JP4906794B2 - Cell stack and solid oxide fuel cell - Google Patents
Cell stack and solid oxide fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP4906794B2 JP4906794B2 JP2008162963A JP2008162963A JP4906794B2 JP 4906794 B2 JP4906794 B2 JP 4906794B2 JP 2008162963 A JP2008162963 A JP 2008162963A JP 2008162963 A JP2008162963 A JP 2008162963A JP 4906794 B2 JP4906794 B2 JP 4906794B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- current collecting
- collecting member
- metal
- oxide
- 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
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 84
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 49
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 49
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 11
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 33
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 30
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 30
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 21
- 239000012756 surface treatment agent Substances 0.000 description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 14
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 12
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 11
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 10
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002127 La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910017771 LaFeO Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 3
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 3
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017563 LaCrO Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- -1 iron group metal oxide Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910003026 (La,Sr)(Co,Fe)O3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[La+3] NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010344 co-firing Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、セルスタック及び固体電解質形燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a cell stack and a solid oxide fuel cell.
次世代エネルギーとして、近年、燃料電池が種々提案されている。このような燃料電池には、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形、固体電解質形など、各種のものが知られているが、中でも固体電解質形の燃料電池は、作動温度が1000℃程度と高いものの、発電効率が高く、また排熱利用ができるなどの利点を有しており、その研究開発が推し進められている。 In recent years, various fuel cells have been proposed as next-generation energy. Various types of fuel cells such as a solid polymer type, a phosphoric acid type, a molten carbonate type, and a solid electrolyte type are known. Among them, a solid electrolyte type fuel cell has an operating temperature of 1000. Although it is as high as about ℃, it has advantages such as high power generation efficiency and the ability to use waste heat, and its research and development is being promoted.
固体電解質形燃料電池は、燃料極と酸素極(空気極)とを固体電解質を間に挟んで構成された燃料電池セルの複数を、金属乃至合金製の集電部材によって互いに電気的に接続することにより電流を取り出す構造となっている。 In a solid electrolyte fuel cell, a plurality of fuel cells each having a fuel electrode and an oxygen electrode (air electrode) sandwiched between solid electrolytes are electrically connected to each other by a metal or alloy current collecting member. Thus, the current is extracted.
ところで、上記のような構造の燃料電池では、燃料極には燃料ガスが供給され、酸素極には空気等の酸素含有ガスが供給されるため、集電部材は、ガス透過性を有していると同時に酸化や還元に対する耐性の良好なものでなければならない。従来公知の集電部材としては、金属或いは合金製の繊維から形成されたフェルトが使用されていたが、フェルトは比表面積が大きく、容易に酸化されてしまうため、このフェルトの繊維表面にペロブスカイト型酸化物を担持させることが提案されている(例えば特許文献1参照)。 By the way, in the fuel cell having the above structure, since the fuel gas is supplied to the fuel electrode and the oxygen-containing gas such as air is supplied to the oxygen electrode, the current collecting member has gas permeability. At the same time, it must have good resistance to oxidation and reduction. As a conventionally known current collecting member, a felt formed of a metal or alloy fiber has been used. However, since the felt has a large specific surface area and is easily oxidized, a perovskite type is formed on the surface of the felt fiber. It has been proposed to support an oxide (see, for example, Patent Document 1).
上記のようにペロブスカイト型酸化物が繊維表面に担持されている集電部材では、該酸化物によって繊維表面の酸化が防止され、酸化による抵抗増大を抑制できるとともに、繊維と繊維の交差する部分にペロブスカイト型酸化物が付着しているため、フェルトのクリープ(塑性変形)による繊維間隙の低減が抑制され、ガス透過性の低下を回避できるという利点がある。 In the current collecting member in which the perovskite oxide is supported on the fiber surface as described above, the oxidation of the fiber surface is prevented by the oxide, and an increase in resistance due to the oxidation can be suppressed, and at the portion where the fiber and the fiber cross each other. Since the perovskite oxide is attached, the reduction of the fiber gap due to the creep (plastic deformation) of the felt is suppressed, and there is an advantage that a decrease in gas permeability can be avoided.
しかしながら、ペロブスカイト型酸化物によって処理された集電部材は、初期抵抗が比較的大きく、また耐久性も低いという欠点があった。即ち、長期にわたる使用により抵抗が増大し、電池の出力低下が生じるという欠点を有している。 However, the current collector treated with the perovskite oxide has the disadvantages that the initial resistance is relatively large and the durability is low. That is, there is a drawback that the resistance increases due to long-term use, and the output of the battery is reduced.
従って、本発明の目的は、初期抵抗が低く、且つ耐久性に優れ、長期使用による抵抗増大が抑制され、電池の出力低下を有効に回避することが可能な集電部材を使用したセルスタックを提供することにある。
本発明の他の目的は、前記セルスタックの複数個を収納して電気的に接続してなる固体電解質形燃料電池を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a cell stack using a current collecting member that has a low initial resistance, excellent durability, suppresses an increase in resistance due to long-term use, and can effectively avoid a decrease in battery output. It is to provide.
Another object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell in which a plurality of the cell stacks are housed and electrically connected.
本発明によれば、固体電解質形燃料電池セル間に金属乃至合金製の集電部材を介して電気的に直列に接続してなるセルスタックであって、前記集電部材の表面に、ペロブスカイト型酸化物と、Fe、Cr、Co及びMnから選択される少なくとも1種の金属の酸化物とを有するとともに、前記Fe、Cr、Co及びMnから選択される少なくとも1種の金属の含有量が、前記ペロブスカイト型酸化物100質量部当り0.1〜10質量部であることを特徴とするセルスタックが提供される。
本発明によれば、収納容器内に、前記のセルスタックの複数個を収納して電気的に接続してなることを特徴とする固体電解質形燃料電池が提供される。
According to the present invention, there is provided a cell stack in which solid oxide fuel cells are electrically connected in series via a current collecting member made of metal or alloy, and a perovskite type is formed on the surface of the current collecting member. An oxide and an oxide of at least one metal selected from Fe, Cr, Co and Mn, and a content of at least one metal selected from Fe, Cr, Co and Mn, A cell stack is provided that is 0.1 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the perovskite oxide.
According to the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell characterized in that a plurality of the cell stacks are housed and electrically connected in a housing container.
本発明によれば、金属乃至合金製の集電部材の表面に、ペロブスカイト型酸化物と、Fe、Cr、Co及びMnから選択される少なくとも1種の金属の酸化物とを有するとともに、前記Fe、Cr、Co及びMnから選択される少なくとも1種の金属の含有量が、前記ペロブスカイト型酸化物100質量部当り0.1〜10質量部である集電部材を用いて燃料電池セルを接続することにより、初期抵抗が低く、且つ耐久性に優れ、長期使用による抵抗増大が抑制され、電池の出力低下が有効に回避されたセルスタック及び固体電解質形燃料電池を得ることができる。 According to the present invention, the surface of a current collector made of metal or alloy has a perovskite oxide and an oxide of at least one metal selected from Fe, Cr, Co, and Mn, and the Fe A fuel cell is connected using a current collecting member in which the content of at least one metal selected from Cr, Co and Mn is 0.1 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the perovskite oxide Accordingly, it is possible to obtain a cell stack and a solid oxide fuel cell that have low initial resistance and excellent durability, suppress an increase in resistance due to long-term use, and effectively avoid a decrease in battery output.
後述する実施例及び比較例を参照されたい。例えば、金属乃至合金製フェルトの表面をペロブスカイト型酸化物のみで処理した集電体を用いて燃料電池セルを接続したセルスタックの比較例では、初期抵抗が高く、さらに長期耐久試験を行うと抵抗増大が認められる。即ち、このような集電体を用いたセルスタックでは、集電体と燃料電池セルの接合部や集電体内部の繊維/繊維界面で微小なクラックが発生しており、このクラックが初期抵抗を高めているものと考えられる。また、長期耐久試験を行うと、このクラックが進展して亀裂を生じてしまい、このような亀裂が集電パスの減少をもたらし、この結果、抵抗が著しく増大し、出力低下が生じているのである。しかるに、本発明にしたがって、上記ペロブスカイト型酸化物に所定量のFe、Cr、Co及びMnから選択される少なくとも1種の金属を配合した表面処理剤で処理され焼成された集電体を用いたセルスタックの実施例では、初期の段階でのクラックの発生が有効に抑制されており、このため、クラックの進展による亀裂の生成も有効に防止され、従って、初期抵抗が低く、長期耐久試験においても抵抗増大が抑制され、出力低下が有効に回避され、優れた耐久性を示している。 Refer to Examples and Comparative Examples described later. For example, in a comparative example of a cell stack in which fuel cells are connected using a current collector obtained by treating the surface of a metal or alloy felt only with a perovskite oxide, the initial resistance is high, and further resistance is obtained when a long-term durability test is performed. An increase is observed. That is, in a cell stack using such a current collector, micro cracks are generated at the junction between the current collector and the fuel cell and at the fiber / fiber interface inside the current collector. It is thought that it is raising. In addition, when a long-term durability test is performed, this crack develops to cause a crack, and this crack causes a decrease in the current collecting path, resulting in a significant increase in resistance and a decrease in output. is there. However, in accordance with the present invention, a current collector treated with a surface treatment agent containing at least one metal selected from Fe, Cr, Co and Mn in a predetermined amount in the perovskite oxide and fired is used. In the embodiment of the cell stack, the generation of cracks at the initial stage is effectively suppressed, so that the generation of cracks due to the progress of cracks is also effectively prevented, and therefore, the initial resistance is low and long-term durability tests are performed. However, the increase in resistance is suppressed, the decrease in output is effectively avoided, and excellent durability is exhibited.
上記の説明から理解されるように、本発明のセルスタックにおける集電部材では、ペロブスカイト型酸化物に所定量の金属を配合した表面処理剤で表面処理され焼成されているため、初期段階でのクラックの発生が有効に抑制され、この結果として優れた特性を示すものである。即ち、ペロブスカイト型酸化物単独で表面処理をした集電部材を用いるセルスタックでは、焼成収縮が大きく、このために、集電部材と燃料電池セルとの接合部や集電部材内部の繊維/繊維界面でクラックが発生する。しかるに、ペロブスカイト型酸化物に所定量のFe、Cr、Co及びMnから選択される少なくとも1種の金属を配合した集電部材を用いるセルスタックでは、ペロブスカイト型酸化物が焼成収縮するものの、金属の酸化による体積膨張により表面処理剤の焼成収縮が小さくなり、このため初期段階でのクラックの発生が防止され、このようなクラックに起因する種々の不都合を有効に回避できるものと信じられる。 As understood from the above description, the current collecting member in the cell stack of the present invention is surface-treated with a surface treatment agent in which a predetermined amount of metal is mixed with a perovskite-type oxide and fired. The occurrence of cracks is effectively suppressed, and as a result, excellent characteristics are exhibited. That is, in the cell stack using the current collecting member surface-treated with the perovskite oxide alone, the firing shrinkage is large, and for this reason, the junction between the current collecting member and the fuel cell and the fibers / fibers inside the current collecting member Cracks occur at the interface. However, in a cell stack using a current collecting member in which at least one metal selected from a predetermined amount of Fe, Cr, Co, and Mn is mixed with a perovskite oxide, the perovskite oxide is fired and shrunk, It is believed that the firing shrinkage of the surface treatment agent is reduced by the volume expansion due to oxidation, and therefore, generation of cracks at the initial stage is prevented, and various inconveniences caused by such cracks can be effectively avoided.
また、上記のような表面処理剤はペロブスカイト型酸化物を含有しているため、このような表面処理剤で処理された本発明のセルスタックにおける集電部材は、公知の集電部材と同様、耐酸化性に優れ、また、長期使用による繊維のクリープによる繊維間隙の減少も抑制され、安定したガス透過性を有している。 Further, since the surface treatment agent as described above contains a perovskite type oxide, the current collecting member in the cell stack of the present invention treated with such a surface treatment agent is similar to a known current collecting member, It has excellent oxidation resistance, and also suppresses a decrease in fiber gap due to fiber creep due to long-term use, and has stable gas permeability.
本発明を、以下、添付図面に示す具体例に基づいて説明する。
図1は、本発明の固体電解質形燃料電池のセルスタックの代表的な構造を示す横断面図である。
The present invention will be described below based on specific examples shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a typical structure of a cell stack of a solid oxide fuel cell according to the present invention.
セルスタックは、固体電解質形燃料電池セル1が複数集合して、上下に隣接する一方の燃料電池セル1aと他方の燃料電池セル1bとの間に、集電部材20を介在させ、両者を互いに直列に接続することにより構成されている。また、隣接するセルスタック同士の接続は、導電部材22によって接続する。即ち、一方の燃料電池セル1の電極支持基板10は、インターコネクタ14及び集電部材20を介して、他方の燃料電池セル1bの酸素極層13に電気的に接続されている。また、このようなセルスタックは、図1に示すように、サイドバイサイドに配置されており、隣接するセルスタック同士は、導電部材22によって直列に接続されている。この導電部材22としては、通常、強度等を考慮して、金属製のプレートなどが使用される。
In the cell stack, a plurality of solid
図1において、全体として1で示す燃料電池セルは、電極支持基板10と、内側電極層である燃料極層11と、固体電解質層12と、外側電極層である酸素極層13と、インターコネクタ14とから形成されている。
In FIG. 1, a fuel battery cell generally indicated by 1 includes an
電極支持基板10は、図1から明らかな通り、フラットな平板形状を有しており、その内部には、複数のガス通路16が形成されている。
As is apparent from FIG. 1, the
また、インターコネクタ14は、電極支持基板10の一方の表面に設けられており、燃料極層11は、電極支持基板10の他方の表面に積層されており、反対側表面に形成されているインターコネクタ14の両側端部にまで延びている。さらに、固体電解質層12は、燃料極層11を覆うように設けられるものであり、図1に示されているように、燃料極層11の全面に積層されており、インターコネクタ14の両側端部に接合されている。酸素極層13は、固体電解質層12上に積層され、燃料極層11と対面すると同時に、インターコネクタ14と対面するように、電極支持基板10の平板部のインターコネクタ14が形成されていない側の表面上に位置している。
The
かかる燃料電池セルでは、電極支持基板10内のガス通路16内に燃料ガス(水素)を供給し、且つ酸素極層13の外側に空気等の酸素含有ガスを供給し、所定の作動温度まで加熱することにより発電が行われる。即ち、酸素極層13で下記式(1)の電極反応を生じ、また燃料極層11では、下記式(2)の電極反応を生じることによって発電する。
In such a fuel cell, a fuel gas (hydrogen) is supplied into the gas passage 16 in the
酸素極: 1/2O2+2e− → O2− (固体電解質) …(1)
燃料極: O2− (固体電解質)+ H2 → H2O+2e− …(2)
Oxygen electrode: 1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (solid electrolyte) (1)
Fuel electrode: O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e − (2)
かかる発電によって生成した電流は、電極支持基板10に設けられているインターコネクタ14を介して集電される。
The current generated by the power generation is collected through the
一方、上記の燃料電池セル間に設けられる集電部材20は、一方の燃料電池セル1aのインターコネクタ14と他方の燃料電池セル1bの酸素極層13に接続され、かかる集電部材20を介して他方の燃料電池セル1bから一方の燃料電池セル1aに電流が流れる。このような集電部材として、例えば、板状の金属をU字型やY字型に形成して弾性を付与したものや、金属繊維からなるフェルトが好適に用いられる。
On the other hand, the current collecting
上記のようなセルスタックを、所定の収納容器内に収容することにより燃料電池が構成される。この収納容器には、外部から水素等の燃料ガスを燃料電池セル1に導入する導入管、及び空気等の酸素含有ガスを燃料電池セル1の外部空間に導入するための導入管が設けられており、燃料電池セルが所定温度(例えば600乃至900℃)に加熱されることにより発電し、使用された燃料ガス、酸素含有ガスは、収納容器外に排出される。
A fuel cell is configured by housing the cell stack as described above in a predetermined storage container. The storage container is provided with an introduction pipe for introducing a fuel gas such as hydrogen into the
電極支持基板10:
上記の燃料電池セル1において、電極支持基板10は、燃料ガスを燃料極層11まで透過させるためにガス透過性であること、及びインターコネクタ14を介して集電を行うために導電性であることが要求され、このような要求を満足する多孔質の導電性セラミック(もしくはサーメット)から形成されるが、燃料極層11や固体電解質層12との同時焼成により電極支持基板10を製造する上では、鉄属金属成分と特定の希土類酸化物とから電極支持基板10を形成することが好ましい。
Electrode support substrate 10:
In the
上記の鉄族金属成分は、電極支持基板10に導電性を付与するためのものであり、鉄族金属単体であってもよいし、また鉄族金属酸化物、鉄族金属の合金もしくは合金酸化物であってもよい。鉄族金属には、鉄、ニッケル及びコバルトがあり、何れをも使用することができるが、安価であること及び燃料ガス中で安定であることからNi及び/またはNiOを鉄族成分として含有していることが好ましい。
The iron group metal component is for imparting conductivity to the
また鉄族金属成分と共に使用される希土類酸化物成分は、電極支持基板10の熱膨張係数を、固体電解質層12と近似させるために使用されるものであり、高い導電率を維持し且つ固体電解質層12等への元素の拡散を防止し、また元素拡散による影響をなくすために、Y,Lu,Yb,Tm,Er,Ho,Dy,Gd,Sm,Prからなる群より選ばれた少なくとも1種の希土類元素を含む酸化物が好適である。このような希土類酸化物の例としては、Y2O3、Lu2O3、Yb2O3、Tm2O3、Er2O3、Ho2O3、Dy2O3、Gd2O3、Sm2O3、Pr2O3を挙げることができ、特に安価であるという点で、Y2O3,Yb2O3が好適である。
The rare earth oxide component used together with the iron group metal component is used to approximate the thermal expansion coefficient of the
上述した鉄族成分は、電極支持基板10中に35〜65体積%の量で含まれ、希土類酸化物は、電極支持基板10中に35〜65体積%の量で含まれていることが好適である。勿論、電極支持基板10中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。
The iron group component described above is preferably included in the
上記のような鉄族金属成分と希土類酸化物とから構成される電極支持基板10は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、通常、開気孔率が30%以上、特に35乃至50%の範囲にあることが好適である。また、その導電率は、300S/cm以上、特に440S/cm以上であることが好ましい。
Since the
上記電極支持基板10は、通常、15〜35mmの長さと、2.5〜5mm程度の厚みを有している。また、その両端部には、成形時の破損等を防止し、且つ機械的強度を高めるために、曲率部が形成されているのがよい。
The
燃料極層11:
内側電極層である燃料極層11は、前述した式(2)の電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスから形成される。例えば、希土類元素が固溶しているZrO2と、Ni及び/またはNiOとから形成される。この希土類元素が固溶しているZrO2(安定化ジルコニア)としては、以下に述べる固体電解質層12の形成に使用されているものと同様のものを用いるがよい。
Fuel electrode layer 11:
The
燃料極層11中の安定化ジルコニア含量は、35乃至65体積%の範囲にあるのが好ましく、またNi或いはNiO含量は、65乃至35体積%であるのがよい。さらに、この燃料極層11の開気孔率は、15%以上、特に20乃至40%の範囲にあるのがよく、その厚みは、1〜30μmであることが望ましい。例えば、燃料極層11の厚みがあまり薄いと、集電性能が低下するおそれがあり、またあまり厚いと、固体電解質層12と燃料極層11との間で熱膨張差による剥離等を生じるおそれがある。
The stabilized zirconia content in the
固体電解質層12:
燃料極層11上に設けられている固体電解質層12は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有するものでなければならず、一般に3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrO2(通常、安定化ジルコニアと呼ばれる)から形成されている。この希土類元素としては、Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luを例示することができるが、安価であるという点からY、Ybが望ましい。
Solid electrolyte layer 12:
The
この固体電解質層12を形成する安定化ジルコニアセラミックスは、ガス透過を防止するという点から、相対密度(アルキメデス法による)が93%以上、特に95%以上の緻密質であることが望ましく、且つその厚みが10〜100μmであることが望ましい。
The stabilized zirconia ceramics forming the
酸素極層13:
酸素極層13は、所謂ABO3型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成される。かかるペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にAサイトにLaを有するLaMnO3系酸化物、LaFeO3系酸化物、LaCoO3系酸化物の少なくとも1種が好適であり、600〜1000℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からLaFeO3系酸化物が特に好適である。尚、上記ペロブスカイト型酸化物においては、AサイトにLaと共にSrなどが存在していてもよいし、さらにBサイトには、FeとともにCoやMnが存在していてもよい。
Oxygen electrode layer 13:
The oxygen electrode layer 13 is formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. As such a perovskite oxide, at least one of transition metal perovskite oxides, particularly LaMnO 3 oxides, LaFeO 3 oxides, and LaCoO 3 oxides having La at the A site is preferable. LaFeO 3 -based oxides are particularly suitable because they have high electrical conductivity at an operating temperature of about 1000 ° C. In the perovskite oxide, Sr and the like may exist together with La at the A site, and Co and Mn may exist together with Fe at the B site.
また、酸素極層13は、ガス透過性を有していなければならず、従って、上記の導電性セラミックス(ペロブスカイト型酸化物)は、開気孔率が20%以上、特に30乃至50%の範囲にあることが望ましい。また、酸素極層13の厚みは、集電性という点から30〜100μmであることが望ましい。 The oxygen electrode layer 13 must have gas permeability. Therefore, the conductive ceramics (perovskite oxide) has an open porosity of 20% or more, particularly in the range of 30 to 50%. It is desirable to be in The thickness of the oxygen electrode layer 13 is preferably 30 to 100 μm from the viewpoint of current collection.
インターコネクタ14:
上記の酸素極層13に対面するように、電極支持基板10の平板部の一方の表面に設けられているインターコネクタ14は、導電性セラミックスからなるが、燃料ガス(水素)及び酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)が使用される。また、電極支持基板10の内部を通る燃料ガス及び電極支持基板10の外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好適である。
Interconnector 14:
The
かかるインターコネクタ14は、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、10〜200μmであることが望ましい。即ち、この範囲よりも厚みが薄いと、ガスのリークを生じやすく、またこの範囲よりも厚みが大きいと、電気抵抗が大きく、電位降下により集電機能が低下してしまうおそれがあるからである。
The
また、インターコネクタ14の外面(上面)には、P型半導体層(図示せず)が設けられていてもよい。即ち、この燃料電池セル1から組み立てられるセルスタックでは、図1に示されているように、インターコネクタ14には、本発明の集電部材20が接続されるが、集電部材20を直接インターコネクタ14に接続すると、非オーム接触により、電位降下が大きくなり、集電性能が低下するおそれがある。しかるに、集電部材20を、P型半導体層を介してインターコネクタ14に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。このようなP型半導体としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物を例示することができる。具体的には、インターコネクタ14を構成するLaCrO3系酸化物よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するLaMnO3系酸化物、LaFeO3系酸化物、LaCoO3系酸化物などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを使用することができる。このようなP型半導体層の厚みは、一般に、30乃至100μmの範囲にあることが好ましい。
Further, a P-type semiconductor layer (not shown) may be provided on the outer surface (upper surface) of the
上述した燃料電池セル1は、図1に示す構造に限定されるものではなく、種々の構成を採り得る。例えば、上述した燃料極層11と酸素極層13との位置関係を逆にすることができる。即ち、内側電極層として酸素極層13を設け、外側電極層として燃料極層11を設けることができる。この場合には、電極支持基板10に形成されているガス通路16内には、空気等の酸素含有ガスが供給され、セル1の外側(燃料極層11の外側)に燃料ガスが供給されて発電されることとなり、電流の流れは、図1の構造の燃料電池セル1とは逆になる。また、図1に示されている燃料電池セル1では、電極支持基板10と内側電極層(燃料極層11)とが別個に形成されているが、電極支持基板10そのものを内側電極として用いることもできる。この場合には、図1において、内側電極に相当する燃料極層11を省略することができる。さらには、電極支持基板10は、平板形状のものに限定されず、例えば円筒型形状を有していてもよい。
The
集電部材20:
上述した電池セル1の接続に使用される集電部材20は、金属或いは合金製の弾性を有する集電部材や、金属乃至合金製繊維からなるフェルト状の集電部材を所定の表面処理剤で表面処理することによって得られる。
Current collecting member 20:
The current collecting
集電部材20を構成する金属乃至合金としては、導電性の高いものであれば特に制限されないが、一般的には、Ni,Fe−Cr,SUS等が好適に使用される。
The metal or alloy constituting the current collecting
本発明において、上記集電部材の処理に用いる表面処理剤は、ペロブスカイト型酸化物の粉末と金属粉末との混合粉末とからなる。 In the present invention, the surface treatment agent used for the treatment of the current collecting member comprises a mixed powder of a perovskite oxide powder and a metal powder.
ペロブスカイト型酸化物としては、酸素極層13の形成に使用されるものと同一のものを挙げることができ、特に導電性の点でLaFeO3系のものが好適であり、例えば(La,Sr)(Co,Fe)O3が最も好適に使用される。このようなペロブスカイト型酸化物の使用により、集電部材20を構成する金属乃至合金の酸化を有効に防止することができ、また集電部材がフェルトからなる場合、該繊維がペロブスカイト型酸化物を介して連結されるため、燃料電池を長期間使用したときの繊維のクリープ(塑性変形)が有効に抑制され、クリープによる繊維間隙の減少、即ちガス透過性の低下を有効に防止することができる。
Examples of the perovskite oxide include the same oxides used for the formation of the oxygen electrode layer 13, and LaFeO 3 -based oxides are particularly preferable in terms of conductivity. For example, (La, Sr) (Co, Fe) O 3 is most preferably used. By using such a perovskite type oxide, the oxidation of the metal or alloy constituting the current collecting
また、ペロブスカイト型酸化物のみで表面処理した場合には、集電部材20を燃料電池セル1間に接続する際の焼成収縮が大きく、燃料電池セル1と集電部材20との接合界面或いは集電部材20内部の繊維/繊維界面にクラックが発生してしまい、初期抵抗が増大してしまう。さらに、このようなクラックが発生している燃料電池は、耐久性に乏しく、使用していくにしたがい、クラックが進展して亀裂を生じてしまい、大きな出力低下を招いてしまう。このような不都合は、上記のペロブスカイト型酸化物とともに、前記Fe,Cr,Co及びMnから選択される少なくとも一種の金属を併用することにより回避できる。
In addition, when the surface treatment is performed only with the perovskite oxide, the firing shrinkage when the current collecting
即ち、このような金属を共存させることにより、金属の酸化による膨張により、ペロブスカイト型酸化物が焼成収縮するものの、全体として焼成収縮が低減され、焼成収縮に伴うクラックの発生が有効に防止され、この結果、初期抵抗が低く、しかもクラックの進展による亀裂の発生も有効に回避されるため、耐久性に優れ、長期使用によっても出力低下が有効に抑制され、安定した出力を維持することが可能となる。また、これらの金属は燃料電池セル1の電極にも悪影響を及ぼすことがない点からも望ましい。
That is, by coexisting such a metal, the perovskite type oxide is baked and contracted due to expansion due to oxidation of the metal, but as a whole, the calcination shrinkage is reduced, and the occurrence of cracks accompanying the calcination contraction is effectively prevented, As a result, the initial resistance is low, and crack generation due to crack propagation is effectively avoided, so it has excellent durability, and output reduction can be effectively suppressed even after long-term use, and stable output can be maintained. It becomes. In addition, these metals are desirable because they do not adversely affect the electrodes of the
本発明において、上記のFe,Cr,Co及びMnから選択される少なくとも一種の金属の使用量は、前記ペロブスカイト型酸化物100質量部当り、0.1乃至10質量部、特に1乃至5質量部の範囲とする。即ち、上記範囲よりも多量に配合すると、表面処理剤の焼成収縮は低減できるとしても、金属が酸化し、酸化物になることにより抵抗が増加する等の不都合を生じ、また、上記範囲よりも少量であると、焼成収縮の低減が不十分となり、クラックの発生による初期抵抗の増大や耐久性低下を生じるおそれがある。 In the present invention, the amount of the at least one metal selected from Fe, Cr, Co and Mn is 0.1 to 10 parts by mass, particularly 1 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the perovskite oxide. The range. That is, if blended in a larger amount than the above range, even if the firing shrinkage of the surface treatment agent can be reduced, the metal is oxidized and becomes an oxide, resulting in inconveniences such as an increase in resistance. If the amount is small, the reduction in firing shrinkage is insufficient, and there is a risk that an increase in initial resistance and a decrease in durability due to the occurrence of cracks.
また、上述したペロブスカイト型酸化物の粉末及びFe,Cr,Co及びMnから選択される少なくとも一種の金属粉末は、何れも、平均粒径が0.2乃至5μm程度の範囲にあることが集電部材の表面(繊維表面)に、均一に付着する上で好適である。 The perovskite oxide powder and at least one metal powder selected from Fe, Cr, Co, and Mn all have an average particle size in the range of about 0.2 to 5 μm. It is suitable for uniformly adhering to the surface of the member (fiber surface).
さらに表面処理剤の量は、通常、50乃至200g/m2の範囲が好適である。処理量が必要以上に多いと、ガス透過性が損なわれてしまったり、抵抗増大を生じるおそれがあるし、処理量があまり少ないと、表面処理効果が希薄となってしまう。 Furthermore, the amount of the surface treatment agent is usually preferably in the range of 50 to 200 g / m 2 . If the treatment amount is more than necessary, gas permeability may be impaired or resistance may be increased, and if the treatment amount is too small, the surface treatment effect is dilute.
上述した表面処理剤を用いての表面処理は、例えば表面処理剤の混合粉末を、イソプロパノール等の適当な有機溶剤に分散させてペーストを調製し、このペーストを、板状集電部材の表面に塗布したり、フェルト状の集電部材に含浸させ、乾燥することによって行われるが、このような表面処理は、通常、集電部材20の燃料電池セル1間への接続工程で行われる。
In the surface treatment using the surface treatment agent described above, for example, a mixed powder of the surface treatment agent is dispersed in an appropriate organic solvent such as isopropanol to prepare a paste, and this paste is applied to the surface of the plate-like current collecting member. The surface treatment is usually performed in the step of connecting the current collecting
即ち、表面処理剤の上記ペーストを、集電部材20の全面に塗布し乾燥する。このようにして表面処理された集電部材20を予め作製された燃料電池セル1と交互に重ね合わせ、図1に示されているような配列構造とし、焼成することにより、表面にペロブスカイト型酸化物とFe,Cr,Co及びMnから選択される少なくとも一種の金属の酸化物とを有する集電部材20により接続されたセルスタックが得られる。焼成は、通常、大気中、950乃至1200℃の温度で1乃至5時間程度行われる。
That is, the paste of the surface treatment agent is applied to the entire surface of the current collecting
このようにして得られたセルスタックは、導電部材22により互いに接続され、所定の収納容器に収容されて固体電解質形燃料電池として使用される。
The cell stacks obtained in this manner are connected to each other by the
実施例1
先ず、平均粒径0.5μmのLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3粉末100質量部に対して、表1に示す量の金属を添加し、これにポリビニルアルコールと、イソプロピルアルコールを添加し、これを縦2mm、横5mm、長さ40mmに成形し、大気中において、1050℃で2時間焼成し、その長さを測定し、成形体の長さに対する焼結体の長さの比率を求め、焼成収縮率を算出した。この結果を表1に記載する。
Example 1
First, to 100 parts by mass of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 powder having an average particle size of 0.5 μm, an amount of metal shown in Table 1 was added, and polyvinyl alcohol was added thereto. Then, isopropyl alcohol is added, this is formed into a length of 2 mm, a width of 5 mm, and a length of 40 mm, fired in the atmosphere at 1050 ° C. for 2 hours, the length is measured, and the sintered body is sintered to the length. The ratio of body length was determined, and the firing shrinkage rate was calculated. The results are listed in Table 1.
従って、このような表面処理剤を用いて、例えば、金属板からなる集電部材を燃料電池セルのインターコネクタや酸素極に接合する場合でも、表面処理剤の焼成収縮によるクラックの発生が抑制されることが判る。 Therefore, using such a surface treatment agent, for example, even when a current collecting member made of a metal plate is joined to an interconnector or an oxygen electrode of a fuel cell, generation of cracks due to firing shrinkage of the surface treatment agent is suppressed. I understand that
実施例2
先ず、平均粒径0.5μmのNiO粉末と、平均粒径0.8μmのY2O3粉末を、焼成後におけるNi換算の体積比率がそれぞれ50%になるように混合した。この混合粉末に、ポアー剤、PVAからなる有機バインダーと、水からなる溶媒とを混合して形成した支持基板材料を押出成形し、扁平状の支持基板成形体を作製し、これを乾燥し、1000℃まで昇温し、脱脂、仮焼し、支持基板成形体を作製した。
Example 2
First, NiO powder having an average particle size of 0.5 μm and Y 2 O 3 powder having an average particle size of 0.8 μm were mixed such that the volume ratio in terms of Ni after firing was 50%. A support substrate material formed by mixing this mixed powder with an organic binder composed of a pore agent and PVA and a solvent composed of water is extruded to produce a flat support substrate molded body, which is then dried. The temperature was raised to 1000 ° C., and degreasing and calcination were performed to prepare a support substrate molded body.
次に、平均粒径0.8μmの8モル%Y2O3を含有するZrO2(YSZ)粉末と、上記したNiO粉末と、アクリル樹脂からなる有機バインダーと、トルエンからなる溶媒とを混合した燃料極となるスラリーを作製した。
上記YSZ粉末と、アクリル樹脂からなる有機バインダーと、トルエンからなる溶媒とを混合した固体電解質材料を用いてシート状成形体を作製し、このシート状成形体の片面に上記燃料極用のスラリーを印刷し、これを、固体電解質のシート状成形体が外側になるように、かつ支持基板成形体の平坦部で所定間隔をおいて離間するように、支持基板成形体にまき付け、乾燥した。
Next, ZrO 2 (YSZ) powder containing 8 mol% Y 2 O 3 having an average particle diameter of 0.8 μm, the above-described NiO powder, an organic binder made of acrylic resin, and a solvent made of toluene were mixed. A slurry to be a fuel electrode was prepared.
A sheet-like molded body is produced using a solid electrolyte material in which the YSZ powder, an organic binder made of an acrylic resin, and a solvent made of toluene are mixed, and the slurry for the fuel electrode is placed on one side of the sheet-like molded body. This was printed and spread on the support substrate molded body so that the solid electrolyte sheet-shaped molded body was on the outer side and spaced apart at a predetermined interval on the flat portion of the support substrate molded body, and dried.
また、平均粒径0.9μmのLa(MgCr)O3系材料と、アクリル樹脂からなる有機バインダーと、トルエンからなる溶媒とを混合したインターコネクタ材料を用いてシート状成形体を作製し、このインターコネクタシート状成形体を、露出した支持基板成形体の表面に積層し、支持基板成形体に燃料極成形体、固体電解質成形体、インターコネクタ成形体が積層された積層成形体を作製した。
次に、この積層成形体を脱脂処理し、さらに、大気中にて1500℃で同時焼成した。
Further, a sheet-like molded body was prepared using an interconnector material in which an La (MgCr) O 3 based material having an average particle size of 0.9 μm, an organic binder made of an acrylic resin, and a solvent made of toluene were mixed. The interconnector sheet-like molded body was laminated on the exposed surface of the support substrate molded body, and a laminated molded body in which a fuel electrode molded body, a solid electrolyte molded body, and an interconnector molded body were laminated on the support substrate molded body was produced.
Next, this laminated molded body was degreased and further fired at 1500 ° C. in the air.
この後、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3粉末と、IPAからなる溶媒を50質量%含有するスラリーを作製し、このスラリーを、固体電解質表面から高さ30cmに配置された市販のスプレーガン装置で噴霧し、落下中に粗粒子を形成し、この粗粒子を、上記焼結体の固体電解質表面に堆積させた。
この後、大気中で1150℃、2時間で焼き付け(加熱処理)、燃料電池セルを作製した。
Thereafter, a slurry containing La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 powder and 50% by mass of a solvent composed of IPA was prepared, and this slurry was 30 cm high from the surface of the solid electrolyte. The spray was sprayed with a commercially available spray gun apparatus arranged in (1) to form coarse particles during dropping, and the coarse particles were deposited on the solid electrolyte surface of the sintered body.
After that, it was baked (heat treatment) in the atmosphere at 1150 ° C. for 2 hours to produce a fuel cell.
一方、平均粒径0.5μmのLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3粉末100質量部に対して、表1に示す量の金属を添加し、これにアクリル系樹脂からなる有機バインダと、トルエンを添加して、表面処理剤のスラリーを作製し、このスラリー中に、フェライト系の金属板をU字状に成形した集電部材を浸漬し、集電部材の表面に表面処理剤を厚み50μmで塗布した。 On the other hand, with respect to 100 parts by mass of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 powder having an average particle size of 0.5 μm, an amount of metal shown in Table 1 was added, and an acrylic system was added thereto. An organic binder made of resin and toluene are added to prepare a slurry of a surface treatment agent, and a current collecting member in which a ferrite metal plate is formed in a U shape is immersed in this slurry. A surface treatment agent was applied to the surface with a thickness of 50 μm.
この集電部材を、一方の燃料電池セルの酸素極、他方のインターコネクタとの間に介装し、大気中において1050℃で2時間熱処理し、集電部材を、一方の1酸素極、他方のインターコネクタに表面処理剤を介して接合した。 The current collecting member is interposed between the oxygen electrode of one fuel cell and the other interconnector, and is heat-treated at 1050 ° C. for 2 hours in the atmosphere. It joined to the interconnector of this through the surface treating agent.
この後、燃料電池セルの内部に水素を、外部に空気を導入して850℃で、電流密度0.6A/cm2の条件での発電試験を行った。集電部材が接合する、隣接する燃料電池セルの対向面に存在するインターコネクタと酸素極との間の接触抵抗を測定した。接触抵抗の測定は、発電量が定常状態となった初期と定常状態後1000時間経過後の接触抵抗を測定した。また、その時の酸素極、インターコネクタと、集電部材間の断面のクラックを走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、その結果を表2に記載した。 Thereafter, hydrogen was introduced into the fuel cell and air was introduced into the fuel cell, and a power generation test was performed at 850 ° C. and a current density of 0.6 A / cm 2 . The contact resistance between the interconnector and the oxygen electrode present on the opposing surfaces of the adjacent fuel cells to which the current collecting member was joined was measured. The contact resistance was measured by measuring the contact resistance at the initial stage when the power generation amount reached a steady state and after 1000 hours from the steady state. Moreover, the crack of the cross section between the oxygen electrode at that time, an interconnector, and a current collection member was observed with the scanning electron microscope (SEM), and the result was described in Table 2.
この表2から、表面処理剤中の金属量が増加するほど、接触抵抗が大きくなるが、10質量部以下ならば低い接触抵抗を有することが判る。
従って、金属添加量が多いほど、焼成収縮量は小さくなるものの、接触抵抗が大きくなる傾向があり、この点から金属添加量は0.1〜10質量部が望ましいことが判る。
From Table 2, it can be seen that as the amount of metal in the surface treatment agent increases, the contact resistance increases, but if it is 10 parts by mass or less, the contact resistance is low.
Therefore, as the amount of added metal is increased, the amount of firing shrinkage is decreased, but the contact resistance tends to be increased. From this point, it can be seen that 0.1 to 10 parts by mass of the added metal is desirable.
また、本発明者は、集電部材として線径30μmのNiからなる金属フェルトを用い、この金属フェルトに、表1の試料No.2、3の表面処理剤を含浸させ、上記と同様に発電し、接触抵抗を測定し、その結果を表2の試料No.35、36に記載した。その結果、金属フェルトからなる集電部材の場合でもほぼ同様の効果が得られた。 The inventor used a metal felt made of Ni having a wire diameter of 30 μm as a current collecting member. 2 and 3 were impregnated with the surface treatment agent, the power was generated in the same manner as described above, and the contact resistance was measured. 35, 36. As a result, substantially the same effect was obtained even in the case of a current collecting member made of metal felt.
さらに、上記金属フェルトに、表1の試料No.17の表面処理剤を含浸させ、上記と同様に発電し、接触抵抗を測定し、その結果を表2の試料No.37に記載した。その結果、初期及び1000時間後の接触抵抗が大きく、クラックも発生していた。 Furthermore, sample No. 1 in Table 1 was added to the metal felt. No. 17 surface treatment agent was impregnated, and electric power was generated in the same manner as described above, and contact resistance was measured. 37. As a result, the contact resistance at the initial stage and after 1000 hours was large, and cracks were also generated.
1:燃料電池セル
10:電極支持基板
11:燃料極層
12:固体電解質層
13:酸素極層
14:インターコネクタ
1: Fuel cell 10: Electrode support substrate 11: Fuel electrode layer 12: Solid electrolyte layer 13: Oxygen electrode layer 14: Interconnector
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008162963A JP4906794B2 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Cell stack and solid oxide fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008162963A JP4906794B2 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Cell stack and solid oxide fuel cell |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003055041A Division JP4173029B2 (en) | 2003-02-28 | 2003-02-28 | Current collector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008293984A JP2008293984A (en) | 2008-12-04 |
JP4906794B2 true JP4906794B2 (en) | 2012-03-28 |
Family
ID=40168458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008162963A Expired - Fee Related JP4906794B2 (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Cell stack and solid oxide fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4906794B2 (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06219834A (en) * | 1991-04-30 | 1994-08-09 | Tonen Corp | Sintered compact with electric conductivity at high temperature and its production |
JP3108256B2 (en) * | 1993-10-15 | 2000-11-13 | 三洋電機株式会社 | Solid oxide fuel cell |
JPH08111225A (en) * | 1994-10-11 | 1996-04-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Manufacture of metallic inter-connector for solid electrolytic fuel cell |
JP3588250B2 (en) * | 1998-03-31 | 2004-11-10 | 京セラ株式会社 | Solid oxide fuel cell |
JP2000182645A (en) * | 1998-12-15 | 2000-06-30 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Solid electrolyte fuel cell module |
-
2008
- 2008-06-23 JP JP2008162963A patent/JP4906794B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008293984A (en) | 2008-12-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5328275B2 (en) | Cell stack, fuel cell module including the same, and fuel cell device | |
JP5171159B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack, and fuel cell | |
JP4623994B2 (en) | Fuel cell | |
JP2004146334A (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP5072304B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack, and fuel cell | |
JP5247051B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack, and fuel cell | |
JP4511122B2 (en) | Fuel cell | |
JP5089985B2 (en) | Solid electrolyte fuel cell | |
JP2006092837A (en) | COLLECTIVE MEMBER FOR FUEL CELL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, FUEL CELL CELL STACK USING THE SAME, AND FUEL CELL | |
JP4130135B2 (en) | Surface treatment method for current collecting member | |
JP4350403B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP5294649B2 (en) | Cell stack and fuel cell module | |
JP2007250325A (en) | Solid electrolyte fuel cell, cell stack, and fuel cell | |
JP4173029B2 (en) | Current collector | |
JP4931365B2 (en) | Support substrate for fuel cell, fuel cell, and fuel cell | |
JP4593997B2 (en) | Support for fuel cell, fuel cell, and fuel cell | |
JP2015037004A (en) | Fuel cell | |
JP4748971B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP2006127973A (en) | Fuel cell | |
JP4707985B2 (en) | Fuel cell and cell stack | |
JP4480377B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP4925574B2 (en) | Fuel cell and fuel cell | |
JP4906794B2 (en) | Cell stack and solid oxide fuel cell | |
JP2005190980A (en) | Fuel cell | |
JP6063368B2 (en) | Fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111220 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120110 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150120 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4906794 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |