JPH11111307A - 固体電解質型燃料電池用セパレータとその製造方法 - Google Patents

固体電解質型燃料電池用セパレータとその製造方法

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JPH11111307A
JPH11111307A JP9267240A JP26724097A JPH11111307A JP H11111307 A JPH11111307 A JP H11111307A JP 9267240 A JP9267240 A JP 9267240A JP 26724097 A JP26724097 A JP 26724097A JP H11111307 A JPH11111307 A JP H11111307A
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JP
Japan
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parts
separator
perovskite
fuel cell
volume
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JP9267240A
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English (en)
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Toshitaka Shiyouhou
敏貴 正宝
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ASOU CEMENT KK
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ASOU CEMENT KK
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Fuel Cell (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体電解質型燃料電池のセパレータを、その
品質を低下することなく安価に提供すること。 【解決手段】 相対密度が60パーセント以上を持ち、
膜厚が1ないし3mmであるシー卜状の酸化物複合体の
押出し成形体であって、押出し時に、ガスの流路構造の
ような条溝が形成している。すなわち、押出し成形後に
ガスの流路構造のような条溝が焼成前にあらかじめ形成
されているセラミックシートであり、ガスの流路構造を
後加工なく作製できる。このセラミックシートは、均一
な厚さと、溝の高さを持ち、かつ固体電解質型燃料電池
用のセパレータとして、酸化剤と燃料ガスの両方も滞留
なく通気させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、押出し法によるぺ
ロブスカイト型複合酸化物からなる固体電解質型燃料電
池用セパレータとそ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(以下SOFCと
略称する。)のセパレータの開発においては、例えば特
開平6−5295号公報や特開平7−85881号公報
などに開示されているように、構成部材の薄膜化、低廉
な材料の使用はもちろんのこと、作製工程の簡略化によ
って製造コストの大幅な削減が試みられている。
【0003】平板型SOFCにおいては、運転温度(1
000℃)で安定的に使用できるランタンクロマイト
(LaCrO3)系ぺロブスカイト型複合酸化物が使用
されている。
【0004】このランタンクロマイトによる平板型SO
FCのセパレータはガス流路のための複数の溝を有して
おり、この溝形成のためには、まず、ランタンクロマイ
ト型酸化物のシートを作成し、このシートの仮焼あるい
は本焼成後、機械加工してきた。そのため、加工時によ
る割れなどによる歩留まりが低い上に、高価な機械加工
装置が必要となり、作製費の引き下げは大変難しいとい
う問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、SO
FCの重要な構成部材であるセパレータとして好適な溝
付きセラミックシートを、その品質を低下することなく
安価に提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のSOFC用セパ
レータは、Aがランタンであり、Bがストロンチウムも
しくはカルシウムであり、Xが0ないし0.4であるA
1-XXCrO3で表されるぺロブスカイト型複合酸化物
の押出し成形体であって、押出し後にガス流路構造を形
成していることを特徴とする。
【0007】このSOFC用セパレータは、相対密度が
60パーセント以上を持ち、膜厚が1ないし3mmであ
るシー卜状の複合酸化物体の押出し成形体であって、押
出し時に、ガスの流路構造のような条溝が形成してい
る。すなわち、押出し成形後にガスの流路構造のような
条溝が焼成前にあらかじめ形成されているセラミックシ
ートであり、ガスの流路構造を後加工なく作製できる。
【0008】本発明のSOFC用セパレータは、均一な
厚さと、溝の高さを持ち、酸化剤と燃料ガスの両方も滞
留なく通気させる。
【0009】このSOFC用セパレータは粒子径が1な
いし10μm程度のぺロブスカイト粉体100容積部と
300μm以下の水酸基含有有機化合物の結合剤微粉末
10ないし25容積部と、可塑剤10ないし20容積部
と、このぺロブスカイト型粉体100重量に対して分散
剤0.3ないし2.0重量部と、水を100ないし15
0容積部とを混合して得られた坏土を押出し成形後、結
合剤、可塑剤を加熱分解除去した後焼成することによっ
て得られる。
【0010】配合する成形助剤のうち、結合剤微粉末と
しては、有機結合剤、無機結合剤等が使用できるが、混
合の際、溶媒である水に容易に溶解して直ちに結合剤と
して作用を発揮し、使用するぺロブスカイト型粉体と反
応せず、また仮焼時に容易にグリーン体から分解除去さ
れ、未燃焼の炭素分や灰分の残留を防止するために有機
結合剤なかでもメチルセルロースやへミセルロースをは
じめとする多糖類誘導体の使用が好ましい。
【0011】この微粉末の配合はぺロブスカイト型粉体
同士の結合を高め、押出し時の際の良好な強度と成形性
を保つ上でも最も重要な要素である。このため少なすぎ
るとかえって押出し時に坏土が硬くなってしまい、押出
しが困難となるので、成形性と強度の面からぺロブスカ
イト型粉体100容積部に対して5ないし30容積部、
好ましくは10ないし25容積部の範囲とする。
【0012】配合する可塑剤としては、有機性可塑剤、
無機性可塑剤が使用できるが、微粉末の場合と同じく、
混合の際、溶媒である水に容易に溶解して直ちに結合剤
として作用を発揮し、使用するぺロブスカイト型酸化物
複合体と反応せず、また仮焼時に容易にグリーン体から
分解除去され、未燃焼の炭素分や灰分の残留を防止する
ために有機可塑剤、なかでもグリセロールやポリビニル
アルコールをはじめとする水酸基含有有機化合物の使用
が最も好ましい。
【0013】この可塑剤の配合は、ぺロブスカイト型粉
体同士が押出される際の流動性を高め、押出し時の良好
な押出し圧力や成形性を保つ上でも最も重要な要素の1
つであるが、少なすぎるとかえって押出し時に坏土が硬
くなってしまい、押出し機内で坏土の一部がとどまる、
いわゆる閉塞が起こってしまい、均一な成型物の作製や
押出しが困難となるので、成形性と強度の面からぺロブ
スカイト型粉体100容積部に対して5ないし40容積
部、好ましくは10ないし20容積部の範囲である。
【0014】分散剤については、ぺロブスカイト型粉体
について、溶媒が水の際には分散性が悪く、そのため十
分な流動性を保持していない。そのため、流動性を保持
するために添加量はぺロブスカイト型粉体100重量部
に対して分散剤0.3ないし2.0重量部が好適であ
る。
【0015】焼成温度については焼成温度が低いと焼結
が進まず、また1700℃を越えて焼成を行うと、ペロ
ブスカイト型酸化物複合体中の成分であるクロムが酸化
クロムガスとして、減少してしまい相対強度の低下をも
たらすので、1350℃から1650℃、好ましくは1
450℃から1600℃で、最高温度保持時間として3
ないし6時間である。
【0016】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を実
施例によって説明する。
【0017】実施例1 A1-XXCrO3で表される構造式において、Aがラン
タンであり、Bがストロンチウムである複合酸化物成形
体で導電性と酸素空孔を持たせるためにXが0.2であ
るぺロブスカイト型粉体を用いた。粒径は中位径が7μ
m程度である。
【0018】表1に示す配合比の混合物A,B,C,D
のそれぞれを混合機で混合し、所定の水を加えて更に混
合機で練り混ぜて坏土を得た。この坏土を押出し機で、
押出し圧力が1ないし9kgf/cm2の条件で押出し
を行いグリーン体として膜厚1ないし3mmのシートを
得た。この際、図lに示す溝の高さ500μmの櫛状の
口金を使用することにより、あらかじめ溝を持ったグリ
ーン体を作製することができた。これを乾燥して脱脂炉
に入れ仮焼することで成形助剤を分解除去した。更に、
仮焼体を酸化雰囲気で1450ないし1600℃に加熱
し焼成体を得た。
【0019】
【表1】 本成形体の相対密度を測定するために、日本セラミック
ス協会編「セラミック工学ハンドブック」,技報堂出
版,p460〜461,(1989)に記載されている
アルキメデス法を用いて測定した。
【0020】この溝付きぺロブスカイト型複合酸化物体
は溝構造を持った上で、相対密度を50%以上に高める
ことができた。
【0021】実施例2 実施例1に使用した粒子の径を更に小さくして粒子の焼
結性を向上させた。Aがランタンであり、Bがストロン
チウムであるA1-XXCrO3で表されるぺロブスカイ
ト型複合酸化物の成形体に導電性と酸素空孔を持たせる
ためにXが0.2であるぺロブスカイト型粉体を用い
た。
【0022】表2に示す配合比のA,B,C,Dのそれ
ぞれを混合機で混合し、所定の水を加えて更に混合機で
練り混ぜて坏土を得た。この坏土を押出し機で、押出し
圧力がlないし10kgf/cm2の条件で押出しを行
いグリーン体として膜厚1ないし3mmのシートを得
た。この際、図lに示す、溝の高さ500μmの櫛状の
口金を使用することにより、あらかじめ溝を持ったグリ
ーン体を作製することができた。これを乾燥して脱脂炉
に入れ仮焼することで成形助剤を分解除去した。更に、
仮焼体を酸化雰囲気で1450ないし1600℃に加熱
して焼成体を得た。本成形体の相対密度を測定するため
に、同様にアルキメデス法を用いて測定した。この溝付
きぺロブスカイト型酸化物複合体は溝構造を持った上
で、相対密度を80%以上に高めることができた。
【0023】
【表2】 実施例3 実施例1ないし2と比較し、易焼結性である組成にして
粒子の焼結性を向上させた。A1-XXCrO3で表され
るぺロブスカイト型複合酸化物において、Aがランタン
であり、Bをストロンチウムからカルシウムに代え、導
電性と酸素空孔を持たせるためにXが0.2であるぺロ
ブスカイト型粉体を用いた。
【0024】表3に示す配合比の混合物をそれぞれ混合
機で混合し、所定の水を加えて更に混合機で練り混ぜて
坏土を得た。この坏土を押出し機で、押出し圧力が1な
いし10kgf/cm2の条件で押出しを行いグリーン
体として膜厚1ないし3mmのシートを得た。この際、
図1に示す、溝の高さ500μmの櫛状の口金を使用す
ることにより、あらかじめ溝を持ったグリーン体を作製
することができた。これを乾燥して脱脂炉に入れ仮焼す
ることで成形助剤を分解除去した。更に、仮焼体を酸化
雰囲気で1450ないし1600℃に加熱し焼成体を得
た。成形体の相対密度を測定するために、同様にアルキ
メデス法を用いて測定した。
【0025】
【表3】 上記の溝付きぺロブスカイト型複合酸化物体は相対密度
を90%以上に高めることができた。
【0026】上記実施例1から実施例3に示した焼成体
を固体電解質型燃料電池のセパレータとして使用した結
果、特別な溝加工をすることなく、ガスの流路構造を持
つセパレータとして使用できることが分かった。
【0027】また、図2は、このセパレータの電子顕微
鏡写真を示すもので、大規模な平面加工を行わずに、使
用に供することができた。
【0028】
【発明の効果】本発明によって、電極への酸化物ガスお
よび燃料ガスを効率を損なわずに供給するガス供給路
を、機械加工を行わずに押出し成形時に作製することが
でき、製作に係わるコストを大幅に削減できるだけでな
く、焼成後の機械加工等による割れの心配がないため、
製品の歩留まりを大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 使用した口金の断面形状を示す。
【図2】 押出して、溝加工を行わずに焼成したぺロブ
スカイト型複合酸化物体の焼成後の電子顕微鏡写真を示
す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Aがランタンであり、Bがストロンチウ
    ムもしくはカルシウムであり、Xが0ないし0.4であ
    るA1-XXCrO3で表されるぺロブスカイト型酸化物
    の押出し成形体であって、押出し後にガス流路構造を形
    成している固体電解質型燃料電池用セパレータ。
  2. 【請求項2】 粒子径が1ないし10μmのぺロブスカ
    イト複合酸化物粉体100容積部と300μm以下の水
    酸基含有有機化合物の結合剤微粉末10ないし25容積
    部と、可塑剤10ないし20容積部と、ぺロブスカイト
    型粉体100重量に対して分散剤0.3ないし2.0重
    量部と、水を100ないし150容積部とを混合して得
    られた坏土をガス流路構造を形成した口金を通して押出
    し成形後、結合剤、可塑剤を加熱分解除去した後焼成す
    る固体電解質型燃料電池用セパレータの製造方法。
JP9267240A 1997-09-30 1997-09-30 固体電解質型燃料電池用セパレータとその製造方法 Pending JPH11111307A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101178527B1 (ko) 2010-12-28 2012-08-30 주식회사 포스코 고체 산화물 연료 전지용 분리판과 분리판 제조방법 및 분리판을 포함하는 연료 전지
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