JPH10106608A - 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池及びその製造方法Info
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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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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-
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 集電層の均一な厚みを容易に制御することが
でき、燃料利用率を高くしても発電特性が悪くなること
を抑制できる固体電解質型燃料電池及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 空気極、固体電解質膜、燃料極、集電層
及びインターコネクタで構成されるセルを備えた固体電
解質型燃料電池において、空気極側集電層または燃料極
側集電層のうち少なくとも一方が、空気極、固体電解質
膜及び燃料極と共焼結されている。前記燃料極側集電層
はＮｉＯと金属酸化物とからなり、前記金属酸化物はＮ
ｉＯより熱膨張係数が低い。前記燃料極側集電層の共焼
成時の組成は、ＮｉＯと金属酸化物の重量比が８０／２
０ないし９５／５である。その製造方法は、空気極側集
電用未焼結層または燃料極側集電用未焼結層のうち少な
くとも一方を３層膜セラミック成形体の空気極または燃
料極の表面に設けてセラミック積層成形体とし、これを
共焼結する。
でき、燃料利用率を高くしても発電特性が悪くなること
を抑制できる固体電解質型燃料電池及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 空気極、固体電解質膜、燃料極、集電層
及びインターコネクタで構成されるセルを備えた固体電
解質型燃料電池において、空気極側集電層または燃料極
側集電層のうち少なくとも一方が、空気極、固体電解質
膜及び燃料極と共焼結されている。前記燃料極側集電層
はＮｉＯと金属酸化物とからなり、前記金属酸化物はＮ
ｉＯより熱膨張係数が低い。前記燃料極側集電層の共焼
成時の組成は、ＮｉＯと金属酸化物の重量比が８０／２
０ないし９５／５である。その製造方法は、空気極側集
電用未焼結層または燃料極側集電用未焼結層のうち少な
くとも一方を３層膜セラミック成形体の空気極または燃
料極の表面に設けてセラミック積層成形体とし、これを
共焼結する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体電解質型燃料電
池及びその製造方法に関する。
池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】平板型固体電解質型燃料電池の主要な発
電機能は、図１の分解斜視図に示すように、固体電解質
膜１とその両側に配置される電極層、すなわち、空気極
２及び燃料極３とからなる３層膜４にある。しかしなが
ら、この３層膜４から発生する電圧はせいぜい１Ｖ程度
であるため、実用的にはこれを複数直列につながなけれ
ばならない。
電機能は、図１の分解斜視図に示すように、固体電解質
膜１とその両側に配置される電極層、すなわち、空気極
２及び燃料極３とからなる３層膜４にある。しかしなが
ら、この３層膜４から発生する電圧はせいぜい１Ｖ程度
であるため、実用的にはこれを複数直列につながなけれ
ばならない。
【０００３】そのため、各３層膜間には、インターコネ
クタ５と呼ばれる部材が挿入され、３層膜４とともにセ
ル６ａが構成される。このようにして、インターコネク
タ５は３層膜４に供給される酸化剤ガスと燃料ガスとを
互いに分離し、かつセル６ａと他のセル６ｂとを接続し
ている。なお、隣り合う３層幕４の間にあるインターコ
ネクタ５はセル６ａとセル６ｂの構成部材として共用さ
れている。
クタ５と呼ばれる部材が挿入され、３層膜４とともにセ
ル６ａが構成される。このようにして、インターコネク
タ５は３層膜４に供給される酸化剤ガスと燃料ガスとを
互いに分離し、かつセル６ａと他のセル６ｂとを接続し
ている。なお、隣り合う３層幕４の間にあるインターコ
ネクタ５はセル６ａとセル６ｂの構成部材として共用さ
れている。
【０００４】インターコネクタ５は、電極面に平行な方
向に流れる前記２種類のガスの流通と、電極面に垂直な
方向に流れる電流の流通を確保している。
向に流れる前記２種類のガスの流通と、電極面に垂直な
方向に流れる電流の流通を確保している。
【０００５】この電極面内の電流通路の電極近傍の領域
で発電された電流は、電極面内を流れることなく、ただ
ちにインターコネクタ５の電流通路２１に達するが、こ
の電流通路２１から離れた領域（ガス流路２２の中央）
で発電された電流は、最長でガス流路幅の１／２の距離
だけ電極面内を流れて電流通路２１に達する。そして、
この電極面内を流れる電流のロスを小さくするために
は、電極自体の抵抗が小さいことが望ましいが、触媒活
性や耐久性を確保するためには電極の抵抗がある程度大
きくなる場合もある。
で発電された電流は、電極面内を流れることなく、ただ
ちにインターコネクタ５の電流通路２１に達するが、こ
の電流通路２１から離れた領域（ガス流路２２の中央）
で発電された電流は、最長でガス流路幅の１／２の距離
だけ電極面内を流れて電流通路２１に達する。そして、
この電極面内を流れる電流のロスを小さくするために
は、電極自体の抵抗が小さいことが望ましいが、触媒活
性や耐久性を確保するためには電極の抵抗がある程度大
きくなる場合もある。
【０００６】その際には、図２に示すように、低抵抗の
集電層７を各電極の上に形成し、面内を流れる電流のロ
スを抑えようとしている。さらに、この集電層７は各電
極とインターコネクタ５の電気的接触状態を改善する働
きもする。
集電層７を各電極の上に形成し、面内を流れる電流のロ
スを抑えようとしている。さらに、この集電層７は各電
極とインターコネクタ５の電気的接触状態を改善する働
きもする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来、この集電層は、
各電極と固体電解質膜で構成された３層膜を焼結させた
後、それら電極表面にスクリーン印刷法等でペーストを
塗布し、これを焼き付けて形成していた。
各電極と固体電解質膜で構成された３層膜を焼結させた
後、それら電極表面にスクリーン印刷法等でペーストを
塗布し、これを焼き付けて形成していた。
【０００８】しかしながら、このとき、焼結させた３層
膜に反り等の僅かな変形があると、集電層をスクリーン
印刷する時に３層膜が破損したり、また、集電層の厚み
が不均一になる等の原因となっていた。
膜に反り等の僅かな変形があると、集電層をスクリーン
印刷する時に３層膜が破損したり、また、集電層の厚み
が不均一になる等の原因となっていた。
【０００９】また、電極の面内抵抗を小さくするために
集電層の厚みを厚くすると、電極への供給ガスの流入を
阻害することになり、特に、燃料極側集電層によく用い
られるＮｉは１０００℃で容易に焼結して燃料極表面を
覆うので、燃料利用率が高いときの発電特性が悪いとい
う問題があった。
集電層の厚みを厚くすると、電極への供給ガスの流入を
阻害することになり、特に、燃料極側集電層によく用い
られるＮｉは１０００℃で容易に焼結して燃料極表面を
覆うので、燃料利用率が高いときの発電特性が悪いとい
う問題があった。
【００１０】そこで本発明の目的は、このような問題を
解決し、集電層の均一な厚みを容易に制御することがで
き、燃料利用率を高くしても発電特性が悪くなることを
抑制できる固体電解質型燃料電池及びその製造方法を提
供することにある。
解決し、集電層の均一な厚みを容易に制御することがで
き、燃料利用率を高くしても発電特性が悪くなることを
抑制できる固体電解質型燃料電池及びその製造方法を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、空
気極、固体電解質膜、燃料極、集電層及びインターコネ
クタで構成されるセルを備えた固体電解質型燃料電池に
おいて、空気極側集電層または燃料極側集電層のうち少
なくとも一方が、空気極、固体電解質膜及び燃料極と共
焼結されていることを特徴とする。
気極、固体電解質膜、燃料極、集電層及びインターコネ
クタで構成されるセルを備えた固体電解質型燃料電池に
おいて、空気極側集電層または燃料極側集電層のうち少
なくとも一方が、空気極、固体電解質膜及び燃料極と共
焼結されていることを特徴とする。
【００１２】また、請求項２の固体電解質型燃料電池
は、前記燃料極側集電層がＮｉＯと金属酸化物とからな
ることを特徴とする。
は、前記燃料極側集電層がＮｉＯと金属酸化物とからな
ることを特徴とする。
【００１３】また、請求項３の固体電解質型燃料電池
は、前記金属酸化物がＮｉＯより熱膨張係数が低いこと
を特徴とするまた、請求項４の固体電解質型燃料電池
は、前記燃料極側集電層の共焼結時の組成が、ＮｉＯと
金属酸化物の重量比が８０／２０ないし９５／５である
ことを特徴とする。
は、前記金属酸化物がＮｉＯより熱膨張係数が低いこと
を特徴とするまた、請求項４の固体電解質型燃料電池
は、前記燃料極側集電層の共焼結時の組成が、ＮｉＯと
金属酸化物の重量比が８０／２０ないし９５／５である
ことを特徴とする。
【００１４】また、請求項５において、固体電解質型燃
料電池の製造方法は、空気極側集電用未焼結層または燃
料極側集電用未焼結層のうち少なくとも一方を、空気
極、固体電解質膜及び燃料極からなる３層膜セラミック
成形体の前記空気極または前記燃料極の表面に設けてセ
ラミック積層成形体とし、該セラミック積層成形体を共
焼結することを特徴とする。
料電池の製造方法は、空気極側集電用未焼結層または燃
料極側集電用未焼結層のうち少なくとも一方を、空気
極、固体電解質膜及び燃料極からなる３層膜セラミック
成形体の前記空気極または前記燃料極の表面に設けてセ
ラミック積層成形体とし、該セラミック積層成形体を共
焼結することを特徴とする。
【００１５】本発明は、このようにすることにより、３
層膜と集電層が共焼結されるため、あらかじめ焼結させ
た３層膜上にペーストをスクリーン印刷して集電層を形
成する場合に比べて、３層膜を破損したりする恐れもな
い。しかも、集電層の厚みを均一に形成することがで
き、高い端子電圧が得られ、容易でしかも確実なものと
することができる。
層膜と集電層が共焼結されるため、あらかじめ焼結させ
た３層膜上にペーストをスクリーン印刷して集電層を形
成する場合に比べて、３層膜を破損したりする恐れもな
い。しかも、集電層の厚みを均一に形成することがで
き、高い端子電圧が得られ、容易でしかも確実なものと
することができる。
【００１６】また、燃料極側集電層の材料に、金属酸化
物が添加されることで、Ｎｉの焼結が抑制されるので燃
料極表面全面を覆うことがなく、燃料利用率を高くして
も発電特性が低下することを抑制できる。
物が添加されることで、Ｎｉの焼結が抑制されるので燃
料極表面全面を覆うことがなく、燃料利用率を高くして
も発電特性が低下することを抑制できる。
【００１７】また、前記金属酸化物はＮｉＯより熱膨張
係数が低いことにより、燃料極側集電層の熱膨張係数を
固体電解質膜や燃料極に用いられるイットリア安定化ジ
ルコニア（ＹＳＺ）のそれに近づけて部材相互間の熱膨
張係数差を抑え、温度変化に伴う変形、割れ、剥がれ等
を防ぐことができる。
係数が低いことにより、燃料極側集電層の熱膨張係数を
固体電解質膜や燃料極に用いられるイットリア安定化ジ
ルコニア（ＹＳＺ）のそれに近づけて部材相互間の熱膨
張係数差を抑え、温度変化に伴う変形、割れ、剥がれ等
を防ぐことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例を基に説明する。
例を基に説明する。
【００１９】（実施例）始めに、固体電解質膜、燃料極
及び空気極の各電極層並びに集電層のセラミックグリー
ンシートをそれぞれ作製し、これらを積層した後、共焼
成する例について説明する。
及び空気極の各電極層並びに集電層のセラミックグリー
ンシートをそれぞれ作製し、これらを積層した後、共焼
成する例について説明する。
【００２０】まず、固体電解質膜を作製するため、粉末
状のイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を準備し、
これに結合剤（例えばポリビニルブチラール系バインダ
ー）及び溶剤（エタノール及びトルエン）を所定量加え
て混合し、これをスラリーとした後、ドクターブレード
法により、厚み約５０μｍの固体電解質膜用セラミック
グリーンシートを作製した。
状のイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を準備し、
これに結合剤（例えばポリビニルブチラール系バインダ
ー）及び溶剤（エタノール及びトルエン）を所定量加え
て混合し、これをスラリーとした後、ドクターブレード
法により、厚み約５０μｍの固体電解質膜用セラミック
グリーンシートを作製した。
【００２１】次に、空気極を作製するため、粉末状のラ
ンタンマンガナイト（ＬａＭｎＯ3）とイットリア安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）の混合物に、結合剤（例えば、
ポリビニルブチラール系バインダー）と溶剤（エタノー
ル及びトルエン）を所定量加えてスラリーとした後、ド
クターブレード法により、厚み約５０μｍの空気極用セ
ラミックグリーンシートを作製した。
ンタンマンガナイト（ＬａＭｎＯ3）とイットリア安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）の混合物に、結合剤（例えば、
ポリビニルブチラール系バインダー）と溶剤（エタノー
ル及びトルエン）を所定量加えてスラリーとした後、ド
クターブレード法により、厚み約５０μｍの空気極用セ
ラミックグリーンシートを作製した。
【００２２】また、燃料極を作製するため、粉末状の酸
化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）の混合物に、結合剤（例えば、ポリビニルブ
チラール系バインダー）と溶剤（エタノール及びトルエ
ン）を所定量加えてニッケル−ジルコニアサーメット系
スラリーとした後、ドクターブレード法により、厚み約
５０μｍの燃料極用セラミックグリーンシートを作製し
た。
化ニッケル（ＮｉＯ）とイットリア安定化ジルコニア
（ＹＳＺ）の混合物に、結合剤（例えば、ポリビニルブ
チラール系バインダー）と溶剤（エタノール及びトルエ
ン）を所定量加えてニッケル−ジルコニアサーメット系
スラリーとした後、ドクターブレード法により、厚み約
５０μｍの燃料極用セラミックグリーンシートを作製し
た。
【００２３】また、一方、空気極側集電層としてランタ
ンマンガナイト（ＬａＭｎＯ3 ）を原料とし、また、燃
料極側集電層として酸化ニッケル（ＮｉＯ）にイットリ
ア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を、表１に示すように、
０〜３０ｗｔ％の範囲で加えたものを原料として、それ
ぞれ前記固体電解質膜用及び各電極用のシートと同じ方
法で、厚みが約５μｍのものを作製した。
ンマンガナイト（ＬａＭｎＯ3 ）を原料とし、また、燃
料極側集電層として酸化ニッケル（ＮｉＯ）にイットリ
ア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を、表１に示すように、
０〜３０ｗｔ％の範囲で加えたものを原料として、それ
ぞれ前記固体電解質膜用及び各電極用のシートと同じ方
法で、厚みが約５μｍのものを作製した。
【００２４】
【表１】
【００２５】以上のようにして得られた、固体電解質
膜、各電極及び集電層の各セラミックグリーンシートを
用いて、固体電解質膜用シートを複数枚、空気極用及び
燃料極用シートを１枚づつ、さらに、空気極側集電層及
び燃料極側集電層用シートを１枚づつ、それぞれ重ねた
成形体を準備した。
膜、各電極及び集電層の各セラミックグリーンシートを
用いて、固体電解質膜用シートを複数枚、空気極用及び
燃料極用シートを１枚づつ、さらに、空気極側集電層及
び燃料極側集電層用シートを１枚づつ、それぞれ重ねた
成形体を準備した。
【００２６】そして、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、空気極側集電用未焼結層、空気極、固体電
解質膜、燃料極、燃料極側集電用未焼結層からなる５層
膜のセラミック積層成形体を得た。
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、空気極側集電用未焼結層、空気極、固体電
解質膜、燃料極、燃料極側集電用未焼結層からなる５層
膜のセラミック積層成形体を得た。
【００２７】そして、この積層成形体を、１３００℃の
温度で２時間共焼成し、５層膜のセラミック焼結体を得
た。
温度で２時間共焼成し、５層膜のセラミック焼結体を得
た。
【００２８】図３に、得られた５層膜のセラミック焼結
体の断面図を示す。
体の断面図を示す。
【００２９】１は固体電解質膜、２は空気極、３は燃料
極、７ａは空気極側集電層、７ｂは燃料極側集電層を示
している。
極、７ａは空気極側集電層、７ｂは燃料極側集電層を示
している。
【００３０】得られた５層膜のセラミック焼結体を観察
したところ、固体電解質膜の表裏面に設けられた空気極
と燃料極の各表面に、空気極側集電層と燃料極側集電層
が３層膜を破損することもなく、それぞれ均一な厚みで
形成されていることが確認された。
したところ、固体電解質膜の表裏面に設けられた空気極
と燃料極の各表面に、空気極側集電層と燃料極側集電層
が３層膜を破損することもなく、それぞれ均一な厚みで
形成されていることが確認された。
【００３１】そして、この５層膜のセラミック焼結体
を、Ｎｉ−Ｃｒ合金製インターコネクタで挟んで固体電
解質型燃料電池とし、これを１０００℃で運転した。そ
して、燃料利用率が４０％と７０％の場合における３０
０ｍＡ／ｃｍ2 通電時の端子電圧を測定し、固体電解質
型燃料電池の発電特性について評価した。
を、Ｎｉ−Ｃｒ合金製インターコネクタで挟んで固体電
解質型燃料電池とし、これを１０００℃で運転した。そ
して、燃料利用率が４０％と７０％の場合における３０
０ｍＡ／ｃｍ2 通電時の端子電圧を測定し、固体電解質
型燃料電池の発電特性について評価した。
【００３２】また、比較のため、燃料極側集電層として
Ｎｉペーストを、また、空気極側集電層としてランタン
マンガナイト（ＬａＭｎＯ3 ）のペーストを用いて、焼
結させた３層膜の各電極の表面にそれぞれスクリーン印
刷し、これを焼き付けて集電層を形成した固体電解質型
燃料電池を作製して、その発電特性の評価を行った。
Ｎｉペーストを、また、空気極側集電層としてランタン
マンガナイト（ＬａＭｎＯ3 ）のペーストを用いて、焼
結させた３層膜の各電極の表面にそれぞれスクリーン印
刷し、これを焼き付けて集電層を形成した固体電解質型
燃料電池を作製して、その発電特性の評価を行った。
【００３３】この評価結果を表１に示す。
【００３４】端子電圧はいずれの燃料利用率においても
高いことが望ましい。表１によれば、比較例に示すよう
に、集電層の形成を３層膜を焼結させた後、その表裏面
にそれぞれ、Ｎｉペースト及びランタンマンガナイト
（ＬａＭｎＯ3 ）のペーストをスクリーン印刷して焼き
付けたものに比べて、試料Ｎｏ．１ないし試料Ｎｏ．８
に示すような構成とすることにより、燃料利用率を７０
％と高くしたときの端子電圧はより高くなり、また、燃
料利用率が４０％の端子電圧との開きが縮まって燃料利
用率特性が改善されている。
高いことが望ましい。表１によれば、比較例に示すよう
に、集電層の形成を３層膜を焼結させた後、その表裏面
にそれぞれ、Ｎｉペースト及びランタンマンガナイト
（ＬａＭｎＯ3 ）のペーストをスクリーン印刷して焼き
付けたものに比べて、試料Ｎｏ．１ないし試料Ｎｏ．８
に示すような構成とすることにより、燃料利用率を７０
％と高くしたときの端子電圧はより高くなり、また、燃
料利用率が４０％の端子電圧との開きが縮まって燃料利
用率特性が改善されている。
【００３５】これは、比較例の場合、一般にペーストを
スクリーン印刷した集電層の膜厚は均一になりにくく、
膜厚の薄い部分では抵抗が大きくなるため端子電圧が低
くなり、一方、膜厚の厚い部分ではガスの透過性が悪く
なり、燃料利用率が高いときに端子電圧がさらに低くな
るためである。これに対して、本発明では、集電層の厚
みを均一に制御できるため、全般により高い端子電圧が
得られる。
スクリーン印刷した集電層の膜厚は均一になりにくく、
膜厚の薄い部分では抵抗が大きくなるため端子電圧が低
くなり、一方、膜厚の厚い部分ではガスの透過性が悪く
なり、燃料利用率が高いときに端子電圧がさらに低くな
るためである。これに対して、本発明では、集電層の厚
みを均一に制御できるため、全般により高い端子電圧が
得られる。
【００３６】また、試料Ｎｏ．２ないし試料Ｎｏ．８に
示すように、ＮｉＯにＹＳＺを一定の範囲で加えていく
と、燃料利用率を４０％から７０％に高くしたときの端
子電圧の低下がさらに小さくなった。これはＹＳＺによ
りＮｉの焼結が抑制されたためと考えられる。
示すように、ＮｉＯにＹＳＺを一定の範囲で加えていく
と、燃料利用率を４０％から７０％に高くしたときの端
子電圧の低下がさらに小さくなった。これはＹＳＺによ
りＮｉの焼結が抑制されたためと考えられる。
【００３７】なお、試料Ｎｏ．２に示すように、ＹＳＺ
が５ｗｔ％未満では、比較例の端子電圧より高くなる
が、燃料利用率が高くなったときの端子電圧の低下がま
だ大きい。また、試料Ｎｏ．７及び試料Ｎｏ．８に示す
ように、ＹＳＺが２０ｗｔ％を超えると、端子電圧が低
下に向かう。これはＹＳＺの比率を増加させたため、イ
ンターコネクタとの接触状態が悪くなったためと考えら
れる。したがって、ＮｉＯとＹＳＺ（金属酸化物）の重
量比は、９５／５ないし８０／２０とすることがより好
ましい。
が５ｗｔ％未満では、比較例の端子電圧より高くなる
が、燃料利用率が高くなったときの端子電圧の低下がま
だ大きい。また、試料Ｎｏ．７及び試料Ｎｏ．８に示す
ように、ＹＳＺが２０ｗｔ％を超えると、端子電圧が低
下に向かう。これはＹＳＺの比率を増加させたため、イ
ンターコネクタとの接触状態が悪くなったためと考えら
れる。したがって、ＮｉＯとＹＳＺ（金属酸化物）の重
量比は、９５／５ないし８０／２０とすることがより好
ましい。
【００３８】また、上記実施例では、ＮｉＯとともに燃
料極側集電層を構成する金属酸化物を、イットリア安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いて説明したが、これ以外
に、同じくＮｉＯより熱膨張係数の低い金属酸化物、例
えば、酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）や酸化アルミニウム
（Ａｌ2 Ｏ3 ）等を用いても同様の効果を得ることがで
きる。
料極側集電層を構成する金属酸化物を、イットリア安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いて説明したが、これ以外
に、同じくＮｉＯより熱膨張係数の低い金属酸化物、例
えば、酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）や酸化アルミニウム
（Ａｌ2 Ｏ3 ）等を用いても同様の効果を得ることがで
きる。
【００３９】また、３層膜の電極表面上に設ける集電用
未焼結層は、上記実施例ではセラミックグリーンシート
を用いたが、これに限らず、例えばペーストを用いて集
電層を形成しても同様の効果を得ることができる。
未焼結層は、上記実施例ではセラミックグリーンシート
を用いたが、これに限らず、例えばペーストを用いて集
電層を形成しても同様の効果を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、従来のように、各電極
と固体電解質膜で構成された３層膜を焼結させた後、そ
れら電極表面にスクリーン印刷法等によりペーストを塗
布し、これを焼き付けて集電層を形成したものよりも、
集電層の均一な厚みを容易にコントロールすることが可
能となり、より高い端子電圧が得られる。しかも３層膜
の破損や製品の選別の度合いが減り、製造が容易にな
る。
と固体電解質膜で構成された３層膜を焼結させた後、そ
れら電極表面にスクリーン印刷法等によりペーストを塗
布し、これを焼き付けて集電層を形成したものよりも、
集電層の均一な厚みを容易にコントロールすることが可
能となり、より高い端子電圧が得られる。しかも３層膜
の破損や製品の選別の度合いが減り、製造が容易にな
る。
【００４１】また、燃料極側の集電層材料である酸化ニ
ッケル（ＮｉＯ）にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）等の金属酸化物を加えることによって、燃料利用率
を高くしたときにも端子電圧の低下を抑制することがで
き、発電特性のよい固体電解質型燃料電池が得られる。
ッケル（ＮｉＯ）にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）等の金属酸化物を加えることによって、燃料利用率
を高くしたときにも端子電圧の低下を抑制することがで
き、発電特性のよい固体電解質型燃料電池が得られる。
【図１】平板型固体電解質型燃料電池のセル構造を示す
分解斜視図である。
分解斜視図である。
【図２】平板型固体電解質型燃料電池の集電体を有する
セル構造を示す分解斜視図である。
セル構造を示す分解斜視図である。
【図３】本発明に係る空気極側集電層・空気極・固体電
解質膜・燃料極・燃料極側集電層の５層膜セラミック焼
結体の断面図である。
解質膜・燃料極・燃料極側集電層の５層膜セラミック焼
結体の断面図である。
１ 固体電解質膜 ２ 空気極 ３ 燃料極 ４ ３層膜 ５ インターコネクタ ６ａ，６ｂ セル ７ 集電層 ７ａ 空気極側集電層 ７ｂ 燃料極側集電層 ２１ 電流通路 ２２ ガス通路
Claims (5)
- 【請求項１】 空気極、固体電解質膜、燃料極、集電層
及びインターコネクタで構成されるセルを備えた固体電
解質型燃料電池において、空気極側集電層または燃料極
側集電層のうち少なくとも一方が、空気極、固体電解質
膜及び燃料極と共焼結されていることを特徴とする固体
電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 前記燃料極側集電層はＮｉＯと金属酸化
物とからなることを特徴とする請求項１記載の固体電解
質型燃料電池。 - 【請求項３】 前記金属酸化物はＮｉＯより熱膨張係数
が低いことを特徴とする請求項２記載の固体電解質型燃
料電池。 - 【請求項４】 前記燃料極側集電層の共焼結時の組成
は、ＮｉＯと金属酸化物の重量比が８０／２０ないし９
５／５であることを特徴とする請求項１または２記載の
固体電解質型燃料電池。 - 【請求項５】 空気極側集電用未焼結層または燃料極側
集電用未焼結層のうち少なくとも一方を、空気極、固体
電解質膜及び燃料極からなる３層膜セラミック成形体の
前記空気極または前記燃料極の表面に設けてセラミック
積層成形体とし、該セラミック積層成形体を共焼結する
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8261874A JPH10106608A (ja) | 1996-10-02 | 1996-10-02 | 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8261874A JPH10106608A (ja) | 1996-10-02 | 1996-10-02 | 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10106608A true JPH10106608A (ja) | 1998-04-24 |
Family
ID=17367968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8261874A Pending JPH10106608A (ja) | 1996-10-02 | 1996-10-02 | 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10106608A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003522384A (ja) * | 2000-02-04 | 2003-07-22 | シュティヒティン・エネルギーオンデルツォイク・セントラム・ネーデルランド | アノードに支持された電解質を含むアセンブリの製造方法およびそのようなアセンブリを備えるセラミック電池 |
| JP2006139966A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2006139955A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2009043550A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2012009461A (ja) * | 2011-10-13 | 2012-01-12 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2012009245A (ja) * | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物形燃料電池用単セルおよび固体酸化物形燃料電池用単セルの製造方法 |
| KR101220562B1 (ko) | 2010-12-28 | 2013-01-10 | 주식회사 포스코 | 집전 성능이 우수한 고체 산화물 연료 전지 및 그 제조 방법 |
| JP2016046078A (ja) * | 2014-08-22 | 2016-04-04 | 株式会社デンソー | 燃料電池単セル |
| CN112952108A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-11 | 浙江氢邦科技有限公司 | 一种固体氧化物燃料电池及制备方法 |
-
1996
- 1996-10-02 JP JP8261874A patent/JPH10106608A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003522384A (ja) * | 2000-02-04 | 2003-07-22 | シュティヒティン・エネルギーオンデルツォイク・セントラム・ネーデルランド | アノードに支持された電解質を含むアセンブリの製造方法およびそのようなアセンブリを備えるセラミック電池 |
| JP2006139966A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2006139955A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2009043550A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質型燃料電池 |
| JP2012009245A (ja) * | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物形燃料電池用単セルおよび固体酸化物形燃料電池用単セルの製造方法 |
| KR101220562B1 (ko) | 2010-12-28 | 2013-01-10 | 주식회사 포스코 | 집전 성능이 우수한 고체 산화물 연료 전지 및 그 제조 방법 |
| JP2012009461A (ja) * | 2011-10-13 | 2012-01-12 | Dainippon Printing Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| JP2016046078A (ja) * | 2014-08-22 | 2016-04-04 | 株式会社デンソー | 燃料電池単セル |
| CN112952108A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-11 | 浙江氢邦科技有限公司 | 一种固体氧化物燃料电池及制备方法 |
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