JP2622261B2 - 固体電解質燃料電池の製作方法 - Google Patents
固体電解質燃料電池の製作方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池、酸素センサなどに使用される固体
電解質燃料電池の製作方法に関する。
電解質燃料電池の製作方法に関する。
従来の固体電解質燃料電池の構成を第３図、第４図に
よつて説明する。第３図はその断面図であり、第４図は
第３図のＢ−Ｂ矢視図である。
よつて説明する。第３図はその断面図であり、第４図は
第３図のＢ−Ｂ矢視図である。
第３図、第４図において、１は空気極（一例として
は、LaMnO3のペロプスカイト型酸化物スラリーの焼成膜
で、厚さは数百μｍである気体を通す多孔質膜があげら
れる）、２は電解質（一例としては、イツトリア安定化
ジルコニアYSZの蒸着膜で、電気化学蒸着法、すなわちE
VD法、で作られた50μｍ程度の気密膜）、３は燃料極
（一例としてはNiOとZrO2のサーメツトのスラリー焼成
膜で厚さ数十μｍの多孔質膜）、４はインコネクタ（一
例としてはLaCrO3のEVD法による蒸着膜で厚さ数十μｍ
の気密膜）、５は基体管（一例としてはカルシア安定化
ジルコニアで作られた直径13mm、長さ400mm、厚さ1.6mm
の多孔質セラミツクチユーブ）である。
は、LaMnO3のペロプスカイト型酸化物スラリーの焼成膜
で、厚さは数百μｍである気体を通す多孔質膜があげら
れる）、２は電解質（一例としては、イツトリア安定化
ジルコニアYSZの蒸着膜で、電気化学蒸着法、すなわちE
VD法、で作られた50μｍ程度の気密膜）、３は燃料極
（一例としてはNiOとZrO2のサーメツトのスラリー焼成
膜で厚さ数十μｍの多孔質膜）、４はインコネクタ（一
例としてはLaCrO3のEVD法による蒸着膜で厚さ数十μｍ
の気密膜）、５は基体管（一例としてはカルシア安定化
ジルコニアで作られた直径13mm、長さ400mm、厚さ1.6mm
の多孔質セラミツクチユーブ）である。
約1,000℃に保持された上記構成の固体電解質燃料電
池の管内外に、空気とH2,COの燃料を供給すると、燃料
極３でH2,COがNiの触媒作用によりイオン化して電子を
放つ。これにより燃料極３と空気極１との間に電位差が
生じる。今、燃料極３と空気極１をインコネクタ４を介
して外部回路で連ぐと、燃料極３にたまつた電子は外部
回路とインコネクタ４を通つて空気極１へ移動し、基体
管５を通つてきた空気中の酸素をイオン化する。イオン
化した酸素は酸素イオン導電性の電解質２を通つて燃料
極３へ移動し水素イオンと結合して水蒸気となる。
池の管内外に、空気とH2,COの燃料を供給すると、燃料
極３でH2,COがNiの触媒作用によりイオン化して電子を
放つ。これにより燃料極３と空気極１との間に電位差が
生じる。今、燃料極３と空気極１をインコネクタ４を介
して外部回路で連ぐと、燃料極３にたまつた電子は外部
回路とインコネクタ４を通つて空気極１へ移動し、基体
管５を通つてきた空気中の酸素をイオン化する。イオン
化した酸素は酸素イオン導電性の電解質２を通つて燃料
極３へ移動し水素イオンと結合して水蒸気となる。
従来の技術では基体管を用いているので、製作可能な
基体管径に限界があり、あまり小さい径の燃料電池や酸
素センサーは製作できない。このため例えば容積当りの
固体電解質燃料電池の発電量は140KW/m3程度であり、大
容量化した場合のスペースが大きくなりすぎ、また基体
管が空気の拡散抵抗となるため電池出力が低下するとい
う問題点がある。
基体管径に限界があり、あまり小さい径の燃料電池や酸
素センサーは製作できない。このため例えば容積当りの
固体電解質燃料電池の発電量は140KW/m3程度であり、大
容量化した場合のスペースが大きくなりすぎ、また基体
管が空気の拡散抵抗となるため電池出力が低下するとい
う問題点がある。
本発明は上記技術水準に鑑み、従来技術の有する問題
点を解消した固体電解質燃料電池の製作方法を提供しよ
うとするものである。
点を解消した固体電解質燃料電池の製作方法を提供しよ
うとするものである。
本発明は電解質層を挟んで燃料極層と空気極層とが重
ね合わされた筒状の固体電解質燃料電池を製作する方法
であつて、上記空気極層か燃料極層かのいずれか一方の
層を構成する材料の粉末スラリーを成形して筒状物と
し、上記電解質層および他の極層を構成するそれぞれの
材料の粉末スラリーを未焼成の状態の上記筒状物表面に
順次塗布乾燥させた後、焼成することを特徴とする固体
電解質燃料電池の製作方法である。
ね合わされた筒状の固体電解質燃料電池を製作する方法
であつて、上記空気極層か燃料極層かのいずれか一方の
層を構成する材料の粉末スラリーを成形して筒状物と
し、上記電解質層および他の極層を構成するそれぞれの
材料の粉末スラリーを未焼成の状態の上記筒状物表面に
順次塗布乾燥させた後、焼成することを特徴とする固体
電解質燃料電池の製作方法である。
本発明における空気極層として使用される材料として
は、LaCaMnO3,LaCoO3,LaCrO3及びLaMnO3などのペロブス
カイト型酸化物が、電解質層となる材料としてはイツト
リア安定化ジルコニア（YSZ）,CeCaなどが、燃料極層と
して使用される材料としてはNiO/カルシア安定化ジルコ
ニア（CSZ）,NiO/イツトリア安定化ジルコニア（YSZ）
などがあげられる。またインコネクターが使用される
が、この材料としてはNiAl/Al2O3＋NiCr/Al2O3,FeNiCo,
LaCrO3などがあげられる。
は、LaCaMnO3,LaCoO3,LaCrO3及びLaMnO3などのペロブス
カイト型酸化物が、電解質層となる材料としてはイツト
リア安定化ジルコニア（YSZ）,CeCaなどが、燃料極層と
して使用される材料としてはNiO/カルシア安定化ジルコ
ニア（CSZ）,NiO/イツトリア安定化ジルコニア（YSZ）
などがあげられる。またインコネクターが使用される
が、この材料としてはNiAl/Al2O3＋NiCr/Al2O3,FeNiCo,
LaCrO3などがあげられる。
空気極層、燃料極層は多孔質なものとする必要がある
ので、その材料の粒径は比較的大きい（例えば１〜100
μ程度）材料をスラリー化して用いられ、インコネクタ
ー、電解質層は緻密質とする必要があるので、その材料
の粒径は比較的小さい（例えば0.1〜１μ程度）材料を
スラリー化して用いられる。
ので、その材料の粒径は比較的大きい（例えば１〜100
μ程度）材料をスラリー化して用いられ、インコネクタ
ー、電解質層は緻密質とする必要があるので、その材料
の粒径は比較的小さい（例えば0.1〜１μ程度）材料を
スラリー化して用いられる。
一例として、空気極を筒状に成形し最内層にする場合
の、それぞれの層の一般的な材料の粒径、スラリー粘
度、スラリー濃度を下記に示す。
の、それぞれの層の一般的な材料の粒径、スラリー粘
度、スラリー濃度を下記に示す。
空気極を筒状に成形し最内層とする場合、空気極とな
る材料の導電率が低い場合には膜厚を厚くしなければな
らぬが、膜厚を厚くすると酸素の拡散が不十分となるの
で両者の兼ね合いでその膜厚を決定すべきである。
る材料の導電率が低い場合には膜厚を厚くしなければな
らぬが、膜厚を厚くすると酸素の拡散が不十分となるの
で両者の兼ね合いでその膜厚を決定すべきである。
また筒状に成形して最内層とするのが、空気極であつ
ても、また燃料極であつても、その強度の点から、その
膜厚は300μ以上にするのが好ましい。
ても、また燃料極であつても、その強度の点から、その
膜厚は300μ以上にするのが好ましい。
一般的に空気極は1000℃以上、燃料極は1300℃以上、
電解質及びインコネクターは1300℃以上で焼成される
が、本発明においては構成材料を一度で焼結するため
に、焼成温度は少なくとも1300℃以上にするべきであ
る。
電解質及びインコネクターは1300℃以上で焼成される
が、本発明においては構成材料を一度で焼結するため
に、焼成温度は少なくとも1300℃以上にするべきであ
る。
本発明によれば基体管の使用を排除しているので小型
の固体電解質燃料電池が得られ、そのため例えば5mmの
直径の電池を作ることができ、その場合従来の直径15mm
の電池に比べて容積当りの発電量は９倍になり、また直
径3mmの電池を作れば、直径15mmの従来電池の発電量の2
5倍となる。また基体管がないため空気が空気極へ拡散
しやすく空気極の酸素分圧が増加して電池出力が増加す
る。
の固体電解質燃料電池が得られ、そのため例えば5mmの
直径の電池を作ることができ、その場合従来の直径15mm
の電池に比べて容積当りの発電量は９倍になり、また直
径3mmの電池を作れば、直径15mmの従来電池の発電量の2
5倍となる。また基体管がないため空気が空気極へ拡散
しやすく空気極の酸素分圧が増加して電池出力が増加す
る。
〔実施例１〕 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図によつて
説明する。第１図はこの実施例によつて製作された固体
電解質燃料電池の断面図であり、第２図は第１図のＡ−
Ａ矢視図である。この実施例においては、１は空気極、
２は電解質、３は燃料極、４はインコネクターである。
説明する。第１図はこの実施例によつて製作された固体
電解質燃料電池の断面図であり、第２図は第１図のＡ−
Ａ矢視図である。この実施例においては、１は空気極、
２は電解質、３は燃料極、４はインコネクターである。
先ず、LaMnO3粒子（１〜10μ）の70％濃度のスラリー
（粘度∞）をプレスまたは押出し成形機で厚さ500μの
円筒形多孔質管に成形し空気極１を形成する。
（粘度∞）をプレスまたは押出し成形機で厚さ500μの
円筒形多孔質管に成形し空気極１を形成する。
次に、イツトリア安定化ジルコニア（YSZ）粒子（0.1
〜１μ）の50％濃度スラリー（粘度1000cp）を空気極１
上に塗布乾燥して厚さ150μの電解質層２を形成し、更
にその電解質層２の上に、NiO/YSZ（6:4）粒子（１〜10
μ）の60％濃度スラリー（粘度1000cp）を塗布乾燥し厚
さ100μの燃料極層３を形成させる。次いで最後にLaCrO
3粒子（0.1〜１μ）の50％濃度スラリーを、第１図に示
すように露出している空気極１上に塗布乾燥し厚さ100
μのインコネクター４を形成させる。
〜１μ）の50％濃度スラリー（粘度1000cp）を空気極１
上に塗布乾燥して厚さ150μの電解質層２を形成し、更
にその電解質層２の上に、NiO/YSZ（6:4）粒子（１〜10
μ）の60％濃度スラリー（粘度1000cp）を塗布乾燥し厚
さ100μの燃料極層３を形成させる。次いで最後にLaCrO
3粒子（0.1〜１μ）の50％濃度スラリーを、第１図に示
すように露出している空気極１上に塗布乾燥し厚さ100
μのインコネクター４を形成させる。
上記したように構成された未焼成の成形体を1300℃以
上で２〜４時間焼成することによつて空気極を最内層と
して有し基体管を省略した固体電解質燃料電池が得られ
る。
上で２〜４時間焼成することによつて空気極を最内層と
して有し基体管を省略した固体電解質燃料電池が得られ
る。
〔実施例２〕 他の実施例を同様に第１図及び第２図によつて説明す
る。この場合、第１図、第２図における１は燃料極、２
は電解質、３は空気極、４はインコネクターである。
る。この場合、第１図、第２図における１は燃料極、２
は電解質、３は空気極、４はインコネクターである。
先ずNiO/YSZ（6:4）粒子（１〜10μ）の70％濃度スラ
リー（粘度∞）をプレスまたは押出し成形機で厚さ500
μの円筒形多孔質管に成形し燃料極１を成形する。
リー（粘度∞）をプレスまたは押出し成形機で厚さ500
μの円筒形多孔質管に成形し燃料極１を成形する。
次に、イツトリア安定化ジルコニア（YSZ）粒子（0.1
〜１μ）の50％濃度スラリー（粘度1000cp）を燃料極１
の上に塗布乾燥し厚さ150μの電解質層２を形成し、更
にその電解質層２の上に、LaMnO3粒子（１〜10μ）の60
％濃度スラリー（粘度1000cp）を塗布乾燥し、厚さ300
μの空気極層３を形成させる。次いで最後にLaCrO3粒子
（0.1〜１μ）の50％濃度スラリーを、第１図に示すよ
うに露出している燃料極１上に塗布乾燥し厚さ100μの
インコネクター４を形成させる。
〜１μ）の50％濃度スラリー（粘度1000cp）を燃料極１
の上に塗布乾燥し厚さ150μの電解質層２を形成し、更
にその電解質層２の上に、LaMnO3粒子（１〜10μ）の60
％濃度スラリー（粘度1000cp）を塗布乾燥し、厚さ300
μの空気極層３を形成させる。次いで最後にLaCrO3粒子
（0.1〜１μ）の50％濃度スラリーを、第１図に示すよ
うに露出している燃料極１上に塗布乾燥し厚さ100μの
インコネクター４を形成させる。
上記したように構成された未焼成の成形体を1300℃以
上で２〜４時間焼成することによつて燃料極を最内層と
して有し基体管を省略した固体電解質燃料電池が得られ
る。
上で２〜４時間焼成することによつて燃料極を最内層と
して有し基体管を省略した固体電解質燃料電池が得られ
る。
基体管がないため電池直径を小さくすることができま
た、空気の拡散抵抗が減つて空気極への空気の拡散が容
易となるため空気極の酸素分圧が増加して電池出力が増
加する。
た、空気の拡散抵抗が減つて空気極への空気の拡散が容
易となるため空気極の酸素分圧が増加して電池出力が増
加する。
第１図、第２図は本発明の固体電解質燃料電池の実施例
を説明するための図で、第１図は固体電解質燃料電池の
断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図である。第３
図、第４図は従来の固体電解質燃料電池の構成を説明す
るための図で、第３図はその断面図、第４図は第３図の
Ｂ−Ｂ矢視図である。
を説明するための図で、第１図は固体電解質燃料電池の
断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図である。第３
図、第４図は従来の固体電解質燃料電池の構成を説明す
るための図で、第３図はその断面図、第４図は第３図の
Ｂ−Ｂ矢視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玄後 義 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (56)参考文献 特開 昭63−261679（ＪＰ，Ａ) 特公 昭45−14730（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭45−33982（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】電解質槽を挟んで燃料極層と空気極層とが
重ね合わされた筒状の固体電解質燃料電池を製作する方
法であって、上記空気極層か燃料極層かのいずれか一方
の層を構成する材料の粉末スラリーを成形して筒状物と
し、上記電解質層および他の極層を構成するそれぞれの
材料の粉末スラリーを未焼成の状態の上記筒状物表面に
順次塗布乾燥させた後、焼成することを特徴とする固体
電解質燃料電池の製作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62249948A JP2622261B2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 固体電解質燃料電池の製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62249948A JP2622261B2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 固体電解質燃料電池の製作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0193065A JPH0193065A (ja) | 1989-04-12 |
| JP2622261B2 true JP2622261B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=17200563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62249948A Expired - Lifetime JP2622261B2 (ja) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | 固体電解質燃料電池の製作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2622261B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0697613B2 (ja) * | 1990-07-12 | 1994-11-30 | 日本碍子株式会社 | 固体電解質型燃料電池用空気電極材の製造方法 |
| JPH04115461A (ja) * | 1990-09-03 | 1992-04-16 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 固体電解質型燃料電池の単電池製造方法 |
| US5290323A (en) * | 1990-12-10 | 1994-03-01 | Yuasa Corporation | Manufacturing method for solid-electrolyte fuel cell |
| CA2163267A1 (en) * | 1994-03-18 | 1995-09-28 | Masanobu Aizawa | Thin solid electrolyte film and method of production thereof |
| WO1999054946A1 (fr) | 1998-04-21 | 1999-10-28 | Toto Ltd. | Pile a electrolyte solide et son procede de production |
| NL1014284C2 (nl) * | 2000-02-04 | 2001-08-13 | Stichting Energie | Werkwijze voor het vervaardigen van een samenstel omvattende een anodegedragen elektrolyt alsmede keramische cel omvattende een dergelijk samenstel. |
| JP4622146B2 (ja) * | 2001-04-25 | 2011-02-02 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子の製造方法 |
-
1987
- 1987-10-05 JP JP62249948A patent/JP2622261B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0193065A (ja) | 1989-04-12 |
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