JP4776930B2 - 固体酸化物形燃料電池の支持基体 - Google Patents
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Description
本実施例1〜4、6は、MgAl2O4及びMgOからなる混合セラミックスに対して、Niを含む化合物としてNiAl2O4を添加した例である。実施例5、実施例7は、MgAl2O4が0モル%であり、本発明における“MgOからなるセラミックス材料を主原料とする”ものに相当している。MgAl2O4、MgO及びNiAl2O4の各原料を粉末として用意した。これら各原料粉末を各種割合に秤量し、それぞれに、造孔剤として炭素粉とセルロースを添加し、さらに水を加えてボールミルで混合し、スプレードライヤーにより造粒した。得られた各混合物をプレス成型し、1480℃で5時間共焼結し、それぞれ支持基体を作製した。
本参考例8〜14は、MgAl2O4及びMgOからなる混合セラミックスに対して、Niを含む化合物としてNiOを添加した例である。MgAl2O4、MgO及びNiO各原料を粉末として用意した。実施例1〜7と同様に、これら各原料粉末を各種割合に秤量し、それぞれに、造孔剤として炭素粉とセルロースを添加し、さらに水を加えてボールミルで混合し、スプレードライヤーにより造粒した。得られた各混合物をプレス成型し、1480℃で5時間共焼結し、それぞれ支持基体を作製した。
実施例1〜7、参考例8〜14及び比較例1〜14の支持基体を用いて平板型燃料電池を作製して発電試験を実施した。支持基体として前述図2(a)のように中空部を3個有する支持基体を成形し、その上に順次、燃料極、電解質(8モル%のY2O3を添加したYSZ)、空気極を形成し、実施例1〜7、参考例8〜14及び比較例1〜14の各支持基体毎に図7に示すような燃料電池を作製した。こうして作製した燃料電池のそれぞれについて、図8に示すような試験装置をセットし、燃料としてのメタンと改質用水蒸気を供給して発電試験を実施した。
実施例4の組成比の材料を用い、図2(a)に示すような平板に中空部を3個有する支持基体を押出成形により成形し、仮焼した。その上面(上下両面のうちの片面)に順次、燃料極、電解質(8モル%のY2O3を添加したZrO2)、空気極を形成、積層して焼成し、電池を得た。さらに、多孔質である支持基体の孔からの燃料漏れを防ぐために、支持基体の露出部分(電池部分以外の部分)をシール材でシールした。こうして、図7に示すような燃料電池を作製した。作製した燃料電池を用いて図8に示すような試験装置をセットし、燃料としてのメタンと改質用水蒸気を供給して発電試験を実施したところ、良好な発電特性を示した。
支持基体の本焼成収縮率(本焼成時の収縮率)を制御するために、(a)MgOの一部をMgCO3水和物で置換し、(b)スピネル材料(MgAl2O4及びNiAl2O4)の一部をMg2SiO4で置換し、また(c)、(a)及び(b)の両者の置換をして実施した。その他の条件は、実施例1〜7、参考例8〜14、比較例1〜14と同じくした。MgCO3水和物は、焼成時に、CO2とH2Oが離脱してMgOに変化し、焼成時の収縮を促進する。従って、MgOの一部をMgCO3水和物で置換しても、焼成後の基板組成比に影響を与えない。一方、Mg2SiO4によっても収縮を促進する。ただし、これが収縮を促進する理由は不明であり、また、Mg2SiO4添加では焼成後の基板にもMg2SiO4が残存し、その添加量に応じた組成変化を生じる。
2 燃料極
3 電解質
4 空気極
5、6 中空部(燃料用通路)
11 支持基体
12 電池
13 燃料の流通部(燃料用通路)
14 燃料極
15 電解質
16 空気極
17、18、19 中空部(燃料用通路)
Claims (7)
- MgOからなるセラミックス材料、もしくはMgAl2O4とMgOの混合物からなるセラミックス材料を原料とする固体酸化物形燃料電池の支持基体であって、MgO、もしくはMgAl2O4とMgOの混合物に、炭化水素の改質触媒となるNiAl 2 O 4 からなるNiを含む化合物を添加し、前記NiAl 2 O 4 を添加する組成比が、NiAl 2 O 4 をAモル%、MgAl 2 O 4 をBモル%、MgOを(100−A−B)モル%としたとき、2≦A≦35、且つ、8≦(A+B)≦45を満たす組成比であり、その組成比を制御して焼成することにより、電池の電解質部分との熱膨張率を整合させてなる支持基体であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の支持基体。
- 請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池の支持基体において、(1)MgCO3を前記MgOの一部と置換する形で加えるか、(2)Mg2SiO4を前記MgAl2O4及びNiAl2O4の一部と置換する形で加えるか、(3)MgCO3を前記MgOの一部と置換する形で加えるとともに、Mg2SiO4を前記MgAl2O4及びNiAl2O4の一部と置換する形で加えてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の支持基体。
- 請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池の支持基体において、前記支持基体の線熱膨張率が、50℃から800℃の温度範囲において、9.0×10-6/K以上、11.8×10-6/K以下の範囲であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の支持基体。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池の支持基体において、前記支持基体の800℃における電気抵抗率が1000Ωcm以上であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の支持基体。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池の支持基体において、前記支持基体が燃料極側を支持してなる支持基体であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の支持基体。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池の支持基体において、前記支持基体が燃料用通路となる中空部を有する支持基体であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の支持基体。
- 請求項6に記載の固体酸化物形燃料電池の支持基体において、前記燃料用通路となる中空部が複数個の中空部であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の支持基体。
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