JPH06318463A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
- Publication number
- JPH06318463A JPH06318463A JP5106843A JP10684393A JPH06318463A JP H06318463 A JPH06318463 A JP H06318463A JP 5106843 A JP5106843 A JP 5106843A JP 10684393 A JP10684393 A JP 10684393A JP H06318463 A JPH06318463 A JP H06318463A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid electrolyte
- side electrode
- fuel cell
- fuel
- zirconium 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.)
- Pending
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-
- 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)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質と電極の接合状態が良好で、発電
特性が優れた固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】 固体電解質１の表裏面にはそれぞれ燃料側電
極２、空気側電極３が設けられている。燃料側電極２を
単独で焼成した際の収縮率α1は、固体電解質１を単独
で焼成した際の収縮率α2より０．５〜１．５％大きく
なるように設定されている。固体電解質１としては、安
定化酸化ジルコニウムを主成分とした材料が使用され、
燃料側電極２としては、酸化ジルコニウムと酸化ニッケ
ルの混合物を主成分とした材料が使用される。
特性が優れた固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】 固体電解質１の表裏面にはそれぞれ燃料側電
極２、空気側電極３が設けられている。燃料側電極２を
単独で焼成した際の収縮率α1は、固体電解質１を単独
で焼成した際の収縮率α2より０．５〜１．５％大きく
なるように設定されている。固体電解質１としては、安
定化酸化ジルコニウムを主成分とした材料が使用され、
燃料側電極２としては、酸化ジルコニウムと酸化ニッケ
ルの混合物を主成分とした材料が使用される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】一般に、固体電解質型燃料電池は
異種材料を接合して構成されている。従って、燃料電池
を共焼結法にて製造する場合には、各材料の焼成時の収
縮率を整合させる必要がある。この対策として、従来、
各材料の収縮率を一致させるように原料調整を行ってい
た。
異種材料を接合して構成されている。従って、燃料電池
を共焼結法にて製造する場合には、各材料の焼成時の収
縮率を整合させる必要がある。この対策として、従来、
各材料の収縮率を一致させるように原料調整を行ってい
た。
【０００３】ところで、実際の焼成の際には材料の塑性
変形が起きるため、各材料の収縮率が完全に一致してい
なくても共焼結は可能である。その許容範囲は燃料電池
の形状（円筒形状、平板形状等）や電極材料の種類によ
って差はあるが、電極材料と固体電解質材料の収縮率の
差にして約２％以内である。しかしながら、収縮率の差
が約２％以内で共焼結をすることができても、電極と固
体電解質の接合状態が良好でなければ優れた発電特性を
有する燃料電池は得られない。特に、酸化ジルコニウム
と酸化ニッケルの混合物を主成分とした燃料側電極は塑
性変形しにくいため、焼成時の収縮特性のわずかの差が
固体電解質と燃料側電極の接合状態の良否に大きく影響
するという問題があった。
変形が起きるため、各材料の収縮率が完全に一致してい
なくても共焼結は可能である。その許容範囲は燃料電池
の形状（円筒形状、平板形状等）や電極材料の種類によ
って差はあるが、電極材料と固体電解質材料の収縮率の
差にして約２％以内である。しかしながら、収縮率の差
が約２％以内で共焼結をすることができても、電極と固
体電解質の接合状態が良好でなければ優れた発電特性を
有する燃料電池は得られない。特に、酸化ジルコニウム
と酸化ニッケルの混合物を主成分とした燃料側電極は塑
性変形しにくいため、焼成時の収縮特性のわずかの差が
固体電解質と燃料側電極の接合状態の良否に大きく影響
するという問題があった。
【０００４】そこで、本発明の課題は、固体電解質と電
極の接合状態が良好で、発電特性が優れた固体電解質型
燃料電池を提供することにある。
極の接合状態が良好で、発電特性が優れた固体電解質型
燃料電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用】以上の課題を解決
するため、本発明に係る固体電解質型燃料電池は、
（ａ）安定化酸化ジルコニウムまたは部分安定化酸化ジ
ルコニウムを主成分とした固体電解質と、（ｂ）前記固
体電解質の一方の面に設けた空気側電極と、（ｃ）前記
固体電解質の他方の面に設けた、酸化ジルコニウムと酸
化ニッケルの混合物を主成分とした燃料側電極とを備
え、（ｄ）前記燃料側電極を単独で焼成した際の収縮率
α1と前記固体電解質を単独で焼成した際の収縮率α2と
が、以下の関係式 ０．５≦（α1−α2）≦１．５ を満足していること、を特徴とする。
するため、本発明に係る固体電解質型燃料電池は、
（ａ）安定化酸化ジルコニウムまたは部分安定化酸化ジ
ルコニウムを主成分とした固体電解質と、（ｂ）前記固
体電解質の一方の面に設けた空気側電極と、（ｃ）前記
固体電解質の他方の面に設けた、酸化ジルコニウムと酸
化ニッケルの混合物を主成分とした燃料側電極とを備
え、（ｄ）前記燃料側電極を単独で焼成した際の収縮率
α1と前記固体電解質を単独で焼成した際の収縮率α2と
が、以下の関係式 ０．５≦（α1−α2）≦１．５ を満足していること、を特徴とする。
【０００６】以上の構成において、燃料側電極の収縮率
α1を固体電解質の収縮率α2より０．５〜１．５％大き
くしたため、収縮率を一致させた場合よりも室温から焼
成温度までの全域の収縮特性は良くなり、電極と固体電
解質の接合状態が良好になる。
α1を固体電解質の収縮率α2より０．５〜１．５％大き
くしたため、収縮率を一致させた場合よりも室温から焼
成温度までの全域の収縮特性は良くなり、電極と固体電
解質の接合状態が良好になる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明に係る固体電解質型燃料電池の
一実施例を、製造方法と共に説明する。まず、燃料側電
極のグリーンシート製造方法について説明する。粉末状
のセラミックス材料である酸化ニッケルとイットリウム
安定化酸化ジルコニウムとを同重量ずつ混合して導電体
セラミックス粉末とした後、結合剤（例えば、ポリビニ
ルブチラール系バインダ）、溶剤（エタノール、トルエ
ン）を適当量加えてスラリー（泥しょう）とする。得ら
れたスラリー状混合物１００重量に対して、セルロール
粉末を適当量加えてスラリー状の原料とする。このセル
ロース粉末の添加量によって、焼成の際の収縮率が調整
されることになる。スラリー状の原料からドクターブレ
ード法によって、厚さが５０μｍの燃料側電極のグリー
ンシートを作製した。
一実施例を、製造方法と共に説明する。まず、燃料側電
極のグリーンシート製造方法について説明する。粉末状
のセラミックス材料である酸化ニッケルとイットリウム
安定化酸化ジルコニウムとを同重量ずつ混合して導電体
セラミックス粉末とした後、結合剤（例えば、ポリビニ
ルブチラール系バインダ）、溶剤（エタノール、トルエ
ン）を適当量加えてスラリー（泥しょう）とする。得ら
れたスラリー状混合物１００重量に対して、セルロール
粉末を適当量加えてスラリー状の原料とする。このセル
ロース粉末の添加量によって、焼成の際の収縮率が調整
されることになる。スラリー状の原料からドクターブレ
ード法によって、厚さが５０μｍの燃料側電極のグリー
ンシートを作製した。
【０００８】次に、空気側電極のグリーンシート製造方
法について説明する。燃料側電極のグリーンシート製造
方法と同様に、粉末状のランタンマンガナイトに結合剤
（例えば、ポリビニルブチラール系バインダ）及び溶剤
（エタノール、トルエン）を適当量加えてスラリー状の
混合物とする。得られたスラリー状混合物１００重量に
対して、セルロース粉末を適当量加えてスラリー状の原
料とする。セルロース粉末の添加量によって、焼成の際
の収縮率が調整されることになる。このスラリー状の原
料からドクターブレード法によって、厚さが５０μｍの
空気側電極のグリーンシートを作製した。
法について説明する。燃料側電極のグリーンシート製造
方法と同様に、粉末状のランタンマンガナイトに結合剤
（例えば、ポリビニルブチラール系バインダ）及び溶剤
（エタノール、トルエン）を適当量加えてスラリー状の
混合物とする。得られたスラリー状混合物１００重量に
対して、セルロース粉末を適当量加えてスラリー状の原
料とする。セルロース粉末の添加量によって、焼成の際
の収縮率が調整されることになる。このスラリー状の原
料からドクターブレード法によって、厚さが５０μｍの
空気側電極のグリーンシートを作製した。
【０００９】さらに、固体電解質となるイットリウム安
定化酸化ジルコニウムのグリーンシートを作製した。す
なわち、粉末状のイットリウム安定化酸化ジルコニウム
に対して結合剤（例えばポリビニルブチラール系バイン
ダ）及び溶剤（エタノール、トルエン）を適当量加えて
スラリー化し、ドクターブレード法によって、このスラ
リーから固体電解質グリーンシートを作製した。この場
合、固体電解質は緻密性を要求されるため、セルロース
粉末は加えなかった。
定化酸化ジルコニウムのグリーンシートを作製した。す
なわち、粉末状のイットリウム安定化酸化ジルコニウム
に対して結合剤（例えばポリビニルブチラール系バイン
ダ）及び溶剤（エタノール、トルエン）を適当量加えて
スラリー化し、ドクターブレード法によって、このスラ
リーから固体電解質グリーンシートを作製した。この場
合、固体電解質は緻密性を要求されるため、セルロース
粉末は加えなかった。
【００１０】作製された固体電解質グリーンシートを適
当枚重ねたものに、燃料側電極のグリーンシートと空気
側電極のグリーンシートをそれぞれ上下から重ねた。次
に、これをプラスチック製の袋に入れた後、袋の中を真
空状態にし、温間静水圧プレス機を用いて圧着した。圧
着後、プラスチック製の袋から取り出された積層体は、
所定の大きさに裁断されて成形体とされた。この成形体
を１３００℃の温度で２時間焼成した。この焼成によっ
て、セルロース粉末は飛散して、セルロース粉末跡に気
孔が形成されることになる。この後、室温まで冷却する
ことによって、図１に示すように、多孔質電極である燃
料側電極２と空気側電極３を表裏面に設けた固体電解質
１を得た。
当枚重ねたものに、燃料側電極のグリーンシートと空気
側電極のグリーンシートをそれぞれ上下から重ねた。次
に、これをプラスチック製の袋に入れた後、袋の中を真
空状態にし、温間静水圧プレス機を用いて圧着した。圧
着後、プラスチック製の袋から取り出された積層体は、
所定の大きさに裁断されて成形体とされた。この成形体
を１３００℃の温度で２時間焼成した。この焼成によっ
て、セルロース粉末は飛散して、セルロース粉末跡に気
孔が形成されることになる。この後、室温まで冷却する
ことによって、図１に示すように、多孔質電極である燃
料側電極２と空気側電極３を表裏面に設けた固体電解質
１を得た。
【００１１】こうして得られた電極付き固体電解質１を
備えた固体電解質型燃料電池の発電特性について評価し
た。評価結果を表１に示す。
備えた固体電解質型燃料電池の発電特性について評価し
た。評価結果を表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】発電特性は以下に説明する測定回路を用い
て評価した。図２に示すように、燃料側電極２及び空気
側電極３にそれぞれ燃料ガス供給管７ａ、空気供給管７
ｂを取り付けて燃料電池を作製した。この燃料電池を測
定回路１９に接続し、発電特性を測定した。すなわち、
燃料電池を１０００℃の温度に保持しながら、燃料ガス
と空気をそれぞれ電極２，３に供給し、固体電解質１を
介して電極反応を起こさせ、かつ、電流計１１にて観察
しながら単位電極面積当たり３００ｍＡ／ｃｍ 2の電流
が流れる状態での電極２，３の分極による電圧降下をカ
レントインターラプト法によりオシロスコープ１０ａ，
１０ｂで測定した。なお、１４は参照極、８ａ，８ｂ，
８ｃは白金線、９は可変抵抗器、１２は水銀スイッチで
ある。この分極による電圧降下の値が小さいほど電池と
しての性能が優れていることになる。表１には、燃料側
電極２を単独で焼成した際の収縮率α1から固体電解質
１を単独で焼成した際の収縮率α2を差し引いた値が、
以下の関係式（１）を満足した場合には、分極による電
圧降下が小さくなることが示されている。
て評価した。図２に示すように、燃料側電極２及び空気
側電極３にそれぞれ燃料ガス供給管７ａ、空気供給管７
ｂを取り付けて燃料電池を作製した。この燃料電池を測
定回路１９に接続し、発電特性を測定した。すなわち、
燃料電池を１０００℃の温度に保持しながら、燃料ガス
と空気をそれぞれ電極２，３に供給し、固体電解質１を
介して電極反応を起こさせ、かつ、電流計１１にて観察
しながら単位電極面積当たり３００ｍＡ／ｃｍ 2の電流
が流れる状態での電極２，３の分極による電圧降下をカ
レントインターラプト法によりオシロスコープ１０ａ，
１０ｂで測定した。なお、１４は参照極、８ａ，８ｂ，
８ｃは白金線、９は可変抵抗器、１２は水銀スイッチで
ある。この分極による電圧降下の値が小さいほど電池と
しての性能が優れていることになる。表１には、燃料側
電極２を単独で焼成した際の収縮率α1から固体電解質
１を単独で焼成した際の収縮率α2を差し引いた値が、
以下の関係式（１）を満足した場合には、分極による電
圧降下が小さくなることが示されている。
【００１４】 ０．５≦（α1−α2）≦１．５ ……（１） これは、関係式（１）を満足する場合、室温から焼成温
度までの全域の収縮特性が良くなり、電極２，３と電解
質１の接合状態が良好になるからである。なお、本発明
に係る固体電解質型燃料電池は前記実施例に限定するも
のではなく、その要旨の範囲内で種々に変形することが
できる。
度までの全域の収縮特性が良くなり、電極２，３と電解
質１の接合状態が良好になるからである。なお、本発明
に係る固体電解質型燃料電池は前記実施例に限定するも
のではなく、その要旨の範囲内で種々に変形することが
できる。
【００１５】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、燃料側電極の収縮率α1を固体電解質の収縮率
α2より０．５〜１．５％大きくしたので、収縮率を一
致させた場合よりも室温から焼成温度までの全域の収縮
特性が改善される。この結果、固体電解質と電極の接合
状態が良好で、発電特性が優れた固体電解質型燃料電池
が得られる。
よれば、燃料側電極の収縮率α1を固体電解質の収縮率
α2より０．５〜１．５％大きくしたので、収縮率を一
致させた場合よりも室温から焼成温度までの全域の収縮
特性が改善される。この結果、固体電解質と電極の接合
状態が良好で、発電特性が優れた固体電解質型燃料電池
が得られる。
【図１】本発明に係る固体電解質型燃料電池の一実施例
を示すもので、燃料側電極と空気側電極を表裏面に設け
た固体電解質の構造図。
を示すもので、燃料側電極と空気側電極を表裏面に設け
た固体電解質の構造図。
【図２】燃料電池の発電特性を測定するための測定回路
を示す電気回路図。
を示す電気回路図。
１…固体電解質 ２…燃料側電極 ３…空気側電極
Claims (1)
- 【請求項１】 安定化酸化ジルコニウムまたは部分安定
化酸化ジルコニウムを主成分とした固体電解質と、 前記固体電解質の一方の面に設けた空気側電極と、 前記固体電解質の他方の面に設けた、酸化ジルコニウム
と酸化ニッケルの混合物を主成分とした燃料側電極とを
備え、 前記燃料側電極を単独で焼成した際の収縮率α1と前記
固体電解質を単独で焼成した際の収縮率α2とが、以下
の関係式 ０．５≦（α1−α2）≦１．５ を満足していること、 を特徴とする固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5106843A JPH06318463A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5106843A JPH06318463A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06318463A true JPH06318463A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=14443954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5106843A Pending JPH06318463A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06318463A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08250135A (ja) * | 1995-03-14 | 1996-09-27 | Toho Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池及びその電池セルの製造方法 |
| JPH08250134A (ja) * | 1995-03-14 | 1996-09-27 | Toho Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池及びその電池セルの製造方法 |
-
1993
- 1993-05-07 JP JP5106843A patent/JPH06318463A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08250135A (ja) * | 1995-03-14 | 1996-09-27 | Toho Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池及びその電池セルの製造方法 |
| JPH08250134A (ja) * | 1995-03-14 | 1996-09-27 | Toho Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池及びその電池セルの製造方法 |
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