JPH0436962A - 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
- JPH0436962A JPH0436962A JP2143481A JP14348190A JPH0436962A JP H0436962 A JPH0436962 A JP H0436962A JP 2143481 A JP2143481 A JP 2143481A JP 14348190 A JP14348190 A JP 14348190A JP H0436962 A JPH0436962 A JP H0436962A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- electrolyte layer
- zirconia
- fuel electrode
- nickel
- 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
Links
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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
-
- 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
- H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
-
- 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
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- 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〕
この発明は固体電解質型燃料電池の単セルに係り、特に
燃料極である二ッケルージルコニアザーメット基板の信
頼性を向上させた燃料電池に関する。
燃料極である二ッケルージルコニアザーメット基板の信
頼性を向上させた燃料電池に関する。
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℃と高温であるため、
発電効率が高い」二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。
その作動温度が８００〜１１００℃と高温であるため、
発電効率が高い」二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。
第２図は従来の固体電解質型燃料電池を示す断面図であ
る。ランタンカルシウムクロマイト（１、ａａ、ｅ”Ｃ
ａｏ、 ｚｃｒＯｓ）からなり、反応ガス供給用のリブ
を有するガスセパレータ２４と、単セル３０とが交互に
積層される。単セル３０はニッケルージルコニア（Ｎｉ
−ＺｒＯｚ）サーメット基板である燃料極２１と、８％
イツトリアで安定化されたジルコニア （８％Ｙ２０゜
Ｚｒ０ｚ）からなる固体電解質層２２と、ランタンスト
ロンチウムマンガナイｌ’ （！、ａｏ、ｅＳｒｏ、
ｚＭｎｏｉ）からなる空気極２３とから構成される。燃
料極２１と空気極２３ハカスセバレータ２４と接する。
る。ランタンカルシウムクロマイト（１、ａａ、ｅ”Ｃ
ａｏ、 ｚｃｒＯｓ）からなり、反応ガス供給用のリブ
を有するガスセパレータ２４と、単セル３０とが交互に
積層される。単セル３０はニッケルージルコニア（Ｎｉ
−ＺｒＯｚ）サーメット基板である燃料極２１と、８％
イツトリアで安定化されたジルコニア （８％Ｙ２０゜
Ｚｒ０ｚ）からなる固体電解質層２２と、ランタンスト
ロンチウムマンガナイｌ’ （！、ａｏ、ｅＳｒｏ、
ｚＭｎｏｉ）からなる空気極２３とから構成される。燃
料極２１と空気極２３ハカスセバレータ２４と接する。
ガスセパレータ２４の両生面にはそれぞれ燃料ガスと酸
化剤ガスが分離して流される。ガスセパレータ２４は緻
密に形成され再反応ガスが混触しない。またランタンカ
ルシウムクロマイト（Ｌａ６，１ｌＣａｏ、 ｚｃｒｏ
ｉ）等のランタンクロマイト系の材料は導電性であり、
積層された単セル３０の間を電気的に接続させる。ラン
タンクロマイト系の材料はその電気抵抗を減するために
、Ｌａの１部がＢａ、 Ｃａ、 Ｓｒ等で置換される。
化剤ガスが分離して流される。ガスセパレータ２４は緻
密に形成され再反応ガスが混触しない。またランタンカ
ルシウムクロマイト（Ｌａ６，１ｌＣａｏ、 ｚｃｒｏ
ｉ）等のランタンクロマイト系の材料は導電性であり、
積層された単セル３０の間を電気的に接続させる。ラン
タンクロマイト系の材料はその電気抵抗を減するために
、Ｌａの１部がＢａ、 Ｃａ、 Ｓｒ等で置換される。
この材料を除き燃料電池の運転温度１０００℃において
酸化性と還元性のふん囲気で使用できるものはない。
酸化性と還元性のふん囲気で使用できるものはない。
空気極２３では次の反応がおこる。
０２ ＋ ４ ｅ −２０２−−−−−−−ｆｌ）燃料
極２１では次の反応がおこる。
極２１では次の反応がおこる。
２０” ＋２ Ｈ２→２ Ｈｚ Ｏ→−４８−一−−（
２＋酸素イオン０トは固体電解質層２２の内部を空気極
２３から燃料極２１に向かって流れる。電子４８はガス
セパレータ２４を含む外部回路を流れる。
２＋酸素イオン０トは固体電解質層２２の内部を空気極
２３から燃料極２１に向かって流れる。電子４８はガス
セパレータ２４を含む外部回路を流れる。
ガスセパレータ２４は酸化ランタン（ＬａｚＯｉ）＋酸
化カルシウム（Ｃａｂ）、酸化クロム（Ｃｒｚ（ｈ）の
粉体を所定割合で混合して１３００℃で反応させてラン
タンカルシウムクロマイト（Ｌａｏ、ａＣａｏ、 ２Ｃ
ｒＯｓ）を生成させ、粉砕、造粒後プレス成型し、１４
００°Ｃで緻密に焼成して製造される。リブを設けるた
めに厚さは２〜３ｆｌが必要となる。単セル３０は約３
００ｐ厚に固体電解質層２２を形成し、酸化ニッケル（
Ｎｉｐ）とジルコニア（ＺｒＯ□）を所定の割合で含む
ペーストを固体電解質層２２の１主面に塗布してニッケ
ル−ジルコニアサーメット基板に貼着し、さらに他の主
面にはランタンストロンチウムマンガナイト（Ｌａｏ、
ｑ’Ｓｒｏ、 ＋ＭｎＯ：＋）を含むペーストを塗布し
乾燥したのち焼成して製造される。燃料極は酸化ニッケ
ルとジルコニアを用いて形成されるが使用に際して燃料
ガスにより酸化ニッケルが還元され、ニッケルジルコニ
アサーメットが形成される。生成したニッケルが触媒と
して機能する。ジルコニアはニッケルの焼結を防止する
とともに電解質体としても機能する。
化カルシウム（Ｃａｂ）、酸化クロム（Ｃｒｚ（ｈ）の
粉体を所定割合で混合して１３００℃で反応させてラン
タンカルシウムクロマイト（Ｌａｏ、ａＣａｏ、 ２Ｃ
ｒＯｓ）を生成させ、粉砕、造粒後プレス成型し、１４
００°Ｃで緻密に焼成して製造される。リブを設けるた
めに厚さは２〜３ｆｌが必要となる。単セル３０は約３
００ｐ厚に固体電解質層２２を形成し、酸化ニッケル（
Ｎｉｐ）とジルコニア（ＺｒＯ□）を所定の割合で含む
ペーストを固体電解質層２２の１主面に塗布してニッケ
ル−ジルコニアサーメット基板に貼着し、さらに他の主
面にはランタンストロンチウムマンガナイト（Ｌａｏ、
ｑ’Ｓｒｏ、 ＋ＭｎＯ：＋）を含むペーストを塗布し
乾燥したのち焼成して製造される。燃料極は酸化ニッケ
ルとジルコニアを用いて形成されるが使用に際して燃料
ガスにより酸化ニッケルが還元され、ニッケルジルコニ
アサーメットが形成される。生成したニッケルが触媒と
して機能する。ジルコニアはニッケルの焼結を防止する
とともに電解質体としても機能する。
しかしながら上述のような従来の固体電解質型燃料電池
においては、燃料極２１であるニッケルジルコニアサー
メットの内部は燃料ガスに触れ還元ふん囲気となってい
るが、サーメットの周縁部は空気と接触し、酸化ふん囲
気となっている。そのためにサーメットの周縁部はニッ
ケルが酸化され酸化ニッケルとなっている。ニッケルが
酸化ニッケルとなるときの体積増加は６０％であるうえ
に、ニッケル部と酸化ニッケル部の境界領域は燃料電池
運転中のガス圧力のバランスで流動的に変化する。従っ
て境界近傍ではサーメット中のニッケルは内部のガス圧
力の高低により酸化されたり、あるいはまた還元された
りする。この酸化還元の繰り返しによる体積変化で、ニ
ッケル−ジルコニアサーメット基板に亀裂が入り、その
基板に設けられた電解質層にも亀裂が入り、反応ガス同
士の混触が起こって固体電解質型燃料電池の特性が低下
し、さらに運転の続行ができなくなるという問題があっ
た。
においては、燃料極２１であるニッケルジルコニアサー
メットの内部は燃料ガスに触れ還元ふん囲気となってい
るが、サーメットの周縁部は空気と接触し、酸化ふん囲
気となっている。そのためにサーメットの周縁部はニッ
ケルが酸化され酸化ニッケルとなっている。ニッケルが
酸化ニッケルとなるときの体積増加は６０％であるうえ
に、ニッケル部と酸化ニッケル部の境界領域は燃料電池
運転中のガス圧力のバランスで流動的に変化する。従っ
て境界近傍ではサーメット中のニッケルは内部のガス圧
力の高低により酸化されたり、あるいはまた還元された
りする。この酸化還元の繰り返しによる体積変化で、ニ
ッケル−ジルコニアサーメット基板に亀裂が入り、その
基板に設けられた電解質層にも亀裂が入り、反応ガス同
士の混触が起こって固体電解質型燃料電池の特性が低下
し、さらに運転の続行ができなくなるという問題があっ
た。
この発明は上述の点に鑑みてなされその目的はニッケル
−ジルコニアサーメット多孔質基板の亀裂を防止して信
転性に優れる固体電解質型燃料電池を提供することにあ
る。
−ジルコニアサーメット多孔質基板の亀裂を防止して信
転性に優れ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単セルを有し、単セルは
燃料極２１であるニッケル−ジルコニアサーメット多孔
質基板と、この多孔質基板の１方の主面の全域に設けら
れた固体電解質層２２と、前記多孔質基板の外周側面に
設けられた被覆層２５と、前記固体電解質層に積層され
た空気極２３とを備えることにより達成される。
燃料極２１であるニッケル−ジルコニアサーメット多孔
質基板と、この多孔質基板の１方の主面の全域に設けら
れた固体電解質層２２と、前記多孔質基板の外周側面に
設けられた被覆層２５と、前記固体電解質層に積層され
た空気極２３とを備えることにより達成される。
被覆層２５はガス不透過性であることが要求される。固
体電解質層２２と同一材料を用いることもできる。被覆
層としてはアルミナ、ジルコニア、ランタンクロマイト
等が好適に用いられる。
体電解質層２２と同一材料を用いることもできる。被覆
層としてはアルミナ、ジルコニア、ランタンクロマイト
等が好適に用いられる。
被覆層２５を設けるとニッケル−ジルコニアサーメット
基板に空気が浸入することがなくなり、サーメット中の
ニッケルは還元状態に維持される。
基板に空気が浸入することがなくなり、サーメット中の
ニッケルは還元状態に維持される。
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
のガスセパレータ２４と単セル３０＾の配置を示す断面
図である。従来の燃料電池とは被覆層２５を設けた点が
異なっている。酸化ニッケル（ＮＩＯ）と８％イツトリ
アで安定化されたジルコニア （８％ＹｚＯ＋−ＺｒＯ
□）の各粉体を所定の割合で混合し造粒したのちプレス
成型して温度１４００〜１６００℃で焼成し多孔質の燃
料極２１が得られる。燃料極２１を支持体として燃料極
２１のリブを有しない主面と、外周側面にジルコニアが
プラズマ溶射され、固体電解質層２２と被覆層２５が形
成される。ジルコニアの溶射は、直流減圧ブラスマ溶射
法を用いて行われる。
のガスセパレータ２４と単セル３０＾の配置を示す断面
図である。従来の燃料電池とは被覆層２５を設けた点が
異なっている。酸化ニッケル（ＮＩＯ）と８％イツトリ
アで安定化されたジルコニア （８％ＹｚＯ＋−ＺｒＯ
□）の各粉体を所定の割合で混合し造粒したのちプレス
成型して温度１４００〜１６００℃で焼成し多孔質の燃
料極２１が得られる。燃料極２１を支持体として燃料極
２１のリブを有しない主面と、外周側面にジルコニアが
プラズマ溶射され、固体電解質層２２と被覆層２５が形
成される。ジルコニアの溶射は、直流減圧ブラスマ溶射
法を用いて行われる。
ガスはＡｒ／Ｈｅの混合ガスであり圧力はｌ００Ｔｏｒ
ｒである。続いてＬａｏ、 ９Ｓｒｏ、 ＋ Ｍｎ０ａ
と溶剤からなるペーストが固体電解質層２２の上に刷毛
塗りされ乾燥後１２００℃で焼成して空気極２３が形成
される。ガスセパレータ２４はランタンクロマイト（Ｌ
ａｏ、 ＢＣａｏ、 ｚｃｒｏ３）を用い従来技術と同
様にして調製される。
ｒである。続いてＬａｏ、 ９Ｓｒｏ、 ＋ Ｍｎ０ａ
と溶剤からなるペーストが固体電解質層２２の上に刷毛
塗りされ乾燥後１２００℃で焼成して空気極２３が形成
される。ガスセパレータ２４はランタンクロマイト（Ｌ
ａｏ、 ＢＣａｏ、 ｚｃｒｏ３）を用い従来技術と同
様にして調製される。
この発明によれば単セルを有し、
単セルは燃料極であるニソケルージルコニアザーメット
多孔質基板と、この多孔質基板の１方の主面の全域に設
けられた固体電解質層と、前記多孔質基板の外周側面に
設けられた被覆層と、前記固体電解質層に積層された空
気極とを備えるのでニッケルーシルコニアサ−メソ１〜
多孔質基板は被覆層により空気と遮断され、サーメット
のニッケルは常に還元状態に維持されて酸化と還元の繰
返しを行うことがなくなりサーメット基板に亀裂が入る
ことが防止される。このようにして信幀性に優れる固体
電解質型燃料電池が得られる。
多孔質基板と、この多孔質基板の１方の主面の全域に設
けられた固体電解質層と、前記多孔質基板の外周側面に
設けられた被覆層と、前記固体電解質層に積層された空
気極とを備えるのでニッケルーシルコニアサ−メソ１〜
多孔質基板は被覆層により空気と遮断され、サーメット
のニッケルは常に還元状態に維持されて酸化と還元の繰
返しを行うことがなくなりサーメット基板に亀裂が入る
ことが防止される。このようにして信幀性に優れる固体
電解質型燃料電池が得られる。
第１図はこの発明の実施例に係る燃料電池のガスセパレ
ータと単セルの配置を示す断面図、第２図は従来の燃料
電池のガスセパレータと単セルの配置を示す断面図であ
る。
ータと単セルの配置を示す断面図、第２図は従来の燃料
電池のガスセパレータと単セルの配置を示す断面図であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）単セルを有し、 単セルは燃料極であるニッケル−ジルコニアサーメット
多孔質基板と、この多孔質基板の１方の主面の全域に設
けられた固体電解質層と前記多孔質基板の外周側面に設
けられた被覆層と、前記固体電解質層に積層された空気
極とを備え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 |
|---|---|---|---|
| JP2143481A JPH0436962A (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2143481A JPH0436962A (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0436962A true JPH0436962A (ja) | 1992-02-06 |
Family
ID=15339708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2143481A Pending JPH0436962A (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0436962A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006108006A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Nissan Motor Co Ltd | セパレータ及びこれを用いた固体電解質型燃料電池並びにその製造方法 |
| US7122268B2 (en) | 2001-04-23 | 2006-10-17 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid oxide electrolyte fuel cell plate structure, stack and electrical power generation unit |
| KR100736161B1 (ko) * | 2005-03-31 | 2007-07-06 | 고등기술연구원연구조합 | 고온 수전해용 전기화학 셀 및 이의 제조방법 |
| JP2008251246A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用構造体及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池 |
| JP2008251241A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造 |
| JP2008293843A (ja) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質形燃料電池 |
-
1990
- 1990-06-01 JP JP2143481A patent/JPH0436962A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7122268B2 (en) | 2001-04-23 | 2006-10-17 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid oxide electrolyte fuel cell plate structure, stack and electrical power generation unit |
| US8323845B2 (en) | 2001-04-23 | 2012-12-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid oxide electrolyte fuel cell plate structure, stack and electrical power generation unit |
| JP2006108006A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Nissan Motor Co Ltd | セパレータ及びこれを用いた固体電解質型燃料電池並びにその製造方法 |
| KR100736161B1 (ko) * | 2005-03-31 | 2007-07-06 | 고등기술연구원연구조합 | 고온 수전해용 전기화학 셀 및 이의 제조방법 |
| JP2008251246A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用構造体及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池 |
| JP2008251241A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造 |
| JP2008293843A (ja) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質形燃料電池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4368850B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池モジュールの作製方法 | |
| US5998056A (en) | Anode substrate for a high temperature fuel cell | |
| JP3502012B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池、およびその製造方法 | |
| JP2004511070A (ja) | 固体酸化物形燃料電池構成部品及び固体酸化物形燃料電池構成部品の製造方法 | |
| JPH05135787A (ja) | 固体電解質膜の製造方法及び固体電解質型燃料電池の製造方法 | |
| JP2000501879A (ja) | 燃料電池の電極基材 | |
| JPH07153469A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP2001060462A (ja) | セルチューブのシール構造 | |
| JPH11154525A (ja) | 固体電解質型燃料電池とその製造方法 | |
| JPH08287926A (ja) | 固体電解質型燃料電池の製造方法 | |
| JPH0436962A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH0562688A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH03116659A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP2003288919A (ja) | 電気伝導性セラミックスおよびその製造方法、ならびにそれを用いた固体酸化物形燃料電池用インターコネクタ | |
| JPH09306514A (ja) | 固体電解質型燃料電池の製造方法 | |
| JP4544874B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
| JP2980921B2 (ja) | 平板型固体電解質燃料電池 | |
| JPH0479163A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP4010396B2 (ja) | 電気化学装置 | |
| JP2005259490A (ja) | 固体電解質型燃料電池スタック、および固体電解質型燃料電池 | |
| JPH11126617A (ja) | 固体電解質型燃料電池とその製造方法 | |
| JPH0439866A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| CA2560769C (en) | Electrolyte electrode assembly and method of producing the same | |
| JPH05205754A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH05205753A (ja) | 固体電解質型燃料電池 |