JP3282866B2 - 固体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池用
セル及びその製造方法に関し、更に詳細にはイオン伝導
性セラミックから成り且つ緻密構造に形成された固体電
解質板の複数枚の各々が補強セラミック体を介して一体
化された固体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法
に関する。
セル及びその製造方法に関し、更に詳細にはイオン伝導
性セラミックから成り且つ緻密構造に形成された固体電
解質板の複数枚の各々が補強セラミック体を介して一体
化された固体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、火力発電等の
発電効率に比較して、高効率の発電効率が期待できるた
め、現在、多くの研究がなされている。かかる固体電解
質型燃料電池に使用される固体電解質板としては、イッ
トリア等の安定化剤が添加されて焼成された安定化ジル
コニア焼成体から成る固体電解質板が使用されている。
この様な固体電解質板が使用された固体電解質型燃料電
池は、電池内部の内部抵抗を小さくし、単位容量当たり
の電極面積を稼ぐため、図４に示す様に、平板を積層し
た平板型が好適である。図４に示す固体電解質型燃料電
池は、安定化ジルコニア焼成体から成る固体電解質板１
０４、固体電解質板１０４を挟んで配される空気極１０
２、及び燃料極１０６が単一セル１１０を構成する。ま
た、単一セル１１０間には、燃料又は空気の流路となる
凹溝の複数本が刻設されたバイポーラ板１０８が配設さ
れている。尚、燃料流路と空気流路とは、単一セル１１
０を挟み互いに直交する方向に流れるように、前記凹溝
が刻設されている。
発電効率に比較して、高効率の発電効率が期待できるた
め、現在、多くの研究がなされている。かかる固体電解
質型燃料電池に使用される固体電解質板としては、イッ
トリア等の安定化剤が添加されて焼成された安定化ジル
コニア焼成体から成る固体電解質板が使用されている。
この様な固体電解質板が使用された固体電解質型燃料電
池は、電池内部の内部抵抗を小さくし、単位容量当たり
の電極面積を稼ぐため、図４に示す様に、平板を積層し
た平板型が好適である。図４に示す固体電解質型燃料電
池は、安定化ジルコニア焼成体から成る固体電解質板１
０４、固体電解質板１０４を挟んで配される空気極１０
２、及び燃料極１０６が単一セル１１０を構成する。ま
た、単一セル１１０間には、燃料又は空気の流路となる
凹溝の複数本が刻設されたバイポーラ板１０８が配設さ
れている。尚、燃料流路と空気流路とは、単一セル１１
０を挟み互いに直交する方向に流れるように、前記凹溝
が刻設されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図４に示す平板型の固
体電解質型燃料電池によれば、単位容量当たりの出力密
度が高く且つ大型化が可能である。しかしながら、図４
に示す平板型の固体電解質型燃料電池の実用化は遅れて
いる。その理由は、図４に示す平板型の固体電解質型燃
料電池において、安定化ジルコニア焼成体から成る固体
電解質板１０４の内部抵抗を低下させるべく、固体電解
質板１０４を薄膜化すると共に、固体電解質型燃料電池
を約１０００℃の高温で運転する必要があるため、燃料
流路と空気流路とを固体電解質板１０４を介して充分な
シールを行うことが極めて困難なことにある。しかも、
固体電解質板１０４を薄膜化すると、単一セル１１０の
機械的強度等が低下するため、その取扱が困難になると
共に、益々、燃料流路と空気流路とのシールが困難にな
る。そこで、本発明の目的は、固体電解質板の内部抵抗
を低下させるべく、固体電解質板を薄膜化しても、取扱
が容易で且つ燃料流路と空気流路とのシールが容易な固
体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法を提供する
ことにある。
体電解質型燃料電池によれば、単位容量当たりの出力密
度が高く且つ大型化が可能である。しかしながら、図４
に示す平板型の固体電解質型燃料電池の実用化は遅れて
いる。その理由は、図４に示す平板型の固体電解質型燃
料電池において、安定化ジルコニア焼成体から成る固体
電解質板１０４の内部抵抗を低下させるべく、固体電解
質板１０４を薄膜化すると共に、固体電解質型燃料電池
を約１０００℃の高温で運転する必要があるため、燃料
流路と空気流路とを固体電解質板１０４を介して充分な
シールを行うことが極めて困難なことにある。しかも、
固体電解質板１０４を薄膜化すると、単一セル１１０の
機械的強度等が低下するため、その取扱が困難になると
共に、益々、燃料流路と空気流路とのシールが困難にな
る。そこで、本発明の目的は、固体電解質板の内部抵抗
を低下させるべく、固体電解質板を薄膜化しても、取扱
が容易で且つ燃料流路と空気流路とのシールが容易な固
体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法を提供する
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記目的
を達成すべく検討した結果、互いにポーラス程度を異に
するセラミック層の複数層が積層され、且つこのセラミ
ック層の中央層が最もポーラスな構造であり、固体電解
質板に接するセラミック層が固体電解質板に近似した緻
密構造である傾斜セラミック体を、固体電解質板の両面
に補強材として一体化した固体電解質型燃料電池用セル
を使用することによって、固体電解質板の補強ができ、
且つ燃料流路と空気流路とを容易にシールすることを見
出し、本発明に到達した。すなわち、本発明は、イオン
伝導性セラミックから成り且つ緻密構造に形成された固
体電解質板の複数枚の各々が補強セラミック体を介して
一体化された固体電解質型燃料電池用セルであって、該
補強セラミック体が、ポーラス程度が順次変化し傾斜構
造を形成するように、互いにポーラス程度を異にするセ
ラミック層の複数層が積層されたセラミック体であり、
前記補強セラミック体の略中央に位置する中央層が最も
ポーラスな構造であると共に、前記固体電解質板に接す
るセラミック層が固体電解質板に近似した緻密構造であ
り、且つ前記中央層に接するセラミック層が中央層に近
似したポーラス構造であることを特徴とする固体電解質
型燃料電池用セルにある。
を達成すべく検討した結果、互いにポーラス程度を異に
するセラミック層の複数層が積層され、且つこのセラミ
ック層の中央層が最もポーラスな構造であり、固体電解
質板に接するセラミック層が固体電解質板に近似した緻
密構造である傾斜セラミック体を、固体電解質板の両面
に補強材として一体化した固体電解質型燃料電池用セル
を使用することによって、固体電解質板の補強ができ、
且つ燃料流路と空気流路とを容易にシールすることを見
出し、本発明に到達した。すなわち、本発明は、イオン
伝導性セラミックから成り且つ緻密構造に形成された固
体電解質板の複数枚の各々が補強セラミック体を介して
一体化された固体電解質型燃料電池用セルであって、該
補強セラミック体が、ポーラス程度が順次変化し傾斜構
造を形成するように、互いにポーラス程度を異にするセ
ラミック層の複数層が積層されたセラミック体であり、
前記補強セラミック体の略中央に位置する中央層が最も
ポーラスな構造であると共に、前記固体電解質板に接す
るセラミック層が固体電解質板に近似した緻密構造であ
り、且つ前記中央層に接するセラミック層が中央層に近
似したポーラス構造であることを特徴とする固体電解質
型燃料電池用セルにある。
【０００５】また、本発明は、イオン伝導性セラミック
から成る固体電解質板を形成する固体電解質板形成用グ
リーンシートの複数枚の各々を、補強セラミック体を形
成する複数枚の補強セラミック体グリーンシートを介し
て積層し焼成することによって、固体電解質型燃料電池
用セルを製造する際に、該補強セラミック体の略中央に
位置し最もポーラスな構造のセラミック層である中央層
から固体電解質板に接するセラミック層に至る間のポー
ラス程度が順次変化する傾斜構造を形成可能とすべく、
前記固体電解質板形成用グリーンシートのセラミック成
分と、前記中央層を形成する中央層形成用グリーンシー
トのセラミック成分とを混合して互いに組成を異にする
複数枚の傾斜用グリーンシートを形成した後、前記固体
電解質板形成用グリーンシートと中央層形成用グリーン
シートとの間に、前記傾斜構造が形成されるように、複
数枚の傾斜用グリーンシートを順次積層して積層体を形
成し、次いで、前記積層体を固体電解質板形成用グリー
ンシートの緻密化温度以上で且つ中央層形成用グリーン
シートの緻密化温度以下で焼成することを特徴とする固
体電解質型燃料電池用セルの製造方法にある。
から成る固体電解質板を形成する固体電解質板形成用グ
リーンシートの複数枚の各々を、補強セラミック体を形
成する複数枚の補強セラミック体グリーンシートを介し
て積層し焼成することによって、固体電解質型燃料電池
用セルを製造する際に、該補強セラミック体の略中央に
位置し最もポーラスな構造のセラミック層である中央層
から固体電解質板に接するセラミック層に至る間のポー
ラス程度が順次変化する傾斜構造を形成可能とすべく、
前記固体電解質板形成用グリーンシートのセラミック成
分と、前記中央層を形成する中央層形成用グリーンシー
トのセラミック成分とを混合して互いに組成を異にする
複数枚の傾斜用グリーンシートを形成した後、前記固体
電解質板形成用グリーンシートと中央層形成用グリーン
シートとの間に、前記傾斜構造が形成されるように、複
数枚の傾斜用グリーンシートを順次積層して積層体を形
成し、次いで、前記積層体を固体電解質板形成用グリー
ンシートの緻密化温度以上で且つ中央層形成用グリーン
シートの緻密化温度以下で焼成することを特徴とする固
体電解質型燃料電池用セルの製造方法にある。
【０００６】かかる本発明において、ポーラス程度を異
にするセラミック層から成る補強セラミック体が、各セ
ラミック層の熱特性が順次変化する傾斜構造であって、
固体電解質板に接するセラミック層の熱特性が固体電解
質板に近似していることが、固体電解質板と補強セラミ
ック体とが熱によって剥離することがない。また、ポー
ラス程度を異にするセラミック層から成る補強セラミッ
ク体が、固体電解質板を形成するセラミック成分と最も
ポーラスな構造である中央層を形成するセラミック成分
とが混合されて形成されたセラミック層の複数層から成
り、固体電解質板に接するセラミック層の組成が固体電
解質板の組成に近似し、前記中央層に接するセラミック
層の組成が中央層のセラミック層の組成に近似するこ
と、或いは固体電解質板が、イットリア等の安定化剤を
添付して得られた安定化ジルコニア焼成体であり、最も
ポーラスな構造である中央層がアルミナ焼成体であるこ
とが、容易に固体電解質型燃料電池用セルを製造するこ
とができる。
にするセラミック層から成る補強セラミック体が、各セ
ラミック層の熱特性が順次変化する傾斜構造であって、
固体電解質板に接するセラミック層の熱特性が固体電解
質板に近似していることが、固体電解質板と補強セラミ
ック体とが熱によって剥離することがない。また、ポー
ラス程度を異にするセラミック層から成る補強セラミッ
ク体が、固体電解質板を形成するセラミック成分と最も
ポーラスな構造である中央層を形成するセラミック成分
とが混合されて形成されたセラミック層の複数層から成
り、固体電解質板に接するセラミック層の組成が固体電
解質板の組成に近似し、前記中央層に接するセラミック
層の組成が中央層のセラミック層の組成に近似するこ
と、或いは固体電解質板が、イットリア等の安定化剤を
添付して得られた安定化ジルコニア焼成体であり、最も
ポーラスな構造である中央層がアルミナ焼成体であるこ
とが、容易に固体電解質型燃料電池用セルを製造するこ
とができる。
【０００７】
【作用】本発明によれば、固体電解質板は補強セラミッ
ク体によって補強されているため、固体電解質板を薄膜
化しても、セル自体の機械的強度を低下させることがな
い。また、燃料又は空気は、固体電解質板間に設けられ
たポーラスなセラミック層中を透過することができる。
このため、燃料又は空気の供給は、セルの側端面に露出
する補強セラミック体の露出側端面に供給することによ
って行うことができ、図４に示す従来の平板型の固体電
解質型燃料電池の如く、固体電解質板の全面に亘って凹
溝を形成することを要せず、セルと燃料流路及び空気流
路との充分なシールを容易に行うことができる。
ク体によって補強されているため、固体電解質板を薄膜
化しても、セル自体の機械的強度を低下させることがな
い。また、燃料又は空気は、固体電解質板間に設けられ
たポーラスなセラミック層中を透過することができる。
このため、燃料又は空気の供給は、セルの側端面に露出
する補強セラミック体の露出側端面に供給することによ
って行うことができ、図４に示す従来の平板型の固体電
解質型燃料電池の如く、固体電解質板の全面に亘って凹
溝を形成することを要せず、セルと燃料流路及び空気流
路との充分なシールを容易に行うことができる。
【０００８】
【実施例】本発明を実施例によって更に詳細に説明す
る。図１は、本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料
電池用セル（以下、セルと称することがある）１０の斜
視図である。このセル１０は、安定化剤としてイットリ
ア（Y2O3）が添加された安定化ジルコニア焼成体から成
る矩形の固体電解質板１２、１２の表面と裏面との各面
に、補強セラミック体１４、１４、１４が一体に設けら
れている。かかる補強セラミック体１４は、図２に示す
様に、複数層のセラミック層１４ａ〜１４ｉよって形成
されている。このセラミック層１４ａ〜１４ｉは、アル
ミナ成分と安定化ジルコニア成分とが混合されて形成さ
れており、順次熱特性及ポーラス程度を異にするセラミ
ック層である。本実施例において、セラミック層１４ａ
とセラミック層１４ｉ、セラミック層１４ｂとセラミッ
ク層１４ｈ、セラミック層１４ｃとセラミック層１４
ｇ、及びセラミック層１４ｄとセラミック層１４ｆと
は、熱特性及びポーラス程度は実質的に等しい。
る。図１は、本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料
電池用セル（以下、セルと称することがある）１０の斜
視図である。このセル１０は、安定化剤としてイットリ
ア（Y2O3）が添加された安定化ジルコニア焼成体から成
る矩形の固体電解質板１２、１２の表面と裏面との各面
に、補強セラミック体１４、１４、１４が一体に設けら
れている。かかる補強セラミック体１４は、図２に示す
様に、複数層のセラミック層１４ａ〜１４ｉよって形成
されている。このセラミック層１４ａ〜１４ｉは、アル
ミナ成分と安定化ジルコニア成分とが混合されて形成さ
れており、順次熱特性及ポーラス程度を異にするセラミ
ック層である。本実施例において、セラミック層１４ａ
とセラミック層１４ｉ、セラミック層１４ｂとセラミッ
ク層１４ｈ、セラミック層１４ｃとセラミック層１４
ｇ、及びセラミック層１４ｄとセラミック層１４ｆと
は、熱特性及びポーラス程度は実質的に等しい。
【０００９】従って、補強セラミック体１４を形成する
セラミック層のポーラス程度は、下記に示す順位とな
る。 12<14a<14b<14c<14d<14e>14f>14g>14h>14i>12 尚、１２は固体電解質板であり、１４ａ〜１４ｉは各セ
ラミック層を示す。ここで、固体電解質板１２、１２に
接するセラミック層１４ａ、１４ｉが、セラミック層１
４ａ〜１４ｉのうち、アルミナ成分量が最も低い（安定
化ジルコニア成分量が最も高い）セラミック層であり、
その熱特性及び緻密性（ポーラス程度）は固体電解質板
１２、１２に近似している。更に、本実施例の補強セラ
ミック体１４は、最もポーラス程度の高いセラミック層
１４ｅを含む複数層が燃料又は空気を透過させることが
できる。
セラミック層のポーラス程度は、下記に示す順位とな
る。 12<14a<14b<14c<14d<14e>14f>14g>14h>14i>12 尚、１２は固体電解質板であり、１４ａ〜１４ｉは各セ
ラミック層を示す。ここで、固体電解質板１２、１２に
接するセラミック層１４ａ、１４ｉが、セラミック層１
４ａ〜１４ｉのうち、アルミナ成分量が最も低い（安定
化ジルコニア成分量が最も高い）セラミック層であり、
その熱特性及び緻密性（ポーラス程度）は固体電解質板
１２、１２に近似している。更に、本実施例の補強セラ
ミック体１４は、最もポーラス程度の高いセラミック層
１４ｅを含む複数層が燃料又は空気を透過させることが
できる。
【００１０】また、補強セラミック体１４の略中央部に
位置するセラミック層１４ｅは、セラミック層１４ａ〜
１４ｉのうち、アルミナ成分量が最も多い（安定化ジル
コニア成分が最も少ない）セラミック層である。本実施
例において、このセラミック層１４ｅに接するセラミッ
ク層１４ｄ、１４ｆは、安定化ジルコニア成分量がセラ
ミック層１４ｅよりも若干多く含有されているが、セラ
ミック層１４ｅに組成が近似しており、熱特性及びポー
ラス程度（緻密性）もセラミック層１４ｅに近似してい
る。
位置するセラミック層１４ｅは、セラミック層１４ａ〜
１４ｉのうち、アルミナ成分量が最も多い（安定化ジル
コニア成分が最も少ない）セラミック層である。本実施
例において、このセラミック層１４ｅに接するセラミッ
ク層１４ｄ、１４ｆは、安定化ジルコニア成分量がセラ
ミック層１４ｅよりも若干多く含有されているが、セラ
ミック層１４ｅに組成が近似しており、熱特性及びポー
ラス程度（緻密性）もセラミック層１４ｅに近似してい
る。
【００１１】この様な構成の補強セラミック体１４と固
体電解質板１２、１２とが一体化された、図１に示す矩
形状のセル１０において、補強セラミック体１４の側端
面のうち、互いに平行である一対の側端面には、気密性
に優れる白金薄膜による気密層１６、１６が形成されて
いる。尚、この気密層１６、１６には、チタン酸バリウ
ム(BaTiO3)等のペロブスカイト型酸化物の薄膜を用いて
もよい。かかる気密層１６、１６の形成によって、空気
流Ａ又は燃料流Ｂが補強セラミック体１４の本体が露出
している露出側端面の一方から他方の露出側端面の方向
に透過することができる。この空気流Ａ及び燃料流Ｂが
固体電解質板１２を挟んで互いに直交する方向に透過す
るように、側端面に気密層１６、１６を形成した補強セ
ラミック体１４、１４を固体電解質板１２を介して積層
する。
体電解質板１２、１２とが一体化された、図１に示す矩
形状のセル１０において、補強セラミック体１４の側端
面のうち、互いに平行である一対の側端面には、気密性
に優れる白金薄膜による気密層１６、１６が形成されて
いる。尚、この気密層１６、１６には、チタン酸バリウ
ム(BaTiO3)等のペロブスカイト型酸化物の薄膜を用いて
もよい。かかる気密層１６、１６の形成によって、空気
流Ａ又は燃料流Ｂが補強セラミック体１４の本体が露出
している露出側端面の一方から他方の露出側端面の方向
に透過することができる。この空気流Ａ及び燃料流Ｂが
固体電解質板１２を挟んで互いに直交する方向に透過す
るように、側端面に気密層１６、１６を形成した補強セ
ラミック体１４、１４を固体電解質板１２を介して積層
する。
【００１２】図１に示す矩形状のセル１０は、図３に示
す様に、燃料電池用基体２４中に挿入することによっ
て、固体電解質型燃料電池を形成することができる。図
３において、燃料電池用基体２４、２４の内壁面には、
空気供給溝２０及び燃料供給溝２２が直交する方向に形
成されており、空気供給溝２０の各々は図１に示す空気
流Ａが吹き込まれる露出側端面に面し、且つ燃料供給溝
２２の各々は図１に示す燃料流Ｂが吹き込まれる露出側
端面に面している。この様に本実施例においては、セル
１０と空気供給溝２０及び燃料供給溝２２とはセル１０
の側端面に接触しているものである。このため、図４に
示す従来のセル１００の如く、薄い単一セル１１０の略
全面に亘って空気供給溝又は燃料供給溝が接触している
場合に比較して、セル１０と空気供給溝２０及び燃料供
給溝２２とのシールが容易である。尚、図３の一点鎖線
から右側の断面と左側の断面とは９０°異なる向きの断
面である。
す様に、燃料電池用基体２４中に挿入することによっ
て、固体電解質型燃料電池を形成することができる。図
３において、燃料電池用基体２４、２４の内壁面には、
空気供給溝２０及び燃料供給溝２２が直交する方向に形
成されており、空気供給溝２０の各々は図１に示す空気
流Ａが吹き込まれる露出側端面に面し、且つ燃料供給溝
２２の各々は図１に示す燃料流Ｂが吹き込まれる露出側
端面に面している。この様に本実施例においては、セル
１０と空気供給溝２０及び燃料供給溝２２とはセル１０
の側端面に接触しているものである。このため、図４に
示す従来のセル１００の如く、薄い単一セル１１０の略
全面に亘って空気供給溝又は燃料供給溝が接触している
場合に比較して、セル１０と空気供給溝２０及び燃料供
給溝２２とのシールが容易である。尚、図３の一点鎖線
から右側の断面と左側の断面とは９０°異なる向きの断
面である。
【００１３】本実施例のセル１０は、安定化剤としての
イットリアが添加されたジルコニアから成る固体電解質
板１２を形成する固体電解質板形成用グリーンシートの
複数枚の各々を、補強セラミック体１４を形成する複数
層の補強セラミック体グリーンシートを介して積層し焼
成することによって、製造することができる。本実施例
では、電解質板形成用グリーンシートを厚さが０．０５
ｍｍ以下で且つ一辺が５００ｍｍ以下の矩形状とし、補
強セラミック体グリーンシートを厚さが０．２ｍｍ以下
で且つ一辺が５００ｍｍ以下の矩形状とした。この補強
セラミック体グリーンシートにおいては、補強セラミッ
ク体１４の略中央に位置し最もポーラス構造のアルミナ
セラミック層１４ｅから固体電解質板１２に接触するセ
ラミック層１４ａ、１４ｉに至る間の組成が順次変化す
る傾斜構造を形成するように、電解質板形成用グリーン
シートのジルコニア（イットリア含有）成分と、セラミ
ック層１４ｅを形成する中央層形成用グリーンシートの
アルミナ成分とを混合して互いに組成を異にする複数枚
の傾斜用グリーンシートを形成する。本実施例において
は、中央層形成用グリーンシートを形成するアルミナ中
には、触媒用の白金(Pt)を配合したため、その他の傾斜
用グリーンシート中にもアルミナ成分の配合比率で白金
(Pt)も含有されている。尚、中央層形成用グリーンシー
ト等に配合される触媒としては、白金(Pt)の他に銀(Ag)
も使用することができる。
イットリアが添加されたジルコニアから成る固体電解質
板１２を形成する固体電解質板形成用グリーンシートの
複数枚の各々を、補強セラミック体１４を形成する複数
層の補強セラミック体グリーンシートを介して積層し焼
成することによって、製造することができる。本実施例
では、電解質板形成用グリーンシートを厚さが０．０５
ｍｍ以下で且つ一辺が５００ｍｍ以下の矩形状とし、補
強セラミック体グリーンシートを厚さが０．２ｍｍ以下
で且つ一辺が５００ｍｍ以下の矩形状とした。この補強
セラミック体グリーンシートにおいては、補強セラミッ
ク体１４の略中央に位置し最もポーラス構造のアルミナ
セラミック層１４ｅから固体電解質板１２に接触するセ
ラミック層１４ａ、１４ｉに至る間の組成が順次変化す
る傾斜構造を形成するように、電解質板形成用グリーン
シートのジルコニア（イットリア含有）成分と、セラミ
ック層１４ｅを形成する中央層形成用グリーンシートの
アルミナ成分とを混合して互いに組成を異にする複数枚
の傾斜用グリーンシートを形成する。本実施例において
は、中央層形成用グリーンシートを形成するアルミナ中
には、触媒用の白金(Pt)を配合したため、その他の傾斜
用グリーンシート中にもアルミナ成分の配合比率で白金
(Pt)も含有されている。尚、中央層形成用グリーンシー
ト等に配合される触媒としては、白金(Pt)の他に銀(Ag)
も使用することができる。
【００１４】次いで、前記電解質板形成用グリーンシー
トと中央層形成用グリーンシートとの間に、前記傾斜構
造が形成されるように、複数枚の傾斜用グリーンシート
を順次積層して積層体を形成する。得られた積層体は、
厚さが５〜５０ｃｍの一辺が５０ｃｍのサイコロ状のも
のである。その後、この積層体を電解質板形成用グリー
ンシートの緻密化温度以上で且つ中央層形成用グリーン
シートの緻密化温度以下で焼成する。本実施例では、電
解質板形成用グリーンシートがジルコニア成分のみから
成り、中央層形成用グリーンシートがアルミナ成分のみ
から成るため、焼成温度を１３００〜１６００℃とし
た。得られたサイコロ状の焼成体を構成する補強セラミ
ック体１４の側端面を形成し且つ互いに平行な一対の側
端面に白金(Pt)ペーストを塗布し気密層１６、１６を形
成する。この気密層１６、１６は、固体電解質板１２を
介して隣接する補強セラミック体１４の気密層１６、１
６と９０°異なる側端面に形成される。
トと中央層形成用グリーンシートとの間に、前記傾斜構
造が形成されるように、複数枚の傾斜用グリーンシート
を順次積層して積層体を形成する。得られた積層体は、
厚さが５〜５０ｃｍの一辺が５０ｃｍのサイコロ状のも
のである。その後、この積層体を電解質板形成用グリー
ンシートの緻密化温度以上で且つ中央層形成用グリーン
シートの緻密化温度以下で焼成する。本実施例では、電
解質板形成用グリーンシートがジルコニア成分のみから
成り、中央層形成用グリーンシートがアルミナ成分のみ
から成るため、焼成温度を１３００〜１６００℃とし
た。得られたサイコロ状の焼成体を構成する補強セラミ
ック体１４の側端面を形成し且つ互いに平行な一対の側
端面に白金(Pt)ペーストを塗布し気密層１６、１６を形
成する。この気密層１６、１６は、固体電解質板１２を
介して隣接する補強セラミック体１４の気密層１６、１
６と９０°異なる側端面に形成される。
【００１５】更に、サイコロ状の焼成体に空気極、燃料
極用電極の含浸及び電極を作成した後、集電板を取り付
ける。この様にして得られたセル１０は、固体電解質板
１２の内部抵抗の低下を図るべく、固体電解質板１２を
薄膜化しても、補強セラミック体１４によって補強され
ているため、機械的強度等は充分に維持される。このた
め、セル１０の取扱を容易とすることができる。また、
セル１０を燃料電池用基体２４中に挿入することによっ
て、固体電解質型燃料電池を容易に形成することがで
き、空気供給溝２０及び燃料供給溝２２とのシールも容
易に行うことができる。
極用電極の含浸及び電極を作成した後、集電板を取り付
ける。この様にして得られたセル１０は、固体電解質板
１２の内部抵抗の低下を図るべく、固体電解質板１２を
薄膜化しても、補強セラミック体１４によって補強され
ているため、機械的強度等は充分に維持される。このた
め、セル１０の取扱を容易とすることができる。また、
セル１０を燃料電池用基体２４中に挿入することによっ
て、固体電解質型燃料電池を容易に形成することがで
き、空気供給溝２０及び燃料供給溝２２とのシールも容
易に行うことができる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、固体電解質型燃料電池
用セルの内部抵抗の低下をセルの機械的強度を保持しつ
つ行うことができ、セルの取扱を容易に行うことができ
る。また、セルと空気供給溝等とのシールが容易化され
るため、平板型の固体電解質型燃料電池の実用化を図る
ことができる。
用セルの内部抵抗の低下をセルの機械的強度を保持しつ
つ行うことができ、セルの取扱を容易に行うことができ
る。また、セルと空気供給溝等とのシールが容易化され
るため、平板型の固体電解質型燃料電池の実用化を図る
ことができる。
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すセル１０の部分断面図である。
【図３】セル１０を燃料電池用基体中に挿入した状態を
説明する説明図である。
説明する説明図である。
【図４】従来の平板型の固体電解質型燃料電池の構成を
説明する説明図である。
説明する説明図である。
１０ 固体電解質型燃料電池用セル １２ 固体電解質板 １４ 補強セラミック体 １４ａ〜１４ｉ セラミック層 １６ 気密層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/02 H01M 8/12
Claims (6)
- 【請求項１】 イオン伝導性セラミックから成り且つ緻
密構造に形成された固体電解質板の複数枚の各々が補強
セラミック体を介して一体化された固体電解質型燃料電
池用セルであって、 該補強セラミック体が、ポーラス程度が順次変化し傾斜
構造を形成するように、互いにポーラス程度を異にする
セラミック層の複数層が積層されたセラミック体であ
り、 前記補強セラミック体の略中央に位置する中央層が最も
ポーラスな構造であると共に、 前記固体電解質板に接するセラミック層が固体電解質板
に近似した緻密構造であり、且つ前記中央層に接するセ
ラミック層が中央層に近似したポーラス構造 であること
を特徴とする固体電解質型燃料電池用セル。 - 【請求項２】 ポーラス程度を異にするセラミック層か
ら成る補強セラミック体が、各セラミック層の熱特性が
順次変化する傾斜構造であって、固体電解質板に接する
セラミック層の熱特性が固体電解質板に近似している請
求項１記載の固体電解質板型燃料電池用セル。 - 【請求項３】 ポーラス程度を異にするセラミック層か
ら成る補強セラミック体が、固体電解質板を形成するセ
ラミック成分と最もポーラスな構造である中央層を形成
するセラミック成分とが混合されて形成されたセラミッ
ク層の複数層から成り、 固体電解質板に接するセラミック層の組成が固体電解質
板の組成に近似し、前記中央層に接するセラミック層の
組成が中央層のセラミック層の組成に近似する請求項１
又は請求項２記載の固体電解質型燃料電池用セル。 - 【請求項４】 固体電解質板が、イットリア等の安定化
剤を添加して得られた安定化ジルコニア焼成体であり、
最もポーラスな構造である中央層がアルミナ焼成体であ
る請求項１、２又は請求項３記載の固体電解質型燃料電
池用セル。 - 【請求項５】 イオン伝導性セラミックから成る固体電
解質板を形成する固体電解質板形成用グリーンシートの
複数枚の各々を、補強セラミック体を形成する複数枚の
補強セラミック体グリーンシートを介して積層し焼成す
ることによって、固体電解質型燃料電池用セルを製造す
る際に、 該補強セラミック体の略中央に位置し最もポーラスな構
造のセラミック層である中央層から固体電解質板に接す
るセラミック層に至る間のポーラス程度が順次変化する
傾斜構造を形成可能とすべく、前記固体電解質板形成用
グリーンシートのセラミック成分と、前記中央層を形成
する中央層形成用グリーンシートのセラミック成分とを
混合して互いに組成を異にする複数枚の傾斜用グリーン
シートを形成した後、 前記固体電解質板形成用グリーンシートと中央層形成用
グリーンシートとの間に、前記傾斜構造が形成されるよ
うに、複数枚の傾斜用グリーンシートを順次積層して積
層体を形成し、 次いで、前記積層体を固体電解質形成用グリーンシート
の緻密化温度以上で且つ中央層形成用グリーンシートの
緻密化温度以下で焼成することを特徴とする固体電解質
型燃料電池用セルの製造方法。 - 【請求項６】 固体電解質板形成用グリーンシートをイ
ットリア等の安定化剤が添加されたジルコニアによって
形成し、中央層形成用グリーンシートをアルミナによっ
て形成すると共に、複数枚の傾斜用グリーンシートをイ
ットリア等の安定化剤が添加されたジルコニアとアルミ
ナとを混合した組成によって形成する請求項５記載の固
体電解質型燃料電池用セルの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01366793A JP3282866B2 (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 固体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01366793A JP3282866B2 (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 固体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06223847A JPH06223847A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3282866B2 true JP3282866B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=11839550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01366793A Expired - Fee Related JP3282866B2 (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 固体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3282866B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100674153B1 (ko) * | 1999-05-31 | 2007-01-24 | 자이단호징 덴료쿠추오켄큐쇼 | 평판형 고체 전해질 연료전지의 단위 셀과 이를 이용한 셀스택 |
| US6632554B2 (en) * | 2001-04-10 | 2003-10-14 | Hybrid Power Generation Systems, Llc | High performance cathodes for solid oxide fuel cells |
| JP3841149B2 (ja) | 2001-05-01 | 2006-11-01 | 日産自動車株式会社 | 固体電解質型燃料電池用単セル |
-
1993
- 1993-01-29 JP JP01366793A patent/JP3282866B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06223847A (ja) | 1994-08-12 |
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|---|---|---|---|
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