JP2841528B2 - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents
固体電解質型燃料電池Info
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は、多孔質基板に電極、固体電解質の薄膜を
積層して単セルを構成して成る燃料電池に関する。
積層して単セルを構成して成る燃料電池に関する。
B.発明の概要 本発明は、単セルを積重構成したスタックを有する固
体電解質型燃料電池において、 多孔質基板表面部に、ニッケルパウダを塗布し、プレ
ス後焼結することにより、微細均一化した空孔を有する
多孔質電極薄膜を形成し、その表面にピンホールのない
固体電解質薄膜を積層し、その表面に電極薄膜を積層し
て電池の単セルを構成することにより、 良好な燃料電池を構成するようにしたものである。
体電解質型燃料電池において、 多孔質基板表面部に、ニッケルパウダを塗布し、プレ
ス後焼結することにより、微細均一化した空孔を有する
多孔質電極薄膜を形成し、その表面にピンホールのない
固体電解質薄膜を積層し、その表面に電極薄膜を積層し
て電池の単セルを構成することにより、 良好な燃料電池を構成するようにしたものである。
C.従来の技術 従来、多孔質基板を用いた応用製品に燃料電池があ
る。この種、燃料電池の一つに平板型の燃料電池があ
る。
る。この種、燃料電池の一つに平板型の燃料電池があ
る。
一般に、燃料電池本体は固体電解質の両側に陽極と陰
極の電極板を配置して単位電池構造体（以下単位セル構
造体と称す）を構成し、この単セル構造体を陽極電極同
志と陰極電極同志が対向するように複数個直列に配置し
たものである。このように構成された燃料電池本体の陰
極側に燃料として水素ガス（水素）を供給し、陽極側に
酸化剤として、空気（酸素）を供給して、水素と酸素と
を反応させて起電力を発生させている。なお、この反応
のときに水が生成される。次に第７図により従来の燃料
電池について述べる。
極の電極板を配置して単位電池構造体（以下単位セル構
造体と称す）を構成し、この単セル構造体を陽極電極同
志と陰極電極同志が対向するように複数個直列に配置し
たものである。このように構成された燃料電池本体の陰
極側に燃料として水素ガス（水素）を供給し、陽極側に
酸化剤として、空気（酸素）を供給して、水素と酸素と
を反応させて起電力を発生させている。なお、この反応
のときに水が生成される。次に第７図により従来の燃料
電池について述べる。
すなわち、燃料電池本体30は、第７図に示すように、
複数個の単セル構造体Ｓと、これらの単セル構造体Ｓを
直列に積層固定する抑え板31a,31bと、積層固定した電
池本体30の各単セル構造体Ｓの陰極板側に水素ガスH2を
供給する水素ガス供給用マニホルド32と、陽極板側に空
気（酸素）を供給する空気供給用マニホルド33と、各単
セル構造体Ｓの陽極板および陽極板からそれぞれ電気を
取り出す集電リード34および35によって構成されてい
る。
複数個の単セル構造体Ｓと、これらの単セル構造体Ｓを
直列に積層固定する抑え板31a,31bと、積層固定した電
池本体30の各単セル構造体Ｓの陰極板側に水素ガスH2を
供給する水素ガス供給用マニホルド32と、陽極板側に空
気（酸素）を供給する空気供給用マニホルド33と、各単
セル構造体Ｓの陽極板および陽極板からそれぞれ電気を
取り出す集電リード34および35によって構成されてい
る。
この様に構成された積層型燃料電池においては、ガス
供給用のマニホルド32,33は、電池本体30の外側に付設
されている。また、供給された水素ガスと空気が電解質
を介して反応を行うことによって水と電気エネルギーが
発生し、この発生した電気エネルギーを外部に取り出す
集電リード（ブスバー）34,35も、単セル構造体の外側
に付設されている。
供給用のマニホルド32,33は、電池本体30の外側に付設
されている。また、供給された水素ガスと空気が電解質
を介して反応を行うことによって水と電気エネルギーが
発生し、この発生した電気エネルギーを外部に取り出す
集電リード（ブスバー）34,35も、単セル構造体の外側
に付設されている。
D.発明が解決しようとする課題 第７図に示した従来の燃料電池では固体電解質，酸素
用電極および水素用電極を組み合わせて構成してある
が、強度に難点がある。しかし単セル構造体を組立た後
に両電極の外側に設けた集電板によって強度は確保でき
るものの組立時に破損する恐れがある。また、ある程度
の強度を確保するために固体電解質の層を止むを得ず厚
く形成する必要があった。
用電極および水素用電極を組み合わせて構成してある
が、強度に難点がある。しかし単セル構造体を組立た後
に両電極の外側に設けた集電板によって強度は確保でき
るものの組立時に破損する恐れがある。また、ある程度
の強度を確保するために固体電解質の層を止むを得ず厚
く形成する必要があった。
固体電解質の層を厚く形成すると、固体電解質自身の
抵抗分による電圧降下Ｖは Ｖ＝ｉ・ｒ・ｔ×10-4（ｉは固体電解質に流れる電流、
Ｒは固体電解質の抵抗、ｔは固体電解質の厚さである）
で表される関係から、電圧降下は大きくなるため固体電
解質の厚さは薄い方が良いことが判る。しかし、従来の
構成では固体電解質の厚さは強度の関係である程度厚く
形成しなくてはならず、このため、電圧降下が大きくな
ってしまう問題がある。
抵抗分による電圧降下Ｖは Ｖ＝ｉ・ｒ・ｔ×10-4（ｉは固体電解質に流れる電流、
Ｒは固体電解質の抵抗、ｔは固体電解質の厚さである）
で表される関係から、電圧降下は大きくなるため固体電
解質の厚さは薄い方が良いことが判る。しかし、従来の
構成では固体電解質の厚さは強度の関係である程度厚く
形成しなくてはならず、このため、電圧降下が大きくな
ってしまう問題がある。
本発明は上述の点に鑑み、固体電解質を薄膜に形成
し、電圧降下の小さな燃料電池の単セル構造体が得られ
るようにした固体電解質型燃料電池を提供することを目
的とする。
し、電圧降下の小さな燃料電池の単セル構造体が得られ
るようにした固体電解質型燃料電池を提供することを目
的とする。
E.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、多孔質基板の表面
上に、ニッケルパウダのサブミクロン径のものと、ニッ
ケルパウダ〜３μｍ径のものを同量づつ混合し、水で溶
いたものを均一の厚さに塗布し、これをプレスした後に
焼結して塗布部を形成し、この塗布部表面を研摩して平
坦化した後、その上にニッケルパウダサブミクロン径の
ものを擦り込み、プレスした後、焼結してその表面部に
微細均一な空孔を有する水素用の電極層を形成し、その
電極層上に、ピンホールのない固体電解質薄膜を積層
し、その固体電解質薄膜の上に酸素用の電極薄膜を積層
してこの電池の単セルを構成したことを特徴とする。
上に、ニッケルパウダのサブミクロン径のものと、ニッ
ケルパウダ〜３μｍ径のものを同量づつ混合し、水で溶
いたものを均一の厚さに塗布し、これをプレスした後に
焼結して塗布部を形成し、この塗布部表面を研摩して平
坦化した後、その上にニッケルパウダサブミクロン径の
ものを擦り込み、プレスした後、焼結してその表面部に
微細均一な空孔を有する水素用の電極層を形成し、その
電極層上に、ピンホールのない固体電解質薄膜を積層
し、その固体電解質薄膜の上に酸素用の電極薄膜を積層
してこの電池の単セルを構成したことを特徴とする。
F.作用 上述のように構成することにより、ニッケルパウダが
多孔質基板表面部の大径の空孔を埋めるようにして積層
し、微細かつ均一な空孔を有する薄膜を形成し、その上
にピンホールを生じないよう固体電解質を積層し、膜厚
を薄く構成するようにするという作用を奏する。
多孔質基板表面部の大径の空孔を埋めるようにして積層
し、微細かつ均一な空孔を有する薄膜を形成し、その上
にピンホールを生じないよう固体電解質を積層し、膜厚
を薄く構成するようにするという作用を奏する。
G.実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は固体電解質型燃料電池本体をスタック構成し
た縦断面図で、第１図において、ステンレス製多孔基板
１の表面に、順次、水素用電極薄膜（第１の電極薄膜）
２、ピンホールが発生しない固体電解質薄膜３、酸素用
電極薄膜（第２の電極薄膜）４を積層して単セル構造体
を構成する。次に多孔質基板１を支持構造体として水素
用電極薄膜２を製作することについて述べる。
た縦断面図で、第１図において、ステンレス製多孔基板
１の表面に、順次、水素用電極薄膜（第１の電極薄膜）
２、ピンホールが発生しない固体電解質薄膜３、酸素用
電極薄膜（第２の電極薄膜）４を積層して単セル構造体
を構成する。次に多孔質基板１を支持構造体として水素
用電極薄膜２を製作することについて述べる。
前記多孔質基板１としては、材質SUS316L、空孔率約4
0％、公称空孔径0.5μｍ、厚さ約1mmのものを用いた。
0％、公称空孔径0.5μｍ、厚さ約1mmのものを用いた。
なお、公称空孔径は0.5μｍであるが、実際の空孔径
にはばらつきがあり、約10μｍの空孔は多々存在し、所
々には約40μｍにもおよぶ大口径の空孔が存在してい
る。
にはばらつきがあり、約10μｍの空孔は多々存在し、所
々には約40μｍにもおよぶ大口径の空孔が存在してい
る。
上記のように構成されている多孔質基板１を直径1/2
インチに打ち抜いて円板状に形成し、トリクレン液中で
超音波洗浄し、その後、多孔質基板１を乾燥する。この
多孔質基板１を第２図に示す。
インチに打ち抜いて円板状に形成し、トリクレン液中で
超音波洗浄し、その後、多孔質基板１を乾燥する。この
多孔質基板１を第２図に示す。
次に１μｍ以下の径（以下サブミクロン径とする）の
ニッケル粉末と３μｍ径のニッケル粉末とを体積比1:1
で混合し、水に溶かした水溶液を第２図に示す多孔質基
板１の円板表面に略均一に塗布し、これを室温で乾燥さ
せた後、水素雰囲気中で焼結させて第３図に示す第１ニ
ッケル層11を形成する。このときの焼結条件は1000℃で
約１時間である。
ニッケル粉末と３μｍ径のニッケル粉末とを体積比1:1
で混合し、水に溶かした水溶液を第２図に示す多孔質基
板１の円板表面に略均一に塗布し、これを室温で乾燥さ
せた後、水素雰囲気中で焼結させて第３図に示す第１ニ
ッケル層11を形成する。このときの焼結条件は1000℃で
約１時間である。
次に上記第１ニッケル層11の表面を第４図に示す如く
平坦に研磨し、第１ニッケル層11に存在する突起を除去
する。この研磨剤としてはグリッドペーパ＃600を用い
た。その後、脱イオン水及びトリクロロエチレン中で、
10分間超音波洗浄した後、室温で乾燥させる。
平坦に研磨し、第１ニッケル層11に存在する突起を除去
する。この研磨剤としてはグリッドペーパ＃600を用い
た。その後、脱イオン水及びトリクロロエチレン中で、
10分間超音波洗浄した後、室温で乾燥させる。
次に３μｍ径のニッケル粉末を約50mg多孔質基板１の
第１ニッケル層11の表面に均一な厚さとなるようにのせ
た後、約700kg/cm2Gの圧接力でプレスし、この後、これ
を水素雰囲気中で焼結させて第２ニッケル層12を第５図
に示すように形成する。このときの焼結は750℃で１時
間行う。
第１ニッケル層11の表面に均一な厚さとなるようにのせ
た後、約700kg/cm2Gの圧接力でプレスし、この後、これ
を水素雰囲気中で焼結させて第２ニッケル層12を第５図
に示すように形成する。このときの焼結は750℃で１時
間行う。
次にサブミクロン径のニッケル粉末を、多孔質基板１
の第２ニッケル層12の表面に擦り込み、約700kg/cm2Gの
圧接力でプレスする。その後、角度サブミクロン径のニ
ッケル粉末を擦り込んで水素雰囲気気中で焼結させて第
６図に示すように第３ニッケル層13を形成する。このと
きの焼結は750℃で１時間行う。
の第２ニッケル層12の表面に擦り込み、約700kg/cm2Gの
圧接力でプレスする。その後、角度サブミクロン径のニ
ッケル粉末を擦り込んで水素雰囲気気中で焼結させて第
６図に示すように第３ニッケル層13を形成する。このと
きの焼結は750℃で１時間行う。
以上の工程を経ることにより、多孔質基板１の表面に
は第１ニッケル層11、第２ニッケル層12,第３ニッケル
層13よりなる水素用電極薄膜２が厚さ約100μｍになっ
て形成され、その表面部は１〜３μｍ径の均一な空孔が
開いている状態となる。
は第１ニッケル層11、第２ニッケル層12,第３ニッケル
層13よりなる水素用電極薄膜２が厚さ約100μｍになっ
て形成され、その表面部は１〜３μｍ径の均一な空孔が
開いている状態となる。
なお、上記実施例では、その多孔質基板としてステン
レスを使用する場合について述べて来たが、こればかり
ではなく、ニッケルおよび銅の材質のものを使用しても
よい。ニッケル製の多孔質基板はNi粉末を用いて焼結し
て製造するため、Ni粉末の粒子形状が角ばった性質であ
るから空孔口径が３μｍ〜50μｍと不揃いになる。しか
し、Niパウダ電極との密着が良くなるので、耐水素性が
ステンレスのものより優れている。
レスを使用する場合について述べて来たが、こればかり
ではなく、ニッケルおよび銅の材質のものを使用しても
よい。ニッケル製の多孔質基板はNi粉末を用いて焼結し
て製造するため、Ni粉末の粒子形状が角ばった性質であ
るから空孔口径が３μｍ〜50μｍと不揃いになる。しか
し、Niパウダ電極との密着が良くなるので、耐水素性が
ステンレスのものより優れている。
また、銅製の多孔質基板は銅粉末の粒子形状が丸いた
め、その空孔の形状をきれいにできるけれども空孔口径
はNiのものとほぼ同様３μｍ〜40μｍとなる。なお、こ
の銅製の多孔質基板は酸素に触れると酸化されてCu2Oと
いう絶縁体になるので、水素用電極には最適である。
め、その空孔の形状をきれいにできるけれども空孔口径
はNiのものとほぼ同様３μｍ〜40μｍとなる。なお、こ
の銅製の多孔質基板は酸素に触れると酸化されてCu2Oと
いう絶縁体になるので、水素用電極には最適である。
次に固体電解質薄膜３の製作例について述べる。
まず、第１製作例は多孔質基板１の表面に形成した水
素用電極薄膜２の上面に固体電解質の薄膜を厚さ10μｍ
に形成する。これにはエレクトロンビーム蒸着法を使用
し、蒸着にはターボポンプを使用して真空度10-8mmHg
で、基板温度を室温〜580℃まで可変し、蒸着速度をコ
ントローラでコントロールしながら行った。
素用電極薄膜２の上面に固体電解質の薄膜を厚さ10μｍ
に形成する。これにはエレクトロンビーム蒸着法を使用
し、蒸着にはターボポンプを使用して真空度10-8mmHg
で、基板温度を室温〜580℃まで可変し、蒸着速度をコ
ントローラでコントロールしながら行った。
なお、固体電解質としては単結晶LaF3を用い、固体電
解質の薄膜の成膜条件は基板温度500℃、蒸気速度20Å/
sec、加速電圧−3.0kVである。
解質の薄膜の成膜条件は基板温度500℃、蒸気速度20Å/
sec、加速電圧−3.0kVである。
上記のようにして固体電解質の薄膜を形成するとピン
ホールの発生がないものが得られる。
ホールの発生がないものが得られる。
次に固体電解質薄膜３の第２製作例について述べる。
第２製作例は抵抗加熱法を採用し、上記同様のポンプ
で真空度を10-8mmHgにし、基板温度は400℃とした。そ
して、蒸着速度は３〜５Å/Sで、約５〜６時間で10μｍ
の厚さの薄膜が得られた。この方法により得られた薄膜
も上記例と同様にピンホールの発生がない。
で真空度を10-8mmHgにし、基板温度は400℃とした。そ
して、蒸着速度は３〜５Å/Sで、約５〜６時間で10μｍ
の厚さの薄膜が得られた。この方法により得られた薄膜
も上記例と同様にピンホールの発生がない。
なお、固体電解質としてはLaF3の他に、La1-xSrF3-x
を使用し、特に、La0.95Sr0.95Ｆ2.95を原料とした薄膜
のｘ線回析の結果、LaF3のピークしか見られなかった。
このことから、この固体電解質の薄膜はLaF3と、SrF2の
混合物ではないことを確認できる。
を使用し、特に、La0.95Sr0.95Ｆ2.95を原料とした薄膜
のｘ線回析の結果、LaF3のピークしか見られなかった。
このことから、この固体電解質の薄膜はLaF3と、SrF2の
混合物ではないことを確認できる。
次は固体電解質薄膜３の第３製作例について述べる。
第３製作例はマグネトロンスパッタリングを使用して、
基板温度400℃、アルゴンガス雰囲気中の5.3×10-3mmHg
の圧力下で、LaF3の粉末をターゲットにして40時間のス
パッタリングを行って、10μｍ厚の薄膜を得た。この薄
膜もｘ線回析した結果、結晶性のとぼしい、多結晶のLa
F3であった。
第３製作例はマグネトロンスパッタリングを使用して、
基板温度400℃、アルゴンガス雰囲気中の5.3×10-3mmHg
の圧力下で、LaF3の粉末をターゲットにして40時間のス
パッタリングを行って、10μｍ厚の薄膜を得た。この薄
膜もｘ線回析した結果、結晶性のとぼしい、多結晶のLa
F3であった。
なお、固体電解質薄膜の原料としてはLaF3に限定され
ないで次のようなものを用いてもよい。
ないで次のようなものを用いてもよい。
（イ）La0.95Sr0.05Ｆ2.95 （ロ）La0.95Sr0.10Ｆ2.90 （ハ）La0.95Ba0.05Ｆ2.29 （ハ）La0.90Ba0.10Ｆ2.29 上記マグネトロンスパッタリングにより得られた薄膜
は複雑な組成のものでも、得られた薄膜はおおむね原料
の組成であるので、La0.95Sr0.05Ｆ2.95などの薄膜に適
している。
は複雑な組成のものでも、得られた薄膜はおおむね原料
の組成であるので、La0.95Sr0.05Ｆ2.95などの薄膜に適
している。
次は固体電解質薄膜３の第４製作例について述べる。
この第４製作例は第５図に示すように構成された第３
ニッケル層13の表面に、LaとＦをその分子内に含む有機
金属化合物を熱分解させてLa,F3の薄膜を形成した。上
記有機金属化合物はLanthanun fodという化合物であ
る。この化合物の構造式は次のようになる。
ニッケル層13の表面に、LaとＦをその分子内に含む有機
金属化合物を熱分解させてLa,F3の薄膜を形成した。上
記有機金属化合物はLanthanun fodという化合物であ
る。この化合物の構造式は次のようになる。
なお、成膜条件は基板温度600℃とし、有機金属化合
物を230℃に保温し、キャリアガスとしてアルゴンガス
（Ar）を流量100ml/minで用い、有機金属化合物蒸気を
リアクタ中にある多孔質基板１の表面に移動させて反応
させることによってLaF3の薄膜を得る。
物を230℃に保温し、キャリアガスとしてアルゴンガス
（Ar）を流量100ml/minで用い、有機金属化合物蒸気を
リアクタ中にある多孔質基板１の表面に移動させて反応
させることによってLaF3の薄膜を得る。
次に、固体電解質薄膜３の第５の製作例について述べ
る。
る。
この第５製作例は、第５図に示すように構成された第
３ニッケル層13の表面に、高周波スパッタ装置を用い、
そのスパッタ条件を、基板温度800℃，アルゴン圧力5.3
×10-3mmHgでイットリアで安定化したジルコニアをター
ゲットにして、40時間スパッタリングすることとし、10
μｍ厚の固体電解質のピンホールのない薄膜を積層す
る。
３ニッケル層13の表面に、高周波スパッタ装置を用い、
そのスパッタ条件を、基板温度800℃，アルゴン圧力5.3
×10-3mmHgでイットリアで安定化したジルコニアをター
ゲットにして、40時間スパッタリングすることとし、10
μｍ厚の固体電解質のピンホールのない薄膜を積層す
る。
なお、この他に酸化セリウム等を用いてもよい。
最後に、酸素用電極薄膜４の製作例について述べる。
第１製作例は酸素用電極薄膜をペロブスカイト化合物
から作成するもので、まずペロブスカイト化合物（La
0.6Sr0.4CoOx）を作る。これには酢酸コバルト（CH3CO
O）2CO・4H2Oと、酢酸ランタン（CH3COO）2Laと、酢酸
ストロンチウム（CH3COO）2Srを原料とし、La0.6Sr0.4C
oOxの組成比に従い、粉末を秤量混合し、酸素雰囲気中
で1000℃にて加熱し、５時間焼成した。このようにして
作成したペロブスカイト化合物の電気抵抗率は4.4Ωcm
であった。
から作成するもので、まずペロブスカイト化合物（La
0.6Sr0.4CoOx）を作る。これには酢酸コバルト（CH3CO
O）2CO・4H2Oと、酢酸ランタン（CH3COO）2Laと、酢酸
ストロンチウム（CH3COO）2Srを原料とし、La0.6Sr0.4C
oOxの組成比に従い、粉末を秤量混合し、酸素雰囲気中
で1000℃にて加熱し、５時間焼成した。このようにして
作成したペロブスカイト化合物の電気抵抗率は4.4Ωcm
であった。
上記のようにして作成したペロブスカイト化合物を用
いて酸素用電極薄膜を形成するには次の３つ手段があ
る。
いて酸素用電極薄膜を形成するには次の３つ手段があ
る。
（１）ペロブスカイト化合物をプロピレングリコールに
溶解させ、これを固体電解質薄膜３の表面に塗布し、若
干の圧力を加えて300℃の温度で酸素雰囲気中にて８時
間焼成して電極薄膜４を得る。
溶解させ、これを固体電解質薄膜３の表面に塗布し、若
干の圧力を加えて300℃の温度で酸素雰囲気中にて８時
間焼成して電極薄膜４を得る。
（２）ペロブスカイト化合物と、白金黒とを3:1の割合
で混合し、プロピレングコールにて溶解させる。その
後、この液を固体電解質薄膜３の表面に塗布して上記と
同様の条件で焼成することによって電極薄膜４を得る。
で混合し、プロピレングコールにて溶解させる。その
後、この液を固体電解質薄膜３の表面に塗布して上記と
同様の条件で焼成することによって電極薄膜４を得る。
（２）ペロブスカイト化合物を高周波スパッタリング装
置を用いて固体電解質薄膜３の表面に形成する。これに
はアルゴンガスの１×10-2mmHgの圧力下で蒸着速度0.5
μm/時間で約２時間行って約１μｍ厚の電極薄膜４を得
る。
置を用いて固体電解質薄膜３の表面に形成する。これに
はアルゴンガスの１×10-2mmHgの圧力下で蒸着速度0.5
μm/時間で約２時間行って約１μｍ厚の電極薄膜４を得
る。
上記ペロブスカイト化合物は白金と同等の性能を有す
るが、白金よりも極めて安価である。
るが、白金よりも極めて安価である。
次に酸素用電極薄膜の第２製作例について述べる。
この第２製作例はAg粉末をプロピレングリコールに溶
解させて、この液を固体電解質薄膜３の表面に塗布し、
若干の圧接力を加えて300℃の温度で酸素雰囲気中にて
８時間焼成することにより電極薄膜を得るものである。
解させて、この液を固体電解質薄膜３の表面に塗布し、
若干の圧接力を加えて300℃の温度で酸素雰囲気中にて
８時間焼成することにより電極薄膜を得るものである。
次は酸素用電極薄膜３の第３製作例について述べる。
第３製作例は塩化白金酸（H2PtCl6）をプロピレング
リコールにて溶解させ、これを上記と同様に塗布して上
記と同様の条件にて焼成することにより電極薄膜を得る
ものである。
リコールにて溶解させ、これを上記と同様に塗布して上
記と同様の条件にて焼成することにより電極薄膜を得る
ものである。
上述したように、一般に入手できる多孔質基板はその
孔径に、例えば0.5〜40μｍとばらつきがあり、この多
孔質基板の表面に水素，酸素電極と固体電解質薄膜を積
層形成したとき、多孔質基板に大きな孔があると、その
孔の上部の固体電解質にピンホールができ易かった。し
かし、上述したように水素，酸素電極および固体電解質
を作成するとピンホールが発生しなくなった。燃料電池
は固体電解質を挟んで酸素分圧が異なることにより、一
種の酸素濃淡電池が構成され、固体電解質の両端に起電
力が発生するものである。このときの起電力Eoは次式で
表される。
孔径に、例えば0.5〜40μｍとばらつきがあり、この多
孔質基板の表面に水素，酸素電極と固体電解質薄膜を積
層形成したとき、多孔質基板に大きな孔があると、その
孔の上部の固体電解質にピンホールができ易かった。し
かし、上述したように水素，酸素電極および固体電解質
を作成するとピンホールが発生しなくなった。燃料電池
は固体電解質を挟んで酸素分圧が異なることにより、一
種の酸素濃淡電池が構成され、固体電解質の両端に起電
力が発生するものである。このときの起電力Eoは次式で
表される。
Eo＝（RT/4F）×ln（P1/P2） 上記式から起電力Eoは酸素分圧の比に比例して増加す
る。なお、式において、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、
Ｆはファラデー定数、P1,P2は各々固体電解質を挟んで
の酸素分圧である。
る。なお、式において、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、
Ｆはファラデー定数、P1,P2は各々固体電解質を挟んで
の酸素分圧である。
上記式から固体電解質にピンホールができると、酸素
分圧の比は小さくなるため、起電力Eoは小さくなってし
まうが、本発明のようにピンホールが生じない固体電解
質を製作することにより、起電力の低下は生じなくな
る。
分圧の比は小さくなるため、起電力Eoは小さくなってし
まうが、本発明のようにピンホールが生じない固体電解
質を製作することにより、起電力の低下は生じなくな
る。
以上のように構成した単セル構造体は導電性のセルケ
ース内に収納してその単セル構造体の水素用電極薄膜２
とセルケース５とを電気的に接続させるようにし、ま
た、酸素用電極薄膜４側に導電性の端部セパレータ７を
被着して薄膜４と端部セパレータ７とを電気的に接続さ
せ、セルケース５と端部セパレータ７との間に絶縁物６
を介在させて燃料電池本体20aを構成したものである。
この燃料電池本体20aのセルケース５の多孔質基板１側
には第１図に示すように導電性のセパレータ7,8を電気
的に導通させて接続させる。このセパレータ８には上記
と同様に単セル構造体の酸素用電極薄膜４が電気的に接
続されるとともに水素用電極薄膜２とセルケース５も電
気的に接続され、セパレータ８とセルケース５の間に絶
縁物６が介在されて燃料電池本体20bが構成される。以
下同様に燃料電池本体20c,20d…をスタック構成して各
電池本体20a,20b…が単セル構造体と単に積層するだけ
で燃料電池の直列接続ができる。そして、セパレータ7,
8の導気口９から酸素を供給し、セルケース５の導気口1
0から水素を供給することによって発電を行う。
ース内に収納してその単セル構造体の水素用電極薄膜２
とセルケース５とを電気的に接続させるようにし、ま
た、酸素用電極薄膜４側に導電性の端部セパレータ７を
被着して薄膜４と端部セパレータ７とを電気的に接続さ
せ、セルケース５と端部セパレータ７との間に絶縁物６
を介在させて燃料電池本体20aを構成したものである。
この燃料電池本体20aのセルケース５の多孔質基板１側
には第１図に示すように導電性のセパレータ7,8を電気
的に導通させて接続させる。このセパレータ８には上記
と同様に単セル構造体の酸素用電極薄膜４が電気的に接
続されるとともに水素用電極薄膜２とセルケース５も電
気的に接続され、セパレータ８とセルケース５の間に絶
縁物６が介在されて燃料電池本体20bが構成される。以
下同様に燃料電池本体20c,20d…をスタック構成して各
電池本体20a,20b…が単セル構造体と単に積層するだけ
で燃料電池の直列接続ができる。そして、セパレータ7,
8の導気口９から酸素を供給し、セルケース５の導気口1
0から水素を供給することによって発電を行う。
H.発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、多孔質基板の表
面に順次、第１の電極薄膜、ピンホールの発生が生じな
い薄い固体電解質薄膜、第２の電極薄膜とを構成して単
セル構造体を形成したので、電圧降下の小さな単セル構
造体が得られる。
面に順次、第１の電極薄膜、ピンホールの発生が生じな
い薄い固体電解質薄膜、第２の電極薄膜とを構成して単
セル構造体を形成したので、電圧降下の小さな単セル構
造体が得られる。
第１図は本発明の固体電解質型燃料電池の実施例を説明
するための燃料電池のセル積層部の要部縦断面図、第２
図から第６図は水素用電極薄膜の製造工程を示す拡大断
面図、第７図は積層型燃料電池の原理図である。 １……多孔質基板、２……第１の電極薄膜となる水素用
電極薄膜、３……固体電解質薄膜、４……第２の電極薄
膜となる酸素用電極薄膜、５……セルケース、６……絶
縁物、7,8……セパレータ、20a,20b,20c……燃料電池本
体。
するための燃料電池のセル積層部の要部縦断面図、第２
図から第６図は水素用電極薄膜の製造工程を示す拡大断
面図、第７図は積層型燃料電池の原理図である。 １……多孔質基板、２……第１の電極薄膜となる水素用
電極薄膜、３……固体電解質薄膜、４……第２の電極薄
膜となる酸素用電極薄膜、５……セルケース、６……絶
縁物、7,8……セパレータ、20a,20b,20c……燃料電池本
体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/02 H01M 8/08 - 8/24 H01M 4/86 - 4/98
Claims (1)
- 【請求項１】多孔質基板の表面上に、ニッケルパウダの
サブミクロン径のものと、ニッケルパウダ〜３μｍ径の
ものを同量づつ混合し、水で溶いたものを均一の厚さに
塗布し、これをプレスした後に焼結して塗布部を形成
し、 当該塗布部表面を研摩して平坦化した後、その上にニッ
ケルパウダサブミクロン径のものを擦り込み、プレスし
た後、焼結してその表面部に微細均一な空孔を有する水
素用の電極層を形成し、 当該電極層上に、ピンホールのない固体電解質薄膜を積
層し、 当該固体電解質薄膜の上に酸素用の電極薄膜を積層し
て、スタックの単セルを構成して成ることを特徴とする
固体電解質型燃料電池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1217777A JP2841528B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 固体電解質型燃料電池 |
| KR1019900013022A KR950001256B1 (ko) | 1989-08-24 | 1990-08-23 | 고체 전해질을 이용하는 연료 전지 및 이의 형성 방법 |
| EP90116284A EP0414270B1 (en) | 1989-08-24 | 1990-08-24 | Fuel cell utilizing solidous electrolyte |
| DE69016881T DE69016881T2 (de) | 1989-08-24 | 1990-08-24 | Festen Elektrolyten enthaltende Brennstoffzelle. |
| US07/573,245 US5151334A (en) | 1989-08-24 | 1990-08-24 | Fuel cell utilizing solidous electrolyte |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1217777A JP2841528B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0381962A JPH0381962A (ja) | 1991-04-08 |
| JP2841528B2 true JP2841528B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=16709569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1217777A Expired - Lifetime JP2841528B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2841528B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9070946B2 (en) | 2010-01-19 | 2015-06-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrolyte-electrode joined assembly and method for producing the same |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1014284C2 (nl) * | 2000-02-04 | 2001-08-13 | Stichting Energie | Werkwijze voor het vervaardigen van een samenstel omvattende een anodegedragen elektrolyt alsmede keramische cel omvattende een dergelijk samenstel. |
| JP3997874B2 (ja) | 2002-09-25 | 2007-10-24 | 日産自動車株式会社 | 固体酸化物形燃料電池用単セル及びその製造方法 |
| DE10337357A1 (de) * | 2003-08-14 | 2005-03-10 | Adc Automotive Dist Control | Verfahren und Vorrichtung zur Beleuchtungssteuerung für eine Kamera |
| JP5011911B2 (ja) * | 2006-09-28 | 2012-08-29 | 大日本印刷株式会社 | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
| JP5011912B2 (ja) * | 2006-09-28 | 2012-08-29 | 大日本印刷株式会社 | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
| JP2008243743A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Univ Of Tokyo | 固体酸化物薄膜、固体酸化物薄膜の形成方法、その固体酸化物薄膜を用いた固体酸化物形燃料電池、及び固体酸化物形水蒸気電解装置 |
| JP5228457B2 (ja) * | 2007-11-30 | 2013-07-03 | 大日本印刷株式会社 | 固体酸化物型燃料電池の製造方法 |
-
1989
- 1989-08-24 JP JP1217777A patent/JP2841528B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9070946B2 (en) | 2010-01-19 | 2015-06-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Electrolyte-electrode joined assembly and method for producing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0381962A (ja) | 1991-04-08 |
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