JPH1064565A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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JPH1064565A
JPH1064565A JP8214461A JP21446196A JPH1064565A JP H1064565 A JPH1064565 A JP H1064565A JP 8214461 A JP8214461 A JP 8214461A JP 21446196 A JP21446196 A JP 21446196A JP H1064565 A JPH1064565 A JP H1064565A
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oxide fuel
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Akihiro Yamashita
晃弘 山下
Tsutomu Hashimoto
勉 橋本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なインターコネクタを有する固体電解質
型燃料電池(SOFC)を提供する。 【解決手段】 円筒型の基体管上に、燃料極,電解質及
び空気極から構成される単素子と、該単素子間を電気的
に接続するインターコネクタとからなる固体電解質型燃
料電池において、上記インターコネクタがスラリ共焼結
法により緻密化してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、良好なインターコネク
タを有する固体電解質型燃料電池(SOFC)に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、固体電解質型燃料電池では電極
を設けた酸素イオン導電性固体電解質を800℃から1
000℃の高温にして、この固体電解質を隔壁として、
イオンに燃料ガス、もう一方に空気を供給し、固体電解
質型の両面に設けた空気極と燃料極とにおいて電気化学
的反応を進行させて外部に電力を取り出すようにしてい
る。
【0003】この固体電解質型燃料電池のセル構造は、
円筒の基体管上に燃料極,電解質及び空気極を成膜し、
これを単素子として該単素子同志を電気的に接続(直列
又は並列)するインターコネクタを成膜する。
【0004】ここで、上記インターコネクタは、酸化雰
囲気及び還元雰囲気を遮断できるための緻密構造と電子
導電体との役目を必要とし、且つ熱膨張率が他の構成材
料と同等であることや、他の電池構成材料と作動雰囲気
下で反応しないことが必要である。このため、従来より
LaCrO3 系のペロブスカイト型酸化物が使用されて
いる。
【0005】また、燃料電池セルの製造方法は、構成材
料の酸化材料の酸化物スラリを構成膜ごとに成膜した後
に、1400℃で一体焼結を行うようにしている。
【0006】また、インターコネクタは単素子を結合す
るものであるので、以下のような特性が要求される。 緻密構造で空気や燃料のリークを防ぐものであるこ
と。 酸化還元の両雰囲気において導電率が高いものである
こと。 使用温度及び雰囲気で熱膨張係数が電解質のそれ一致
するものであること。 還元雰囲気で膨張しないものであること。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、インターコネクタ材料としてLaCrO3
のペロブスカイト型酸化物が使用されてきたが、この酸
化物は難焼結性であり、焼結温度の向上には、1600
℃以上の温度を必要とするが、このような温度で他の構
成材料と同時に焼成することは、他の電池構成材料が熱
的なダメージを受けるため、実用に適さない。
【0008】本発明は還元雰囲気下においても構造的に
安定で且つ電池構成材料にダメージを与えない温度でイ
ンターコネクタを成膜した固体電解質型燃料電池を提供
することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第1の固体電解質型燃料電池は、円筒型の基体管上
に、燃料極,電解質及び空気極から構成される単素子
と、該単素子間を電気的に接続するインターコネクタと
からなる固体電解質型燃料電池において、上記インター
コネクタがスラリ共焼結法により緻密化してなることを
特徴とする。
【0010】本発明の第2の固体電解質型燃料電池は、
上記第1の固体電解質型燃料電池において、上記インタ
ーコネクタがアルカリ土類をドープしたLaCrO3
酸化物からなることを特徴とする。
【0011】本発明の第3の固体電解質型燃料電池は、
上記第2の固体電解質型燃料電池において、上記インタ
ーコネクタがアルカリ土類をドープしたLaCrO3
酸化物材料に、30〜40重量%のYSZ(イットリア
安定化ジルコニア),PSZ(部分安定化ジルコニア)
を混合してなることを特徴とする。
【0012】本発明の第4の固体電解質型燃料電池は、
第1の固体電解質型燃料電池において、上記インターコ
ネクタがLa1-X X CrO3 (ここでMはアルカリ土
類であり、xは0〜0.2である。)に、TiO2 を混合
してなることを特徴とする。
【0013】本発明によれば、スラリ共焼結法により焼
結してなるの、緻密な膜ができる。ここで、本発明でス
ラリ共焼結法とは、酸化物粉体と溶媒及び分散在を混合
した溶液をスラリと称し、セル構成材料の各スラリを焼
結前の基体管に規定のサイズに成膜したあと、一回の焼
成工程で焼結させてセルを製造することをいう。なお、
焼成温度を共焼結温度を称する。
【0014】本発明の第5の固体電解質型燃料電池は、
円筒型の基体管上に、燃料極,電解質及び空気極から構
成される単素子と、該単素子間を電気的に接続するイン
ターコネクタとからなる固体電解質型燃料電池の製造方
法において、上記インターコネクタがLaCrO3 系材
料とリン酸アルミニウムとの混合物からなることを特徴
とする。
【0015】本発明によれば、還元膨張の小さなLaC
rO3 系ペロブスカイト型複合酸化物に焼結助剤のリン
酸アルミニウムを添加することにより、緻密で還元雰囲
気でも膨張破壊が生じなくなり、水素リークの少ないセ
ルを製造することができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0017】〔実施例1〕インターコネクタ材料として
(La0.9 Sr0.1 )CrO3 を使用した。粉体の合成
はAサイトLaへのSr置換量として10mol%とな
るように、アルカリ土類金属としてLa,Sr,Crの
各硝酸塩を秤量し、蒸留水と混合して水溶液を調整し
た。この水溶液を150℃〜200℃、空気中で加熱し
て蒸発嵌装した後、更に、空気中、900℃で5時間焼
成することにより単一のペロベスカイト型酸化物を得
た。このペロベスカイト型酸化物は、平均粒子サイズが
0.5μm程度である。
【0018】次に、合成したインターコネクタ粉体に平
均粒径0.3μmのYSZ(8mol%Y2 3 安定比)
粉体を重量%で、0重量%,20重量%,30重量%及
び40重量%の各割合で混合し、この混合粉体を直径2
0mm,厚さ1mmの円盤に成型し、静水圧加圧装置で
100kg/cm2 の圧力で加圧した後、空気中140
0℃で2時間焼成した。
【0019】図1に、YSZ粉体濃度と混合焼結体の密
度との関係を示すが、YSZが30%以上で約92%の
相対密度が得られた。尚、使用したインターコネクタ材
料及びジルコニアの密度は約6g/cm3 で、両者とも
同様であったことから、相対密度は混合物の焼結体ペレ
ットを用いてアルキメデス法で測定した。
【0020】〔実施例2〕実施例1で製造したインター
コネクタ粉体に、平均粒径0.3μmのPSZ(部分安定
化ジルコニア;ZrO2 に3mol%Y2 3 を固溶さ
せた体酸化物)粉体を重量%で、0重量%,20重量
%,30重量%及び40重量%の割合で混合し、この混
合粉体を直径20mm,厚さ1mmの円盤に成型し、静
水圧加圧装置で100kg/cm2 の圧力で加圧した
後、空気中1400℃で2時間焼成した。
【0021】図1にPSZ粉体濃度と混合焼結体の密度
との関係を示すが、PSZが30%以上で約95%の相
対密度が得られた。
【0022】〔実施例3〕実施例1と同様に操作して単
一の平均粒子サイズが0.5μm程度のペロベスカイト型
酸化物を得た。
【0023】次に、合成したインターコネクタ粉体に平
均粒径0.3μmのTiO2 粉体を重量%で、1重量%,
3重量%,5重量%及び10重量%の各割合で混合し、
この混合粉体を直径20mm,厚さ1mmの円盤に成型
し、静水圧加圧装置で100kg/cm2 の圧力で加圧
した後、空気中1400℃で2時間焼成した。
【0024】図2に、TiO2 粉体濃度と混合焼結体の
密度との関係を示すが、TiO2 が3%以上で約95%
の相対密度が得られた。
【0025】〔実施例4〕実施例1と同様に操作して単
一の平均粒子サイズが0.5μm程度のペロベスカイト型
酸化物を得た。得られた上記ペロベスカイト型酸化物と
リン酸アルミニウムとを重量比で7:3の割合で混合
し、この混合物と蒸留水を1:1の割合で混合してスラ
リとした。
【0026】長さ40mm,外径21mm及び内径17
mmのジルコニア基体管上にスラリを塗布し、室温で乾
燥した後、大気中1400℃で焼成した。
【0027】また、リン酸アルミニウムを混合しないで
(La0.9 Sr0.1 )CrO3 のスラリを調整し、長さ
40mm,外径21mm及び内径17mmのジルコニア
基体管上にスラリを塗布し、室温で乾燥した後、大気中
1400℃で焼成した。
【0028】これらコーティング基体管について水素ガ
スリーク量を検査した。このリーク検査の装置の概略を
図3に示す。図3中、符号11はインターコネクタコー
ティング基体管、12は支持管、13はキャップ、14
は電気炉、15は水素ガス流量計、16は窒素ガス流量
計、17は水素排気及び18は窒素排気を各々図示す
る。
【0029】検査方法は、基体管11の一方の内側に水
素を100cc/minで流通させ、基体管11の外部
には窒素を100cc/minで流通させた。温度を1
000℃に昇温し、基体管11外部の窒素ガスをガスク
ロマトグラフィー分析して、水素のリーク量を測定し
た。その結果を、下記「表1」に示す。
【0030】
【表1】
【0031】表1の結果から明らかなように、リン酸ア
ルミニウムを混合したインターコネクタの水素ガスリー
ク量は1000℃で約1.8%であり、極めて良好であ
ったが、インターコネクタ単体の場合には、約15%も
リークしていた。
【0032】
【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに具体的
に説明したように、本発明によれば、インターコネクタ
をスラリ共焼結法により焼結してなるので、1400℃
で緻密なものを提供できる。
【0033】また、上記インターコネクタをアルカリ土
類をドープしたLaCrO3 系酸化物とし、30〜40
重量%のYSZ又はPSZを混合してなるので、さらに
相対密度の高いものを得ることができる。
【0034】また、LaCrO3 系酸化物にTiO2
混合することで、同様に緻密なものを提供できる。
【0035】さらに、LaCrO3 系材料とリン酸アル
ミニウムとの混合物とすることで、作動条件下におい
て、水素ガスリーク量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係るYSZ粉体濃度と混合焼結体の
密度との関係を示す図である。
【図2】実施例2に係るTi添加量と相対密度との関係
を示すである。
【図3】実施例4に係る水素ガスリーク量検査の装置の
概略図である。
【符号の説明】
11 インターコネクタコーティング基体管 12 支持管 13 キャップ 14 電気炉 15 水素ガス流量計 16 窒素ガス流量計 17 水素排気 18 窒素排気

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒型の基体管上に、燃料極,電解質及
    び空気極から構成される単素子と、該単素子間を電気的
    に接続するインターコネクタとからなる固体電解質型燃
    料電池において、上記インターコネクタがスラリ共焼結
    法により緻密化してなることを特徴とする固体電解質型
    燃料電池。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の固体電解質型燃料電池に
    おいて、 上記インターコネクタがアルカリ土類をドープしたLa
    CrO3 系酸化物からなることを特徴とする固体電解質
    型燃料電池。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の固体電解質型燃料電池に
    おいて、 上記インターコネクタがアルカリ土類をドープしたLa
    CrO3 系酸化物材料に、30〜40重量%のYSZ
    (イットリア安定化ジルコニア),PSZ(部分安定化
    ジルコニア)を混合してなることを特徴とする固体電解
    質型燃料電池。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の固体電解質型燃料電池に
    おいて、 上記インターコネクタがLa1-X X CrO3 (ここで
    Mはアルカリ土類であり、xは0〜0.2である。)に、
    TiO2 を混合してなることを特徴とする固体電解質型
    燃料電池。
  5. 【請求項5】 円筒型の基体管上に、燃料極,電解質及
    び空気極から構成される単素子と、該単素子間を電気的
    に接続するインターコネクタとからなる固体電解質型燃
    料電池の製造方法において、 上記インターコネクタがLaCrO3 系材料とリン酸ア
    ルミニウムとの混合物からなることを特徴とする固体電
    解質型燃料電池。
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