JPH0992304A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度の不均一が生じても安定した発電性能が
得られる固体電解質型燃料電池を提供することを目的と
する。 【解決手段】 固体電解質より構成されたセラミック薄
膜体11の表裏面に、電極12が形成されてなる発電セル２
を有する固体電解質型燃料電池１におけるセラミック薄
膜体11を、安定化剤の固溶量が、８ mol％，９ mol％お
よび10 mol％にされた３種類の電解質部を複合させて構
成するとともに、発電時に温度が低い部分に固溶量が多
い電解質部を配置したものである。
得られる固体電解質型燃料電池を提供することを目的と
する。 【解決手段】 固体電解質より構成されたセラミック薄
膜体11の表裏面に、電極12が形成されてなる発電セル２
を有する固体電解質型燃料電池１におけるセラミック薄
膜体11を、安定化剤の固溶量が、８ mol％，９ mol％お
よび10 mol％にされた３種類の電解質部を複合させて構
成するとともに、発電時に温度が低い部分に固溶量が多
い電解質部を配置したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池に関するものである。
電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】通常、平板型の固体電解質型燃料電池
は、発電セルを、セパレータを介して複数積層させるこ
とにより構成されている。
は、発電セルを、セパレータを介して複数積層させるこ
とにより構成されている。
【０００３】そして、この発電セルは、固体電解質によ
り構成されたセラミック薄膜体の表裏面に正極および負
極が形成されたもので、通常、1000℃の高温下で、セパ
レータに形成された溝部を介して、正極側に酸素系のガ
ス例えば空気を流すとともに負極側に水素系の燃料ガス
を流すことにより、電力を得ているものである。
り構成されたセラミック薄膜体の表裏面に正極および負
極が形成されたもので、通常、1000℃の高温下で、セパ
レータに形成された溝部を介して、正極側に酸素系のガ
ス例えば空気を流すとともに負極側に水素系の燃料ガス
を流すことにより、電力を得ているものである。
【０００４】ところで、上述したように、固体電解質で
あるセラミック薄膜体には、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）セ
ラミックが使用されている。このジルコニアは相変態の
関係で単独では使用できないため、通常、Ｙ2 Ｏ3，Ｍ
ｇＯ，ＣｅＯ2 などを固溶させて相を安定させている。
あるセラミック薄膜体には、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）セ
ラミックが使用されている。このジルコニアは相変態の
関係で単独では使用できないため、通常、Ｙ2 Ｏ3，Ｍ
ｇＯ，ＣｅＯ2 などを固溶させて相を安定させている。
【０００５】従来、固体電解質型燃料電池の固体電解質
には、導電率を良好に保つ意味から、Ｙ2 Ｏ3 を８〜10
mol％固溶したジルコニアが用いられていた。
には、導電率を良好に保つ意味から、Ｙ2 Ｏ3 を８〜10
mol％固溶したジルコニアが用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池の
発電時に、電池セルには、必ず、空気および燃料ガスが
流されるため、固体電解質内で温度分布が生じる。
発電時に、電池セルには、必ず、空気および燃料ガスが
流されるため、固体電解質内で温度分布が生じる。
【０００７】そして、この固体電解質の導電率は温度の
低下にしたがって減少するため、温度の不均一が発電セ
ル表面での導電率の不均一を生じさせ、結果として、発
電特性を低下させてしまうという問題がある。
低下にしたがって減少するため、温度の不均一が発電セ
ル表面での導電率の不均一を生じさせ、結果として、発
電特性を低下させてしまうという問題がある。
【０００８】なお、Ｙ2 Ｏ3 を固溶したＺｒＯ2 では、
その固溶量が８〜10 mol％の範囲においては、Ｙ2 Ｏ3
量の増加により強度特性が低下する。したがって、発電
時は、ガスシールの必要性から加圧が必要となるため、
強度の劣るＹ2 Ｏ310 mol ％固溶のＺｒＯ2 を単独で用
いることができない。
その固溶量が８〜10 mol％の範囲においては、Ｙ2 Ｏ3
量の増加により強度特性が低下する。したがって、発電
時は、ガスシールの必要性から加圧が必要となるため、
強度の劣るＹ2 Ｏ310 mol ％固溶のＺｒＯ2 を単独で用
いることができない。
【０００９】そこで、本発明は、温度の不均一が生じて
も安定した導電性能、すなわち発電性能が得られる固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
も安定した導電性能、すなわち発電性能が得られる固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池における電解質は、
固体電解質より構成されたセラミック薄膜体の表裏面
に、電極が形成されてなる発電セルを有する固体電解質
型燃料電池における上記セラミック薄膜体を、安定化剤
の固溶量が異なる複数の電解質部を複合させて構成した
ものである。
め、本発明の固体電解質型燃料電池における電解質は、
固体電解質より構成されたセラミック薄膜体の表裏面
に、電極が形成されてなる発電セルを有する固体電解質
型燃料電池における上記セラミック薄膜体を、安定化剤
の固溶量が異なる複数の電解質部を複合させて構成した
ものである。
【００１１】また、上記の固体電解質型燃料電池におい
て、安定化剤の固溶量が異なる複数の電解質部を複合さ
せる際に、発電時に生じる温度分布に基づき、それぞれ
の配置を決定したものである。
て、安定化剤の固溶量が異なる複数の電解質部を複合さ
せる際に、発電時に生じる温度分布に基づき、それぞれ
の配置を決定したものである。
【００１２】上記の構成によると、固体電解質であるセ
ラミック薄膜体を、安定化剤の固溶量が異なる複数の電
解質部を複合させて構成し、またこれら各電解質部の配
置を、発電時に生じる温度分布に基づき決定するように
したので、たとえ発生した温度が不均一であっても、導
電率の均一化を図ることができる。
ラミック薄膜体を、安定化剤の固溶量が異なる複数の電
解質部を複合させて構成し、またこれら各電解質部の配
置を、発電時に生じる温度分布に基づき決定するように
したので、たとえ発生した温度が不均一であっても、導
電率の均一化を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
に基づき説明する。図１は、平板積層型の固体電解質型
燃料電池の概略構成を示す分解斜視図であり、この燃料
電池１は、発電セル２をセパレータ３を介して、複数積
層することにより構成されている。なお、上下のセパレ
ータ３Ａ，３Ｂは、電極板とされる。
に基づき説明する。図１は、平板積層型の固体電解質型
燃料電池の概略構成を示す分解斜視図であり、この燃料
電池１は、発電セル２をセパレータ３を介して、複数積
層することにより構成されている。なお、上下のセパレ
ータ３Ａ，３Ｂは、電極板とされる。
【００１４】この発電セル２は、固体電解質により構成
されたセラミック薄膜体１１の表裏面に、正極１２およ
び負極（図示せず）が設けられたもので、通常、1000℃
の高温下で、セパレータ３側に形成された溝部４を介し
て、正極１２上に酸素系のガス例えば空気を流するとと
もに、負極上に水素系の燃料ガスを流すことにより、電
力を得るようにしている。
されたセラミック薄膜体１１の表裏面に、正極１２およ
び負極（図示せず）が設けられたもので、通常、1000℃
の高温下で、セパレータ３側に形成された溝部４を介し
て、正極１２上に酸素系のガス例えば空気を流するとと
もに、負極上に水素系の燃料ガスを流すことにより、電
力を得るようにしている。
【００１５】そして、上記セラミック薄膜体１１は、安
定化剤の固溶量が異なる複数種の電解質部を複合させて
構成されている。すなわち、セラミック薄膜体１１とし
て、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）セラミックが使用されると
ともに、安定化剤としてＹ2 Ｏ3 が使用され、さらにこ
のＹ2 Ｏ 3 の固溶量が異なる３種類の電解質部が複合化
することにより構成され、また各電解質部の配置は、発
電時における温度分布に対応して決定されている。
定化剤の固溶量が異なる複数種の電解質部を複合させて
構成されている。すなわち、セラミック薄膜体１１とし
て、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）セラミックが使用されると
ともに、安定化剤としてＹ2 Ｏ3 が使用され、さらにこ
のＹ2 Ｏ 3 の固溶量が異なる３種類の電解質部が複合化
することにより構成され、また各電解質部の配置は、発
電時における温度分布に対応して決定されている。
【００１６】このように、安定化剤の固溶量が異なる電
解質部を、温度分布に応じて配置して複合化されている
ため、たとえ温度分布が不均一であっても、セラミック
薄膜体１１全体としての導電率の均一化を図ることがで
きる。すなわち、発電性能の向上を図ることができる。
解質部を、温度分布に応じて配置して複合化されている
ため、たとえ温度分布が不均一であっても、セラミック
薄膜体１１全体としての導電率の均一化を図ることがで
きる。すなわち、発電性能の向上を図ることができる。
【００１７】
【実施例】以下、上記セラミック薄膜体１１を構成する
固体電解質の具体的実施例について説明する。
固体電解質の具体的実施例について説明する。
【００１８】まず、Ｙ2 Ｏ3 を８ mol％固溶したＺｒＯ
2 セラミックにより、100mm ×100mm ×0.5tのセラミッ
ク薄膜体を作製し、正極としてＬａＭｎＯ3 を、また負
極としてＮｉ−ＺｒＯ2 サーメットをそれぞれ製膜させ
て発電セルを得た。
2 セラミックにより、100mm ×100mm ×0.5tのセラミッ
ク薄膜体を作製し、正極としてＬａＭｎＯ3 を、また負
極としてＮｉ−ＺｒＯ2 サーメットをそれぞれ製膜させ
て発電セルを得た。
【００１９】次に、この発電セルを用いて、発電テスト
を行うと同時に、発電セルでの温度分布を測定した。そ
して、この温度測定結果に基づき３つのゾーンに分ける
とともに、これら各ゾーンに使用する安定化剤すなわち
Ｙ2 Ｏ3 の固溶量を下記のように決定した。
を行うと同時に、発電セルでの温度分布を測定した。そ
して、この温度測定結果に基づき３つのゾーンに分ける
とともに、これら各ゾーンに使用する安定化剤すなわち
Ｙ2 Ｏ3 の固溶量を下記のように決定した。
【００２０】すなわち、990 ℃より低い部分には、Ｙ2
Ｏ3 固溶量が10 mol％の電解質部を使用し、990 〜1010
℃の部分には、Ｙ2 Ｏ3 固溶量が９ mol％の電解質部を
使用し、1010℃より高い部分には、Ｙ2 Ｏ3 固溶量が８
mol％の電解質部を使用した。
Ｏ3 固溶量が10 mol％の電解質部を使用し、990 〜1010
℃の部分には、Ｙ2 Ｏ3 固溶量が９ mol％の電解質部を
使用し、1010℃より高い部分には、Ｙ2 Ｏ3 固溶量が８
mol％の電解質部を使用した。
【００２１】このように、安定化剤の固溶量が異なる３
種類の電解質部でセラミック薄膜体を構成し、その表裏
面に、ＬａＭｎＯ3 およびＮｉ−ＺｒＯ2 サーメットを
製膜して、有効電極面積が16cm2 の発電セルを得た。
種類の電解質部でセラミック薄膜体を構成し、その表裏
面に、ＬａＭｎＯ3 およびＮｉ−ＺｒＯ2 サーメットを
製膜して、有効電極面積が16cm2 の発電セルを得た。
【００２２】この発電セルにより、発電テストを行った
結果、その出力密度は0.35W／cm2であった。なお、Ｙ2
Ｏ3 を８ mol％固溶したＺｒＯ2 セラミックをセラミッ
ク薄膜体とした場合の出力密度は、0.29W／cm2 であ
り、３種類の電解質部を複合させたものの方が、発電性
能において優れているのが明らかとなった。
結果、その出力密度は0.35W／cm2であった。なお、Ｙ2
Ｏ3 を８ mol％固溶したＺｒＯ2 セラミックをセラミッ
ク薄膜体とした場合の出力密度は、0.29W／cm2 であ
り、３種類の電解質部を複合させたものの方が、発電性
能において優れているのが明らかとなった。
【００２３】ところで、上記の説明においては、安定化
剤としてＹ2 Ｏ3 を使用したが、このＹ2 Ｏ3 に限定さ
れるものではなく、例えば良好な導電性が得られる安定
化剤であれば、Ｙ2 Ｏ3 と同様の効果が得られる。
剤としてＹ2 Ｏ3 を使用したが、このＹ2 Ｏ3 に限定さ
れるものではなく、例えば良好な導電性が得られる安定
化剤であれば、Ｙ2 Ｏ3 と同様の効果が得られる。
【００２４】また、上記の説明においては、固溶量を異
ならせる電解質部を３つとしたが、さらに細分化して複
合させれば、より一層の効果が得られる。なお、安定化
剤としてＹ2 Ｏ3 を使用した場合、固溶量の下限値は８
mol％が望ましい。
ならせる電解質部を３つとしたが、さらに細分化して複
合させれば、より一層の効果が得られる。なお、安定化
剤としてＹ2 Ｏ3 を使用した場合、固溶量の下限値は８
mol％が望ましい。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、固
体電解質であるセラミック薄膜体を、安定化剤の固溶量
が異なる複数の電解質部を複合させて構成し、またこれ
ら各電解質部の配置を、発電時に生じる温度分布に基づ
き決定するようにしたので、たとえ発生した温度が不均
一であっても、導電率の均一化を図ることができ、した
がって発電性能を大幅に向上させることができる。
体電解質であるセラミック薄膜体を、安定化剤の固溶量
が異なる複数の電解質部を複合させて構成し、またこれ
ら各電解質部の配置を、発電時に生じる温度分布に基づ
き決定するようにしたので、たとえ発生した温度が不均
一であっても、導電率の均一化を図ることができ、した
がって発電性能を大幅に向上させることができる。
【図１】本発明の実施の形態における固体電解質型燃料
電池の概略構成を示す分解斜視図である。
電池の概略構成を示す分解斜視図である。
１ 燃料電池 ２ 発電セル １１ セラミック薄膜体
Claims (3)
- 【請求項１】固体電解質より構成されたセラミック薄膜
体の表裏面に、電極が形成されてなる発電セルを有する
固体電解質型燃料電池における上記セラミック薄膜体
を、安定化剤の固溶量が異なる複数の電解質部を複合さ
せて構成したことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項２】安定化剤の固溶量が異なる複数の電解質部
を複合させる際に、発電時に生じる温度分布に基づき、
それぞれの配置を決定した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。 - 【請求項３】セラミック薄膜体を、安定化剤としてＹ2
Ｏ3 を使用しかつその固溶量が、８mol％，９ mol％お
よび10 mol％にされた３種類の電解質部を複合させて構
成するとともに、発電時に温度が低い部分に固溶量が多
い電解質部を配置したことを特徴とする請求項２記載の
固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24225195A JP3499060B2 (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24225195A JP3499060B2 (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992304A true JPH0992304A (ja) | 1997-04-04 |
| JP3499060B2 JP3499060B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=17086498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24225195A Expired - Fee Related JP3499060B2 (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3499060B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004362913A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電解質及びその製造方法 |
| WO2017002556A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| WO2017002608A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
-
1995
- 1995-09-21 JP JP24225195A patent/JP3499060B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004362913A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電解質及びその製造方法 |
| WO2017002556A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| WO2017002608A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| JP2017017012A (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-19 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| JP2017017007A (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-19 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| US9979027B2 (en) | 2015-06-30 | 2018-05-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Solid oxide fuel cell and fuel cell device having zoned composite oxide cathode |
| US10340529B2 (en) | 2015-06-30 | 2019-07-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Fuel cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3499060B2 (ja) | 2004-02-23 |
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