JP5353160B2 - 固体酸化物形燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Description
溶着層のペーストを作る際に、バインダーの量や造孔剤の添加により、多孔質の溶着層3を形成することもできる。すなわち、多孔質の溶着層であれば、支持基板2の全面に形成することができる。これによって、ガスの透過が可能になる。
(1)材料の作製
電解質基板
まず、GDC(Ce:Gd:O=0.9:0.1:1.9)粉末(粒径範囲0.1〜3μm、平均粒径:1μm)を耐圧容器に入れ、一軸プレス機にて1t/cm2の圧力で成形後、これを真空パックで包装し、静水圧プレス機にて1t/cm2の圧力で再度成形した。その後、焼結(1450℃、10時間)を行い、電解質基板を作製した。なお、平均粒径は、JISZ8901にしたがって計測することができる。
燃料極ペースト
エチルカルピトールに、NiO粉末(平均粒径:1μm)及びGDC(Ce:Gd:O=0.9:0.1:1.9)を加え、さらにバインダーとしてエチルセルロースを質量比が80:20となるように加えた後、これらをロールで混合して燃料極を形成するための燃料極ペースト(粘度:5.0×105mPa・s)を調整した。
空気極ペースト
エチルカルピトールに、(La,Sr)(Fe,Co)O3粉末(平均粒径:0.52μm)を加え、さらにバインダーとしてエチルセルロースを質量比が85:15となるように加えた後、これらをロールで混合して空気極を形成するための空気極ペースト(粘度:5.0×105mPa・s)を調整した。
支持基板
支持基板には、ZMG232L(日立金属製)0.2mm厚を用い、塩化第二鉄を用いて、エッチングにより孔径0.2mm、孔間隔0.2mmの貫通孔を形成した。
溶着シート
溶着シートは、銀で形成され、口径0.1mm,線径0.05mmのメッシュが形成されている。厚みは、0.1mmである。
(2)実施例1の製造
電解質基板の一方面に、膜厚約40μmで燃料極用ペーストをスクリーン印刷で塗布し、130℃で15分間乾燥した後、1450℃で1時間焼結し、燃料極を形成した。続いて、電解質の他方面に膜厚約40μmの空気極ペーストをスクリーン印刷で塗布し、130℃で15分間乾燥した。その後、1200℃で1時間焼結し、単セルを製造した。続いて、単セル及び支持基板の各片面に、スクリーン印刷により、銀ペーストを格子状(開口径1mm、線幅0.5mm)に形成し、130℃で15分間乾燥した。その後、単セルと支持基板とを銀ペーストの印刷面が対向するように積層し、電気炉に入れて1000℃で5時間焼結した。そして、支持基板の外周面を紙ヤスリ(320番)で研磨し、実施例1を完成させた。なお、銀ペーストは、溶着層として機能する。
(3)実施例2の製造
実施例1と同様に単セルを作製した。続いて、単セル及び支持基板の各片面に、スクリーン印刷により、銀ペーストを格子状に形成し、130℃で15分間乾燥した。その後、実施例1と同様に、単セルと支持基板とを銀ペーストの印刷面が対向するように積層し、電気炉に入れて1000℃で5時間焼結した。その後、支持基板の貫通孔を埋めるように、金ペーストをスクリーン印刷し、900℃、1時間で焼結することで、金ペーストを多孔質化した。こうして、実施例2を完成させた。
(3)実施例3の製造
実施例1と同様の方法で単セルを製造した。そして、この単セルと支持基板との間に溶着シートを配置し、これらを電気炉に入れて1000℃で5時間焼成する。そして、支持基板の外周面を紙ヤスリ(320番)で研磨し、実施例3を完成させた。
(4)実施例4の製造
実施例3と同じ工程で電池を製造した後、支持基板の貫通孔を埋めるように、金ペーストをスクリーン印刷した。その後、これを900℃で1時間焼結することで、金ペーストを多孔質化した。こうして、実施例4を完成させた。
(5)比較例の製造
実施例1と同様に単セルを作製し、これを比較例として用いた。すなわち、比較例には支持基板は設けられていない。
(6)実施例1、3の評価
実施例1、3の作動にあたっては、燃料極側に水素100ml/min、空気極側に空気100ml/minを供給した。すなわち、図13に示すように、二室型の燃料電池として、水素及び空気が混ざらないように、各電極を囲むようにシール材100を取り付けるとともに、各電極に垂直方向から供給した(図13は実施例1を示しているが、実施例3も同じである)。そして、600℃のときの電流電圧特性評価を行った。同じ条件で比較例についても評価を行った。結果は、図14の通りである((a)実施例1,(b)実施例3)。一般的に、支持基板を用いると、単セルと支持基板との間の抵抗があるため、比較例のように単セル単体よりも電流電圧特性が悪くなる。しかしながら、実施例1、3では、溶着層としてAgを用いているため、単セルと支持基板との間の抵抗が低減したことにより、比較例1とほぼ同等の性能を発揮している。しかも、実施例1、3は支持基板を有しているため、機械的強度が向上している。
(7)実施例2、4の評価
実施例2、4の作動にあたっては、図15に示すように、メタン及び空気の混合ガスを、メタン:酸素の流量比率で2:1となるように、600℃、ガス総流量300cc/minで面方向から電池に供給した(図15は実施例2を示しているが、実施例4も同じである)。そして、このときの電流電圧特性評価を行った。同じ条件で比較例についても評価を行った。結果は、図16の通りである((a)実施例2,(b)実施例4)。実施例2、4では、支持基板を有しているものの、比較例1とほぼ同等の性能を発揮している。しかも、実施例2、4は支持基板を有しているため、機械的強度が向上している。
2 支持基板
21 貫通孔
3 溶着層
4 単セル
41 電解質
42 空気極
43 燃料極
5 集電体
Claims (7)
- 燃料極、電解質及び空気極をこの順で積層した自立膜式又は支持膜式の単セルを準備する工程と、
前記単セルを支持するための、導電性を有する支持基板を準備する工程と、
前記支持基板に少なくとも一つの貫通孔を形成する工程と、
前記支持基板及び単セルの少なくとも一方に、導電性を有するガス透過可能な溶着層を形成する工程と、
前記支持基板と単セルとをその間に溶着層が介在するよう積層し、前記溶着層を溶融させて前記支持基板及び単セルに溶着させる工程と、を備え、
前記溶着層は、シート材により形成されている固体酸化物形燃料電池の製造方法。 - 燃料極、電解質及び空気極をこの順で積層した自立膜式又は支持膜式の単セルを準備する工程と、
前記単セルを支持する支持基板を準備する工程と、
前記支持基板に少なくとも一つの貫通孔を形成する工程と、
前記支持基板及び単セルの少なくとも一方に、導電性を有するガス透過可能な溶着層を形成する工程と、
前記支持基板と単セルとをその間に溶着層が介在するよう積層し、前記溶着層を溶融させて前記支持基板及び単セルに溶着させる工程と、
前記支持基板の貫通孔内を充填するように多孔質性を有する集電体を形成する工程と、を備え、
前記溶着層は、シート材により形成されている固体酸化物形燃料電池の製造方法。 - 燃料極、電解質及び空気極をこの順で積層した自立膜式又は支持膜式の単セルを準備する工程と、
前記単セルを支持するための、導電性及び多孔質性を有する支持基板を準備する工程と、
前記支持基板及び単セルの少なくとも一方に、導電性を有するガス透過可能な溶着層を形成する工程と、
前記支持基板と単セルとをその間に溶着層が介在するよう積層し、前記溶着層を溶融させて前記支持基板及び単セルに溶着させる工程と、を備え、
前記溶着層は、シート材により形成されている固体酸化物形燃料電池の製造方法。 - 燃料極、電解質及び空気極をこの順で積層した自立膜式又は支持膜式の単セルを準備する工程と、
前記単セルを支持するための、導電性を有する2つの支持基板を準備する工程と、
前記各支持基板に少なくとも一つの貫通孔を形成する工程と、
前記各支持基板と単セルとの間に、導電性を有するガス透過可能な溶着層を形成する工程と、
前記両支持基板で前記単セルを挟んで、それらの間に溶着層が介在するよう積層し、前記溶着層を溶融させて前記両支持基板及び単セルに溶着させる工程と、を備え、
前記溶着層は、シート材により形成されている固体酸化物形燃料電池の製造方法。 - 燃料極、電解質及び空気極をこの順で積層した自立膜式又は支持膜式の単セルを準備する工程と、
前記単セルを支持する2つの支持基板を準備する工程と、
前記各支持基板に少なくとも一つの貫通孔を形成する工程と、
前記各支持基板と単セルとの間に、導電性を有するガス透過可能な溶着層を形成する工程と、
前記両支持基板で前記単セルを挟んで、それらの間に溶着層が介在するよう積層し、前記溶着層を溶融させて前記両支持基板及び単セルに溶着させる工程と、
前記支持基板の貫通孔内を充填するように多孔質性を有する集電体を形成する工程と、を備え、
前記溶着層は、シート材により形成されている固体酸化物形燃料電池の製造方法。 - 燃料極、電解質及び空気極をこの順で積層した自立膜式又は支持膜式の単セルを準備する工程と、
前記単セルを支持するための、導電性及び多孔質性を有する2つの支持基板を準備する工程と、
前記各支持基板と単セルとの間に、導電性を有するガス透過可能な溶着層を形成する工程と、
前記両支持基板で前記単セルを挟んで、それらの間に溶着層が介在するよう積層し、前記溶着層を溶融させて前記両支持基板及び単セルに溶着させる工程と、を備え、
前記溶着層は、シート材により形成されている固体酸化物形燃料電池の製造方法。 - 前記溶着層を形成する工程では、前記各支持基板と単セルとの向かい合う面において、少なくとも一方の面に、前記溶着層を形成する、請求項1から6のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
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