JPH0850899A - 固体電解質燃料電池用セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、電極構成材料である金属とセラミ
ックスとの濡れ性を改善することにより、長期にわたっ
て電極性能が劣化しない燃料極となし、もって高性能な
固体電解質燃料電池用セルを提供することを目的とす
る。 【構成】 固体電解質を介して燃料極と酸化剤極とが相
対向する固体電解質燃料電池用セルにおいて、前記燃料
極が、金属とセラミックスと、電池動作温度域で前記金
属と前記セラミックスとの濡れ性を高めるろう材と、を
主構成材料として構成されたものであることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高温型固体電解質燃料電
池に関し、詳しくは固体電解質燃料電池用セルの燃料極
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、供給されるガスの化学エネ
ルギーを直接電気エネルギーに変換する方式の電池であ
るため、高い発電効率が期待でき、特に固体電解質燃料
電池は、約１０００℃という高温で動作させる電池であ
るので、高温廃熱を有効利用することにより一層高い発
電効率が期待できる。よって、リン酸型燃料電池、溶融
炭酸塩型燃料電池に代わる、第三世代の燃料電池とし
て、注目されている。

【０００３】ところで、固体電解質燃料電池の基本構造
は、高温下で酸素イオン導電性を有する固体電解質と、
この電解質の両側に燃料極と酸化剤極とがそれぞれ配置
され、更に前記電極に外部から燃料ガスおよび酸化剤ガ
スを連続的に供給できるようにした構造である。そし
て、この電池の発電原理は、酸素イオンが酸化剤極側か
ら電解質中を通過して燃料極側に移動し、燃料極で燃料
ガスと反応してＨ₂ Ｏと電子（ｅ^- ）を生成するので、
この電子（ｅ^- ）を外部回路から酸化剤極に流し、酸素
を酸素イオン（Ｏ^2-）に変えるとともに、外部回路から
電流を取り出すというものである。この発電原理から、
この種の燃料電池を構成する燃料極の材料は、電子導電
性であることの他、電池動作温度が１０００℃程度と高
温のため耐熱性に優れた材料でなければならない。ま
た、濃度分極の効果を減じるとともに、電極反応面積を
大きくするためにガス透過性のよい多孔性材料であるこ
とが望ましい。

【０００４】そこで、従来より、このような性質を満た
す電極材料として、例えばニッケル−安定化ジルコニア
サーメットやニッケル−セリア系酸化物サーメットな
ど、金属とセラミックスとを混合したものが使用されて
いる。図５にニッケル・安定化ジルコニアサーメットを
電極材料とした燃料極の平面方向の断面を拡大した模式
図を示す。この燃料極は、図５のようにニッケル１２が
重なりあって所謂導電パスを形成し、またセラミックス
１３には大小の気孔１４、１５が存在した電極として好
適な微細構造をしている。よって、高い発電能力を発揮
し得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なサーメットを電極材料として用いた従来の燃料極で
は、電池運転の当初においては、電極として好適な構造
が保持されているが、その構成材料であるニッケルとセ
ラミックスとの濡れ性が悪いため、運転時間が長くなる
と１０００℃前後の高熱の影響を受け、図６に示すが如
くニッケル粒子が凝集・焼結して粗大粒子化するなどし
て、次第に前記好適な微細構造がくずれる。そして、当
初ニッケル粒子同士が連結して形成していた導電パスが
ニッケル粒子の凝集により切断されるため、電極の導電
率が低下する。また、ニッケルの粗大粒子化は、電極中
にあるニッケルのト−タルな表面積を減少させるので、
結果として燃料極と電解質の境界面近傍に形成される所
謂三相界面（Ｎｉ・ガス・固体電解質）の減少を招く。
このような理由から、電池を長期にわたって運転する
と、次第に電極性能が低下するという問題があった。

【０００６】本発明は上記問題を解消し、長期にわたっ
て燃料極の性能が低下しない固体電解質燃料電池用セル
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、固体電解質を介して燃料極と酸
化剤極とが相対向する固体電解質燃料電池用セルにおい
て、前記燃料極が、金属とセラミックスと、電池動作温
度域で前記金属と前記セラミックスとの濡れ性を高める
ろう材と、を主構成材料として構成されたものであるこ
とを特徴とする。

【０００８】請求項２の発明は、前記請求項１記載の固
体電解質燃料電池用セルにおいて、前記金属がニッケル
であり、前記セラミックスが安定化ジルコニア〔但し、
ドーパントとしてＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｓｃ₂ Ｏ
₃ 〕、（ＣｅＯ₂ ）_0.8 Ｘ_{0. 2} 〔但し、ＸはＳｍ
₂ Ｏ₃ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｌａ₂ Ｏ₃ 〕、ＰｒＯｘ〔但し、０
＜ｘ≦３〕、ＢａＣｅ_1-x Ｍ_x Ｏ_3-x 〔但し、０＜ _x
≦０．３、ＭはＤｙ、Ｇｄ、Ｙ、Ｓｎ、Ｙｂ、Ｎｄの何
れか１つ〕より選択されるセラミックス材料からなるも
のであることを特徴とする。

【０００９】請求項３の発明は、前記請求項１記載の固
体電解質燃料電池用セルにおいて、前記ろう材が、４〜
１４×１０^-6・Ｋ^-1の範囲の膨張係数を有する金属材料
であることを特徴とする。請求項４の発明は、前記請求
項３記載の固体電解質燃料電池用セルにおいて、前記ろ
う材が、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗからなる群
から１又は２以上選択された金属元素を主成分とする金
属材料であることを特徴とする。

【００１０】請求項５の発明は、請求項１記載の固体電
解質燃料電池用セルにおいて、前記ろう材が、１０．３
〜１３．３×１０^-6・Ｋ^-1の範囲の熱膨張係数を有する
合金であることを特徴とする。請求項６の発明は、前記
請求項５記載の固体電解質燃料電池用セルにおいて、前
記ろう材が、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｍｏ合金、Ｔｉ−
Ｎｉ合金からなる群より１つ選択される二成分系の合
金、又はＴｉ−Ｎｉ−Ｍｏ合金、Ｔｉ−Ｍｏ−Ｎｂ合
金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎｂ合金からなる群より１つ選択され
る三成分系合金であって、１０．３〜１３．３×１０^-6
・Ｋ^-1の範囲の膨張係数を有するものであることを特徴
とする。

【００１１】

【作用】請求項１記載の発明では、燃料極が金属とセラ
ミックス（以下、サーメットという）と、電池動作温度
で前記金属と前記セラミックスとの濡れ性を高めるろう
材とを主構成材料として構成されている。このような電
極材料からなる燃料極であると、ろう材が金属とセラミ
ックスとの濡れ性を改善し、金属とセラミックスとの親
和性を良好に維持するので、金属とセラミックスとの濡
れ性の悪さに原因する燃料極性能の低下が抑制できる。
よってセル寿命が顕著に向上する。

【００１２】このことを更に説明する。１０００℃程の
高い動作温度の電池を長時間運転すると、高温によりサ
ーメット中の金属が半溶融状態となる。ここにおいて、
従来の燃料極では、金属とセラミックスとの濡れ性が悪
いため、半溶融状態となった金属は、セラミックスに対
する親和力より自らの表面張力の方が勝るため、凝集に
より表面積を減少させようとする。このため、固体状態
ではセラミックス中に均一に分散していた金属は、近隣
の金属粒子同士と凝集して粗大粒子化する。金属粒子の
粗大粒子化は、導電パスの切断（導電率の低下）や三相
界面の減少を招くので、電極性能が低下することになる
と考えられる。

【００１３】然るに、サーメットにろう材が配合されて
いると、ろう材が半溶融金属とセラミックスとの親和性
を高めるので、金属が半溶融状態となった場合であって
も、金属粒子同士が凝集することがない。しがたって、
金属粒子同士の凝集・粗大化に原因する導電パスの切断
や三相界面の減少が生じにくい。また、ろう材が、燃料
極と固体、燃料極と集電体との濡れ性を向上させるの
で、これらの電池構成部材との密着性が高まり、燃料極
と各部材間の接触抵抗が低減される。よって、この面か
らもセル性能の向上が図れる。

【００１４】このように、請求項１の発明によれば、電
池運転に伴う燃料極の劣化が抑制できるので、長期にわ
たり高いセル性能が維持できる。請求項２の発明では、
請求項１記載の固体電解質燃料電池用セルにおいて、前
記サーメット中の金属をニッケルとし、セラミックスを
安定化ジルコニア〔但し、ドーパントとしてＣａＯ、Ｍ
ｇＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｓｃ₂ Ｏ₃ 〕、（ＣｅＯ₂ ）_{0. 8} Ｘ
_0.2 〔但し、ＸはＳｍ₂ Ｏ₃ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｌａ
₂ Ｏ₃ 〕、ＰｒＯｘ〔但し、０＜ｘ≦３〕、ＢａＣｅ
_1-x Ｍ_x Ｏ_3-x 〔但し、０＜ _x ≦０．３、ＭはＤｙ、
Ｇｄ、Ｙ、Ｓｎ、Ｙｂ、Ｎｄの何れか１つ〕より選択さ
れるものとした。前記のサーメットにろう材が配合され
た電極材料で構成された燃料極は、サーメットが電極の
ガス透過性、イオン導電性、電子導電性を好適に保持
し、且つろう材がセラミックスとニッケルとの濡れ性を
向上させるように作用するので、高性能で劣化の少ない
燃料極とでき、これにより高い発電効率を有するセルと
成し得る。

【００１５】請求項３の発明では、請求項１記載の固体
電解質燃料電池用セルにおいて、前記ろう材を４〜４〜
１４×１０^-6・Ｋ^-1の膨張係数を有するものとした。こ
の範囲の膨張係数のろう材であると、ニッケルやセラミ
ックスとの膨張率に極端な差がないため、セルの温度変
化に伴うろう材とニッケルやセラミックスとの間に生じ
る熱応力が緩和されるので、熱応力に起因するクラック
等が生じにくいとともに、ろう材がより広範囲の温度で
好適に作用し得る。よって、温度の変動による燃料極の
劣化が効果的に防止できる。

【００１６】請求項４の発明では、請求項３記載の固体
電解質燃料電池用セルにおいて、前記ろう材が、Ｔｉ、
Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗからなる群から１又は２以
上選択された金属元素を主成分とするものとした。この
ような金属はろう材としての効果が高く、また熱膨張係
数はおよそ７〜１４×１０^-6・Ｋ^-1の範囲にありサーメ
ット構成材料との膨張率の差が小さいものであるので、
電池動作温度において好適にろう材としての機能を発揮
できる。つまり、セル寿命を一層高めることができる。

【００１７】請求項５の発明では、１０．３〜１３．３
×１０^-6・Ｋ^-1の範囲の膨張係数のろう材とした。この
ようなろう材であると、膨張係数がサーメットのそれと
ほぼ同様であるので、燃料極の熱変化によりろう材とサ
ーメット間に発生する熱応力に起因するクラック等が生
じない。また電池動作温度でサーメットとの濡れ性改善
効果が高い。

【００１８】請求項６の発明では、前記請求項５記載の
固体電解質燃料電池用セルにおいて、前記ろう材が、Ｔ
ｉ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｍｏ合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金からな
る群より１つ選択される二成分系の合金、又はＴｉ−Ｎ
ｉ−Ｍｏ合金、Ｔｉ−Ｍｏ−Ｎｂ合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎ
ｂ合金からなる群より１つ選択される三成分系合金であ
って、１０．３〜１３．３×１０^-6・Ｋ^-1の範囲の膨張
係数を有するものとした。 複数の金属を合金化する
と、融点や熱膨張係数を適当に調整できる。したがって
前記ろう材は、単独の金属をろう材として用いる場合に
比べ、一層好適に機能するものとできる。つまり、上記
ろう材を配合したサーメットを電極材料として構成した
燃料極は、ろう材が一層有効に作用するため、長期にわ
たり電極性能の劣化の少ないものとなる。

【００１９】

【実施例】本発明を実施例に基づいて具体的に説明す
る。また、本実施例電池と従来電池（比較例）の性能と
を比較することにより、本発明の内容を明らかにする。 〔実施例〕本発明の実施例にかかる固体電解質型燃料電
池の概要を、その断面模式図である図４を元に説明す
る。先ずセル４は、８％イットリアで安定化したジルコ
ニア（ＹＳＺ）の緻密な焼成体から成る固体電解質１
（外寸１５０mm×１５０mm、厚さ0.２mm）の両側に、ろ
う材を配合したＮｉ−ＹＳＺサーメットから成る燃料極
２と，ＬａＳｒＭｎＯ₃ 等のペロブスカイト型酸化物に
ＹＳＺを混粒して成る酸化剤極３とが配置された構造を
している。そして電池は、前記セル４を一対のセパレー
タ５、６で挟持するとともに、燃料極２とセパレータ５
との間に燃料極側集電体７、酸化剤極３とセパレータ６
との間に酸化剤極側集電体８を、それぞれ介在させた、
また固体電解質１の電極非塗布面とセパレータ５・６と
の間にはシール材９を介在させた構造である。なお、前
記燃料極側集電体７にはＮｉフェルトを、酸化剤極側集
電体８には繊維状インコネル合金がそれぞれ使用されて
いる。

【００２０】以下、上記セルの主要構成部材である燃料
極と酸化剤極の作製方法等について説明する。 （燃料極の作成）ＮｉＯ粉末２００重量部と、ＴｉＮｉ
合金粉末２０重量部と、Ｙ₂ Ｏ₃ 安定化ＺｒＯ₂ 粉末１
５０重量部と、バインダ（ポリビニルブチラール樹脂）
５重量部と、溶媒（テルピネオール）１００重量部とを
各々ボールミルにて十分混合し、スラリー中に含まれた
微小な気泡を減圧下で攪拌除去して、燃料極用スラリー
を作成した。この燃料極用スラリーを、前記固体電解質
１の一方の面に厚さ５０μｍとなるように塗布し、乾燥
した後、これを空気中１２５０℃で２時間焼成して固体
電解質表面に燃料極を形成した。

【００２１】（酸化剤極の作成）Ｌａ_0.9 Ｓｒ_0.1 Ｍｎ
Ｏ₃ 粉末４００重量部と、Ｙ₂ Ｏ₃ 安定化ＺｒＯ₂ １０
０重量部と、バインダ（ポリビニルブチラール樹脂）５
重量部と、溶媒（テルピネオール）７０重量部とを各々
ボールミルにて十分混合し、スラリー中に含まれた微小
な気泡を減圧下で攪拌除去して、酸化剤極用スラリーを
作成した。この酸化剤極用スラリーを、片面に燃料極が
形成された上記固体電解質の他方の面に厚さ５０μｍと
なるように塗布し、乾燥した後、これを空気中１１００
℃で４時間焼成し、電解質の他方の面に酸化剤極３を形
成した。なお、これにより固体電解質を挟んで燃料極と
酸化剤極とが形成された構造のセル４が作製できたこと
になる。

【００２２】（燃料電池の組立）セルの酸化剤極３側に
インコネル合金フェルトからなる集電体８を配置し、さ
らにその上にセパレータ６を配置する。他方、燃料極２
側にＮｉフェルト７からなる集電体７を配置し、その上
にセパレータ５と配置して、本発明例電池を組み立て
た。

【００２３】この本発明例電池に組み込んだ燃料極を以
下、電極Ａと称する。 〔比較例〕燃料極にＴｉＮｉ粉末を全く添加しないこと
以外は、本発明例電池と同様にして、比較例電池を作製
した。この比較例電池に組み込んだ燃料極を以下、電極
Ｘと称する。

【００２４】〔実験１〕上記本発明例電池と比較例電池
（何れも外寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍの単電池）につい
て、１０００℃まで昇温した後、燃料として加湿水素ガ
ス、酸化剤として空気を用い、電流密度３００ｍＡ／ｃ
ｍ² にて４００時間の連続放電を行い、電池運転時間と
電池電圧の関係を調べた。また、前記各電池の燃料極
（Ａ及びＸ）の導電率を、直流四端子法により経時的に
測定し、電池運転時間と燃料極導電率の関係を調べた。

【００２５】上記実験結果を、図１及び図２にそれぞれ
示す。図１から明らかなように、本発明例電池（実線）
は、比較例電池（破線) に比べ電池の運転当初における
電池電圧が高く、その後も電池電圧の低下が認められな
かった。これに対し比較例電池は、電池運転時間の経過
とともに電池電圧が低下した。

【００２６】また、図２から、本発明例電池の燃料極Ａ
は、その導電率が電池運転当初と４００時間経過後とで
殆ど差がなかった。これに対し比較例電池の燃料極Ｘ
は、運転当初において急激に導電率が低下し、その後も
低下傾向が認められた。これらの実験結果は次のような
理由によると考えられる。先ず、比較例電池の電極Ｘで
は、電池運転当初においては図５に示すが如く、ニッケ
ル（１２）により導電パスを形成されるとともに、比較
的大きな気孔１５により良好なガス透過性が確保された
好適な電極構造をしていたものが、運転時間の経過とと
もにその微細構造が図６のように変化したためと考えら
れる。即ち、サーメット中のニッケルは１０００℃程の
高温の電池動作温度では次第に半溶融状態となるが、電
極ＸではニッケルとＹ₂ Ｏ₃ 安定化ＺｒＯ₂ との濡れ性
が悪いため、半溶融状態となったニッケル粒子には、前
記Ｙ₂ Ｏ₃ 安定化ＺｒＯ₂ との親和力より自らの表面張
力が強いため、凝集して表面積を小さくしようとする力
が働く。このため、ニッケル粒子は、当初サーメット中
に適度に分散し且つ相互に接触し合って所謂導電パスを
形成した状態になっていたが、電池運転時間の経過とと
もに次第に図６の如く近隣にあるニッケル粒子と凝集し
て粗大粒子化する。よって、前記導電パスが切断され、
電極の導電率が低下する。更に、ニッケルの粗大粒子化
はニッケル表面積の減少を招くため、燃料極と固体電解
質との境界近傍に形成されていた三相界面（Ｎｉ・ガス
・電解質）の減少を招く。よって、電池運転時間の経過
とともに電極性能が低下し、セル電圧が低下したものと
考えられる。

【００２７】一方、本発明例電池の電極Ａでは、ろう材
であるＴｉＮｉ合金粉末が配合され、図３に示すような
電極構造になっている。図３中、１１はＴｉＮｉ、１２
はニッケル、１３はＹ₂ Ｏ₃ 安定化ＺｒＯ₂ 、１４は微
小気孔、１５は気孔をそれぞれ示す。図３に示すが如
く、ＴｉＮｉ（１１）はニッケルとＹ₂ Ｏ₃ 安定化Ｚｒ
Ｏ₂ の間に介在しており、ニッケルとＹ₂ Ｏ₃ 安定化Ｚ
ｒＯ₂ との濡れ性を高めるように作用する。よって、電
池動作時にニッケルが半溶融状態となってもニッケルと
Ｙ₂ Ｏ₃ 安定化ＺｒＯ₂ との親和性が保持されているの
で、ニッケルが凝集して粗大粒子化することが抑制さ
れ、これにより電導パスの切断や三相界面の減少等が防
止できるものと考えられる。また、ろう材の濡れ性改善
作用は、燃料極と固体電解質間、燃料極と集電体間の密
着性向上にも寄与する。

【００２８】即ち、ろう材の上記のような作用により、
電池の運転が長期にわったても燃料極の微細構造が好適
な状態に維持されるため、セル性能の低下が抑制され、
それゆえ電池Ａではセル電圧の低下が見られなかったと
考えれる。 （その他の事項）本発明は上記実施例で具体的に記載し
た範囲に限定されるものでないことは勿論である。

【００２９】即ち、上記実施例では燃料極の主構成材料
として、Ｎｉ−Ｙ₂ Ｏ₃ 安定化ＺｒＯ₂ サーメットを使
用したが、電極材料として使用できる公知のサーメット
であって金属とセラミックスとの濡れ性が悪いものの全
ての電極材料が対象となる。なぜなら、本発明はろう材
を配合することにより、金属とセラミックスとの濡れ性
を改善する点に要旨があるからである。上記以外のサー
メットの金属としては例えば、Ｒｕ等を用いることがで
き、セラミックス材料としてはＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂ Ｏ
₃ 、Ｓｃ₂ Ｏ₃ 等をドーパントとする各種安定化ジルコ
ニア、（ＣｅＯ ₂ ）_0.8 Ｘ_0.2 〔但し、ＸはＳｍ
₂ Ｏ₃ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｌａ₂ Ｏ₃ 〕、ＰｒＯｘ〔但し、０
＜ｘ≦３〕、ＢａＣｅ_1-x Ｍ_x Ｏ_3-x 〔但し、０＜ _x
≦０．３、ＭはＤｙ、Ｇｄ、Ｙ、Ｓｎ、Ｙｂ、Ｎｄの何
れか１つ〕などを用いることができる。但し、サーメッ
トの金属としては、融点及びコストの点でニッケルを用
いるのが好ましく、セラミックスとしては、コストの点
でＹ₂ Ｏ₃ 安定化ＺｒＯ₂ が特に好ましい。

【００３０】また、上記実施例ではろう材としてＴｉＮ
ｉ合金を使用したが、これに限られるものではなく、本
発明では電池動作温度において物理的、化学的に安定で
且つニッケルとセラミックスとの濡れ性を高めることの
できる各種のろう材が使用可能であるが、ろう材とサー
メットとの熱膨張率の差が大きいと、温度変化が生じた
場合、各材料間の接合面で熱応力が発生してクラック等
が生じる。このため、サーメットの熱膨張係数とろう材
の熱膨張係数が近いのが望ましい。そしてニッケル等の
金属の熱膨張係数はおよそ１３〜１４×１０^-6・Ｋ^-1、
ジルコニア等のセラミックスの熱膨張係数はおよそ１０
〜１１×１０^-6・Ｋ^-1であるので、これらの値に本発明
者らの経験を加味すると、およそ４〜１４×１０^-6・Ｋ
^-1の範囲の熱膨張係数を有する金属材料が使用でき、こ
のような金属材料として、例えば、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗが挙げられる。

【００３１】但し、熱応力の緩和の点からすると、ろう
材の熱膨張係数は前記ニッケル等の金属の熱膨張係数と
ジルコニア等のセラミックスの熱膨張係数との間にある
のがより好ましい。しかして、前記Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ等の金属を２種以上組み合わせて合金化
とすると、１０〜１４×１０^-6・Ｋ^-1の熱膨張係数を有
する合金を得ることができ、また合金化によりろう材の
融点が低下し、ニッケルとジルコニアとの濡れ性改善効
果が高まる。よって、前記Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍ
ｏ、Ｗ等の金属を合金化して用いるのがよい。このよう
な合金としては、例えば、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−Ｍｏ
合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金からなる群より１つ選択される二
成分系の合金、又はＴｉ−Ｎｉ−Ｍｏ合金、Ｔｉ−Ｍｏ
−Ｎｂ合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎｂ合金からなる群より１つ
選択される三成分系合金を挙げることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明では、電解質と一対の電極からな
る固体電解質燃料電池セルにおいて、燃料極が金属・セ
ラミックスからなるサーメットと、金属とセラミックス
との濡れ性を改善するろう材を添加してなる材料で構成
されている。したがって、本発明によれば、金属とセラ
ミックスとの濡れ性が悪いために発生する現象、即ちニ
ッケル粒子の凝集による導電パスの切断（電極導電率の
低下）、三相界面の減少、電極−電解質，電極−集電体
との密着性の低下などが防止できるので、セルの寿命が
顕著に向上する。したがって、本発明にかかるセルを用
いた場合、高い発電能力を長期にわたって発揮し得る固
体電解質電池が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明セルを用いた固体電解質電池における、
電池電圧と運転継続時間との関係を示すグラフである。

【図２】本発明にかかる燃料極の導電率と運転継続時間
との関係を示すグラフである。

【図３】本発明にかかる燃料極の微細構造を示す断面拡
大模式図である。

【図４】本発明セルの構造を示す説明図である。

【図５】比較例にかかる燃料極の微細構造を示す断面拡
大模式図である。

【図６】比較例にかかる燃料極の微細構造が変化した様
を示す断面拡大模式図である。

フロントページの続き (72)発明者 谷口 俊輔 守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 安尾 耕司 守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 秋山 幸徳 守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機 株式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機 株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体電解質を介して燃料極と酸化剤極と
   が相対向する固体電解質燃料電池用セルにおいて、 前記燃料極が、金属とセラミックスと、電池動作温度域
   で前記金属と前記セラミックスとの濡れ性を高めるろう
   材と、を主構成材料として構成されたものであることを
   特徴とする固体電解質燃料電池用セル。
2. 【請求項２】 前記金属がニッケルであり、前記セラミ
   ックスが安定化ジルコニア〔但し、ドーパントとしてＣ
   ａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｓｃ₂ Ｏ₃ 〕、（ＣｅＯ₂ ）
   _0.8 Ｘ_0.2 〔但し、ＸはＳｍ₂ Ｏ₃ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｌａ₂
   Ｏ₃ 〕、ＰｒＯｘ〔但し、０＜ｘ≦３〕、ＢａＣｅ_1-x
   Ｍ_x Ｏ_3-x 〔但し、０＜ _x ≦０．３、ＭはＤｙ、Ｇ
   ｄ、Ｙ、Ｓｎ、Ｙｂ、Ｎｄの何れか１つ〕より選択され
   るセラミックス材料からなるものであることを特徴とす
   る請求項１記載の固体電解質燃料電池用セル。
3. 【請求項３】 前記ろう材は、４〜１４×１０^-6・Ｋ^-1
   の範囲の膨張係数を有する金属材料であることを特徴と
   する請求項１記載の固体電解質燃料電池用セル。
4. 【請求項４】 前記ろう材は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚ
   ｒ、Ｍｏ、Ｗからなる群から選択される１つ以上の金属
   元素を主成分とする金属材料であることを特徴とする請
   求項３記載の固体電解質燃料電池用セル。
5. 【請求項５】 前記ろう材は、１０．３〜１３．３×１
   ０^-6・Ｋ^-1の範囲の熱膨張係数を有する合金であること
   を特徴とする請求項１記載の固体電解質燃料電池用セ
   ル。
6. 【請求項６】 前記ろう材は、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−
   Ｍｏ合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金からなる群より１つ選択され
   る二成分系の合金、又はＴｉ−Ｎｉ−Ｍｏ合金、Ｔｉ−
   Ｍｏ−Ｎｂ合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｎｂ合金からなる群より
   １つ選択される三成分系合金であって、１０．３〜１
   ３．３×１０^-6・Ｋ^-1の範囲の膨張係数を有するもので
   あることを特徴とする請求項５記載の固体電解質燃料電
   池用セル。