JPH1186885A - 固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方法 - Google Patents
固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方法Info
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- JPH1186885A JPH1186885A JP9237942A JP23794297A JPH1186885A JP H1186885 A JPH1186885 A JP H1186885A JP 9237942 A JP9237942 A JP 9237942A JP 23794297 A JP23794297 A JP 23794297A JP H1186885 A JPH1186885 A JP H1186885A
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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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
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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
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い緻密性を有しながらも絶縁物の生成がな
い固体電解質を備えた固体電解質型燃料電池のセルおよ
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基体１の外周面上に燃料極２の材料のス
ラリを塗布して燃料極２を設け、ジルコニアを主成分と
した材料のスラリを燃料極２の外周面上に塗布して燃料
極側固体電解質３ａ設けた後、ジルコニアを主成分とし
た材料にＡｌ2 Ｏ 3 またはＢｉ2 Ｏ3 のうちの少なくと
も一方からなる酸化剤を３〜５wt％添加したスラリを燃
料極側固体電解質３ａの外周面上に塗布して中間固体電
解質３ｂを設けたら、ジルコニアを主成分とした材料の
スラリを中間固体電解質３ｂの外周面上に塗布して空気
極側固体電解質３ｃを設け、続いて、空気極４の材料の
スラリを塗布して空気極４を設け、１４００℃未満の温
度で焼成する。
い固体電解質を備えた固体電解質型燃料電池のセルおよ
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基体１の外周面上に燃料極２の材料のス
ラリを塗布して燃料極２を設け、ジルコニアを主成分と
した材料のスラリを燃料極２の外周面上に塗布して燃料
極側固体電解質３ａ設けた後、ジルコニアを主成分とし
た材料にＡｌ2 Ｏ 3 またはＢｉ2 Ｏ3 のうちの少なくと
も一方からなる酸化剤を３〜５wt％添加したスラリを燃
料極側固体電解質３ａの外周面上に塗布して中間固体電
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スラリを中間固体電解質３ｂの外周面上に塗布して空気
極側固体電解質３ｃを設け、続いて、空気極４の材料の
スラリを塗布して空気極４を設け、１４００℃未満の温
度で焼成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池のセルおよびその製造方法に関する。
電池のセルおよ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、ジルコニアを
主成分とした材料からなる固体電解質を多孔質性の空気
極および燃料極で挟んで多孔質性の基体上に配設したセ
ルを備えてなっている。
主成分とした材料からなる固体電解質を多孔質性の空気
極および燃料極で挟んで多孔質性の基体上に配設したセ
ルを備えてなっている。
【０００３】このようなセルは、燃料極、固体電解質、
空気極などの各原料のスラリを基体上にそれぞれ塗布し
た後に焼結（１４００〜１５００℃）して成膜する（ス
ラリ一体焼結法）ことにより製造される。
空気極などの各原料のスラリを基体上にそれぞれ塗布し
た後に焼結（１４００〜１５００℃）して成膜する（ス
ラリ一体焼結法）ことにより製造される。
【０００４】このようなセルを用いた固体電解質型燃料
電池では、例えば、基体上に燃料極側を設けた場合、基
体の外側に空気や酸素などの酸化ガスを流通させ、基体
の内側に水素やメタンなどの燃料ガスを流通させる一
方、温度を約８００〜１０００℃まで上昇させると、燃
料ガスが基体および燃料極を透過すると共に、酸化ガス
が空気極を透過して、これらガスが固体電解質で電気化
学的に反応し、電力を得ることができる。
電池では、例えば、基体上に燃料極側を設けた場合、基
体の外側に空気や酸素などの酸化ガスを流通させ、基体
の内側に水素やメタンなどの燃料ガスを流通させる一
方、温度を約８００〜１０００℃まで上昇させると、燃
料ガスが基体および燃料極を透過すると共に、酸化ガス
が空気極を透過して、これらガスが固体電解質で電気化
学的に反応し、電力を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述したような固体電
解質型燃料電池では、定格電流値での運転電圧が高いほ
ど望ましい。この運転電圧Ｅは、下記の式（１）で示さ
れるように、開回路電圧Ｖocからセルの内部抵抗による
低下電圧ΔＶを差し引いた値となる。
解質型燃料電池では、定格電流値での運転電圧が高いほ
ど望ましい。この運転電圧Ｅは、下記の式（１）で示さ
れるように、開回路電圧Ｖocからセルの内部抵抗による
低下電圧ΔＶを差し引いた値となる。
【０００６】
【数１】Ｅ＝Ｖoc−ΔＶ （１）
【０００７】よって、運転電圧、すなわち、セルの作動
電圧を向上させるためには、上記低下電圧を小さくする
と共に、上記開回路電圧を高くする必要がある。この開
回路電圧（ＯＣＶ）は、下記の式（２）で示されるよう
に、酸化ガス中の酸素分圧Ｐ O1（ａｔｍ）と燃料ガス中
の酸素分圧Ｐo2（ａｔｍ）との比率および作動温度Ｔ
（Ｋ）により決定される。
電圧を向上させるためには、上記低下電圧を小さくする
と共に、上記開回路電圧を高くする必要がある。この開
回路電圧（ＯＣＶ）は、下記の式（２）で示されるよう
に、酸化ガス中の酸素分圧Ｐ O1（ａｔｍ）と燃料ガス中
の酸素分圧Ｐo2（ａｔｍ）との比率および作動温度Ｔ
（Ｋ）により決定される。
【０００８】
【数２】 Ｖoc＝（ＲＴ／４Ｆ）×ｌｎ（ＰO1／Ｐo2） （２） ただし、Ｒはガス定数、Ｆはファラデ定数である。
【０００９】このため、例えば、セルの酸化極側の酸化
ガスが燃料極側の燃料ガス中にリークしてしまうと、燃
料ガス中の酸素分圧が上昇して、開回路電圧が低下して
しまう。このようなセルにおいては、その専有面積の最
も大きい固体電解質部分でガスが最も多くリークしやす
いため、固体電解質を緻密にしてガスのリーク量を低減
する必要がある。
ガスが燃料極側の燃料ガス中にリークしてしまうと、燃
料ガス中の酸素分圧が上昇して、開回路電圧が低下して
しまう。このようなセルにおいては、その専有面積の最
も大きい固体電解質部分でガスが最も多くリークしやす
いため、固体電解質を緻密にしてガスのリーク量を低減
する必要がある。
【００１０】そこで、先に説明したように、ジルコニア
を主成分とした難焼結性の材料からなる固体電解質を１
４００℃以上の高温で焼成することにより、当該固体電
解質の緻密化を図るようにしているものの、１４００℃
以上の高温で焼成すると、燃料極や空気極などの他の材
料と化学反応を起こして絶縁物を生成してしまう虞があ
る。
を主成分とした難焼結性の材料からなる固体電解質を１
４００℃以上の高温で焼成することにより、当該固体電
解質の緻密化を図るようにしているものの、１４００℃
以上の高温で焼成すると、燃料極や空気極などの他の材
料と化学反応を起こして絶縁物を生成してしまう虞があ
る。
【００１１】このようなことから、本発明は、高い緻密
性を有しながらも絶縁物の生成がない固体電解質を備え
た固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方法を提
供することを目的とした。
性を有しながらも絶縁物の生成がない固体電解質を備え
た固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方法を提
供することを目的とした。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による固体電解質型燃料電池のセルは、
固体電解質を燃料極と空気極とで挟んで基体上に設けた
固体電解質型燃料電池のセルであって、Ａｌ2 Ｏ3 また
はＢｉ2 Ｏ3 のうちの少なくとも一方からなる酸化剤が
前記固体電解質中に含有されていることを特徴とする。
ための、本発明による固体電解質型燃料電池のセルは、
固体電解質を燃料極と空気極とで挟んで基体上に設けた
固体電解質型燃料電池のセルであって、Ａｌ2 Ｏ3 また
はＢｉ2 Ｏ3 のうちの少なくとも一方からなる酸化剤が
前記固体電解質中に含有されていることを特徴とする。
【００１３】上述の固体電解質型燃料電池のセルにおい
て、前記固体電解質が前記燃料極側に設けられた燃料極
側固体電解質と、前記空気極側に設けられた空気極側固
体電解質と、前記燃料極側固体電解質と前記空気極側固
体電解質との間に設けられた中間固体電解質とからな
り、前記中間固体電解質に前記酸化剤が含有されている
ことを特徴とする。
て、前記固体電解質が前記燃料極側に設けられた燃料極
側固体電解質と、前記空気極側に設けられた空気極側固
体電解質と、前記燃料極側固体電解質と前記空気極側固
体電解質との間に設けられた中間固体電解質とからな
り、前記中間固体電解質に前記酸化剤が含有されている
ことを特徴とする。
【００１４】上述の固体電解質型燃料電池のセルにおい
て、前記酸化剤が３〜５wt％で含有されていることを特
徴とする。
て、前記酸化剤が３〜５wt％で含有されていることを特
徴とする。
【００１５】また、前述した課題を解決するための、本
発明による固体電解質型燃料電池のセルの製造方法は、
固体電解質を燃料極と空気極とで挟んで基体上に設ける
ように当該固体電解質、当該燃料極、当該空気極の各ス
ラリを当該基体に塗布して一体焼結する固体電解質型燃
料電池のセルの製造方法であって、Ａｌ2 Ｏ3 またはＢ
ｉ2 Ｏ3 のうちの少なくとも一方からなる酸化剤を添加
された前記固体電解質のスラリを塗布し、１４００℃未
満の温度で一体焼結することを特徴とする。
発明による固体電解質型燃料電池のセルの製造方法は、
固体電解質を燃料極と空気極とで挟んで基体上に設ける
ように当該固体電解質、当該燃料極、当該空気極の各ス
ラリを当該基体に塗布して一体焼結する固体電解質型燃
料電池のセルの製造方法であって、Ａｌ2 Ｏ3 またはＢ
ｉ2 Ｏ3 のうちの少なくとも一方からなる酸化剤を添加
された前記固体電解質のスラリを塗布し、１４００℃未
満の温度で一体焼結することを特徴とする。
【００１６】上述の固体電解質型燃料電池のセルの製造
方法において、前記酸化剤の添加された前記固体電解質
のスラリを塗布する前後に当該酸化剤の未添加の前記固
体電解質のスラリを塗布することを特徴とする。
方法において、前記酸化剤の添加された前記固体電解質
のスラリを塗布する前後に当該酸化剤の未添加の前記固
体電解質のスラリを塗布することを特徴とする。
【００１７】上述の固体電解質型燃料電池のセルの製造
方法において、前記酸化剤の添加量が３〜５wt％である
ことを特徴とする。
方法において、前記酸化剤の添加量が３〜５wt％である
ことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明による固体電解質型燃料電
池のセルおよびその製造方法の実施の形態を図１を用い
て説明する。なお、図１は、そのセルの概略構成図であ
る。
池のセルおよびその製造方法の実施の形態を図１を用い
て説明する。なお、図１は、そのセルの概略構成図であ
る。
【００１９】図１に示すように、円筒状をなす多孔質性
の基体１の外周面には、多孔質性の燃料極２が成膜され
ている。燃料極２の外周面上には、ジルコニアを主成分
とした材料からなる燃料極側固体電解質３ａが成膜され
ている。燃料極側固体電解質３ａの外周面には、ジルコ
ニアを主成分とした材料にＡｌ2 Ｏ3 またはＢｉ2 Ｏ 3
のうちの少なくとも一方からなる酸化剤を３〜５wt％添
加した中間固体電解質３ｂが成膜されている。中間固体
電解質３ｂの外周面には、上記燃料極側固体電解質３ａ
と同様な材料からなる空気極側固体電解質３ｃが成膜さ
れている。空気極側固体電解質３ｃの外周面には、空気
極４が成膜されている。
の基体１の外周面には、多孔質性の燃料極２が成膜され
ている。燃料極２の外周面上には、ジルコニアを主成分
とした材料からなる燃料極側固体電解質３ａが成膜され
ている。燃料極側固体電解質３ａの外周面には、ジルコ
ニアを主成分とした材料にＡｌ2 Ｏ3 またはＢｉ2 Ｏ 3
のうちの少なくとも一方からなる酸化剤を３〜５wt％添
加した中間固体電解質３ｂが成膜されている。中間固体
電解質３ｂの外周面には、上記燃料極側固体電解質３ａ
と同様な材料からなる空気極側固体電解質３ｃが成膜さ
れている。空気極側固体電解質３ｃの外周面には、空気
極４が成膜されている。
【００２０】つまり、中間固体電解質３ｂを燃料極側固
体電解質３ａと空気極側固体電解質３ｃとで挟んでなる
固体電解質を燃料極２と空気極４とで挟み、基体１側に
燃料極２を位置させるようにして設けたのである。
体電解質３ａと空気極側固体電解質３ｃとで挟んでなる
固体電解質を燃料極２と空気極４とで挟み、基体１側に
燃料極２を位置させるようにして設けたのである。
【００２１】このようなセルは、基体１の外周面上に燃
料極２の材料のスラリを塗布して燃料極２を設け、ジル
コニアを主成分とした材料のスラリを燃料極２の外周面
上に塗布して燃料極側固体電解質３ａ設けた後、ジルコ
ニアを主成分とした材料に前記酸化剤を３〜５wt％添加
したスラリを燃料極側固体電解質３ａの外周面上に塗布
して中間固体電解質３ｂを設けたら、ジルコニアを主成
分とした材料のスラリを中間固体電解質３ｂの外周面上
に塗布して空気極側固体電解質３ｃを設け、続いて、空
気極４の材料のスラリを塗布して空気極４を設け、１４
００℃未満の温度で焼成することにより、容易に得るこ
とができる。
料極２の材料のスラリを塗布して燃料極２を設け、ジル
コニアを主成分とした材料のスラリを燃料極２の外周面
上に塗布して燃料極側固体電解質３ａ設けた後、ジルコ
ニアを主成分とした材料に前記酸化剤を３〜５wt％添加
したスラリを燃料極側固体電解質３ａの外周面上に塗布
して中間固体電解質３ｂを設けたら、ジルコニアを主成
分とした材料のスラリを中間固体電解質３ｂの外周面上
に塗布して空気極側固体電解質３ｃを設け、続いて、空
気極４の材料のスラリを塗布して空気極４を設け、１４
００℃未満の温度で焼成することにより、容易に得るこ
とができる。
【００２２】つまり、酸化剤を添加した固体電解質（中
間固体電解質３ｂ）のスラリを塗布する前後に当該酸化
剤の未添加の固体電解質（燃料極側固体電解質３ａおよ
び空気極側固体電解質３ｃ）のスラリを塗布することに
より固体電解質を成膜しているのである。
間固体電解質３ｂ）のスラリを塗布する前後に当該酸化
剤の未添加の固体電解質（燃料極側固体電解質３ａおよ
び空気極側固体電解質３ｃ）のスラリを塗布することに
より固体電解質を成膜しているのである。
【００２３】ここで、中間固体電解質３ｂに前記酸化剤
が添加されているので、ジルコニアを主成分とした材料
の焼結を促進することができ、１４００℃未満の温度で
焼成しても、中間固体電解質３ｂの緻密化を図ることが
できる。また、酸化剤を添加していない燃料極側固体電
解質３ａを燃料極２と中間固体電解質３ｂとの間に設け
ると共に、酸化剤の添加していない空気極側固体電解質
３ｃを空気極４と中間固体電解質３ｂとの間に設けたの
で、焼成に伴う酸化剤の流動や揮発などを抑えることが
でき、焼結性の低下を防止することができる。
が添加されているので、ジルコニアを主成分とした材料
の焼結を促進することができ、１４００℃未満の温度で
焼成しても、中間固体電解質３ｂの緻密化を図ることが
できる。また、酸化剤を添加していない燃料極側固体電
解質３ａを燃料極２と中間固体電解質３ｂとの間に設け
ると共に、酸化剤の添加していない空気極側固体電解質
３ｃを空気極４と中間固体電解質３ｂとの間に設けたの
で、焼成に伴う酸化剤の流動や揮発などを抑えることが
でき、焼結性の低下を防止することができる。
【００２４】したがって、高い緻密性を有しながらも絶
縁物の生成を抑えた固体電解質を有するセルとすること
ができるので、酸化極側の酸化ガスが燃料極側の燃料ガ
ス中にリークしてしまうことを防止することができ、開
回路電圧（ＯＣＶ）を高くして作動電圧を向上させるこ
とができる。
縁物の生成を抑えた固体電解質を有するセルとすること
ができるので、酸化極側の酸化ガスが燃料極側の燃料ガ
ス中にリークしてしまうことを防止することができ、開
回路電圧（ＯＣＶ）を高くして作動電圧を向上させるこ
とができる。
【００２５】なお、本実施の形態では、燃料極２を基体
１側に設けた場合の固体電解質型燃料電池のセルについ
て説明したが、空気極４を基体１側に設けた場合の固体
電解質型燃料電池のセルでも、上述の場合と同様な効果
を得ることができる。
１側に設けた場合の固体電解質型燃料電池のセルについ
て説明したが、空気極４を基体１側に設けた場合の固体
電解質型燃料電池のセルでも、上述の場合と同様な効果
を得ることができる。
【００２６】
【実施例】本発明による固体電解質型燃料電池のセルお
よびその製造方法の効果を確認するため、前述した実施
の形態に基づいた確認試験を次のようにして行った。
よびその製造方法の効果を確認するため、前述した実施
の形態に基づいた確認試験を次のようにして行った。
【００２７】《セルの各材料の調整》 ［基体管］ＺｒＯ2 −１３ｍｏｌ％ＣａＯからなる、長
さ５０ｍｍ、外径２１ｍｍ、内径１７ｍｍの多孔質管を
用意した。
さ５０ｍｍ、外径２１ｍｍ、内径１７ｍｍの多孔質管を
用意した。
【００２８】［燃料極のスラリ］ＮｉＯとＹＳＺ（Ｚｒ
Ｏ2 −８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 ）とを重量比で６０：４０の
割合で混合し、この混合粉体とエタノールとエチレング
リコールとを重量比で８０：１０：１０の割合で混合し
てペースト状とした。
Ｏ2 −８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 ）とを重量比で６０：４０の
割合で混合し、この混合粉体とエタノールとエチレング
リコールとを重量比で８０：１０：１０の割合で混合し
てペースト状とした。
【００２９】［空気極のスラリ］酸化ランタンと炭酸ス
トロンチウムと炭酸マンガンとを所定の割合で混合して
１４００℃で５時間焼成したら、ボールミルで粉砕して
中心粒径０．３〜０．５μｍのＬａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ
3 の粉体を得た後、当該粉体とテレピン油とを重量比で
８０：２０の割合で混合した。
トロンチウムと炭酸マンガンとを所定の割合で混合して
１４００℃で５時間焼成したら、ボールミルで粉砕して
中心粒径０．３〜０．５μｍのＬａ0.9 Ｓｒ0.1 ＭｎＯ
3 の粉体を得た後、当該粉体とテレピン油とを重量比で
８０：２０の割合で混合した。
【００３０】［燃料極側固体電解質および空気極側固体
電解質のスラリ］ＹＳＺ（ＺｒＯ2 −８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ
3 ）とエタノールとを重量比で６０：４０の割合で混合
した。
電解質のスラリ］ＹＳＺ（ＺｒＯ2 −８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ
3 ）とエタノールとを重量比で６０：４０の割合で混合
した。
【００３１】［中間固体電解質のスラリ］ＹＳＺ（Ｚｒ
Ｏ2 −８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 ）に酸化剤（Ａｌ2 Ｏ3 また
はＢｉ2Ｏ3 の二種類）を所定の割合（０、１、３、５w
t％の四種類）で添加し（計八種類）、蒸留水を加えて
ボールミルで混合したら、乾燥機で蒸留水を蒸発させた
後、この粉体とエタノールとを重量比で６０：４０の割
合で混合した。
Ｏ2 −８ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 ）に酸化剤（Ａｌ2 Ｏ3 また
はＢｉ2Ｏ3 の二種類）を所定の割合（０、１、３、５w
t％の四種類）で添加し（計八種類）、蒸留水を加えて
ボールミルで混合したら、乾燥機で蒸留水を蒸発させた
後、この粉体とエタノールとを重量比で６０：４０の割
合で混合した。
【００３２】《セルの製造》基体管の外周面上に燃料極
のスラリを厚さ約１００μｍ、長さ３０ｍｍで塗布し、
１００℃で２時間乾燥して燃料極を設けたら、燃料極側
固体電解質のスラリを圧縮空気によるエアスプレで燃料
極上にスプレして厚さ約２０μｍ、長さ１０ｍｍの燃料
極側固体電解質を設け、当該燃料極側固体電解質上に上
記中間固体電解質のスラリを上述と同様にスプレして上
記サイズと同様な中間固体電解質を設け、当該中間固体
電解質上に空気極側固体電解質のスラリを上述と同様に
スプレして上記サイズと同様な空気極側固体電解質を設
けた後、当該空気極側固体電解質上に空気極のスラリを
金属製のヘラにより厚さ約３００μｍ、長さ１０ｍｍで
塗布し、次に、大気中、１３５０℃で５時間焼成して一
体化することにより、中間固体電解質の酸化剤の種類お
よび添加量の異なるセルを製造（計八種類）した。
のスラリを厚さ約１００μｍ、長さ３０ｍｍで塗布し、
１００℃で２時間乾燥して燃料極を設けたら、燃料極側
固体電解質のスラリを圧縮空気によるエアスプレで燃料
極上にスプレして厚さ約２０μｍ、長さ１０ｍｍの燃料
極側固体電解質を設け、当該燃料極側固体電解質上に上
記中間固体電解質のスラリを上述と同様にスプレして上
記サイズと同様な中間固体電解質を設け、当該中間固体
電解質上に空気極側固体電解質のスラリを上述と同様に
スプレして上記サイズと同様な空気極側固体電解質を設
けた後、当該空気極側固体電解質上に空気極のスラリを
金属製のヘラにより厚さ約３００μｍ、長さ１０ｍｍで
塗布し、次に、大気中、１３５０℃で５時間焼成して一
体化することにより、中間固体電解質の酸化剤の種類お
よび添加量の異なるセルを製造（計八種類）した。
【００３３】《試験方法》上述したようにして製造した
各セル（計八種類）の開回路電圧（ＯＣＶ）を測定する
ことにより、各セルのガスリーク特性を評価した。ＯＣ
Ｖの測定に用いた試験装置の概略構成を図２に示す。
各セル（計八種類）の開回路電圧（ＯＣＶ）を測定する
ことにより、各セルのガスリーク特性を評価した。ＯＣ
Ｖの測定に用いた試験装置の概略構成を図２に示す。
【００３４】図２に示すように、円筒容器１１の周囲に
は、当該容器１１内を加熱する電気炉１２が配設されて
いる。円筒容器１１の内部下方には、円筒支持台１３が
当該容器１１と同軸をなして貫通して挿入されている。
円筒支持台１３上には、ジルコニア支持管１４が当該支
持台１３と同軸をなして立設されている。円筒支持台１
３およびジルコニア支持管１４内には、導入管１５が当
該円筒支持台１３の下部を貫通して挿入されている。円
筒容器１１の上部には、当該容器１１内へ乾燥空気を送
給するエアマスフロー１６が連結されている。導入管１
５の下端には、水素ガスを送給する水素ガスマスフロー
１７および窒素ガスを送給する窒素ガスマスフロー１８
が加湿器１９を介して連結されている。円筒容器１１の
下方周縁寄りには、排気管２０の一端が連結されてい
る。排気管２０の他端は、ドレンポット２２および水封
ポット２４を介して外部と連絡している。導入管１５の
側部下方寄りには、排気管２１の一端が連結されてい
る。排気管２１の他端は、ドレンポット２３および水封
ポット２５を介して外部と連絡している。
は、当該容器１１内を加熱する電気炉１２が配設されて
いる。円筒容器１１の内部下方には、円筒支持台１３が
当該容器１１と同軸をなして貫通して挿入されている。
円筒支持台１３上には、ジルコニア支持管１４が当該支
持台１３と同軸をなして立設されている。円筒支持台１
３およびジルコニア支持管１４内には、導入管１５が当
該円筒支持台１３の下部を貫通して挿入されている。円
筒容器１１の上部には、当該容器１１内へ乾燥空気を送
給するエアマスフロー１６が連結されている。導入管１
５の下端には、水素ガスを送給する水素ガスマスフロー
１７および窒素ガスを送給する窒素ガスマスフロー１８
が加湿器１９を介して連結されている。円筒容器１１の
下方周縁寄りには、排気管２０の一端が連結されてい
る。排気管２０の他端は、ドレンポット２２および水封
ポット２４を介して外部と連絡している。導入管１５の
側部下方寄りには、排気管２１の一端が連結されてい
る。排気管２１の他端は、ドレンポット２３および水封
ポット２５を介して外部と連絡している。
【００３５】このような試験装置では、セル１０をジル
コニア支持管１４上にパイレックスガラス製の固定具２
６で取り付け、セル１０の空気極および燃料極に白金線
を取り付けて図示しない電圧測定器と接続した後、電気
炉１２を作動して円筒容器１１内を所定の速度で昇温
（１００℃／ｈ）し、所定の温度（１０００℃）になっ
たら、エアマスフロー１６を作動して円筒容器１１内に
乾燥空気を所定の流量（５００ｃｃ／ｍｉｎ）で送給し
てセル１０の外周面、すなわち、空気極側に空気を流通
させる一方、水素ガスマスフロー１６および窒素ガスマ
スフロー１７を作動して希釈した水素ガスを加湿器１９
で加湿しながら導入管１５内に所定の流量（１００ｃｃ
／ｍｉｎ）で送給してセル１０の内周面、すなわち、燃
料極側に水素ガスを流通させると共に、空気中の酸素と
水素ガスとをセル１０部分で電気化学反応させ、当該セ
ル１０の開回路電圧（ＯＣＶ）を測定し、その大きさに
より、当該セル１０のガスリーク特性を評価することが
できる。なお、セル１０で発電に供された空気は、排気
管２０からドレンポット２２および水封ポット２４を介
して外部に排出され、セル１０で発電に供された水素ガ
スおよび窒素ガスは、排気管２１からドレンポット２３
および水封ポット２５を介して外部に排出される。
コニア支持管１４上にパイレックスガラス製の固定具２
６で取り付け、セル１０の空気極および燃料極に白金線
を取り付けて図示しない電圧測定器と接続した後、電気
炉１２を作動して円筒容器１１内を所定の速度で昇温
（１００℃／ｈ）し、所定の温度（１０００℃）になっ
たら、エアマスフロー１６を作動して円筒容器１１内に
乾燥空気を所定の流量（５００ｃｃ／ｍｉｎ）で送給し
てセル１０の外周面、すなわち、空気極側に空気を流通
させる一方、水素ガスマスフロー１６および窒素ガスマ
スフロー１７を作動して希釈した水素ガスを加湿器１９
で加湿しながら導入管１５内に所定の流量（１００ｃｃ
／ｍｉｎ）で送給してセル１０の内周面、すなわち、燃
料極側に水素ガスを流通させると共に、空気中の酸素と
水素ガスとをセル１０部分で電気化学反応させ、当該セ
ル１０の開回路電圧（ＯＣＶ）を測定し、その大きさに
より、当該セル１０のガスリーク特性を評価することが
できる。なお、セル１０で発電に供された空気は、排気
管２０からドレンポット２２および水封ポット２４を介
して外部に排出され、セル１０で発電に供された水素ガ
スおよび窒素ガスは、排気管２１からドレンポット２３
および水封ポット２５を介して外部に排出される。
【００３６】以上のような試験装置および試験方法に基
づいて、各種セルのＯＣＶを測定した。その結果を図３
に示す。
づいて、各種セルのＯＣＶを測定した。その結果を図３
に示す。
【００３７】図３からわかるように、中間固体電解質に
酸化剤を添加していないセルでは、ＯＣＶ値が約１．０
９Ｖとなり、理論ＯＣＶ値（約１．１９５Ｖ）に対して
約９１％であった。これに対し、中間固体電解質に酸化
剤を１wt％添加したセルでは、ＯＣＶ値が１．１１〜
１．１３Ｖと上昇し、理論ＯＣＶ値に対して約９３〜９
５％まで上昇し、中間固体電解質に酸化剤を３〜５wt％
添加したセルでは、ＯＣＶ値が１．１７〜１．１９とな
り、理論ＯＣＶ値に対して約９８〜９９．６％となっ
た。
酸化剤を添加していないセルでは、ＯＣＶ値が約１．０
９Ｖとなり、理論ＯＣＶ値（約１．１９５Ｖ）に対して
約９１％であった。これに対し、中間固体電解質に酸化
剤を１wt％添加したセルでは、ＯＣＶ値が１．１１〜
１．１３Ｖと上昇し、理論ＯＣＶ値に対して約９３〜９
５％まで上昇し、中間固体電解質に酸化剤を３〜５wt％
添加したセルでは、ＯＣＶ値が１．１７〜１．１９とな
り、理論ＯＣＶ値に対して約９８〜９９．６％となっ
た。
【００３８】以上の結果から、酸化剤を３〜５wt％添加
すれば、理論ＯＣＶ値とほぼ等しくすることができるの
で、固体電解質を緻密化させてガスリークを防止できる
ことが確認された。
すれば、理論ＯＣＶ値とほぼ等しくすることができるの
で、固体電解質を緻密化させてガスリークを防止できる
ことが確認された。
【００３９】
【発明の効果】本発明による固体電解質型燃料電池のセ
ルは、固体電解質を燃料極と空気極とで挟んで基体上に
設けた固体電解質型燃料電池のセルであって、Ａｌ2 Ｏ
3 またはＢｉ2 Ｏ3 のうちの少なくとも一方からなる酸
化剤が前記固体電解質中に含有されていることから、高
い緻密性を有しながらも絶縁物の生成を抑えた固体電解
質を有するセルとすることができるので、酸化極側の酸
化ガスが燃料極側の燃料ガス中にリークしてしまうこと
を防止することができ、開回路電圧（ＯＣＶ）を高くし
て作動電圧を向上させることができる。
ルは、固体電解質を燃料極と空気極とで挟んで基体上に
設けた固体電解質型燃料電池のセルであって、Ａｌ2 Ｏ
3 またはＢｉ2 Ｏ3 のうちの少なくとも一方からなる酸
化剤が前記固体電解質中に含有されていることから、高
い緻密性を有しながらも絶縁物の生成を抑えた固体電解
質を有するセルとすることができるので、酸化極側の酸
化ガスが燃料極側の燃料ガス中にリークしてしまうこと
を防止することができ、開回路電圧（ＯＣＶ）を高くし
て作動電圧を向上させることができる。
【００４０】また、前記固体電解質が前記燃料極側に設
けられた燃料極側固体電解質と、前記空気極側に設けら
れた空気極側固体電解質と、前記燃料極側固体電解質と
前記空気極側固体電解質との間に設けられた中間固体電
解質とからなり、前記中間固体電解質に前記酸化剤が含
有されていることから、焼成時の酸化剤の流動や揮発な
どが抑えられ、焼結性の低下が防止されるので、上述し
た効果をより確実に得ることができる。
けられた燃料極側固体電解質と、前記空気極側に設けら
れた空気極側固体電解質と、前記燃料極側固体電解質と
前記空気極側固体電解質との間に設けられた中間固体電
解質とからなり、前記中間固体電解質に前記酸化剤が含
有されていることから、焼成時の酸化剤の流動や揮発な
どが抑えられ、焼結性の低下が防止されるので、上述し
た効果をより確実に得ることができる。
【００４１】また、前記酸化剤が３〜５wt％で含有され
ていれば、上述した効果をさらに確実に得ることができ
る。
ていれば、上述した効果をさらに確実に得ることができ
る。
【００４２】本発明による固体電解質型燃料電池のセル
の製造方法は、固体電解質を燃料極と空気極とで挟んで
基体上に設けるように当該固体電解質、当該燃料極、当
該空気極の各スラリを当該基体に塗布して一体焼結する
固体電解質型燃料電池のセルの製造方法であって、Ａｌ
2 Ｏ3 またはＢｉ2 Ｏ3 のうちの少なくとも一方からな
る酸化剤を添加された前記固体電解質のスラリを塗布
し、１４００℃未満の温度で一体焼結することから、酸
化剤により固体電解質の焼結を促進することができ、１
４００℃未満の温度で焼成しても、固体電解質の緻密化
を図ることができるので、高い緻密性を有しながらも絶
縁物の生成を抑えた固体電解質を有するセルとすること
ができる。その結果、酸化極側の酸化ガスが燃料極側の
燃料ガス中にリークしてしまうことを防止することがで
き、開回路電圧（ＯＣＶ）を高くして作動電圧を向上さ
せることができる。
の製造方法は、固体電解質を燃料極と空気極とで挟んで
基体上に設けるように当該固体電解質、当該燃料極、当
該空気極の各スラリを当該基体に塗布して一体焼結する
固体電解質型燃料電池のセルの製造方法であって、Ａｌ
2 Ｏ3 またはＢｉ2 Ｏ3 のうちの少なくとも一方からな
る酸化剤を添加された前記固体電解質のスラリを塗布
し、１４００℃未満の温度で一体焼結することから、酸
化剤により固体電解質の焼結を促進することができ、１
４００℃未満の温度で焼成しても、固体電解質の緻密化
を図ることができるので、高い緻密性を有しながらも絶
縁物の生成を抑えた固体電解質を有するセルとすること
ができる。その結果、酸化極側の酸化ガスが燃料極側の
燃料ガス中にリークしてしまうことを防止することがで
き、開回路電圧（ＯＣＶ）を高くして作動電圧を向上さ
せることができる。
【００４３】また、前記酸化剤の添加された前記固体電
解質のスラリを塗布する前後に当該酸化剤の未添加の前
記固体電解質のスラリを塗布するので、焼成に伴う酸化
剤の流動や揮発などを抑えることができ、焼結性の低下
を防止することができる。
解質のスラリを塗布する前後に当該酸化剤の未添加の前
記固体電解質のスラリを塗布するので、焼成に伴う酸化
剤の流動や揮発などを抑えることができ、焼結性の低下
を防止することができる。
【００４４】また、前記酸化剤の添加量が３〜５wt％で
あれば、上述した効果をさらに確実に得ることができ
る。
あれば、上述した効果をさらに確実に得ることができ
る。
【図１】本発明による固体電解質型燃料電池のセルの実
施の形態の概略構成図である。
施の形態の概略構成図である。
【図２】確認試験に用いた試験装置の概略構成図であ
る。
る。
【図３】確認試験結果を表すグラフである。
１ 基体 ２ 燃料極 ３ａ 燃料極側固体電解質 ３ｂ 中間固体電解質 ３ｃ 空気極側固体電解質 ４ 空気極 １０ セル １１ 円筒容器 １２ 電気炉 １３ 円筒支持台 １４ ジルコニア支持管 １５ 導入管 １６ エアマスフロー １７ 水素ガスマスフロー １８ 窒素ガスマスフロー １９ 加湿器 ２０，２１ 排気管 ２２，２３ ドレンポット ２４，２５ 水封ポット ２６ 取付具
Claims (6)
- 【請求項１】 固体電解質を燃料極と空気極とで挟んで
基体上に設けた固体電解質型燃料電池のセルであって、
Ａｌ2 Ｏ3 またはＢｉ2 Ｏ3 のうちの少なくとも一方か
らなる酸化剤が前記固体電解質中に含有されていること
を特徴とする固体電解質型燃料電池のセル。 - 【請求項２】 請求項１に記載の固体電解質型燃料電池
のセルにおいて、前記固体電解質が前記燃料極側に設け
られた燃料極側固体電解質と、前記空気極側に設けられ
た空気極側固体電解質と、前記燃料極側固体電解質と前
記空気極側固体電解質との間に設けられた中間固体電解
質とからなり、前記中間固体電解質に前記酸化剤が含有
されていることを特徴とする固体電解質型燃料電池のセ
ル。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の固体電解質型
燃料電池のセルにおいて、前記酸化剤が３〜５wt％で含
有されていることを特徴とする固体電解質型燃料電池の
セル。 - 【請求項４】 固体電解質を燃料極と空気極とで挟んで
基体上に設けるように当該固体電解質、当該燃料極、当
該空気極の各スラリを当該基体に塗布して一体焼結する
固体電解質型燃料電池のセルの製造方法であって、Ａｌ
2 Ｏ3 またはＢｉ2 Ｏ3 のうちの少なくとも一方からな
る酸化剤を添加された前記固体電解質のスラリを塗布
し、１４００℃未満の温度で一体焼結することを特徴と
する固体電解質型燃料電池のセルの製造方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の固体電解質型燃料電池
のセルの製造方法において、前記酸化剤の添加された前
記固体電解質のスラリを塗布する前後に当該酸化剤の未
添加の前記固体電解質のスラリを塗布することを特徴と
する固体電解質型燃料電池のセルの製造方法。 - 【請求項６】 請求項４または５に記載の固体電解質型
燃料電池のセルの製造方法において、前記酸化剤の添加
量が３〜５wt％であることを特徴とする固体電解質型燃
料電池のセルの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9237942A JPH1186885A (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | 固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9237942A JPH1186885A (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | 固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1186885A true JPH1186885A (ja) | 1999-03-30 |
Family
ID=17022754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9237942A Withdrawn JPH1186885A (ja) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | 固体電解質型燃料電池のセルおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1186885A (ja) |
Cited By (3)
| 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 |
| US7402356B2 (en) | 2003-11-28 | 2008-07-22 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Solid oxide electrolyte material and method of producing solid oxide electrolyte |
| US20170141429A1 (en) * | 2015-11-18 | 2017-05-18 | Korea Institute Of Energy Research | Lithium-ion conducting solid electrolyte, method for manufacturing the same, and lithium battery including the same |
-
1997
- 1997-09-03 JP JP9237942A patent/JPH1186885A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| 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 |
| US7402356B2 (en) | 2003-11-28 | 2008-07-22 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Solid oxide electrolyte material and method of producing solid oxide electrolyte |
| US20170141429A1 (en) * | 2015-11-18 | 2017-05-18 | Korea Institute Of Energy Research | Lithium-ion conducting solid electrolyte, method for manufacturing the same, and lithium battery including the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041207 |