気もしくは酸素
ガスの供給が充分に行われずに発電効率が悪くなるおそ
れがあった。
外周面のそれぞれに空気もしくは酸素ガスおよび燃料ガ
スが充分供給されかつ拡散する必要があるが、上記の燃
料電池では、支持管１の外周面に空気電極２を形成する
とともに、その外周面に固体電解質３の層を形成してい
るから、空気もしくは酸素ガスは支持管１および空気電
極２を透過して固体電解質３の内周面に供給されること
になるので、その流動抵抗が大きく、空気もしくは酸素
ガスの供給が充分に行われずに発電効率が悪くなるおそ
れがあった。
また支持管１と空気電極２とは、その素材および構造が
、それぞれに要求される特性から自ずと異なっており、
しかも発電時には電池の全体が高温になるから、支持管
１と空気電極２との剥離やいずれかの亀裂などが生じる
おそれがあった。
、それぞれに要求される特性から自ずと異なっており、
しかも発電時には電池の全体が高温になるから、支持管
１と空気電極２との剥離やいずれかの亀裂などが生じる
おそれがあった。
そこで本出願人は、空気電極に支持管としての機能を付
与した燃料電池を開発した。これは、円筒状の空気電極
の肉厚をある程度厚くしてその剛性を高＜シ、その外周
面に固体電解質の層および燃料電極を順次形成した構造
であって、第５図に示す従来の燃料電池に比較して構成
要素が少ないから、上述したような問題は生じない。
与した燃料電池を開発した。これは、円筒状の空気電極
の肉厚をある程度厚くしてその剛性を高＜シ、その外周
面に固体電解質の層および燃料電極を順次形成した構造
であって、第５図に示す従来の燃料電池に比較して構成
要素が少ないから、上述したような問題は生じない。
発明が解決しようとする課題
しかるに空気電極は高温状態で酸化雰囲気に置かれるか
ら、耐酸化性に優れたものであることが必要であり、従
来一般には、ペロブスカイト型ランタン系複合酸化物の
粉末材料を焼結して形成することが好ましいとされてい
る。しかしながらこれを支持管として機能する程度の剛
性を有するよう形成する場合の特性については何等知ら
れていず、電池として実用に耐え得る空気電極を得るこ
とは甚だ困難であった。
ら、耐酸化性に優れたものであることが必要であり、従
来一般には、ペロブスカイト型ランタン系複合酸化物の
粉末材料を焼結して形成することが好ましいとされてい
る。しかしながらこれを支持管として機能する程度の剛
性を有するよう形成する場合の特性については何等知ら
れていず、電池として実用に耐え得る空気電極を得るこ
とは甚だ困難であった。
この発明は上記の事情を背景としてなされたもので、空
気電極が支持管を兼ねるよう構成した燃“ 料電池であ
って、充分な耐久性および発電効率を得ることのできる
燃料電池を提供することを目的とするものである。
気電極が支持管を兼ねるよう構成した燃“ 料電池であ
って、充分な耐久性および発電効率を得ることのできる
燃料電池を提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段
この発明は、上記の目的を達成するために、筒状の固体
電解質と、その内周もしくは外周に密着して設けられた
多孔質空気電極と、固体電解質の内周もしくは外周のう
ち空気電極とは反対側に密着して設けられた多孔質燃料
電極とからなる固体電解質型燃料電池であって、前記空
気電極が、ペロブスカイト型ランタン系複合酸化物から
なり、かつその導電率が５０ｓ／ａｍ以上、ガス透過係
数が１ 、 ＯＸ １０−’ｃｃ−ｃｎ／ ｓｅｃ（
ｇ／ａｌ） ・ｃｍ２以上、膨張係数が１０〜１２Ｘ
１０−６／Ｋ、平均気孔径が０．１〜５０μｍに設定さ
れていることを特徴とするのである。
電解質と、その内周もしくは外周に密着して設けられた
多孔質空気電極と、固体電解質の内周もしくは外周のう
ち空気電極とは反対側に密着して設けられた多孔質燃料
電極とからなる固体電解質型燃料電池であって、前記空
気電極が、ペロブスカイト型ランタン系複合酸化物から
なり、かつその導電率が５０ｓ／ａｍ以上、ガス透過係
数が１ 、 ＯＸ １０−’ｃｃ−ｃｎ／ ｓｅｃ（
ｇ／ａｌ） ・ｃｍ２以上、膨張係数が１０〜１２Ｘ
１０−６／Ｋ、平均気孔径が０．１〜５０μｍに設定さ
れていることを特徴とするのである。
作 用
この発明の燃料電池においても、空気電極と固体電解質
とが互いに密着しており、空気や酸素ガスは空気電極を
透過して固体電解質の表面に供給かつ拡散させられ、さ
らに空気電極が陽極となるが、導電率を上記の値以上に
設定しであるから、空気電極の内部での電圧降下を防ぐ
ことができ、またガス透過係数および平均気孔径のそれ
ぞれを上記の値に設定しであるから、固体電解質の表面
に空気もしくは酸素ガスを充分に供給して発電を行うこ
とができる。さらに膨張係数を上記の値の範囲に設定し
ているから、固体電解質からの剥離や亀裂の発生を防止
し、耐久性に優れたものとすることができる。
とが互いに密着しており、空気や酸素ガスは空気電極を
透過して固体電解質の表面に供給かつ拡散させられ、さ
らに空気電極が陽極となるが、導電率を上記の値以上に
設定しであるから、空気電極の内部での電圧降下を防ぐ
ことができ、またガス透過係数および平均気孔径のそれ
ぞれを上記の値に設定しであるから、固体電解質の表面
に空気もしくは酸素ガスを充分に供給して発電を行うこ
とができる。さらに膨張係数を上記の値の範囲に設定し
ているから、固体電解質からの剥離や亀裂の発生を防止
し、耐久性に優れたものとすることができる。
実 施 例
つぎにこの発明を実施例に基づいて説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示す模式的な斜視図であ
って、空気電極１０は比較的厚肉の円筒状に形成される
とともに、その内部が空気もしくは酸素ガスの流路とさ
れている。この空気電極１０の外周に固体電解質１１お
よび燃料電極１２が順次積層して形成されている。なお
、固体電解質１１および燃料電極１２は図に示すように
一部切り欠かれており、その切り欠いた部分に、空気電
極１０に導通しかつ固体電解質１１の外周側にわずか突
出するインターコネクタ１３が設けられている。そして
全体の外周側が水素ガスなどの燃料ガス流路とされてい
る。
って、空気電極１０は比較的厚肉の円筒状に形成される
とともに、その内部が空気もしくは酸素ガスの流路とさ
れている。この空気電極１０の外周に固体電解質１１お
よび燃料電極１２が順次積層して形成されている。なお
、固体電解質１１および燃料電極１２は図に示すように
一部切り欠かれており、その切り欠いた部分に、空気電
極１０に導通しかつ固体電解質１１の外周側にわずか突
出するインターコネクタ１３が設けられている。そして
全体の外周側が水素ガスなどの燃料ガス流路とされてい
る。
上述した構成の燃料電池のうち、空気電極１０はランタ
ンマンガナイトなどの下記の一般式で表されるペロブス
カイト型ランタン系複合酸化物を焼結して形成した多孔
質体である。
ンマンガナイトなどの下記の一般式で表されるペロブス
カイト型ランタン系複合酸化物を焼結して形成した多孔
質体である。
Ｌ！ Ｓｒ ＭｎＯ３−。
１！ ！
（ｘ−０〜０．５’、 ｙ ＝０〜０．５ ）また固体
電解質１１はイツトリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）も
しくはカルシア安定化ジルコニア（Ｃ８Ｚ）によって形
成されている。
電解質１１はイツトリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）も
しくはカルシア安定化ジルコニア（Ｃ８Ｚ）によって形
成されている。
さらに燃料電極１２およびインターコネクタ１３はニッ
ケルＮ１もしくはニッケルとジルコニアとの複合材（Ｎ
＋ ＋ Ｚ ｒ Ｏ２）によって形成されている。
ケルＮ１もしくはニッケルとジルコニアとの複合材（Ｎ
＋ ＋ Ｚ ｒ Ｏ２）によって形成されている。
そして上記の空気電極１．０は、導電率が５０ｓ／ａｎ
以上、ガス透過係数が１．０×１０−’ｃｃ−ｏｎ／ｓ
ｅｅ（ｇ／ａｌ） ・ｃｍ２以上、膨張係数が１０〜
１２×１０”６／Ｋ、平均気孔径が０．１〜５０μｌに
設定されている。
以上、ガス透過係数が１．０×１０−’ｃｃ−ｏｎ／ｓ
ｅｅ（ｇ／ａｌ） ・ｃｍ２以上、膨張係数が１０〜
１２×１０”６／Ｋ、平均気孔径が０．１〜５０μｌに
設定されている。
これらの値は本発明者等の実験に基づいて、実用に供し
得るものとして初めて、求められたものであり、その実
験の結果を下記の一覧表に示す。
得るものとして初めて、求められたものであり、その実
験の結果を下記の一覧表に示す。
（注）導電率：ｓ／ａｉ
ガス透過係数： ｃｅ−ａｍ／ｓｅｃ Ｉｔ／ａｌ）
・ｄ膨張係数：に−１ 平均気孔径二μＩ なお、上記の表に示す評価は、所定の電圧に対して予め
決めた値以上の電流密度が得られた否か、剥離や亀裂が
生じたか否かによって行った。
・ｄ膨張係数：に−１ 平均気孔径二μＩ なお、上記の表に示す評価は、所定の電圧に対して予め
決めた値以上の電流密度が得られた否か、剥離や亀裂が
生じたか否かによって行った。
以下具体的に説明する。
まず導電率について説明すると、表のＮＩＩＬｌ、
２゜３に示すように、ガス透過係数、膨張係数および平
均気孔径を同一にし、導電率を４Ｑｓ／ａ１１，５０ｓ
／ａｍ、１００ｓ／ａｍに変えたところ、第２図に示す
ように空気電極の導電率を４０ｓ／ａｍとした燃料電池
では、０．６ｖの電圧のとき電流密度は１５０ｍＡ／ａ
ｌＬかなく、これに対して導電率を５０ｓ／ｃｍとした
ときには電流密度が２１０ｍＡ／ｃｉとなり、さらに１
００Ｓ／ａ１１としたときには電流密度が３００ｍＡ／
ｃａｒとなった。これらの結果から、この発明では空気
電極の導電率を４Ｑｓ／ａ１１以上とした、 またガス透過係数については、表のｔｋ４．５゜６に示
すように、１．［ｌ Ｘ１ｌｌ’、 １．１１ Ｘ１
０’、 １．０Ｘ １０−４ （ｃｃ ・ａｎ ／ ｓ
ｅｅ （ｇ／ａｉ） ・ａｌ）に変え、他の条件を同
一にしたところ、第３図に示すように、１、 ＯＸ ｌ
Ｏ’ｉ ｃｅ ＊ ａｌ／ ｓｅｅ （ｇ／ａ／ｌ
・ａｌの場合には、電流密度が低すぎて実用に不向きで
あり、これに反して１．０ Ｘ １０−４ ｃｃ−ａｎ
／ ５ｅｃ（ｉ／ｃｄ） ・ａｌでは、０．６ｖの電
圧に対して２５０ｍＡ／ａＩｒの電流密度を得ることが
できた。これらの結果からこの発明では、ガス透過率を
１．０×１０°４ ｃｃ ａ ａｍ ／ ｓｅｃ （ｇ
／ａＩｒ）・−以上とした。
２゜３に示すように、ガス透過係数、膨張係数および平
均気孔径を同一にし、導電率を４Ｑｓ／ａ１１，５０ｓ
／ａｍ、１００ｓ／ａｍに変えたところ、第２図に示す
ように空気電極の導電率を４０ｓ／ａｍとした燃料電池
では、０．６ｖの電圧のとき電流密度は１５０ｍＡ／ａ
ｌＬかなく、これに対して導電率を５０ｓ／ｃｍとした
ときには電流密度が２１０ｍＡ／ｃｉとなり、さらに１
００Ｓ／ａ１１としたときには電流密度が３００ｍＡ／
ｃａｒとなった。これらの結果から、この発明では空気
電極の導電率を４Ｑｓ／ａ１１以上とした、 またガス透過係数については、表のｔｋ４．５゜６に示
すように、１．［ｌ Ｘ１ｌｌ’、 １．１１ Ｘ１
０’、 １．０Ｘ １０−４ （ｃｃ ・ａｎ ／ ｓ
ｅｅ （ｇ／ａｉ） ・ａｌ）に変え、他の条件を同
一にしたところ、第３図に示すように、１、 ＯＸ ｌ
Ｏ’ｉ ｃｅ ＊ ａｌ／ ｓｅｅ （ｇ／ａ／ｌ
・ａｌの場合には、電流密度が低すぎて実用に不向きで
あり、これに反して１．０ Ｘ １０−４ ｃｃ−ａｎ
／ ５ｅｃ（ｉ／ｃｄ） ・ａｌでは、０．６ｖの電
圧に対して２５０ｍＡ／ａＩｒの電流密度を得ることが
できた。これらの結果からこの発明では、ガス透過率を
１．０×１０°４ ｃｃ ａ ａｍ ／ ｓｅｃ （ｇ
／ａＩｒ）・−以上とした。
さらに膨張係数については、９ＸＩ０４／にとしたとこ
ろ（表の１ｌｋＬ７）、空気電極と固体電極との間に剥
離が生じ、また１３Ｘ１０４／にとしたところ（表のＮ
１１９） 、空気電極にクラックが生じた。
ろ（表の１ｌｋＬ７）、空気電極と固体電極との間に剥
離が生じ、また１３Ｘ１０４／にとしたところ（表のＮ
１１９） 、空気電極にクラックが生じた。
そこでこの発明では空気電極の膨張係数を、上記の値の
中間値、すなわち１０〜１２Ｘ１０４／にとした。これ
らの値のいずれかであれば、剥離やクラックの発生は認
められなかった。
中間値、すなわち１０〜１２Ｘ１０４／にとした。これ
らの値のいずれかであれば、剥離やクラックの発生は認
められなかった。
そして平均気孔径については表のｋｌｏ、１１゜１２お
よび第４図に示すとおりであり、０．１〜１００μｍで
あれば、充分な電流密度を得ることができ、したがって
この発明では、平均気孔径をこれらの値に限定した。
よび第４図に示すとおりであり、０．１〜１００μｍで
あれば、充分な電流密度を得ることができ、したがって
この発明では、平均気孔径をこれらの値に限定した。
これらの結果から、空気電極の各値を上記のように設定
することにより、充分な起電力および耐久性を得ること
ができる。
することにより、充分な起電力および耐久性を得ること
ができる。
発明の効果
以上の説明から明らかなようにこの発明によれば、空気
電極が強度部材である支持管を兼ねていても、実用に供
し得る程度の充分な起電力で、かつ耐久性のある燃料電
池を得ることができる。
電極が強度部材である支持管を兼ねていても、実用に供
し得る程度の充分な起電力で、かつ耐久性のある燃料電
池を得ることができる。
第１図はこの発明の一実施例を示す概略図、第２図ない
し第４図はこの発明の燃料電池についての実験結果を示
す線図であって、第２図は導電率をパラメータとした電
圧と電流密度との関係を示し、第３図はガス透過係数を
パラメータとした電圧と電流密度との関係を示し、さら
に第４図は平均気孔径と電流密度との関係を示す。第５
図は支持管のある従来の燃料電池の一例を示す概略図で
ある。 １０・・・空気電極、 １１・・・固体電解質、 １２
・・・燃料電極。 第２図 を−丸”３５・７を 第３図 第４図 平均気化奔 第５図
し第４図はこの発明の燃料電池についての実験結果を示
す線図であって、第２図は導電率をパラメータとした電
圧と電流密度との関係を示し、第３図はガス透過係数を
パラメータとした電圧と電流密度との関係を示し、さら
に第４図は平均気孔径と電流密度との関係を示す。第５
図は支持管のある従来の燃料電池の一例を示す概略図で
ある。 １０・・・空気電極、 １１・・・固体電解質、 １２
・・・燃料電極。 第２図 を−丸”３５・７を 第３図 第４図 平均気化奔 第５図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 筒状の固体電解質と、その内周もしくは外周に密着し
て設けられた多孔質空気電極と、固体電解質の内周もし
くは外周のうち空気電極とは反対側に密着して設けられ
た多孔質燃料電極とからなる固体電解質型燃料電池にお
いて、 前記空気電極が、ペロブスカイト型ランタン系複合酸化
物からなり、かつその導電率が５０ｓ／ｃｍ以上、ガス
透過係数が１．０×１０＾−＾４ｃｃ・ｃｍ／ｓｅｃ（
ｇ／ｃｍ＾２）・ｃｍ＾２以上、膨張係数が１０〜１２
×１０＾−＾６／Ｋ、平均気孔径が０．１〜５０μｍに
設定されていることを特徴とする固体電解質型燃料電池
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2333347A JPH04206269A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2333347A JPH04206269A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04206269A true JPH04206269A (ja) | 1992-07-28 |
Family
ID=18265099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2333347A Pending JPH04206269A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04206269A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61171064A (ja) * | 1985-01-22 | 1986-08-01 | ウエスチングハウス エレクトリック コ−ポレ−ション | 高温電気化学電池の空気電極材料 |
| JPH01105472A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池 |
| JPH02262260A (ja) * | 1989-03-22 | 1990-10-25 | Westinghouse Electric Corp <We> | 多孔質燃料電極 |
| JPH0467564A (ja) * | 1990-07-07 | 1992-03-03 | Ngk Insulators Ltd | 固体電解質型燃料電池及びこれに用いる多孔質電極体 |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2333347A patent/JPH04206269A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61171064A (ja) * | 1985-01-22 | 1986-08-01 | ウエスチングハウス エレクトリック コ−ポレ−ション | 高温電気化学電池の空気電極材料 |
| JPH01105472A (ja) * | 1987-10-16 | 1989-04-21 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質燃料電池 |
| JPH02262260A (ja) * | 1989-03-22 | 1990-10-25 | Westinghouse Electric Corp <We> | 多孔質燃料電極 |
| JPH0467564A (ja) * | 1990-07-07 | 1992-03-03 | Ngk Insulators Ltd | 固体電解質型燃料電池及びこれに用いる多孔質電極体 |
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