JP3499060B2 - 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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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
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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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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】通常、平板型の固体電解質型燃料電池
は、発電セルを、セパレータを介して複数積層させるこ
とにより構成されている。 【０００３】そして、この発電セルは、固体電解質によ
り構成されたセラミック薄膜体の表裏面に正極および負
極が形成されたもので、通常、１０００℃の高温下で、
セパレータに形成された溝部を介して、正極側に酸素系
のガス例えば空気を流すとともに負極側に水素系の燃料
ガスを流すことにより、電力を得ているものである。 【０００４】ところで、上述したように、固体電解質で
あるセラミック薄膜体には、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）セ
ラミックが使用されている。このジルコニアは相変態の
関係で単独では使用できないため、通常、Ｙ2 Ｏ3，Ｍ
ｇＯ，ＣｅＯ2 などを固溶させて相を安定させている。 【０００５】従来、固体電解質型燃料電池の固体電解質
には、導電率を良好に保つ意味から、Ｙ2 Ｏ3 を８〜１
０mol％固溶したジルコニアが用いられていた。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池の
発電時に、電池セルには、必ず、空気および燃料ガスが
流されるため、固体電解質内で温度分布が生じる。 【０００７】そして、この固体電解質の導電率は温度の
低下にしたがって減少するため、温度の不均一が発電セ
ル表面での導電率の不均一を生じさせ、結果として、発
電特性を低下させてしまうという問題がある。 【０００８】なお、Ｙ2 Ｏ3を固溶したＺｒＯ2 では、
その固溶量が８〜１０mol％の範囲においては、Ｙ2 Ｏ3
量の増加により強度特性が低下する。したがって、発
電時は、ガスシールの必要性から加圧が必要となるた
め、強度の劣るＹ2 Ｏ3が１０ mol％固溶のＺｒＯ2 を
単独で用いることができない。 【０００９】そこで、本発明は、温度の不均一が生じて
も安定した導電性能、すなわち発電性能が得られる固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池は、固体電解質より
構成されたセラミック薄膜体の表裏面に電極が形成され
てなる発電セルを有する固体電解質型燃料電池における
上記セラミック薄膜体を、発電時に生じる温度分布に基
づき３つのゾーンに分けるとともに、安定化剤としてＹ
2 Ｏ 3 を使用しかつその固溶量を、温度が低い順番に、
１０mol％，９mol％および８mol％としたものである。 【００１１】上記の構成によると、固体電解質であるセ
ラミック薄膜体を、発電時に生じる温度分布に基づき３
つのゾーンに分けるとともに、安定化剤としてＹ 2 Ｏ 3
を使用しかつその固溶量を、温度が低い順番に、１０mo
l％，９mol％および８mol％ としたので、たとえ発生し
た温度が不均一であっても、導電率の均一化を図ること
ができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
に基づき説明する。図１は、平板積層型の固体電解質型
燃料電池の概略構成を示す分解斜視図であり、この燃料
電池１は、発電セル２をセパレータ３を介して、複数積
層することにより構成されている。なお、上下のセパレ
ータ３Ａ，３Ｂは、電極板とされる。 【００１３】この発電セル２は、固体電解質により構成
されたセラミック薄膜体１１の表裏面に、正極１２およ
び負極（図示せず）が設けられたもので、通常、１００
０℃の高温下で、セパレータ３側に形成された溝部４を
介して、正極１２上に酸素系のガス例えば空気を流する
とともに、負極上に水素系の燃料ガスを流すことによ
り、電力を得るようにしている。 【００１４】そして、上記セラミック薄膜体１１は、安
定化剤の固溶量が異なる複数種の電解質部を複合させて
構成されている。すなわち、セラミック薄膜体１１とし
て、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）セラミックが使用されると
ともに、安定化剤としてＹ2 Ｏ3 が使用され、さらにこ
のＹ3の固溶量が異なる３種類の電解質部が複合化する
ことにより構成され、また各電解質部の配置は、発電時
における温度分布に対応して決定されている。 【００１５】このように、安定化剤の固溶量が異なる電
解質部を、温度分布に応じて配置して複合化されている
ため、たとえ温度分布が不均一であっても、セラミック
薄膜体１１全体としての導電率の均一化を図ることがで
きる。すなわち、発電性能の向上を図ることができる。 【００１６】 【実施例】以下、上記セラミック薄膜体１１を構成する
固体電解質の具体的実施例について説明する。 【００１７】まず、Ｙ2 Ｏ3 を８ mol％固溶したＺｒＯ
2 セラミックにより、１００mm×１００mm ×０．５ｔ
のセラミック薄膜体を作製し、正極としてＬａＭｎＯ3
を、また負極としてＮｉ−ＺｒＯ2 サーメットをそれぞ
れ製膜させて発電セルを得た。 【００１８】次に、この発電セルを用いて、発電テスト
を行うと同時に、発電セルでの温度分布を測定した。そ
して、この温度測定結果に基づき３つのゾーンに分ける
とともに、これら各ゾーンに使用する安定化剤すなわち
Ｙ2 Ｏ3 の固溶量を下記のように決定した。 【００１９】すなわち、９９０℃より低い部分には、Ｙ
2 Ｏ3 固溶量が１０mol％の電解質部を使用し、９９０
〜１０１０℃の部分には、Ｙ2 Ｏ3 固溶量が９mol％の
電解質部を使用し、１０１０℃より高い部分には、Ｙ2
Ｏ3 固溶量が８ mol％の電解質部を使用した。 【００２０】このように、安定化剤の固溶量が異なる３
種類の電解質部でセラミック薄膜体を構成し、その表裏
面に、ＬａＭｎＯ3 およびＮｉ−ＺｒＯ2 サーメットを
製膜して、有効電極面積が１６cm2 の発電セルを得た。 【００２１】この発電セルにより、発電テストを行った
結果、その出力密度は０．３５W／cm2であった。なお、
Ｙ2 Ｏ3 を８ mol％固溶したＺｒＯ2 セラミックをセラ
ミック薄膜体とした場合の出力密度は、０．２９W／cm2
であり、３種類の電解質部を複合させたものの方が、
発電性能において優れているのが明らかとなった。 【００２２】 【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、固
体電解質であるセラミック薄膜体を、発電時に生じる温
度分布に基づき３つのゾーンに分けるとともに、安定化
剤としてＹ 2 Ｏ 3 を使用しかつその固溶量を、温度が低
い順番に、１０mol％，９mol％および８mol％としたの
で、たとえ発生した温度が不均一であっても、導電率の
均一化を図ることができ、したがって発電性能を大幅に
向上させることができる。
電池に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】通常、平板型の固体電解質型燃料電池
は、発電セルを、セパレータを介して複数積層させるこ
とにより構成されている。 【０００３】そして、この発電セルは、固体電解質によ
り構成されたセラミック薄膜体の表裏面に正極および負
極が形成されたもので、通常、１０００℃の高温下で、
セパレータに形成された溝部を介して、正極側に酸素系
のガス例えば空気を流すとともに負極側に水素系の燃料
ガスを流すことにより、電力を得ているものである。 【０００４】ところで、上述したように、固体電解質で
あるセラミック薄膜体には、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）セ
ラミックが使用されている。このジルコニアは相変態の
関係で単独では使用できないため、通常、Ｙ2 Ｏ3，Ｍ
ｇＯ，ＣｅＯ2 などを固溶させて相を安定させている。 【０００５】従来、固体電解質型燃料電池の固体電解質
には、導電率を良好に保つ意味から、Ｙ2 Ｏ3 を８〜１
０mol％固溶したジルコニアが用いられていた。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池の
発電時に、電池セルには、必ず、空気および燃料ガスが
流されるため、固体電解質内で温度分布が生じる。 【０００７】そして、この固体電解質の導電率は温度の
低下にしたがって減少するため、温度の不均一が発電セ
ル表面での導電率の不均一を生じさせ、結果として、発
電特性を低下させてしまうという問題がある。 【０００８】なお、Ｙ2 Ｏ3を固溶したＺｒＯ2 では、
その固溶量が８〜１０mol％の範囲においては、Ｙ2 Ｏ3
量の増加により強度特性が低下する。したがって、発
電時は、ガスシールの必要性から加圧が必要となるた
め、強度の劣るＹ2 Ｏ3が１０ mol％固溶のＺｒＯ2 を
単独で用いることができない。 【０００９】そこで、本発明は、温度の不均一が生じて
も安定した導電性能、すなわち発電性能が得られる固体
電解質型燃料電池を提供することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体電解質型燃料電池は、固体電解質より
構成されたセラミック薄膜体の表裏面に電極が形成され
てなる発電セルを有する固体電解質型燃料電池における
上記セラミック薄膜体を、発電時に生じる温度分布に基
づき３つのゾーンに分けるとともに、安定化剤としてＹ
2 Ｏ 3 を使用しかつその固溶量を、温度が低い順番に、
１０mol％，９mol％および８mol％としたものである。 【００１１】上記の構成によると、固体電解質であるセ
ラミック薄膜体を、発電時に生じる温度分布に基づき３
つのゾーンに分けるとともに、安定化剤としてＹ 2 Ｏ 3
を使用しかつその固溶量を、温度が低い順番に、１０mo
l％，９mol％および８mol％ としたので、たとえ発生し
た温度が不均一であっても、導電率の均一化を図ること
ができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
に基づき説明する。図１は、平板積層型の固体電解質型
燃料電池の概略構成を示す分解斜視図であり、この燃料
電池１は、発電セル２をセパレータ３を介して、複数積
層することにより構成されている。なお、上下のセパレ
ータ３Ａ，３Ｂは、電極板とされる。 【００１３】この発電セル２は、固体電解質により構成
されたセラミック薄膜体１１の表裏面に、正極１２およ
び負極（図示せず）が設けられたもので、通常、１００
０℃の高温下で、セパレータ３側に形成された溝部４を
介して、正極１２上に酸素系のガス例えば空気を流する
とともに、負極上に水素系の燃料ガスを流すことによ
り、電力を得るようにしている。 【００１４】そして、上記セラミック薄膜体１１は、安
定化剤の固溶量が異なる複数種の電解質部を複合させて
構成されている。すなわち、セラミック薄膜体１１とし
て、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）セラミックが使用されると
ともに、安定化剤としてＹ2 Ｏ3 が使用され、さらにこ
のＹ3の固溶量が異なる３種類の電解質部が複合化する
ことにより構成され、また各電解質部の配置は、発電時
における温度分布に対応して決定されている。 【００１５】このように、安定化剤の固溶量が異なる電
解質部を、温度分布に応じて配置して複合化されている
ため、たとえ温度分布が不均一であっても、セラミック
薄膜体１１全体としての導電率の均一化を図ることがで
きる。すなわち、発電性能の向上を図ることができる。 【００１６】 【実施例】以下、上記セラミック薄膜体１１を構成する
固体電解質の具体的実施例について説明する。 【００１７】まず、Ｙ2 Ｏ3 を８ mol％固溶したＺｒＯ
2 セラミックにより、１００mm×１００mm ×０．５ｔ
のセラミック薄膜体を作製し、正極としてＬａＭｎＯ3
を、また負極としてＮｉ−ＺｒＯ2 サーメットをそれぞ
れ製膜させて発電セルを得た。 【００１８】次に、この発電セルを用いて、発電テスト
を行うと同時に、発電セルでの温度分布を測定した。そ
して、この温度測定結果に基づき３つのゾーンに分ける
とともに、これら各ゾーンに使用する安定化剤すなわち
Ｙ2 Ｏ3 の固溶量を下記のように決定した。 【００１９】すなわち、９９０℃より低い部分には、Ｙ
2 Ｏ3 固溶量が１０mol％の電解質部を使用し、９９０
〜１０１０℃の部分には、Ｙ2 Ｏ3 固溶量が９mol％の
電解質部を使用し、１０１０℃より高い部分には、Ｙ2
Ｏ3 固溶量が８ mol％の電解質部を使用した。 【００２０】このように、安定化剤の固溶量が異なる３
種類の電解質部でセラミック薄膜体を構成し、その表裏
面に、ＬａＭｎＯ3 およびＮｉ−ＺｒＯ2 サーメットを
製膜して、有効電極面積が１６cm2 の発電セルを得た。 【００２１】この発電セルにより、発電テストを行った
結果、その出力密度は０．３５W／cm2であった。なお、
Ｙ2 Ｏ3 を８ mol％固溶したＺｒＯ2 セラミックをセラ
ミック薄膜体とした場合の出力密度は、０．２９W／cm2
であり、３種類の電解質部を複合させたものの方が、
発電性能において優れているのが明らかとなった。 【００２２】 【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、固
体電解質であるセラミック薄膜体を、発電時に生じる温
度分布に基づき３つのゾーンに分けるとともに、安定化
剤としてＹ 2 Ｏ 3 を使用しかつその固溶量を、温度が低
い順番に、１０mol％，９mol％および８mol％としたの
で、たとえ発生した温度が不均一であっても、導電率の
均一化を図ることができ、したがって発電性能を大幅に
向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における固体電解質型燃料
電池の概略構成を示す分解斜視図である。 【符号の説明】 １ 燃料電池 ２ 発電セル １１ セラミック薄膜体
電池の概略構成を示す分解斜視図である。 【符号の説明】 １ 燃料電池 ２ 発電セル １１ セラミック薄膜体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−62700（ＪＰ，Ａ)
宮地良行、山本貴憲、辻 一弘，「イ
ットリア安定化ジルコニアの導電率」,
大阪セメント技報，Ｎｏ．54（1987.
10），ｐ．15−19
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/02
H01M 8/12
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】固体電解質より構成されたセラミック薄膜
体の表裏面に電極が形成されてなる発電セルを有する固
体電解質型燃料電池における上記セラミック薄膜体を、
発電時に生じる温度分布に基づき３つのゾーンに分ける
とともに、安定化剤としてＹ 2 Ｏ 3 を使用しかつその固
溶量を、温度が低い順番に、１０mol％，９mol％および
８mol％とした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 |
|---|---|---|---|
| JP24225195A JP3499060B2 (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24225195A JP3499060B2 (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992304A JPH0992304A (ja) | 1997-04-04 |
| JP3499060B2 true JP3499060B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=17086498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24225195A Expired - Fee Related JP3499060B2 (ja) | 1995-09-21 | 1995-09-21 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3499060B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004362913A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池用電解質及びその製造方法 |
| WO2017002556A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池 |
| DE112016000041T5 (de) * | 2015-06-30 | 2017-09-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Brennstoffzelle |
-
1995
- 1995-09-21 JP JP24225195A patent/JP3499060B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 宮地良行、山本貴憲、辻 一弘，「イットリア安定化ジルコニアの導電率」，大阪セメント技報，Ｎｏ．５４（１９８７．１０），ｐ．１５−１９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0992304A (ja) | 1997-04-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |