JPH06243872A - 固体電解質型燃料電池用燃料極 - Google Patents
固体電解質型燃料電池用燃料極Info
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- JPH06243872A JPH06243872A JP5052946A JP5294693A JPH06243872A JP H06243872 A JPH06243872 A JP H06243872A JP 5052946 A JP5052946 A JP 5052946A JP 5294693 A JP5294693 A JP 5294693A JP H06243872 A JPH06243872 A JP H06243872A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel electrode
- expansion coefficient
- fuel
- electrode
- electrolyte
- Prior art date
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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
-
- 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
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料極と電解質との積層体を作製する際の破
損を防止することができる固体電解質型燃料電池用燃料
極を得る。 【構成】 酸化ニッケルまたは酸化コバルトに安定化剤
を添加したジルコニアとこのジルコニアより線熱膨張率
が小さい添加物とを混合してなる混合物を主体として構
成されてなる。 【効果】 安定化剤を添加したジルコニアより線熱膨張
率が小さい添加物を混合することにより、導電率を低下
させることなく、燃料極成形体の線熱膨張率を電解質成
形体の線熱膨張率に近似させることができ、燃料極成形
体と電解質成形体とからなる複合成形体の焼成時の破損
を防止することができる。
損を防止することができる固体電解質型燃料電池用燃料
極を得る。 【構成】 酸化ニッケルまたは酸化コバルトに安定化剤
を添加したジルコニアとこのジルコニアより線熱膨張率
が小さい添加物とを混合してなる混合物を主体として構
成されてなる。 【効果】 安定化剤を添加したジルコニアより線熱膨張
率が小さい添加物を混合することにより、導電率を低下
させることなく、燃料極成形体の線熱膨張率を電解質成
形体の線熱膨張率に近似させることができ、燃料極成形
体と電解質成形体とからなる複合成形体の焼成時の破損
を防止することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
用燃料極に関するもので、さらに詳しく言えば、導電率
が高く、電解質との積層体の作製時における破損が防止
できる固体電解質型燃料電池用燃料極に関するものであ
る。
用燃料極に関するもので、さらに詳しく言えば、導電率
が高く、電解質との積層体の作製時における破損が防止
できる固体電解質型燃料電池用燃料極に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、作動温度が約
１０００℃であるため、高温の排熱を利用することがで
きるといった点やエネルギーの変換効率が高いといった
点で精力的な研究開発が進められている。
１０００℃であるため、高温の排熱を利用することがで
きるといった点やエネルギーの変換効率が高いといった
点で精力的な研究開発が進められている。
【０００３】このような固体電解質型燃料電池の構造と
しては、円筒単素子形やモノリシック形などが知られて
いるが、電池を構成する空気極、電解質、燃料極の材料
としてはほとんど同じものが用いられている。
しては、円筒単素子形やモノリシック形などが知られて
いるが、電池を構成する空気極、電解質、燃料極の材料
としてはほとんど同じものが用いられている。
【０００４】すなわち、空気極としては酸化カルシウム
または酸化ストロンチウムを添加したＬａＭｎＯ3 など
の複合酸化物が、電解質としては安定化剤としてのイッ
トリアを添加したジルコニア（以下ＹＳＺという）が、
燃料極としては酸化ニッケルと前記ＹＳＺとの混合物が
用いられている。
または酸化ストロンチウムを添加したＬａＭｎＯ3 など
の複合酸化物が、電解質としては安定化剤としてのイッ
トリアを添加したジルコニア（以下ＹＳＺという）が、
燃料極としては酸化ニッケルと前記ＹＳＺとの混合物が
用いられている。
【０００５】上記した材料からなる固体電解質型燃料電
池の燃料極に約１０００℃の作動温度に昇温した燃料と
しての水素や一酸化炭素を供給すると、酸化ニッケルが
還元されて抵抗の小さいＮｉ−ＹＳＺサーメットとなっ
て負極としての作用をし、同温度に昇温した酸素や空気
を空気極に供給すると、空気極が正極の作用をして電池
として作動する。
池の燃料極に約１０００℃の作動温度に昇温した燃料と
しての水素や一酸化炭素を供給すると、酸化ニッケルが
還元されて抵抗の小さいＮｉ−ＹＳＺサーメットとなっ
て負極としての作用をし、同温度に昇温した酸素や空気
を空気極に供給すると、空気極が正極の作用をして電池
として作動する。
【０００６】このような固体電解質型燃料電池の燃料極
の形成方法としては、特開昭６１−２２５７７８号公報
に記載されたような、ニッケルをＹＳＺからなる電解質
上に焼結させ、その上をＥＶＤ法（電気化学蒸着法）に
よって前記ＹＳＺをコーティングする方法、“Ｊ．Ａ
ｍ．Ｃｅｒａｍ．”，６９（８）６２８−３３（１９８
６）に記載されたような、酸化ニッケルとＹＳＺとを混
合したスラリーをテープキャスト法によって燃料極成形
体テープとし、同様に作製した空気極成形体テープとと
もに電解質成形体テープの両面に焼成する方法、「電気
化学」５９（４）３２０−３２４に記載されたような、
酸化ニッケルとＹＳＺとを混合したスラリーをＹＳＺか
らなる電解質上に塗布して焼結させる方法が知られ、い
ずれも１０００℃〜１５００℃の空気中で焼成される。
の形成方法としては、特開昭６１−２２５７７８号公報
に記載されたような、ニッケルをＹＳＺからなる電解質
上に焼結させ、その上をＥＶＤ法（電気化学蒸着法）に
よって前記ＹＳＺをコーティングする方法、“Ｊ．Ａ
ｍ．Ｃｅｒａｍ．”，６９（８）６２８−３３（１９８
６）に記載されたような、酸化ニッケルとＹＳＺとを混
合したスラリーをテープキャスト法によって燃料極成形
体テープとし、同様に作製した空気極成形体テープとと
もに電解質成形体テープの両面に焼成する方法、「電気
化学」５９（４）３２０−３２４に記載されたような、
酸化ニッケルとＹＳＺとを混合したスラリーをＹＳＺか
らなる電解質上に塗布して焼結させる方法が知られ、い
ずれも１０００℃〜１５００℃の空気中で焼成される。
【０００７】上記のようにして得た電解質と燃料極との
積層体は、酸化ニッケルの線熱膨張率が１５×１０-6Ｋ
-1〜１６×１０-6Ｋ-1であるのに対し、ＹＳＺの線熱膨
張率が１０×１０-6Ｋ-1〜１１×１０-6Ｋ-1であるた
め、燃料極中の酸化ニッケルとＹＳＺとの重量比を調整
して燃料極の線熱膨張率を電解質の線熱膨張率に近似さ
せ、焼成時の応力によって積層体が破損しないように設
計されている。
積層体は、酸化ニッケルの線熱膨張率が１５×１０-6Ｋ
-1〜１６×１０-6Ｋ-1であるのに対し、ＹＳＺの線熱膨
張率が１０×１０-6Ｋ-1〜１１×１０-6Ｋ-1であるた
め、燃料極中の酸化ニッケルとＹＳＺとの重量比を調整
して燃料極の線熱膨張率を電解質の線熱膨張率に近似さ
せ、焼成時の応力によって積層体が破損しないように設
計されている。
【０００８】すなわち、燃料極中の酸化ニッケルの含有
量を減少させればよいことになる。
量を減少させればよいことになる。
【０００９】一方、このような固体電解質型燃料電池に
用いる燃料極は、その作動温度下で一定値以上の導電率
を維持するように設計されている。
用いる燃料極は、その作動温度下で一定値以上の導電率
を維持するように設計されている。
【００１０】すなわち、燃料極の導電率を高めるために
は、燃料極中の酸化ニッケルの含有量を増加させればよ
いことになる。
は、燃料極中の酸化ニッケルの含有量を増加させればよ
いことになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の固体電
解質型燃料電池用燃料極は、その成形体を電解質成形体
上に積層して焼成する時の燃料極の線熱膨張率を電解質
の線熱膨張率に近似させるという課題と、焼成して得ら
れた燃料極の導電率を一定値以上にするという課題とを
相反する手段によって解決する必要があるため、設計が
複雑になるという問題があった。
解質型燃料電池用燃料極は、その成形体を電解質成形体
上に積層して焼成する時の燃料極の線熱膨張率を電解質
の線熱膨張率に近似させるという課題と、焼成して得ら
れた燃料極の導電率を一定値以上にするという課題とを
相反する手段によって解決する必要があるため、設計が
複雑になるという問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池用燃料極は、酸化ニ
ッケルまたは酸化コバルトに安定化剤を添加したジルコ
ニアとこのジルコニアより線熱膨張率が小さい添加物と
を混合してなる混合物を主体として構成されることを特
徴とするものである。
め、本発明の固体電解質型燃料電池用燃料極は、酸化ニ
ッケルまたは酸化コバルトに安定化剤を添加したジルコ
ニアとこのジルコニアより線熱膨張率が小さい添加物と
を混合してなる混合物を主体として構成されることを特
徴とするものである。
【００１３】
【作 用】従って、本発明は、酸化ニッケルまたは酸化
コバルトに安定化剤を添加したジルコニアとこのジルコ
ニアより線熱膨張率が小さい添加物とを混合しているの
で、前記酸化ニッケルまたは酸化コバルトの含有量を減
少させることなく、電解質成形体上に燃料極成形体を積
層して焼成する際の燃料極の線熱膨張率を電解質の線熱
膨張率に近似させることができる。
コバルトに安定化剤を添加したジルコニアとこのジルコ
ニアより線熱膨張率が小さい添加物とを混合しているの
で、前記酸化ニッケルまたは酸化コバルトの含有量を減
少させることなく、電解質成形体上に燃料極成形体を積
層して焼成する際の燃料極の線熱膨張率を電解質の線熱
膨張率に近似させることができる。
【００１４】
【実施例】実施例の説明に先立ち、比表面積が０．２３
ｍ2 ／ｇの酸化ニッケル６０体積％、安定化剤としての
イットリアを３モル％添加した比表面積が１４．３ｍ2
／ｇのＹＳＺ１０体積％、添加物としてのアルミナ３０
体積％を混合してなる混合物を分散剤、消泡剤、バイン
ダーとともに所定量の水に混合して得たスラリーを、石
膏型に流し込んで直径が４mm、長さが１５mmの燃料極成
形体とした後、１４５０℃の温度下で３時間焼成して得
た燃料極Ａ、前記酸化ニッケル５０体積％、前記ＹＳＺ
１２体積％、前記アルミナ３８体積％を混合してなる混
合物を同様のスラリーにし、石膏型に流し込んで同様の
燃料極成形体とし、同様に焼成して得た燃料極Ｂ、前記
燃料極Ａにおけるアルミナを含有させずにすべてＹＳＺ
とした燃料極Ｃ、前記燃料極Ｂにおけるアルミナを含有
させずにすべてＹＳＺとした燃料極Ｄについて導電率を
測定し、その結果を表１に示す。
ｍ2 ／ｇの酸化ニッケル６０体積％、安定化剤としての
イットリアを３モル％添加した比表面積が１４．３ｍ2
／ｇのＹＳＺ１０体積％、添加物としてのアルミナ３０
体積％を混合してなる混合物を分散剤、消泡剤、バイン
ダーとともに所定量の水に混合して得たスラリーを、石
膏型に流し込んで直径が４mm、長さが１５mmの燃料極成
形体とした後、１４５０℃の温度下で３時間焼成して得
た燃料極Ａ、前記酸化ニッケル５０体積％、前記ＹＳＺ
１２体積％、前記アルミナ３８体積％を混合してなる混
合物を同様のスラリーにし、石膏型に流し込んで同様の
燃料極成形体とし、同様に焼成して得た燃料極Ｂ、前記
燃料極Ａにおけるアルミナを含有させずにすべてＹＳＺ
とした燃料極Ｃ、前記燃料極Ｂにおけるアルミナを含有
させずにすべてＹＳＺとした燃料極Ｄについて導電率を
測定し、その結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】表１から、燃料極Ａと燃料極Ｃとはほぼ同
程度の導電率であり、燃料極Ｂと燃料極Ｄとはほぼ同程
度の導電率であることがわかる。
程度の導電率であり、燃料極Ｂと燃料極Ｄとはほぼ同程
度の導電率であることがわかる。
【００１７】また、上記した燃料極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにつ
いて、２００℃〜９００℃の空気中における線熱膨張率
を測定し、その結果を表２に示す。
いて、２００℃〜９００℃の空気中における線熱膨張率
を測定し、その結果を表２に示す。
【００１８】
【表２】
【００１９】表２から、燃料極Ａは燃料極Ｃに対して、
燃料極Ｂは燃料極Ｄに対してそれぞれ線熱膨張率を０．
５×１０-6Ｋ-1程度小さくできることがわかる。また、
この線熱膨張率の差は、燃料極Ａ，Ｃにおける添加物と
してのアルミナの量を増加させると大きくなり、アルミ
ナの量を減少させると小さくなることもわかる。
燃料極Ｂは燃料極Ｄに対してそれぞれ線熱膨張率を０．
５×１０-6Ｋ-1程度小さくできることがわかる。また、
この線熱膨張率の差は、燃料極Ａ，Ｃにおける添加物と
してのアルミナの量を増加させると大きくなり、アルミ
ナの量を減少させると小さくなることもわかる。
【００２０】次に、安定化剤としてのイットリアを８モ
ル％添加した比表面積が１８．８ｍ2 ／ｇのＹＳＺを分
散剤、消泡剤、バインダーとともに所定量の水に混合し
て得たスラリーと、上記した燃料極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを作
製したスラリーとを連続して石膏型に流し込んで内径が
１２mm、長さが４０mmの電解質−燃料極複合成形体を５
本ずつ作製し、１４５０℃の温度下で３時間焼成して得
た複合体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの破損状況を調査し、その結果
を表３に示す。
ル％添加した比表面積が１８．８ｍ2 ／ｇのＹＳＺを分
散剤、消泡剤、バインダーとともに所定量の水に混合し
て得たスラリーと、上記した燃料極Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを作
製したスラリーとを連続して石膏型に流し込んで内径が
１２mm、長さが４０mmの電解質−燃料極複合成形体を５
本ずつ作製し、１４５０℃の温度下で３時間焼成して得
た複合体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの破損状況を調査し、その結果
を表３に示す。
【００２１】
【表３】
【００２２】表３から、複合体Ａは複合体Ｃに対して、
複合体Ｂは複合体Ｄに対して破損数が少なくなることが
わかる。このことは、複合体Ａ，Ｂは添加物としてのア
ルミナを添加したことにより、燃料極の線熱膨張率を電
解質の線熱膨張率に近似させることができたことを意味
する。
複合体Ｂは複合体Ｄに対して破損数が少なくなることが
わかる。このことは、複合体Ａ，Ｂは添加物としてのア
ルミナを添加したことにより、燃料極の線熱膨張率を電
解質の線熱膨張率に近似させることができたことを意味
する。
【００２３】上記実施例では、添加物としてのアルミナ
は３０体積％、３８体積％としたが、酸化ニッケルの含
有量とＹＳＺの含有量に応じて３〜５０体積％の範囲で
調整することができる。
は３０体積％、３８体積％としたが、酸化ニッケルの含
有量とＹＳＺの含有量に応じて３〜５０体積％の範囲で
調整することができる。
【００２４】また、前記添加物としては、アルミナ以外
にムライト、スピネル、炭化珪素、炭化チタン、炭化硼
素、珪酸ジルコニウム、アルミン酸カルシウムまたはジ
ルコン酸カルシウムを用いることができる。
にムライト、スピネル、炭化珪素、炭化チタン、炭化硼
素、珪酸ジルコニウム、アルミン酸カルシウムまたはジ
ルコン酸カルシウムを用いることができる。
【００２５】また、前記燃料極は酸化ニッケルに代えて
酸化コバルトを用いることもできるが、いずれも導電率
の点から少なくとも５０体積％程度含有させる必要があ
る。
酸化コバルトを用いることもできるが、いずれも導電率
の点から少なくとも５０体積％程度含有させる必要があ
る。
【００２６】
【発明の効果】上記した如く、本発明の固体電解質型燃
料電池用燃料極は、導電率を低下させることなく、燃料
極成形体と電解質成形体との複合成形体の焼成時の破損
を、防止することができる。
料電池用燃料極は、導電率を低下させることなく、燃料
極成形体と電解質成形体との複合成形体の焼成時の破損
を、防止することができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 酸化ニッケルまたは酸化コバルトに安定
化剤を添加したジルコニアとこのジルコニアより線熱膨
張率が小さい添加物とを混合してなる混合物を主体とし
て構成されることを特徴とする固体電解質型燃料電池用
燃料極。 - 【請求項２】 安定化剤を添加したジルコニアより線熱
膨張率が小さい添加物は、アルミナ、ムライト、スピネ
ル、炭化珪素、炭化チタン、炭化硼素、珪酸ジルコニウ
ム、アルミン酸カルシウムまたはジルコン酸カルシウム
であることを特徴とする請求項第１項記載の固体電解質
型燃料電池用燃料極。 - 【請求項３】 安定化剤を添加したジルコニアより線熱
膨張率が小さい添加物の添加量は、３〜５０体積％であ
ることを特徴とする請求項第１項記載の固体電解質型燃
料電池用燃料極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5052946A JPH06243872A (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 固体電解質型燃料電池用燃料極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5052946A JPH06243872A (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 固体電解質型燃料電池用燃料極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06243872A true JPH06243872A (ja) | 1994-09-02 |
Family
ID=12929046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5052946A Pending JPH06243872A (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | 固体電解質型燃料電池用燃料極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06243872A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007179916A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | セラミック電極 |
| JP2011198758A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-10-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物形燃料電池セルの燃料極材料，燃料極，固体酸化物形燃料電池セル，および燃料極材料の製造方法 |
| WO2012157748A1 (ja) * | 2011-05-18 | 2012-11-22 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セル及び固体酸化物形燃料電池セルの製造方法 |
-
1993
- 1993-02-17 JP JP5052946A patent/JPH06243872A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007179916A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | セラミック電極 |
| JP2011198758A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-10-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物形燃料電池セルの燃料極材料，燃料極，固体酸化物形燃料電池セル，および燃料極材料の製造方法 |
| WO2012157748A1 (ja) * | 2011-05-18 | 2012-11-22 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セル及び固体酸化物形燃料電池セルの製造方法 |
| JP5858249B2 (ja) * | 2011-05-18 | 2016-02-10 | Toto株式会社 | 固体酸化物形燃料電池セル及び固体酸化物形燃料電池セルの製造方法 |
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