JP3355078B2 - 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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Description
池に係り、特にセパレータ本体がMgO及びMgAl2
O4 、或いは、ランタンクロマイト系複合酸化物を主成
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。
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MgAl2 O4 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系複合酸化物製電子流路材9とで
構成されている。
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。
合するには、例えば、特開平6−64974号公報記載
の方法に従って、MgO粉末及びAl2 O3 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。
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−Al2 O3 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。
(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)やランタンマンガナ
イト系複合酸化物(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。
タ3の枠体7,8に対し、上記のMgO−Al2 O3 ス
ラリーの塗付、乾燥及び焼成により接合されている。
gAl2 O4 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Al2 O3 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−Al2 O3
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−Al2 O3 複合酸化物は、その
焼結温度が高いために、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。
製作時の接合温度を従来よりも低下させることができる
ものとしてMgO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た
固体電解質型燃料電池を先に提案した(特願平7−38
262号。以下「先願」という。)。
〜1300℃程度で接合を行うことができる。
ータ材料としてランタンクロマイト系複合酸化物を主成
分とするセラミックス焼結体を用いたものもあり、この
ような固体電解質型燃料電池10は、一般に第4図に示
す如く、インターコネクターを兼ねたガスセパレータ1
1と、燃料極12、電解質13及び空気極14を積層し
てなるセル15とを交互に積層して構成されている。第
5図はこの固体電解質型燃料電池10の積層構造の詳細
を示す部分拡大断面図であり、図示の如く、ガスセパレ
ータ11同士は、電解質13を介して接合されている
(図中、Aは接合部分)。
係る接合材は、接合材自体の熱膨張率が小さく、ヒート
サイクルをかけた場合、接合部分で割れ、剥離を生じる
という問題があった。
し、固体電解質型燃料電池のセルの性能低下を起こさな
い温度での接合を可能にし、且つヒートサイクルをかけ
ても剥離、割れを起こさない接合材を用いた固体電解質
型燃料電池を提供することにある。
料電池は、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であって、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
とが、接合材を介して焼成することにより結晶性接合相
を生成させて接合されてなる固体電解質型燃料電池にお
いて、該接合材がSiO2 とCaOとを含み、SiO2
とCaOとの割合がSiO2 :CaO=1:0.5〜2
(モル比)であることを特徴とする。
びCaOで構成される混合粉末をスラリー化して被接合
面に塗布し、各部材を張り合わせて、1300℃以下の
温度で焼成することにより容易に接合することができ
る。
と接合材であるSiO2 −CaO系とが1300℃以下
という焼成温度で液相焼結する反応を利用して、接合層
に複合酸化物を生成させる。これによって、各部材間は
化学的に強固に接合されることになる。
はその近似物で構成され、ガスセパレータがMgO及び
MgAl2 O4 を主成分とする場合、或いは、ランタン
クロマイト系複合酸化物(La(M)CrO3 (MはM
g,Ca等))を主成分とする場合に有効である。
O/MgAl2 O4 又はLa(M)CrO3 (M;M
g,Ca等)と接合材であるCaO/SiO2 とが液相
焼結する反応を用い、接合層にAl−Si−Ca系複合
酸化物又はM−Si系複合酸化物(M:Mg,Ca等)
の結晶性接合相を生成させる。また、電解質材料である
YSZ(またこの近似物)と接合材であるCaO/Si
O2 とはZr−Si系複合酸化物の結晶性接合相を生成
させる。この2つの反応による結晶相を持つことによっ
て、ガスセパレータ/ガスセパレータ間又はガスセパレ
ータ/セル間は強固に結合されることになる。
を用いることによってガスセパレータ材料であるMgO
/MgAl2 O4 又はLa(M)CrO3 (M;Ca,
Mg等)やセル材料のYSZと熱膨張率をほぼ同じにす
ることが可能となり、ヒートサイクルをかけた場合でも
剥離や割れを起こすことなく接合することが可能とな
る。
gO及びMgAl2 O4 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、或いは、第
4,5図に示すようなランタンクロマイト系複合酸化物
を主成分とするガスセパレータ11とセル15のYSZ
焼結体製電解質13の接合に当り、SiO2 とCaOと
を含み、SiO2 とCaOとの割合がSiO2:CaO
=1:0.5〜2(モル比)である接合材を用いる。
O粉末を上記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、ノニオン系界面活性剤等の分散剤等を
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0.2〜0.5g/c
m2 となるように塗布して乾燥し、その後、被接合面同
志を当接し、0.3〜0.5kg/cm2 程度の荷重を
かけて、1300℃以下、好ましくは1200〜130
0℃の温度で焼成して接合を行う。
上記範囲からはずれてSiO2 が少なくなると、焼結性
が悪く接合できない。また、SiO2 が多くなると接合
層自体の強度が小さく、また熱膨張率が電解質に比べて
大幅に小さくなるためにヒートサイクルをかけた場合に
割れ、剥離が生じる。
パレータのセパレータ本体や枠体としては、MgO及び
MgAl2 O4 を主成分とするセラミックス焼結体、又
は、ランタンクロマイト系複合酸化物を主成分とするセ
ラミックス焼結体よりなるものが挙げられるが、具体的
なセラミックス組成は次の通りである。
%) MgO:42 MgAl2 O4 :58ランタンクロマイト系セラミックス焼結体組成(重量
%) La0.7 Ca0.3 CrO3 :100 また、セルの電解質を構成するY2 O3 安定化ZrO2
としては、次のような組成が主に採用される。
説明する。
し、得られたSiO2−CaO混合粉末を用いて、下記
配合で接合用スラリーを調製した。
ス焼結体製ガスセパレータ(組成:MgO:42重量
%,MgAl2 O4 :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0.1g/cm
2 )、部材同士を貼り合せ、乾燥後、0.3kg/cm
2 の面圧荷重下、表1に表す温度で焼成して接合を行っ
た。
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SiO2 −CaO組成範囲内のものは、い
ずれも表1に示す如く、120MPa以上の高い接合強
度が得られたことが確認された。
ところ、表1に示す如く、本発明のSiO2 −CaO組
成範囲内のものは、実用上十分な性能が得られた。
内のものについて、固体電解質型燃料電池の発電温度で
ヒートサイクル試験を行ったところ、割れ、剥離等は認
められず、ガスシール試験においても顕著な変化はみら
れず、実用上充分な性能を示した。
様の接合条件で、MgO−MgAl2 O4 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%,Y2 O3 =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。
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。
様に、本発明のSiO2 −CaO組成範囲内のものにつ
いて、固体電解質型燃料電池の発電温度でヒートサイク
ル試験を行ったところ、割れ、剥離等は認められず、ガ
スシール試験においても顕著な変化は見られず、実用上
充分な性能を示した。
様の接合条件で、ランタンクロマイト系複合酸化物系セ
ラミックス焼結体製ガスセパレータ(組成:La0.7 C
a0.3 CrO3 )とセルのYSZ焼結体製電解質(組
成:ZrO2 =92mol%,Y2 O3 =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3に示した。
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。
様に、本発明のSiO2 −CaO組成範囲内のものにつ
いて、固体電解質型燃料電池の発電温度でヒートサイク
ル試験を行ったところ、割れ、剥離等は認められず、ガ
スシール試験においても顕著な変化は見られず、実用上
充分な性能を示した。
型燃料電池によれば、セラミックス焼結体製ガスセパレ
ータ同士、或いは、セパレータとセルとの接合に際し、
接合温度を低くすることができるため、セル性能に悪影
響を及ばすことがない。また、接合材自体の熱膨張率
が、ガスセパレータの熱膨張率やセルの熱膨張率とほぼ
同じであるため、ヒートサイクルをかけても剥離、割れ
等を生じることがない。このため、高性能で耐久性に優
れ、信頼性の高い固体電解質型燃料電池の製造が可能と
なる。
である。
る。
視図である。
斜視図である。
面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 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であって、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
材料とが、接合材を介して焼成することにより結晶性接
合相を生成させて接合されてなる固体電解質型燃料電池
において、 該接合材がSiO2 とCaOとを含み、SiO2 とCa
Oとの割合がSiO2:CaO=1:0.5〜2(モル
比)であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項2】 請求項1の固体電解質型燃料電池におい
て、ガスセパレータ材料がMgO及びMgAl2 O4 を
主成分とすることを特徴とする固体電解質型燃料電池。 - 【請求項3】 請求項1の固体電解質型燃料電池におい
て、ガスセパレータ材料がランタンクロマイト系複合酸
化物を主成分とすることを特徴とする固体電解質型燃料
電池。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項の固体
電解質型燃料電池において、セル材料がY2 O3 安定化
ZrO2 系セラミックス材料であることを特徴とする固
体電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27421295A JP3355078B2 (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27421295A JP3355078B2 (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09115536A JPH09115536A (ja) | 1997-05-02 |
JP3355078B2 true JP3355078B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=17538602
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27421295A Expired - Lifetime JP3355078B2 (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3355078B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
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 |
WO2009122768A1 (ja) * | 2008-04-04 | 2009-10-08 | 株式会社 村田製作所 | 固体電解質形燃料電池とその製造方法 |
-
1995
- 1995-10-23 JP JP27421295A patent/JP3355078B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH09115536A (ja) | 1997-05-02 |
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