JP3453283B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
- Publication number
- JP3453283B2 JP3453283B2 JP21435897A JP21435897A JP3453283B2 JP 3453283 B2 JP3453283 B2 JP 3453283B2 JP 21435897 A JP21435897 A JP 21435897A JP 21435897 A JP21435897 A JP 21435897A JP 3453283 B2 JP3453283 B2 JP 3453283B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- interconnector
- component
- thermal expansion
- fuel cell
- present
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0215—Glass; Ceramic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2404—Processes or apparatus for grouping fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
- H01M8/2428—Grouping by arranging unit cells on a surface of any form, e.g. planar or tubular
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0215—Glass; Ceramic materials
- H01M8/0217—Complex oxides, optionally doped, of the type AMO3, A being an alkaline earth metal or rare earth metal and M being a metal, e.g. perovskites
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- 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
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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。
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は燃料（還元剤）と空気（酸化
剤）の反応により得られる化学エネルギを熱としてでは
なく直接電気エネルギに変換するものである。燃料電池
は直接発電である事及びカルノーサイクルの制約を受け
ない事等から高い効率を示す発電システムとなり得る。
燃料電池にも種々の形式のものがあるが、使用する固体
電解質に応じてリン酸型、溶融炭酸塩型及び固体電解質
型に大別でき、それぞれの使用温度はおよそ２００℃、
６００℃及び１０００℃である。特に固体電解質型燃料
電池は高い廃熱を利用できる事から、約６０％という高
い熱効率を示す。
剤）の反応により得られる化学エネルギを熱としてでは
なく直接電気エネルギに変換するものである。燃料電池
は直接発電である事及びカルノーサイクルの制約を受け
ない事等から高い効率を示す発電システムとなり得る。
燃料電池にも種々の形式のものがあるが、使用する固体
電解質に応じてリン酸型、溶融炭酸塩型及び固体電解質
型に大別でき、それぞれの使用温度はおよそ２００℃、
６００℃及び１０００℃である。特に固体電解質型燃料
電池は高い廃熱を利用できる事から、約６０％という高
い熱効率を示す。
【０００３】固体電解質型燃料電池の単電池の構成材料
は固体電解質、燃料極、及び空気極であり、一般的材料
としてそれぞれ安定化ジルコニア（以下ＹＳＺと略
す）、ＮｉＯ／ＹＳＺ系材料及びランタンマンガン系材
料が用いられる。
は固体電解質、燃料極、及び空気極であり、一般的材料
としてそれぞれ安定化ジルコニア（以下ＹＳＺと略
す）、ＮｉＯ／ＹＳＺ系材料及びランタンマンガン系材
料が用いられる。
【０００４】しかしながら、単セルの開回路電圧は約１
Ｖであり、実際の使用に際してはインタコネクタにより
セルの直列接続を図る必要がある。また、各構成材料を
強度的に支持するために、円筒型電池の場合には一般に
カルシア安定化ジルコニア（以下ＣＳＺと略す）を支持
管として、平板型電池の場合にはインタコネクタ自身を
支持板として用いる必要がある。
Ｖであり、実際の使用に際してはインタコネクタにより
セルの直列接続を図る必要がある。また、各構成材料を
強度的に支持するために、円筒型電池の場合には一般に
カルシア安定化ジルコニア（以下ＣＳＺと略す）を支持
管として、平板型電池の場合にはインタコネクタ自身を
支持板として用いる必要がある。
【０００５】インタコネクタには緻密でガスを通さない
事、約１０００℃という高温において酸化及び還元の両
雰囲気中で化学的に安定である事、電池作製時及び運転
中に他の構成材と反応して絶縁層を作らない事、導電性
が高く且つ電子伝導のみでイオン伝導が混入しない事及
び熱膨張がＹＳＺ等の他構成材とほぼ同等である事等の
厳しい要求が課せられている。
事、約１０００℃という高温において酸化及び還元の両
雰囲気中で化学的に安定である事、電池作製時及び運転
中に他の構成材と反応して絶縁層を作らない事、導電性
が高く且つ電子伝導のみでイオン伝導が混入しない事及
び熱膨張がＹＳＺ等の他構成材とほぼ同等である事等の
厳しい要求が課せられている。
【０００６】上記の厳しい要求を満たす材料としてＬａ
ＣｒＯ3 系材料（以下「ランタンクロマイト」と略
す。）が一般的に用いられているが、要求物性を完全に
満足させている訳ではなく、特に焼成性及び還元時の膨
張に起因する割れ等に改良余地が十分にある。ここで、
還元時の割れとはインタコネクタの片面が酸化雰囲気、
他の片面が還元雰囲気に接しているため、還元側では酸
素が若干引き抜かれ膨張が生じ、同一材で“そり”の力
が働き、破壊が起こるものである。
ＣｒＯ3 系材料（以下「ランタンクロマイト」と略
す。）が一般的に用いられているが、要求物性を完全に
満足させている訳ではなく、特に焼成性及び還元時の膨
張に起因する割れ等に改良余地が十分にある。ここで、
還元時の割れとはインタコネクタの片面が酸化雰囲気、
他の片面が還元雰囲気に接しているため、還元側では酸
素が若干引き抜かれ膨張が生じ、同一材で“そり”の力
が働き、破壊が起こるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】固体電解質型燃料電池
において、インタコネクタに課せられる要求には非常に
厳しいものがある。特に、ランタンクロマイトは難焼成
性であり、通常還元あるいは真空雰囲気中で、１６００
℃以上の高温の焼成温度でないと焼成しない。そのた
め、いわゆる一体焼成法にてランタンクロマイト系イン
タコネクタを作製しようとすると焼成温度が高くなり、
電極の多孔性が失われて出力特性が低下するという問
題、及び他の構成材料との界面で絶縁層を形成して性能
が低下するという問題等が生じるため、一体焼成にて電
池を作製したという事例はない。
において、インタコネクタに課せられる要求には非常に
厳しいものがある。特に、ランタンクロマイトは難焼成
性であり、通常還元あるいは真空雰囲気中で、１６００
℃以上の高温の焼成温度でないと焼成しない。そのた
め、いわゆる一体焼成法にてランタンクロマイト系イン
タコネクタを作製しようとすると焼成温度が高くなり、
電極の多孔性が失われて出力特性が低下するという問
題、及び他の構成材料との界面で絶縁層を形成して性能
が低下するという問題等が生じるため、一体焼成にて電
池を作製したという事例はない。
【０００８】焼成法以外の手法にてランタンクロマイト
を成膜する手法としてはIsenberg等の発明報告（ＵＳＰ
4,490,444)に記載されているＥＶＤ（Electorochemical
Vapor Deposition ）法及び一般的な溶射法があるが、
いずれも製造コスト的に問題があり大量生産に適してい
ない。
を成膜する手法としてはIsenberg等の発明報告（ＵＳＰ
4,490,444)に記載されているＥＶＤ（Electorochemical
Vapor Deposition ）法及び一般的な溶射法があるが、
いずれも製造コスト的に問題があり大量生産に適してい
ない。
【０００９】更に、ランタンクロマイトは還元状態で膨
張しやすいという特性を持つため、酸化・還元両雰囲気
に曝され、自身の膨張差より破損するという事態が生じ
る。
張しやすいという特性を持つため、酸化・還元両雰囲気
に曝され、自身の膨張差より破損するという事態が生じ
る。
【００１０】また、インタコネクタは全材料と接するた
め、各構成材料間の熱膨張率差に伴う応力及び上述の還
元膨張に伴う応力が発生するため、高い強度を有さない
と破壊するという問題も生じる。
め、各構成材料間の熱膨張率差に伴う応力及び上述の還
元膨張に伴う応力が発生するため、高い強度を有さない
と破壊するという問題も生じる。
【００１１】本発明は、固体電解質型燃料電池に用いる
インタコネクタの使用に際する種々の問題の存在に鑑
み、ＭＴｉＯ3 をマトリックスとする材料をセルの直列
接続を行うためのインタコネクタとして用いる事によ
り、製造が容易で且つ耐久性及び信頼性に優れた固体電
解質型燃料電池を供給するものである。
インタコネクタの使用に際する種々の問題の存在に鑑
み、ＭＴｉＯ3 をマトリックスとする材料をセルの直列
接続を行うためのインタコネクタとして用いる事によ
り、製造が容易で且つ耐久性及び信頼性に優れた固体電
解質型燃料電池を供給するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の［請求項１］の固体電解質型燃料電池は、固体電解
質型燃料電池のセルを接続するインタコネクタが一体焼
成型であり、一般式：Ａ1-XＢXＣ1-YＤYＯ3の材料から
なることを特徴とするものである。ただし、０≦Ｘ≦
０．２，０≦Ｙ≦０．２（Ｘ＝０，０＜Ｙ≦０．２の範
囲と０＜Ｘ≦０．２，Ｙ＝０の範囲とを除く）であっ
て、Ｘ＝０，Ｙ＝０のとき、Ａ成分はＭｇ、Ｃ成分はＴ
ｉであり、０＜Ｘ≦０．２，０＜Ｙ≦０．２のとき、Ａ
成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ又はＢａのいずれか、Ｂ成分は
希土類のいずれか又はＡｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ
成分はＴａ、または、Ａ成分はＭｇ、Ｂ成分は希土類の
いずれか又はＡｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮ
ｂ又はＴａ、または、Ａ成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ又はＢ
ａのいずれか、Ｂ成分はＬａ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分は
Ｎｂ又はＴａである。また、［請求項２］の発明は、請
求項１に記載の固体電解質型燃料電池において、前記セ
ルは、基体に沿って所定間隔に設けられた燃料極と、各
燃料極の上方に電解質を介して設けられた空気極とから
なり、第１のセルの燃料極の上方にインタコネクタを介
して第２の隣接するセルの空気極を設けてなる縦方向集
電であることを特徴とするものである。
明の［請求項１］の固体電解質型燃料電池は、固体電解
質型燃料電池のセルを接続するインタコネクタが一体焼
成型であり、一般式：Ａ1-XＢXＣ1-YＤYＯ3の材料から
なることを特徴とするものである。ただし、０≦Ｘ≦
０．２，０≦Ｙ≦０．２（Ｘ＝０，０＜Ｙ≦０．２の範
囲と０＜Ｘ≦０．２，Ｙ＝０の範囲とを除く）であっ
て、Ｘ＝０，Ｙ＝０のとき、Ａ成分はＭｇ、Ｃ成分はＴ
ｉであり、０＜Ｘ≦０．２，０＜Ｙ≦０．２のとき、Ａ
成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ又はＢａのいずれか、Ｂ成分は
希土類のいずれか又はＡｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ
成分はＴａ、または、Ａ成分はＭｇ、Ｂ成分は希土類の
いずれか又はＡｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮ
ｂ又はＴａ、または、Ａ成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ又はＢ
ａのいずれか、Ｂ成分はＬａ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分は
Ｎｂ又はＴａである。また、［請求項２］の発明は、請
求項１に記載の固体電解質型燃料電池において、前記セ
ルは、基体に沿って所定間隔に設けられた燃料極と、各
燃料極の上方に電解質を介して設けられた空気極とから
なり、第１のセルの燃料極の上方にインタコネクタを介
して第２の隣接するセルの空気極を設けてなる縦方向集
電であることを特徴とするものである。
【００１３】即ち、易焼成性で且つ酸化及び還元の両条
件下で膨張差が少ないＡ 1-X Ｂ X Ｃ 1-Y Ｄ Y Ｏ 3 の材料
をセルのインタコネクタとして用いることにより、製造
が容易で且つ耐久性及び信頼性に優れた固体電解質型燃
料電池を得る様にしたものである。
件下で膨張差が少ないＡ 1-X Ｂ X Ｃ 1-Y Ｄ Y Ｏ 3 の材料
をセルのインタコネクタとして用いることにより、製造
が容易で且つ耐久性及び信頼性に優れた固体電解質型燃
料電池を得る様にしたものである。
【００１４】本発明の固体電解質型燃料電池に用いるイ
ンタコネクタでは、焼成温度を低くできるため、他の構
成材料に対するダメーシを小さくする事ができる。ま
た、そのため他の構成材料と一体焼成ができ、製造コス
トを低減する事が可能である。更に、本発明のインタコ
ネクタは酸化及び還元両雰囲気間での膨張差が小さいた
めに、インタコネクタ部での破損が心配がないため、耐
久性及び信頼性に優れた固体電解質型燃料電池を得る事
ができる。本発明はインタコネクタの材料としてＡ 1-X
Ｂ X Ｃ 1-Y Ｄ Y Ｏ 3 の材料を用いているので、従来の１
６００℃という高温でなく、後述する実施例に示すよう
に、１３００〜１４００℃という低い温度で焼成するこ
とが可能となる。また、本発明のインタコネクタは低温
で焼結できるため、ディッピング法、塗布法、スリップ
キャスト法、印刷法等のセラミックススラリーを用いる
一般的な製法にて固体電解質型燃料電池を製作できる。
さらに、粉体原料を用いる溶射法或いは酸化物以外の原
料を蒸着法でも燃料電池を製作することができる。すな
わち、本発明のインタコネクタは、固体電解質型燃料電
池を作製する上での特殊な問題は何ら生ずるものではな
い。
ンタコネクタでは、焼成温度を低くできるため、他の構
成材料に対するダメーシを小さくする事ができる。ま
た、そのため他の構成材料と一体焼成ができ、製造コス
トを低減する事が可能である。更に、本発明のインタコ
ネクタは酸化及び還元両雰囲気間での膨張差が小さいた
めに、インタコネクタ部での破損が心配がないため、耐
久性及び信頼性に優れた固体電解質型燃料電池を得る事
ができる。本発明はインタコネクタの材料としてＡ 1-X
Ｂ X Ｃ 1-Y Ｄ Y Ｏ 3 の材料を用いているので、従来の１
６００℃という高温でなく、後述する実施例に示すよう
に、１３００〜１４００℃という低い温度で焼成するこ
とが可能となる。また、本発明のインタコネクタは低温
で焼結できるため、ディッピング法、塗布法、スリップ
キャスト法、印刷法等のセラミックススラリーを用いる
一般的な製法にて固体電解質型燃料電池を製作できる。
さらに、粉体原料を用いる溶射法或いは酸化物以外の原
料を蒸着法でも燃料電池を製作することができる。すな
わち、本発明のインタコネクタは、固体電解質型燃料電
池を作製する上での特殊な問題は何ら生ずるものではな
い。
【００１５】
【実施例】次に本発明を具体的な実施例により、さらに
詳細に説明する。なお、以下の実施例では、本発明の固
体電解質型燃料電池に係るインタコネクタ材料以外につ
いても言及しているが、本発明の固体電解質型燃料電池
に係るインタコネクタ材料は、一般式：Ａ 1-X Ｂ X Ｃ 1-Y
Ｄ Y Ｏ 3 の材料からなり、０≦Ｘ≦０．２，０≦Ｙ≦０．
２（Ｘ＝０，０＜Ｙ≦０．２の範囲と０＜Ｘ≦０．２，
Ｙ＝０の範囲とを除く）であって、Ｘ＝０，Ｙ＝０のと
き、Ａ成分はＭｇ、Ｃ成分はＴｉであり、０＜Ｘ≦０．
２，０＜Ｙ≦０．２のとき、Ａ成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ
又はＢａのいずれか、Ｂ成分は希土類のいずれか又はＡ
ｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＴａ、または、Ａ
成分はＭｇ、Ｂ成分は希土類のいずれか又はＡｌ又はＣ
ｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮｂ又はＴａ、または、Ａ
成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ又はＢａのいずれか、Ｂ成分は
Ｌａ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮｂ又はＴａであるイン
タコネクタ材料である。 （実施例１） 従来のランタンクロマイトと異なるインタコネクタを発
明するに際し、材料の予備選定を実施した。ランタンク
ロマイト以外で、熱膨張特性、導電特性及び還元膨張特
性を満足させるインタコネクタの選定基準は以下の通り
である。酸化物である事（白金族以外の金属あるいは
非酸化物系セラミックスも１０００℃の大気中では酸化
される）。複合酸化物である事（単一元素酸化物では
物性制御が難しい）。導電性付与のため、遷移金属
（ｄ軌道電子を持つ元素）が必要。ランタノイド及びア
クチノイド系元素はそれぞれエネルギギャプが大きい、
放射性等の理由で採用は困難である。また、第二及び第
三遷移金属も資源量及び焼成性から採用は困難である。
複合酸化物の還元雰囲気に対する安定性は、安定度の
低い酸化物に依存。上記〜から、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの第一遷移金属を含む
複合酸化物が候補材料となる。そこで、先ず第一遷移金
属の酸化物の還元に対する安定性を求めた。
詳細に説明する。なお、以下の実施例では、本発明の固
体電解質型燃料電池に係るインタコネクタ材料以外につ
いても言及しているが、本発明の固体電解質型燃料電池
に係るインタコネクタ材料は、一般式：Ａ 1-X Ｂ X Ｃ 1-Y
Ｄ Y Ｏ 3 の材料からなり、０≦Ｘ≦０．２，０≦Ｙ≦０．
２（Ｘ＝０，０＜Ｙ≦０．２の範囲と０＜Ｘ≦０．２，
Ｙ＝０の範囲とを除く）であって、Ｘ＝０，Ｙ＝０のと
き、Ａ成分はＭｇ、Ｃ成分はＴｉであり、０＜Ｘ≦０．
２，０＜Ｙ≦０．２のとき、Ａ成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ
又はＢａのいずれか、Ｂ成分は希土類のいずれか又はＡ
ｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＴａ、または、Ａ
成分はＭｇ、Ｂ成分は希土類のいずれか又はＡｌ又はＣ
ｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮｂ又はＴａ、または、Ａ
成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ又はＢａのいずれか、Ｂ成分は
Ｌａ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮｂ又はＴａであるイン
タコネクタ材料である。 （実施例１） 従来のランタンクロマイトと異なるインタコネクタを発
明するに際し、材料の予備選定を実施した。ランタンク
ロマイト以外で、熱膨張特性、導電特性及び還元膨張特
性を満足させるインタコネクタの選定基準は以下の通り
である。酸化物である事（白金族以外の金属あるいは
非酸化物系セラミックスも１０００℃の大気中では酸化
される）。複合酸化物である事（単一元素酸化物では
物性制御が難しい）。導電性付与のため、遷移金属
（ｄ軌道電子を持つ元素）が必要。ランタノイド及びア
クチノイド系元素はそれぞれエネルギギャプが大きい、
放射性等の理由で採用は困難である。また、第二及び第
三遷移金属も資源量及び焼成性から採用は困難である。
複合酸化物の還元雰囲気に対する安定性は、安定度の
低い酸化物に依存。上記〜から、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの第一遷移金属を含む
複合酸化物が候補材料となる。そこで、先ず第一遷移金
属の酸化物の還元に対する安定性を求めた。
【００１６】図１は、１０００℃における酸化物の解離
分圧を熱力学的に求めたものである。通常、固体電解質
燃料電池の１０００℃における燃料極側の酸素分圧は１
０-1 5 から１０-21 気圧程度であり、図１からＣｒ及び
Ｔｉの酸化物が安定である事が判る。また、遷移金属を
含む複合酸化物の選定にあたり、２成分系の複合酸化物
が最も一般的であり、Ｃｒ及びＴｉの酸化物より還元に
対して安定な元素との組み合わせとなると、Ｌｎ（ラン
タノイド）ＣｒＯ3 及びＭ（アルカリ土類金属）ＴｉＯ
3 が有望となる。ここで、Ｌｎ（ランタノイド）ＣｒＯ
3 の中には従来のＬａＣｒＯ3 （ランタンクロマイト）
が含まれているが、Ｃｒを含む複合酸化物はＣｒ単体の
酸化物と同様に難焼成性である事は同業他者には明らか
である。
分圧を熱力学的に求めたものである。通常、固体電解質
燃料電池の１０００℃における燃料極側の酸素分圧は１
０-1 5 から１０-21 気圧程度であり、図１からＣｒ及び
Ｔｉの酸化物が安定である事が判る。また、遷移金属を
含む複合酸化物の選定にあたり、２成分系の複合酸化物
が最も一般的であり、Ｃｒ及びＴｉの酸化物より還元に
対して安定な元素との組み合わせとなると、Ｌｎ（ラン
タノイド）ＣｒＯ3 及びＭ（アルカリ土類金属）ＴｉＯ
3 が有望となる。ここで、Ｌｎ（ランタノイド）ＣｒＯ
3 の中には従来のＬａＣｒＯ3 （ランタンクロマイト）
が含まれているが、Ｃｒを含む複合酸化物はＣｒ単体の
酸化物と同様に難焼成性である事は同業他者には明らか
である。
【００１７】図２にランタンクロマイト及びＭＴｉＯ3
系インタコネクタを大気中１４００℃で焼成した時の相
対密度を示す。ここで相対密度とは、アルキメデス法で
求めた実試料の密度と結晶構造から求められる理論密度
の比である。また、ランタンクロマイト及びＭＴｉＯ3
はそれぞれＬａ0.8 Ｓｒ0.2 ＣｒＯ3 及びＭＴｉＯ
3（Ｍ：Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）であり、調製法は粉
末原料を乳鉢にて混合し、１２００℃で５時間仮焼した
ものを、一軸加圧成形後にＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓ
ｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形し、焼成したもの
である。図２よりランタンクロマイトは焼成性が悪く緻
密体にならないが、ＭＴｉＯ3系は焼成性が非常に良
く、特にコスト低減が可能な一体焼成に適していること
が判る。なお、一般に９４〜９５％以上の相対密度で気
密膜になるといわれているので、ＭＴｉＯ3 系のものは
これを満足する。
系インタコネクタを大気中１４００℃で焼成した時の相
対密度を示す。ここで相対密度とは、アルキメデス法で
求めた実試料の密度と結晶構造から求められる理論密度
の比である。また、ランタンクロマイト及びＭＴｉＯ3
はそれぞれＬａ0.8 Ｓｒ0.2 ＣｒＯ3 及びＭＴｉＯ
3（Ｍ：Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）であり、調製法は粉
末原料を乳鉢にて混合し、１２００℃で５時間仮焼した
ものを、一軸加圧成形後にＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓ
ｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形し、焼成したもの
である。図２よりランタンクロマイトは焼成性が悪く緻
密体にならないが、ＭＴｉＯ3系は焼成性が非常に良
く、特にコスト低減が可能な一体焼成に適していること
が判る。なお、一般に９４〜９５％以上の相対密度で気
密膜になるといわれているので、ＭＴｉＯ3 系のものは
これを満足する。
【００１８】次に得られた焼成体を１０００℃のＨ2 ／
Ｈ2 Ｏ条件下（室温加湿水素：約９７％水素）で１２時
間還元し、還元前に対する還元後試料の還元膨張率を求
めて、図３に示した。ここで、還元膨張率は以下の式で
求めたものである。
Ｈ2 Ｏ条件下（室温加湿水素：約９７％水素）で１２時
間還元し、還元前に対する還元後試料の還元膨張率を求
めて、図３に示した。ここで、還元膨張率は以下の式で
求めたものである。
【００１９】
【数１】
還元膨張率＝（Ｌ1 −Ｌ0 ）／Ｌ0 ×１００＝ｄＬ／Ｌ0 ×１００… (1)
ここで、Ｌ0 ：焼成後室温に戻したときの長さ（単位：
mm）、Ｌ1 ：還元後の室温長さ（単位：mm）、ｄＬ＝
（Ｌ1 −Ｌ0 ）（単位：mm）である。
mm）、Ｌ1 ：還元後の室温長さ（単位：mm）、ｄＬ＝
（Ｌ1 −Ｌ0 ）（単位：mm）である。
【００２０】図３より、ランタンクロマイトは０．１７
％程度の膨張を示すが、一方のＭＴｉＯ3 系は０．０６
％以下の膨張であり、酸化・還元の両雰囲気での膨張差
が小さく自身に働く応力が小さいため、割れの可能性が
低く信頼性のある電池材料となることが判る。なお、一
般に還元膨張率の許容値は０．１％以下といわれている
ので、ＭＴｉＯ3 系のものはこれを満足する。
％程度の膨張を示すが、一方のＭＴｉＯ3 系は０．０６
％以下の膨張であり、酸化・還元の両雰囲気での膨張差
が小さく自身に働く応力が小さいため、割れの可能性が
低く信頼性のある電池材料となることが判る。なお、一
般に還元膨張率の許容値は０．１％以下といわれている
ので、ＭＴｉＯ3 系のものはこれを満足する。
【００２１】（実施例２）次にＭｇＴｉＯ3 系インタコ
ネクタを用いて、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例１にてＭｇＴｉＯ3 系インタ
コネクタがランタンクロマイトより優れた特性を示す事
が明らかとなったが、工業的に固体電解質燃料電池用と
してインタコネクタを用いる場合には、実施例１の乳鉢
混合法と異なり、下記の如くボールミル混合法により量
産化したインタコネクタ原料を用いる必要がある。この
実施例２では原料の調製方法、得られたインタコネクタ
の物性について更に詳細に説明する。
ネクタを用いて、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例１にてＭｇＴｉＯ3 系インタ
コネクタがランタンクロマイトより優れた特性を示す事
が明らかとなったが、工業的に固体電解質燃料電池用と
してインタコネクタを用いる場合には、実施例１の乳鉢
混合法と異なり、下記の如くボールミル混合法により量
産化したインタコネクタ原料を用いる必要がある。この
実施例２では原料の調製方法、得られたインタコネクタ
の物性について更に詳細に説明する。
【００２２】先ず、ＭｇＴｉＯ3 系及びＬａＣｒＯ3 系
原料の調製を実施した。このうち、ＭｇＴｉＯ3 系の組
成はＭｇ1-x Ｌａx Ｔｉ1-y Ｎｂy Ｏ3 （ｘ＝０，０．
０１，０．０５，０．１，０．２及びｙ＝０，０．０
１，０．０５，０．１，０．２）、ランタンクロマイト
の組成はＬａ0.8 Ｓｒ0.2 ＣｒＯ3 とした。Ｓｒ原料と
して炭酸ストロンチウムを用いた以外は、すべて酸化物
原料を使用した。ジルコニアポール及びエタノールを入
れたポットに所定量の原料を秤量後投入し、スラリの重
量濃度を５０％として２４時間の混合・粉砕を行った。
その後、ロータリーエバポレータにてスラリの濃縮・乾
燥を行い、１５０℃の乾燥機で一昼夜乾燥させた。得ら
れた乾燥粉をアルミナ坩堝中にて１２００℃、５時間焼
成を行う事により仮焼粉を調製した。上記仮焼粉を再度
エタノール溶媒を用いてスラリーの重量濃度を５０％と
して、４８時間の粉砕を実施した後、ロータリーエバポ
レータにてスラリの濃縮・乾燥を行い、１５０℃の乾燥
機で一昼夜乾燥させた。その後、内径２０φ（mm）の金
型に入れ、２００kg／cm2 の圧力で一軸加圧後、ラバー
中でＣＩＰ成型（２ｔ／cm2 ）を行った。得られた成型
体を、敷粉（同一仮焼粉）上において、１３００℃、１
３５０℃、１４００℃及び１５００℃の各温度で２時間
で焼成した。得られた焼成体について、Ｘ線回折法によ
る結晶相の同定、アルキメデス法を用いた密度測定及び
酸化あるいは還元雰囲気での熱膨張係数の測定を実施し
た。更に、還元膨張を測定するために、大気焼成直後の
室温長さに対する１０００℃、１２時間のＨ2 ／Ｈ2 Ｏ
処理での還元後試料の室温長さの比をとり還元膨張率と
した。
原料の調製を実施した。このうち、ＭｇＴｉＯ3 系の組
成はＭｇ1-x Ｌａx Ｔｉ1-y Ｎｂy Ｏ3 （ｘ＝０，０．
０１，０．０５，０．１，０．２及びｙ＝０，０．０
１，０．０５，０．１，０．２）、ランタンクロマイト
の組成はＬａ0.8 Ｓｒ0.2 ＣｒＯ3 とした。Ｓｒ原料と
して炭酸ストロンチウムを用いた以外は、すべて酸化物
原料を使用した。ジルコニアポール及びエタノールを入
れたポットに所定量の原料を秤量後投入し、スラリの重
量濃度を５０％として２４時間の混合・粉砕を行った。
その後、ロータリーエバポレータにてスラリの濃縮・乾
燥を行い、１５０℃の乾燥機で一昼夜乾燥させた。得ら
れた乾燥粉をアルミナ坩堝中にて１２００℃、５時間焼
成を行う事により仮焼粉を調製した。上記仮焼粉を再度
エタノール溶媒を用いてスラリーの重量濃度を５０％と
して、４８時間の粉砕を実施した後、ロータリーエバポ
レータにてスラリの濃縮・乾燥を行い、１５０℃の乾燥
機で一昼夜乾燥させた。その後、内径２０φ（mm）の金
型に入れ、２００kg／cm2 の圧力で一軸加圧後、ラバー
中でＣＩＰ成型（２ｔ／cm2 ）を行った。得られた成型
体を、敷粉（同一仮焼粉）上において、１３００℃、１
３５０℃、１４００℃及び１５００℃の各温度で２時間
で焼成した。得られた焼成体について、Ｘ線回折法によ
る結晶相の同定、アルキメデス法を用いた密度測定及び
酸化あるいは還元雰囲気での熱膨張係数の測定を実施し
た。更に、還元膨張を測定するために、大気焼成直後の
室温長さに対する１０００℃、１２時間のＨ2 ／Ｈ2 Ｏ
処理での還元後試料の室温長さの比をとり還元膨張率と
した。
【００２３】図４にＭｇ1-x Ｌａx Ｔｉ1-y Ｎｂy Ｏ3
（ｘ＝０，０．０１，０．０５，０．１，０．２及びｙ
＝０，０．０１，０．０５，０．１，０．２）で示され
る各種組成のＭｇＴｉＯ3 系試料のＸ線回折から同定さ
れた結晶相を示す。その結果、試料はそれぞれＭｇＴｉ
Ｏ3 及びＬａＣｒＯ3 の単相として同定され、第二相の
存在がない事を確認した。
（ｘ＝０，０．０１，０．０５，０．１，０．２及びｙ
＝０，０．０１，０．０５，０．１，０．２）で示され
る各種組成のＭｇＴｉＯ3 系試料のＸ線回折から同定さ
れた結晶相を示す。その結果、試料はそれぞれＭｇＴｉ
Ｏ3 及びＬａＣｒＯ3 の単相として同定され、第二相の
存在がない事を確認した。
【００２４】また、図５にＭｇＴｉＯ3 及びランタンク
ロマイトの焼成温度に対する相対密度の変化を示す。
ロマイトの焼成温度に対する相対密度の変化を示す。
【００２５】その結果、工業的製法で作製した試料でも
実施例１と同様にＭｇＴｉＯ3 は目標値９４％以上の高
い相対密度を得ることができた。一方、ランタンクロマ
イト試料はＭｇＴｉＯ3 と比較して、全温度範囲で低い
相対密度であった。
実施例１と同様にＭｇＴｉＯ3 は目標値９４％以上の高
い相対密度を得ることができた。一方、ランタンクロマ
イト試料はＭｇＴｉＯ3 と比較して、全温度範囲で低い
相対密度であった。
【００２６】図６はＭｇＴｉＯ3 及びランタンクロマイ
トの熱膨張挙動を示すもので、以下の式で伸び率を表現
した。
トの熱膨張挙動を示すもので、以下の式で伸び率を表現
した。
【００２７】
【数２】
伸び率＝（Ｌ2 −Ｌ0 ）／Ｌ0 ×１００＝ｄＬ／Ｌ0 ×１００ … (2)
ここで、Ｌ0 ：焼成後室温に戻したときの長さ（単位：
mm）、Ｌ2 ：測定温度での長さ（単位：mm）、ｄＬ＝
（Ｌ2 −Ｌ0 ）（単位：mm）である。
mm）、Ｌ2 ：測定温度での長さ（単位：mm）、ｄＬ＝
（Ｌ2 −Ｌ0 ）（単位：mm）である。
【００２８】その結果、ＭｇＴｉＯ3 系試料はランタン
クロマイトに比較して、電解質（ＹＳＺ）に近い熱膨張
挙動を示す事が判った。
クロマイトに比較して、電解質（ＹＳＺ）に近い熱膨張
挙動を示す事が判った。
【００２９】図７にＭｇＴｉＯ3 系及びランタンクロマ
イトの焼成体の還元膨張率を示す。その結果、工業的製
法で作製したＭｇＴｉＯ3 系試料の還元膨張率はランタ
ンクロマイトに比較して１／１０以下である事が判っ
た。
イトの焼成体の還元膨張率を示す。その結果、工業的製
法で作製したＭｇＴｉＯ3 系試料の還元膨張率はランタ
ンクロマイトに比較して１／１０以下である事が判っ
た。
【００３０】また、ＭｇＴｉＯ3 単体では物性の制御が
できないため、ＬａによるＭｇ元素の部分置換及びＮｂ
によるＴｉ元素の部分置換を行い、各種物性を測定し
た。ここで、ＭｇＴｉＯ3 がｎ型半導体である事を事前
に測定で確認しているため、大きな原子価の元素で小さ
な原子価の元素の部分置換を行うという原子価制御法に
より各種元素の添加を実施する事ができる。即ち、２価
のＭｇの部分を３価で安定な IIIＢ族元素のＡｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｔｌ、 IIIＡ族であるＳｃ及びＹ、ランタイ
ド及びアクチノイド及び遷移金属ではあるが３価の安定
なＣｒ等で部分置換する事が可能である。現実的には I
IIＢ族元素のＩｎは高価、Ｔｌは毒性が強い、アクチノ
イドは放射性で高価等の理由により使用できない。従っ
て、Ｓｃ，Ｙ，Ａｌ，Ｇａランタノイド（Ｌａ，Ｃｅ，
Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）およびＣｒが使用可能で
ある。また、４価のＴｉの部分を５価で安定なＮｂ及び
Ｔａ等で部分置換する事が可能である。更に、原子価制
御法はプラス１価だけ大きな原子価の元素による置換で
はなく、プラス２価あるいはプラス３価の大きな元素で
の置換も可能である事はいうまでもない。
できないため、ＬａによるＭｇ元素の部分置換及びＮｂ
によるＴｉ元素の部分置換を行い、各種物性を測定し
た。ここで、ＭｇＴｉＯ3 がｎ型半導体である事を事前
に測定で確認しているため、大きな原子価の元素で小さ
な原子価の元素の部分置換を行うという原子価制御法に
より各種元素の添加を実施する事ができる。即ち、２価
のＭｇの部分を３価で安定な IIIＢ族元素のＡｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｔｌ、 IIIＡ族であるＳｃ及びＹ、ランタイ
ド及びアクチノイド及び遷移金属ではあるが３価の安定
なＣｒ等で部分置換する事が可能である。現実的には I
IIＢ族元素のＩｎは高価、Ｔｌは毒性が強い、アクチノ
イドは放射性で高価等の理由により使用できない。従っ
て、Ｓｃ，Ｙ，Ａｌ，Ｇａランタノイド（Ｌａ，Ｃｅ，
Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）およびＣｒが使用可能で
ある。また、４価のＴｉの部分を５価で安定なＮｂ及び
Ｔａ等で部分置換する事が可能である。更に、原子価制
御法はプラス１価だけ大きな原子価の元素による置換で
はなく、プラス２価あるいはプラス３価の大きな元素で
の置換も可能である事はいうまでもない。
【００３１】図８及び図９にそれぞれ大気中及び還元中
の１０００℃における熱膨張係数を示す。また、図１０
及び図１１にＬａ置換量を２０mol%に固定した時のそれ
ぞれ大気中及び還元中の熱膨張係数を示す。ここで、熱
膨張係数は以下の定義による。
の１０００℃における熱膨張係数を示す。また、図１０
及び図１１にＬａ置換量を２０mol%に固定した時のそれ
ぞれ大気中及び還元中の熱膨張係数を示す。ここで、熱
膨張係数は以下の定義による。
【００３２】
【数３】
熱膨張係数＝（Ｌ2 −Ｌ0 ）／Ｌ0 ／（Ｔ1 −Ｔ0 ）＝ｄＬ／Ｌ0 ／ｄＴ
…(3)
ここで、Ｌ0 ：焼成後室温に戻したときの長さ（単位：
mm）、Ｌ2 ：測定温度での長さ（単位：mm）、 ｄＬ＝
（Ｌ2 −Ｌ0 ）（単位：mm）、Ｔ0 ：室温／℃、Ｔ1 ：
測定温度／℃、ｄＴ：（Ｔ1 −Ｔ0 ）／℃である。
mm）、Ｌ2 ：測定温度での長さ（単位：mm）、 ｄＬ＝
（Ｌ2 −Ｌ0 ）（単位：mm）、Ｔ0 ：室温／℃、Ｔ1 ：
測定温度／℃、ｄＴ：（Ｔ1 −Ｔ0 ）／℃である。
【００３３】図８，図９，図１０及び図１１よりＬａ及
びＮｂの置換量はそれぞれ２０％及び１０％以下であれ
ば、電解質に近い熱膨張係数（１０×１０-6／℃）であ
る事が判った。ここではＬａ及びＮｂによる置換量はい
ずれも２０mol%以下としている。その理由として、通常
部分置換は４０mol%程度まで可能であるが、原子価制御
法による導電特性向上は通常数mol%以上の置換で飽和す
るため、多量の置換は実施しなかった。また４０mol%以
上の置換では、第二相出現による導電率低下の現象発現
の可能性が大である。
びＮｂの置換量はそれぞれ２０％及び１０％以下であれ
ば、電解質に近い熱膨張係数（１０×１０-6／℃）であ
る事が判った。ここではＬａ及びＮｂによる置換量はい
ずれも２０mol%以下としている。その理由として、通常
部分置換は４０mol%程度まで可能であるが、原子価制御
法による導電特性向上は通常数mol%以上の置換で飽和す
るため、多量の置換は実施しなかった。また４０mol%以
上の置換では、第二相出現による導電率低下の現象発現
の可能性が大である。
【００３４】次に、図１２に還元膨張率を示すが、すべ
ての組成で非常に小さい変化量である事が判る。更に、
図１３に１０００℃の大気中及び還元中の導電率を示す
が、Ｌａ及びＮｂの置換量がゼロの試料に対して、元素
の置換を実施する事により一桁以上の導電性向上がみら
れている。
ての組成で非常に小さい変化量である事が判る。更に、
図１３に１０００℃の大気中及び還元中の導電率を示す
が、Ｌａ及びＮｂの置換量がゼロの試料に対して、元素
の置換を実施する事により一桁以上の導電性向上がみら
れている。
【００３５】以上詳述した様に、単体及び各種元素で置
換したＭｇＴｉＯ3 系材料は固体電解質型燃料電池用の
インタコネクタとして良好な材料である。
換したＭｇＴｉＯ3 系材料は固体電解質型燃料電池用の
インタコネクタとして良好な材料である。
【００３６】（実施例３）次にＣａＴｉＯ3 系インタコ
ネクタを用いて、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例２にてＭｇＴｉＯ3 系インタ
コネクタがランタンクロマイトより優れた特性を示す事
が明らかとなったが、この実施例３ではＭｇの部分をＣ
ａに変えたＣａＴｉＯ3 系インタコネクタの物性につい
て更に詳細に説明する。
ネクタを用いて、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例２にてＭｇＴｉＯ3 系インタ
コネクタがランタンクロマイトより優れた特性を示す事
が明らかとなったが、この実施例３ではＭｇの部分をＣ
ａに変えたＣａＴｉＯ3 系インタコネクタの物性につい
て更に詳細に説明する。
【００３７】先ずＣａＴｉＯ3 系インタコネクタの調製
を実施したが、調製法は実施例２と同じ手法である。ま
た、Ｃａサイト（Ａサイト）をＬａ，Ｃｒ，Ｙ，Ｓｍ及
びＡｌ、あるいはＴｉサイト（Ｂサイト）をＮｂ，Ｔａ
で部分置換した組成としたが、ＣａＴｉＯ3 系もｎ型半
導体であることから原子価制御法によりその他の元素を
添加できる事は実施例２で示した様に明らかである。
を実施したが、調製法は実施例２と同じ手法である。ま
た、Ｃａサイト（Ａサイト）をＬａ，Ｃｒ，Ｙ，Ｓｍ及
びＡｌ、あるいはＴｉサイト（Ｂサイト）をＮｂ，Ｔａ
で部分置換した組成としたが、ＣａＴｉＯ3 系もｎ型半
導体であることから原子価制御法によりその他の元素を
添加できる事は実施例２で示した様に明らかである。
【００３８】図１４及び図１５にそれぞれＬａ及びＮｂ
添加量を変化させた時のＣａＴｉＯ 3 系焼成体の相対密
度を示す。図１４及び図１５から、１４００℃焼成でも
すべての組成で９５％以上の相対密度であり、比較に焼
成したランタンクロマイトは１４００℃で８１％１５０
０℃で８７％であり、ＣａＴｉＯ3 系が焼成しやすい事
が判る。また、Ｎｂ添加の場合、粒成長を促進する効果
があるため、添加量が増えるに従い相対密度が高くなる
傾向がみられた。
添加量を変化させた時のＣａＴｉＯ 3 系焼成体の相対密
度を示す。図１４及び図１５から、１４００℃焼成でも
すべての組成で９５％以上の相対密度であり、比較に焼
成したランタンクロマイトは１４００℃で８１％１５０
０℃で８７％であり、ＣａＴｉＯ3 系が焼成しやすい事
が判る。また、Ｎｂ添加の場合、粒成長を促進する効果
があるため、添加量が増えるに従い相対密度が高くなる
傾向がみられた。
【００３９】図１６にＣａＴｉＯ3 系の焼成体の熱膨張
挙動を示すが、ＹＳＺの熱膨張よりやや大きめの挙動を
とる事が判る。また、図１７及び図１８に大気中及び還
元中の熱膨張係数を示す。図１７及び図１８よりその値
は組成によらず、１１．５−１２．０×１０-6℃ -1程度
であり、ＹＳＺの１０．０×１０-6℃-1に比較してやや
大きい値をとる事が判る。
挙動を示すが、ＹＳＺの熱膨張よりやや大きめの挙動を
とる事が判る。また、図１７及び図１８に大気中及び還
元中の熱膨張係数を示す。図１７及び図１８よりその値
は組成によらず、１１．５−１２．０×１０-6℃ -1程度
であり、ＹＳＺの１０．０×１０-6℃-1に比較してやや
大きい値をとる事が判る。
【００４０】図１９及び図２０にそれぞれＬａ及びＮｂ
添加量を変化させた時のＣａＴｉＯ 3 系の還元膨張率を
示す。これより、ＣａＴｉＯ3 系の還元膨張率はランタ
ンクロマイトに比較して非常に小さく、且つ組成にあま
り影響されない事がわかる。
添加量を変化させた時のＣａＴｉＯ 3 系の還元膨張率を
示す。これより、ＣａＴｉＯ3 系の還元膨張率はランタ
ンクロマイトに比較して非常に小さく、且つ組成にあま
り影響されない事がわかる。
【００４１】図２１にＣａＴｉＯ3 系の酸素イオン伝導
の混入割合である酸素イオンの輸率の値を示す。輸率の
測定は得られたペレットを無機系接着材を用いてアルミ
ナ磁製管に接着し、ペレットの両側にそれぞれ室温加湿
の水素及び空気を流して１０００℃に於ける酸素濃淡電
池を形成し、その時の起電力から求める方法を取った。
輸率の値はインタコネクタの場合は小さい程良く、図２
１からＣａＴｉＯ3 系はランタンクロマイトに比較して
酸素イオンの輸率が小さい事が判る。また、図２２にＣ
ａＴｉＯ3 系の輸率と組成の関係を示す。これらより、
ＣａＴｉＯ3 系の輸率は組成に依存せず、十分に小さい
事が判る。
の混入割合である酸素イオンの輸率の値を示す。輸率の
測定は得られたペレットを無機系接着材を用いてアルミ
ナ磁製管に接着し、ペレットの両側にそれぞれ室温加湿
の水素及び空気を流して１０００℃に於ける酸素濃淡電
池を形成し、その時の起電力から求める方法を取った。
輸率の値はインタコネクタの場合は小さい程良く、図２
１からＣａＴｉＯ3 系はランタンクロマイトに比較して
酸素イオンの輸率が小さい事が判る。また、図２２にＣ
ａＴｉＯ3 系の輸率と組成の関係を示す。これらより、
ＣａＴｉＯ3 系の輸率は組成に依存せず、十分に小さい
事が判る。
【００４２】図２３に各種元素で置換したＣａＴｉＯ3
系の大気及び還元中の導電率を示す。図２３から、Ｙ，
Ｌａ及びＳｍでＣａを部分置換した系の導電性が良好で
ある事が判った。
系の大気及び還元中の導電率を示す。図２３から、Ｙ，
Ｌａ及びＳｍでＣａを部分置換した系の導電性が良好で
ある事が判った。
【００４３】図２４に、ＣａＴｉＯ3 系のＣａ及びＴｉ
のサイトをそれぞれＬａ及びＮｂで置換した時の導電率
に対する置換量の影響を示す。これから、元素置換を行
うことによって導電率が大きく向上する事がわかる。ま
た、図２４にはＣａ及びＴｉのサイトをそれぞれＬａ及
びＮｂで置換した系しか示してないが、図２３で示した
系についてはＣａサイト単独置換、Ｔｉサイトの単独置
換及び両サイトの同時置換を実施した。その結果、図２
４と同様に置換により導電率は向上する事、また一般的
にいわれている様に両サイト置換の場合には単独置換で
導電性が高くなる方の元素置換が支配的である事がわか
った。
のサイトをそれぞれＬａ及びＮｂで置換した時の導電率
に対する置換量の影響を示す。これから、元素置換を行
うことによって導電率が大きく向上する事がわかる。ま
た、図２４にはＣａ及びＴｉのサイトをそれぞれＬａ及
びＮｂで置換した系しか示してないが、図２３で示した
系についてはＣａサイト単独置換、Ｔｉサイトの単独置
換及び両サイトの同時置換を実施した。その結果、図２
４と同様に置換により導電率は向上する事、また一般的
にいわれている様に両サイト置換の場合には単独置換で
導電性が高くなる方の元素置換が支配的である事がわか
った。
【００４４】以上詳述した様に、単体及び各種元素で置
換したＣａＴｉＯ3 系材料は固体電解質型燃料電池用の
インタコネクタとして良好な材料である。
換したＣａＴｉＯ3 系材料は固体電解質型燃料電池用の
インタコネクタとして良好な材料である。
【００４５】（実施例４）実施例３の図１６，図１７及
び図１８で、ＣａＴｉＯ3 系インタコネクタの熱膨張係
数がＹＳＺのそれより若干大きい事を示した。本実施例
ではＣａＴｉＯ3系に低熱膨張材を添加し、熱膨張係数
を制御した材料について具体的な実施例により、さらに
詳細に説明する。
び図１８で、ＣａＴｉＯ3 系インタコネクタの熱膨張係
数がＹＳＺのそれより若干大きい事を示した。本実施例
ではＣａＴｉＯ3系に低熱膨張材を添加し、熱膨張係数
を制御した材料について具体的な実施例により、さらに
詳細に説明する。
【００４６】先ずＣａＴｉＯ3 系はＣａ0.9 Ｌａ0.1 Ｔ
ｉＯ3 とし、調製法は実施例２と同じ手法である。得ら
れた仮焼粉に所定量の低熱膨張材を添加し、エタノール
スラリにて１２時間混合後、乾燥粉を調製した後、焼成
体の作製を実施した。
ｉＯ3 とし、調製法は実施例２と同じ手法である。得ら
れた仮焼粉に所定量の低熱膨張材を添加し、エタノール
スラリにて１２時間混合後、乾燥粉を調製した後、焼成
体の作製を実施した。
【００４７】図２５に低熱膨張材であるＮｂ2 Ｏ5 及び
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 をＣａ0.9 Ｌａ0.1ＴｉＯ3 に混合した
時の添加量に対する熱膨張係数の変化を示す。図２５か
ら、低熱膨張材の添加により熱膨張係数の制御が可能
で、ＹＳＺの熱膨張係数に一致させる事ができた。ま
た、この低熱膨張材添加による熱膨張係数の制御は同業
他者には明らかであり、Ｎｂ2 Ｏ5 及びＭｇＡｌ2 Ｏ4
以外の物質として、Ａｌ2Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、
ＺｒＯ2 、ＳｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＳｉＯ2 、Ｈｆ
Ｏ2 、Ｐｒ2 Ｏ11、Ｔａ2 Ｏ5 、ＺｒＳｉＯ4 、希土類
元素及びアルカリ土類元素の酸化物添加も十分に可能で
ある。前述の酸化物の添加量を２０Vol%に固定して熱膨
張係数の測定を実施したところ、ＳｉＯ2 添加を除くす
べての系で熱膨張係数は添加前に比べて小さくなること
を確認した。
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 をＣａ0.9 Ｌａ0.1ＴｉＯ3 に混合した
時の添加量に対する熱膨張係数の変化を示す。図２５か
ら、低熱膨張材の添加により熱膨張係数の制御が可能
で、ＹＳＺの熱膨張係数に一致させる事ができた。ま
た、この低熱膨張材添加による熱膨張係数の制御は同業
他者には明らかであり、Ｎｂ2 Ｏ5 及びＭｇＡｌ2 Ｏ4
以外の物質として、Ａｌ2Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、
ＺｒＯ2 、ＳｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＳｉＯ2 、Ｈｆ
Ｏ2 、Ｐｒ2 Ｏ11、Ｔａ2 Ｏ5 、ＺｒＳｉＯ4 、希土類
元素及びアルカリ土類元素の酸化物添加も十分に可能で
ある。前述の酸化物の添加量を２０Vol%に固定して熱膨
張係数の測定を実施したところ、ＳｉＯ2 添加を除くす
べての系で熱膨張係数は添加前に比べて小さくなること
を確認した。
【００４８】図２６に低熱膨張材の添加量を変化させた
時のＣａＴｉＯ3 系焼成体の１４００℃における相対密
度を示す。１４００℃焼成でもすべての組成で９４％以
上の相対密度であり、比較として焼成したランタンクロ
マイトは８１％であることから、低熱膨張材を添加した
ＣａＴｉＯ3 系でも十分に焼成しやすい事が判る。
時のＣａＴｉＯ3 系焼成体の１４００℃における相対密
度を示す。１４００℃焼成でもすべての組成で９４％以
上の相対密度であり、比較として焼成したランタンクロ
マイトは８１％であることから、低熱膨張材を添加した
ＣａＴｉＯ3 系でも十分に焼成しやすい事が判る。
【００４９】図２７には低熱膨張材を添加したＣａＴｉ
Ｏ3 系の還元膨張率を示すが、ランタンクロマイトに比
較して非常に小さい事がわかる。
Ｏ3 系の還元膨張率を示すが、ランタンクロマイトに比
較して非常に小さい事がわかる。
【００５０】図２８に低熱膨張材を添加したＣａＴｉＯ
3 系の大気及び還元中の導電率を示すが、低熱膨張材を
添加しても導電率の急激な減少はみられなかった。更
に、図２９に実用的な観点から、低熱膨張材を添加した
ＣａＴｉＯ3 系の曲げ強度を示す。図２９から、添加な
しの材料と比較し、Ｎｂ2 Ｏ5 添加では殆ど強度の変化
はみられなかったが、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 添加では粒成長防
止の効果によりむしろ強度が増加する事が判った。
3 系の大気及び還元中の導電率を示すが、低熱膨張材を
添加しても導電率の急激な減少はみられなかった。更
に、図２９に実用的な観点から、低熱膨張材を添加した
ＣａＴｉＯ3 系の曲げ強度を示す。図２９から、添加な
しの材料と比較し、Ｎｂ2 Ｏ5 添加では殆ど強度の変化
はみられなかったが、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 添加では粒成長防
止の効果によりむしろ強度が増加する事が判った。
【００５１】以上詳述した様に、低熱膨張材を添加した
ＣａＴｉＯ3 系は固体電解質型燃料電池用のインタコネ
クタとして良好な材料である。
ＣａＴｉＯ3 系は固体電解質型燃料電池用のインタコネ
クタとして良好な材料である。
【００５２】（実施例５）次にＳｒＴｉＯ3 系インタコ
ネクタを用いて、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例２及び実施例３にてそれぞれ
ＭｇＴｉＯ3 系及びＣａＴｉＯ3 系インタコネクタがラ
ンタンクロマイトより優れた特性を示す事が明らかとな
ったが、この実施例５ではＳｒＴｉＯ3 系インタコネク
タの物性について更に詳細に説明する。
ネクタを用いて、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例２及び実施例３にてそれぞれ
ＭｇＴｉＯ3 系及びＣａＴｉＯ3 系インタコネクタがラ
ンタンクロマイトより優れた特性を示す事が明らかとな
ったが、この実施例５ではＳｒＴｉＯ3 系インタコネク
タの物性について更に詳細に説明する。
【００５３】先ずＳｒＴｉＯ3 系インタコネクタの調製
を実施したが、調製法は実施例２と同じ手法である。ま
た、Ｓｒサイト（Ａサイト）をＡｌ，Ｃｒ及びＬａ等の
希土類元素、Ｔｉサイト（Ｂサイト）をＴａ，Ｎｂ等の
元素で部分置換した組成としたが、ＳｒＴｉＯ3 系も導
電特性の測定の結果、ｎ型半導体であることからその他
の元素を添加できる事は実施例３で詳述した様に明らか
である。
を実施したが、調製法は実施例２と同じ手法である。ま
た、Ｓｒサイト（Ａサイト）をＡｌ，Ｃｒ及びＬａ等の
希土類元素、Ｔｉサイト（Ｂサイト）をＴａ，Ｎｂ等の
元素で部分置換した組成としたが、ＳｒＴｉＯ3 系も導
電特性の測定の結果、ｎ型半導体であることからその他
の元素を添加できる事は実施例３で詳述した様に明らか
である。
【００５４】図３０にＬａ添加量を変化させた時のＳｒ
ＴｉＯ3 系焼成体の相対密度を示す。１４００℃焼成で
もすべての組成で９４％以上の相対密度であり、比較と
して焼成したランタンクロマイトは８１％である事か
ら、ＳｒＴｉＯ3 系が焼成しやすい事が判る。また、そ
の他の組成でも置換量が２０mol%以下ではすべての組成
で９５％以上の相対密度を示した。
ＴｉＯ3 系焼成体の相対密度を示す。１４００℃焼成で
もすべての組成で９４％以上の相対密度であり、比較と
して焼成したランタンクロマイトは８１％である事か
ら、ＳｒＴｉＯ3 系が焼成しやすい事が判る。また、そ
の他の組成でも置換量が２０mol%以下ではすべての組成
で９５％以上の相対密度を示した。
【００５５】図３１にＳｒＴｉＯ3 系の焼成体の大気中
の熱膨張挙動を示す。また、図３２及び図３３にＳｒＴ
ｉＯ3 系のそれぞれ大気及び還元中での熱膨張係数の組
成依存性を示す。図３１，図３２及び図３３からＳｒＴ
ｉＯ3 系の熱膨張係数の組成依存性は小さいことが判
る。また、図３１，図３２及び図３３よりＳｒＴｉＯ3
系の熱膨張係数はＹＳＺの値（１０．０×１０-6℃-1）
より若干大きいが、実施例３及び実施例４に記載のＣａ
ＴｉＯ3 系及び次の実施例６に記載のＢａＴｉＯ3 系よ
りもＹＳＺに近い値を示す。また、実施例４で詳述した
様に、低熱膨張材の添加により熱膨張係数を制御できる
事は容易に類推できる。
の熱膨張挙動を示す。また、図３２及び図３３にＳｒＴ
ｉＯ3 系のそれぞれ大気及び還元中での熱膨張係数の組
成依存性を示す。図３１，図３２及び図３３からＳｒＴ
ｉＯ3 系の熱膨張係数の組成依存性は小さいことが判
る。また、図３１，図３２及び図３３よりＳｒＴｉＯ3
系の熱膨張係数はＹＳＺの値（１０．０×１０-6℃-1）
より若干大きいが、実施例３及び実施例４に記載のＣａ
ＴｉＯ3 系及び次の実施例６に記載のＢａＴｉＯ3 系よ
りもＹＳＺに近い値を示す。また、実施例４で詳述した
様に、低熱膨張材の添加により熱膨張係数を制御できる
事は容易に類推できる。
【００５６】図３４には還元膨張率を示すが、ＳｒＴｉ
Ｏ3 系のそれはランタンクロマイトに比較して非常に小
さい事がわかる。また、図３５にはＳｒ0.9 Ｌａ0.1 Ｔ
ｉＯ 3 の大気中及び還元中での導電率（ｒ）の温度依存
性を示す。図３５の温度依存性及び雰囲気依存性から、
それぞれ半導体的導電特性及びｎ型半導体である事が判
る。
Ｏ3 系のそれはランタンクロマイトに比較して非常に小
さい事がわかる。また、図３５にはＳｒ0.9 Ｌａ0.1 Ｔ
ｉＯ 3 の大気中及び還元中での導電率（ｒ）の温度依存
性を示す。図３５の温度依存性及び雰囲気依存性から、
それぞれ半導体的導電特性及びｎ型半導体である事が判
る。
【００５７】更に、図３６に各種元素で置換したＳｒＴ
ｉＯ3 系の大気及び還元中の導電率を示す。図３６か
ら、すべての組成で高い導電性を示すが、特にＬａでＳ
ｒを部分置換した系の導電性が良好である事が判った。
ｉＯ3 系の大気及び還元中の導電率を示す。図３６か
ら、すべての組成で高い導電性を示すが、特にＬａでＳ
ｒを部分置換した系の導電性が良好である事が判った。
【００５８】以上詳述した様に、単体及び各種元素で置
換したＳｒＴｉＯ3 系材料は固体電解質型燃料電池用の
インタコネクタとして良好な材料である。
換したＳｒＴｉＯ3 系材料は固体電解質型燃料電池用の
インタコネクタとして良好な材料である。
【００５９】（実施例６）次にＢａＴｉＯ3 系インタコ
ネクタを用いて、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例２、実施例３及び実施例５に
てそれぞれＭｇＴｉＯ3 系、ＣａＴｉＯ3 系及びＳｒＴ
ｉＯ3 系インタコネクタがランタンクロマイトより優れ
た特性を示す事が明らかとなったが、この実施例６では
ＢａＴｉＯ 3 系インタコネクタの物性について更に詳細
に説明する。
ネクタを用いて、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例２、実施例３及び実施例５に
てそれぞれＭｇＴｉＯ3 系、ＣａＴｉＯ3 系及びＳｒＴ
ｉＯ3 系インタコネクタがランタンクロマイトより優れ
た特性を示す事が明らかとなったが、この実施例６では
ＢａＴｉＯ 3 系インタコネクタの物性について更に詳細
に説明する。
【００６０】先ずＢａＴｉＯ3 系インタコネクタの調製
を実施したが、調製法は実施例２と同じ手法である。ま
た、Ｂａサイト（Ａサイト）をＬａ，Ｃｒ及びＬａ等の
希土類元素、あるいはＴｉサイト（Ｂサイト）をＮｂ，
Ｔａ等で部分置換した組成としたが、ＢａＴｉＯ3 系も
ｎ型半導体であることからその他の元素を添加できる事
はいうまでもない。
を実施したが、調製法は実施例２と同じ手法である。ま
た、Ｂａサイト（Ａサイト）をＬａ，Ｃｒ及びＬａ等の
希土類元素、あるいはＴｉサイト（Ｂサイト）をＮｂ，
Ｔａ等で部分置換した組成としたが、ＢａＴｉＯ3 系も
ｎ型半導体であることからその他の元素を添加できる事
はいうまでもない。
【００６１】図３７に各種元素を部分置換したＢａＴｉ
Ｏ3 系焼成体の相対密度を示す。１４００℃焼成でもす
べての組成で９６％以上の相対密度であり、比較に焼成
したランタンクロマイトは８１％であることから、Ｂａ
ＴｉＯ3 系が焼成しやすい事が判る。図３８にＣｒ添加
量を変化させたＢａＴｉＯ3 系焼成体の熱膨張挙動を示
すが、その値はＣｒ添加量増に伴い増加する事が判る。
また、図３９及び図４０に各種ＢａＴｉＯ3 系材料の大
気中及び還元中の熱膨張係数の組成依存性を示す。
Ｏ3 系焼成体の相対密度を示す。１４００℃焼成でもす
べての組成で９６％以上の相対密度であり、比較に焼成
したランタンクロマイトは８１％であることから、Ｂａ
ＴｉＯ3 系が焼成しやすい事が判る。図３８にＣｒ添加
量を変化させたＢａＴｉＯ3 系焼成体の熱膨張挙動を示
すが、その値はＣｒ添加量増に伴い増加する事が判る。
また、図３９及び図４０に各種ＢａＴｉＯ3 系材料の大
気中及び還元中の熱膨張係数の組成依存性を示す。
【００６２】図３８，図３９及び図４０から、すべての
組成において熱膨張係数の値はＹＳＺより若干大きい
が、実施例４で詳述した様に熱膨張係数は低熱膨張材の
添加により制御可能である。
組成において熱膨張係数の値はＹＳＺより若干大きい
が、実施例４で詳述した様に熱膨張係数は低熱膨張材の
添加により制御可能である。
【００６３】図４１には各種元素で置換したＢａＴｉＯ
3 系の還元膨張率を示すが、それはランタンクロマイト
に比較して非常に小さい事がわかる。
3 系の還元膨張率を示すが、それはランタンクロマイト
に比較して非常に小さい事がわかる。
【００６４】また、図４２に各種元素で置換したＢａＴ
ｉＯ3 系の大気及び還元中の導電率を示す。図４２か
ら、Ｃｒ以外の元素で部分置換したＢａＴｉＯ3 系は導
電性が向上し、特にＬａ置換系の導電性が良好である事
が判った。
ｉＯ3 系の大気及び還元中の導電率を示す。図４２か
ら、Ｃｒ以外の元素で部分置換したＢａＴｉＯ3 系は導
電性が向上し、特にＬａ置換系の導電性が良好である事
が判った。
【００６５】以上詳述した様に、単体及び各種元素で置
換したＢａＴｉＯ3 系材料は固体電解質型燃料電池用の
インタコネクタとして良好な材料である。
換したＢａＴｉＯ3 系材料は固体電解質型燃料電池用の
インタコネクタとして良好な材料である。
【００６６】（実施例７）次にＭＴｉＯ3 系を実際のセ
ルに適用した固体電解質型燃料電池のインタコネクタ部
の抵抗、インタコネクタ部の構造及び一体焼成した実際
の電池について、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例１から実施例６において、Ｍ
ＴｉＯ3 系がランタンクロマイトに比較して優れた特性
を持つインタコネクタである事を説明した。しかしなが
ら、導電特性に関しては単純に比較ができず、ＭＴｉＯ
3 系はｎ型半導体特性を、ランタンクロマイトはｐ型半
導体特性を示す。Ｃａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 をＭＴｉＯ
3 系の例とすると、ＭＴｉＯ3 系の１０００℃における
大気中及び還元中の導電率はそれぞれ０．２５及び１．
０Ｓcm-1程度である。それに対し、ランタンクロマイト
の１０００℃における大気中及び還元中の導電率はそれ
ぞれ１０及び２Ｓcm-1程度である。この値から判断する
と、ランタンクロマイトの導電特性が優れるが、実際の
電池では何万時間という運転時間が要求される。
ルに適用した固体電解質型燃料電池のインタコネクタ部
の抵抗、インタコネクタ部の構造及び一体焼成した実際
の電池について、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。実施例１から実施例６において、Ｍ
ＴｉＯ3 系がランタンクロマイトに比較して優れた特性
を持つインタコネクタである事を説明した。しかしなが
ら、導電特性に関しては単純に比較ができず、ＭＴｉＯ
3 系はｎ型半導体特性を、ランタンクロマイトはｐ型半
導体特性を示す。Ｃａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 をＭＴｉＯ
3 系の例とすると、ＭＴｉＯ3 系の１０００℃における
大気中及び還元中の導電率はそれぞれ０．２５及び１．
０Ｓcm-1程度である。それに対し、ランタンクロマイト
の１０００℃における大気中及び還元中の導電率はそれ
ぞれ１０及び２Ｓcm-1程度である。この値から判断する
と、ランタンクロマイトの導電特性が優れるが、実際の
電池では何万時間という運転時間が要求される。
【００６７】そこで、Ｃａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 のペレ
ットをそれぞれ大気中及び還元中で長時間通電し、その
時の導電率の時間変化を図４３に示す。図４３より、大
気中の導電率には変化がないが、還元中では５０時間で
導電率が約一桁増加する事が判った。これより長時間通
電によりＭＴｉＯ3 系及びランタンクロマイトの導電特
性の差は是正される事が判る。
ットをそれぞれ大気中及び還元中で長時間通電し、その
時の導電率の時間変化を図４３に示す。図４３より、大
気中の導電率には変化がないが、還元中では５０時間で
導電率が約一桁増加する事が判った。これより長時間通
電によりＭＴｉＯ3 系及びランタンクロマイトの導電特
性の差は是正される事が判る。
【００６８】しかしながら、ＭＴｉＯ3 系の導電特性が
ランタンクロマイトのそれを凌駕するのではない。そこ
で、電池の構造面から、更に導電特性の差を是正する検
討を実施した。
ランタンクロマイトのそれを凌駕するのではない。そこ
で、電池の構造面から、更に導電特性の差を是正する検
討を実施した。
【００６９】図４４にインタコネクタの通電方向に関
し、縦方向集電の模式図（図４４（ａ））及び横方向集
電の模式図（図４４（ｂ））を示す。これらの図面にお
いて、基体１１に沿って所定間隔で燃料極１２が設けら
れており、該燃料極１２の表面を一部を残して覆うよう
に電解質１３が設けられている。さらに、第１のセルの
電解質１３と第２のセルの燃料極１２とをインタコネク
タ１４により接続しており、さらに第１のセルの電解質
１３の表面とインタコネクタ１４の表面とを覆うように
空気極１５を設けている。
し、縦方向集電の模式図（図４４（ａ））及び横方向集
電の模式図（図４４（ｂ））を示す。これらの図面にお
いて、基体１１に沿って所定間隔で燃料極１２が設けら
れており、該燃料極１２の表面を一部を残して覆うよう
に電解質１３が設けられている。さらに、第１のセルの
電解質１３と第２のセルの燃料極１２とをインタコネク
タ１４により接続しており、さらに第１のセルの電解質
１３の表面とインタコネクタ１４の表面とを覆うように
空気極１５を設けている。
【００７０】図４４（ａ）に示すように、縦方向の集電
では、第２のセルの燃料極１２の上方にインタコネクタ
１４を介して隣接する第１のセルの空気極１５を設けて
いるので、インタコネクタ１４の膜厚を薄くする事によ
り、インタコネクタ１４の抵抗による過電圧を低減する
事ができる。ＭＴｉＯ3 系及びランタンクロマイトが両
者とも緻密で、膜厚が３０ミクロンとすると、電流密度
３００mA／cm2 における両者の抵抗による過電圧差は２
mVと計算され、実際の使用では殆ど抵抗差はないと考え
られる。
では、第２のセルの燃料極１２の上方にインタコネクタ
１４を介して隣接する第１のセルの空気極１５を設けて
いるので、インタコネクタ１４の膜厚を薄くする事によ
り、インタコネクタ１４の抵抗による過電圧を低減する
事ができる。ＭＴｉＯ3 系及びランタンクロマイトが両
者とも緻密で、膜厚が３０ミクロンとすると、電流密度
３００mA／cm2 における両者の抵抗による過電圧差は２
mVと計算され、実際の使用では殆ど抵抗差はないと考え
られる。
【００７１】上述の抵抗差はＭＴｉＯ3 系及びランタン
クロマイトが緻密という前提であるが、これまでの実施
例で述べた様にランタンクロマイトは緻密化せず、むし
ろランタンクロマイトを使用した電池の性能が劣る事が
十分考えられる。そこで、ＭＴｉＯ3 系及びランタンク
ロマイトをインタコネクタとして用いた実際の電池を一
体焼成法にて作製し、インタコネクタ膜としての緻密度
を検討した。この時の焼成温度は１４００℃である。
クロマイトが緻密という前提であるが、これまでの実施
例で述べた様にランタンクロマイトは緻密化せず、むし
ろランタンクロマイトを使用した電池の性能が劣る事が
十分考えられる。そこで、ＭＴｉＯ3 系及びランタンク
ロマイトをインタコネクタとして用いた実際の電池を一
体焼成法にて作製し、インタコネクタ膜としての緻密度
を検討した。この時の焼成温度は１４００℃である。
【００７２】図４５にＭ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系及びラ
ンタンクロマイトをインタコネクタとする電池の室温に
おけるガスリークの結果を示す。図４５の電池作製にお
いて、Ｍｇ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系以外では、数％の確
率ではあるが、インタコネクタの部分に微細なクラック
が入る事が判明した。そこで、実施例４に示す低熱膨張
材であるＮｂ2 Ｏ5 あるいはＭｇＡｌ2 Ｏ4 を添加し、
熱膨張率を制御する事により１００％の歩留まりで電池
作製する事ができた。図４５にはランタンクロマイト及
びＭｇ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系以外にはＮｂ 2 Ｏ5 を２
０vol%添加した電池構成の結果を示す。ガスリークは、
セルチューブの内側に水素及び外側に空気を流し、空気
側への水素の漏れ込みをガスクロマトグラフィにて測定
して求めた。
ンタンクロマイトをインタコネクタとする電池の室温に
おけるガスリークの結果を示す。図４５の電池作製にお
いて、Ｍｇ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系以外では、数％の確
率ではあるが、インタコネクタの部分に微細なクラック
が入る事が判明した。そこで、実施例４に示す低熱膨張
材であるＮｂ2 Ｏ5 あるいはＭｇＡｌ2 Ｏ4 を添加し、
熱膨張率を制御する事により１００％の歩留まりで電池
作製する事ができた。図４５にはランタンクロマイト及
びＭｇ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系以外にはＮｂ 2 Ｏ5 を２
０vol%添加した電池構成の結果を示す。ガスリークは、
セルチューブの内側に水素及び外側に空気を流し、空気
側への水素の漏れ込みをガスクロマトグラフィにて測定
して求めた。
【００７３】図４５から、Ｍ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタを用いた電池のガスリークは１％以下であ
り、シール部のリーク等を考慮すると、非常に小さいガ
スリークであることがわかる。以後本手法にて作製した
電池を性能試験に用いた。また、低熱膨張材を添加しな
い系及びＮｂ2 Ｏ5 の替わりにＭｇＡｌ2 Ｏ4 を２０Vo
l 添加した系でもそのガスリークの値は最大１．２％で
あり、測定精度等から判断し、十分に小さい値と判断さ
れた。これに対し、ランタンクロマイトをインタコネク
タとして用いた電池のガスリークはインタコネクタが焼
成していないため、約４０％と非常に大きく、１０００
℃の使用では爆発を生じるため、その後の電池性能試験
を実施する事ができなかった。
ンタコネクタを用いた電池のガスリークは１％以下であ
り、シール部のリーク等を考慮すると、非常に小さいガ
スリークであることがわかる。以後本手法にて作製した
電池を性能試験に用いた。また、低熱膨張材を添加しな
い系及びＮｂ2 Ｏ5 の替わりにＭｇＡｌ2 Ｏ4 を２０Vo
l 添加した系でもそのガスリークの値は最大１．２％で
あり、測定精度等から判断し、十分に小さい値と判断さ
れた。これに対し、ランタンクロマイトをインタコネク
タとして用いた電池のガスリークはインタコネクタが焼
成していないため、約４０％と非常に大きく、１０００
℃の使用では爆発を生じるため、その後の電池性能試験
を実施する事ができなかった。
【００７４】以上詳述した様に、ＭＴｉＯ3 系材料は固
体電解質型燃料電池用のインタコネクタとして良好な材
料である。
体電解質型燃料電池用のインタコネクタとして良好な材
料である。
【００７５】（実施例８）次にＭＴｉＯ3 系インタコネ
クタを実際に適用した固体電解質燃料電池の出力特性、
耐久性について、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。
クタを実際に適用した固体電解質燃料電池の出力特性、
耐久性について、本発明を具体的な実施例により、さら
に詳細に説明する。
【００７６】先ず実施例７に示した方法で、Ｍｇ0.9 Ｌ
ａ0.1 ＴｉＯ3 系、Ｃａ0.9 Ｌａ0. 1 ＴｉＯ3 系、Ｓｒ
0.9 Ｃａ0.1 ＴｉＯ3 系及びＢａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3
系インタコネクタを用いた電池を作製した。
ａ0.1 ＴｉＯ3 系、Ｃａ0.9 Ｌａ0. 1 ＴｉＯ3 系、Ｓｒ
0.9 Ｃａ0.1 ＴｉＯ3 系及びＢａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3
系インタコネクタを用いた電池を作製した。
【００７７】評価装置の概略図を図４６に示す。図４６
において、１５素子の電池を１本のチューブ状に作製し
たセルの評価状況を説明する。素子の詳細は図４４に示
す様に空気極１５、電解質１３及び燃料極１１を１素子
（１セル）とし、それらをインタコネクタ１４で接続し
ている。第１素子の燃料極及び第１５素子の空気極から
リード線を取出し、評価機器に接続し、発電特性の各評
価を行った。図４６に示すように、セルチューブ２１内
に燃料２２を流す為にセルの両端にガス導入キャップ２
３を取り付け、磁製管２４内にセットする。またガス導
入キャップ２３は金属性であるため、十分に温度が下が
ったセル両端では集電用キャップとしても作用する。こ
の状態でガス導入兼集電キャップ２３からリード線２５
を取出した後、磁製管キャップ２６を取付ける。ここ
で、磁製管キャップ２６から３本のチューブが出てお
り、上から順に、チューブの外側を通る空気の出入口用
チューブ２７、チューブの内側を通る燃料の出入口用チ
ューブ２８及び発電特性を調べるリード線出入口用チュ
ーブ２９が各々設けられている。上記リード線２５は各
種発電特性の評価の測定機器３０に接続されている。こ
の状態で、電気炉の熱電対３１の温度を上げ（通常１０
００℃）、規定量の燃料及び空気を流し、発電特性を調
べる。発電特性は外部負荷（抵抗）の大きさを変化さ
せ、その時の電流−電圧特性をデータ処理装置３２にて
取得する。同時にセルのインピーダンス測定も行った。
また一定の電流になる様に外部負荷の値を自動で可変さ
せ、その時の電圧の変化をモニタしたものが、長期耐久
性試験となる。また、実際の運転条件を模擬し、長期耐
久性試験の途中で１０００℃から室温まで降温し、再度
１０００℃まで昇温して、その時の低電流下での電圧を
モニタしたものが、ヒートサイクル試験である。これら
一連の試験において、各種運転条件や他の材料の影響に
より発電特性は変化するため、他条件を一定にした場合
のインタコネクタの違いによる相対的な発電特性、長期
耐久性及び耐ヒートサイクル性の違いを比較する事にな
る。
において、１５素子の電池を１本のチューブ状に作製し
たセルの評価状況を説明する。素子の詳細は図４４に示
す様に空気極１５、電解質１３及び燃料極１１を１素子
（１セル）とし、それらをインタコネクタ１４で接続し
ている。第１素子の燃料極及び第１５素子の空気極から
リード線を取出し、評価機器に接続し、発電特性の各評
価を行った。図４６に示すように、セルチューブ２１内
に燃料２２を流す為にセルの両端にガス導入キャップ２
３を取り付け、磁製管２４内にセットする。またガス導
入キャップ２３は金属性であるため、十分に温度が下が
ったセル両端では集電用キャップとしても作用する。こ
の状態でガス導入兼集電キャップ２３からリード線２５
を取出した後、磁製管キャップ２６を取付ける。ここ
で、磁製管キャップ２６から３本のチューブが出てお
り、上から順に、チューブの外側を通る空気の出入口用
チューブ２７、チューブの内側を通る燃料の出入口用チ
ューブ２８及び発電特性を調べるリード線出入口用チュ
ーブ２９が各々設けられている。上記リード線２５は各
種発電特性の評価の測定機器３０に接続されている。こ
の状態で、電気炉の熱電対３１の温度を上げ（通常１０
００℃）、規定量の燃料及び空気を流し、発電特性を調
べる。発電特性は外部負荷（抵抗）の大きさを変化さ
せ、その時の電流−電圧特性をデータ処理装置３２にて
取得する。同時にセルのインピーダンス測定も行った。
また一定の電流になる様に外部負荷の値を自動で可変さ
せ、その時の電圧の変化をモニタしたものが、長期耐久
性試験となる。また、実際の運転条件を模擬し、長期耐
久性試験の途中で１０００℃から室温まで降温し、再度
１０００℃まで昇温して、その時の低電流下での電圧を
モニタしたものが、ヒートサイクル試験である。これら
一連の試験において、各種運転条件や他の材料の影響に
より発電特性は変化するため、他条件を一定にした場合
のインタコネクタの違いによる相対的な発電特性、長期
耐久性及び耐ヒートサイクル性の違いを比較する事にな
る。
【００７８】図４７にＭｇＴｉＯ3 系、ＣａＴｉＯ
3 系、ＳｒＴｉＯ3 系及びＢａＴｉＯ3系インタコネク
タを用いた電池の出力特性を示す。この時の温度は１０
００℃であり、いずれの材料を用いた材料でも高い出力
が得られ、特にＣａＴｉＯ3 系及びＳｒＴｉＯ3 系の電
池が優れた出力特性を示した。尚、図４７の電池はイン
タコネクタ以外の仕様を一定にして、１５素子の電池を
一本のチューブ上に作製している。そのため、図４７に
おいてインタコネクタの相対的な比較はある程度可能で
あるが、その他の材料の仕様変化により電池の出力特性
が変化する事は同業他者には明らかである。
3 系、ＳｒＴｉＯ3 系及びＢａＴｉＯ3系インタコネク
タを用いた電池の出力特性を示す。この時の温度は１０
００℃であり、いずれの材料を用いた材料でも高い出力
が得られ、特にＣａＴｉＯ3 系及びＳｒＴｉＯ3 系の電
池が優れた出力特性を示した。尚、図４７の電池はイン
タコネクタ以外の仕様を一定にして、１５素子の電池を
一本のチューブ上に作製している。そのため、図４７に
おいてインタコネクタの相対的な比較はある程度可能で
あるが、その他の材料の仕様変化により電池の出力特性
が変化する事は同業他者には明らかである。
【００７９】また、図４７には、実施例７で記述した様
にセル作製の歩留まりの点からＭｇ 0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ
3 系以外にはＮｂ2 Ｏ5 を２０vol%添加したインタコネ
クタを用いた電池構成の結果を示すが、比較の為に作製
した無添加系の出力特性の結果でも実験誤差内（５％程
度）の差しか見られなかった。しかしながら、本実施例
８でもセル作製の歩留まり向上の観点から、低熱膨張材
を添加した系での結果を用いる事とした。また、ランタ
ンクロマイト系インタコネクタを用いた電池は、ランタ
ンクロマイトが緻密化しないため、比較の対象とならか
った。
にセル作製の歩留まりの点からＭｇ 0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ
3 系以外にはＮｂ2 Ｏ5 を２０vol%添加したインタコネ
クタを用いた電池構成の結果を示すが、比較の為に作製
した無添加系の出力特性の結果でも実験誤差内（５％程
度）の差しか見られなかった。しかしながら、本実施例
８でもセル作製の歩留まり向上の観点から、低熱膨張材
を添加した系での結果を用いる事とした。また、ランタ
ンクロマイト系インタコネクタを用いた電池は、ランタ
ンクロマイトが緻密化しないため、比較の対象とならか
った。
【００８０】次に、図４８にＭｇ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3
系、Ｃａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系、Ｓｒ0.9 Ｌａ0.1 Ｔ
ｉＯ3 系及びＢａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系をインタコネ
クタとして用いた電池の耐久性試験結果を示す。図４８
より、すべてのインタコネクタを用いた電池において１
０００時間程度の試験では全く劣化はみられず、非常に
耐久性に優れている事が判る。また、図４８において、
時間に対する性能の向上がみられているが、これは実施
例７の図４３にある様に１００時間程度でのインタコネ
クタの導電率向上に起因するものである。
系、Ｃａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系、Ｓｒ0.9 Ｌａ0.1 Ｔ
ｉＯ3 系及びＢａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系をインタコネ
クタとして用いた電池の耐久性試験結果を示す。図４８
より、すべてのインタコネクタを用いた電池において１
０００時間程度の試験では全く劣化はみられず、非常に
耐久性に優れている事が判る。また、図４８において、
時間に対する性能の向上がみられているが、これは実施
例７の図４３にある様に１００時間程度でのインタコネ
クタの導電率向上に起因するものである。
【００８１】次に実際の電池でありうる発停劣化につい
ても試験を行った。図４９に、Ｃａ 0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ
3 系をインタコネクタとして用いた電池を１０００℃か
ら室温まで降温するというヒートサイクル試験を４回実
施した時のヒートサイクル前後での出力の変化を示し
た。図４９から、Ｃａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系インタコ
ネクタを用いた電池は、ヒートサイクル前後での一時的
な出力の低下はみられるものの、長時間では出力は回復
することから、耐ヒートサイクル性に優れている事が判
る。
ても試験を行った。図４９に、Ｃａ 0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ
3 系をインタコネクタとして用いた電池を１０００℃か
ら室温まで降温するというヒートサイクル試験を４回実
施した時のヒートサイクル前後での出力の変化を示し
た。図４９から、Ｃａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系インタコ
ネクタを用いた電池は、ヒートサイクル前後での一時的
な出力の低下はみられるものの、長時間では出力は回復
することから、耐ヒートサイクル性に優れている事が判
る。
【００８２】図５０にＭｇ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系、Ｓ
ｒ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系及びＢａ 0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ
3 系の７００時間で１回のヒートサイクルによる出力特
性の変化を示す。図５０より、ＭｇＴｉＯ3 系、ＳｒＴ
ｉＯ3 系及びＢａＴｉＯ3 系のヒートサイクルによる出
力特性変化の傾向はＣａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系とほぼ
同じであり、Ｃａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系と同様に耐久
性及び耐ヒートサイクル特性に優れた電池である事が判
る。
ｒ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系及びＢａ 0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ
3 系の７００時間で１回のヒートサイクルによる出力特
性の変化を示す。図５０より、ＭｇＴｉＯ3 系、ＳｒＴ
ｉＯ3 系及びＢａＴｉＯ3 系のヒートサイクルによる出
力特性変化の傾向はＣａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系とほぼ
同じであり、Ｃａ0.9 Ｌａ0.1 ＴｉＯ3 系と同様に耐久
性及び耐ヒートサイクル特性に優れた電池である事が判
る。
【００８３】以上詳述した様に、ＭＴｉＯ3 系材料は固
体電解質型燃料電池用のインタコネクタとして用いた場
合に、出力特性、耐久性及び耐ヒートサイクル特性に優
れた材料である。
体電解質型燃料電池用のインタコネクタとして用いた場
合に、出力特性、耐久性及び耐ヒートサイクル特性に優
れた材料である。
【００８４】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の固体電解質
型燃料電池によれば、固体電解質型燃料電池のセルを接
続するインタコネクタを一体焼成型とし、一般式：Ａ
1-XＢXＣ1-YＤYＯ3（ただし、０≦Ｘ≦０．２，０≦Ｙ
≦０．２（Ｘ＝０，０＜Ｙ≦０．２の範囲と０＜Ｘ≦
０．２，Ｙ＝０の範囲とを除く）であって、Ｘ＝０，Ｙ
＝０のとき、Ａ成分はＭｇ、Ｃ成分はＴｉであり、０＜
Ｘ≦０．２，０＜Ｙ≦０．２のとき、Ａ成分はＭｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ又はＢａのいずれか、Ｂ成分は希土類のいずれ
か又はＡｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＴａ、ま
たは、Ａ成分はＭｇ、Ｂ成分は希土類のいずれか又はＡ
ｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮｂ又はＴａ、ま
たは、Ａ成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ又はＢａのいずれか、
Ｂ成分はＬａ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮｂ又はＴａ）
で表現される材料としたので、従来に比べて低い温度
（１３００〜１４００℃）で焼成することが可能で製造
コストを低減でき、得られた燃料電池も従来の装置に比
較してほぼ同等以上の出力性能を示し、かつ従来の装置
より耐久性及び耐ヒートサイクル特性に優れた特性を示
す事ができる。
型燃料電池によれば、固体電解質型燃料電池のセルを接
続するインタコネクタを一体焼成型とし、一般式：Ａ
1-XＢXＣ1-YＤYＯ3（ただし、０≦Ｘ≦０．２，０≦Ｙ
≦０．２（Ｘ＝０，０＜Ｙ≦０．２の範囲と０＜Ｘ≦
０．２，Ｙ＝０の範囲とを除く）であって、Ｘ＝０，Ｙ
＝０のとき、Ａ成分はＭｇ、Ｃ成分はＴｉであり、０＜
Ｘ≦０．２，０＜Ｙ≦０．２のとき、Ａ成分はＭｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ又はＢａのいずれか、Ｂ成分は希土類のいずれ
か又はＡｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＴａ、ま
たは、Ａ成分はＭｇ、Ｂ成分は希土類のいずれか又はＡ
ｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮｂ又はＴａ、ま
たは、Ａ成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ又はＢａのいずれか、
Ｂ成分はＬａ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮｂ又はＴａ）
で表現される材料としたので、従来に比べて低い温度
（１３００〜１４００℃）で焼成することが可能で製造
コストを低減でき、得られた燃料電池も従来の装置に比
較してほぼ同等以上の出力性能を示し、かつ従来の装置
より耐久性及び耐ヒートサイクル特性に優れた特性を示
す事ができる。
【００８５】また、インタコネクタの通電方向が縦方向
集電とすることにより、導電特性の差を是正することが
できる。
集電とすることにより、導電特性の差を是正することが
できる。
【図１】本発明の実施例１におけるインタコネクタの予
備選定を示す図表である。
備選定を示す図表である。
【図２】本発明の実施例１におけるＭＴｉＯ3 系インタ
コネクタの相対密度を示す図表である。
コネクタの相対密度を示す図表である。
【図３】本発明の実施例１におけるＭＴｉＯ3 系インタ
コネクタの還元膨張率を示す図表である。
コネクタの還元膨張率を示す図表である。
【図４】本発明の実施例２におけるＭｇＴｉＯ3 系イン
タコネクタの結晶相を示す図表である。
タコネクタの結晶相を示す図表である。
【図５】本発明の実施例２におけるＭｇＴｉＯ3 系イン
タコネクタの相対密度を示す図表である。
タコネクタの相対密度を示す図表である。
【図６】本発明の実施例２におけるＭｇＴｉＯ3 系イン
タコネクタの熱膨張挙動を示す図表である。
タコネクタの熱膨張挙動を示す図表である。
【図７】本発明の実施例２におけるＭｇＴｉＯ3 系の還
元膨張率を示す図表である。
元膨張率を示す図表である。
【図８】本発明の実施例２におけるＭｇＴｉＯ3 系イン
タコネクタの大気中の熱膨張係数の組成依存性を示す図
表である。
タコネクタの大気中の熱膨張係数の組成依存性を示す図
表である。
【図９】本発明の実施例２におけるＭｇＴｉＯ3 系イン
タコネクタの還元中の熱膨張係数の組成依存性を示す図
表である。
タコネクタの還元中の熱膨張係数の組成依存性を示す図
表である。
【図１０】本発明の実施例２における二成分置換ＭｇＴ
ｉＯ3 系インタコネクタの大気中の熱膨張係数の組成依
存性を示す図表である。
ｉＯ3 系インタコネクタの大気中の熱膨張係数の組成依
存性を示す図表である。
【図１１】本発明の実施例２における二成分置換ＭｇＴ
ｉＯ3 系インタコネクタの還元中の熱膨張係数の組成依
存性を示す図表である。
ｉＯ3 系インタコネクタの還元中の熱膨張係数の組成依
存性を示す図表である。
【図１２】本発明の実施例２におけるＭｇＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの還元膨張を示す図表である。
ンタコネクタの還元膨張を示す図表である。
【図１３】本発明の実施例２におけるＭｇＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの導電率を示す図表である。
ンタコネクタの導電率を示す図表である。
【図１４】本発明の実施例３におけるＣａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの相対密度を示す図表である。
ンタコネクタの相対密度を示す図表である。
【図１５】本発明の実施例３における二成分置換ＣａＴ
ｉＯ3 系インタコネクタの相対密度の組成依存性を示す
図表である。
ｉＯ3 系インタコネクタの相対密度の組成依存性を示す
図表である。
【図１６】本発明の実施例３におけるＣａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの熱膨張特性を示す図表である。
ンタコネクタの熱膨張特性を示す図表である。
【図１７】本発明の実施例３におけるＣａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの大気中の熱膨張係数の組成依存性を示す
図表である。
ンタコネクタの大気中の熱膨張係数の組成依存性を示す
図表である。
【図１８】本発明の実施例３におけるＣａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの還元中の熱膨張係数の組成依存性を示す
図表である。
ンタコネクタの還元中の熱膨張係数の組成依存性を示す
図表である。
【図１９】本発明の実施例３におけるＣａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの還元膨張率を示す図表である。
ンタコネクタの還元膨張率を示す図表である。
【図２０】本発明の実施例３における二成分置換ＣａＴ
ｉＯ3 系インタコネクタの還元膨張率を示す図表であ
る。
ｉＯ3 系インタコネクタの還元膨張率を示す図表であ
る。
【図２１】本発明の実施例３におけるＣａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの輸率を示す図表である。
ンタコネクタの輸率を示す図表である。
【図２２】本発明の実施例３における二成分置換ＣａＴ
ｉＯ3 系インタコネクタの輸率を示す図表である。
ｉＯ3 系インタコネクタの輸率を示す図表である。
【図２３】本発明の実施例３におけるＣａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの導電率を示す図表である。
ンタコネクタの導電率を示す図表である。
【図２４】本発明の実施例３における二成分置換ＣａＴ
ｉＯ3 系インタコネクタの導電率を示す図表である。
ｉＯ3 系インタコネクタの導電率を示す図表である。
【図２５】本発明の実施例４における熱膨張率制御型Ｃ
ａＴｉＯ3 系インタコネクタの熱膨張係数を示す図表で
ある。
ａＴｉＯ3 系インタコネクタの熱膨張係数を示す図表で
ある。
【図２６】本発明の実施例４における熱膨張率制御型Ｃ
ａＴｉＯ3 系インタコネクタの相対密度を示す図表であ
る。
ａＴｉＯ3 系インタコネクタの相対密度を示す図表であ
る。
【図２７】本発明の実施例４における熱膨張率制御型Ｃ
ａＴｉＯ3 系インタコネクタの還元膨張率を示す図表で
ある。
ａＴｉＯ3 系インタコネクタの還元膨張率を示す図表で
ある。
【図２８】本発明の実施例４における熱膨張率制御型Ｃ
ａＴｉＯ3 系インタコネクタの導電率を示す図表であ
る。
ａＴｉＯ3 系インタコネクタの導電率を示す図表であ
る。
【図２９】本発明の実施例４における熱膨張率制御型Ｃ
ａＴｉＯ3 系インタコネクタの曲げ強度を示す図表であ
る。
ａＴｉＯ3 系インタコネクタの曲げ強度を示す図表であ
る。
【図３０】本発明の実施例５におけるＳｒＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの相対密度を示す図表である。
ンタコネクタの相対密度を示す図表である。
【図３１】本発明の実施例５におけるＳｒＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの熱膨張特性を示す図表である。
ンタコネクタの熱膨張特性を示す図表である。
【図３２】本発明の実施例５におけるＳｒＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの大気中の熱膨張係数を示す図表である。
ンタコネクタの大気中の熱膨張係数を示す図表である。
【図３３】本発明の実施例５におけるＳｒＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの還元中の熱膨張係数を示す図表である。
ンタコネクタの還元中の熱膨張係数を示す図表である。
【図３４】本発明の実施例５におけるＳｒＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの還元膨張率を示す図表である。
ンタコネクタの還元膨張率を示す図表である。
【図３５】本発明の実施例５におけるＳｒＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの導電率の温度及び雰囲気の依存性を示す
図表である。
ンタコネクタの導電率の温度及び雰囲気の依存性を示す
図表である。
【図３６】本発明の実施例５におけるＳｒＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの導電率を示す図表である。
ンタコネクタの導電率を示す図表である。
【図３７】本発明の実施例６におけるＢａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの相対密度を示す図表である。
ンタコネクタの相対密度を示す図表である。
【図３８】本発明の実施例６におけるＢａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの熱膨張特性を示す図表である。
ンタコネクタの熱膨張特性を示す図表である。
【図３９】本発明の実施例６におけるＢａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの大気中の熱膨張係数を示す図表である。
ンタコネクタの大気中の熱膨張係数を示す図表である。
【図４０】本発明の実施例６におけるＢａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの還元中の熱膨張係数を示す図表である。
ンタコネクタの還元中の熱膨張係数を示す図表である。
【図４１】本発明の実施例６におけるＢａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの還元膨張率を示す図表である。
ンタコネクタの還元膨張率を示す図表である。
【図４２】本発明の実施例６におけるＢａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタの導電率を示す図表である。
ンタコネクタの導電率を示す図表である。
【図４３】本発明の実施例７におけるＭＴｉＯ3 系イン
タコネクタの導電率の経時変化を示す図表である。
タコネクタの導電率の経時変化を示す図表である。
【図４４】本発明の実施例７におけるＭＴｉＯ3 系イン
タコネクタを用いた電池の集電方法を示す図である。
タコネクタを用いた電池の集電方法を示す図である。
【図４５】本発明の実施例７におけるＭＴｉＯ3 系イン
タコネクタを用いた電池のガスリークを示す図表であ
る。
タコネクタを用いた電池のガスリークを示す図表であ
る。
【図４６】本発明の実施例８における電池の評価装置の
概略図を示す図である。
概略図を示す図である。
【図４７】本発明の実施例８におけるＭＴｉＯ3 系イン
タコネクタを用いた電池の出力特性を示す図表である。
タコネクタを用いた電池の出力特性を示す図表である。
【図４８】本発明の実施例８におけるＭＴｉＯ3 系イン
タコネクタを用いた電池の耐久性を示す図表である。
タコネクタを用いた電池の耐久性を示す図表である。
【図４９】本発明の実施例８におけるＣａＴｉＯ3 系イ
ンタコネクタを用いた電池のヒートサイクル特性を示す
図表である。
ンタコネクタを用いた電池のヒートサイクル特性を示す
図表である。
【図５０】本発明の実施例８におけるＭＴｉＯ3 系イン
タコネクタを用いた電池のヒートサイクル特性を示す図
表である。
タコネクタを用いた電池のヒートサイクル特性を示す図
表である。
１１ 基体
１２ 燃料極
１３ 電解質
１４ インタコネクタ
１５ 空気極
２１ セルチューブ
２２ 燃料
２３ ガス導入キャップ
２４ 磁製管
２５ リード線
２６ 磁製管キャップ
２７ 空気の出入口用チューブ
２８ 燃料の出入口用チューブ
２９ リード線出入口用チューブ
３０ 測定機器
３１ 熱電対
３２ データ処理装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−44991（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−185882（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/02,8/12
Claims (2)
- 【請求項１】 固体電解質型燃料電池のセルを接続する
インタコネクタが一体焼成型であり、一般式：Ａ1-XＢX
Ｃ1-YＤYＯ3の材料からなることを特徴とする固体電解
質型燃料電池。ただし、０≦Ｘ≦０．２，０≦Ｙ≦０．
２（Ｘ＝０，０＜Ｙ≦０．２の範囲と０＜Ｘ≦０．２，
Ｙ＝０の範囲とを除く）であって、 Ｘ＝０，Ｙ＝０のとき、 Ａ成分はＭｇ、Ｃ成分はＴｉであり、 ０＜Ｘ≦０．２，０＜Ｙ≦０．２のとき、 Ａ成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ又はＢａのいずれか、Ｂ成分
は希土類のいずれか又はＡｌ又はＣｒ、Ｃ成分はＴｉ、
Ｄ成分はＴａ、または、 Ａ成分はＭｇ、Ｂ成分は希土類のいずれか又はＡｌ又は
Ｃｒ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮｂ又はＴａ、または、 Ａ成分はＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ又はＢａのいずれか、Ｂ成分
はＬａ、Ｃ成分はＴｉ、Ｄ成分はＮｂ又はＴａである。 - 【請求項２】 請求項１に記載の固体電解質型燃料電池
において、 前記セルは、基体に沿って所定間隔に設けられた燃料極
と、各燃料極の上方に電解質を介して設けられた空気極
とからなり、 第１のセルの燃料極の上方にインタコネクタを介して第
２の隣接するセルの空気極を設けてなる縦方向集電であ
ることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21435897A JP3453283B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 固体電解質型燃料電池 |
| US09/118,833 US7122264B2 (en) | 1997-08-08 | 1998-07-20 | Solid electrolyte type fuel battery |
| DE69813411T DE69813411T2 (de) | 1997-08-08 | 1998-07-28 | Festelektrolyt-Brennstoffzellenstapel |
| EP98114083A EP0896378B1 (en) | 1997-08-08 | 1998-07-28 | Solid electrolyte type fuel battery |
| CA002244350A CA2244350C (en) | 1997-08-08 | 1998-07-30 | Solid electrolyte type fuel battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21435897A JP3453283B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 固体電解質型燃料電池 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003147312A Division JP3723189B2 (ja) | 2003-05-26 | 2003-05-26 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1154137A JPH1154137A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3453283B2 true JP3453283B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=16654468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21435897A Expired - Fee Related JP3453283B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7122264B2 (ja) |
| EP (1) | EP0896378B1 (ja) |
| JP (1) | JP3453283B2 (ja) |
| CA (1) | CA2244350C (ja) |
| DE (1) | DE69813411T2 (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4252453B2 (ja) * | 2001-09-26 | 2009-04-08 | 日本碍子株式会社 | 電気化学セルおよびその製造方法 |
| US6846588B2 (en) | 2002-01-16 | 2005-01-25 | Alberta Research Council Inc. | Hollow inorganic membranes produced by metal or composite electrodeposition |
| US6824907B2 (en) * | 2002-01-16 | 2004-11-30 | Alberta Reasearch Council, Inc. | Tubular solid oxide fuel cell stack |
| US7736772B2 (en) | 2002-02-14 | 2010-06-15 | Alberta Research Council, Inc. | Tubular solid oxide fuel cell stack |
| US7517601B2 (en) * | 2002-12-09 | 2009-04-14 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell |
| DE602004028912D1 (de) * | 2003-03-13 | 2010-10-14 | Tokyo Gas Co Ltd | Festoxidförmiges brennstoffzellenmodul |
| JP5108305B2 (ja) * | 2004-08-10 | 2012-12-26 | 一般財団法人電力中央研究所 | 成膜物およびその製造方法 |
| US8709674B2 (en) | 2005-04-29 | 2014-04-29 | Alberta Research Council Inc. | Fuel cell support structure |
| CA2636501C (en) * | 2006-01-17 | 2011-09-20 | Osaka Gas Co., Ltd. | Cell for solid oxide fuel cell and method for manufacturing same |
| US8603703B2 (en) * | 2006-07-26 | 2013-12-10 | GM Global Technology Operations LLC | Method for making super-hydrophilic and electrically conducting surfaces for fuel cell bipolar plates |
| JP2010515226A (ja) * | 2006-12-28 | 2010-05-06 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド | 固体酸化物燃料電池用の２層構造インターコネクタ |
| US20090186249A1 (en) | 2006-12-28 | 2009-07-23 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Titanate and metal interconnects for solid oxide fuels cells |
| JP5107643B2 (ja) * | 2007-09-20 | 2012-12-26 | 株式会社チノー | チューブ型セル評価ホルダ |
| EP2229702B1 (en) * | 2007-12-21 | 2012-03-28 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Ceramic interconnect for fuel cell stacks |
| JP5272572B2 (ja) * | 2008-05-21 | 2013-08-28 | 株式会社村田製作所 | インターコネクタ用材料、セル間分離構造体および固体電解質形燃料電池 |
| KR101381658B1 (ko) | 2008-12-18 | 2014-04-08 | 생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드 | 도핑을 통한 고소결성 란타넘 스트론튬 티타네이트 연결재 |
| JP5364393B2 (ja) * | 2009-02-12 | 2013-12-11 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 固体酸化物形燃料電池用インターコネクタとその利用 |
| JP5314511B2 (ja) | 2009-06-18 | 2013-10-16 | 三菱重工業株式会社 | 固体電解質型燃料電池インターコネクタ用材料、固体電解質型燃料電池セル、及び、固体電解質型燃料電池 |
| CN102725897B (zh) * | 2010-01-26 | 2015-01-07 | 京瓷株式会社 | 燃料电池单元、燃料电池单元装置和燃料电池模块以及燃料电池装置 |
| JP5448922B2 (ja) * | 2010-02-25 | 2014-03-19 | 京セラ株式会社 | セルスタック、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 |
| GB2495639A (en) * | 2010-05-07 | 2013-04-17 | Murata Manufacturing Co | High-temperature structural material, structural body for soli electrolyte fuel cell, and solid electrolyte fuel cell |
| JP5108988B1 (ja) * | 2011-09-12 | 2012-12-26 | 日本碍子株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
| CN104025358B (zh) | 2011-12-22 | 2016-10-05 | 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 | 包括陶瓷互连材料和经部分稳定的氧化锆的固体氧化物燃料电池互连件 |
| JP5916013B2 (ja) * | 2012-05-29 | 2016-05-11 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 多段式電気化学反応器 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4490444A (en) | 1980-12-22 | 1984-12-25 | Westinghouse Electric Corp. | High temperature solid electrolyte fuel cell configurations and interconnections |
| US4395468A (en) | 1980-12-22 | 1983-07-26 | Westinghouse Electric Corp. | Fuel cell generator |
| US4547437A (en) | 1984-10-05 | 1985-10-15 | Westinghouse Electric Corp. | Protective interlayer for high temperature solid electrolyte electrochemical cells |
| US4629537A (en) | 1985-05-17 | 1986-12-16 | Hsu Michael S | Compact, light-weight, solid-oxide electrochemical converter |
| JP3151872B2 (ja) | 1991-10-03 | 2001-04-03 | 株式会社村田製作所 | 固体電解質型燃料電池 |
| JPH05144463A (ja) * | 1991-11-18 | 1993-06-11 | Murata Mfg Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JPH05234607A (ja) * | 1992-02-20 | 1993-09-10 | Murata Mfg Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JPH0644991A (ja) | 1992-07-27 | 1994-02-18 | Ngk Insulators Ltd | 固体電解質型燃料電池用インターコネクターの製造方法 |
| JP3481686B2 (ja) * | 1994-08-08 | 2003-12-22 | 株式会社フジクラ | 固体電解質型燃料電池とその製造方法 |
| JP3358884B2 (ja) | 1994-08-12 | 2002-12-24 | 三菱重工業株式会社 | インターコネクタ材料 |
| JP3091100B2 (ja) | 1994-12-21 | 2000-09-25 | 京セラ株式会社 | 導電性セラミックスの製造方法 |
-
1997
- 1997-08-08 JP JP21435897A patent/JP3453283B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-07-20 US US09/118,833 patent/US7122264B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-07-28 DE DE69813411T patent/DE69813411T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-28 EP EP98114083A patent/EP0896378B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-30 CA CA002244350A patent/CA2244350C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2244350C (en) | 2003-04-29 |
| JPH1154137A (ja) | 1999-02-26 |
| DE69813411D1 (de) | 2003-05-22 |
| US20010038936A1 (en) | 2001-11-08 |
| EP0896378B1 (en) | 2003-04-16 |
| DE69813411T2 (de) | 2004-01-08 |
| CA2244350A1 (en) | 1999-02-08 |
| EP0896378A1 (en) | 1999-02-10 |
| US7122264B2 (en) | 2006-10-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3453283B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP4608047B2 (ja) | 混合イオン伝導体およびこれを用いたデバイス | |
| KR100352099B1 (ko) | 혼합이온 전도체 및 이것을 이용한 장치 | |
| JP3733030B2 (ja) | イオン伝導体 | |
| JP4608506B2 (ja) | 混合イオン伝導体およびこれを用いたデバイス | |
| US6517693B2 (en) | Ion conductor | |
| JPS61171064A (ja) | 高温電気化学電池の空気電極材料 | |
| EP1864955B1 (en) | Ion conductor | |
| JP3723189B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| Koc et al. | Investigation of strontium-doped La (Cr, Mn) O 3 for solid oxide fuel cells | |
| JP3456436B2 (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
| JPH06231611A (ja) | 混合イオン導電体 | |
| EP0696824A1 (en) | Interconnector material for electrochemical cells | |
| KR102399154B1 (ko) | Co 및 Ti로 치환된 층상 페로브스카이트를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 소재, 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지용 공기극 | |
| JP2003238154A (ja) | 複合酸化物、酸化物イオン伝導体、酸化物イオン伝導膜および電気化学セル | |
| JP2002053374A (ja) | 固体電解質型燃料電池の空気極用及び集電体原料用複合酸化物、その製造方法、並びに固体電解質型燃料電池 | |
| JPH09295866A (ja) | 混合イオン導電体 | |
| JP4184039B2 (ja) | 酸素イオン伝導性固体電解質並びにこれを用いた電気化学デバイス及び固体電解質型燃料電池 | |
| JP3446649B2 (ja) | 酸化物イオン伝導体の製造方法 | |
| JP3300077B2 (ja) | イオン導電体材料 | |
| JP2003068324A (ja) | 酸素イオン伝導性固体電解質並びにこれを用いた電気化学デバイス及び固体電解質型燃料電池 | |
| JP2004139856A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JP2846559B2 (ja) | 多孔質焼結体及び固体電解質型燃料電池 | |
| JP3091064B2 (ja) | 導電性セラミックスの製造方法および固体電解質型燃料電池セルの製造方法 | |
| JPH08222243A (ja) | 燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021203 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030617 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080718 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090718 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100718 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130718 Year of fee payment: 10 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |