JPH04118861A - 固体電解質型燃料電池およびその製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池およびその製造方法Info
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- JPH04118861A JPH04118861A JP2239313A JP23931390A JPH04118861A JP H04118861 A JPH04118861 A JP H04118861A JP 2239313 A JP2239313 A JP 2239313A JP 23931390 A JP23931390 A JP 23931390A JP H04118861 A JPH04118861 A JP H04118861A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は固体電解質型燃料電池とその製造方法に係り
、特に固体電解質体とアノード電極板の熱膨張係数整合
性に優れる燃料電池およびその製法に関する。
、特に固体電解質体とアノード電極板の熱膨張係数整合
性に優れる燃料電池およびその製法に関する。
ジルコニア等の酸化物固体電解質を用いる燃料電池は、
その作動温度が８００〜１１００″Ｃと高温であるため
、発電効率が高い上に触媒が不要であり、また電解質が
固体であるため取り扱いが容５であるなどの特長を有し
、第三世代の燃料電池として期待されている。
その作動温度が８００〜１１００″Ｃと高温であるため
、発電効率が高い上に触媒が不要であり、また電解質が
固体であるため取り扱いが容５であるなどの特長を有し
、第三世代の燃料電池として期待されている。
しかしながら、固体電解質型燃料電池は、セラミックス
が主要な構成材料であるため、熱的に破壊し昌く、また
ガスの適切なシール方法がないため、実現が困難でった
。
が主要な構成材料であるため、熱的に破壊し昌く、また
ガスの適切なシール方法がないため、実現が困難でった
。
そのため、燃料電池として特殊な形状である円筒型のも
のが考え出され、上記二つの問題を解決し、電池の運転
試験に成功しているが、電池単位体積あたりの発電密度
が低く経済的に有利なものが得られる見通しはまだない
。
のが考え出され、上記二つの問題を解決し、電池の運転
試験に成功しているが、電池単位体積あたりの発電密度
が低く経済的に有利なものが得られる見通しはまだない
。
発電密度を高めるためには平板型にすることが必要であ
る。平板型の燃料電池には例えば第４図に示す構造のも
のが知られている。
る。平板型の燃料電池には例えば第４図に示す構造のも
のが知られている。
第４図は従来の固体電解質型燃料電池を示す分解斜視図
である。ニッケルと固体ｉｔＭ質からなる多孔質のアノ
ード電極板２の上に固体電解質体１とランタンストロン
チウムマンガナイトＬａ（Ｓｒ）ＭｎＯ。
である。ニッケルと固体ｉｔＭ質からなる多孔質のアノ
ード電極板２の上に固体電解質体１とランタンストロン
チウムマンガナイトＬａ（Ｓｒ）ＭｎＯ。
からなるカソード３が形成される。またＬａ （Ｓｒ）
ＭｎＱ ３からなる多孔質のカソード電極板４の上に
ランタンクロマイトＬａＣｒＯ３からなるセパレータ５
が積層して形成され、これら電極板に形成された溝には
それぞれ異なった反応ガスが流される１反応ガスは溝を
流れたあと電極板の空孔を介して固体電解質体１に供給
される。カソード３では次の反応がおこる。
ＭｎＱ ３からなる多孔質のカソード電極板４の上に
ランタンクロマイトＬａＣｒＯ３からなるセパレータ５
が積層して形成され、これら電極板に形成された溝には
それぞれ異なった反応ガスが流される１反応ガスは溝を
流れたあと電極板の空孔を介して固体電解質体１に供給
される。カソード３では次の反応がおこる。
Ｏｘ＋４ｅ →２０ト ・・・−・・・・・・・（
１）アノードを兼ねるアノード電極板２と固体電解質体
１の界面では次の反応がおこる。
１）アノードを兼ねるアノード電極板２と固体電解質体
１の界面では次の反応がおこる。
２ ｏ’−＋２ Ｈｚ −２ＨｔＯ＋４ ｅ−・’−−
＝（２）酸素イオンＯトは固体電解質体ｌの内部をカソ
ード３よりアノードに向かって流れる。電子４ｅはセパ
レータ５を含む外部回路を流れる。
＝（２）酸素イオンＯトは固体電解質体ｌの内部をカソ
ード３よりアノードに向かって流れる。電子４ｅはセパ
レータ５を含む外部回路を流れる。
従来アノード電極板２はイツトリアで安定化したジルコ
ニアと、ニッケルからなる多孔質のサーメット焼結体が
用いられ、固体電解質体１はイツトリアで安定化された
ジルコニアが用いラレタ。
ニアと、ニッケルからなる多孔質のサーメット焼結体が
用いられ、固体電解質体１はイツトリアで安定化された
ジルコニアが用いラレタ。
〔発明が解決しようとするｔｌｉ！ｌりしかしながら上
述のような従来の固体電解質型燃料電池においては、ア
ノード電極板２と固体電解質体１の熱膨張係数の整合が
とれていないために、アノード電極板に反りや割れが生
じ、また固体電解質体ｌも割れるという問題があった。
述のような従来の固体電解質型燃料電池においては、ア
ノード電極板２と固体電解質体１の熱膨張係数の整合が
とれていないために、アノード電極板に反りや割れが生
じ、また固体電解質体ｌも割れるという問題があった。
このために燃料ガスと酸化剤ガスのクロスリークがおこ
ったり、接触不良がおこったりして電池の特性が低下す
る。
ったり、接触不良がおこったりして電池の特性が低下す
る。
従来のアノード電極板の熱膨張係数は（１２〜１４）Ｘ
ＩＯ−’／”Ｃであり固体電解質体ｌの熱膨張係数は１
０．５Ｘ１０−６７℃であった。
ＩＯ−’／”Ｃであり固体電解質体ｌの熱膨張係数は１
０．５Ｘ１０−６７℃であった。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的はアノー
ド電極板の熱膨張係数をイツトリア安定化ジルコニアか
らなる固体電解質体の熱膨張係数と整合させることによ
り、反りや割れがなく、特性と信幀性に優れる固体電解
質型燃料電池およびその製造方法を提供することにある
。
ド電極板の熱膨張係数をイツトリア安定化ジルコニアか
らなる固体電解質体の熱膨張係数と整合させることによ
り、反りや割れがなく、特性と信幀性に優れる固体電解
質型燃料電池およびその製造方法を提供することにある
。
上述の目的はこの発明によれば
■）固体電解質体ｌとアノード電極板２Ａを有し、固体
電解質体はイツトリアで安定化されたジルコニアからな
り、アノード電極板の上に積層されるものであり、 アノード電極板はマグネシアで部分的に安定化されたジ
ルコニアとニッケル金属からなる多孔質の焼結体である
こと、 ２）第一工程と第二工程と第三工程とを有し、第−工程
基よ、マグネシアで部分的に安定化されたジルコニアと
酸化ニッケルとを混合し、成型。
電解質体はイツトリアで安定化されたジルコニアからな
り、アノード電極板の上に積層されるものであり、 アノード電極板はマグネシアで部分的に安定化されたジ
ルコニアとニッケル金属からなる多孔質の焼結体である
こと、 ２）第一工程と第二工程と第三工程とを有し、第−工程
基よ、マグネシアで部分的に安定化されたジルコニアと
酸化ニッケルとを混合し、成型。
焼成して焼成体を得る工程であり、
第二工程は、前記焼成体を還元雰囲気中で熱処理してニ
ッケル−ジルコニアサーメットを得る工程であり、 第三工程は前記サーメットの上にイツトリアで安定化し
たジルコニアを積層する工程であること、３）請求項２
記載の製造方法において、部分的に安定化されたジルコ
ニアは酸化ニッケルを含む総量に対し４０〜７０重量％
の割合で混合されること、または ４）請求項２記載の製造方法において部分的に安定化さ
れたジルコニアはマグネシアを７〜１０モル％添加し−
で安定化したものであるとすることにより達成される。
ッケル−ジルコニアサーメットを得る工程であり、 第三工程は前記サーメットの上にイツトリアで安定化し
たジルコニアを積層する工程であること、３）請求項２
記載の製造方法において、部分的に安定化されたジルコ
ニアは酸化ニッケルを含む総量に対し４０〜７０重量％
の割合で混合されること、または ４）請求項２記載の製造方法において部分的に安定化さ
れたジルコニアはマグネシアを７〜１０モル％添加し−
で安定化したものであるとすることにより達成される。
マグネシアで部分的に安定化されたジルコニアの熱膨張
係数は９．ＯＸｌ０−’／’Ｃにすることができる。ニ
ッケルの熱膨張係数は１４ ｘ １０−’ ／ ”Ｃで
あるので、両者の混合比率により、サーメットの熱膨張
係数をイツトリア安定化ジルコニアの熱膨張係数１０，
５ｘ １０−” ／ ’ｃの近傍に整合されることがで
きる。
係数は９．ＯＸｌ０−’／’Ｃにすることができる。ニ
ッケルの熱膨張係数は１４ ｘ １０−’ ／ ”Ｃで
あるので、両者の混合比率により、サーメットの熱膨張
係数をイツトリア安定化ジルコニアの熱膨張係数１０，
５ｘ １０−” ／ ’ｃの近傍に整合されることがで
きる。
マグネシアで部分的に安定化したジルコニアと酸化ニッ
ケルの焼成体を還元すると酸化ニッケルのみが還元され
る。
ケルの焼成体を還元すると酸化ニッケルのみが還元され
る。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
第１図はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
を示す分解斜視図である。従来の燃料電池とはアノード
電極板２Ａのみが異なる。
を示す分解斜視図である。従来の燃料電池とはアノード
電極板２Ａのみが異なる。
このような燃料電池は次のようにして製造される。第２
図はこの発明の実施例に係る燃料電池の製造方法を示す
工程図である。
図はこの発明の実施例に係る燃料電池の製造方法を示す
工程図である。
平均粒径が１−以下の酸化ニッケルＮｉＯとマグネシア
ＭｇＯで部分的に安定化したジルコニア（ＭＰＳＺと略
称、例えば東ソー製ＴＺ−９ＭＧ）の微粉末を用意する
。ＮｉＯとＭＰＳＺを秤量し、これら２種類の微粉末を
結合材としてポリビニルブチラール、−ポリエチレング
リコールを添加したエタノール中に入れ、ボールミルで
湿式混合する。
ＭｇＯで部分的に安定化したジルコニア（ＭＰＳＺと略
称、例えば東ソー製ＴＺ−９ＭＧ）の微粉末を用意する
。ＮｉＯとＭＰＳＺを秤量し、これら２種類の微粉末を
結合材としてポリビニルブチラール、−ポリエチレング
リコールを添加したエタノール中に入れ、ボールミルで
湿式混合する。
湿式混合後、放置および加熱乾燥する。
乾燥した粉末を金型に入れて所定圧（例えば１０００ｋ
ｇ／ ｄ ）をかけ、常温で１〜３分間、加圧すること
によりディスク状とする。ディスク状の成形体をスタン
プミルまたはカッターミルにより、粗粉砕し、それらの
粉砕粉を目開き３００ｎの篩を通過させ造粒する。造粒
したＮｉＯとＭＰＳＺの混合粉をアルミナルツボに入れ
空気中で１２００〜１４００で２時間仮焼する。
ｇ／ ｄ ）をかけ、常温で１〜３分間、加圧すること
によりディスク状とする。ディスク状の成形体をスタン
プミルまたはカッターミルにより、粗粉砕し、それらの
粉砕粉を目開き３００ｎの篩を通過させ造粒する。造粒
したＮｉＯとＭＰＳＺの混合粉をアルミナルツボに入れ
空気中で１２００〜１４００で２時間仮焼する。
仮焼粉に結合剤としてポリビニルアルコール。
ポリエチレングリコールを溶解ルた水溶液に加え混合後
、加熱乾燥する。
、加熱乾燥する。
上記造粒粉を金型に入れ、常温で１〜３分間３００〜５
００に、／ ｄの圧力で成形し、空気中で１３００〜１
６００℃で２時間焼成し、直径１３０ｖｍ Ｘ厚さ４ｍ
ｍの多孔質のＮｉｐ−ＭＰＳＺの焼成体を得た。なお、
１３００℃以下の温度では、焼成体の強度が著しく弱い
。
００に、／ ｄの圧力で成形し、空気中で１３００〜１
６００℃で２時間焼成し、直径１３０ｖｍ Ｘ厚さ４ｍ
ｍの多孔質のＮｉｐ−ＭＰＳＺの焼成体を得た。なお、
１３００℃以下の温度では、焼成体の強度が著しく弱い
。
このＮｉＯ−ＭＰＳＺの焼成体を水素還元雰囲気中で６
００〜１０００℃で還元することにより導電性のある多
孔質のＮｉ−ＭＰＳＺサーメットのアノード電極板を得
ることができる。このアノード電極板は、空孔率は４０
〜５０％、平均空孔径は６〜１０−である。
００〜１０００℃で還元することにより導電性のある多
孔質のＮｉ−ＭＰＳＺサーメットのアノード電極板を得
ることができる。このアノード電極板は、空孔率は４０
〜５０％、平均空孔径は６〜１０−である。
以上の製造方法で作成した多孔質のアノード電極板上に
、固体電解質体として１０〜４４ｎの粒度範囲を持つイ
ツトリア安定化ジルコニアＹＳＺを減圧プラズマ溶射し
て１００ｎの緻密層を形成した。
、固体電解質体として１０〜４４ｎの粒度範囲を持つイ
ツトリア安定化ジルコニアＹＳＺを減圧プラズマ溶射し
て１００ｎの緻密層を形成した。
またＮｉＯ−ＭＰＳＺの焼成体の多孔質のアノード電極
板上に、同様の条件にてＹＳＺを減圧プラズマ溶射を行
っても電極板の反り、割れの発生は無かった。
板上に、同様の条件にてＹＳＺを減圧プラズマ溶射を行
っても電極板の反り、割れの発生は無かった。
第３図は、ＮｉＯ−ＭＰＳＺの焼成体並びに水素還元後
のＮｉ−ＭＰＳＺサーメット焼結体の熱膨張係数および
導電率のＭＰＳＺ混合比依存性を示すものでＮｉＯに対
しＭＰＳＺの混合比が４０〜７０−ｔ％の範囲にある時
、固体電解質体であるＹＳＺの熱膨張係数と±５％の精
度で整合する。また上述の範囲ではサーメットの導電率
も大きい、なおＭＰＳＺとしてはＭｇＯの固溶量は７〜
１０モル％のものを用いている。
のＮｉ−ＭＰＳＺサーメット焼結体の熱膨張係数および
導電率のＭＰＳＺ混合比依存性を示すものでＮｉＯに対
しＭＰＳＺの混合比が４０〜７０−ｔ％の範囲にある時
、固体電解質体であるＹＳＺの熱膨張係数と±５％の精
度で整合する。また上述の範囲ではサーメットの導電率
も大きい、なおＭＰＳＺとしてはＭｇＯの固溶量は７〜
１０モル％のものを用いている。
この発明によれば
１）固体電解質体とアノード電極板を有し、固体電解質
体はイツトリアで安定化されたジルコニアからなり、ア
ノード電極板の上に積層されるものであり、 アノード電極板はマグネシアで部分的に安定化されたジ
ルコニアとニッケル金属からなる多孔質の焼結体である
こと、 ２）第一工程と第二工程と第三工程とを有し、第一工程
はマグネシアで部分的に安定化されたジルコニアと酸化
ニッケルとを混合し、成型、焼成して焼成体を得る工程
であり、 第二工程は、前記焼成体を還元雰囲気中で熱処理してニ
ッケル−ジルコニアサーメットを得る工程であり、 第三工程は前記サーメットの上にイツトリアで安定化し
たジルコニアを積層する工程であること、３）請求項２
記載の製造方法において、部分的に安定化されたジルコ
ニアは４０〜７０重量％の割合で混合されること、また
は ４）請求項２記戦の製造方法において部分的に安定化さ
れたジルコニアはマグネシアを７〜１０モル％添加して
安定化したものであるとするので、マグネシアで部分的
に安定化させたジルコニアの熱膨張係数は９．Ｏｘ１０
−’／”ｃにすることができる。ニッケルの熱膨張係数
は１４ Ｘ １０−６／％であるので、両者の混合比率
により、サーメットの熱膨張係数をイツトリア安定化ジ
ルコニアの熱膨張係数１０．５Ｘ１０−”／’Ｃの近傍
に整合させることができる。
体はイツトリアで安定化されたジルコニアからなり、ア
ノード電極板の上に積層されるものであり、 アノード電極板はマグネシアで部分的に安定化されたジ
ルコニアとニッケル金属からなる多孔質の焼結体である
こと、 ２）第一工程と第二工程と第三工程とを有し、第一工程
はマグネシアで部分的に安定化されたジルコニアと酸化
ニッケルとを混合し、成型、焼成して焼成体を得る工程
であり、 第二工程は、前記焼成体を還元雰囲気中で熱処理してニ
ッケル−ジルコニアサーメットを得る工程であり、 第三工程は前記サーメットの上にイツトリアで安定化し
たジルコニアを積層する工程であること、３）請求項２
記載の製造方法において、部分的に安定化されたジルコ
ニアは４０〜７０重量％の割合で混合されること、また
は ４）請求項２記戦の製造方法において部分的に安定化さ
れたジルコニアはマグネシアを７〜１０モル％添加して
安定化したものであるとするので、マグネシアで部分的
に安定化させたジルコニアの熱膨張係数は９．Ｏｘ１０
−’／”ｃにすることができる。ニッケルの熱膨張係数
は１４ Ｘ １０−６／％であるので、両者の混合比率
により、サーメットの熱膨張係数をイツトリア安定化ジ
ルコニアの熱膨張係数１０．５Ｘ１０−”／’Ｃの近傍
に整合させることができる。
マグネシアで部分的に安定化したジルコニアと酸化ニッ
ケルの焼成体を還元すると酸化ニッケルのみが還元され
、マグネシアで部分的に安定化したジルコニアとニッケ
ルからなるサーメットが形成される。
ケルの焼成体を還元すると酸化ニッケルのみが還元され
、マグネシアで部分的に安定化したジルコニアとニッケ
ルからなるサーメットが形成される。
７〜１０モル％のマグネシアで部分的に安定化したジル
コニアを酸化ニッケルと、４０〜７０重量％の割合で混
合して還元したときは得られたサーメットの熱膨張係数
はイツトリアで安定化したジルコニアの熱膨張係数と±
５％の精度で一致する。
コニアを酸化ニッケルと、４０〜７０重量％の割合で混
合して還元したときは得られたサーメットの熱膨張係数
はイツトリアで安定化したジルコニアの熱膨張係数と±
５％の精度で一致する。
このようにして反りや割れがなく、特性と信転性に優れ
る固体電解質型燃料電池が得られる。
る固体電解質型燃料電池が得られる。
第１図はこの発明の実施例に係る燃料電池を示す分解斜
視図、第２図はこの発明の実施例に係る燃料電池の製造
方法を示す工程図、第３図は本発明の実施例に係るアノ
ード電極板につき熱膨張係数と導電率のＭＰＳＺ混合比
依存性を示す線図、第４図は従来の燃料電池を示す分解
斜視図である。 χ 閃
視図、第２図はこの発明の実施例に係る燃料電池の製造
方法を示す工程図、第３図は本発明の実施例に係るアノ
ード電極板につき熱膨張係数と導電率のＭＰＳＺ混合比
依存性を示す線図、第４図は従来の燃料電池を示す分解
斜視図である。 χ 閃
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）固体電解質体とアノード電極板を有し、固体電解質
体はイットリアで安定化されたジルコニアからなり、ア
ノード電極板の上に積層されるものであり、 アノード電極板はマグネシアで部分的に安定化されたジ
ルコニアとニッケル金属からなる多孔質の焼結体である
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。 ２）第一工程と第二工程と第三工程とを有し、第一工程
はマグネシアで部分的に安定化されたジルコニアと酸化
ニッケルとを混合し、成型、焼成して焼成体を得る工程
であり、 第二工程は前記焼成体を還元雰囲気中で熱処理してニッ
ケル−ジルコニアサーメットを得る工程であり、 第三工程は前記サーメットの上にイットリアで安定化し
たジルコニアを積層する工程であることを特徴とする固
体電解質型燃料電池の製造方法。 ３）請求項２記載の製造方法において、部分的に安定化
されたジルコニアは酸化ニッケルを含む総量に対し４０
〜７０重量％の割合で混合されることを特徴とする固体
電解質型燃料電池の製造方法。 ４）請求項２記載の製造方法において部分的に安定化さ
れたジルコニアはマグネシアを７〜１０モル％添加して
安定化したものであることを特徴とする固体電解質型燃
料電池の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2239313A JPH04118861A (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 固体電解質型燃料電池およびその製造方法 |
| US07/755,098 US5217822A (en) | 1990-09-10 | 1991-09-05 | Solid oxide electrolyte type fuel cell and method for fabricating the same |
| DE4129553A DE4129553C2 (de) | 1990-09-10 | 1991-09-05 | Brennstoffzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2239313A JPH04118861A (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 固体電解質型燃料電池およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04118861A true JPH04118861A (ja) | 1992-04-20 |
Family
ID=17042859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2239313A Pending JPH04118861A (ja) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | 固体電解質型燃料電池およびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5217822A (ja) |
| JP (1) | JPH04118861A (ja) |
| DE (1) | DE4129553C2 (ja) |
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1990
- 1990-09-10 JP JP2239313A patent/JPH04118861A/ja active Pending
-
1991
- 1991-09-05 DE DE4129553A patent/DE4129553C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-09-05 US US07/755,098 patent/US5217822A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS61101972A (ja) * | 1984-10-23 | 1986-05-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
Also Published As
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| US5217822A (en) | 1993-06-08 |
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