JPH09180734A - 固体電解質型燃料電池セルの製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池セルの製造方法Info
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- JPH09180734A JPH09180734A JP7342253A JP34225395A JPH09180734A JP H09180734 A JPH09180734 A JP H09180734A JP 7342253 A JP7342253 A JP 7342253A JP 34225395 A JP34225395 A JP 34225395A JP H09180734 A JPH09180734 A JP H09180734A
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- 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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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料極中の金属とセラミックスの混合の不均一
性が発生し、その結果燃料極における分極が大きくな
り、出力密度が低下するという問題があった。 【解決手段】固体電解質の片面に空気極層、他方の面に
燃料極層が形成された固体電解質型燃料電池セルの製造
方法であって、前記燃料極層を、前記固体電解質の表面
に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔｉのうちの少なくとも一種の
金属で被覆されたＺｒＯ2 および／またはＣｅＯ2 から
なるセラミック粒子を含有するスラリーを塗布して形成
する方法であり、ここで、スラリーにおける金属とセラ
ミック粒子との組成比が、金属３０〜９０重量％と、セ
ラミック粒子１０〜７０重量％とからなるとともに、セ
ラミック粒子の平均結晶粒径が０．５〜２０μｍである
ことが望ましい。
性が発生し、その結果燃料極における分極が大きくな
り、出力密度が低下するという問題があった。 【解決手段】固体電解質の片面に空気極層、他方の面に
燃料極層が形成された固体電解質型燃料電池セルの製造
方法であって、前記燃料極層を、前記固体電解質の表面
に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔｉのうちの少なくとも一種の
金属で被覆されたＺｒＯ2 および／またはＣｅＯ2 から
なるセラミック粒子を含有するスラリーを塗布して形成
する方法であり、ここで、スラリーにおける金属とセラ
ミック粒子との組成比が、金属３０〜９０重量％と、セ
ラミック粒子１０〜７０重量％とからなるとともに、セ
ラミック粒子の平均結晶粒径が０．５〜２０μｍである
ことが望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池セルの製造方法に関するものである。
電池セルの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、固体電解質型燃料電池においては、
円筒型と平板型の２種類の燃料電池について研究開発が
行われている。平板型燃料電池セルは、発電の単位体積
当りの出力密度が高いという特長を有するが、実用化に
関してはガスシ−ル不完全性やセル内の温度分布の不均
一性などの問題がある。それに対して、円筒型燃料電池
セルでは、出力密度は低いもののセルの機械的強度が高
く、またセル内の温度の均一性が保てるという特長があ
る。両形状の固体電解質型燃料電池セルとも、それぞれ
の特長を生かして積極的に研究開発が進められている。
円筒型と平板型の２種類の燃料電池について研究開発が
行われている。平板型燃料電池セルは、発電の単位体積
当りの出力密度が高いという特長を有するが、実用化に
関してはガスシ−ル不完全性やセル内の温度分布の不均
一性などの問題がある。それに対して、円筒型燃料電池
セルでは、出力密度は低いもののセルの機械的強度が高
く、またセル内の温度の均一性が保てるという特長があ
る。両形状の固体電解質型燃料電池セルとも、それぞれ
の特長を生かして積極的に研究開発が進められている。
【０００３】円筒型燃料電池の単セルは、図２に示した
ように開気孔率４０％程度のＣａＯ安定化ＺｒＯ2 を支
持管１とし、その上にスラリ−ディップ法により多孔性
の空気極２としてＬａＭｎＯ3 系材料を塗布し、その表
面に気相合成法（ＥＶＤ）や、あるいは溶射法により固
体電解質３であるＹ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 膜を被覆し、
この表面に多孔性のＮｉ−ジルコニアの燃料極４を設け
て構成されている。
ように開気孔率４０％程度のＣａＯ安定化ＺｒＯ2 を支
持管１とし、その上にスラリ−ディップ法により多孔性
の空気極２としてＬａＭｎＯ3 系材料を塗布し、その表
面に気相合成法（ＥＶＤ）や、あるいは溶射法により固
体電解質３であるＹ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 膜を被覆し、
この表面に多孔性のＮｉ−ジルコニアの燃料極４を設け
て構成されている。
【０００４】燃料電池のモジュ−ルにおいては、各単セ
ルは、ＬａＣｒＯ3 系のインタ−コネクタ５を介して接
続される。集電はこのインタ−コネクタにＮｉフェルト
あるいはＮｉ板を接触させて行われる。また、発電は支
持管内部６に空気（酸素）を、外部７に燃料（水素）を
流し、１０００〜１０５０℃の温度で行われる。近年、
このセル作製の工程においてプロセスを単純化するた
め、空気極材料であるＬａＭｎＯ3 系材料を直接多孔性
の支持管として使用する試みがなされている。空気極と
しての機能を合せ持つ支持管材料としては、Ｌａを１０
〜２０原子％のＣａあるいはＳｒで置換したＬａＭｎＯ
3 固溶体材料が用いられている。
ルは、ＬａＣｒＯ3 系のインタ−コネクタ５を介して接
続される。集電はこのインタ−コネクタにＮｉフェルト
あるいはＮｉ板を接触させて行われる。また、発電は支
持管内部６に空気（酸素）を、外部７に燃料（水素）を
流し、１０００〜１０５０℃の温度で行われる。近年、
このセル作製の工程においてプロセスを単純化するた
め、空気極材料であるＬａＭｎＯ3 系材料を直接多孔性
の支持管として使用する試みがなされている。空気極と
しての機能を合せ持つ支持管材料としては、Ｌａを１０
〜２０原子％のＣａあるいはＳｒで置換したＬａＭｎＯ
3 固溶体材料が用いられている。
【０００５】また、平板型燃料電池の単セルは、円筒型
と同じ材料系を用いて、図３に示したように固体電解質
８の上面に多孔性の空気極９を、下面に多孔性の燃料極
１０を設けて構成されている。単セル間の接続には、セ
パレ−タ１１と呼ばれるＭｇＯやＣａＯを添加した緻密
質のＬａＣｒＯ3 固溶体材料が用いられる。発電はセル
の空気極側に空気（酸素）、燃料極側に燃料（水素）を
供給して１０００〜１０５０℃の温度で行われる。
と同じ材料系を用いて、図３に示したように固体電解質
８の上面に多孔性の空気極９を、下面に多孔性の燃料極
１０を設けて構成されている。単セル間の接続には、セ
パレ−タ１１と呼ばれるＭｇＯやＣａＯを添加した緻密
質のＬａＣｒＯ3 固溶体材料が用いられる。発電はセル
の空気極側に空気（酸素）、燃料極側に燃料（水素）を
供給して１０００〜１０５０℃の温度で行われる。
【０００６】そして、円筒型および平板型燃料電池セル
においては、多くの場合、ＮｉＯ粉末とＺｒＯ2 粉末と
所定の溶媒等を混合ミルあるいは振動ミルにて混合粉砕
し、得られたスラリーをスクリ−ン印刷により固体電解
質表面に印刷し、これを空気中高温で熱処理して固体電
解質に焼き付けを行い燃料極を形成するか、またはＮｉ
Ｏ／ＺｒＯ2 混合物からなる薄いグリ−ンシ−トを固体
電解質成形体に積層して高温で一体焼結させて燃料極を
形成していた。あるいはＮｉ粉末とＺｒＯ2 粉末の混合
粉末を分散した水溶液に固体電解質を浸漬した（以下ス
ラリ−ディップ法と呼ぶ）後、それを乾燥してＮｉ／Ｚ
ｒＯ2 からなる燃料極を固体電解質表面に形成してい
た。
においては、多くの場合、ＮｉＯ粉末とＺｒＯ2 粉末と
所定の溶媒等を混合ミルあるいは振動ミルにて混合粉砕
し、得られたスラリーをスクリ−ン印刷により固体電解
質表面に印刷し、これを空気中高温で熱処理して固体電
解質に焼き付けを行い燃料極を形成するか、またはＮｉ
Ｏ／ＺｒＯ2 混合物からなる薄いグリ−ンシ−トを固体
電解質成形体に積層して高温で一体焼結させて燃料極を
形成していた。あるいはＮｉ粉末とＺｒＯ2 粉末の混合
粉末を分散した水溶液に固体電解質を浸漬した（以下ス
ラリ−ディップ法と呼ぶ）後、それを乾燥してＮｉ／Ｚ
ｒＯ2 からなる燃料極を固体電解質表面に形成してい
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
燃料極は、Ｎｉ等とＺｒＯ2 等の混合粉末を、通常の回
転ミルあるいは振動ミルにより混合して形成していたた
め、金属とセラミックスの混合の不均一性が発生し、そ
の結果燃料極における分極が大きくなり、燃料電池セル
本来の発電性能が発揮されないという問題があった。
燃料極は、Ｎｉ等とＺｒＯ2 等の混合粉末を、通常の回
転ミルあるいは振動ミルにより混合して形成していたた
め、金属とセラミックスの混合の不均一性が発生し、そ
の結果燃料極における分極が大きくなり、燃料電池セル
本来の発電性能が発揮されないという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の問題
点に対して検討を重ねた結果、燃料極層として、Ｎｉ、
Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉから選ばれた少なくとも一種により被
覆されたＺｒＯ2 および／またはＣｅＯ2 粉末を用いて
形成することにより上記の問題を解決できることを見い
出し、本発明に至った。
点に対して検討を重ねた結果、燃料極層として、Ｎｉ、
Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉから選ばれた少なくとも一種により被
覆されたＺｒＯ2 および／またはＣｅＯ2 粉末を用いて
形成することにより上記の問題を解決できることを見い
出し、本発明に至った。
【０００９】即ち、本発明の固体電解質型燃料電池セル
の第１の製造方法は、固体電解質の片面に空気極層、他
方の面に燃料極層が形成された固体電解質型燃料電池セ
ルの製造方法であって、前記燃料極層を、前記固体電解
質の表面に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔｉのうちの少なくと
も一種の金属で被覆されたＺｒＯ2 および／またはＣｅ
Ｏ2 からなるセラミック粒子を含有するスラリーを塗布
して形成する方法である。ここで、スラリーにおける金
属とセラミック粒子との組成比が、金属３０〜９０重量
％と、セラミック粒子１０〜７０重量％とからなるとと
もに、セラミック粒子の平均結晶粒径が０．５〜２０μ
ｍであることが望ましい。
の第１の製造方法は、固体電解質の片面に空気極層、他
方の面に燃料極層が形成された固体電解質型燃料電池セ
ルの製造方法であって、前記燃料極層を、前記固体電解
質の表面に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔｉのうちの少なくと
も一種の金属で被覆されたＺｒＯ2 および／またはＣｅ
Ｏ2 からなるセラミック粒子を含有するスラリーを塗布
して形成する方法である。ここで、スラリーにおける金
属とセラミック粒子との組成比が、金属３０〜９０重量
％と、セラミック粒子１０〜７０重量％とからなるとと
もに、セラミック粒子の平均結晶粒径が０．５〜２０μ
ｍであることが望ましい。
【００１０】また、本発明の固体電解質型燃料電池セル
の第２の製造方法は、固体電解質の片面に空気極層、他
方の面に燃料極層が形成された固体電解質型燃料電池セ
ルの製造方法であって、前記燃料極層を、前記固体電解
質の表面に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔｉのうちの少なくと
も一種の金属で被覆されたＺｒＯ2 および／またはＣｅ
Ｏ2 からなるセラミック粒子を含有するグリーンシート
を被覆して形成する方法である。グリーンシートにおけ
る金属とセラミック粒子との組成比が、金属３０〜９０
重量％と、セラミック粒子１０〜７０重量％とからなる
とともに、セラミック粒子の平均結晶粒径が０．５〜２
０μｍであることが望ましい。
の第２の製造方法は、固体電解質の片面に空気極層、他
方の面に燃料極層が形成された固体電解質型燃料電池セ
ルの製造方法であって、前記燃料極層を、前記固体電解
質の表面に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔｉのうちの少なくと
も一種の金属で被覆されたＺｒＯ2 および／またはＣｅ
Ｏ2 からなるセラミック粒子を含有するグリーンシート
を被覆して形成する方法である。グリーンシートにおけ
る金属とセラミック粒子との組成比が、金属３０〜９０
重量％と、セラミック粒子１０〜７０重量％とからなる
とともに、セラミック粒子の平均結晶粒径が０．５〜２
０μｍであることが望ましい。
【００１１】
【作用】本発明の固体電解質型燃料電池セルの製造方法
では、燃料極層を、予め金属を被覆したセラミック粒子
を用いて形成するため、従来の燃料極形成方法に比較し
て、分極性能が改善され、その結果発電性能が向上す
る。
では、燃料極層を、予め金属を被覆したセラミック粒子
を用いて形成するため、従来の燃料極形成方法に比較し
て、分極性能が改善され、その結果発電性能が向上す
る。
【００１２】即ち、従来の固体電解質型燃料電池セルに
おいては、上記のように燃料極層はＮｉ等とＺｒＯ2 等
の混合物が用いられている。この金属粒子とセラミック
粒子の混合物の作製は、回転ミルあるいは振動ミルを用
いて行われるが、この様な方法により作製した金属粒子
とセラミック粒子の混合状態はミクロ的には極めて不均
一である。そのため、この様な混合物を燃料極層として
用いたセルにおいては燃料極層における分極性能が悪
く、燃料電池セル本来の発電性能が発揮されていなかっ
た。
おいては、上記のように燃料極層はＮｉ等とＺｒＯ2 等
の混合物が用いられている。この金属粒子とセラミック
粒子の混合物の作製は、回転ミルあるいは振動ミルを用
いて行われるが、この様な方法により作製した金属粒子
とセラミック粒子の混合状態はミクロ的には極めて不均
一である。そのため、この様な混合物を燃料極層として
用いたセルにおいては燃料極層における分極性能が悪
く、燃料電池セル本来の発電性能が発揮されていなかっ
た。
【００１３】本発明では、予め金属を被覆したセラミッ
ク粒子を用いて燃料極層を形成するため、金属粒子とセ
ラミック粒子の混合状態は極めて均一となり、分極性能
が改善されるのである。
ク粒子を用いて燃料極層を形成するため、金属粒子とセ
ラミック粒子の混合状態は極めて均一となり、分極性能
が改善されるのである。
【００１４】また、本発明では、燃料極層を形成するス
ラリーあるいはグリーンシートにおける金属とセラミッ
ク粒子との組成比を、金属３０〜９０重量％と、セラミ
ック粒子１０〜７０重量％とからなるとともに、セラミ
ック粒子の平均結晶粒径を０．５〜２０μｍとすること
により、さらに分極性能が向上する。
ラリーあるいはグリーンシートにおける金属とセラミッ
ク粒子との組成比を、金属３０〜９０重量％と、セラミ
ック粒子１０〜７０重量％とからなるとともに、セラミ
ック粒子の平均結晶粒径を０．５〜２０μｍとすること
により、さらに分極性能が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の固体電解質型燃料電池セ
ルは、図２に示したように、開気孔率４０％程度のＣａ
Ｏ安定化ＺｒＯ2 を支持管１とし、その上にスラリ−デ
ィップ法により多孔性の空気極２としてＬａＭｎＯ3 系
材料を塗布し、その表面に気相合成法（ＥＶＤ）や、あ
るいは溶射法により固体電解質３であるＹ2 Ｏ3 安定化
ＺｒＯ2 膜を被覆する。この後、固体電解質３の表面
に、金属で被覆されたセラミック粒子を含有するスラリ
ーを塗布し、燃料極層が形成されている。この燃料極近
傍を、図１に模式的に示す。図１において、符号３１は
セラミック粒子であり、符号３３は金属である。また、
金属とセラミック粒子の混合物を回転ミル等で作製した
スラリーを用いて形成した従来の燃料極を、図４に模式
的に示す。この図４から、従来の燃料極は、金属粒子３
３とセラミック粒子３１の混合状態はミクロ的には不均
一であることが判る。
ルは、図２に示したように、開気孔率４０％程度のＣａ
Ｏ安定化ＺｒＯ2 を支持管１とし、その上にスラリ−デ
ィップ法により多孔性の空気極２としてＬａＭｎＯ3 系
材料を塗布し、その表面に気相合成法（ＥＶＤ）や、あ
るいは溶射法により固体電解質３であるＹ2 Ｏ3 安定化
ＺｒＯ2 膜を被覆する。この後、固体電解質３の表面
に、金属で被覆されたセラミック粒子を含有するスラリ
ーを塗布し、燃料極層が形成されている。この燃料極近
傍を、図１に模式的に示す。図１において、符号３１は
セラミック粒子であり、符号３３は金属である。また、
金属とセラミック粒子の混合物を回転ミル等で作製した
スラリーを用いて形成した従来の燃料極を、図４に模式
的に示す。この図４から、従来の燃料極は、金属粒子３
３とセラミック粒子３１の混合状態はミクロ的には不均
一であることが判る。
【００１６】スラリー中の金属はＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔ
ｉのうちの少なくとも一種からなるものであり、単体あ
るいはそれらの合金を同様に用いることができる。セラ
ミック粒子は、ＺｒＯ2 および／またはＣｅＯ2 からな
るものであり、それらの混合物であっても良いし、Ｚｒ
Ｏ2 およびＣｅＯ2 は単体の他、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ
2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ等を含有する固溶
体であっても良い。
ｉのうちの少なくとも一種からなるものであり、単体あ
るいはそれらの合金を同様に用いることができる。セラ
ミック粒子は、ＺｒＯ2 および／またはＣｅＯ2 からな
るものであり、それらの混合物であっても良いし、Ｚｒ
Ｏ2 およびＣｅＯ2 は単体の他、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ
2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ等を含有する固溶
体であっても良い。
【００１７】スラリー中の金属とセラミック粒子の組成
比において、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属の含有量は３０〜９０
重量％が好ましい。Ｎｉ、Ｃｏ等の金属の含有量が３０
重量％より低いと燃料極層の電気伝導性が悪化する傾向
にあり、また、９０重量％を越えると、金属同士の焼結
の進行が速くなり発電性能が劣化しやすいからである。
金属の含有量としては、特に、高電気伝導性および金属
同士の焼結防止という観点から５０〜７０重量％が望ま
しい。
比において、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属の含有量は３０〜９０
重量％が好ましい。Ｎｉ、Ｃｏ等の金属の含有量が３０
重量％より低いと燃料極層の電気伝導性が悪化する傾向
にあり、また、９０重量％を越えると、金属同士の焼結
の進行が速くなり発電性能が劣化しやすいからである。
金属の含有量としては、特に、高電気伝導性および金属
同士の焼結防止という観点から５０〜７０重量％が望ま
しい。
【００１８】また、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属で被覆されたＺ
ｒＯ2 ，ＣｅＯ2 の平均結晶粒径としては０．５〜２０
μｍが好ましい。Ｎｉ、Ｃｏ等の金属で被覆されたＺｒ
Ｏ2，ＣｅＯ2 の平均結晶粒径が０．５μｍより小さい
と、金属同士の焼結の進行が速くなり発電性能の劣化が
速くなり、２０μｍより大きくなると、分極が大きくな
り同様に発電性能の劣化が速くなる。ＺｒＯ2 ，ＣｅＯ
2 の平均結晶粒径は、特に、３〜１０μｍであることが
望ましい。スラリー中の金属含有量は、セラミック粒子
の粒径、金属による被覆厚みにより変化することにな
る。
ｒＯ2 ，ＣｅＯ2 の平均結晶粒径としては０．５〜２０
μｍが好ましい。Ｎｉ、Ｃｏ等の金属で被覆されたＺｒ
Ｏ2，ＣｅＯ2 の平均結晶粒径が０．５μｍより小さい
と、金属同士の焼結の進行が速くなり発電性能の劣化が
速くなり、２０μｍより大きくなると、分極が大きくな
り同様に発電性能の劣化が速くなる。ＺｒＯ2 ，ＣｅＯ
2 の平均結晶粒径は、特に、３〜１０μｍであることが
望ましい。スラリー中の金属含有量は、セラミック粒子
の粒径、金属による被覆厚みにより変化することにな
る。
【００１９】ＺｒＯ2 あるいはＣｅＯ2 粒子へのＮｉ等
の金属の被覆は無電解メッキ、ＣＶＤ法、スパッタ法、
およびイオンプレ−ティング法などの従来の方法で行う
ことができる。また、有機金属などにセラミックを浸漬
した後、熱分解させて被覆することも可能である。
の金属の被覆は無電解メッキ、ＣＶＤ法、スパッタ法、
およびイオンプレ−ティング法などの従来の方法で行う
ことができる。また、有機金属などにセラミックを浸漬
した後、熱分解させて被覆することも可能である。
【００２０】また、燃料極層を形成するためのスラリー
中は、例えばＮｉ等の金属で被覆したＺｒＯ2 ，ＣｅＯ
2 粒子に加えて、Ｎｉ等の金属で被覆していないＺｒＯ
2 ，ＣｅＯ2 粒子を少々含有しても良い。しかし、この
場合にもＮｉ、Ｃｏ等の金属の含有量を３０〜９０重量
％とし、かつＺｒＯ2 またはＣｅＯ2 粒子の平均粒子径
を０．５〜２０μｍとする必要がある。
中は、例えばＮｉ等の金属で被覆したＺｒＯ2 ，ＣｅＯ
2 粒子に加えて、Ｎｉ等の金属で被覆していないＺｒＯ
2 ，ＣｅＯ2 粒子を少々含有しても良い。しかし、この
場合にもＮｉ、Ｃｏ等の金属の含有量を３０〜９０重量
％とし、かつＺｒＯ2 またはＣｅＯ2 粒子の平均粒子径
を０．５〜２０μｍとする必要がある。
【００２１】また、本発明においては、例えば、片側に
空気極層が形成された固体電解質の表面に、グリーンシ
ートを積層して燃料極層を形成する場合にも適用され
る。このグリーンシートも、Ｎｉ等の金属で被覆したＺ
ｒＯ2 等のセラミック粒子を用いて形成される。
空気極層が形成された固体電解質の表面に、グリーンシ
ートを積層して燃料極層を形成する場合にも適用され
る。このグリーンシートも、Ｎｉ等の金属で被覆したＺ
ｒＯ2 等のセラミック粒子を用いて形成される。
【００２２】さらに、本発明においては、燃料極を形成
するに際して、Ｎｉ等の金属で被覆したＺｒＯ2 等のセ
ラミック粒子を用いることに特徴があり、その他の構造
および製造方法については、公知のものが使用できる。
するに際して、Ｎｉ等の金属で被覆したＺｒＯ2 等のセ
ラミック粒子を用いることに特徴があり、その他の構造
および製造方法については、公知のものが使用できる。
【００２３】また、本発明の平板型の固体電解質型燃料
電池セルの製造方法について、図３を用いて説明する。
先ず、３〜１５モル％のＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を含有
した部分安定化ＺｒＯ2 あるいは安定化ＺｒＯ2 、また
は３〜３０モル％Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 ，
Ｇｄ2 Ｏ3 等を含有するＣｅＯ2 からなる固体電解質の
片面に、例えばＬａを１０〜２０原子％ＣａやＳｒで置
換したＬａＭｎＯ3 からなる空気極層を、他方の面に本
発明の燃料極層を形成して構成されている。
電池セルの製造方法について、図３を用いて説明する。
先ず、３〜１５モル％のＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を含有
した部分安定化ＺｒＯ2 あるいは安定化ＺｒＯ2 、また
は３〜３０モル％Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｎｄ2 Ｏ3 ，
Ｇｄ2 Ｏ3 等を含有するＣｅＯ2 からなる固体電解質の
片面に、例えばＬａを１０〜２０原子％ＣａやＳｒで置
換したＬａＭｎＯ3 からなる空気極層を、他方の面に本
発明の燃料極層を形成して構成されている。
【００２４】そして、この場合にも、固体電解質の片面
に本発明の燃料極用のスラリーを塗布するか、あるいは
グリーンシートを積層して燃料極層が形成される。セル
間の接続はセパレ−タと呼ばれる、ＬａをＣａ、Ｓｒで
置換したＬａＣｒＯ3 、あるいはＣｒをＭｇで置換した
ＬａＣｒＯ3 などの集電部材により、空気極層と隣接す
る燃料極層とを電気的に接続される。
に本発明の燃料極用のスラリーを塗布するか、あるいは
グリーンシートを積層して燃料極層が形成される。セル
間の接続はセパレ−タと呼ばれる、ＬａをＣａ、Ｓｒで
置換したＬａＣｒＯ3 、あるいはＣｒをＭｇで置換した
ＬａＣｒＯ3 などの集電部材により、空気極層と隣接す
る燃料極層とを電気的に接続される。
【００２５】
【実施例】市販の純度９９．９％以上で平均粒子径が１
μｍのＬａ0.9 Ｃａ0.1 ＭｎＯ3粉末および平均粒子径
が０．７μｍの１０モル％Ｙ2 Ｏ3 を含有する安定化Ｚ
ｒＯ2 粉末を準備した。このＺｒＯ2 粉末を成形して、
１５００℃で３時間焼成し直径３０ｍｍ、厚み０．３ｍ
ｍの固体電解質板を作製した。この固体電解質板にスク
リ−ン印刷で、Ｌａ0.9 Ｃａ0.1 ＭｎＯ3 粉末と、この
粉末を分散するための溶媒とからなるスラリーを厚み５
０μｍになるように塗布した後、１２００℃で３時間熱
処理し空気極層を形成した。
μｍのＬａ0.9 Ｃａ0.1 ＭｎＯ3粉末および平均粒子径
が０．７μｍの１０モル％Ｙ2 Ｏ3 を含有する安定化Ｚ
ｒＯ2 粉末を準備した。このＺｒＯ2 粉末を成形して、
１５００℃で３時間焼成し直径３０ｍｍ、厚み０．３ｍ
ｍの固体電解質板を作製した。この固体電解質板にスク
リ−ン印刷で、Ｌａ0.9 Ｃａ0.1 ＭｎＯ3 粉末と、この
粉末を分散するための溶媒とからなるスラリーを厚み５
０μｍになるように塗布した後、１２００℃で３時間熱
処理し空気極層を形成した。
【００２６】一方、市販の平均粒子径が０．２〜３０μ
ｍのＣｅＯ2 粉末および１０モル％Ｙ2 Ｏ3 を含有する
ＺｒＯ2 粉末を用いて、無電解メッキ法よりこれらの粉
末表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉを表１の組成になるよ
うに被覆した。その後、上述の金属を被覆したＺｒＯ2
およびＣｅＯ2 粉末と、この粉末を分散するための溶媒
からなる燃料極用のスラリーを作製し、この後、固体電
解質板の他方の面に、スクリ−ン印刷で５０μｍの厚み
になるように塗布し、乾燥して、図３に示すような平板
型の固体電解質型燃料電池セルを作製した。この際、燃
料極層中の金属含有量はＩＣＰ発光分光分析により求め
た。
ｍのＣｅＯ2 粉末および１０モル％Ｙ2 Ｏ3 を含有する
ＺｒＯ2 粉末を用いて、無電解メッキ法よりこれらの粉
末表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉを表１の組成になるよ
うに被覆した。その後、上述の金属を被覆したＺｒＯ2
およびＣｅＯ2 粉末と、この粉末を分散するための溶媒
からなる燃料極用のスラリーを作製し、この後、固体電
解質板の他方の面に、スクリ−ン印刷で５０μｍの厚み
になるように塗布し、乾燥して、図３に示すような平板
型の固体電解質型燃料電池セルを作製した。この際、燃
料極層中の金属含有量はＩＣＰ発光分光分析により求め
た。
【００２７】また、比較のためＮｉ粉末とＺｒＯ2 粉末
を回転ミルにより混合し、作製した８０重量％Ｎｉ／２
０重量％ＺｒＯ2 の混合粉末を用いて、上記のようにス
ラリーを形成し、燃料極層を形成した( 試料Ｎo.１）。
ＺｒＯ2 は上記と同様のものを用いた。
を回転ミルにより混合し、作製した８０重量％Ｎｉ／２
０重量％ＺｒＯ2 の混合粉末を用いて、上記のようにス
ラリーを形成し、燃料極層を形成した( 試料Ｎo.１）。
ＺｒＯ2 は上記と同様のものを用いた。
【００２８】発電は燃料極層側に水素を空気極層側に酸
素を供給して１０００℃で行い、２０００時間後の出力
密度を測定した。結果を表１に示す。
素を供給して１０００℃で行い、２０００時間後の出力
密度を測定した。結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】この表１より、Ｎｉ等の金属で被覆したＺ
ｒＯ2 等を用いた本発明の試料は、従来のＮｉとＺｒＯ
2 を回転ミルにより混合した場合（試料Ｎo.１）よりも
優れた出力密度を示すことが判る。また、ＺｒＯ2 の平
均粒子径が０．５μｍより小さな試料Ｎｏ．２およびＺ
ｒＯ2 の平均粒子径が２０μｍを越える試料Ｎｏ．９は
出力密度が試料Ｎo.１よりも大きいが未だ小さかった。
また、Ｎｉの含有量が３０重量％より低い試料Ｎｏ．１
０，１７および含有量が９０重量％より高い試料Ｎｏ．
１６でも、試料Ｎo.１よりも大きいが未だ出力密度が低
かった。
ｒＯ2 等を用いた本発明の試料は、従来のＮｉとＺｒＯ
2 を回転ミルにより混合した場合（試料Ｎo.１）よりも
優れた出力密度を示すことが判る。また、ＺｒＯ2 の平
均粒子径が０．５μｍより小さな試料Ｎｏ．２およびＺ
ｒＯ2 の平均粒子径が２０μｍを越える試料Ｎｏ．９は
出力密度が試料Ｎo.１よりも大きいが未だ小さかった。
また、Ｎｉの含有量が３０重量％より低い試料Ｎｏ．１
０，１７および含有量が９０重量％より高い試料Ｎｏ．
１６でも、試料Ｎo.１よりも大きいが未だ出力密度が低
かった。
【００３１】
【発明の効果】本発明の固体電解質型燃料電池セルで
は、燃料極を、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉから選ばれた少
なくとも一種の金属で被覆したＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 粒子
を用いて形成したので、金属粒子とセラミック粒子の混
合状態が極めて均一となり、分極性能が改善され、高出
力で長期安定性のある固体電解質型燃料電池セルを提供
できる。さらに、燃料極中の金属の含有量が３０〜９０
重量％になるように、該金属で被覆した平均結晶粒径が
０．５〜２０μｍのＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 粒子を用いるこ
とにより、さらに出力密度を向上することができる。
は、燃料極を、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉから選ばれた少
なくとも一種の金属で被覆したＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 粒子
を用いて形成したので、金属粒子とセラミック粒子の混
合状態が極めて均一となり、分極性能が改善され、高出
力で長期安定性のある固体電解質型燃料電池セルを提供
できる。さらに、燃料極中の金属の含有量が３０〜９０
重量％になるように、該金属で被覆した平均結晶粒径が
０．５〜２０μｍのＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 粒子を用いるこ
とにより、さらに出力密度を向上することができる。
【図１】固体電解質表面に形成された燃料極の模式図で
ある。
ある。
【図２】従来の円筒型固体電解質型燃料電池セルを示す
斜視図である。
斜視図である。
【図３】従来の平板型固体電解質型燃料電池セルを示す
斜視図である。
斜視図である。
【図４】従来の固体電解質表面に形成された燃料極の模
式図である。
式図である。
１・・・支持管 ２・・・空気極 ３・・・固体電解質 ４・・・燃料極 ５・・・インターコネクタ ３１・・・セラミック粒子 ３３・・・金属
Claims (4)
- 【請求項１】固体電解質の片面に空気極層、他方の面に
燃料極層が形成された固体電解質型燃料電池セルの製造
方法であって、前記燃料極層を、前記固体電解質の表面
に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔｉのうちの少なくとも一種の
金属で被覆されたＺｒＯ2 および／またはＣｅＯ2 から
なるセラミック粒子を含有するスラリーを塗布して形成
することを特徴とする固体電解質型燃料電池セルの製造
方法。 - 【請求項２】スラリーにおける金属とセラミック粒子と
の組成比が、金属３０〜９０重量％と、セラミック粒子
１０〜７０重量％とからなるとともに、セラミック粒子
の平均結晶粒径が０．５〜２０μｍであることを特徴と
する請求項１記載の固体電解質型燃料電池セルの製造方
法。 - 【請求項３】固体電解質の片面に空気極層、他方の面に
燃料極層が形成された固体電解質型燃料電池セルの製造
方法であって、前記燃料極層を、前記固体電解質の表面
に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔｉのうちの少なくとも一種の
金属で被覆されたＺｒＯ2 および／またはＣｅＯ2 から
なるセラミック粒子を含有するグリーンシートを被覆し
て形成することを特徴とする固体電解質型燃料電池セル
の製造方法。 - 【請求項４】グリーンシートにおける金属とセラミック
粒子との組成比が、金属３０〜９０重量％と、セラミッ
ク粒子１０〜７０重量％とからなるとともに、セラミッ
ク粒子の平均結晶粒径が０．５〜２０μｍであることを
特徴とする請求項３記載の固体電解質型燃料電池セルの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7342253A JPH09180734A (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 固体電解質型燃料電池セルの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7342253A JPH09180734A (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 固体電解質型燃料電池セルの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09180734A true JPH09180734A (ja) | 1997-07-11 |
Family
ID=18352296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7342253A Pending JPH09180734A (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 固体電解質型燃料電池セルの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09180734A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999059936A1 (en) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Porous ceramic sheet, process for producing the same, and setter for use in the process |
| EP1870950A4 (en) * | 2005-03-23 | 2009-09-09 | Nippon Catalytic Chem Ind | COMBUSTIBLE ELECTRODE MATERIAL FOR SOLID OXIDE FUEL CELL, FUEL ELECTRODE USING THE SAME, FUEL CELL CELL |
| JP2010541177A (ja) * | 2007-10-03 | 2010-12-24 | ザ コート オブ エジンバラ ネピア ユニバーシティ | 燃料電池用の電極の製造方法 |
-
1995
- 1995-12-28 JP JP7342253A patent/JPH09180734A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999059936A1 (en) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Porous ceramic sheet, process for producing the same, and setter for use in the process |
| AU731430B2 (en) * | 1998-05-20 | 2001-03-29 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Porous ceramic sheet, process for producing the same, and setter for use in the process |
| US6344426B1 (en) | 1998-05-20 | 2002-02-05 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Porous ceramic sheet, process for producing the same, and setter for use in the process |
| EP1870950A4 (en) * | 2005-03-23 | 2009-09-09 | Nippon Catalytic Chem Ind | COMBUSTIBLE ELECTRODE MATERIAL FOR SOLID OXIDE FUEL CELL, FUEL ELECTRODE USING THE SAME, FUEL CELL CELL |
| JP2010541177A (ja) * | 2007-10-03 | 2010-12-24 | ザ コート オブ エジンバラ ネピア ユニバーシティ | 燃料電池用の電極の製造方法 |
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