JPH11191420A - 固体電解質型燃料電池のセル及び固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池のセル及び固体電解質型燃料電池Info
- Publication number
- JPH11191420A JPH11191420A JP9359725A JP35972597A JPH11191420A JP H11191420 A JPH11191420 A JP H11191420A JP 9359725 A JP9359725 A JP 9359725A JP 35972597 A JP35972597 A JP 35972597A JP H11191420 A JPH11191420 A JP H11191420A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- layer
- fuel cell
- oxygen electrode
- intermediate layer
- 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
Links
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)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 接続部材に起因した不具合の発生を防止し
て、耐久性及び発電効率を向上し得る固体電解質型燃料
電池のセル及ぶ固体電解質型燃料電池を提供する。 【解決手段】 固体電解質層１の一方の面にＬａＭｎＯ
3 系酸化物から成る酸素極２を備え且つ他方の面に燃料
極３を備え、酸素極３に、接続部材Ｉが設けられた固体
電解質型燃料電池のセルであって、接続部材Ｉが、酸素
極２側に位置する中間層６と、その中間層６に対して酸
素極２側とは反対側に位置する外側層７とを備えて構成
され、外側層７が、ＬａＣｒＯ3 系酸化物から成り、中
間層６が、酸素極２から外側層７へのマンガンの拡散を
抑制する機能を備えている固体電解質型燃料電池のセ
ル。そのセルの複数個が、接続部材Ｉを用いて電気的に
直列接続される状態で設けられている固体電解質型燃料
電池。
て、耐久性及び発電効率を向上し得る固体電解質型燃料
電池のセル及ぶ固体電解質型燃料電池を提供する。 【解決手段】 固体電解質層１の一方の面にＬａＭｎＯ
3 系酸化物から成る酸素極２を備え且つ他方の面に燃料
極３を備え、酸素極３に、接続部材Ｉが設けられた固体
電解質型燃料電池のセルであって、接続部材Ｉが、酸素
極２側に位置する中間層６と、その中間層６に対して酸
素極２側とは反対側に位置する外側層７とを備えて構成
され、外側層７が、ＬａＣｒＯ3 系酸化物から成り、中
間層６が、酸素極２から外側層７へのマンガンの拡散を
抑制する機能を備えている固体電解質型燃料電池のセ
ル。そのセルの複数個が、接続部材Ｉを用いて電気的に
直列接続される状態で設けられている固体電解質型燃料
電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質層の一
方の面にＬａＭｎＯ3 系酸化物から成る酸素極を備え且
つ他方の面に燃料極を備え、前記酸素極に、接続部材が
設けられた固体電解質型燃料電池のセル、及び、そのセ
ルを用いた固体電解質型燃料電池に関する。
方の面にＬａＭｎＯ3 系酸化物から成る酸素極を備え且
つ他方の面に燃料極を備え、前記酸素極に、接続部材が
設けられた固体電解質型燃料電池のセル、及び、そのセ
ルを用いた固体電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】かかる固体電解質型燃料電池は、複数の
セルを接続部材にて直列接続する状態で設け、各セルの
酸素極に酸素含有ガスを供給するとともに、燃料極に水
素を含有した燃料ガスを供給して、８００〜１０００°
Ｃの動作温度で動作させて発電するように構成してあ
る。接続部材は、酸素極に接続される側は酸化雰囲気に
曝され、燃料極に対して接続される側は還元雰囲気に曝
されることから、酸化雰囲気及び還元雰囲気に対する耐
性を備える必要がある。又、接続部材は、熱膨張率が、
Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 （以下、ＹＳＺと略記する場合
がある）から成る固体電解質層や酸素極と略等しく、
又、接続部材が接合される他の部材と前記動作温度で反
応しないことが要求される。そこで、従来では、接続部
材Ｉは、上記のような条件を満たすべく、Ｃａ，Ｓｒ，
Ｍｇ等を添加したＬａＣｒＯ3 酸化物（以下、ＬａＣｒ
Ｏ3 系酸化物と称する場合がある）から成る導電層（以
下、ＬＣ層と称する場合がある）にて構成し、図４に示
すように、そのＬＣ層１１を酸素極２に設けていた。
尚、図４中、１は固体電解質層、３は燃料極である。
セルを接続部材にて直列接続する状態で設け、各セルの
酸素極に酸素含有ガスを供給するとともに、燃料極に水
素を含有した燃料ガスを供給して、８００〜１０００°
Ｃの動作温度で動作させて発電するように構成してあ
る。接続部材は、酸素極に接続される側は酸化雰囲気に
曝され、燃料極に対して接続される側は還元雰囲気に曝
されることから、酸化雰囲気及び還元雰囲気に対する耐
性を備える必要がある。又、接続部材は、熱膨張率が、
Ｙ2 Ｏ3 安定化ＺｒＯ2 （以下、ＹＳＺと略記する場合
がある）から成る固体電解質層や酸素極と略等しく、
又、接続部材が接合される他の部材と前記動作温度で反
応しないことが要求される。そこで、従来では、接続部
材Ｉは、上記のような条件を満たすべく、Ｃａ，Ｓｒ，
Ｍｇ等を添加したＬａＣｒＯ3 酸化物（以下、ＬａＣｒ
Ｏ3 系酸化物と称する場合がある）から成る導電層（以
下、ＬＣ層と称する場合がある）にて構成し、図４に示
すように、そのＬＣ層１１を酸素極２に設けていた。
尚、図４中、１は固体電解質層、３は燃料極である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】かかる固体電解質型燃
料電池のセルでは、耐久性を向上させることが重要な課
題の一つとなっているが、従来では、接続部材であるＬ
Ｃ層に起因した不具合の発生が耐久性を低下させる一つ
の要因となっていた。本発明の発明者らは、ＬＣ層に起
因した不具合の発生原因を鋭意追求したところ、以下の
ような過程で不具合が発生することを解明した。動作状
態では、酸素極のマンガンがＬＣ層に拡散する現象が生
じる。そして、マンガンは、ＬＣ層において還元雰囲気
にて還元される領域にまで拡散して還元されると、膨張
しようとするので、ＬＣ層の内部応力の増大をもたらす
ことになり、セルが破損する場合がある。又、ＬＣ層に
マンガンが拡散すると、ＬＣ層を形成するＬａＣｒＯ3
系酸化物の融点が低下するので、ＬａＣｒＯ3 系酸化物
の粒子成長が促進され、粒子間の隙間が拡大して、ＬＣ
層においてガスが透過しやすくなるという現象が発生す
る。ＬＣ層においてガスが透過しやすくなると、発電効
率が低下するという問題が発生する。尚、ＬＣ層の内部
応力の増大によるセルの破損や、ＬＣ層でのガス透過に
よる発電効率の低下は、ＬＣ層の厚さが薄くなるほど起
こりやすくなる。
料電池のセルでは、耐久性を向上させることが重要な課
題の一つとなっているが、従来では、接続部材であるＬ
Ｃ層に起因した不具合の発生が耐久性を低下させる一つ
の要因となっていた。本発明の発明者らは、ＬＣ層に起
因した不具合の発生原因を鋭意追求したところ、以下の
ような過程で不具合が発生することを解明した。動作状
態では、酸素極のマンガンがＬＣ層に拡散する現象が生
じる。そして、マンガンは、ＬＣ層において還元雰囲気
にて還元される領域にまで拡散して還元されると、膨張
しようとするので、ＬＣ層の内部応力の増大をもたらす
ことになり、セルが破損する場合がある。又、ＬＣ層に
マンガンが拡散すると、ＬＣ層を形成するＬａＣｒＯ3
系酸化物の融点が低下するので、ＬａＣｒＯ3 系酸化物
の粒子成長が促進され、粒子間の隙間が拡大して、ＬＣ
層においてガスが透過しやすくなるという現象が発生す
る。ＬＣ層においてガスが透過しやすくなると、発電効
率が低下するという問題が発生する。尚、ＬＣ層の内部
応力の増大によるセルの破損や、ＬＣ層でのガス透過に
よる発電効率の低下は、ＬＣ層の厚さが薄くなるほど起
こりやすくなる。
【０００４】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、接続部材に起因した不具合の発
生を防止して、耐久性及び発電効率を向上し得る固体電
解質型燃料電池のセル及ぶ固体電解質型燃料電池を提供
することにある。
のであり、その目的は、接続部材に起因した不具合の発
生を防止して、耐久性及び発電効率を向上し得る固体電
解質型燃料電池のセル及ぶ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】請求項１に記載の特徴構
成によれば、接続部材が、酸素極側に位置する中間層
と、その中間層に対して酸素極側とは反対側に位置する
外側層とを備えて構成され、外側層が、従来のＬＣ層と
同様のＬａＣｒＯ3 系酸化物から成り、中間層が、外側
層とは異なる材料から成り、酸素極から外側層へのマン
ガンの拡散を抑制する機能を備えている。つまり、接続
部材のうち、他のセルの燃料極に対して接続される外側
層は、従来のＬＣ層と同様のＬａＣｒＯ3 系酸化物から
形成して、酸化雰囲気及び還元雰囲気に対する耐性を備
えさせるとともに、熱膨張率を固体電解質層や酸素極と
略等しく、又、外側層が接合される他の部材と前記動作
温度で反応しないようにして、固体電解質型燃料電池の
セルを従来と同様に使用することができるようにしてあ
る。そして、中間層によって、酸素極から外側層へのマ
ンガンの拡散を抑制することができる。従って、接続部
材に起因した不具合の発生を防止して、耐久性及び発電
効率を向上し得るとともに、従来と同様に使用すること
ができる固体電解質型燃料電池のセルを提供することが
できるようになった。
成によれば、接続部材が、酸素極側に位置する中間層
と、その中間層に対して酸素極側とは反対側に位置する
外側層とを備えて構成され、外側層が、従来のＬＣ層と
同様のＬａＣｒＯ3 系酸化物から成り、中間層が、外側
層とは異なる材料から成り、酸素極から外側層へのマン
ガンの拡散を抑制する機能を備えている。つまり、接続
部材のうち、他のセルの燃料極に対して接続される外側
層は、従来のＬＣ層と同様のＬａＣｒＯ3 系酸化物から
形成して、酸化雰囲気及び還元雰囲気に対する耐性を備
えさせるとともに、熱膨張率を固体電解質層や酸素極と
略等しく、又、外側層が接合される他の部材と前記動作
温度で反応しないようにして、固体電解質型燃料電池の
セルを従来と同様に使用することができるようにしてあ
る。そして、中間層によって、酸素極から外側層へのマ
ンガンの拡散を抑制することができる。従って、接続部
材に起因した不具合の発生を防止して、耐久性及び発電
効率を向上し得るとともに、従来と同様に使用すること
ができる固体電解質型燃料電池のセルを提供することが
できるようになった。
【０００６】請求項２に記載の特徴構成によれば、外側
層の厚みが２０〜２５０μｍである。つまり、従来の固
体電解質型燃料電池のセルにおいて、接続部材であるＬ
Ｃ層の厚さが２０〜２５０μｍで薄いものは、接続部材
に起因した不具合の発生が特に顕著なものとなってい
た。そこで、本発明を接続部材であるＬＣ層の厚さが薄
い固体電解質型燃料電池のセルに適用すると、接続部材
に起因した不具合の発生を防止して、耐久性及び発電効
率を向上する上で、効果的である。
層の厚みが２０〜２５０μｍである。つまり、従来の固
体電解質型燃料電池のセルにおいて、接続部材であるＬ
Ｃ層の厚さが２０〜２５０μｍで薄いものは、接続部材
に起因した不具合の発生が特に顕著なものとなってい
た。そこで、本発明を接続部材であるＬＣ層の厚さが薄
い固体電解質型燃料電池のセルに適用すると、接続部材
に起因した不具合の発生を防止して、耐久性及び発電効
率を向上する上で、効果的である。
【０００７】請求項３に記載の特徴構成によれば、中間
層が、外側層と中間層との界面の酸素分圧を、酸素極と
中間層との界面の酸素分圧よりも低下させる機能を備え
ている。つまり、マンガンは酸素分圧が高くなるほど拡
散しやすいので、中間層によって、外側層と中間層との
界面の酸素分圧を酸素極と中間層との界面の酸素分圧よ
りも低下させて、外側層へのマンガンの拡散を抑制する
ようにしてある。中間層に、外側層と中間層との界面の
酸素分圧を酸素極と中間層との界面の酸素分圧よりも低
下させる機能を備えさせるために、中間層は、その厚み
方向でのガスの透過を阻止することができるように緻密
に形成する。
層が、外側層と中間層との界面の酸素分圧を、酸素極と
中間層との界面の酸素分圧よりも低下させる機能を備え
ている。つまり、マンガンは酸素分圧が高くなるほど拡
散しやすいので、中間層によって、外側層と中間層との
界面の酸素分圧を酸素極と中間層との界面の酸素分圧よ
りも低下させて、外側層へのマンガンの拡散を抑制する
ようにしてある。中間層に、外側層と中間層との界面の
酸素分圧を酸素極と中間層との界面の酸素分圧よりも低
下させる機能を備えさせるために、中間層は、その厚み
方向でのガスの透過を阻止することができるように緻密
に形成する。
【０００８】請求項４に記載の特徴構成によれば、固体
電解質型燃料電池のセルは、内周部に酸素極を備え、外
周部に燃料極を備えた筒状に形成され、接続部材が、燃
料極及び固体電解質層を筒径方向に通過する状態で酸素
極に設けられていて、その接続部材を用いて、他のセル
の燃料極に対して電気的に接続するようになっている。
つまり、所謂、円筒型の固体電解質型燃料電池のセルで
は、従来、接続部材であるＬＣ層の厚さは２００μｍ以
下になっていて薄いので、接続部材に起因した不具合の
発生が特に顕著なものとなっていた。そこで、本発明を
円筒型の固体電解質型燃料電池のセルに適用すると、接
続部材に起因した不具合の発生を防止して、耐久性及び
発電効率を向上する上で、効果的である。
電解質型燃料電池のセルは、内周部に酸素極を備え、外
周部に燃料極を備えた筒状に形成され、接続部材が、燃
料極及び固体電解質層を筒径方向に通過する状態で酸素
極に設けられていて、その接続部材を用いて、他のセル
の燃料極に対して電気的に接続するようになっている。
つまり、所謂、円筒型の固体電解質型燃料電池のセルで
は、従来、接続部材であるＬＣ層の厚さは２００μｍ以
下になっていて薄いので、接続部材に起因した不具合の
発生が特に顕著なものとなっていた。そこで、本発明を
円筒型の固体電解質型燃料電池のセルに適用すると、接
続部材に起因した不具合の発生を防止して、耐久性及び
発電効率を向上する上で、効果的である。
【０００９】請求項５に記載の特徴構成によれば、中間
層が、気孔率が０〜１０％で、式（Ｌａ1-x Ａx ）
z （Ｍｎ1-y Ｂy ）Ｏ3の組成の酸化物から成り、Ａ
は、Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｙのうちのいずれ
か１つ、又は、２つ以上の組み合わせ、Ｂは、Ｃｏ，Ｍ
ｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅのうちのいずれか１つ、又
は、２つ以上の組み合わせ、０≦ｘ≦０．７、０≦ｙ≦
０．５、０．８≦ｚ≦１．２である。
層が、気孔率が０〜１０％で、式（Ｌａ1-x Ａx ）
z （Ｍｎ1-y Ｂy ）Ｏ3の組成の酸化物から成り、Ａ
は、Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｙのうちのいずれ
か１つ、又は、２つ以上の組み合わせ、Ｂは、Ｃｏ，Ｍ
ｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅのうちのいずれか１つ、又
は、２つ以上の組み合わせ、０≦ｘ≦０．７、０≦ｙ≦
０．５、０．８≦ｚ≦１．２である。
【００１０】つまり、中間層としては、電子導電性を有
すること、接合される他の部材と熱膨張率が略等しく、
又、前記動作温度で反応しないことが要求される。又、
中間層は、還元雰囲気に曝されることがないので、還元
雰囲気に対する耐性は備えさせる必要がなく、酸化雰囲
気に対する耐性を備えさせればよい。従って、酸素極と
同様に、ＬａＭｎＯ3 系酸化物を用いることができる。
但し、酸素極はその内部に燃料ガスを拡散させる必要が
あることから、多孔状に形成するが、中間層は、酸素分
圧を低下させるために緻密に形成する必要がある。
すること、接合される他の部材と熱膨張率が略等しく、
又、前記動作温度で反応しないことが要求される。又、
中間層は、還元雰囲気に曝されることがないので、還元
雰囲気に対する耐性は備えさせる必要がなく、酸化雰囲
気に対する耐性を備えさせればよい。従って、酸素極と
同様に、ＬａＭｎＯ3 系酸化物を用いることができる。
但し、酸素極はその内部に燃料ガスを拡散させる必要が
あることから、多孔状に形成するが、中間層は、酸素分
圧を低下させるために緻密に形成する必要がある。
【００１１】そこで、中間層として、上記のような種々
の条件を満たすために、気孔率が０〜１０％で、式（Ｌ
ａ1-x Ａx ）z （Ｍｎ1-y Ｂy ）Ｏ3 の組成の酸化物が
好適である。そして、中間層の熱膨張率を適切なものに
調整し、緻密性を向上させるために、Ａは、Ｃａ，Ｓ
ｒ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｙのうちのいずれか１つ、又
は、２つ以上の組み合わせとし、Ｂは、Ｃｏ，Ｍｇ，Ｃ
ｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅのうちのいずれか１つ、又は、２
つ以上の組み合わせとし、ｘ，ｙ，ｚ夫々を、０≦ｘ≦
０．７、０≦ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２で調整す
る。
の条件を満たすために、気孔率が０〜１０％で、式（Ｌ
ａ1-x Ａx ）z （Ｍｎ1-y Ｂy ）Ｏ3 の組成の酸化物が
好適である。そして、中間層の熱膨張率を適切なものに
調整し、緻密性を向上させるために、Ａは、Ｃａ，Ｓ
ｒ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｙのうちのいずれか１つ、又
は、２つ以上の組み合わせとし、Ｂは、Ｃｏ，Ｍｇ，Ｃ
ｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅのうちのいずれか１つ、又は、２
つ以上の組み合わせとし、ｘ，ｙ，ｚ夫々を、０≦ｘ≦
０．７、０≦ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２で調整す
る。
【００１２】ちなみに、従来のセルにおいて、マンガン
がＬＣ層において還元雰囲気にて還元される領域にまで
拡散するのを防止したり遅らせたりすることができるよ
うに、ＬＣ層の厚みを厚くして、ＬＣ層に起因した不具
合の発生を防止することが考えられる。ところで、ＬＣ
層を形成するＬａＣｒＯ3 系酸化物は焼結しにくい材料
であるので、ＬＣ層は、レーザーアブレーション法、気
相法（ＣＶＤ）等の薄膜形成法により形成しなければな
らない。しかしながら、薄膜形成法は膜形成速度が遅い
ので、ＬＣ層をマンガンが拡散しても還元領域にまで拡
散するの防止できる程度にまで厚みを厚くすることは、
製造装置の生産性が低下して実用的ではない。
がＬＣ層において還元雰囲気にて還元される領域にまで
拡散するのを防止したり遅らせたりすることができるよ
うに、ＬＣ層の厚みを厚くして、ＬＣ層に起因した不具
合の発生を防止することが考えられる。ところで、ＬＣ
層を形成するＬａＣｒＯ3 系酸化物は焼結しにくい材料
であるので、ＬＣ層は、レーザーアブレーション法、気
相法（ＣＶＤ）等の薄膜形成法により形成しなければな
らない。しかしながら、薄膜形成法は膜形成速度が遅い
ので、ＬＣ層をマンガンが拡散しても還元領域にまで拡
散するの防止できる程度にまで厚みを厚くすることは、
製造装置の生産性が低下して実用的ではない。
【００１３】これに対して、ＬａＭｎＯ3 系酸化物は、
ＬａＣｒＯ3 系酸化物よりも焼結し易く、焼成法にて形
成することができ、焼成法では厚い膜を簡単に形成する
ことができる。そこで、中間層の形成する材料としてＬ
ａＭｎＯ3 系酸化物を採用すると、膜形成方法としては
焼成法を採用することができるので、厚い膜の中間層を
簡単に得ること可能となり、中間層を厚くすることによ
り、薄膜形成法にて形成する外側層の厚みを可及的に薄
くすることができる。従って、本発明を実施するに当た
って、コストアップを可及的に抑制することができる。
ＬａＣｒＯ3 系酸化物よりも焼結し易く、焼成法にて形
成することができ、焼成法では厚い膜を簡単に形成する
ことができる。そこで、中間層の形成する材料としてＬ
ａＭｎＯ3 系酸化物を採用すると、膜形成方法としては
焼成法を採用することができるので、厚い膜の中間層を
簡単に得ること可能となり、中間層を厚くすることによ
り、薄膜形成法にて形成する外側層の厚みを可及的に薄
くすることができる。従って、本発明を実施するに当た
って、コストアップを可及的に抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。図２及び図３に示すように、固
体電解質型燃料電池のセルＣは、固体電解質層１の一方
の面にＬａＭｎＯ3 系酸化物から成る酸素極２を備え且
つ他方の面に燃料極３を備え、酸素極３に、他のセルＣ
の燃料極３と導電状態で接続するための接続部材Ｉを設
けてある。
実施の形態を説明する。図２及び図３に示すように、固
体電解質型燃料電池のセルＣは、固体電解質層１の一方
の面にＬａＭｎＯ3 系酸化物から成る酸素極２を備え且
つ他方の面に燃料極３を備え、酸素極３に、他のセルＣ
の燃料極３と導電状態で接続するための接続部材Ｉを設
けてある。
【００１５】そして、固体電解質型燃料電池は、複数の
セルＣを、隣接するセルＣ，Ｃの接続部材Ｉと燃料極３
との間に気体の通流を許容するように形成した柔軟性導
電材４を充填して、電気的に直列接続する状態で設けて
ある。柔軟性導電材４は、Ｎｉのフェルト状材で形成し
てある。尚、接続部材Ｉの表面には、柔軟性導電材４と
の接触抵抗を低減するために、Ｎｉ層８をメッキにて形
成してある。
セルＣを、隣接するセルＣ，Ｃの接続部材Ｉと燃料極３
との間に気体の通流を許容するように形成した柔軟性導
電材４を充填して、電気的に直列接続する状態で設けて
ある。柔軟性導電材４は、Ｎｉのフェルト状材で形成し
てある。尚、接続部材Ｉの表面には、柔軟性導電材４と
の接触抵抗を低減するために、Ｎｉ層８をメッキにて形
成してある。
【００１６】セルＣは、一端側を閉塞した円筒状の酸素
極２（以下、酸素極チューブと称する場合がある）を構
造支持体として、その酸素極チューブ２の外周部に、固
体電解質層１と、接続部材Ｉを備えるとともに、固体電
解質層１の外周部に燃料極３を備えて、円筒状に形成し
てある。つまり、セルＣは、内周部に酸素極２を備え、
外周部に燃料極３を備えた円筒状に形成してある。そし
て、円筒状のセルＣの内部に、酸素含有ガスとしての空
気を導入する空気導入管５を、所定の位置にまで挿入し
て、その空気導入管５により円筒状のセルＣの内部に空
気を供給するとともに、円筒状のセルＣの外周部に燃料
ガスを通流させるように構成して、各セルＣの酸素極２
に空気を、燃料極３に燃料ガスを夫々供給して、８００
〜１０００°Ｃの動作温度で動作させて発電するように
構成してある。
極２（以下、酸素極チューブと称する場合がある）を構
造支持体として、その酸素極チューブ２の外周部に、固
体電解質層１と、接続部材Ｉを備えるとともに、固体電
解質層１の外周部に燃料極３を備えて、円筒状に形成し
てある。つまり、セルＣは、内周部に酸素極２を備え、
外周部に燃料極３を備えた円筒状に形成してある。そし
て、円筒状のセルＣの内部に、酸素含有ガスとしての空
気を導入する空気導入管５を、所定の位置にまで挿入し
て、その空気導入管５により円筒状のセルＣの内部に空
気を供給するとともに、円筒状のセルＣの外周部に燃料
ガスを通流させるように構成して、各セルＣの酸素極２
に空気を、燃料極３に燃料ガスを夫々供給して、８００
〜１０００°Ｃの動作温度で動作させて発電するように
構成してある。
【００１７】接続部材Ｉは、酸素極チューブ２の外周部
に、その軸芯方向に延びる細長い形状に部分的に設け、
固体電解質層１は、酸素極チューブ２の外周部における
接続部材Ｉを設けた部分以外の部分を覆うとともに、接
続部材Ｉにおける周方向の両端縁部に重なる状態で備え
てある。燃料極３は、接続部材Ｉと電気的に非接続状態
で、固体電解質層１の外周部にのみ備えてある。
に、その軸芯方向に延びる細長い形状に部分的に設け、
固体電解質層１は、酸素極チューブ２の外周部における
接続部材Ｉを設けた部分以外の部分を覆うとともに、接
続部材Ｉにおける周方向の両端縁部に重なる状態で備え
てある。燃料極３は、接続部材Ｉと電気的に非接続状態
で、固体電解質層１の外周部にのみ備えてある。
【００１８】本発明においては、図１にも示すように、
接続部材Ｉを、酸素極チューブ２側に位置する中間層６
と、その中間層６に対して酸素極チューブ２側とは反対
側に位置する外側層７とを備えて構成し、外側層７がＬ
ａＣｒＯ3 系酸化物から成り、中間層６が、酸素極２か
ら外側層７へのマンガンの拡散を抑制する機能を備える
ように構成してある。
接続部材Ｉを、酸素極チューブ２側に位置する中間層６
と、その中間層６に対して酸素極チューブ２側とは反対
側に位置する外側層７とを備えて構成し、外側層７がＬ
ａＣｒＯ3 系酸化物から成り、中間層６が、酸素極２か
ら外側層７へのマンガンの拡散を抑制する機能を備える
ように構成してある。
【００１９】中間層６は、厚さ方向でのガスの透過を阻
止するように緻密に形成して、外側層７と中間層６との
界面の酸素分圧を、酸素極２と中間層６との界面の酸素
分圧よりも低下させる機能を備えさせるようにして、酸
素極２から外側層７へのマンガンの拡散を抑制するよう
にしてある。
止するように緻密に形成して、外側層７と中間層６との
界面の酸素分圧を、酸素極２と中間層６との界面の酸素
分圧よりも低下させる機能を備えさせるようにして、酸
素極２から外側層７へのマンガンの拡散を抑制するよう
にしてある。
【００２０】図１に示す構造の本発明の固体電解質型燃
料電池のセル（以下、改善セルと記載する場合がある）
を、表１に示す如き各部位の組成、厚み、製造方法にて
試作し、その改善セルと性能を比較するために図４に示
す従来の構造に基づいて、比較用セルを、表２に示す如
き各部位の組成、厚み、製造方法にて試作して、それら
の改善セルと従来セルとの間で、マンガンの拡散を評価
した。
料電池のセル（以下、改善セルと記載する場合がある）
を、表１に示す如き各部位の組成、厚み、製造方法にて
試作し、その改善セルと性能を比較するために図４に示
す従来の構造に基づいて、比較用セルを、表２に示す如
き各部位の組成、厚み、製造方法にて試作して、それら
の改善セルと従来セルとの間で、マンガンの拡散を評価
した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】更に説明を加えると、酸素極チューブ２
は、改善セル及び比較用セルとも、従来と同様に、Ｌａ
0.83Ｃａ0.14ＭｎＯ3 のパウダーをプレス成形し、焼成
炉で１４００°Ｃで焼成して製造した。酸素極チューブ
２は、直径が１６ｍｍ、長さが４００ｍｍ、肉厚が１．
９ｍｍ、相対密度が０．６８である。
は、改善セル及び比較用セルとも、従来と同様に、Ｌａ
0.83Ｃａ0.14ＭｎＯ3 のパウダーをプレス成形し、焼成
炉で１４００°Ｃで焼成して製造した。酸素極チューブ
２は、直径が１６ｍｍ、長さが４００ｍｍ、肉厚が１．
９ｍｍ、相対密度が０．６８である。
【００２４】中間層６は、気孔率が０〜１０％で、式
（Ｌａ1-x Ａx ）z （Ｍｎ1-y Ｂy ）Ｏ3 の組成の酸化
物から成り、ここで、Ａは、Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｍｇ，
Ｚｒ，Ｙのうちのいずれか１つ、又は、２つ以上の組み
合わせ、Ｂは、Ｃｏ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅの
うちのいずれか１つ、又は、２つ以上の組み合わせ、０
≦ｘ≦０．７、０≦ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２で
ある。
（Ｌａ1-x Ａx ）z （Ｍｎ1-y Ｂy ）Ｏ3 の組成の酸化
物から成り、ここで、Ａは、Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｍｇ，
Ｚｒ，Ｙのうちのいずれか１つ、又は、２つ以上の組み
合わせ、Ｂは、Ｃｏ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅの
うちのいずれか１つ、又は、２つ以上の組み合わせ、０
≦ｘ≦０．７、０≦ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２で
ある。
【００２５】更に具体的には、中間層６は、本実施形態
においては、Ｌａ（Ｃａ）ＭｎＯ3の組成の酸化物から
成り、Ｌａ（Ｃａ）ＭｎＯ3 のパウダーを用いて周知の
方法でグリーンシートを形成し、そのグリーンシートを
酸素極チューブ２の外周部の所定位置に位置させた状態
で、焼成炉で１４００°Ｃで焼成することにより、酸素
極チューブ２の外周部に成膜した。中間層６の幅は８．
２ｍｍ程度である。
においては、Ｌａ（Ｃａ）ＭｎＯ3の組成の酸化物から
成り、Ｌａ（Ｃａ）ＭｎＯ3 のパウダーを用いて周知の
方法でグリーンシートを形成し、そのグリーンシートを
酸素極チューブ２の外周部の所定位置に位置させた状態
で、焼成炉で１４００°Ｃで焼成することにより、酸素
極チューブ２の外周部に成膜した。中間層６の幅は８．
２ｍｍ程度である。
【００２６】外側層７は、比較用セルのＬＣ層１１と同
様の組成で、従来と同様のレーザーアブレーション法に
て、中間層６上に成膜した。固体電解質層１、及び、燃
料極３は、改善セル及び比較用セルとも、従来と同様の
製造方法にて成膜した。空気導入管５は、外径４．２ｍ
ｍであり、アルミナ、シリカから成るセラミック製であ
る。
様の組成で、従来と同様のレーザーアブレーション法に
て、中間層６上に成膜した。固体電解質層１、及び、燃
料極３は、改善セル及び比較用セルとも、従来と同様の
製造方法にて成膜した。空気導入管５は、外径４．２ｍ
ｍであり、アルミナ、シリカから成るセラミック製であ
る。
【００２７】上記のように形成した改善セルと比較用セ
ルとを、１０００°Ｃにおいて、筒内部に空気を流し、
並びに、外周部に水素ガスを流して動作試験を行い、３
００時間後に取り出して、改善セルの外側層７と比較用
セルのＬＣ層１１の夫々について、ＭｎとＣｒの原子比
（Ｍｎ／Ｃｒ）を分析した。尚、改善セルでは、外側層
７において中間層６との界面から厚さ方向に５μｍ入っ
た部位の原子比Ｍｎ／Ｃｒを分析し、比較用セルでは、
ＬＣ層１１において酸素極２との界面から厚さ方向に５
μｍ入った部位の原子比Ｍｎ／Ｃｒを分析した。原子比
Ｍｎ／Ｃｒは、動作試験の開始前は、改善セル及び比較
用セルいずれも０．０１以下であり、３００時間の動作
試験後では、改善セルでは０．０２であったのに対し
て、比較用セルでは０．０７であった。従って、改善セ
ルでは外側層７へのマンガンの拡散が、比較用セルにお
けるＬＣ層１１へのマンガンの拡散に比べて、明らかに
抑制されていることが分かる。
ルとを、１０００°Ｃにおいて、筒内部に空気を流し、
並びに、外周部に水素ガスを流して動作試験を行い、３
００時間後に取り出して、改善セルの外側層７と比較用
セルのＬＣ層１１の夫々について、ＭｎとＣｒの原子比
（Ｍｎ／Ｃｒ）を分析した。尚、改善セルでは、外側層
７において中間層６との界面から厚さ方向に５μｍ入っ
た部位の原子比Ｍｎ／Ｃｒを分析し、比較用セルでは、
ＬＣ層１１において酸素極２との界面から厚さ方向に５
μｍ入った部位の原子比Ｍｎ／Ｃｒを分析した。原子比
Ｍｎ／Ｃｒは、動作試験の開始前は、改善セル及び比較
用セルいずれも０．０１以下であり、３００時間の動作
試験後では、改善セルでは０．０２であったのに対し
て、比較用セルでは０．０７であった。従って、改善セ
ルでは外側層７へのマンガンの拡散が、比較用セルにお
けるＬＣ層１１へのマンガンの拡散に比べて、明らかに
抑制されていることが分かる。
【００２８】〔別実施形態〕次に別実施形態を説明す
る。 （イ） 上記の実施形態においては、中間層６の形成方
法として、Ｌａ（Ｃａ）ＭｎＯ3 のパウダーから成るグ
リーンシートを焼成することにより形成する方法を採用
する場合について例示したが、中間層６の形成方法はこ
の他にも種々の方法が可能である。例えば、周知の方法
によって、Ｌａ（Ｃａ）ＭｎＯ3 のパウダー、バインダ
及び有機溶剤等によりペーストを生成し、そのペースト
をスクリーン印刷等を用いて、所定のパターン形状で酸
素極チューブ２の外周部に印刷して、焼成することによ
り、中間層６を形成してもよい。但し、中間層６は焼成
法にて形成するのが、生産性の面で好適である。
る。 （イ） 上記の実施形態においては、中間層６の形成方
法として、Ｌａ（Ｃａ）ＭｎＯ3 のパウダーから成るグ
リーンシートを焼成することにより形成する方法を採用
する場合について例示したが、中間層６の形成方法はこ
の他にも種々の方法が可能である。例えば、周知の方法
によって、Ｌａ（Ｃａ）ＭｎＯ3 のパウダー、バインダ
及び有機溶剤等によりペーストを生成し、そのペースト
をスクリーン印刷等を用いて、所定のパターン形状で酸
素極チューブ２の外周部に印刷して、焼成することによ
り、中間層６を形成してもよい。但し、中間層６は焼成
法にて形成するのが、生産性の面で好適である。
【００２９】（ロ） 上記の実施形態においては、酸素
極チューブ２及び中間層６を個別に焼成して形成する場
合について例示したが、酸素極チューブ２及び中間層６
を同時に焼成して形成してもよい。この場合、生産性を
一層向上することができて、更にコストダウンが可能に
なる。
極チューブ２及び中間層６を個別に焼成して形成する場
合について例示したが、酸素極チューブ２及び中間層６
を同時に焼成して形成してもよい。この場合、生産性を
一層向上することができて、更にコストダウンが可能に
なる。
【００３０】（ハ） 中間層６の具体的な組成は、上記
の実施形態において例示した組成に限定されるものでは
なく、式（Ｌａ1-x Ａx ）z （Ｍｎ1-y Ｂy ）Ｏ3 で、
Ａは、Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｙのうちのいず
れか１つ、又は、２つ以上の組み合わせ、Ｂは、Ｃｏ，
Ｍｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅのうちのいずれか１つ、
又は、２つ以上の組み合わせ、０≦ｘ≦０．７、０≦ｙ
≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２である条件で、適宜設定
可能である。
の実施形態において例示した組成に限定されるものでは
なく、式（Ｌａ1-x Ａx ）z （Ｍｎ1-y Ｂy ）Ｏ3 で、
Ａは、Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｙのうちのいず
れか１つ、又は、２つ以上の組み合わせ、Ｂは、Ｃｏ，
Ｍｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅのうちのいずれか１つ、
又は、２つ以上の組み合わせ、０≦ｘ≦０．７、０≦ｙ
≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２である条件で、適宜設定
可能である。
【００３１】又、中間層６の気孔率は、０〜１０％の範
囲が、外側層７へのマンガンの拡散抑制及び生産性の両
面において好ましいが、外側層７へのマンガンの拡散抑
制の面では小さくするほど更に好ましいものとなる。
囲が、外側層７へのマンガンの拡散抑制及び生産性の両
面において好ましいが、外側層７へのマンガンの拡散抑
制の面では小さくするほど更に好ましいものとなる。
【００３２】（ニ） 中間層６及び外側層７夫々の厚み
は、上記の実施形態において例示した値に限定されるも
のではなく、適宜設定することができる。
は、上記の実施形態において例示した値に限定されるも
のではなく、適宜設定することができる。
【００３３】（ホ） 固体電解質型燃料電池のセルＣの
形状は、上記の実施形態において例示した円筒状に限定
されるものではない。
形状は、上記の実施形態において例示した円筒状に限定
されるものではない。
【図１】固体電解質型燃料電池のセルにおける要部の横
断面図
断面図
【図２】固体電解質型燃料電池の要部の横断面図
【図３】固体電解質型燃料電池の要部の縦断面図
【図４】従来の固体電解質型燃料電池のセルにおける要
部の横断面図
部の横断面図
１ 固体電解質層 ２ 酸素極 ３ 燃料極 ６ 中間層 ７ 外側層 Ｉ 接続部材
Claims (6)
- 【請求項１】 固体電解質層の一方の面にＬａＭｎＯ3
系酸化物から成る酸素極を備え且つ他方の面に燃料極を
備え、 前記酸素極に、接続部材が設けられた固体電解質型燃料
電池のセルであって、 前記接続部材が、前記酸素極側に位置する中間層と、そ
の中間層に対して前記酸素極側とは反対側に位置する外
側層とを備えて構成され、 前記外側層が、ＬａＣｒＯ3 系酸化物から成り、 前記中間層が、前記酸素極から前記外側層へのマンガン
の拡散を抑制する機能を備えている固体電解質型燃料電
池のセル。 - 【請求項２】 前記外側層の厚みが２０〜２５０μｍで
ある請求項１記載の固体電解質型燃料電池のセル。 - 【請求項３】 前記中間層が、前記外側層と前記中間層
との界面の酸素分圧を、前記酸素極と前記中間層との界
面の酸素分圧よりも低下させる機能を備えている請求項
１又は２記載の固体電解質型燃料電池のセル。 - 【請求項４】 内周部に前記酸素極を備え、外周部に前
記燃料極を備えた筒状に形成され、 前記接続部材が、前記燃料極及び前記固体電解質層を筒
径方向に通過する状態で前記酸素極に設けられている請
求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解質型燃料電
池のセル。 - 【請求項５】 前記中間層が、 気孔率が０〜１０％で、式（Ｌａ1-x Ａx ）z （Ｍｎ
1-y Ｂy ）Ｏ3の組成の酸化物から成り、 Ａは、Ｃａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｙのうちのいず
れか１つ、又は、２つ以上の組み合わせ、 Ｂは、Ｃｏ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｆｅのうちのい
ずれか１つ、又は、２つ以上の組み合わせ、 ０≦ｘ≦０．７、０≦ｙ≦０．５、０．８≦ｚ≦１．２
である請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解質
型燃料電池のセル。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の固
体電解質型燃料電池のセルの複数個が、前記接続部材を
用いて電気的に直列接続される状態で設けられている固
体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9359725A JPH11191420A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 固体電解質型燃料電池のセル及び固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9359725A JPH11191420A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 固体電解質型燃料電池のセル及び固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11191420A true JPH11191420A (ja) | 1999-07-13 |
Family
ID=18465988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9359725A Pending JPH11191420A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 固体電解質型燃料電池のセル及び固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11191420A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001229934A (ja) * | 2000-02-16 | 2001-08-24 | Toto Ltd | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
| JP2004265734A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Kyocera Corp | 燃料電池セル |
| JP2005158529A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池 |
| JP2012114082A (ja) * | 2010-11-01 | 2012-06-14 | Ngk Insulators Ltd | 固体酸化物型燃料電池 |
| JP2013012423A (ja) * | 2011-06-30 | 2013-01-17 | Hitachi Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| US10367207B2 (en) | 2014-10-03 | 2019-07-30 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Fuel cell stack including a plurality of fuel cells and method of manufacturing the same |
-
1997
- 1997-12-26 JP JP9359725A patent/JPH11191420A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001229934A (ja) * | 2000-02-16 | 2001-08-24 | Toto Ltd | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
| JP2004265734A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Kyocera Corp | 燃料電池セル |
| JP2005158529A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池 |
| JP2012114082A (ja) * | 2010-11-01 | 2012-06-14 | Ngk Insulators Ltd | 固体酸化物型燃料電池 |
| JP2013012423A (ja) * | 2011-06-30 | 2013-01-17 | Hitachi Ltd | 固体酸化物形燃料電池 |
| US10367207B2 (en) | 2014-10-03 | 2019-07-30 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Fuel cell stack including a plurality of fuel cells and method of manufacturing the same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7351487B2 (en) | Fuel cell | |
| JP4647901B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池及び固体電解質型燃料電池の製造方法 | |
| US6534211B1 (en) | Fuel cell having an air electrode with decreased shrinkage and increased conductivity | |
| US20140134514A1 (en) | Fuel cell | |
| US7722980B2 (en) | Solid oxide fuel cell directly utilizing flame | |
| US12272848B2 (en) | Fuel cell, fuel cell stack, manufacturing method of fuel cell and manufacturing method of fuel cell stack | |
| US7566509B2 (en) | Tubular fuel cell and method of producing the same | |
| JPH11191420A (ja) | 固体電解質型燃料電池のセル及び固体電解質型燃料電池 | |
| EP1801905B1 (en) | Electrode support for fuel cell | |
| US7285348B2 (en) | Fuel cell | |
| JPH0668885A (ja) | 固体電解質型燃料電池の製作方法 | |
| JP4748964B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池セルスタック、燃料電池 | |
| JP4594035B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
| JP2007149547A (ja) | 固体酸化物型燃料電池及びその製造方法 | |
| JP2003263996A (ja) | 固体酸化物型燃料電池 | |
| US11251439B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
| JP2006040762A (ja) | 燃料電池セル用支持体及び燃料電池セル並びに燃料電池 | |
| JP4925574B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
| JP5826963B1 (ja) | 燃料電池 | |
| JP4480377B2 (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
| JP5220437B2 (ja) | 横縞型固体酸化物形燃料電池スタック及びその作製方法 | |
| JP4576971B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池用基板及びその製造方法 | |
| JP2005166527A (ja) | 燃料電池セル及び燃料電池 | |
| JP2005166422A (ja) | 固体酸化物形燃料電池用セル、セル板及びその製造方法 | |
| JP5062786B1 (ja) | 燃料電池の構造体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040420 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060727 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060803 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070419 |