JPH09199143A - 固体電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池の製造方法Info
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- JPH09199143A JPH09199143A JP8007511A JP751196A JPH09199143A JP H09199143 A JPH09199143 A JP H09199143A JP 8007511 A JP8007511 A JP 8007511A JP 751196 A JP751196 A JP 751196A JP H09199143 A JPH09199143 A JP H09199143A
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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
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 実効電極面積をより広くして発電性能を向上
させる固体電解質型燃料電池の製造方法を提供する。 【解決手段】 固体電解質型燃料電池の製造方法であっ
て、固体電解質型セラミック成形体１の表面に粉体を投
射して前記成形体表面を窪ませて粗面化し、前記粗面化
した成形体表面の一方に燃料極２、他方に空気極３を配
置して積層し、この積層体を焼成する。そして、この粉
体には固体電解質材料、燃料極材料または空気極材料を
用いる。
させる固体電解質型燃料電池の製造方法を提供する。 【解決手段】 固体電解質型燃料電池の製造方法であっ
て、固体電解質型セラミック成形体１の表面に粉体を投
射して前記成形体表面を窪ませて粗面化し、前記粗面化
した成形体表面の一方に燃料極２、他方に空気極３を配
置して積層し、この積層体を焼成する。そして、この粉
体には固体電解質材料、燃料極材料または空気極材料を
用いる。
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
池の製造方法に関する。
池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、燃料極、固体
電解質膜及び空気極の各層を互いに配置、積層して３層
を構成し、これを燃料電池の発電部とし、外部から燃料
極に燃料ガスを供給し、空気極に空気を供給して電気を
発生させるものである。
電解質膜及び空気極の各層を互いに配置、積層して３層
を構成し、これを燃料電池の発電部とし、外部から燃料
極に燃料ガスを供給し、空気極に空気を供給して電気を
発生させるものである。
【０００３】そして、平板型の固体電解質型燃料電池
は、燃料極、固体電解質膜及び空気極の各層が平板状で
あり、それぞれ平坦な面を相互に配置、積層したもので
ある。なお、空気極を酸素極と呼んでこれに酸素ガスを
供給することもある。
は、燃料極、固体電解質膜及び空気極の各層が平板状で
あり、それぞれ平坦な面を相互に配置、積層したもので
ある。なお、空気極を酸素極と呼んでこれに酸素ガスを
供給することもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この固体電解質型燃料
電池における電極反応は、固体電解質と電極と気相との
三相界面で起こると考えられており、固体電解質型燃料
電池の発電性能を向上させるためには、三相界面の面積
を広くすることが必要である。
電池における電極反応は、固体電解質と電極と気相との
三相界面で起こると考えられており、固体電解質型燃料
電池の発電性能を向上させるためには、三相界面の面積
を広くすることが必要である。
【０００５】このために、従来より、電極材料に粒径の
小さい粒子を採用し、電極を微細構造化して実効電極面
積を広くする方法が知られているが、発電性能はまだ満
足の行くものではなかった。
小さい粒子を採用し、電極を微細構造化して実効電極面
積を広くする方法が知られているが、発電性能はまだ満
足の行くものではなかった。
【０００６】そこで本発明の目的は、実効電極面積をよ
り広くして発電性能を向上させることができる固体電解
質型燃料電池の製造方法を提供することにある。
り広くして発電性能を向上させることができる固体電解
質型燃料電池の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１にお
いて、固体電解質型燃料電池の製造方法は、固体電解質
型セラミック成形体の表面に粉体を投射して前記成形体
表面を窪ませて粗面化し、前記粗面化した成形体表面の
一方に燃料極、他方に空気極を配置して積層し、この積
層体を焼成することを特徴とする。
いて、固体電解質型燃料電池の製造方法は、固体電解質
型セラミック成形体の表面に粉体を投射して前記成形体
表面を窪ませて粗面化し、前記粗面化した成形体表面の
一方に燃料極、他方に空気極を配置して積層し、この積
層体を焼成することを特徴とする。
【０００８】また、請求項２において、前記粉体は固体
電解質材料であることを特徴とする。
電解質材料であることを特徴とする。
【０００９】また、請求項３において、前記粉体は燃料
極材料または空気極材料であることを特徴とする。
極材料または空気極材料であることを特徴とする。
【００１０】これにより、電極と固体電解質膜の積層界
面を容易に粗面化することができるので、電極と固体電
解質膜をそれぞれ平坦な面で積層する場合よりも電極の
実効電極面積を広くできる。
面を容易に粗面化することができるので、電極と固体電
解質膜をそれぞれ平坦な面で積層する場合よりも電極の
実効電極面積を広くできる。
【００１１】
（実施例）以下、本発明にかかる固体電解質型燃料電池
の製造方法の実施例につき説明する。
の製造方法の実施例につき説明する。
【００１２】まず、固体電解質グリーンシートの製造方
法について説明する。
法について説明する。
【００１３】粉末状のイットリア安定化ジルコニアに対
して、結合剤（例えば、ポリビニルブチラール系バイン
ダ）及び溶剤（エタノール及びトルエン）を所定量加え
てスラリー化し、ドクターブレード法によって、固体電
解質グリーンシートを作製した。
して、結合剤（例えば、ポリビニルブチラール系バイン
ダ）及び溶剤（エタノール及びトルエン）を所定量加え
てスラリー化し、ドクターブレード法によって、固体電
解質グリーンシートを作製した。
【００１４】次に、電極となる燃料極グリーンシートと
空気極グリーンシートの製造方法について説明する。
空気極グリーンシートの製造方法について説明する。
【００１５】燃料極グリーンシートは、粉末状の酸化ニ
ッケルとイットリア安定化ジルコニアの混合物に、結合
剤（例えば、ポリビニルブチラール系バインダ）及び溶
剤（エタノール及びトルエン）を所定量加えてスラリー
化し、ドクターブレード法によって作製した。
ッケルとイットリア安定化ジルコニアの混合物に、結合
剤（例えば、ポリビニルブチラール系バインダ）及び溶
剤（エタノール及びトルエン）を所定量加えてスラリー
化し、ドクターブレード法によって作製した。
【００１６】一方、空気極グリーンシートは、粉末状の
ランタンマンガナイトに結合剤（例えば、ポリビニルブ
チラール系バインダ）及び溶剤（エタノール及びトルエ
ン）を所定量加えてスラリー化し、ドクターブレード法
によって作製した。
ランタンマンガナイトに結合剤（例えば、ポリビニルブ
チラール系バインダ）及び溶剤（エタノール及びトルエ
ン）を所定量加えてスラリー化し、ドクターブレード法
によって作製した。
【００１７】次に、作製された固体電解質グリーンシー
トを所定枚数重ねたものをプラスチック製の袋に入れた
後、袋の中を真空状態にし、温間静水圧プレス機を用い
て圧着し、固体電解質型セラミック成形体を作製した。
トを所定枚数重ねたものをプラスチック製の袋に入れた
後、袋の中を真空状態にし、温間静水圧プレス機を用い
て圧着し、固体電解質型セラミック成形体を作製した。
【００１８】続いて、得られた固体電解質型セラミック
成形体の両面に、固体電解質材料の粉体であるイットリ
ア安定化ジルコニアからなる投射材（粒径：１００メッ
シュパス）を投射し、固体電解質型セラミック成形体の
表面を窪ませて粗面化した。
成形体の両面に、固体電解質材料の粉体であるイットリ
ア安定化ジルコニアからなる投射材（粒径：１００メッ
シュパス）を投射し、固体電解質型セラミック成形体の
表面を窪ませて粗面化した。
【００１９】次に、投射により粗面化された固体電解質
型セラミック成形体の両面に、それぞれ燃料極と空気極
の各グリーンシートを重ね合わせ、プラスチック製の袋
に入れ、袋の中を真空状態にして温間静水圧プレス機で
圧着した。
型セラミック成形体の両面に、それぞれ燃料極と空気極
の各グリーンシートを重ね合わせ、プラスチック製の袋
に入れ、袋の中を真空状態にして温間静水圧プレス機で
圧着した。
【００２０】この結果、図１の断面図に示すように、投
射により粗面化された固体電解質型セラミック成形体１
の表面の凹凸に沿って、燃料極２と空気極３の各電極シ
ートが接合され、固体電解質型セラミック成形体１と燃
料極２、また、固体電解質型セラミック成形体１と空気
極３の各接合面４ａ、４ｂが凹凸状態になって得られ
た。
射により粗面化された固体電解質型セラミック成形体１
の表面の凹凸に沿って、燃料極２と空気極３の各電極シ
ートが接合され、固体電解質型セラミック成形体１と燃
料極２、また、固体電解質型セラミック成形体１と空気
極３の各接合面４ａ、４ｂが凹凸状態になって得られ
た。
【００２１】この圧着後、プラスチック製の袋から取り
出した固体電解質膜、燃料極及び空気極の３層の積層体
を１３００℃の温度で２時間焼成した。
出した固体電解質膜、燃料極及び空気極の３層の積層体
を１３００℃の温度で２時間焼成した。
【００２２】こうして得られた電極付き固体電解質膜を
備えた固体電解質型燃料電池を、図２に示すように結線
し発電特性を測定した。
備えた固体電解質型燃料電池を、図２に示すように結線
し発電特性を測定した。
【００２３】図２において、２は燃料極、３は空気極、
５は固体電解質膜、６は固体電解質型燃料電池である。
また、７は燃料ガス供給管、８は空気供給管、９は白金
線、１０は可変抵抗器、１１はオシロスコープ、１２は
電流計、１３は水銀スイッチである。
５は固体電解質膜、６は固体電解質型燃料電池である。
また、７は燃料ガス供給管、８は空気供給管、９は白金
線、１０は可変抵抗器、１１はオシロスコープ、１２は
電流計、１３は水銀スイッチである。
【００２４】そして、固体電解質型燃料電池６を１００
０℃の温度に保持しながら、燃料ガス供給管７と空気供
給管８を通して、燃料ガスと空気をそれぞれ燃料極２、
空気極３に供給し、固体電解質膜５を介して電極反応を
起こさせた。そして、電流計１２で観察しながら、３０
０ｍＡ／ｃｍ2 の電流が流れる状態における燃料極２と
空気極３の分極による電圧降下を、カレントインターラ
プト法によりオシロスコープ１１で測定した。この測定
結果を表１に示す。
０℃の温度に保持しながら、燃料ガス供給管７と空気供
給管８を通して、燃料ガスと空気をそれぞれ燃料極２、
空気極３に供給し、固体電解質膜５を介して電極反応を
起こさせた。そして、電流計１２で観察しながら、３０
０ｍＡ／ｃｍ2 の電流が流れる状態における燃料極２と
空気極３の分極による電圧降下を、カレントインターラ
プト法によりオシロスコープ１１で測定した。この測定
結果を表１に示す。
【００２５】また、比較例として、固体電解質型セラミ
ック成形体の表面に、固体電解質材料の粉体を投射せ
ず、その他の方法は実施例と同じ方法で作製した固体電
解質型燃料電池、すなわち、固体電解質膜の表面が平坦
なものの測定結果も併せて示す。
ック成形体の表面に、固体電解質材料の粉体を投射せ
ず、その他の方法は実施例と同じ方法で作製した固体電
解質型燃料電池、すなわち、固体電解質膜の表面が平坦
なものの測定結果も併せて示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】この分極による電圧降下の値が小さいほ
ど、電極の実効面積が広く、燃料電池としての性能も優
れていることになる。表１によれば、実施例品が比較例
品よりも分極による電圧降下の値が小さいことが示さ
れ、したがって、実施例品が比較例品よりも実効電極面
積が広いことがわかる。
ど、電極の実効面積が広く、燃料電池としての性能も優
れていることになる。表１によれば、実施例品が比較例
品よりも分極による電圧降下の値が小さいことが示さ
れ、したがって、実施例品が比較例品よりも実効電極面
積が広いことがわかる。
【００２８】また、図１に示した断面図に基づいて、接
合面４ａ、４ｂの実効電極面積を計算すると、接合面が
平坦である場合の約１．２倍となる。ところが、表１に
示した実施例品の分極による電圧降下は、比較例品の１
／２程度まで下がっている。これは、接合面の凹凸によ
り、固体電解質膜と燃料極、空気極の接触面積が広くな
って密着力が強くなり、それにより固体電解質型燃料電
池の内部インピーダンスが低くなったためであると考え
られる。
合面４ａ、４ｂの実効電極面積を計算すると、接合面が
平坦である場合の約１．２倍となる。ところが、表１に
示した実施例品の分極による電圧降下は、比較例品の１
／２程度まで下がっている。これは、接合面の凹凸によ
り、固体電解質膜と燃料極、空気極の接触面積が広くな
って密着力が強くなり、それにより固体電解質型燃料電
池の内部インピーダンスが低くなったためであると考え
られる。
【００２９】また、本発明の投射において、固体電解質
型セラミック成形体の燃料極を配置する側の表面には燃
料極材料の粉体を、また、空気極を配置する側の表面に
は空気極材料の粉体を投射することができ、その場合に
も固体電解質材料の粉体を投射するのと同様の効果が得
られた。
型セラミック成形体の燃料極を配置する側の表面には燃
料極材料の粉体を、また、空気極を配置する側の表面に
は空気極材料の粉体を投射することができ、その場合に
も固体電解質材料の粉体を投射するのと同様の効果が得
られた。
【００３０】このように本発明は、電極と固体電解質膜
の積層界面を容易に粗面化することができるので、従来
のように電極と固体電解質膜をそれぞれ平坦な面で積層
した場合よりも、実効電極面積を広くすることできる。
の積層界面を容易に粗面化することができるので、従来
のように電極と固体電解質膜をそれぞれ平坦な面で積層
した場合よりも、実効電極面積を広くすることできる。
【００３１】なお、本発明の投射において、投射材とし
ての粉体は固体電解質型セラミック成形体の表面を窪ま
せた後、成形体表面に付着して残ることなく、成形体表
面から落下してしまう。そのため、投射材は固体電解質
材料、燃料極材料または空気極材料の各粉体に限られる
ものではなく、固体電解質型セラミック成形体の表面を
窪ませることができるものであればよく、例えば、クル
ミ材の粉体やカーボンの粉体等を用いてもよい。しか
し、万が一、粉体が投射後に固体電解質型セラミック成
形体表面に残った場合、固体電解質材料、燃料極材料ま
たは空気極材料以外の粉体では、それが不純物となって
特性を劣化させる恐れがあるところから、粉体には当該
固体電解質材料、燃料極材料または空気極材料を用いる
ことが最も好ましい。
ての粉体は固体電解質型セラミック成形体の表面を窪ま
せた後、成形体表面に付着して残ることなく、成形体表
面から落下してしまう。そのため、投射材は固体電解質
材料、燃料極材料または空気極材料の各粉体に限られる
ものではなく、固体電解質型セラミック成形体の表面を
窪ませることができるものであればよく、例えば、クル
ミ材の粉体やカーボンの粉体等を用いてもよい。しか
し、万が一、粉体が投射後に固体電解質型セラミック成
形体表面に残った場合、固体電解質材料、燃料極材料ま
たは空気極材料以外の粉体では、それが不純物となって
特性を劣化させる恐れがあるところから、粉体には当該
固体電解質材料、燃料極材料または空気極材料を用いる
ことが最も好ましい。
【００３２】また、電極の形成は、本実施例のように、
固体電解質型セラミック成形体に燃料極や空気極のグリ
ーンシートを重ね、圧着して形成してもよいし、固体電
解質型セラミック成形体の表面に、燃料極材料や空気極
材料からなるスラリーやペーストを用いて電極を形成し
てもよい。
固体電解質型セラミック成形体に燃料極や空気極のグリ
ーンシートを重ね、圧着して形成してもよいし、固体電
解質型セラミック成形体の表面に、燃料極材料や空気極
材料からなるスラリーやペーストを用いて電極を形成し
てもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、固体電
解質型セラミック成形体表面を容易に粗面化して実効電
極面積を広くすることができるため、固体電解質型燃料
電池の発電性能を向上させることが可能になる。
解質型セラミック成形体表面を容易に粗面化して実効電
極面積を広くすることができるため、固体電解質型燃料
電池の発電性能を向上させることが可能になる。
【００３４】また、固体電解質膜と電極の接触面積が広
くなって密着力が強くなるため、固体電解質型燃料電池
の内部インピーダンスを低くすることができ、これが固
体電解質型燃料電池の発電性能の向上に寄与する効果も
得ることができる。
くなって密着力が強くなるため、固体電解質型燃料電池
の内部インピーダンスを低くすることができ、これが固
体電解質型燃料電池の発電性能の向上に寄与する効果も
得ることができる。
【図１】本発明の一実施例における電極を両面に設けた
固体電解質膜の断面図である。
固体電解質膜の断面図である。
【図２】固体電解質型燃料電池の発電特性を測定するた
めの結線図である。
めの結線図である。
１ 固体電解質型セラミック成形体 ２ 燃料極 ３ 空気極 ６ 固体電解質型燃料電池
Claims (3)
- 【請求項１】 固体電解質型セラミック成形体の表面に
粉体を投射して前記成形体表面を窪ませて粗面化し、前
記粗面化した成形体表面の一方に燃料極、他方に空気極
を配置して積層し、この積層体を焼成することを特徴と
する固体電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項２】 前記粉体は固体電解質材料であることを
特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電池の製造
方法。 - 【請求項３】 前記粉体は燃料極材料または空気極材料
であることを特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃
料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8007511A JPH09199143A (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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