JPH06223847A - 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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- JPH06223847A JPH06223847A JP5013667A JP1366793A JPH06223847A JP H06223847 A JPH06223847 A JP H06223847A JP 5013667 A JP5013667 A JP 5013667A JP 1366793 A JP1366793 A JP 1366793A JP H06223847 A JPH06223847 A JP H06223847A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電解質板の内部抵抗を低下させるべく、電解
質板の薄膜化等を行っても、セルの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。 【構成】 安定化ジルコニアから成り且つ緻密構造に形
成された固体電解質板１２の複数枚の各々が補強セラミ
ック体１４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１４が、熱膨張率
等の熱特性が順次変化し傾斜構造を形成するように、互
いに熱特性を異にするセラミック層１４ａ〜１４ｉの複
数層が積層された傾斜セラミック体であり、固体電解質
板１２に接するセラミック層１４ａ、１４ｉの熱特性が
固体電解質板に近似すると共に、セラミック層１４ａ〜
１４ｉの少なくとも一層が燃料電池に使用される空気又
は燃料等の流体が透過可能なポーラス層であることを特
徴とする。
質板の薄膜化等を行っても、セルの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。 【構成】 安定化ジルコニアから成り且つ緻密構造に形
成された固体電解質板１２の複数枚の各々が補強セラミ
ック体１４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１４が、熱膨張率
等の熱特性が順次変化し傾斜構造を形成するように、互
いに熱特性を異にするセラミック層１４ａ〜１４ｉの複
数層が積層された傾斜セラミック体であり、固体電解質
板１２に接するセラミック層１４ａ、１４ｉの熱特性が
固体電解質板に近似すると共に、セラミック層１４ａ〜
１４ｉの少なくとも一層が燃料電池に使用される空気又
は燃料等の流体が透過可能なポーラス層であることを特
徴とする。
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、互いに熱特性を異にするセ
ラミック層の複数層が積層され、且つ前記セラミック層
の少なくとも一層を燃料電池に使用される空気又は燃料
等の流体が通過可能なポーラス層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
容易にシールできることを見出し、本発明に到達した。
即ち、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、熱膨張率
等の熱特性が順次変化し傾斜構造を形成するように、互
いに熱特性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すると共に、前
記セラミック層の少なくとも一層が燃料電池に使用され
る空気又は燃料等の流体が透過可能なポーラス層である
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、互いに熱特性を異にするセ
ラミック層の複数層が積層され、且つ前記セラミック層
の少なくとも一層を燃料電池に使用される空気又は燃料
等の流体が通過可能なポーラス層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
容易にシールできることを見出し、本発明に到達した。
即ち、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、熱膨張率
等の熱特性が順次変化し傾斜構造を形成するように、互
いに熱特性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すると共に、前
記セラミック層の少なくとも一層が燃料電池に使用され
る空気又は燃料等の流体が透過可能なポーラス層である
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触するセラミック層に至る間の組成
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触するセラミック層に至る間の組成
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、補強セラミック体
が、各セラミック層のポーラス程度が順次変化する傾斜
構造であって、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、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、且つ前記中央層のセラミック層に接する
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
とが、燃料又は空気をセラミック層中を容易に透過させ
ることができる。また、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。
が、各セラミック層のポーラス程度が順次変化する傾斜
構造であって、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、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、且つ前記中央層のセラミック層に接する
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
とが、燃料又は空気をセラミック層中を容易に透過させ
ることができる。また、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。更に、この補強セラミック体は、熱膨張率等の熱特
性が順次変化し傾斜構造を形成するセラミック体である
ため、固体電解質板と補強セラミック体とが熱によって
剥離することもない。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。更に、この補強セラミック体は、熱膨張率等の熱特
性が順次変化し傾斜構造を形成するセラミック体である
ため、固体電解質板と補強セラミック体とが熱によって
剥離することもない。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
セラミック層のポラース程度は、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。
セラミック層のポラース程度は、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
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、熱膨張率等の熱特性が順次変化
し傾斜構造を形成するように、互いに熱特性を異にする
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
電解質板に近似すると共に、 前記セラミック層の少なくとも一層が燃料電池に使用さ
れる空気又は燃料等の流体が透過可能なポーラス層であ
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】 補強セラミック体が、各セラミック層の
ポーラス程度が順次変化する傾斜構造であって、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、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
記中央層のセラミック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請求項１記載の固体電解
質型燃料電池用セル。 - 【請求項３】 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組成に近似する請求項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
もポーラス構造である中央層がアルミナ焼成体である請
求項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触す
るセラミック層に至る間の組成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。 - 【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、且つ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 true JPH06223847A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3282866B2 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) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074159A1 (fr) * | 1999-05-31 | 2000-12-07 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Cellule unitaire d'un accumulateur plat a electrolyte solide et empilement de piles comprenant cette cellule unitaire |
| JP2004531857A (ja) * | 2001-04-10 | 2004-10-14 | ハネウェル インターナショナル，インコーポレーテッド | 固体酸化物燃料電池の高性能陰極 |
| US7186475B2 (en) | 2001-05-01 | 2007-03-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid oxide electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
-
1993
- 1993-01-29 JP JP01366793A patent/JP3282866B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074159A1 (fr) * | 1999-05-31 | 2000-12-07 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Cellule unitaire d'un accumulateur plat a electrolyte solide et empilement de piles comprenant cette cellule unitaire |
| US7759016B2 (en) | 1999-05-31 | 2010-07-20 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Unit cell of flat solid oxide fuel cell and fuel cell stack comprising the same |
| JP2004531857A (ja) * | 2001-04-10 | 2004-10-14 | ハネウェル インターナショナル，インコーポレーテッド | 固体酸化物燃料電池の高性能陰極 |
| US7186475B2 (en) | 2001-05-01 | 2007-03-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Unit cell for solid oxide electrolyte type fuel cell and related manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3282866B2 (ja) | 2002-05-20 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |