JP3342621B2 - 固体電解質型燃料電池セル - Google Patents
固体電解質型燃料電池セルInfo
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- JP3342621B2 JP3342621B2 JP28208595A JP28208595A JP3342621B2 JP 3342621 B2 JP3342621 B2 JP 3342621B2 JP 28208595 A JP28208595 A JP 28208595A JP 28208595 A JP28208595 A JP 28208595A JP 3342621 B2 JP3342621 B2 JP 3342621B2
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- solid electrolyte
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- 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
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- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、円筒型や平板型の
固体電解質型燃料電池セルに関し、特に集電体の改良に
関するものである。
固体電解質型燃料電池セルに関し、特に集電体の改良に
関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来より固体電解質型燃料電池セルはその
作動温度が１０００℃前後と高温であるため発電効率が
高く、第３世代の燃料電池として期待されている。一般
に、固体電解質型燃料電池セルとしては円筒型と平板型
の２種類が知られている。
作動温度が１０００℃前後と高温であるため発電効率が
高く、第３世代の燃料電池として期待されている。一般
に、固体電解質型燃料電池セルとしては円筒型と平板型
の２種類が知られている。
【０００３】平板型燃料電池セルは、発電の単位体積当
り出力密度が高いという特長を有するが、実用化に際し
てはガスシ−ル不完全性やセル内の温度分布の不均一性
などの問題がある。それに対して、円筒型燃料電池セル
では、出力密度は低いものの、セルの機械的強度が高
く、またセル内の温度の均一性が保てるという特長があ
る。両形状の固体電解質燃料電池セルとも、それぞれの
特長を生かして現在積極的に研究開発が進められてい
る。
り出力密度が高いという特長を有するが、実用化に際し
てはガスシ−ル不完全性やセル内の温度分布の不均一性
などの問題がある。それに対して、円筒型燃料電池セル
では、出力密度は低いものの、セルの機械的強度が高
く、またセル内の温度の均一性が保てるという特長があ
る。両形状の固体電解質燃料電池セルとも、それぞれの
特長を生かして現在積極的に研究開発が進められてい
る。
【０００４】円筒型燃料電池の単セルは、図２に示すよ
うにＬａＭｎＯ3 系材料からなる多孔性の円筒状空気極
１の表面に例えば、Ｙ2 Ｏ3 含有の安定化ＺｒＯ2 固体
電解質２が形成され、さらに固体電解質２の表面に多孔
性のＮｉ−ジルコニアなどからなる燃料極３が略同心円
状に形成されている。また、セル同士を接続するための
ＬａＣｒＯ3 系材料などからなる集電体４（インターコ
ネクタ）が空気極１と接続し、固体電解質２を貫通し、
燃料極３とは非接触の状態でセルの表面に露出してい
る。
うにＬａＭｎＯ3 系材料からなる多孔性の円筒状空気極
１の表面に例えば、Ｙ2 Ｏ3 含有の安定化ＺｒＯ2 固体
電解質２が形成され、さらに固体電解質２の表面に多孔
性のＮｉ−ジルコニアなどからなる燃料極３が略同心円
状に形成されている。また、セル同士を接続するための
ＬａＣｒＯ3 系材料などからなる集電体４（インターコ
ネクタ）が空気極１と接続し、固体電解質２を貫通し、
燃料極３とは非接触の状態でセルの表面に露出してい
る。
【０００５】そして、燃料電池モジュールにおいては、
上記構成からなる複数の単セルは、図３に示すように、
一方の単セルの集電体４が、他方の単セルの燃料極３に
Ｎｉフェルト５を介して当接し、複数の単セルが直列に
接続されていた。
上記構成からなる複数の単セルは、図３に示すように、
一方の単セルの集電体４が、他方の単セルの燃料極３に
Ｎｉフェルト５を介して当接し、複数の単セルが直列に
接続されていた。
【０００６】このような固体電解質型燃料電池セルの発
電は、図２に示したように、空気極１の内部に空気（酸
素）６を、外部に燃料（水素）７を流し、１０００℃前
後の温度で行われる。
電は、図２に示したように、空気極１の内部に空気（酸
素）６を、外部に燃料（水素）７を流し、１０００℃前
後の温度で行われる。
【０００７】平板型燃料電池セルは、円筒型と同じ材料
を用いて、図４に示すように、固体電解質８の上面に多
孔性の空気極９を、下面に多孔性の燃料極１０を設けて
構成されている。複数の単セルは、一方の単セルの集電
体１１（セパレータ）が、他方の単セルの燃料極１０に
Ｎｉフェルト等を介して当接し直列に接続される。
を用いて、図４に示すように、固体電解質８の上面に多
孔性の空気極９を、下面に多孔性の燃料極１０を設けて
構成されている。複数の単セルは、一方の単セルの集電
体１１（セパレータ）が、他方の単セルの燃料極１０に
Ｎｉフェルト等を介して当接し直列に接続される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セル同
士の接続において、集電体４と燃料極３をＮｉフェルト
５を介して接触させた従来の構造においては、集電体４
とＮｉフェルト５間の電気的な接触抵抗が大きく、その
結果発電の出力が小さいという問題があった。
士の接続において、集電体４と燃料極３をＮｉフェルト
５を介して接触させた従来の構造においては、集電体４
とＮｉフェルト５間の電気的な接触抵抗が大きく、その
結果発電の出力が小さいという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題に
対して検討を重ねた結果、集電体表面に予め導電性の金
属を被覆することにより、集電体とＮｉフェルト間の電
気的な接触抵抗を低減することができることを見出し、
本発明に至った。
対して検討を重ねた結果、集電体表面に予め導電性の金
属を被覆することにより、集電体とＮｉフェルト間の電
気的な接触抵抗を低減することができることを見出し、
本発明に至った。
【００１０】即ち、本発明の固体電解質型燃料電池セル
は、固体電解質の片面に空気極が、他面に燃料極が形成
された燃料電池セル本体の外面に、前記空気極または前
記燃料極と電気的に接続する集電体を設けてなる固体電
解質型燃料電池セルにおいて、前記集電体表面に、Ｎ
ｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金属
を含む厚み５〜５０μｍの導電体層を形成してなるとと
もに、該導電体層中に、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＺｒＯ2，
ＣｅＯ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4およびそれ
らの固溶体から選ばれた少なくとも一種のセラミック粒
子を１０〜３０重量％含有するものである。
は、固体電解質の片面に空気極が、他面に燃料極が形成
された燃料電池セル本体の外面に、前記空気極または前
記燃料極と電気的に接続する集電体を設けてなる固体電
解質型燃料電池セルにおいて、前記集電体表面に、Ｎ
ｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金属
を含む厚み５〜５０μｍの導電体層を形成してなるとと
もに、該導電体層中に、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＺｒＯ2，
ＣｅＯ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4およびそれ
らの固溶体から選ばれた少なくとも一種のセラミック粒
子を１０〜３０重量％含有するものである。
【００１１】
【作用】燃料電池モジュールにおいて、隣接するセル同
士の接続は、一方のセルのセラミック集電体がＮｉフェ
ルトを介して他方のセルの燃料極に当接して電気的に接
続していたが、本発明の燃料電池セルでは、集電体の表
面に金属を含有する導電体層を形成したことにより、集
電体表面の導電体層とＮｉフェルトとが接触するため、
集電体とＮｉフェルトとの電気的な接触抵抗が小さくな
り、発電の出力を向上することができる。
士の接続は、一方のセルのセラミック集電体がＮｉフェ
ルトを介して他方のセルの燃料極に当接して電気的に接
続していたが、本発明の燃料電池セルでは、集電体の表
面に金属を含有する導電体層を形成したことにより、集
電体表面の導電体層とＮｉフェルトとが接触するため、
集電体とＮｉフェルトとの電気的な接触抵抗が小さくな
り、発電の出力を向上することができる。
【００１２】さらに、集電体表面に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｗ，
Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金属７０〜９０重量
％と、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＺｒＯ2，ＣｅＯ2，ＭｇＡｌ
2Ｏ4，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4およびそれらの固溶体から選ば
れた少なくとも一種のセラミック粒子を１０〜３０重量
％とからなる導電体層を５〜５０μｍ被覆することによ
り、導電体層中の金属が発電中に焼結することを防止で
き，集電体とＮｉフェルトとの電気的な接触抵抗が小さ
い状態を長時間維持することができ、さらにセルの長期
的安定性が得られる。
Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金属７０〜９０重量
％と、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＺｒＯ2，ＣｅＯ2，ＭｇＡｌ
2Ｏ4，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4およびそれらの固溶体から選ば
れた少なくとも一種のセラミック粒子を１０〜３０重量
％とからなる導電体層を５〜５０μｍ被覆することによ
り、導電体層中の金属が発電中に焼結することを防止で
き，集電体とＮｉフェルトとの電気的な接触抵抗が小さ
い状態を長時間維持することができ、さらにセルの長期
的安定性が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の円筒型の固体電解質型燃
料電池セルは、図１に示すように、円筒状の固体電解質
３１の内面に空気極３２、外面に燃料極３３を形成して
燃料電池セル本体３４が構成されており、この燃料電池
セル本体３４の外面に、空気極３２と電気的に接続する
集電体３５を設けてなるものである。即ち、固体電解質
３１の一部に切欠部３６が形成され、固体電解質３１の
内面に形成されている空気極３２の一部が露出してお
り、この露出面３７及び切欠部３６近傍の固体電解質３
１の表面が集電体３５により被覆されている。尚、本発
明の円筒型燃料電池セルは、電気抵抗の大きな多孔質支
持管を形成し、この多孔質支持管の外面に空気極３２，
固体電解質３１，燃料極３３を順次積層して構成しても
良い。
料電池セルは、図１に示すように、円筒状の固体電解質
３１の内面に空気極３２、外面に燃料極３３を形成して
燃料電池セル本体３４が構成されており、この燃料電池
セル本体３４の外面に、空気極３２と電気的に接続する
集電体３５を設けてなるものである。即ち、固体電解質
３１の一部に切欠部３６が形成され、固体電解質３１の
内面に形成されている空気極３２の一部が露出してお
り、この露出面３７及び切欠部３６近傍の固体電解質３
１の表面が集電体３５により被覆されている。尚、本発
明の円筒型燃料電池セルは、電気抵抗の大きな多孔質支
持管を形成し、この多孔質支持管の外面に空気極３２，
固体電解質３１，燃料極３３を順次積層して構成しても
良い。
【００１４】空気極３２と電気的に接続する集電体３５
は、燃料電池セル本体３４の外面に形成され段差のない
連続同一面３９を覆うように形成されており、燃料極３
３とは電気的に接続されていない。この集電体３５は、
セル同士を接続する際に、他のセルの燃料極にＮｉフェ
ルトを介して電気的に接続され、これにより燃料電池モ
ジュールが構成されるのである。
は、燃料電池セル本体３４の外面に形成され段差のない
連続同一面３９を覆うように形成されており、燃料極３
３とは電気的に接続されていない。この集電体３５は、
セル同士を接続する際に、他のセルの燃料極にＮｉフェ
ルトを介して電気的に接続され、これにより燃料電池モ
ジュールが構成されるのである。
【００１５】連続同一面３９は、固体電解質３１の内面
に形成されている空気極３２の一部を露出させるととも
に、固体電解質３１の端面と空気極３２の露出面３７と
を連続したほぼ同一面（固体電解質３１の端面と空気極
３２の露出面３７とがほぼ段差のない平面状態）となし
て構成されている。この連続同一面３９は固体電解質成
形体の一部と空気極成形体の一部とが連続したほぼ同一
面となるまでセル本体の外周面を研摩することにより形
成されている。
に形成されている空気極３２の一部を露出させるととも
に、固体電解質３１の端面と空気極３２の露出面３７と
を連続したほぼ同一面（固体電解質３１の端面と空気極
３２の露出面３７とがほぼ段差のない平面状態）となし
て構成されている。この連続同一面３９は固体電解質成
形体の一部と空気極成形体の一部とが連続したほぼ同一
面となるまでセル本体の外周面を研摩することにより形
成されている。
【００１６】そして、本発明の固体電解質型燃料電池セ
ルでは、集電体３５の表面に、即ち、他のセルの燃料極
とＮｉフェルトを介して当接する面に、Ｎｉ，Ｃｏ，
Ｗ，Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金属からなる厚
み０．５〜２００μｍの導電体層４１が形成されてい
る。導電体層４１はＮｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔｉの単体でも、
それらの固溶体でも、またそれらの合金であってもよ
い。導電体層４１の厚みを０．５〜２００μｍとしたの
は、厚みが０．５μｍより薄いと発電中に金属が焼結し
て凝集し、Ｎｉフェルトとの接触抵抗低減の効果が極め
て小さいからである。
ルでは、集電体３５の表面に、即ち、他のセルの燃料極
とＮｉフェルトを介して当接する面に、Ｎｉ，Ｃｏ，
Ｗ，Ｔｉから選ばれた少なくとも一種の金属からなる厚
み０．５〜２００μｍの導電体層４１が形成されてい
る。導電体層４１はＮｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔｉの単体でも、
それらの固溶体でも、またそれらの合金であってもよ
い。導電体層４１の厚みを０．５〜２００μｍとしたの
は、厚みが０．５μｍより薄いと発電中に金属が焼結し
て凝集し、Ｎｉフェルトとの接触抵抗低減の効果が極め
て小さいからである。
【００１７】一方、厚みが２００μｍを越えるとセラミ
ック製の集電体３５との熱膨脹係数の違いから導電体層
４１が容易に剥離するからである。導電体層４１の厚み
としては、金属の焼結を抑制し、導電体層との熱膨張係
数の差の影響を小さくするという観点から、５〜５０μ
ｍが特に優れている。導電体層４１の金属としては、導
電性の観点からＮｉ，Ｃｏが望ましい。
ック製の集電体３５との熱膨脹係数の違いから導電体層
４１が容易に剥離するからである。導電体層４１の厚み
としては、金属の焼結を抑制し、導電体層との熱膨張係
数の差の影響を小さくするという観点から、５〜５０μ
ｍが特に優れている。導電体層４１の金属としては、導
電性の観点からＮｉ，Ｃｏが望ましい。
【００１８】導電体層４１は、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔｉか
ら選ばれた少なくとも一種の金属の他に、Ａｌ2 Ｏ3 ，
ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，Ｓｉ
Ｃ，Ｓｉ3 Ｎ4 及びそれらの固溶体から選ばれた少なく
とも一種のセラミック粒子を１〜７０重量％含有するも
のであっても良い。これらのセラミック粒子を分散させ
ることにより導電体層４１中の金属の焼結を完全に抑制
することができるのである。
ら選ばれた少なくとも一種の金属の他に、Ａｌ2 Ｏ3 ，
ＭｇＯ，ＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，Ｓｉ
Ｃ，Ｓｉ3 Ｎ4 及びそれらの固溶体から選ばれた少なく
とも一種のセラミック粒子を１〜７０重量％含有するも
のであっても良い。これらのセラミック粒子を分散させ
ることにより導電体層４１中の金属の焼結を完全に抑制
することができるのである。
【００１９】分散させるセラミック粒子の大きさとして
は，導電体層４１中の金属の焼結防止の観点から０．０
１〜２０μｍ、特に１〜５μｍが優れている。また、セ
ラミック粒子の割合を１〜７０重量％としたのは、含有
量が１重量％より少ないと金属の焼結抑制効果が極めて
小さく、７０重量％を越えると電気伝導度が小さくなり
セルの出力が低下するからである。セラミック粒子の割
合としては、焼結抑制効果向上および電気伝導度の向上
の点から、１０〜３０重量％が特に優れている。これら
セラミック粒子を分散させた導電体層４１の厚みとして
は、上記した金属からなる導電体層４１の場合と同様、
０．５〜２００μｍの範囲が好ましい。
は，導電体層４１中の金属の焼結防止の観点から０．０
１〜２０μｍ、特に１〜５μｍが優れている。また、セ
ラミック粒子の割合を１〜７０重量％としたのは、含有
量が１重量％より少ないと金属の焼結抑制効果が極めて
小さく、７０重量％を越えると電気伝導度が小さくなり
セルの出力が低下するからである。セラミック粒子の割
合としては、焼結抑制効果向上および電気伝導度の向上
の点から、１０〜３０重量％が特に優れている。これら
セラミック粒子を分散させた導電体層４１の厚みとして
は、上記した金属からなる導電体層４１の場合と同様、
０．５〜２００μｍの範囲が好ましい。
【００２０】セラミック粒子としては、熱膨張率の観点
からＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 ，ＭｇＯが望ましい。
からＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 ，ＭｇＯが望ましい。
【００２１】本発明の円筒型の固体電解質型燃料電池セ
ルは、例えば、空気極を形成する粉末を用いて円筒状成
形体を作製する。この円筒状成形体は、例えば、空気極
形成粉末を押出成形したり、静水圧成形（ラバープレ
ス）したりして形成される。さらに他の方法としては、
ドクターブレード法などにより空気極形成粉末をシート
状に成形した後、そのシート状成形体を所定の円柱状支
持体の表面に巻き付けて端部を合わせ接合することによ
っても円筒状成形体を作製することができる。円筒状成
形体の肉厚は１〜３ｍｍが適当である。
ルは、例えば、空気極を形成する粉末を用いて円筒状成
形体を作製する。この円筒状成形体は、例えば、空気極
形成粉末を押出成形したり、静水圧成形（ラバープレ
ス）したりして形成される。さらに他の方法としては、
ドクターブレード法などにより空気極形成粉末をシート
状に成形した後、そのシート状成形体を所定の円柱状支
持体の表面に巻き付けて端部を合わせ接合することによ
っても円筒状成形体を作製することができる。円筒状成
形体の肉厚は１〜３ｍｍが適当である。
【００２２】空気極を形成する粉末としては、ＬａＭｎ
Ｏ3 系組成物からなり、具体的には、Ｌａの１５〜２０
原子％をＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素によ
り置換したＬａＭｎＯ3 系組成物が挙げられ、これらは
金属酸化物を所定の割合で混合したものを仮焼してなる
ＬａＭｎＯ3 系化合物粉末であることが望ましい。空気
極形成粉末からなるシ−ト状成形体の厚みは１００〜３
０００μｍが適当である。
Ｏ3 系組成物からなり、具体的には、Ｌａの１５〜２０
原子％をＣａ，Ｓｒ，Ｂａなどのアルカリ土類元素によ
り置換したＬａＭｎＯ3 系組成物が挙げられ、これらは
金属酸化物を所定の割合で混合したものを仮焼してなる
ＬａＭｎＯ3 系化合物粉末であることが望ましい。空気
極形成粉末からなるシ−ト状成形体の厚みは１００〜３
０００μｍが適当である。
【００２３】次に固体電解質および集電体を形成する粉
末により固体電解質および集電体のシート状成形体をそ
れぞれ作製する。このシート状成形体は、ドクターブレ
ード法や押出成形法により周知の方法で作製される。
末により固体電解質および集電体のシート状成形体をそ
れぞれ作製する。このシート状成形体は、ドクターブレ
ード法や押出成形法により周知の方法で作製される。
【００２４】固体電解質粉末としては、ＺｒＯ2 に対し
てＹ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 などの安定化材を３〜１５モル
％の割合で固溶させた部分安定化ＺｒＯ2 あるいは安定
化ＺｒＯ2 粉末、およびＹ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｇｄ2
Ｏ3 等を１０〜３０モル％含有するＣｅＯ2 粉末が用い
られる。また、集電体を形成する粉末としては、Ｃａ，
Ｍｇ，Ｓｒを固溶したＬａＣｒＯ3 が用いられる。
てＹ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 などの安定化材を３〜１５モル
％の割合で固溶させた部分安定化ＺｒＯ2 あるいは安定
化ＺｒＯ2 粉末、およびＹ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｇｄ2
Ｏ3 等を１０〜３０モル％含有するＣｅＯ2 粉末が用い
られる。また、集電体を形成する粉末としては、Ｃａ，
Ｍｇ，Ｓｒを固溶したＬａＣｒＯ3 が用いられる。
【００２５】次に、上記のようにして得られた空気極の
円筒状成形体の表面に固体電解質のシート状成形体を巻
き付けた後、固体電解質のシート状成形体の端部部分を
研摩して平坦状となした後、集電体のシート状成形体を
積層圧着する。また場合によっては、固体電解質のシー
ト状成形体の表面に燃料極のシート状成形体を巻き付け
てもよい。各シ−ト状成形体の間にはアクリル樹脂や有
機溶媒などを接着材を介在させると接着が良くなる。
円筒状成形体の表面に固体電解質のシート状成形体を巻
き付けた後、固体電解質のシート状成形体の端部部分を
研摩して平坦状となした後、集電体のシート状成形体を
積層圧着する。また場合によっては、固体電解質のシー
ト状成形体の表面に燃料極のシート状成形体を巻き付け
てもよい。各シ−ト状成形体の間にはアクリル樹脂や有
機溶媒などを接着材を介在させると接着が良くなる。
【００２６】上記のようにして得られた積層成形体を酸
化性雰囲気中で円筒状形成体と積層されたシート状成形
体を同時に焼成する。具体的には大気中で１３００〜１
７００℃で３〜１５時間程度焼成することにより、少な
くとも固体電解質が相対密度９６％以上の緻密質になる
ように焼成する。なお、空気極は相対密度が６０〜７５
％程度であれば充分である。
化性雰囲気中で円筒状形成体と積層されたシート状成形
体を同時に焼成する。具体的には大気中で１３００〜１
７００℃で３〜１５時間程度焼成することにより、少な
くとも固体電解質が相対密度９６％以上の緻密質になる
ように焼成する。なお、空気極は相対密度が６０〜７５
％程度であれば充分である。
【００２７】燃料極は、得られた空気極と固体電解質、
集電体からなる円筒型の一体焼結体の固体電解質の表面
に、燃料極を形成する粉末からなるスラリーをスクリー
ン印刷などにより塗布するか、または燃料極粉末からな
るシ−ト状成形体を表面に積層圧着した後に酸化性雰囲
気中で１３００〜１５００℃で焼き付け処理して燃料極
を形成してもよい。なお、燃料極を形成する粉末として
は、ＣｅＯ2 あるいはＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 を含有）とＮ
ｉＯ粉末との混合物が好適に使用できる。
集電体からなる円筒型の一体焼結体の固体電解質の表面
に、燃料極を形成する粉末からなるスラリーをスクリー
ン印刷などにより塗布するか、または燃料極粉末からな
るシ−ト状成形体を表面に積層圧着した後に酸化性雰囲
気中で１３００〜１５００℃で焼き付け処理して燃料極
を形成してもよい。なお、燃料極を形成する粉末として
は、ＣｅＯ2 あるいはＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 を含有）とＮ
ｉＯ粉末との混合物が好適に使用できる。
【００２８】そして、集電体の表面に、従来用いられて
いるＣＶＤ法、スパッタ法の他に電解メッキおよび無電
解メッキなどにより、導電体層を形成する。導電体層
は、その他溶媒中に金属を分散した溶液中に試料をディ
ップするいわゆるスラリ−ディップ法や、ドクタ−ブレ
−ド法で薄いテ−プを作製し前記集電体表面に張り付け
て形成してもよい。また、これら導電体層が形成される
集電体の表面は、滑らかでなく周期的に凹凸が構成され
ている場合には、セルの出力密度がさらに向上する。
いるＣＶＤ法、スパッタ法の他に電解メッキおよび無電
解メッキなどにより、導電体層を形成する。導電体層
は、その他溶媒中に金属を分散した溶液中に試料をディ
ップするいわゆるスラリ−ディップ法や、ドクタ−ブレ
−ド法で薄いテ−プを作製し前記集電体表面に張り付け
て形成してもよい。また、これら導電体層が形成される
集電体の表面は、滑らかでなく周期的に凹凸が構成され
ている場合には、セルの出力密度がさらに向上する。
【００２９】本発明においては、燃料電池セル本体３４
の表面に連続同一面３９を形成し、この連続同一面３９
に集電体３５を形成することにより、集電体３５が歪む
ことなく積層され、集電体内に無理な応力が発生せず、
集電体３５上部に連続したクラックや集電体３５端部の
一部に剥がれが発生せず、集電体３５に欠陥が発生しな
いが、固体電解質３１表面を研摩しない状態で集電体３
５を積層しても良い。
の表面に連続同一面３９を形成し、この連続同一面３９
に集電体３５を形成することにより、集電体３５が歪む
ことなく積層され、集電体内に無理な応力が発生せず、
集電体３５上部に連続したクラックや集電体３５端部の
一部に剥がれが発生せず、集電体３５に欠陥が発生しな
いが、固体電解質３１表面を研摩しない状態で集電体３
５を積層しても良い。
【００３０】また、従来の図２に示す固体電解質型燃料
電池セルの集電体の表面に導電体層を形成しても良い。
電池セルの集電体の表面に導電体層を形成しても良い。
【００３１】また、本発明は円筒型燃料電池の集電体と
Ｎｉフェルト間の接触抵抗についての改善について説明
したが、セラミック製の集電体を有する、例えば、図４
に示した平板型燃料電池セルおいても有効である。平板
型燃料電池セルの燃料極とセラミック製の集電体間にお
いても同様に接触抵抗の問題が発生するため、平板型燃
料電池セルにおいてもセラミック製の集電体表面に本発
明を適用すれば容易に接触抵抗の問題を解決することが
できるのである。
Ｎｉフェルト間の接触抵抗についての改善について説明
したが、セラミック製の集電体を有する、例えば、図４
に示した平板型燃料電池セルおいても有効である。平板
型燃料電池セルの燃料極とセラミック製の集電体間にお
いても同様に接触抵抗の問題が発生するため、平板型燃
料電池セルにおいてもセラミック製の集電体表面に本発
明を適用すれば容易に接触抵抗の問題を解決することが
できるのである。
【００３２】
【実施例】参考例 空気極を形成する粉末として平均粒子径６μｍのＬａ
0.85Ｃａ0.15ＭｎＯ3を、固体電解質を形成する粉末と
して平均粒子径０．５μｍのＹ2Ｏ3を１０モル％の割合
で含有する共沈法ＺｒＯ2粉末を準備した。また、燃料
極を形成する粉末としてＮｉＯ粉末とＺｒＯ2（Ｙ2Ｏ3
含有）粉末を重量比で８０：２０の割合で混合したもの
を、集電体を形成する粉末として市販の平均粒子径１μ
ｍのＬａ0.8Ｃａ0.21ＣｒＯ3からなる化合物粉末を準備
した。
0.85Ｃａ0.15ＭｎＯ3を、固体電解質を形成する粉末と
して平均粒子径０．５μｍのＹ2Ｏ3を１０モル％の割合
で含有する共沈法ＺｒＯ2粉末を準備した。また、燃料
極を形成する粉末としてＮｉＯ粉末とＺｒＯ2（Ｙ2Ｏ3
含有）粉末を重量比で８０：２０の割合で混合したもの
を、集電体を形成する粉末として市販の平均粒子径１μ
ｍのＬａ0.8Ｃａ0.21ＣｒＯ3からなる化合物粉末を準備
した。
【００３３】上記の６μｍのＬａＣａＭｎＯ3 粉末を水
を溶媒としてスラリーを作製し、このスラリーを用いて
押出成形装置により内径１３ｍｍ、外径１６ｍｍの円筒
状の成形体を得た。一方、上記Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2
粉末、Ｌａ0.8 Ｃａ0.21ＣｒＯ3 およびＮｉＯ粉末とＺ
ｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 含有）の混合粉末をそれぞれ水を溶媒
としてスラリーを作製し、これをドクターブレード法に
より厚み２００μｍの電解質シ−ト、集電体シ−トおよ
び燃料極シートを作製した。そして、円筒状成形体の表
面にアクリル樹脂からなる接着材を介して、上記固体電
解質シートを巻き付け、その端面間を研摩して連続同一
面を形成し、この面に前記接着材を介して集電体のシー
ト状成形体を積層し、さらに、燃料極シートを固体電解
質シートの表面に接着材を介して積層して圧着し、大気
中において１５００℃で３時間焼成した。
を溶媒としてスラリーを作製し、このスラリーを用いて
押出成形装置により内径１３ｍｍ、外径１６ｍｍの円筒
状の成形体を得た。一方、上記Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2
粉末、Ｌａ0.8 Ｃａ0.21ＣｒＯ3 およびＮｉＯ粉末とＺ
ｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 含有）の混合粉末をそれぞれ水を溶媒
としてスラリーを作製し、これをドクターブレード法に
より厚み２００μｍの電解質シ−ト、集電体シ−トおよ
び燃料極シートを作製した。そして、円筒状成形体の表
面にアクリル樹脂からなる接着材を介して、上記固体電
解質シートを巻き付け、その端面間を研摩して連続同一
面を形成し、この面に前記接着材を介して集電体のシー
ト状成形体を積層し、さらに、燃料極シートを固体電解
質シートの表面に接着材を介して積層して圧着し、大気
中において１５００℃で３時間焼成した。
【００３４】この後、集電体表面に市販の無電解メッキ
液を用いて無電解メッキ法により表１に示す金属または
合金を表１に示す厚みに被覆して導電体層を形成し、図
１に示した燃料電池セルを作製した。この後、導電体層
にＮｉフェルトを張り付け、円筒状セルの内側に酸素
を、外側に水素を流して１０００℃で１０００時間発電
を行い出力密度を測定した。また、導電体層の厚みは走
査型電子顕微鏡で測定した。この結果を表１に示した。
液を用いて無電解メッキ法により表１に示す金属または
合金を表１に示す厚みに被覆して導電体層を形成し、図
１に示した燃料電池セルを作製した。この後、導電体層
にＮｉフェルトを張り付け、円筒状セルの内側に酸素
を、外側に水素を流して１０００℃で１０００時間発電
を行い出力密度を測定した。また、導電体層の厚みは走
査型電子顕微鏡で測定した。この結果を表１に示した。
【００３５】
【表１】
【００３６】この表１より、集電体表面に導電体層を形
成しない試料Ｎｏ．１および導電体層の厚みが０．５μ
ｍより薄い試料Ｎｏ．２は出力密度が低く、金属層の厚
みが２００μｍより厚い試料Ｎｏ．１１，１４では発電
中に導電体層の剥離が見られた。それに対して、導電体
層の厚みが０．５〜２００μｍの試料は全て高い出力密
度を示した。
成しない試料Ｎｏ．１および導電体層の厚みが０．５μ
ｍより薄い試料Ｎｏ．２は出力密度が低く、金属層の厚
みが２００μｍより厚い試料Ｎｏ．１１，１４では発電
中に導電体層の剥離が見られた。それに対して、導電体
層の厚みが０．５〜２００μｍの試料は全て高い出力密
度を示した。
【００３７】実施例 参考例で作製したセルを用い、導電体層を無電解メッキ
液を用いて無電解メッキ法により、表２に示す組成と厚
みになるように平均粒子径が０．１〜１μｍのＡｌ
2Ｏ3，ＭｇＯ，ＺｒＯ2（１０モル％のＹ2Ｏ3含有），
ＣｅＯ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4のセラミッ
ク粒子を分散させたＮｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔｉおよびそれら
の合金からなる導電体層を集電体表面に形成した。その
後、参考例に従い発電を行い出力密度を測定した。この
結果を表２に示す。
液を用いて無電解メッキ法により、表２に示す組成と厚
みになるように平均粒子径が０．１〜１μｍのＡｌ
2Ｏ3，ＭｇＯ，ＺｒＯ2（１０モル％のＹ2Ｏ3含有），
ＣｅＯ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4のセラミッ
ク粒子を分散させたＮｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔｉおよびそれら
の合金からなる導電体層を集電体表面に形成した。その
後、参考例に従い発電を行い出力密度を測定した。この
結果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】この表２より、セラミックの含有量が１重
量％より少ない試料Ｎｏ．２２では出力密度向上の効果
が小さかった。それに対してセラミックの含有量が１〜
７０重量％のものは、セラミックを添加しない場合より
も高い出力密度を示した。
量％より少ない試料Ｎｏ．２２では出力密度向上の効果
が小さかった。それに対してセラミックの含有量が１〜
７０重量％のものは、セラミックを添加しない場合より
も高い出力密度を示した。
【００４０】
【発明の効果】本発明の固体電解質型燃料電池セルで
は、集電体の表面に導電体層を形成したので、セル同士
を接続するに際して、集電体表面の導電体層とＮｉフェ
ルトとが接触するため、集電体と金属との接触面積が大
きくなり、この集電体とＮｉフェルトとの電気的な接触
抵抗が小さくなり、発電の出力を向上することができ、
高出力で長期安定性のあるセルを提供できる。
は、集電体の表面に導電体層を形成したので、セル同士
を接続するに際して、集電体表面の導電体層とＮｉフェ
ルトとが接触するため、集電体と金属との接触面積が大
きくなり、この集電体とＮｉフェルトとの電気的な接触
抵抗が小さくなり、発電の出力を向上することができ、
高出力で長期安定性のあるセルを提供できる。
【図１】本発明の円筒型燃料電池セルを示す断面図であ
る。
る。
【図２】従来の円筒型燃料電池セルを示す斜視図であ
る。
る。
【図３】従来の円筒型燃料電池セル同士を接続した場合
を説明する縦断面図である。
を説明する縦断面図である。
【図４】従来の平板型燃料電池セルを示す斜視図であ
る。
る。
【符号の説明】 ３１・・・固体電解質 ３２・・・空気極 ３３・・・燃料極 ３５・・・集電体 ４１・・・導電体層
───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)
- 【請求項１】固体電解質の片面に空気極が、他面に燃料
極が形成された燃料電池セル本体の外面に、前記空気極
または前記燃料極と電気的に接続する集電体を設けてな
る固体電解質型燃料電池セルにおいて、前記集電体表面
に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｔｉから選ばれた少なくとも一種
の金属を含む厚み５〜５０μｍの導電体層を形成してな
るとともに、該導電体層中に、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，Ｚｒ
Ｏ2，ＣｅＯ2，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4および
それらの固溶体から選ばれた少なくとも一種のセラミッ
ク粒子を１０〜３０重量％含有することを特徴とする固
体電解質型燃料電池セル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28208595A JP3342621B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 固体電解質型燃料電池セル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28208595A JP3342621B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 固体電解質型燃料電池セル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09129250A JPH09129250A (ja) | 1997-05-16 |
| JP3342621B2 true JP3342621B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=17647938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28208595A Expired - Fee Related JP3342621B2 (ja) | 1995-10-30 | 1995-10-30 | 固体電解質型燃料電池セル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3342621B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4859279B2 (ja) * | 2001-04-20 | 2012-01-25 | 京セラ株式会社 | 固体電解質形燃料電池セル及び燃料電池 |
| KR101188997B1 (ko) | 2010-06-17 | 2012-10-08 | 삼성에스디아이 주식회사 | 고체산화물 연료전지 |
| JP4685192B1 (ja) * | 2010-07-27 | 2011-05-18 | 富久代 市村 | シリコン化合物による固体型二次電池及びその製造方法 |
| JP4800440B1 (ja) * | 2010-12-22 | 2011-10-26 | 富久代 市村 | シリコン化合物による固体型二次電池及びその製造方法 |
| KR101121110B1 (ko) * | 2011-06-10 | 2012-03-20 | 한국에너지기술연구원 | 연료전지용 집전체 |
| JP6166151B2 (ja) * | 2013-10-30 | 2017-07-19 | 京セラ株式会社 | セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置 |
-
1995
- 1995-10-30 JP JP28208595A patent/JP3342621B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09129250A (ja) | 1997-05-16 |
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