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JPH08231280A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

固体電解質型燃料電池

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Publication number
JPH08231280A
JPH08231280A JP7038262A JP3826295A JPH08231280A JP H08231280 A JPH08231280 A JP H08231280A JP 7038262 A JP7038262 A JP 7038262A JP 3826295 A JP3826295 A JP 3826295A JP H08231280 A JPH08231280 A JP H08231280A
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JP
Japan
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mgo
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bonded
fuel cell
cell
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JP7038262A
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English (en)
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JP3070432B2 (ja
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Naoyuki Nishimura
直之 西村
Kazutoshi Murata
和俊 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Publication date
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    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0215Glass; Ceramic materials
    • H01M8/0217Complex oxides, optionally doped, of the type AMO3, A being an alkaline earth metal or rare earth metal and M being a metal, e.g. perovskites
    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MgO及びMgAl24 を主成分とするセ
ラミックス焼結体よりなるガスセパレータを備える固体
電解質型燃料電池の製作時の、セパレータ同士又はセパ
レータとセルとの接合温度を低くして、電池性能の低下
を防止する。 【構成】 MgOとSiO2 とをMgO:SiO2
1:0.5〜5(重量比)の割合で含む接合材を介して
焼成することにより接合する。 【効果】 ガスセパレータの構成材料の主成分であるM
gO,MgAl24 と接合材のMgO,SiO2
が、従来よりも低い1300℃以下という焼成温度で液
相焼結することにより、接合界面にMg−Si系酸化物
が生成し、これにより、ガスセパレータ部材は化学的に
強固に結合される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池に
係り、特にセパレータ本体がMgO及びMgAl24
を主成分とするセラミックスよりなるガスセパレータを
備える固体電解質型燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックス焼結体よりなるガスセパレ
ータを有した固体電解質型燃料電池の一例について第1
〜3図を参照して説明する。第3図の通り、この固体電
解質型燃料電池1は、集電板2、ガスセパレータ3、集
電板4、セル5をこの順に多数積層してなるものであ
る。この固体電解質型燃料電池1の構成部材のうち、ガ
スセパレータ3は、第1図の通り、それぞれMgO及び
MgAl24 を主成分とするセラミックス焼結体より
なるセパレータ本体6、積層用枠体7及びガス流通用枠
体8と、セパレータ本体6に対し接合されたランタンク
ロマイト製電子流路材9とで構成されている。
【0003】積層用枠体7は細帯形状のものである。ガ
ス流通用枠体8は、細帯形状部8aに対し円盤形状部8
bを接合したものである。
【0004】従来、枠体7,8をセパレータ本体6に接
合するには、MgO粉末及びAl23 粉末の混合物を
水と混合してスラリーとし、このスラリーを被接合面に
塗付し、第2図に示す如く、被接合部材同士を重ね合わ
せ、乾燥、焼成するようにしている。
【0005】なお、ガス流通用枠体8は、細帯形状部8
aと円盤形状部8bとを別々に焼結体として製作してお
き、両者を上記と同じくMgO−Al23 スラリーを
用いて焼成して結合させることにより製造されている。
【0006】また、セル5は、Y23 安定化ZrO2
(YSZ)の板状焼結体よりなる電解質5aに対し、N
i−YSZ系サーメット(燃料極)やランタン系複合酸
化物(空気極)などよりなる電極5bを接合した構造と
なっている。
【0007】このセル5の電解質5aは、ガスセパレー
タ3の枠体7,8に対し、上記のMgO−Al23
ラリーの塗付、乾燥及び焼成により接合されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の通り、従来にお
いて、MgO及びMgAl24 を主体とするガスセパ
レータ3の製造に際しては、MgO粉末及びAl23
粉末を含むスラリーを被接合面に塗付し、被接合物同士
を重ね合わせた後、乾燥、焼成し、接合界面に発生する
MgO−Al23 複合酸化物層を介して両者を接合す
るようにしているのであるが、このMgO−Al23
複合酸化物は、その融点が高いために、接合時の温度が
1400℃以上の高温になる。しかし、このような高温
で接合すると、燃料極や空気極も高温に曝されて劣化
し、これにより電池性能が損なわれるようになるという
問題があった。
【0009】本発明の目的は、上記従来の問題点を解決
し、製作時の接合温度が従来よりも低くて済み、これに
より電池性能の低下が防止された固体電解質型燃料電池
を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の固体電解質型燃
料電池は、MgO及びMgAl24 を主成分とするセ
ラミックス焼結体よりなるガスセパレータを持つ固体電
解質型燃料電池において、ガスセパレータ材料同士、及
び/又は、ガスセパレータ材料とセル材料であるジルコ
ニアとを接合する際に、MgOとSiO2 とをMgO:
SiO2 =1:0.5〜5(重量比)の割合で含む接合
材を介して焼成することにより接合されていることを特
徴とする。
【0011】以下に本発明を詳細に説明する。
【0012】本発明においては、第2図に示すようなM
gO及びMgAl24 を主成分とするスピネル系セラ
ミックス焼結体製のガスセパレータ3のセパレータ本体
6と枠体7,8との接合、或いは、この枠体7,8とセ
ル5のYSZ焼結体製電解質5aとの接合に当り、Mg
OとSiO2 とをMgO:SiO2 =1:0.5〜5
(重量比)の割合で含む接合材を用いる。
【0013】即ち、具体的には、MgO粉末とSiO2
粉末とをMgO:SiO2 =1:0.5〜5(重量比)
の割合で混合してなる混合粉末に、必要に応じてポリビ
ニルブチラール等の結合剤、ジブチルフタレート等の可
塑剤、ノニオン等の分散剤等を添加して下記配合のスラ
リーとしたものを被接合面にスプレー等により乾燥後の
塗布量で0.02〜0.04g/cm2 となるように塗
布して被接合面同志を当接し、その後乾燥した後、0.
3〜0.5kg/cm2 程度の加圧下、1300℃以
下、好ましくは1200〜1300℃の温度で焼成して
接合を行う。
【0014】接合用スラリー配合(重量部) MgO−SiO2 混合粉末:100 結合剤:17〜18 可塑剤:15 分散剤:2 溶 媒(エタノール等):150ml 本発明において、接合材のMgOとSiO2 との割合が
上記範囲からはずれてSiO2 が少ないと、SiO2
よる反応制御作用が十分に得られず、接合強度が得られ
ない。逆に、SiO2 が多いと過剰に反応し、また、相
対的にMgOが少なくなって、MgOによる熱膨張係数
の調整機能が得られず、ヒートサイクルに対して脆くな
る。
【0015】なお、本発明において、接合されるガスセ
パレータのセパレータ本体や枠体は、MgO及びMgA
24 を主成分とするセラミックス焼結体よりなる
が、具体的なセラミックス組成は次の通りである。
【0016】スピネル系セラミックス焼結体組成(重量
%) MgO:42 MgAl24 :58 また、セルの電解質を構成するY23 安定化ZrO2
としては、次のような組成が主に採用される。
【0017】YSZ焼結体組成(mol%) ZrO2 :92 Y23 :8
【0018】
【作用】MgOとSiO2 とをMgO:SiO2 =1:
0.5〜5(重量比)の範囲で含む接合材であれば、ガ
スセパレータの構成材料の主成分であるMgO,MgA
24 と接合材のMgO,SiO2 とが、従来よりも
低い1300℃以下という焼成温度で液相焼結すること
により、接合界面にMg−Si系酸化物が生成し、これ
により、ガスセパレータ部材は化学的に強固に結合され
る。
【0019】なお、本発明に係る接合材中のMgOは接
合層の熱膨張係数をセルやガスセパレータ部材の熱膨張
係数に合致させる機能を担い、また、SiO2 は接合材
と被接合部材の母材との反応量の制御作用を奏する。
【0020】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
【0021】実施例1 MgO粉末とSiO2 粉末とを表1に示す重量比で混合
し、この混合粉末に対して、下記配合で接合用スラリー
を調製した。
【0022】接合用スラリー配合(重量部) MgO−SiO2 混合粉末:100g 結合剤(ポリビニルブチラール):18g 可塑剤(ジブチルフタレート):16g 分散剤(ノニオン):2g 溶 媒(エタノール):150ml このスラリーを、MgO−MgAl24 系セラミック
ス焼結体製ガスセパレータ(組成:MgO:42重量
%,MgAl24 :58重量%)の接合を必要とする
面にスプレー塗布し(乾燥後の塗布量0.02g/cm
2 )、第2図に示す如く、各部材を貼り合せ、乾燥後、
0.3kg/cm2 の加圧下、1300℃の温度で焼成
して接合を行った。
【0023】得られた接合体を接合部を含むように切断
して4点曲げ試験を行って、接合部の強度を調べたとこ
ろ、本発明のMgO:SiO2 組成範囲内のものは、い
ずれも表1に示す如く、高い接合強度が得られたことが
確認された。
【0024】また、各接合部のガスシール性能を調べた
ところ、表1に示す如く、本発明のMgO:SiO2
成範囲内のものは、実用上十分な性能が得られた。
【0025】
【表1】
【0026】実施例2 実施例1で調製した各スラリーを用いて、実施例1と同
様の接合条件で、MgO−MgAl24 系セラミック
ス焼結体製枠体とセルのYSZ焼結体製電解質(組成:
ZrO2 =92mol%,Y23 =8mol%)との
接合を行い、同様に強度及び空気透過率を調べ、結果を
表2に示した。
【0027】表2より、本発明のMgO:SiO2 組成
範囲であれば、強度、ガスシール性能共に、良好な結果
が得られることが明らかである。
【0028】
【表2】
【0029】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の固体電解質
型燃料電池によれば、MgO及びMgAl24 を主成
分とするセラミックス焼結体製ガスセパレータ同士、或
いは、セパレータとYSZ焼結体製セルとの接合に際
し、接合温度を低くすることができ、これにより高性能
固体電解質型燃料電池の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガスセパレータとセルの構成を示す分解斜視図
である。
【図2】ガスセパレータの構成を示す分解斜視図であ
る。
【図3】固体電解質型燃料電池の一実施例を示す分解斜
視図である。
【符号の説明】
1 固体電解質型燃料電池 2,4 集電板 3 ガスセパレータ 5 セル 6 セパレータ本体 7 積層用枠体 8 ガス流通用枠体 9 電子流路材

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MgO及びMgAl24 を主成分とす
    るセラミックス焼結体よりなるガスセパレータを持つ固
    体電解質型燃料電池において、ガスセパレータ材料同
    士、及び/又は、ガスセパレータ材料とセル材料である
    ジルコニアとを接合する際に、MgOとSiO2 とをM
    gO:SiO2 =1:0.5〜5(重量比)の割合で含
    む接合材を介して焼成することにより接合されているこ
    とを特徴とする固体電解質型燃料電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007149430A (ja) * 2005-11-25 2007-06-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 固体酸化物形燃料電池用シール材とその製造方法
JP2007329018A (ja) * 2006-06-08 2007-12-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 固体酸化物形燃料電池用絶縁部品及び固体酸化物形燃料電池

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