JPH0757737A - 固体電解質型電解セルの溶射用電極材料 - Google Patents
固体電解質型電解セルの溶射用電極材料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
- 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
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質型の燃料電池、高温水蒸気電解装
置、酸素センサーの溶射用電極材料に関する。 【構成】 ０．１〜１μｍの電極材料微粉とその５０容
量％以下の加熱によってガス化する０．１〜１μｍの有
機質物質又は炭素の微粉とを混合して２０〜１００μｍ
の造粒粉としてなる固体電解質型電解セルの溶射用電極
材料。
置、酸素センサーの溶射用電極材料に関する。 【構成】 ０．１〜１μｍの電極材料微粉とその５０容
量％以下の加熱によってガス化する０．１〜１μｍの有
機質物質又は炭素の微粉とを混合して２０〜１００μｍ
の造粒粉としてなる固体電解質型電解セルの溶射用電極
材料。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型の燃料電
池、高温水蒸気電解装置、酸素センサー（以下、これら
の原理の共通性から固体電解質型電解セルという）の溶
射用電極材料に関する。
池、高温水蒸気電解装置、酸素センサー（以下、これら
の原理の共通性から固体電解質型電解セルという）の溶
射用電極材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３によって固体電解質型燃料電池の電
極の形成方法を説明する。図３（ａ）に示すような０．
１〜１μｍの電極材料微粉０１を造粒して酸素アセチレ
ンフレーム溶射に適した２０〜１００μｍの造粒粉０３
とし、これを固体電解質上に溶射している。溶射された
造粒粉０３は図３（ｂ）に示すように固体電解質０４上
に扁平円盤状粒子０３１に広がり、冷却時に多数の亀裂
が円盤内に生じ、さらに他の粒子との重なり部には気孔
が生じて多孔質の電極が形成される。図３（ｂ）のＡ部
を拡大した図を図３（ｃ）に示すが、電極では電極（扁
平円盤状粒子０３１）、固体電解質０４、気相（気孔に
よって形成）０５の３相界面０６で反応が起きる。
極の形成方法を説明する。図３（ａ）に示すような０．
１〜１μｍの電極材料微粉０１を造粒して酸素アセチレ
ンフレーム溶射に適した２０〜１００μｍの造粒粉０３
とし、これを固体電解質上に溶射している。溶射された
造粒粉０３は図３（ｂ）に示すように固体電解質０４上
に扁平円盤状粒子０３１に広がり、冷却時に多数の亀裂
が円盤内に生じ、さらに他の粒子との重なり部には気孔
が生じて多孔質の電極が形成される。図３（ｂ）のＡ部
を拡大した図を図３（ｃ）に示すが、電極では電極（扁
平円盤状粒子０３１）、固体電解質０４、気相（気孔に
よって形成）０５の３相界面０６で反応が起きる。
【０００３】例えば空気極では酸素が多孔質電極０３１
内を拡散し、３相界面０６近傍の電極表面に吸着され
る。吸着された酸素は電極表面を３相界面０６へ移動し
て３相界面０６で電子を受け取りイオン化して固体電解
質０４へ入る。同様に燃料極でも酸素イオンは水素や一
酸化炭素と燃料極３相界面０６で反応して電子を放出
し、水蒸気、二酸化炭素になる。電極の反応に要する分
極を反応分極と言うが、反応分極は３相界面０６の数が
多いほど小さくなる。溶射電極では扁平粒子内の亀裂
や、粒子の重なり部の気孔と電解質の間に３相界面０６
が形成されている。
内を拡散し、３相界面０６近傍の電極表面に吸着され
る。吸着された酸素は電極表面を３相界面０６へ移動し
て３相界面０６で電子を受け取りイオン化して固体電解
質０４へ入る。同様に燃料極でも酸素イオンは水素や一
酸化炭素と燃料極３相界面０６で反応して電子を放出
し、水蒸気、二酸化炭素になる。電極の反応に要する分
極を反応分極と言うが、反応分極は３相界面０６の数が
多いほど小さくなる。溶射電極では扁平粒子内の亀裂
や、粒子の重なり部の気孔と電解質の間に３相界面０６
が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の固体電
解質型電解セルの電極形成法では、扁平粒子内の亀裂や
粒子間の気孔が大きく、形成される３相界面の数が少な
いため反応分極が大きいという不具合があった。
解質型電解セルの電極形成法では、扁平粒子内の亀裂や
粒子間の気孔が大きく、形成される３相界面の数が少な
いため反応分極が大きいという不具合があった。
【０００５】本発明は上記技術水準に鑑み、３相界面の
数が多く反応分極を低減できる固体電解質型電解セルの
溶射用電極材料を提供しようとするものである。
数が多く反応分極を低減できる固体電解質型電解セルの
溶射用電極材料を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は０．１〜１μｍ
の電極材料微粉とその５０容量％以下の加熱によってガ
ス化する０．１〜１μｍの有機質物質又は炭素の微粉と
を混合して２０〜１００μｍの造粒粉としてなることを
特徴とする固体電解質型電解セルの溶射用電極材料であ
る。
の電極材料微粉とその５０容量％以下の加熱によってガ
ス化する０．１〜１μｍの有機質物質又は炭素の微粉と
を混合して２０〜１００μｍの造粒粉としてなることを
特徴とする固体電解質型電解セルの溶射用電極材料であ
る。
【０００７】本発明にいう固体電解質型電解セルは冒頭
でも定義したように、固体電解質型の燃料電池、高温水
蒸気電解装置、酸素センサーにおいて使用される作用原
理が同じな電解セルを意味する。
でも定義したように、固体電解質型の燃料電池、高温水
蒸気電解装置、酸素センサーにおいて使用される作用原
理が同じな電解セルを意味する。
【０００８】本発明において用いられる有機質物質とし
ては加熱によってガス化するものであれば何んでもよ
く、例えば炭素、水素、酸素、窒素などを主成分として
硫黄などを含むもの、例えば澱粉、小麦粉、米粉、発泡
スチロル粒粉があげられ、炭素としてはカーボンブラッ
クなどがあげられる。
ては加熱によってガス化するものであれば何んでもよ
く、例えば炭素、水素、酸素、窒素などを主成分として
硫黄などを含むもの、例えば澱粉、小麦粉、米粉、発泡
スチロル粒粉があげられ、炭素としてはカーボンブラッ
クなどがあげられる。
【０００９】
【作用】溶射粒子内に酸化によってガス化する有機質物
質や炭素の微粉が分散しているので、扁平粒子となった
場合にも扁平粒子内に有機化合物や炭素の微粉が分散し
ている。このようにして形成した固体電解質型電解セル
を酸化雰囲気で７００〜１０００℃以下で焼成すれば有
機質物質や炭素の微粉は酸化して気体となるので小さな
気孔が分散した電極ができる。この結果、固体電解質、
電極界面の微小な気孔が形成する３相界面は数が多く反
応分極が低減される。
質や炭素の微粉が分散しているので、扁平粒子となった
場合にも扁平粒子内に有機化合物や炭素の微粉が分散し
ている。このようにして形成した固体電解質型電解セル
を酸化雰囲気で７００〜１０００℃以下で焼成すれば有
機質物質や炭素の微粉は酸化して気体となるので小さな
気孔が分散した電極ができる。この結果、固体電解質、
電極界面の微小な気孔が形成する３相界面は数が多く反
応分極が低減される。
【００１０】また、電極材料微粉と混合する加熱によっ
てガス化する有機質物質、炭素微粉の混合比はその混合
比が多くなりすぎると電極の気孔率が大きくなって導電
率が低下するので、混合比は５０容量％以下にすべきで
ある。
てガス化する有機質物質、炭素微粉の混合比はその混合
比が多くなりすぎると電極の気孔率が大きくなって導電
率が低下するので、混合比は５０容量％以下にすべきで
ある。
【００１１】
（実施例１）以下、本発明の一実施例を図１によって説
明する。図１（ａ）に示すように、平均粒子径０．５μ
ｍの澱粉微粉や炭素微粉２を空気極電極材料であるＬａ
ＣｏＯ3 の０．１〜１μｍの微粉１と混合して２０〜１
００μｍの造粒粉３を製造し、この造粒粉３を図１
（ｂ）に示すように、アセチレンガス溶射で固体電解質
４の上に３０μｍの厚さで溶射して澱粉（又は炭素）入
り空気極層６を形成し、この上から澱粉粒子や炭素粒子
の入っていないＬａＣｏＯ3 の造粒粉を１５０μｍ溶射
して空気極層７を形成する。
明する。図１（ａ）に示すように、平均粒子径０．５μ
ｍの澱粉微粉や炭素微粉２を空気極電極材料であるＬａ
ＣｏＯ3 の０．１〜１μｍの微粉１と混合して２０〜１
００μｍの造粒粉３を製造し、この造粒粉３を図１
（ｂ）に示すように、アセチレンガス溶射で固体電解質
４の上に３０μｍの厚さで溶射して澱粉（又は炭素）入
り空気極層６を形成し、この上から澱粉粒子や炭素粒子
の入っていないＬａＣｏＯ3 の造粒粉を１５０μｍ溶射
して空気極層７を形成する。
【００１２】澱粉微粉や炭素微粉２で形成された径の小
さい気孔で固体電解質４界面に多く３相界面が形成され
る。このため反応分極が小さくなって燃料電池の抵抗が
低くなる。また気孔率が高いと電子導電率が低いので、
気孔率の低い澱粉微粉や炭素微粉の入っていないＬａＣ
ｏＯ3 の造粒粉を１５０μｍ溶射しており、電流の集電
はこの気孔率が低く電子導電率が高い空気極層７で行
い、電気抵抗の低減を行う。
さい気孔で固体電解質４界面に多く３相界面が形成され
る。このため反応分極が小さくなって燃料電池の抵抗が
低くなる。また気孔率が高いと電子導電率が低いので、
気孔率の低い澱粉微粉や炭素微粉の入っていないＬａＣ
ｏＯ3 の造粒粉を１５０μｍ溶射しており、電流の集電
はこの気孔率が低く電子導電率が高い空気極層７で行
い、電気抵抗の低減を行う。
【００１３】（実施例２）本発明の他の実施例を図２に
よって説明する。図２（ａ）に示すように、平均粒子径
０．５μｍの澱粉微粉や炭素微粉２を燃料極電極材料で
ある０．１〜１μｍのＹＳＺ（イットリア安定化ジルコ
ニア）微粉１′とＮｉＯ微粉１″に混合して２０〜１０
０μｍの造粒粉３を製造し、まずＮｉＯとＹＳＺの造粒
粉をプラズマ溶射で多孔質基体管４′の上に５０μｍの
厚さで溶射してＮｉＯ／ＹＳＺ造粒粉溶射膜８を形成
し、その上から上記の造粒粉３をプラズマ溶射でＮｉＯ
／ＹＳＺ澱粉（炭素）造粒粉溶射層６′を３０μｍの厚
さで形成する。
よって説明する。図２（ａ）に示すように、平均粒子径
０．５μｍの澱粉微粉や炭素微粉２を燃料極電極材料で
ある０．１〜１μｍのＹＳＺ（イットリア安定化ジルコ
ニア）微粉１′とＮｉＯ微粉１″に混合して２０〜１０
０μｍの造粒粉３を製造し、まずＮｉＯとＹＳＺの造粒
粉をプラズマ溶射で多孔質基体管４′の上に５０μｍの
厚さで溶射してＮｉＯ／ＹＳＺ造粒粉溶射膜８を形成
し、その上から上記の造粒粉３をプラズマ溶射でＮｉＯ
／ＹＳＺ澱粉（炭素）造粒粉溶射層６′を３０μｍの厚
さで形成する。
【００１４】澱粉微粉や炭素微粉で形成された径の小さ
い気孔で固体電解質４界面に多く３相界面が形成され
る。このため反応分極が小さくなって燃料電池の抵抗が
低くなる。また気孔率が高いと電子導電率が低いので、
気孔率の低い澱粉微粉や炭素微粉の入っていないＮｉＯ
とＹＳＺの造粒粉を５０μｍ溶射しており、電流の集電
はこの気孔率が低く電子導電率が高い燃料極層で行い、
電気抵抗の低減を行う。
い気孔で固体電解質４界面に多く３相界面が形成され
る。このため反応分極が小さくなって燃料電池の抵抗が
低くなる。また気孔率が高いと電子導電率が低いので、
気孔率の低い澱粉微粉や炭素微粉の入っていないＮｉＯ
とＹＳＺの造粒粉を５０μｍ溶射しており、電流の集電
はこの気孔率が低く電子導電率が高い燃料極層で行い、
電気抵抗の低減を行う。
【００１５】
【発明の効果】本発明の溶射用電極材料により、３相界
面の数が多く反応分極を低減できる固体電解質型電解セ
ルの溶射用電極材料が得られる。
面の数が多く反応分極を低減できる固体電解質型電解セ
ルの溶射用電極材料が得られる。
【図１】本発明の一実施例の溶射用電極材料及びその適
用法の説明図。
用法の説明図。
【図２】本発明の他の実施例の溶射用電極材料及びその
適用法の説明図。
適用法の説明図。
【図３】従来の溶射用電極材料及びその適用法並びに３
相界面の説明図。
相界面の説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｅ 9444−4Ｋ 8/10 9444−4Ｋ
Claims (1)
- 【請求項１】 ０．１〜１μｍの電極材料微粉とその５
０容量％以下の加熱によってガス化する０．１〜１μｍ
の有機質物質又は炭素の微粉とを混合して２０〜１００
μｍの造粒粉としてなることを特徴とする固体電解質型
電解セルの溶射用電極材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5205047A JPH0757737A (ja) | 1993-08-19 | 1993-08-19 | 固体電解質型電解セルの溶射用電極材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5205047A JPH0757737A (ja) | 1993-08-19 | 1993-08-19 | 固体電解質型電解セルの溶射用電極材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0757737A true JPH0757737A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16500573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5205047A Withdrawn JPH0757737A (ja) | 1993-08-19 | 1993-08-19 | 固体電解質型電解セルの溶射用電極材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0757737A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008084716A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Kyocera Corp | 燃料電池セルおよび燃料電池セルスタック、ならびに燃料電池 |
| JP2009518810A (ja) * | 2005-12-08 | 2009-05-07 | シーメンス パワー ジェネレイション インコーポレイテッド | 多段濃度勾配の燃料電極及びその製作方法 |
| JP2009522748A (ja) * | 2006-01-09 | 2009-06-11 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド | 多孔質電極を有する燃料電池構成体 |
| JP2010164576A (ja) * | 2002-07-19 | 2010-07-29 | Furuya Kinzoku:Kk | 固体電解質用電極、その製造方法並びに固体電解質型酸素センサー及び排ガスセンサー |
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1993
- 1993-08-19 JP JP5205047A patent/JPH0757737A/ja not_active Withdrawn
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