JPH05135784A - 固体電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の製造方法Info
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- JPH05135784A JPH05135784A JP3293346A JP29334691A JPH05135784A JP H05135784 A JPH05135784 A JP H05135784A JP 3293346 A JP3293346 A JP 3293346A JP 29334691 A JP29334691 A JP 29334691A JP H05135784 A JPH05135784 A JP H05135784A
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- Japan
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- fuel cell
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- oxide fuel
- fuel electrode
- electrolyte
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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
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9041—Metals or alloys
- H01M4/905—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
- H01M4/9066—Metals or alloys specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC of metal-ceramic composites or mixtures, e.g. cermets
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 積層過程、発電過程のいずれにおいても、電
解質と燃料極の積層界面でのひび割れや剥離が発生しな
い、固体電解質型燃料電池の製造方法を提供する。 【構成】 固体電解質型燃料電池の燃料極をＮｉ−Ｚｒ
Ｏ２サーメットにより製作する場合において、Ｎｉ−Ｚ
ｒＯ２サーメットを大気中で２００〜１２００℃に加熱
してＮｉの一部を予め酸化し、電解質上に積層すること
を特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方法。
解質と燃料極の積層界面でのひび割れや剥離が発生しな
い、固体電解質型燃料電池の製造方法を提供する。 【構成】 固体電解質型燃料電池の燃料極をＮｉ−Ｚｒ
Ｏ２サーメットにより製作する場合において、Ｎｉ−Ｚ
ｒＯ２サーメットを大気中で２００〜１２００℃に加熱
してＮｉの一部を予め酸化し、電解質上に積層すること
を特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）の製造方法に関し、より詳しくは、燃料極
をＮｉ−ＺｒＯ２サーメットにより製作する場合の固体
電解質型燃料電池の製造方法に関するものである。
（ＳＯＦＣ）の製造方法に関し、より詳しくは、燃料極
をＮｉ−ＺｒＯ２サーメットにより製作する場合の固体
電解質型燃料電池の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池としては、第一世代のりん酸水
溶液型、第二世代の内部リフォーミング式溶融炭酸塩型
があり、さらに作動温度が高いこと（１０００〜１２０
０℃）を特徴の一つとする第三世代の固体電解質型の期
待が高まっている。
溶液型、第二世代の内部リフォーミング式溶融炭酸塩型
があり、さらに作動温度が高いこと（１０００〜１２０
０℃）を特徴の一つとする第三世代の固体電解質型の期
待が高まっている。
【０００３】この固体電解質型燃料電池に用いる燃料極
は、２０〜３０％の気孔率を有することが要求されてお
り、このような材料としてはＮｉ系のものが主となって
いる。ところが燃料電池の構造上燃料極は電解質（Ｚｒ
Ｏ２）上に積層されており、高温の場合には、電解質と
燃料極との熱膨張の差によって積層界面で剥離等の問題
が生じる。このことから熱膨張の差を緩和するために、
燃料極にはＮｉ系材料にＺｒＯ２を添加した材料、例え
ばＮｉ−ＺｒＯ２サーメットを実際には用いることにな
る。
は、２０〜３０％の気孔率を有することが要求されてお
り、このような材料としてはＮｉ系のものが主となって
いる。ところが燃料電池の構造上燃料極は電解質（Ｚｒ
Ｏ２）上に積層されており、高温の場合には、電解質と
燃料極との熱膨張の差によって積層界面で剥離等の問題
が生じる。このことから熱膨張の差を緩和するために、
燃料極にはＮｉ系材料にＺｒＯ２を添加した材料、例え
ばＮｉ−ＺｒＯ２サーメットを実際には用いることにな
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＮ
ｉ−ＺｒＯ２サーメットをそのまま燃料極に使用する
と、積層過程において例えばシートの積層焼成過程にお
いて、Ｎｉの酸化に伴い燃料極の体積膨脹が起こり、逆
に加熱により体積収縮が起こることにより、ひび割れや
剥離が生じるという問題点があった。
ｉ−ＺｒＯ２サーメットをそのまま燃料極に使用する
と、積層過程において例えばシートの積層焼成過程にお
いて、Ｎｉの酸化に伴い燃料極の体積膨脹が起こり、逆
に加熱により体積収縮が起こることにより、ひび割れや
剥離が生じるという問題点があった。
【０００５】本発明は、上記問題点を解決し、積層過
程、発電過程のいずれにおいても、電解質と燃料極の積
層界面でのひび割れや剥離が発生しない、固体電解質型
燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。
程、発電過程のいずれにおいても、電解質と燃料極の積
層界面でのひび割れや剥離が発生しない、固体電解質型
燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】本発明者らは、鋭意研究した結果、Ｎｉの
一部を予め酸化しＮｉＯを生成させ、それを電解質上に
積層することによって、上記目的を達成できることを見
出だし、その知見に基づいて本発明を完成するに至っ
た。
一部を予め酸化しＮｉＯを生成させ、それを電解質上に
積層することによって、上記目的を達成できることを見
出だし、その知見に基づいて本発明を完成するに至っ
た。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、固体電解質型燃料電池の燃料極をＮｉ−ＺｒＯ２サ
ーメットにより製作する場合において、Ｎｉ−ＺｒＯ２
サーメットを大気中で２００〜１２００℃に加熱してＮ
ｉの一部を予め酸化し、電解質上に積層することを特徴
とする固体電解質型燃料電池の製造方法が提供せられ
る。
ば、固体電解質型燃料電池の燃料極をＮｉ−ＺｒＯ２サ
ーメットにより製作する場合において、Ｎｉ−ＺｒＯ２
サーメットを大気中で２００〜１２００℃に加熱してＮ
ｉの一部を予め酸化し、電解質上に積層することを特徴
とする固体電解質型燃料電池の製造方法が提供せられ
る。
【０００８】Ｎｉ−ＺｒＯ２粉末の加熱酸化温度は、２
００〜１２００℃であり、好ましくは４００〜１１００
℃、より好ましくは６００〜１１００℃である。酸化温
度が４００℃より低いと、燃料極層の厚さが比較的大き
い場合は酸化が不十分なため、積層後の加熱段階でＮｉ
酸化による体積膨脹および加熱による体積収縮が起こ
り、剥離が生じることがある。一方、酸化温度が１２０
０℃より高いと、Ｎｉのすべてが酸化されてしまい、そ
の結果、積層時の収縮量が固体電解質のジルコニアのそ
れと異なり、剥離が生じてしまう。
００〜１２００℃であり、好ましくは４００〜１１００
℃、より好ましくは６００〜１１００℃である。酸化温
度が４００℃より低いと、燃料極層の厚さが比較的大き
い場合は酸化が不十分なため、積層後の加熱段階でＮｉ
酸化による体積膨脹および加熱による体積収縮が起こ
り、剥離が生じることがある。一方、酸化温度が１２０
０℃より高いと、Ｎｉのすべてが酸化されてしまい、そ
の結果、積層時の収縮量が固体電解質のジルコニアのそ
れと異なり、剥離が生じてしまう。
【０００９】本発明において用いる積層方法としては、
グリーンシート成形体を積層、焼結する方法、蒸着によ
り積層する方法、溶射により積層する方法等を挙げるこ
とができる。
グリーンシート成形体を積層、焼結する方法、蒸着によ
り積層する方法、溶射により積層する方法等を挙げるこ
とができる。
【００１０】本発明における燃料極は、燃料ガスを通過
させるために一般に２０〜３０％程度の気孔率を有する
ことが望ましい。また、固体電解質は逆に、気孔率が２
％を超えるとその特性が著しく低下するため、気孔率は
できるだけ小さい緻密なものであることが必要である。
気孔率についての燃料極と固体電解質の性質を満足させ
るためには、焼結の温度は１２００℃程度が好ましい。
させるために一般に２０〜３０％程度の気孔率を有する
ことが望ましい。また、固体電解質は逆に、気孔率が２
％を超えるとその特性が著しく低下するため、気孔率は
できるだけ小さい緻密なものであることが必要である。
気孔率についての燃料極と固体電解質の性質を満足させ
るためには、焼結の温度は１２００℃程度が好ましい。
【００１１】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。
るが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１２】［実施例１］表１に示すように、燃料極材
料として酸化ニッケル粉末、酸化ニッケル＋ジルコニア
粉末およびニッケル＋ジルコニア粉末を用いて、この粉
末を磁製ルツボ中で種々の酸化温度で１時間酸化した。
その後これを直径２０ｍｍの円板状の電解質上に、厚さ
が最大約５００μｍになるように積層し積層体を得て、
まず、積層後の積層体の状況を調べた。次に、積層体を
１０５０℃の温度で５０時間加熱し、加熱後の積層体の
状況を調べ、総合評価を行った。
料として酸化ニッケル粉末、酸化ニッケル＋ジルコニア
粉末およびニッケル＋ジルコニア粉末を用いて、この粉
末を磁製ルツボ中で種々の酸化温度で１時間酸化した。
その後これを直径２０ｍｍの円板状の電解質上に、厚さ
が最大約５００μｍになるように積層し積層体を得て、
まず、積層後の積層体の状況を調べた。次に、積層体を
１０５０℃の温度で５０時間加熱し、加熱後の積層体の
状況を調べ、総合評価を行った。
【００１３】この実施例においては、つぎの３種の方法
により積層を行った。積層方法 （Ａ）グリーンシート成形体を積層、焼結する方法 グリーンシートは一般的な成形法であるドクターブレー
ド法により成形した。この場合は、電解質はドクターブ
レード法で作成した。 （Ｂ）蒸着により積層する方法 蒸着はＥＶＤ法（電気化学的蒸着法）で行った。この場
合は、電解質は焼結体とした。 （Ｃ）溶射により積層する方法 溶射は爆発溶射法で行った。この場合は、電解質は焼結
体とした。
により積層を行った。積層方法 （Ａ）グリーンシート成形体を積層、焼結する方法 グリーンシートは一般的な成形法であるドクターブレー
ド法により成形した。この場合は、電解質はドクターブ
レード法で作成した。 （Ｂ）蒸着により積層する方法 蒸着はＥＶＤ法（電気化学的蒸着法）で行った。この場
合は、電解質は焼結体とした。 （Ｃ）溶射により積層する方法 溶射は爆発溶射法で行った。この場合は、電解質は焼結
体とした。
【００１４】得られた結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】No. １〜３は、各材料を用いてそれぞれ積
層体を作成した結果であるが、いずれも割れおよび剥離
が生じた。
層体を作成した結果であるが、いずれも割れおよび剥離
が生じた。
【００１７】No. ４〜１１は、ニッケル＋ジルコニア粉
末を用いてグリーンシート成形体法による結果である
が、酸化温度が６００〜１１００℃において非常に良好
な積層体が得られたことがわかる。酸化温度が４００℃
の場合は、積層後の状況は良好であるが、加熱後にはや
や剥離が生じていた。また、酸化温度が１２００℃以上
になると、剥離が生じた。
末を用いてグリーンシート成形体法による結果である
が、酸化温度が６００〜１１００℃において非常に良好
な積層体が得られたことがわかる。酸化温度が４００℃
の場合は、積層後の状況は良好であるが、加熱後にはや
や剥離が生じていた。また、酸化温度が１２００℃以上
になると、剥離が生じた。
【００１８】No. １２〜１６は、蒸着法による結果であ
るが、酸化温度が４００℃の場合でも、積層後の状況、
加熱後の状況ともに非常に良好であった。これは、蒸着
法による場合はグリーンシート成形体法による場合に比
べ、燃料極層の厚さが薄いためである。このことから、
燃料極層の厚さを制御すれば酸化温度４００℃で、良好
な積層体を十分製作が可能であることがわかる。No.１
８より、溶射法によっても製作が可能であることがわか
る。
るが、酸化温度が４００℃の場合でも、積層後の状況、
加熱後の状況ともに非常に良好であった。これは、蒸着
法による場合はグリーンシート成形体法による場合に比
べ、燃料極層の厚さが薄いためである。このことから、
燃料極層の厚さを制御すれば酸化温度４００℃で、良好
な積層体を十分製作が可能であることがわかる。No.１
８より、溶射法によっても製作が可能であることがわか
る。
【００１９】［実施例２］気孔率についての燃料極と固
体電解質の性質を満足させるためには、焼結の温度は何
度が好ましいかを調べた。燃料極材料として酸化ニッケ
ル粉末、酸化ニッケル＋ジルコニア粉末およびニッケル
＋ジルコニア粉末について調べ、電解質材料としてＹ２
Ｏ３で安定化させたジルコニアについて調べた。得られ
た結果を表２に示す。
体電解質の性質を満足させるためには、焼結の温度は何
度が好ましいかを調べた。燃料極材料として酸化ニッケ
ル粉末、酸化ニッケル＋ジルコニア粉末およびニッケル
＋ジルコニア粉末について調べ、電解質材料としてＹ２
Ｏ３で安定化させたジルコニアについて調べた。得られ
た結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】燃料極の気孔率は２０〜３０％が望まし
く、また、固体電解質の気孔率はできるだけ小さいこと
が必要であることより、焼結温度は１２００℃程度が好
ましいことがわかる。
く、また、固体電解質の気孔率はできるだけ小さいこと
が必要であることより、焼結温度は１２００℃程度が好
ましいことがわかる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によると、固体電解質型燃料電池
の燃料極をＮｉ−ＺｒＯ２サーメットにより製作する場
合において、Ｎｉ−ＺｒＯ２サーメットを大気中で２０
０〜１２００℃に加熱してＮｉの一部を予め酸化するの
で、積層過程、発電過程のいずれにおいても、電解質と
燃料極の積層界面でのひび割れや剥離が発生しない良好
な固体電解質型燃料電池を製造することができる。
の燃料極をＮｉ−ＺｒＯ２サーメットにより製作する場
合において、Ｎｉ−ＺｒＯ２サーメットを大気中で２０
０〜１２００℃に加熱してＮｉの一部を予め酸化するの
で、積層過程、発電過程のいずれにおいても、電解質と
燃料極の積層界面でのひび割れや剥離が発生しない良好
な固体電解質型燃料電池を製造することができる。
Claims (1)
- 【請求項１】 固体電解質型燃料電池の燃料極をＮｉ−
ＺｒＯ２サーメットにより製作する場合において、Ｎｉ
−ＺｒＯ２サーメットを大気中で２００〜１２００℃に
加熱してＮｉの一部を予め酸化し、電解質上に積層する
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3293346A JPH05135784A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3293346A JPH05135784A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05135784A true JPH05135784A (ja) | 1993-06-01 |
Family
ID=17793612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3293346A Withdrawn JPH05135784A (ja) | 1991-11-08 | 1991-11-08 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05135784A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016207300A (ja) * | 2015-04-16 | 2016-12-08 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 固体酸化物形燃料電池の製造方法、固体酸化物形燃料電池のハーフセルグリーンシートおよび固体酸化物形燃料電池 |
-
1991
- 1991-11-08 JP JP3293346A patent/JPH05135784A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016207300A (ja) * | 2015-04-16 | 2016-12-08 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 固体酸化物形燃料電池の製造方法、固体酸化物形燃料電池のハーフセルグリーンシートおよび固体酸化物形燃料電池 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990204 |