JPH0660883A - 多孔質電極及びその製造方法 - Google Patents
多孔質電極及びその製造方法Info
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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
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 導電性及び通気性が優れた多孔質電極及びそ
の製造方法を得る。 【構成】 抵抗率が１０Ωｃｍ以下の、酸化物導電体で
あるランタンマンガナイトを主成分とする空気側電極を
形成する。この空気側電極２にフォトリソグラフ法を用
いて電極２の厚み方向に裏面から裏面まで電極２を貫通
する孔２ａを複数個形成する。この孔２ａは空気の透過
通路となる。
の製造方法を得る。 【構成】 抵抗率が１０Ωｃｍ以下の、酸化物導電体で
あるランタンマンガナイトを主成分とする空気側電極を
形成する。この空気側電極２にフォトリソグラフ法を用
いて電極２の厚み方向に裏面から裏面まで電極２を貫通
する孔２ａを複数個形成する。この孔２ａは空気の透過
通路となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスセンサ、温度セン
サ及び燃料電池等に用いられる多孔質電極及びその製造
方法に関する。
サ及び燃料電池等に用いられる多孔質電極及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】一般に多孔質電極は、集電性能の
他に、ガスを透過させる性能が要求される。従来、多孔
質電極を作製する場合は、カーボン等の可燃性材料粉末
を電極材料のセラミック原料に混合して焼成する方法が
採用されていた。この方法は、可燃性材料の粉末が、セ
ラミック原料の焼成中に燃焼して飛散することを利用し
て可燃性材料の粉末跡に気孔を形成するものである。
他に、ガスを透過させる性能が要求される。従来、多孔
質電極を作製する場合は、カーボン等の可燃性材料粉末
を電極材料のセラミック原料に混合して焼成する方法が
採用されていた。この方法は、可燃性材料の粉末が、セ
ラミック原料の焼成中に燃焼して飛散することを利用し
て可燃性材料の粉末跡に気孔を形成するものである。
【０００３】しかしながら、従来の方法は多孔質電極の
内部に閉気孔が発生するため、通気性が劣っていた。そ
こで、本発明の課題は、導電性及び通気性が優れた多孔
質電極及びその製造方法を提供することにある。
内部に閉気孔が発生するため、通気性が劣っていた。そ
こで、本発明の課題は、導電性及び通気性が優れた多孔
質電極及びその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段と作用】以上の課題を解決
するため、本発明に係る多孔質電極は、酸化物を主成分
とする、抵抗率が１０Ωｃｍ以下のセラミック材料から
なり、かつ、電極の厚み方向に電極の表面から裏面まで
貫通する孔を複数個設けたことを特徴とする。また、こ
の多孔質電極を形成するには、酸化物を主成分とする抵
抗率が１０Ωｃｍ以下のセラミック材料からなる電極部
の表面にフォトレジスト膜を形成し、該電極部に形成さ
れる孔のパターンが描かれたマスクでレジスト膜を覆
い、露光処理を行った後に溶剤で処理してレジスト膜に
エッチング用の窓を開け、エッチング液を用いて窓の部
分の電極部をエッチングし電極部に孔を開ければよい。
するため、本発明に係る多孔質電極は、酸化物を主成分
とする、抵抗率が１０Ωｃｍ以下のセラミック材料から
なり、かつ、電極の厚み方向に電極の表面から裏面まで
貫通する孔を複数個設けたことを特徴とする。また、こ
の多孔質電極を形成するには、酸化物を主成分とする抵
抗率が１０Ωｃｍ以下のセラミック材料からなる電極部
の表面にフォトレジスト膜を形成し、該電極部に形成さ
れる孔のパターンが描かれたマスクでレジスト膜を覆
い、露光処理を行った後に溶剤で処理してレジスト膜に
エッチング用の窓を開け、エッチング液を用いて窓の部
分の電極部をエッチングし電極部に孔を開ければよい。
【０００５】以上の構成からなる多孔質電極において、
多孔質電極に設けられた貫通孔はガスの透過通路とな
る。一方、多孔質電極の導電性については、貫通孔の孔
径や個数を適当に設定することにより、貫通孔を設けな
い多孔質電極と殆んど変わらない導電性が確保される。
多孔質電極に設けられた貫通孔はガスの透過通路とな
る。一方、多孔質電極の導電性については、貫通孔の孔
径や個数を適当に設定することにより、貫通孔を設けな
い多孔質電極と殆んど変わらない導電性が確保される。
【０００６】
【実施例】以下、本発明に係る多孔質電極の一実施例を
その製造方法と共に説明する。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は空気側電極２及び燃料側電極３を設けた固
体電解質１の構成図である。固体電解質１にはイットリ
ウム安定化ジルコニア、空気側電極２には酸化物導電体
であるランタンマンガナイト、燃料側電極３には白金が
用いられている。空気側電極２には、図２に示すよう
に、孔２ａが設けられている。空気はこの孔２ａを通っ
て固体電解質１に達することになる。
その製造方法と共に説明する。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は空気側電極２及び燃料側電極３を設けた固
体電解質１の構成図である。固体電解質１にはイットリ
ウム安定化ジルコニア、空気側電極２には酸化物導電体
であるランタンマンガナイト、燃料側電極３には白金が
用いられている。空気側電極２には、図２に示すよう
に、孔２ａが設けられている。空気はこの孔２ａを通っ
て固体電解質１に達することになる。
【０００７】固体電解質１の原料として、Ｙ2Ｏ3を８モ
ル％添加したＺｒＯ2の粉末（純度が９９％以上、平均
粒径が０．７μｍの粉末）を準備した。この粉末１００
ｇに対して、焼結助剤としてＭｎＣＯ3を１ｇ、さらに
溶剤（エタノール／トルエン＝２／８：重量比）を１０
０ｃｃ、ポリビニルブチラール系バインダを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の固体電解質
グリーンシートを作製した。
ル％添加したＺｒＯ2の粉末（純度が９９％以上、平均
粒径が０．７μｍの粉末）を準備した。この粉末１００
ｇに対して、焼結助剤としてＭｎＣＯ3を１ｇ、さらに
溶剤（エタノール／トルエン＝２／８：重量比）を１０
０ｃｃ、ポリビニルブチラール系バインダを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の固体電解質
グリーンシートを作製した。
【０００８】空気側電極２の原料として、（Ｌａ0.7Ｓ
ｒ0.3）Ｍｎ1.1Ｏ3の粉末（純度が９９％以上、平均粒
径が１．０μｍの粉末）を準備した。この粉末１００ｇ
に対して、焼結助剤としてＳｉＯ2を１ｇ、さらに溶剤
（エタノール／トルエン＝２／８：重量比）を７０ｃ
ｃ、ポリビニルブチラール系バインダを９ｇ、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の空気側電極グ
リーンシートを作製した。
ｒ0.3）Ｍｎ1.1Ｏ3の粉末（純度が９９％以上、平均粒
径が１．０μｍの粉末）を準備した。この粉末１００ｇ
に対して、焼結助剤としてＳｉＯ2を１ｇ、さらに溶剤
（エタノール／トルエン＝２／８：重量比）を７０ｃ
ｃ、ポリビニルブチラール系バインダを９ｇ、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の空気側電極グ
リーンシートを作製した。
【０００９】作製された固体電解質グリーンシートを８
枚積み重ね、さらにその上に空気側電極グリーンシート
を２枚積み重ねた後、温度７０℃の条件下で圧力２トン
の静水圧成型を行い、圧着体とした。この圧着体を所定
の大きさに裁断した後、空気中で１３００℃まで昇温
し、この温度下で２時間焼成した。こうして、一辺の長
さが５０ｍｍ、厚さが０．３５ｍｍの短形状焼結体を得
た。
枚積み重ね、さらにその上に空気側電極グリーンシート
を２枚積み重ねた後、温度７０℃の条件下で圧力２トン
の静水圧成型を行い、圧着体とした。この圧着体を所定
の大きさに裁断した後、空気中で１３００℃まで昇温
し、この温度下で２時間焼成した。こうして、一辺の長
さが５０ｍｍ、厚さが０．３５ｍｍの短形状焼結体を得
た。
【００１０】次に、焼結体の空気側電極２に貫通孔２ａ
を形成する方法について説明する。焼結体の表裏面にス
ピナーを用いてフォトリソグラフ用レジスト膜を塗布し
た。次に、図３に示されている一辺の長さが４５ｍｍの
矩形状フォトマスク４を配置し、空気側電極２の表面に
塗布されたレジスト膜を全面にわたって露光した。フォ
トマスク４には、一辺の長さが０．０５ｍｍの矩形状パ
ターン５を有する基本部分４ａが縦横に配列されてい
る。この矩形状パターン５の部分のみが光を透過し、他
の部分は光を透過しない。そして、この光を透過した部
分のレジスト膜が現像の際に除去され、その部分に空気
側電極２の一部が露出することになる。そして、この露
出している空気側電極２の部分を、規定濃度が１０の塩
酸をエッチング液として用いてエッチングし、孔２ａを
形成した。その後、溶剤にて残っているレジスト膜を除
去した。
を形成する方法について説明する。焼結体の表裏面にス
ピナーを用いてフォトリソグラフ用レジスト膜を塗布し
た。次に、図３に示されている一辺の長さが４５ｍｍの
矩形状フォトマスク４を配置し、空気側電極２の表面に
塗布されたレジスト膜を全面にわたって露光した。フォ
トマスク４には、一辺の長さが０．０５ｍｍの矩形状パ
ターン５を有する基本部分４ａが縦横に配列されてい
る。この矩形状パターン５の部分のみが光を透過し、他
の部分は光を透過しない。そして、この光を透過した部
分のレジスト膜が現像の際に除去され、その部分に空気
側電極２の一部が露出することになる。そして、この露
出している空気側電極２の部分を、規定濃度が１０の塩
酸をエッチング液として用いてエッチングし、孔２ａを
形成した。その後、溶剤にて残っているレジスト膜を除
去した。
【００１１】さらに、固体電解質１の他方の面に、白金
からなる多孔質電極を燃料側電極３として形成する。こ
うして得られた実施例品の発電能力及び抵抗率について
評価した。評価結果を表１に示す。比較のために、従来
の空気側電極を備えた比較例品の評価結果も合わせて示
す。この比較例品の空気側電極は、その原料として、
（Ｌａ0.7Ｓｒ0 .3）Ｍｎ1.1Ｏ3の粉末（純度が９９％以
上、平均粒径が１．０μｍの粉末）が準備され、この粉
末１００ｇに対して、焼結助剤としてＳｉＯ2を１ｇ、
気孔形成剤として粒径２０μｍのアビセル（球状のセル
ロース系樹脂）を２０ｇ、さらに溶剤（エタノール／ト
ルエン＝２／８：重量比）を８０ｃｃ、ポリビニルブチ
ラール系バインダを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５０μｍの空気側電極グリーンシートを作
製した。この空気極電極グリーンシートと前述の固体電
解質グリーンシート及び白金を用いて実施例品と同様の
方法で比較例品を作製した。
からなる多孔質電極を燃料側電極３として形成する。こ
うして得られた実施例品の発電能力及び抵抗率について
評価した。評価結果を表１に示す。比較のために、従来
の空気側電極を備えた比較例品の評価結果も合わせて示
す。この比較例品の空気側電極は、その原料として、
（Ｌａ0.7Ｓｒ0 .3）Ｍｎ1.1Ｏ3の粉末（純度が９９％以
上、平均粒径が１．０μｍの粉末）が準備され、この粉
末１００ｇに対して、焼結助剤としてＳｉＯ2を１ｇ、
気孔形成剤として粒径２０μｍのアビセル（球状のセル
ロース系樹脂）を２０ｇ、さらに溶剤（エタノール／ト
ルエン＝２／８：重量比）を８０ｃｃ、ポリビニルブチ
ラール系バインダを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５０μｍの空気側電極グリーンシートを作
製した。この空気極電極グリーンシートと前述の固体電
解質グリーンシート及び白金を用いて実施例品と同様の
方法で比較例品を作製した。
【００１２】
【表１】
【００１３】発電能力は以下に説明する測定回路を用い
て評価した。図４に示すように、電極２，３にそれぞれ
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１００
０℃の温度に保持しながら、空気と燃料である水素ガス
をそれぞれ電極２，３に供給し、固体電解質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
状態下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。この電圧値が大きいほど電極の導電性及びガス透過
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１には、実施例品と比較例品の抵抗率が略等し
いにもかかわらず、電圧に大きな違いが生じていること
が示されている。従って、両者のガス透過性には違いが
あり、実施例品は比較例品より優れていることがわか
る。
て評価した。図４に示すように、電極２，３にそれぞれ
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１００
０℃の温度に保持しながら、空気と燃料である水素ガス
をそれぞれ電極２，３に供給し、固体電解質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
状態下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。この電圧値が大きいほど電極の導電性及びガス透過
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１には、実施例品と比較例品の抵抗率が略等し
いにもかかわらず、電圧に大きな違いが生じていること
が示されている。従って、両者のガス透過性には違いが
あり、実施例品は比較例品より優れていることがわか
る。
【００１４】なお、本発明に係る多孔質電極及びその製
造方法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。多孔質電極に
設けられる貫通孔は、必ずしも前記実施例のように、離
散して配置する必要はなく、直線状に連続的に接近させ
て溝状に配置させてもよい。また、前記実施例では固体
電解質型燃料電池の空気側電極に適用した場合を説明し
たが、これ以外に、例えばガスセンサや湿度センサの多
孔質電極に適用してもよい。
造方法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。多孔質電極に
設けられる貫通孔は、必ずしも前記実施例のように、離
散して配置する必要はなく、直線状に連続的に接近させ
て溝状に配置させてもよい。また、前記実施例では固体
電解質型燃料電池の空気側電極に適用した場合を説明し
たが、これ以外に、例えばガスセンサや湿度センサの多
孔質電極に適用してもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る多孔質電極によれば、電極に複数の貫通孔を設けて
多孔質構造としたので、ガスはこの貫通孔を介してスム
ースに電極を透過できる。一方、電極の導電性について
は、抵抗率が１０Ωｃｍ以下のセラミック材料を電極材
料として用い、また、貫通孔の孔径や個数を適当に設定
することにより、貫通孔を設けない多孔質電極と殆ど変
わらない導電性が確保できる。従って、導電性及び通気
性が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。
係る多孔質電極によれば、電極に複数の貫通孔を設けて
多孔質構造としたので、ガスはこの貫通孔を介してスム
ースに電極を透過できる。一方、電極の導電性について
は、抵抗率が１０Ωｃｍ以下のセラミック材料を電極材
料として用い、また、貫通孔の孔径や個数を適当に設定
することにより、貫通孔を設けない多孔質電極と殆ど変
わらない導電性が確保できる。従って、導電性及び通気
性が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。
【００１６】さらに、本発明に係る製造方法によれば、
導電性及び通気性が優れた前記多孔質電極を容易に得る
ことができる。
導電性及び通気性が優れた前記多孔質電極を容易に得る
ことができる。
【図１】本発明に係る多孔質電極の一実施例を表面に設
けた固体電解質の斜視図。
けた固体電解質の斜視図。
【図２】図１に示した多孔質電極を表面に設けた固体電
解質の一部拡大断面図。
解質の一部拡大断面図。
【図３】図１に示した多孔質電極を形成する際に用いら
れるマスクの平面図。
れるマスクの平面図。
【図４】図１に示した多孔質電極を備えた燃料電池の発
電能力を測定するための測定回路を示す電気回路図。
電能力を測定するための測定回路を示す電気回路図。
２…空気側電極 ２ａ…貫通孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 1/20 Ｚ 7244−5Ｇ Ｈ０１Ｍ 4/88 Ｔ
Claims (2)
- 【請求項１】 酸化物を主成分とする、抵抗率が１０Ω
ｃｍ以下のセラミック材料からなり、かつ、電極の厚み
方向に電極の表面から裏面まで貫通する孔を複数個設け
たことを特徴とする多孔質電極。 - 【請求項２】 酸化物を主成分とする抵抗率が１０Ωｃ
ｍ以下のセラミック材料からなる電極部の表面にフォト
レジスト膜を形成し、該電極部に形成される孔のパター
ンが描かれたマスクでレジスト膜を覆い、露光処理を行
った後に溶剤で処理してレジスト膜にエッチング用の窓
を開け、エッチング液を用いて窓の部分の電極部をエッ
チングし電極部に孔を開けることを特徴とする多孔質電
極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4209125A JPH0660883A (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 多孔質電極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4209125A JPH0660883A (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 多孔質電極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0660883A true JPH0660883A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16567703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4209125A Pending JPH0660883A (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 多孔質電極及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0660883A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002286680A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 積層型ガスセンサ素子の製造方法及び積層型ガスセンサ素子 |
| JP2006173091A (ja) * | 2004-12-16 | 2006-06-29 | General Electric Co <Ge> | 高性能燃料電池電極及びその製造方法 |
| JP2006344486A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Japan Fine Ceramics Center | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
| JP2008004423A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Japan Fine Ceramics Center | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-08-05 JP JP4209125A patent/JPH0660883A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002286680A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 積層型ガスセンサ素子の製造方法及び積層型ガスセンサ素子 |
| JP2006173091A (ja) * | 2004-12-16 | 2006-06-29 | General Electric Co <Ge> | 高性能燃料電池電極及びその製造方法 |
| JP2006344486A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Japan Fine Ceramics Center | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
| JP2008004423A (ja) * | 2006-06-23 | 2008-01-10 | Japan Fine Ceramics Center | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
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