JPH05114404A - 多孔質電極 - Google Patents
多孔質電極Info
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- JPH05114404A JPH05114404A JP3275314A JP27531491A JPH05114404A JP H05114404 A JPH05114404 A JP H05114404A JP 3275314 A JP3275314 A JP 3275314A JP 27531491 A JP27531491 A JP 27531491A JP H05114404 A JPH05114404 A JP H05114404A
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Classifications
-
- 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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- Inert Electrodes (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガス透過性がよく、かつ、集電性にも優れた
多孔質電極を得る。 【構成】 セラミック基板１の上面に多孔質電極２を設
ける。多孔質電極２は導電性材料とセラミック基板１の
組成物からなり、導電性材料に対する基板組成物の混合
比率が電極２の厚み方向に基板１側から連続的に又は段
階的に減少している。
多孔質電極を得る。 【構成】 セラミック基板１の上面に多孔質電極２を設
ける。多孔質電極２は導電性材料とセラミック基板１の
組成物からなり、導電性材料に対する基板組成物の混合
比率が電極２の厚み方向に基板１側から連続的に又は段
階的に減少している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスセンサ、湿度セン
サ及び燃料電池等に用いられている多孔質電極に関す
る。
サ及び燃料電池等に用いられている多孔質電極に関す
る。
【０００２】
【従来の技術と課題】従来、内部に気孔を有する多孔質
電極の電極の材料としては導電性材料が用いられ、この
導電性材料が電極内部を一様の密度で満たしていた。と
ころで、多孔質電極は集電性能の他に、ガスをセラミッ
ク基板まで透過させる性能が要求される。この多孔質電
極のガス透過性を向上させるため、電極の気孔率をアッ
プする方法が採用される。しかし、電極の気孔率をアッ
プさせると、電極とセラミック基板の接触面積が減少し
て集電性が劣化するという問題があった。
電極の電極の材料としては導電性材料が用いられ、この
導電性材料が電極内部を一様の密度で満たしていた。と
ころで、多孔質電極は集電性能の他に、ガスをセラミッ
ク基板まで透過させる性能が要求される。この多孔質電
極のガス透過性を向上させるため、電極の気孔率をアッ
プする方法が採用される。しかし、電極の気孔率をアッ
プさせると、電極とセラミック基板の接触面積が減少し
て集電性が劣化するという問題があった。
【０００３】そこで、本発明の課題は、ガス透過性がよ
く、かつ、集電性にも優れた多孔質電極を提供すること
にある。
く、かつ、集電性にも優れた多孔質電極を提供すること
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る多孔質電極は導電性材料と前記セラミ
ック基板組成物からなり、かつ、導電性材料に対する基
板組成物の混合比率が電極の厚み方向に前記セラミック
基板側から連続的又は段階的に減少していることを特徴
とする。
め、本発明に係る多孔質電極は導電性材料と前記セラミ
ック基板組成物からなり、かつ、導電性材料に対する基
板組成物の混合比率が電極の厚み方向に前記セラミック
基板側から連続的又は段階的に減少していることを特徴
とする。
【０００５】
【作用】以上の構成において、セラミック基板と多孔質
電極の界面部分においてセラミック基板組成物が連続的
又は段階的に減少し、かつ、導電性材料が連続的又は段
階的に増加するため、従来の電極と比較してセラミック
基板組成物と導電性材料との接触面積が広くなる。従っ
て、電極の気孔率をアップさせることにより生ずる電極
とセラミック基板の接触面積の減少がカバーされる。
電極の界面部分においてセラミック基板組成物が連続的
又は段階的に減少し、かつ、導電性材料が連続的又は段
階的に増加するため、従来の電極と比較してセラミック
基板組成物と導電性材料との接触面積が広くなる。従っ
て、電極の気孔率をアップさせることにより生ずる電極
とセラミック基板の接触面積の減少がカバーされる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明に係る多孔質電極の一実施例を
説明する。実施例として、固体電解質型燃料電池の空気
側電極に適用した場合について説明する。図１は固体電
解質型燃料電池の空気側電極部の構造を示す。セラミッ
ク基板１には、電解質材であるイットリウム安定化ジル
コニア（以下、ＹＳＺとする）が用いられる。ＹＳＺと
しては、９２ＺｒＯ2−８Ｙ2Ｏ3の組成を有する純度９
９％以上、平均粒径０．７μｍの粉末を使用した。この
ＹＳＺ粉末１００ｇに対して、溶剤（エタノール／トル
エン＝２／８：重量比）を１００ｃｃ、バインダー（Ｐ
ＶＢ系）を６ｇ、可塑剤（ジオクチルブタレート系）を
２ｇ、分散剤（ソルビタン脂肪酸エステル系）を１ｇ添
加してスラリー化し、ドクターブレード法によって厚み
５０μｍのＹＳＺグリーンシートを作製した。
説明する。実施例として、固体電解質型燃料電池の空気
側電極に適用した場合について説明する。図１は固体電
解質型燃料電池の空気側電極部の構造を示す。セラミッ
ク基板１には、電解質材であるイットリウム安定化ジル
コニア（以下、ＹＳＺとする）が用いられる。ＹＳＺと
しては、９２ＺｒＯ2−８Ｙ2Ｏ3の組成を有する純度９
９％以上、平均粒径０．７μｍの粉末を使用した。この
ＹＳＺ粉末１００ｇに対して、溶剤（エタノール／トル
エン＝２／８：重量比）を１００ｃｃ、バインダー（Ｐ
ＶＢ系）を６ｇ、可塑剤（ジオクチルブタレート系）を
２ｇ、分散剤（ソルビタン脂肪酸エステル系）を１ｇ添
加してスラリー化し、ドクターブレード法によって厚み
５０μｍのＹＳＺグリーンシートを作製した。
【０００７】多孔質電極２には、酸化物導電体であるラ
ンタンマンガネート（以下、ＬＳＭＯとする）が用いら
れる。ＬＳＭＯとしては、（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）Ｍｎ1.1
Ｏ3の組成を有する純度９８％以上、平均粒径１．０μ
ｍの粉末を使用した。このＬＳＭＯ粉末、前記セラミッ
ク基板１の材料として用いられるＹＳＺ粉末及び粒径３
μｍのアビセル（ボール状のセルロース系樹脂）を表１
に示すように秤量し８種類の混合原料を準備した。アビ
セルは電極２を多孔質化する材料で、この量を多くする
につれて電極２の気孔率がアップする。
ンタンマンガネート（以下、ＬＳＭＯとする）が用いら
れる。ＬＳＭＯとしては、（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）Ｍｎ1.1
Ｏ3の組成を有する純度９８％以上、平均粒径１．０μ
ｍの粉末を使用した。このＬＳＭＯ粉末、前記セラミッ
ク基板１の材料として用いられるＹＳＺ粉末及び粒径３
μｍのアビセル（ボール状のセルロース系樹脂）を表１
に示すように秤量し８種類の混合原料を準備した。アビ
セルは電極２を多孔質化する材料で、この量を多くする
につれて電極２の気孔率がアップする。
【０００８】
【表１】
【０００９】表１のそれぞれの混合原料に対して、溶剤
（エタノール／トルエン＝２／８：重量比）を８０ｃ
ｃ、バインダー（ＰＶＢ系）を７〜１０ｇ、可塑剤（ジ
オクチルブタレート系）を２ｇ、分散剤（ソルビタン脂
肪酸エステル系）を１ｇ添加してスラリー化し、ドクタ
ーブレード法によって厚み３０μｍのＬＳＭＯグリーン
シートを８種類作製した。
（エタノール／トルエン＝２／８：重量比）を８０ｃ
ｃ、バインダー（ＰＶＢ系）を７〜１０ｇ、可塑剤（ジ
オクチルブタレート系）を２ｇ、分散剤（ソルビタン脂
肪酸エステル系）を１ｇ添加してスラリー化し、ドクタ
ーブレード法によって厚み３０μｍのＬＳＭＯグリーン
シートを８種類作製した。
【００１０】作製されたＹＳＺ及びＬＳＭＯグリーンシ
ートを表２に示すように組み合わせて積層した後、温度
７０℃の条件下で圧力２トンの静水圧成形を行い、１種
類の実施例と４種類の従来例の圧着体を得た。
ートを表２に示すように組み合わせて積層した後、温度
７０℃の条件下で圧力２トンの静水圧成形を行い、１種
類の実施例と４種類の従来例の圧着体を得た。
【００１１】
【表２】
【００１２】さらに、圧着体をダイヤモンドカッタで切
断、整形して長さが２０ｍｍ、幅が２０ｍｍ、厚みが
０．２８ｍｍの試験片を作製した。この試験片を空気雰
囲気中において１３００℃の温度で２時間焼成して、長
さが１６ｍｍ、幅が１６ｍｍ、厚みが０．２２ｍｍの試
験片とした。ここで、多孔質電極２の厚み寸法をａとす
ると、図２のグラフに示すように、ＹＳＺが電極２に占
める割合、すなわち、ＹＳＺの体積分率は段階的に減少
している。グラフの縦軸はＹＳＺの体積分率をとり、横
軸は、基板１−電極２界面を基準にして電極２の厚み方
向の距離をとっている。
断、整形して長さが２０ｍｍ、幅が２０ｍｍ、厚みが
０．２８ｍｍの試験片を作製した。この試験片を空気雰
囲気中において１３００℃の温度で２時間焼成して、長
さが１６ｍｍ、幅が１６ｍｍ、厚みが０．２２ｍｍの試
験片とした。ここで、多孔質電極２の厚み寸法をａとす
ると、図２のグラフに示すように、ＹＳＺが電極２に占
める割合、すなわち、ＹＳＺの体積分率は段階的に減少
している。グラフの縦軸はＹＳＺの体積分率をとり、横
軸は、基板１−電極２界面を基準にして電極２の厚み方
向の距離をとっている。
【００１３】こうして得られた５種類の試験片を断面研
磨した後、電極２の断面のＳＥＭ写真を撮り、その写真
を画像解析することにより各試験片の電極２の気孔率を
算出した。気孔率の算出結果を表３に示す。
磨した後、電極２の断面のＳＥＭ写真を撮り、その写真
を画像解析することにより各試験片の電極２の気孔率を
算出した。気孔率の算出結果を表３に示す。
【００１４】
【表３】
【００１５】気孔率が大きくなるにつれて電極２のガス
透過性がよくなるので、表３は実施例が従来例１〜４と
比較して同等以上のガス透過性を有することを示してい
る。図３のグラフは各試験片の気孔率を示す。実線Ａは
実施例の気孔率を示し、点線Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそれぞれ
従来例１、従来例２、従来例３、従来例４の気孔率を示
すものである。
透過性がよくなるので、表３は実施例が従来例１〜４と
比較して同等以上のガス透過性を有することを示してい
る。図３のグラフは各試験片の気孔率を示す。実線Ａは
実施例の気孔率を示し、点線Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそれぞれ
従来例１、従来例２、従来例３、従来例４の気孔率を示
すものである。
【００１６】さらに、図４に示すように、各試験片の基
板１の他方の面にＰｔ厚膜からなる燃料電極３を設け、
それぞれの電極２，３に空気供給管７ａ、燃料ガス供給
管７ｂを取り付けて燃料電池を作製した。この燃料電池
を測定回路１９に接続し、発電能力を測定した。すなわ
ち、燃料電池を１０００℃の温度に保持しながら、空気
と燃料ガスをそれぞれ電極２，３に供給し、セラミック
基板１を介して電極反応を起こさせ、かつ、電流計１１
にて観察しながら単位電極面積当たり０．３Ａ／ｃｍ2
の電流が流れる状態での燃料電池に発生する電圧値を電
圧計１０で測定した。なお、８ａ，８ｂは白金線、９は
可変抵抗器である。測定結果を表４に示す。
板１の他方の面にＰｔ厚膜からなる燃料電極３を設け、
それぞれの電極２，３に空気供給管７ａ、燃料ガス供給
管７ｂを取り付けて燃料電池を作製した。この燃料電池
を測定回路１９に接続し、発電能力を測定した。すなわ
ち、燃料電池を１０００℃の温度に保持しながら、空気
と燃料ガスをそれぞれ電極２，３に供給し、セラミック
基板１を介して電極反応を起こさせ、かつ、電流計１１
にて観察しながら単位電極面積当たり０．３Ａ／ｃｍ2
の電流が流れる状態での燃料電池に発生する電圧値を電
圧計１０で測定した。なお、８ａ，８ｂは白金線、９は
可変抵抗器である。測定結果を表４に示す。
【００１７】
【表４】
【００１８】この発電能力の値が大きいほど電極のガス
透過性及び集電性が優れ、かつ、電池としての性能も優
れていることになる。表４は実施例が従来例１〜４より
大きな発電能力を有していることを示している。以上の
ことから、実施例の方が電極２のガス透過性及び集電性
が優れていることがわかる。なお、本発明に係る多孔質
電極は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の
範囲内で種々に変形することができる。特に、導電性材
料に対するセラミック基板組成物の混合比率が、電極の
厚み方向に基板側から連続的に減少していてもよい。
透過性及び集電性が優れ、かつ、電池としての性能も優
れていることになる。表４は実施例が従来例１〜４より
大きな発電能力を有していることを示している。以上の
ことから、実施例の方が電極２のガス透過性及び集電性
が優れていることがわかる。なお、本発明に係る多孔質
電極は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の
範囲内で種々に変形することができる。特に、導電性材
料に対するセラミック基板組成物の混合比率が、電極の
厚み方向に基板側から連続的に減少していてもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、多孔質電極の材料として導電性材料とセラミッ
ク基板組成物を用い、かつ、導電性材料に対する基板組
成物の混合比率を連続的又は段階的に異ならしたので、
従来の電極と比較してセラミック基板組成物と導電材料
との接触面積がアップされる。すなわち、セラミック基
板と電極との接触面積を大きくした場合と同様の効果を
もたらす。従って、電極の気孔率を従来よりアップさせ
ることができ、ガス透過性がよく、かつ、集電性にも優
れた多孔質電極を得ることができる。この結果、ガスセ
ンサ、温度センサ及び燃料電池等の性能を向上させるこ
とが可能になる。
よれば、多孔質電極の材料として導電性材料とセラミッ
ク基板組成物を用い、かつ、導電性材料に対する基板組
成物の混合比率を連続的又は段階的に異ならしたので、
従来の電極と比較してセラミック基板組成物と導電材料
との接触面積がアップされる。すなわち、セラミック基
板と電極との接触面積を大きくした場合と同様の効果を
もたらす。従って、電極の気孔率を従来よりアップさせ
ることができ、ガス透過性がよく、かつ、集電性にも優
れた多孔質電極を得ることができる。この結果、ガスセ
ンサ、温度センサ及び燃料電池等の性能を向上させるこ
とが可能になる。
【図１】本発明に係る多孔質電極の一実施例を示す構造
図。
図。
【図２】多孔質電極の基板材料体積分率を示すグラフ。
【図３】多孔質電極の気孔率を示すグラフ。
【図４】図１に示した多孔質電極を具備した燃料電池の
発電能力を測定するための測定回路を示す電気回路図。
発電能力を測定するための測定回路を示す電気回路図。
１…セラミック基板 ２…多孔質電極
Claims (1)
- 【請求項１】 セラミック基板の表面に設けられ、内部
に気孔を有する多孔質電極において、 導電性材料と前記セラミック基板組成物からなり、か
つ、導電性材料に対する基板組成物の混合比率が電極の
厚み方向に前記セラミック基板側から連続的又は段階的
に減少していることを特徴とする多孔質電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3275314A JPH05114404A (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 多孔質電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3275314A JPH05114404A (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 多孔質電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05114404A true JPH05114404A (ja) | 1993-05-07 |
Family
ID=17553722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3275314A Pending JPH05114404A (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 多孔質電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05114404A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022168281A1 (ja) * | 2021-02-05 | 2022-08-11 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 複合部材 |
-
1991
- 1991-10-23 JP JP3275314A patent/JPH05114404A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022168281A1 (ja) * | 2021-02-05 | 2022-08-11 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 複合部材 |
| US12304867B2 (en) | 2021-02-05 | 2025-05-20 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Composite member |
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