JP3668349B2

JP3668349B2 - 電気化学セル用基体、電気化学セルおよび電気化学セル用基体の製造方法

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Publication number: JP3668349B2
Application number: JP00124597A
Authority: JP
Inventors: 真司川崎; 重則伊藤; 清志奥村
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2017-01-08
Also published as: JPH10199549A

Description

【０００１】
本発明は、自己支持型の電極基体を備えている、固体電解質型燃料電池、水蒸気電解セル、酸素ポンプ、ノックス分解セル等の電気化学セルに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
固体電解質型燃料電池では、電極またはインターコネクタを基体として強度を付与し、基体以外の構成要素（固体電解質、他方の電極）は、電池の抵抗を小さくするために、基体上に薄膜として形成することが、一般的に行われている。例えば、いわゆるウエスティングハウスタイプの固体電解質型燃料電池では、円筒型の空気極を基体とし、この上に固体電解質膜、燃料電極膜を形成している。また、本出願人も、空気極とインターコネクタとからなる積層焼結体を、空気極／インターコネクタ基体とし、この上に固体電解質膜、燃料電極膜を形成した構造の単電池について開示した（特開平５−１６６５１８号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、平板型、円筒型の単電池は、多数積み重ねて集合電池とするものであり、従って一定の機械的強度が必要である。従来の単電池では、電極を基体として用いるため、基体に対して所定の機械的強度を付与するために、基体の厚さを３ｍｍ〜１０ｍｍ程度と大きくすることが必要不可欠であった。このため、基体が重くなり、基体の材料コストも大きいという問題があった。また、基体の肉厚が大きいことから、基体における内部抵抗が大きくなる。更に、発電は電極と、気孔と、固体電解質とが接触する三相界面で行われるが、基体が厚いことから、ガスが基体内を拡散する際の拡散抵抗が大きく、分極が大きくなるため、発電性能を低下させていた。また、固体電解質型燃料電池以外の電気化学セル、例えば高温水蒸気電解セルの場合にも、これと同様の問題点があることが判明してきた。
【０００４】
本発明の課題は、電気化学セルの一方の電極を構成する自己支持型の基体と、この基体上に形成されている固体電解質膜と、この固体電解質膜上に形成されている他方の電極とを備えている電気化学セルにおいて，その機械的強度の向上と重量の減少とを両立させうるようにし、また、電極中における内部抵抗および分極を減少させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電気化学セル用の自己支持型の基体であって、基体が少なくとも一方の電極を備えており、基体がセラミックハニカム構造体からなり、このセラミックハニカム構造体が固体電解質膜を形成するための壁部を備えており、壁部の厚さが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、電気化学セル用基体に係るものである。
【０００６】
また、本発明は、前記の基体と、この基体上に形成されている固体電解質膜と、この固体電解質膜上に形成されている他方の電極とを備えていることを特徴とする、電気化学セルに係るものである。
【０００７】
また、本発明は、基体が少なくとも一方の電極とインターコネクターとを備えている場合に、一方の電極を構成するセラミックス層に対応する坏土と、インターコネクターを構成するセラミックス層に対応する坏土とを口金に対して同時に供給することによって基体の成形体を製造し、この成形体を焼成することを特徴とする、基体の製造方法に係るものである。
【０００８】
本発明者は、固体電解質型燃料電池の電極基体を、セラミックハニカム構造体によって形成することを想到し、実際に単電池の製作を行い、発電実験を行った。この結果、壁の厚さを小さくしても、所定の構造体としての機械的強度を保持することができ、これによって単電池の軽量化が可能となった。更に、電極中における内部抵抗を減少させることができ、反応場へのガスの供給性が高くなるために、分極を低下させる効果があり、単電池当たりの発電性能を一層向上させうることを確認し、本発明に到達した。
【０００９】
本発明においては、基体を電極のみに構成することができるが、基体を電極とインターコネクターとの積層物とすることもできる。
【００１０】
【発明の実施形態】
本発明の電気化学セルを、酸素ポンプとして使用できる。また、本発明の電気化学セルを、高温水蒸気電解セルとして使用できる。このセルは、水素の製造装置に使用でき、また水蒸気の除去装置に使用できる。この場合には、各電極で次の反応を生じさせる。
【００１１】
陰極：Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→Ｈ₂＋Ｏ^{2 -}
陽極：Ｏ^{2 -} →２ｅ^-＋１／２Ｏ₂
【００１２】
更に、本発明の電気化学セルを、ＮＯｘの分解セルとして使用できる。この分解セルは、自動車、発電装置からの排ガスの浄化装置として使用できる。現在、ガソリンエンジンから発生するＮＯｘには、三元機能触媒によって対応している。しかし、リーンバーンエンジンやディーゼルエンジンなど、低燃費型のエンジンが増加すると、これらのエンジンの排ガス中の酸素量が多いので、三元機能触媒が機能しなくなる。
【００１３】
ここで、本発明の電気化学セルをＮＯｘ分解セルとして使用すると、固体電解質膜を通して排ガス中の酸素を除去するのと共に、ＮＯｘを電解してＮ₂とＯ^{2 -}とに分解し、この分解によって生成した酸素をも除去できる。また、このプロセスと共に、排ガス中の水蒸気が電解されて水素と酸素とを生じ、この水素がＮＯｘをＮ₂へと還元する。
【００１４】
セラミックハニカム構造体に設けられた穴の横断面の形状は特に限定されず、三角形、四角形、六角形、その他の多角形であってよく、これらの組み合わせであってよい。好ましくは正三角形、正方形または長方形、正六角形であってよい。
【００１５】
セラミックハニカム構造体のうち固体電解質と接触する壁部の厚さは、０．５ｍｍ以下とする。これによって、セラミックハニカム構造体のうち固体電解質と接触する部分における分極抵抗が著しく減少する。この観点からは、０．３ｍｍ以下とすることが、一層好ましい。ただし、固体電解質を保持するためにはこの壁部の厚さを０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００１６】
また、セラミックハニカム構造体のうち、固体電解質と接触しない壁部の厚さは、限定されない。しかし、基体をできる限り軽くするという観点からは、１ｍｍ以下とすることが好ましく、強度を向上させるという観点からは、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００１７】
セラミックハニカム構造体の貫通孔の横断面の幅は、縦横共に、構造的強度を一層向上させるためには、５ｍｍ以下とすることが好ましく、製造し易さの観点からは、０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００１８】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る電気化学セル１を示す正面図である。電極として働く基体２が、セラミックハニカム構造体からなっている。セラミックハニカム構造体２の外周面側の壁部２ａの横断面の形状は円形であるが、特に円形には限定されない。壁部２ａの内側に、例えば碁盤目形状に縦横に延びる多数の直線状の壁部が形成されており、図１において縦方向に延びる壁部２ｃと横方向に延びる壁部２ｂとを備えている。壁部２ｂと２ｃとは互いに直交しており、これらの間に正方形の貫通孔３が多数形成されている。
【００１９】
セラミックハニカム構造体２の外周面側の壁部２ａの表面に、固体電解質膜４が形成されており、固体電解質膜４上に陰極膜５が形成されている。壁部２ａのうち、一部分には固体電解質膜４が形成されておらず、この部分にインターコネクター６が形成されている。気密質の固体電解質膜４の端部と気密質のインターコネクター６の端部とは互いにつながっており、貫通孔３内を流れるガスがセル１の外部に漏出しないようになっている。
【００２０】
実際の作動時には、貫通孔３のうち、壁部２ａに対して直接に面している、最外周の貫通孔３Ａのみにガスを流し、壁部２ａに対して直接に接触していない貫通孔３Ｂにはガスを流さないようにすることができる。また、貫通孔３Ａ、３Ｂのいずれにも同時にガスを流すことができる。
【００２１】
本発明において、セラミックハニカム構造体からなる電極は、陽極または陰極であるが、陽極の方が一層好適である。
【００２２】
陽極の主原料は、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物であることが好ましく、ランタンマンガナイト又はランタンコバルタイトであることが更に好ましく、ランタンマンガナイトが一層好ましい。ランタンマンガナイトは、ストロンチウム、カルシウム、クロム、コバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム等をドープしたものであってよい。
【００２３】
陰極の主原料は、ニッケル、酸化ニッケル、ニッケル─ジルコニア混合粉末、酸化ニッケル─ジルコニア混合粉末、パラジウム、白金、パラジウム−ジルコニア混合粉末、白金─ジルコニア混合粉末、ニッケル−セリア、酸化ニッケル−セリア、パラジウム−セリア、白金−セリアの各混合粉末等が好ましい。
【００２４】
固体電解質膜の材料としては、イットリア安定化ジルコニア又はイットリア部分安定化ジルコニアが好ましいが、他の材料を使用することもできる。また、ＮＯｘ分解セルの場合には、固体電解質膜を酸化セリウム系セラミックスとすることが特に好ましい。
【００２５】
インターコネクターの主原料は、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物であることが好ましく、ランタンクロマイトであることが更に好ましい。耐熱性、耐酸化性、耐還元性を有しているからである。ランタンクロマイトには、前記のような金属をドープすることもできる。
【００２６】
本発明において、電極基体として使用するセラミックハニカム構造体を製造するためには、前記した電極の原料となる坏土を押出成形し、この際、ハニカム形状の成形体に対応したダイスに通過させる。電極の成形体を構成する坏土は、電極の主原料に対して、有機バインダーと造孔材と水とを混合することで、製造できる。
【００２７】
この有機バインダーとしては、ポリメチルアクリレート、ニトロセルロース、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、スターチ、ワックス、アクリル酸ポリマー、メタクリル酸ポリマー等を例示することができる。造孔材としては、セルロース、カーボン、アクリルパウダー等を例示できる。主原料の重量を１００重量部としたとき、有機バインダーの添加量は、０．５〜５重量部とすることが好ましく、造孔材の添加量は、２〜２０重量部とすることが好ましい。
【００２８】
セラミックハニカム構造体が一方の電極とインターコネクターとからなる場合には、一方の電極を構成するセラミックス層に対応する坏土と、インターコネクターを構成するセラミックス層に対応する坏土とを口金に対して同時に供給することによって成形体を製造し、この成形体を焼成することによって、セラミックハニカム構造体を製造することが好ましい。
【００２９】
この場合、インターコネクターのグリーン成形体を構成する坏土は、前記の主原料に対して有機バインダーと水とを混合することで、製造できる。この有機バインダーとしては、ポリメチルアクリレート、ニトロセルロース、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、スターチ、ワックス、アクリル酸ポリマー、メタクリル酸ポリマー等を例示することができる。主原料の重量を１００重量部としたとき、有機バインダーの添加量は０．５〜５重量部とすることが好ましい。
【００３０】
図２は、この実施形態に係る電気化学セル１８を示す断面図である。セル１８の基体１９は、断面形状が略長方形のセラミックハニカム構造体からなっている。基体１９の上側は陽極２２からなり、陽極２２の下側にはインターコネクター２５が一体焼成によって接合されている。陽極２２を取り囲むように、水平方向に壁部２２ａが延びており、壁部２２ａの末端から垂直方向に壁部２２ｅが延びている。各壁部２２ａ、２２ｅの厚さｍは、０．５ｍｍ以下である。
【００３１】
陽極２２を取り巻く壁部２２ａ、２２ｅの内側に、縦横に碁盤目状に延びる壁部２２ｂ、２２ｆが形成されている。壁部２２ｂと２２ｆとによって多数の貫通孔２３Ｃが形成されている。また、壁部２２ａと壁部２２ｂとの間に一列の貫通孔２３Ａが形成されており、壁部２２ｅと壁部２２ｆとの間に貫通孔２３Ｂが形成されている。貫通孔２３Ａ、２３Ｂは、陽極２２の外周を取り巻く壁部２２ａ、２２ｅに直接に面している。陽極２２それ自体もハニカム構造体を構成している。
【００３２】
陽極２２の最下部の壁部２２ｆに対して、インターコネクター２５の垂直方向に延びる壁部２５ｂが接合されており、各壁部２５ｂは、インターコネクター２５の外縁部を形成している壁部２５ａにつながっている。２９は陽極とインターコネクターとの接合部分である。壁部２２ｂ、２２ｆ、２５ｂ、２５ａによって、貫通孔２４が形成されており、各貫通孔２４は陽極とインターコネクターとに対して面している。
【００３３】
陽極２２の壁部２２ａの表面２２ｃに固体電解質膜２０の水平部分２０ａが形成されており、壁部２２ｅの表面２２ｄに固体電解質膜２０の垂直部分２０ｂが形成されている。固体電解質膜２０ｂの端部はインターコネクター２５の表面２５ｃまで達している。固体電解質膜２０ａ、２０ｂによって、セラミックハニカム構造体１９内の貫通孔２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２４が気密に保持されている。固体電解質膜２０ａ上に陰極膜２１の水平部分２１ａが形成されており、膜２０ｂ上に陰極膜２１の垂直部分２１ｂが形成されている。
【００３４】
発電時には、少なくとも貫通孔２３Ａ、２３Ｂに酸化ガスを流すことによって、固体電解質膜２０ａ、２０ｂの全体で同時に起電力を発生させることができる。
【００３５】
固体電解質型燃料電池の場合、貫通孔２３Ｃ、２４にも酸化ガスを流すことができる。この場合には、貫通孔２３Ｃ、２４中を流れる酸化ガスが、発電によって生じた熱を奪いながら単電池の外部へと抜け、この過程で単電池を冷却する作用がある。これによって、単電池の長手方向の温度分布が均一化するという作用効果が得られる。
【００３６】
更に、インターコネクター材料として一般に使用されているランタンクロマイトは、還元雰囲気中よりも酸化雰囲気中の方が、抵抗が低くなることが知られている。本実施形態において、インターコネクター２５をランタンクロマイトによって形成すると、貫通孔２４中にも酸化ガスを供給できるので、これによってインターコネクター２５の抵抗を小さくでき、かつインターコネクター２５の壁部の厚さを小さくできるので、更にインターコネクターの抵抗を低減できる。これによってセルの内部抵抗を一層低減できる。
【００３７】
本発明においては、例えば図２に示したように、電極とインターコネクターとを一体化した構造のセラミックハニカム基体を使用することが特に好ましい。こうした構造の基体は梁構造を持っており、構造強度が高いからである。
【００３８】
また、電気化学セルの断面形状は、図２に示すような長方形状とすることが好ましい。例えば、固体電解質型燃料電池の場合に、単電池の外側を燃料ガスが流れるが、この際単電池の形状が図１に示すような円形であると、反応に関与しない余分なデッドスペースにも燃料ガスが流れる。これに対して、長方形状とすることによって、こうしたデッドスペースが少なくなり、燃料利用効率が向上するからである。
【００３９】
【実施例】
以下、更に具体的な実験結果について述べる。
〔実験Ａ〕
（実施例１の単電池の製造）
平均粒径３μｍのランタンマンガナイト原料粉末１００重量部、セルロース５重量部、メチルセルロース３重量部、および水１２重量部を混練機に入れ、混練して坏土を調製した。この坏土を、真空土練機を用いて成形し、直径５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円柱形状の坏土成形体を作製した。押し出し機のシリンダーに、ハニカム構造を成形するための口金を取り付けた。前記の坏土の成形体を、シリンダー内に収容し、ピストンを前進させ、押出成形し、図１に示すような形状のセラミックハニカム成形体を製造した。この成形体の外形は、直径１８ｍｍ、長さ５００ｍｍであり、各貫通孔の横断面の形状は略正方形であり、壁厚は成形体の全体にわたって０．６ｍｍであり、各貫通孔の幅は、縦横共に０．６ｍｍであり、貫通孔のピッチは１．２ｍｍであった。
【００４０】
この成形体を、乾燥機を用いて１００℃で乾燥し、次いで、電気炉で昇温速度１００℃／時間で１６００℃まで昇温し、１６００℃で３時間焼成し、セラミックハニカム構造体１を得た。この構造体１の外形は、直径１５ｍｍ、長さ３００ｍｍであり、各貫通孔の横断面の形状は略正方形であり、壁厚は成形体の全体にわたって０．５ｍｍであり、各貫通孔の幅は、縦横共に０．５ｍｍであり、貫通孔のピッチは１．０ｍｍであった。
【００４１】
次いで、このセラミックハニカム構造体１の外周面のうち、成膜しない部分を耐熱テープでマスキングをした。インターコネクターをプラズマ溶射機を用いて成膜する。平均粒径３５μｍのランタンクロマイト粉末を、出力４０ｋｗで、アルゴンと水素のプラズマガス中で溶かし、膜厚１５０μｍ成膜した。その後マスクを剥がした。
【００４２】
次いで、固体電解質をプラズマ溶射機で製膜した。まず、固体電解質を製膜しない部分を、耐熱テープでマスキングをした。平均粒径２５μｍの９ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア粉末を、出力４０ｋｗで、アルゴンと水素のプラズマガス中で溶かし、ハニカム構造体上に膜厚１００μｍ成膜した。その後マスクを剥がした。インターコネクターと固体電解質の緻密化をするため、構造体の全体を、１４５０℃で３時間、空気中、電気炉で熱処理をした。
【００４３】
次に、燃料極を固体電解質上にスクリーン印刷で成膜した。ニッケルの体積割合が６０体積％となるように、ＮｉＯ粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末とポリエチレングリコールとを混合し、ペーストを調合した。このペーストを、円筒用スクリーン印刷機で固体電解質膜上に成膜した。ペーストの膜厚は１００μｍとした。その後、構造体の全体を電気炉に収容し、１４００℃で２時間焼成することによって、ニッケル−ジルコニアサーメットからなる燃料極膜を形成した。こうして実施例１の単電池を作成した。
【００４４】
（実施例２、３の単電池の製造）
セラミックハニカム構造体の壁部の厚さの効果を調べるため、上記の実施例１と同様にして、実施例２、３の各単電池を製造した。ただし、実施例２においては、焼成後の構造体１の壁部の厚さが０．１ｍｍとなるようにし、実施例３においては、焼成後の構造体１の壁部の厚さが０．２ｍｍとなるようにした。
【００４５】
（比較例１）
実施例１と同様にして単電池を製造した。ただし、空気極基体として、円筒形状の基体を製造した。円筒を成形するための口金を押出成形装置に取り付け、次いで前記の坏土の成形体を押出成形装置内に収容した。ピストンを前進させ、直径１８ｍｍ、肉厚２．４ｍｍ、長さ５００ｍｍの円筒形状の成形体を得た。この成形体を、実施例１と同様にして焼成することによって、円筒形状の空気極基体管を製造した。この直径は１５ｍｍであり、肉厚は２．０ｍｍであり、長さは３００ｍｍであった。
【００４６】
（固体電解質型燃料電池の発電試験）
図３および図４に模式的に示した発電試験装置を使用し、発電試験を行った。実施例１、２、３および比較例の各単電池１４を、集電体１２と１３との間に設置し、各集電体を白金線１０、１１に接続した。集電体１２、１３としては、ニッケル製の板を使った。集電体１２、１３と単電池１４との間には、ニッケルフェルト１５を介在させた。これらを容器９内に収容した。室温バブラーに水素を通して加湿し、矢印Ａのように容器９内に供給し、単電池１４の燃料極に対して接触させ、矢印Ｂのように容器９から排出した。
【００４７】
単電池１４を、セラミックス製のマニホールド８Ａ、８Ｂに対して気密に固定した。マニホールド８Ｂを通して、矢印Ｃのように空気を供給し、単電池の内部に流し、矢印Ｄのように排出した。
【００４８】
温度１０００℃の発電条件下で、各単電池の分極値を、電流遮断法によって測定した。使用電流密度は、電極面積当たりで３００ｍＡ／ｃｍ²とした。これらの測定結果を、表１に示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１から判るように、本発明の単電池は、比較例の単電池に比較して、分極値が著しく小さくなっている。また、壁部の厚さを０．５ｍｍ以下とすることによって、分極値が著しく小さくなった。
【００５１】
〔実験Ｂ〕
（実施例４、５、６の単電池の製造）
平均粒径３μｍのランタンマンガナイト原料粉末１００重量部、セルロース５重量部、メチルセルロース３重量部、および水１４重量部を混練機に入れ、混練することによって、直径５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円柱形状の坏土を製造した。一方、平均粒径３μｍのランタンクロマイト原料粉末１００重量部、メチルセルロース３重量部および水１４重量部を混練機に入れ、混練することによって、直径５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円柱形状の坏土を製造した。
【００５２】
前記の各坏土を使用して、同時押出成形によって基体１９の成形体を製造した。この際には、図５に示す形態の押出成形機を使用した。即ち、各成形胴３６Ａ、３６Ｂの各通路４０Ａ、４０Ｂの中に、空気極用坏土３９Ａとインターコネクター用坏土３９Ｂとを投入した。プランジャー３７Ａの軸３８Ａを移動させ、空気極用坏土３９Ａを口金３２の方向へと押し出した。これと同時に、プランジャー３７Ｂの軸３８Ｂを移動させ、坏土３９Ｂを口金３２へと押し出した。口金３２は、入口部分３２ａと出口部分３２ｂとからなる。入口部分３２ａにおいては、２つの入口通路３４Ａ、３４Ｂが形成されており、両者の間に隔壁が設けられている。各入口通路の横断面は、それぞれ円形である。出口部分３２ｂ中の出口通路３５の横断面は長方形である。口金３２の先端部分にダイス３３が設置されている。
【００５３】
第一のプランジャー３７Ａと第二のプランジャー３７Ｂとの各押出速度や圧力を、成形体の曲がりが発生しないように調整した。こうして得られた成形体は、図２の基体１９の形状に対応する断面形状を有している。この成形体を、乾燥機を用いて１００℃で乾燥し、次いで、電気炉で昇温速度１００℃／時間で１６００℃まで昇温し、１６００℃で３時間焼成することによって、基体１９を得た。この基体１９の寸法は、縦約６ｍｍ、横約２０ｍｍ、長さ約３００ｍｍであった。
【００５４】
固体電解質膜を成膜しない部分を耐熱テープでマスキングした後、固体電解質である８ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア粉末を、プラズマ溶射機によって、空気極の全面を覆うように溶射し、厚さ６０μｍの溶射膜を得た。こうして得られた構造体の全体を電気炉内に収容し、１４００℃で４時間熱処理し、溶射膜を緻密化させた。次いで、成膜しない部分を耐熱テープでマスキングした後、酸化ニッケル５０重量％と８ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア５０重量％との混合粉末を、固体電解質膜上に４０ｋＷの出力でプラズマ溶射し、燃料電極膜を形成した。
【００５５】
前記において、ダイスの形状を変化させることによって，固体電解質膜に接する壁部の厚さを、表２に示すように変更した。
【００５６】
（比較例２の単電池の製造）
実施例４と同じようにして比較例２の単電池を製造した。ただし、ダイスの形状を変更することによって、図６に示す構造の単電池２６を製造した。ただし、図２に示した構成部分には同じ符号を付け、その説明は省略する。ここで、単電池２６の基体４５の断面形状は略長方形であり、基体４５の上側は空気極２７からなり、空気極２７の下側にはインターコネクター３０が一体焼成によって接合されている。空気極２７とインターコネクター３０との間に複数個の貫通孔２８が形成されている。各貫通孔２８は、それぞれ空気極２７とインターコネクター３０とに面している。
【００５７】
（発電特性の測定）
実施例４、５、６および比較例２の各単電池について、重量当たりの出力密度を測定し、測定結果を表２に示した。
【００５８】
【表２】

【００５９】
この結果からわかるように、本発明によって基体をハニカム構造体とすることによって、単電池の重量当たりの出力密度が著しく上昇した。これは、空気極の壁部を薄くできるために、分極値が小さいからである。また、基体をハニカム形状としたことによって、基体が軽量でありながら、固体電解質型燃料電池用の構造体として十分な強度を有するからである。
【００６０】
〔実験Ｃ〕
実施例４、５、６に示すようにして、図２の形態を有する本発明例の高温水蒸気電解セルを製造した。ただし、固体電解質膜に接する壁部の厚さを０．３ｍｍとした。また、比較例２に示すようにして、図６に示す構造の比較例の高温水蒸気電解セルを製造した。
【００６１】
本発明例および比較例の各高温水蒸気電解セルを使用して、電気炉内で１０００℃で水蒸気電解を実施した。陰極（ニッケル−ジルコニアサーメット）側には、０．５％の水素を含有するヘリウムをキャリアガスとして、５．６％Ｈ₂Ｏを供給した。陽極（ランタンマンガナイト）側には空気を供給した。この際、陰極側のガスと陽極側のガスとが互いに混合しないように、セルの端部をガラスによってガス供給マニホールドに対してシールした。電圧と電流密度との関係を測定した結果を、図７に示す。
【００６２】
この結果から判るように、電圧が同じであっても、本発明例の方が電流密度が高く、電解効率が高いことがわかった。これは、固体電解質に面する陽極の厚さを薄くできるために、陽極に発生した酸素がスムーズに除去されるためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施形態に係る円筒型の単電池を示す正面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る単電池を示す正面図である。
【図３】固体電解質型燃料電池の発電試験に使用した装置を、その長手方向にみたときの模式図である。
【図４】図３の装置を、その幅方向にみたときの模式図である。
【図５】図２のような基体を製造するのに好適な押し出し成形装置を概略的に示す断面図である。
【図６】比較例で製造した単電池を示す正面図である。
【図７】本発明例および比較例の各高温水蒸気電解セルの電圧−電流密度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１８、２１、２６電気化学セル２セラミックハニカム構造体からなる電極２ａセラミックハニカム構造体２の固体電解質と接触する壁部２ｂその他の壁部３貫通孔３Ａ最外周の貫通孔３Ｂ壁部２ａに対して直接に接触していない貫通孔４、２０固体電解質膜５、２１陰極膜６、２５、３０インターコネクター９容器１０、１１白金線１２、１３集電体１９陽極とインターコネクターとを備えている基体２２ハニカム構造の陽極２２ａ、２２ｅ固体電解質と接する壁部２３Ａ、２３Ｂ外周側の貫通孔

Claims

電気化学セル用の自己支持型の基体であって、前記基体の少なくとも一部が、セラミックハニカム構造体を有した一方の電極からなり、このセラミックハニカム構造体が固体電解質膜を形成するための壁部を備えており、前記壁部の厚さが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、電気化学セル用基体。
前記基体を構成する前記セラミックハニカム構造体の少なくとも一部が、インターコネクターからなる、
ことを特徴とする、請求項１記載の電気化学セル用基体。
前記一方の電極が陽極であることを特徴とする、請求項１または２記載の電気化学セル用基体。
請求項２記載の電気化学セル用基体を製造する方法であって、前記一方の電極を構成するセラミックス層に対応する坏土と、前記インターコネクターを構成するセラミックス層に対応する坏土とを口金に対して同時に供給することによって前記基体の成形体を製造し、この成形体を焼成することを特徴とする、電気化学セル用基体の製造方法。
請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の電気化学セル用基体と、この基体上に形成されている固体電解質膜と、この固体電解質膜上に形成されている他方の電極とを備えていることを特徴とする、電気化学セル。