JPH05151982A - Solid electrolyte fuel cell - Google Patents
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- JPH05151982A JPH05151982A JP3312029A JP31202991A JPH05151982A JP H05151982 A JPH05151982 A JP H05151982A JP 3312029 A JP3312029 A JP 3312029A JP 31202991 A JP31202991 A JP 31202991A JP H05151982 A JPH05151982 A JP H05151982A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は固体電解質型燃料電池
のセルの構成に係り、特に支持膜方式の固体電解質型燃
料電池の支持膜用基板に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cell structure of a solid oxide fuel cell, and more particularly to a substrate for a supporting film of a supporting membrane type solid oxide fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ジルコニア等の酸化物固体電解質を用い
る燃料電池は、作動温度が８００〜１１００℃と高温で
あるために発電効率が高く、触媒が不要であるといった
長所があり、電解質が固体であるため取扱いや保守が容
易であるとされ第三世代の燃料電池として期待されてい
る。しかし、一方では運転温度が高いために使用可能な
材料に制約がある、といった問題を内包している。固体
電解質型燃料電池の構造としては、大きく分けて円筒型
と平板型の２つのタイプがあり、さらに平板型は自立膜
方式と支持膜方式に分けられる。2. Description of the Related Art A fuel cell using an oxide solid electrolyte such as zirconia has the advantages of high power generation efficiency and no catalyst because the operating temperature is as high as 800 to 1100 ° C., and the electrolyte is solid. Therefore, it is said to be easy to handle and maintain, and is expected as a third-generation fuel cell. However, on the other hand, it has a problem that usable materials are limited due to high operating temperature. The structure of the solid oxide fuel cell is roughly classified into two types, a cylindrical type and a flat plate type, and the flat plate type is further divided into a self-supporting membrane system and a supporting membrane system.
【０００３】自立膜方式の固体電解質型燃料電池はイッ
トリアで安定化したジルコニアからなる固体電解質の薄
板の一方の主面にアノード、他の主面にカソードを積層
して単電池板を形成し、この単電池板をセパレータと交
互に積層して形成していた。アノードはニッケルとイッ
トリア安定化ジルコニアの混合焼結体であり約１００μ
ｍの厚さであった。このような固体電解質型燃料電池に
おいては、アノードに含まれるイットリア安定化ジルコ
ニアが電極面積増大の役割を果たして分極特性を向上さ
せるうえに、イットリア安定化ジルコニアの使用量が少
なく、低価格の固体電解質型燃料電池を可能にしてい
た。しかしながらこのような自立膜方式の固体電解質型
燃料電池は平坦な固体電解質の薄板を製造することが困
難であるという問題があった。A self-supporting membrane type solid oxide fuel cell is a unit cell plate formed by laminating an anode on one main surface of a solid electrolyte thin plate made of zirconia stabilized by yttria and a cathode on the other main surface. This unit cell plate was formed by alternately laminating it with a separator. The anode is a mixed sintered body of nickel and yttria-stabilized zirconia, and is about 100 μm.
It was m thick. In such a solid oxide fuel cell, the yttria-stabilized zirconia contained in the anode plays a role of increasing the electrode area to improve the polarization characteristics, and the amount of the yttria-stabilized zirconia used is small. Type fuel cell. However, such a self-supporting membrane type solid oxide fuel cell has a problem that it is difficult to manufacture a flat thin plate of solid electrolyte.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】このような燃料電池製
造の困難性を克服するために、近年支持膜型の固体電解
質型燃料電池が提案され、多孔質の基板上に固体電解質
が積層されるようになった。支持膜型の固体電解質型燃
料電池においては厚さ数ｍｍでニッケル（Ｎｉ）とイッ
トリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）のサーメットからな
る多孔質基板が使用される。In order to overcome such difficulties in manufacturing a fuel cell, a supporting membrane type solid electrolyte type fuel cell has been proposed in recent years, and a solid electrolyte is laminated on a porous substrate. It became so. In the support membrane type solid oxide fuel cell, a porous substrate made of cermet of nickel (Ni) and yttria-stabilized zirconia (YSZ) having a thickness of several mm is used.
【０００５】しかしながら上述のような多孔質基板にあ
っては、基板中に占めるＹＳＺの割合が３０ないし５０
％にも達するため多量のＹＳＺの使用が必要であり固体
電解質型燃料電池が高価になるという問題があった。こ
の発明は上述の点に鑑みてなされその目的は、基板の改
良を行うことにより特性と経済性に優れる固体電解質型
燃料電池を提供することにある。However, in the above-mentioned porous substrate, the ratio of YSZ in the substrate is 30 to 50.
%, It is necessary to use a large amount of YSZ so that the solid oxide fuel cell becomes expensive. The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a solid oxide fuel cell having excellent characteristics and economical efficiency by improving a substrate.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上述の目的は第一の発明
によれば交互に積層された単電池板とセパレータを有
し、単電池板は主面の一つにリブを有する多孔質基板の
平坦な主面上に、イットリア安定化ジルコニアからなる
固体電解質体と、ランタンマンガナイト系酸化物または
ランタンコバルタイト系酸化物からなるカソードを順次
積層してなり、ここに多孔質基板がニッケルとカルシア
安定化ジルコニアからなり、セパレータは主面の一つに
リブを有する多孔質基板の該主面にランタンクロマイト
を積層してなること、According to the first aspect of the present invention, there is provided a porous substrate having alternating cell plates and separators, each cell plate having a rib on one of its main surfaces. On the flat main surface of, the solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia and the cathode made of lanthanum manganite oxide or lanthanum cobaltite are sequentially laminated, and the porous substrate is made of nickel and A separator made of calcia-stabilized zirconia, wherein the separator is formed by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces,
【０００７】また第二の発明によれば、交互に積層され
た単電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つ
にリブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、イットリ
ア安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ランタン
マンガナイト系酸化物またはランタンコバルタイト系酸
化物からなるカソードを順次積層してなり、ここに多孔
質基板がニッケルとカルシア安定化ジルコニアとマグネ
シア安定化ジルコニアからなり、セパレータは主面の一
つにリブを有する多孔質基板の該主面にランタンクロマ
イトを積層してなること、According to the second aspect of the present invention, the unit cell plate has the unit cell plates and the separators which are alternately laminated, and the unit cell plate has a rib on one of the main surfaces. A solid electrolyte made of yttria-stabilized zirconia and a cathode made of lanthanum manganite-based oxide or lanthanum cobaltite-based oxide are sequentially laminated, on which a porous substrate is nickel- and calcia-stabilized zirconia-magnesia-stabilized. A separator made of zirconia, wherein the separator is formed by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces,
【０００８】また第三の発明によれば、交互に積層され
た単電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つ
にリブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、イットリ
ア安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ランタン
マンガナイト系酸化物またはランタンコバルタイト系酸
化物からなるカソードを順次積層してなり、セパレータ
は主面の一つにリブを有する多孔質基板の該主面にラン
タンクロマイトを積層してなり、ここに多孔質基板はニ
ッケルとカルシア安定化ジルコニアからなること、According to the third aspect of the present invention, the unit cell plate has the unit cell plates and the separators which are alternately laminated, and the unit cell plate has a rib on one of the main surfaces. A solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia and a cathode made of a lanthanum manganite oxide or a lanthanum cobaltite type oxide are sequentially laminated, and the separator is a porous substrate having ribs on one of its main surfaces. Laminated lanthanum chromite on the main surface, the porous substrate is made of nickel and calcia-stabilized zirconia,
【０００９】また第四の発明によれば、交互に積層され
た単電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つ
にリブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、イットリ
ア安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ランタン
マンガナイト系酸化物またはランタンコバルタイト系酸
化物からなるカソードを順次積層してなり、セパレータ
は主面の一つにリブを有する多孔質基板の該主面にラン
タンクロマイトを積層してなり、ここに多孔質基板はニ
ッケルとカルシア安定化ジルコニアとマグネシア安定化
ジルコニアからなること、According to the fourth aspect of the invention, the unit cell plate has the unit cell plates and the separators which are alternately laminated, and the unit cell plate has a rib on one of the main surfaces, and is formed on a flat main surface of a porous substrate. A solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia and a cathode made of a lanthanum manganite oxide or a lanthanum cobaltite type oxide are sequentially laminated, and the separator is a porous substrate having ribs on one of its main surfaces. Laminated lanthanum chromite on the main surface, the porous substrate is made of nickel, calcia-stabilized zirconia and magnesia-stabilized zirconia,
【００１０】また第五の発明によれば、交互に積層され
た単電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つ
にリブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、ニッケル
とイットリア安定化ジルコニアからなるアノードと、イ
ットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ラ
ンタンマンガナイト系酸化物またはランタンコバルタイ
ト系酸化物からなるカソードを順次積層してなり、ここ
に多孔質基板がニッケルとカルシア安定化ジルコニアか
らなり、セパレータは主面の一つにリブを有する多孔質
基板の該主面にランタンクロマイトを積層してなるこ
と、According to a fifth aspect of the present invention, the unit cell plates have the alternating unit cell plates and the separators, and the unit cell plates have a rib on one of the main surfaces. An anode made of nickel and yttria-stabilized zirconia, a solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia, and a cathode made of lanthanum manganite oxide or lanthanum cobaltite oxide are laminated in this order, and a porous substrate Is composed of nickel and calcia-stabilized zirconia, the separator is formed by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having ribs on one of the main surfaces,
【００１１】また第六の発明によれば、交互に積層され
た単電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つ
にリブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、ニッケル
とイットリア安定化ジルコニアからなるアノードと、イ
ットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ラ
ンタンマンガナイト系酸化物またはランタンコバルタイ
ト系酸化物からなるカソードを順次積層してなり、ここ
に多孔質基板がニッケルとカルシア安定化ジルコニアと
マグネシア安定化ジルコニアからなり、セパレータは主
面の一つにリブを有する多孔質基板の該主面にランタン
クロマイトを積層してなるとすることにより達成され
る。Further, according to the sixth aspect of the present invention, the unit cell plate has the unit cell plates and the separators which are alternately laminated, and the unit cell plate has a rib on one of the main surfaces, on a flat main surface of the porous substrate. An anode made of nickel and yttria-stabilized zirconia, a solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia, and a cathode made of lanthanum manganite oxide or lanthanum cobaltite oxide are laminated in this order, and a porous substrate Is composed of nickel, calcia-stabilized zirconia and magnesia-stabilized zirconia, and the separator is formed by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces.
【００１２】[0012]
【作用】ＹＳＺに替えてカルシア安定化ジルコニア（Ｃ
ＳＺ）を基板に用いることにより、固体電解質型燃料電
池の製造原価を低減させることができる。ＣＳＺを用い
る基板にニッケルとイットリア安定化ジルコニアからな
るアノードを積層することにより電極の有効面積を増大
させることができる。ＣＳＺを含む基板に対してマグネ
シア安定化ジルコニアを加えることにより電解質体やラ
ンタンクロマイトと基板との熱膨張率の整合が図られ大
面積の固体電解質型燃料電池の製造が容易になる。[Function] Calcia-stabilized zirconia (C
By using SZ) as the substrate, the manufacturing cost of the solid oxide fuel cell can be reduced. The effective area of the electrode can be increased by stacking an anode made of nickel and yttria-stabilized zirconia on a substrate using CSZ. By adding magnesia-stabilized zirconia to the substrate containing CSZ, the coefficient of thermal expansion of the electrolyte body or lanthanum chromite and the substrate are matched, and the manufacture of a large area solid oxide fuel cell is facilitated.
【００１３】[0013]
実施例１ 次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１
はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池の単電
池板を示す斜視図である。多孔質基板８の上にアノード
７、固体電解質体１１、カソード１２が順次積層され単
電池板６が形成される。基板８にはガス流路１０が形成
され水素ガスが流される。このような単電池板は次のよ
うにして形成される。Embodiment 1 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1
FIG. 3 is a perspective view showing a unit cell plate of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. The anode 7, the solid electrolyte body 11, and the cathode 12 are sequentially laminated on the porous substrate 8 to form the unit cell plate 6 . A gas flow path 10 is formed in the substrate 8 and hydrogen gas is flown therein. Such a cell plate is formed as follows.
【００１４】酸化ニッケルＮｉＯとＣＳＺの粉末を重量
比で５０対５０の割合で混合して金型に９割程充填す
る。次いでＮｉＯとＹＳＺの粉末を５０対５０の割合で
混合して前記金型の残り１割に充填する。３００ｋｇ／
ｃｍ2 の圧力で冷間ブレスし１００ｍｍ角で厚さ３ｍｍ
の成形基板を得る。得られた基板を１５００℃で焼成し
たあとＮｉＯとＣＳＺからなる部分を機械加工により水
素ガスのガス流路１０を形成する。得られた複合サーメ
ット基板の前駆体は水素ガスを流すことにより酸化ニッ
ケルＮｉＯをニッケルＮｉに還元してＮｉとＣＳＺから
なる多孔質基板８とＮｉとＹＳＺからなるアノード７を
備えた複合サーメット基板９を得る。複合サーメット基
板の前駆体にはＹＳＺが１００μｍ厚さに溶射され固体
電解質体１１が得られる。さらにランタンマンガナイト
ＬａＭｎＯ3 が５０μｍ厚さに溶射されカソード１２が
得られる。複合サーメット基板９の端面には封孔のため
ＹＳＺが１００μｍ厚さに溶射される。Powders of nickel oxide NiO and CSZ are mixed in a weight ratio of 50:50 and filled in a mold by about 90%. Then, powders of NiO and YSZ are mixed at a ratio of 50:50 and the remaining 10% of the mold is filled. 300 kg /
Cold breathing at a pressure of cm 2 and 100 mm square with a thickness of 3 mm
To obtain a molded substrate of. The obtained substrate is fired at 1500 ° C., and then a portion made of NiO and CSZ is machined to form a gas flow path 10 for hydrogen gas. The precursor of the obtained composite cermet substrate is a composite cermet substrate 9 provided with a porous substrate 8 made of Ni and CSZ and an anode 7 made of Ni and YSZ by reducing nickel oxide NiO to nickel Ni by flowing hydrogen gas. To get YSZ is sprayed to a thickness of 100 μm on the precursor of the composite cermet substrate to obtain the solid electrolyte body 11. Further, lanthanum manganite LaMnO 3 is sprayed to a thickness of 50 μm to obtain the cathode 12. YSZ is sprayed to a thickness of 100 μm on the end surface of the composite cermet substrate 9 for sealing.
【００１５】図３はこの発明の実施例に係る固体電解質
型燃料電池のセパレータを示す斜視図である。セパレー
タ13は多孔質基板１４のリブを有する主面にランタンク
ロマイト層１６を有している。このようなセパレータ13
は次のようにして形成される。酸化ニッケルＮｉＯとＣ
ＳＺの粉末を重量比で５０対５０の割合で混合して金型
に充填する。３００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で冷間ブレスし
１００ｍｍ角で厚さ３ｍｍの成形基板を得る。得られた
基板を１５００℃で焼成したあと機械加工により酸化剤
ガスのガス流路１５を形成する。得られた基板は水素ガ
スによりＮｉとＣＳＺからなる多孔質基板１４となる。FIG. 3 is a perspective view showing a separator of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. The separator 13 has a lanthanum chromite layer 16 on the main surface of the porous substrate 14 having ribs. Such a separator 13
Are formed as follows. Nickel oxide NiO and C
The SZ powder is mixed at a weight ratio of 50:50 and filled in a mold. Cold press is performed at a pressure of 300 kg / cm 2 to obtain a molded substrate having a 100 mm square and a thickness of 3 mm. After the obtained substrate is fired at 1500 ° C., a gas flow path 15 for an oxidant gas is formed by machining. The obtained substrate becomes a porous substrate 14 made of Ni and CSZ by hydrogen gas.
【００１６】ガス流路１５の形成された主面にはランタ
ンクロマイトＬａＣｒＯ3 が１００μｍ厚さに溶射され
ランタンクロマイト層１６が形成される。端面も封孔の
ためランタンクロマイトが１００μｍ厚さに溶射され
る。図４はこの発明の実施例に係る固体電解質型燃料電
池のスタックを示す分解斜視図である。単電池板６とセ
パレータ13が交互に積層され積層方向の両端面が端板１
８で挟まれる。燃料供給マニホルド１９、燃料ガス排出
マニホルド２０、酸化剤ガス供給マニホルド２１、酸化
剤ガス排出マニホルド２２を四側面に取り付けてスタッ
ク17が形成される。A lanthanum chromite layer 16 is formed by spraying lanthanum chromite LaCrO 3 to a thickness of 100 μm on the main surface on which the gas flow path 15 is formed. Lanthanum chromite is sprayed to a thickness of 100 μm because the end faces are also sealed. FIG. 4 is an exploded perspective view showing a stack of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. The unit cell plates 6 and the separators 13 are alternately stacked, and both end faces in the stacking direction are the end plates 1.
Sandwiched between 8. The fuel supply manifold 19, the fuel gas discharge manifold 20, the oxidant gas supply manifold 21, and the oxidant gas discharge manifold 22 are attached to the four side surfaces to form the stack 17 .
【００１７】実施例２ 図２はこの発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃料
電池の単電池板を示す斜視図である。多孔質基板２の平
坦な主面に固体電解質体４、カソード５が順次積層され
る。多孔質基板２の他の主面には水素ガス用のガス流路
３が形成される。単電池板１は次のようにして調製され
る。ＮｉＯとＣＳＺの粉末を５０対５０の割合で混合
し、金型に充填して３００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で冷間プ
レスし１００ｍｍ角、厚さ３ｍｍの成形基板を得る。こ
の成形基板を１５００℃で焼成して多孔質基板２の前駆
体を得る。主面の一つに機械加工によりガス流路３を形
成する。他の主面にはＹＳＺを１００μｍ厚さに溶射し
て固体電解質体４形成し、さらにランタンマンガナイト
を５０μｍ厚さに溶射してカソード５を形成する。基板
の端面には封孔のためＹＳＺが１００μｍ厚さに溶射さ
れる。多孔質基板の前駆体は水素ガス処理によりＮｉＯ
を還元してＮｉとＣＳＺからなる多孔質基板２を得るこ
とができる。セパレータは実施例１と同様のものが用い
られる。Embodiment 2 FIG. 2 is a perspective view showing a unit cell plate of a solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention. The solid electrolyte body 4 and the cathode 5 are sequentially stacked on the flat main surface of the porous substrate 2. A gas flow path 3 for hydrogen gas is formed on the other main surface of the porous substrate 2. The unit cell plate 1 is prepared as follows. Powders of NiO and CSZ are mixed at a ratio of 50:50, filled in a mold and cold pressed at a pressure of 300 kg / cm 2 to obtain a molded substrate of 100 mm square and 3 mm thick. This molded substrate is fired at 1500 ° C. to obtain a precursor for the porous substrate 2. The gas flow path 3 is formed on one of the main surfaces by machining. On the other main surface, YSZ is sprayed to a thickness of 100 μm to form a solid electrolyte body 4, and lanthanum manganite is sprayed to a thickness of 50 μm to form a cathode 5. YSZ is sprayed to a thickness of 100 μm on the end surface of the substrate for sealing. The precursor of the porous substrate is NiO by hydrogen gas treatment.
Can be reduced to obtain a porous substrate 2 made of Ni and CSZ. The same separator as in Example 1 is used.
【００１８】実施例３ 図５はこの発明のさらに異なる実施例に係る固体電解質
型燃料電池の単電池板を示す斜視図である。単電池板23
は多孔質基板２４の平坦な主面に固体電解質体２６とカ
ソード２７を積層している。他の主面にはガス流路２５
が形成される。このような単電池板２３は次のようにし
て形成される。ＮｉＯとＣＳＺとＭＳＺの粉末を重量比
で５０対４５対５の割合で混合し、金型に充填して３０
０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で冷間プレスし２００ｍｍ角、厚
さ３ｍｍの成形基板を得る。この成形基板を１５００℃
で焼成して多孔質基板２４の前駆体を得る。主面の一つ
に機械加工によりガス流路２５を形成する。他の主面に
はＹＳＺを１００μｍ厚さに溶射して固体電解質体２６
形成し、さらにランタンマンガナイトを５０μｍ厚さに
溶射してカソード２７を形成する。基板の端面には封孔
のためＹＳＺが１００μｍ厚さに溶射される。多孔質基
板２４の前駆体は水素ガス処理によりＮｉＯを還元して
ＮｉとＣＳＺとＭＳＺからなる多孔質基板２４を得るこ
とができる。Embodiment 3 FIG. 5 is a perspective view showing a unit cell plate of a solid oxide fuel cell according to still another embodiment of the present invention. Battery plate 23
The solid electrolyte body 26 and the cathode 27 are laminated on the flat main surface of the porous substrate 24. Gas flow path 25 on the other main surface
Is formed. Such a unit cell plate 23 is formed as follows. Powders of NiO, CSZ, and MSZ were mixed in a weight ratio of 50: 45: 5, and the mixture was filled in a mold and the mixture was filled with 30
Cold pressing is performed at a pressure of 0 kg / cm 2 to obtain a 200 mm square and 3 mm thick molded substrate. This molded substrate is 1500 ° C
To obtain a precursor of the porous substrate 24. A gas flow path 25 is formed on one of the main surfaces by machining. On the other main surface, YSZ is thermally sprayed to a thickness of 100 μm, and solid electrolyte 26
Then, lanthanum manganite is sprayed to a thickness of 50 μm to form the cathode 27. YSZ is sprayed to a thickness of 100 μm on the end surface of the substrate for sealing. The precursor of the porous substrate 24 can reduce NiO by hydrogen gas treatment to obtain the porous substrate 24 composed of Ni, CSZ, and MSZ.
【００１９】図６はこの発明のさらに異なる実施例に係
る固体電解質型燃料電池のセパレータを示す斜視図であ
る。セパレータ28は多孔質基板３１のリブを有する主面
にランタンクロマイト層３０を有している。このような
セパレータ層28は次のようにして形成される。ＮｉＯと
ＣＳＺとＭＳＺとを重量比で５０対４０対１０の割合で
混合し、金型に充填して３００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で冷
間プレスして成形基板を得る。得られた基板を１５００
℃で焼成したあと機械加工により酸化剤ガスのガス流路
２９を形成する。得られた基板は水素ガスによりＮｉと
ＣＳＺとＭＳＺからなる多孔質基板３１となる。ガス流
路２９の形成された主面にはランタンクロマイトＬａＣ
ｒＯ3 が１００μｍ厚さに溶射されランタンクロマイト
層３０が形成される。端面も封孔のためランタンクロマ
イトが１００μｍ厚さに溶射される。FIG. 6 is a perspective view showing a separator of a solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention. The separator 28 has a lanthanum chromite layer 30 on the principal surface of the porous substrate 31 having ribs. Such a separator layer 28 is formed as follows. NiO, CSZ and MSZ are mixed at a weight ratio of 50:40:10, filled in a mold and cold pressed at a pressure of 300 kg / cm 2 to obtain a molded substrate. The obtained substrate is 1500
A gas flow path 29 for the oxidant gas is formed by machining after firing at ℃. The obtained substrate becomes a porous substrate 31 made of Ni, CSZ, and MSZ by hydrogen gas. Lanthanum chromite LaC is formed on the main surface where the gas flow path 29 is formed.
The lanthanum chromite layer 30 is formed by spraying rO 3 to a thickness of 100 μm. Lanthanum chromite is sprayed to a thickness of 100 μm because the end faces are also sealed.
【００２０】図７はこの発明に係る固体電解質型燃料電
池の電流電圧特性を従来の電池の特性と対比して示す線
図である。実施例１においてはＮｉとＹＳＺからなるア
ノードが基板に形成されているので特性は従来の電池と
同じである。さらに基板は主としてＮｉとＣＳＺとから
構成されているので従来の１／４ないし１／６のコスト
で固体電解質型燃料電池を製造することができる。実施
例２ないし実施例３においては実施例１のようにアノー
ドが形成されていないので特性はやや低いけれども十分
使用に耐える特性である。ＭＳＺはＣＳＺと同様安価な
材料であり、ＹＳＺを使用しない実施例２ないし３の固
体電解質型燃料電池の製造コストは従来の１／５ないし
１／７であり経済性も高い。FIG. 7 is a diagram showing the current-voltage characteristics of the solid oxide fuel cell according to the present invention in comparison with the characteristics of the conventional cell. In Example 1, since the anode made of Ni and YSZ is formed on the substrate, the characteristics are the same as those of the conventional battery. Further, since the substrate is mainly composed of Ni and CSZ, a solid oxide fuel cell can be manufactured at a cost of 1/4 to 1/6 of the conventional cost. In the second to third embodiments, the anode is not formed as in the first embodiment, and therefore the characteristics are slightly low, but the characteristics are sufficient to withstand use. MSZ is a cheap material like CSZ, and the manufacturing cost of the solid oxide fuel cells of Examples 2 to 3 which does not use YSZ is 1/5 to 1/7 that of the conventional one, and the economy is high.
【００２１】図８はこの発明の固体電解質型燃料電池に
つきＭＳＺ添加の効果を示す線図である。ＭＳＺを基板
に添加すると多孔質基板の熱膨張率がＹＳＺからなる固
体電解質体やランタンクロマイト層の熱膨張率と近似す
るようになり反りが少なくなって２００ｍｍ角のような
大面積の電池の製造も可能となる。FIG. 8 is a diagram showing the effect of adding MSZ on the solid oxide fuel cell of the present invention. When MSZ is added to the substrate, the coefficient of thermal expansion of the porous substrate becomes similar to that of the solid electrolyte body made of YSZ or the lanthanum chromite layer, and the warpage is reduced to produce a battery having a large area such as 200 mm square. Will also be possible.
【００２２】[0022]
【発明の効果】第一の発明によれば交互に積層された単
電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つにリ
ブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、イットリア安
定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ランタンマン
ガナイト系酸化物またはランタンコバルタイト系酸化物
からなるカソードを順次積層してなり、ここに多孔質基
板がニッケルとカルシア安定化ジルコニアからなり、セ
パレータは主面の一つにリブを有する多孔質基板の該主
面にランタンクロマイトを積層してなること、EFFECTS OF THE INVENTION According to the first aspect of the present invention, cell plates and separators that are alternately laminated are provided, and the cell plates are on a flat main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces, A solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia and a cathode made of lanthanum manganite-based oxide or lanthanum cobaltite-based oxide are sequentially laminated, and the porous substrate is made of nickel and calcia-stabilized zirconia. Is formed by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces,
【００２３】また第二の発明によれば、交互に積層され
た単電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つ
にリブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、イットリ
ア安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ランタン
マンガナイト系酸化物またはランタンコバルタイト系酸
化物からなるカソードを順次積層してなり、ここに多孔
質基板がニッケルとカルシア安定化ジルコニアとマグネ
シア安定化ジルコニアからなり、セパレータは主面の一
つにリブを有する多孔質基板の該主面にランタンクロマ
イトを積層してなること、According to the second aspect of the present invention, the unit cell plate has the unit cell plates and the separators alternately laminated, and the unit cell plate has a rib on one of the main surfaces. A solid electrolyte made of yttria-stabilized zirconia and a cathode made of lanthanum manganite-based oxide or lanthanum cobaltite-based oxide are sequentially laminated, on which a porous substrate is nickel- and calcia-stabilized zirconia-magnesia-stabilized. A separator made of zirconia, wherein the separator is formed by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces,
【００２４】また第三の発明によれば、交互に積層され
た単電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つ
にリブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、イットリ
ア安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ランタン
マンガナイト系酸化物またはランタンコバルタイト系酸
化物からなるカソードを順次積層してなり、セパレータ
は主面の一つにリブを有する多孔質基板の該主面にラン
タンクロマイトを積層してなり、ここに多孔質基板はニ
ッケルとカルシア安定化ジルコニアからなること、According to the third aspect of the invention, the unit cell plate has the unit cell plates and the separators which are alternately laminated, and the unit cell plate has a rib on one of the main surfaces, on a flat main surface of the porous substrate. A solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia and a cathode made of a lanthanum manganite oxide or a lanthanum cobaltite type oxide are sequentially laminated, and the separator is a porous substrate having ribs on one of its main surfaces. Laminated lanthanum chromite on the main surface, the porous substrate is made of nickel and calcia-stabilized zirconia,
【００２５】また第四の発明によれば、交互に積層され
た単電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つ
にリブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、イットリ
ア安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ランタン
マンガナイト系酸化物またはランタンコバルタイト系酸
化物からなるカソードを順次積層してなり、セパレータ
は主面の一つにリブを有する多孔質基板の該主面にラン
タンクロマイトを積層してなり、ここに多孔質基板はニ
ッケルとカルシア安定化ジルコニアとマグネシア安定化
ジルコニアからなること、Further, according to the fourth aspect of the present invention, the unit cell plate has the unit cell plates and the separators which are alternately laminated, and the unit cell plate has a rib on one of the main surfaces, and is formed on a flat main surface of the porous substrate. A solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia and a cathode made of a lanthanum manganite oxide or a lanthanum cobaltite type oxide are sequentially laminated, and the separator is a porous substrate having ribs on one of its main surfaces. Laminated lanthanum chromite on the main surface, the porous substrate is made of nickel, calcia-stabilized zirconia and magnesia-stabilized zirconia,
【００２６】また第五の発明によれば、交互に積層され
た単電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つ
にリブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、ニッケル
とイットリア安定化ジルコニアからなるアノードと、イ
ットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ラ
ンタンマンガナイト系酸化物またはランタンコバルタイ
ト系酸化物からなるカソードを順次積層してなり、ここ
に多孔質基板がニッケルとカルシア安定化ジルコニアか
らなり、セパレータは主面の一つにリブを有する多孔質
基板の該主面にランタンクロマイトを積層してなるこ
と、According to the fifth aspect of the present invention, the unit cell plates have the unit cell plates and the separators that are alternately laminated, and the unit cell plates have a rib on one of the main surfaces. An anode made of nickel and yttria-stabilized zirconia, a solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia, and a cathode made of lanthanum manganite oxide or lanthanum cobaltite oxide are laminated in this order, and a porous substrate Is composed of nickel and calcia-stabilized zirconia, the separator is formed by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having ribs on one of the main surfaces,
【００２７】また第六の発明によれば、交互に積層され
た単電池板とセパレータを有し、単電池板は主面の一つ
にリブを有する多孔質基板の平坦な主面上に、ニッケル
とイットリア安定化ジルコニアからなるアノードと、イ
ットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、ラ
ンタンマンガナイト系酸化物またはランタンコバルタイ
ト系酸化物からなるカソードを順次積層してなり、ここ
に多孔質基板がニッケルとカルシア安定化ジルコニアと
マグネシア安定化ジルコニアからなり、セパレータは主
面の一つにリブを有する多孔質基板の該主面にランタン
クロマイトを積層してなるとするので、ニッケルとイッ
トリア安定化ジルコニアからなるアノードの有効面積増
大作用と、ＣＳＺやＭＳＺが有する低価格性とにより特
性と経済性に優れる固体電解質型燃料電池が得られる。
またアノードを用いない場合においても実用的に使用可
能な特性が得られるうえ、経済性にも優れる固体電解質
型燃料電池が得られる。またＭＳＺを基板に添加するこ
とにより特性と経済性に優れるうえに大面積の固体電解
質型燃料電池が得られる。Further, according to the sixth aspect of the present invention, the unit cell plate has the unit cell plates and the separators which are alternately laminated, and the unit cell plate has a rib on one of the main surfaces. An anode made of nickel and yttria-stabilized zirconia, a solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia, and a cathode made of lanthanum manganite oxide or lanthanum cobaltite oxide are laminated in this order, and a porous substrate Is composed of nickel, calcia-stabilized zirconia and magnesia-stabilized zirconia, and the separator is made by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces. Excellent properties and economy due to the effective area increasing effect of the anode consisting of and the low price of CSZ and MSZ Solid oxide fuel cell can be obtained.
Further, even when the anode is not used, it is possible to obtain a solid electrolyte type fuel cell which has characteristics that can be practically used and is excellent in economic efficiency. Moreover, by adding MSZ to the substrate, a solid oxide fuel cell having a large area can be obtained in addition to excellent characteristics and economy.
【図１】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
の単電池板を示す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing a unit cell plate of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図２】この発明の異なる実施例に係る固体電解質型燃
料電池の単電池板を示す斜視図FIG. 2 is a perspective view showing a unit cell plate of a solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention.
【図３】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のセパレータを示す斜視図FIG. 3 is a perspective view showing a separator of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図４】この発明の実施例に係る固体電解質型燃料電池
のスタックを示す分解斜視図FIG. 4 is an exploded perspective view showing a stack of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図５】この発明のさらに異なる実施例に係る固体電解
質型燃料電池の単電池板を示す斜視図FIG. 5 is a perspective view showing a unit cell plate of a solid oxide fuel cell according to still another embodiment of the present invention.
【図６】この発明のさらに異なる実施例に係る固体電解
質型燃料電池のセパレータを示す斜視図FIG. 6 is a perspective view showing a separator of a solid oxide fuel cell according to still another embodiment of the present invention.
【図７】この発明に係る固体電解質型燃料電池の電流電
圧特性を従来の電池の特性と対比して示す線図FIG. 7 is a diagram showing current-voltage characteristics of the solid oxide fuel cell according to the present invention in comparison with characteristics of a conventional cell.
【図８】この発明の固体電解質型燃料電池につきＭＳＺ
添加の効果を示す線図FIG. 8 is an MSZ of the solid oxide fuel cell of the present invention.
Diagram showing effect of addition
【符号の説明】１ 単電池板 ２ 多孔質基板 ３ ガス流路 ４ 固体電解質体 ５ カソード６ 単電池板 ７ アノード ８ 多孔質基板 ９ 複合サーメット基板 １０ ガス流路 １１ 固体電解質体 １２ カソード13 セパレータ １４ 多孔質基板 １５ ガス流路 １６ ランタンクロマイト層17 スタック １８ 端板 １９ 燃料ガス供給マニホルド ２０ 燃料ガス排出マニホルド ２１ 酸化剤ガス供給マニホルド ２２ 酸化剤ガス排出マニホルド23 単電池板 ２４ 多孔質基板 ２５ ガス流路 ２６ 固体電解質体 ２７ カソード28 セパレータ[Explanation of Codes] 1 single battery plate 2 porous substrate 3 gas flow channel 4 solid electrolyte body 5 cathode 6 single battery plate 7 anode 8 porous substrate 9 composite cermet substrate 10 gas flow channel 11 solid electrolyte body 12 cathode 13 separator 14 Porous substrate 15 Gas flow passage 16 Lantern chromite layer 17 Stack 18 End plate 19 Fuel gas supply manifold 20 Fuel gas discharge manifold 21 Oxidizing gas supply manifold 22 Oxidizing gas discharge manifold 23 Single cell plate 24 Porous substrate 25 Gas flow path 26 Solid Electrolyte Body 27 Cathode 28 Separator
Claims (6)
有し、 単電池板は主面の一つにリブを有する多孔質基板の平坦
な主面上に、イットリア安定化ジルコニアからなる固体
電解質体と、ランタンマンガナイト系酸化物またはラン
タンコバルタイト系酸化物からなるカソードを順次積層
してなり、ここに多孔質基板がニッケルとカルシア安定
化ジルコニアからなり、 セパレータは主面の一つにリブを有する多孔質基板の該
主面にランタンクロマイトを積層してなることを特徴と
する固体電解質型燃料電池。1. A solid battery comprising yttria-stabilized zirconia on a flat main surface of a porous substrate having alternating cell plates and separators, each cell plate having a rib on one of the main surfaces. Electrolyte body and cathode made of lanthanum manganite oxide or lanthanum cobaltite oxide are laminated in order, porous substrate is made of nickel and calcia-stabilized zirconia, and separator is one of the main surfaces. A solid oxide fuel cell, comprising a lanthanum chromite layer laminated on the main surface of a porous substrate having ribs.
有し、 単電池板は主面の一つにリブを有する多孔質基板の平坦
な主面上に、イットリア安定化ジルコニアからなる固体
電解質体と、ランタンマンガナイト系酸化物またはラン
タンコバルタイト系酸化物からなるカソードを順次積層
してなり、ここに多孔質基板がニッケルとカルシア安定
化ジルコニアとマグネシア安定化ジルコニアからなり、 セパレータは主面の一つにリブを有する多孔質基板の該
主面にランタンクロマイトを積層してなることを特徴と
する固体電解質型燃料電池。2. A solid consisting of yttria-stabilized zirconia on a flat main surface of a porous substrate having alternating cell plates and separators, each cell plate having a rib on one of the main surfaces. An electrolyte and a cathode made of lanthanum manganite-based oxide or lanthanum cobaltite-based oxide are sequentially laminated, and the porous substrate is made of nickel, calcia-stabilized zirconia, and magnesia-stabilized zirconia. A solid oxide fuel cell, characterized in that a lanthanum chromite is laminated on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the surfaces.
有し、 単電池板は主面の一つにリブを有する多孔質基板の平坦
な主面上に、イットリア安定化ジルコニアからなる固体
電解質体と、ランタンマンガナイト系酸化物またはラン
タンコバルタイト系酸化物からなるカソードを順次積層
してなり、 セパレータは主面の一つにリブを有する多孔質基板の該
主面にランタンクロマイトを積層してなり、ここに多孔
質基板はニッケルとカルシア安定化ジルコニアからなる
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。3. A solid consisting of yttria-stabilized zirconia on a flat main surface of a porous substrate having alternating cell plates and separators, each cell plate having a rib on one of the main surfaces. An electrolyte body and a cathode made of lanthanum manganite oxide or lanthanum cobaltite oxide are sequentially laminated, and a separator is made by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces. The solid oxide fuel cell, wherein the porous substrate is made of nickel and calcia-stabilized zirconia.
有し、 単電池板は主面の一つにリブを有する多孔質基板の平坦
な主面上に、イットリア安定化ジルコニアからなる固体
電解質体と、ランタンマンガナイト系酸化物またはラン
タンコバルタイト系酸化物からなるカソードを順次積層
してなり、 セパレータは主面の一つにリブを有する多孔質基板の該
主面にランタンクロマイトを積層してなり、ここに多孔
質基板はニッケルとカルシア安定化ジルコニアとマグネ
シア安定化ジルコニアからなることを特徴とする固体電
解質型燃料電池。4. A solid cell composed of yttria-stabilized zirconia on a flat main surface of a porous substrate having alternating cell plates and separators, each cell plate having a rib on one of the main surfaces. An electrolyte body and a cathode made of lanthanum manganite oxide or lanthanum cobaltite oxide are sequentially laminated, and a separator is made by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces. The solid oxide fuel cell is characterized in that the porous substrate is made of nickel, calcia-stabilized zirconia, and magnesia-stabilized zirconia.
有し、 単電池板は主面の一つにリブを有する多孔質基板の平坦
な主面上に、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアか
らなるアノードと、イットリア安定化ジルコニアからな
る固体電解質体と、ランタンマンガナイト系酸化物また
はランタンコバルタイト系酸化物からなるカソードを順
次積層してなり、ここに多孔質基板がニッケルとカルシ
ア安定化ジルコニアからなり、 セパレータは主面の一つにリブを有する多孔質基板の該
主面にランタンクロマイトを積層してなることを特徴と
する固体電解質型燃料電池。5. A battery having alternating cell plates and separators, the cell plates comprising nickel and yttria-stabilized zirconia on a flat main surface of a porous substrate having ribs on one of the main surfaces. , A solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia, and a cathode made of lanthanum manganite-based oxide or lanthanum cobaltite-based oxide are sequentially laminated, on which the porous substrate is nickel and calcia-stabilized zirconia. The solid electrolyte fuel cell is characterized in that the separator is formed by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces.
有し、 単電池板は主面の一つにリブを有する多孔質基板の平坦
な主面上に、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアか
らなるアノードと、イットリア安定化ジルコニアからな
る固体電解質体と、ランタンマンガナイト系酸化物また
はランタンコバルタイト系酸化物からなるカソードを順
次積層してなり、ここに多孔質基板がニッケルとカルシ
ア安定化ジルコニアとマグネシア安定化ジルコニアから
なり、 セパレータは主面の一つにリブを有する多孔質基板の該
主面にランタンクロマイトを積層してなることを特徴と
する固体電解質型燃料電池。6. A unit cell plate comprising alternating cell plates and separators, wherein the cell plate is made of nickel and yttria-stabilized zirconia on a flat main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces. , A solid electrolyte body made of yttria-stabilized zirconia, and a cathode made of lanthanum manganite-based oxide or lanthanum cobaltite-based oxide are sequentially laminated, on which the porous substrate is nickel and calcia-stabilized zirconia. And a magnesia-stabilized zirconia. The solid electrolyte fuel cell is characterized in that the separator is formed by laminating lanthanum chromite on the main surface of a porous substrate having a rib on one of the main surfaces.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3312029A JPH05151982A (en) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | Solid electrolyte fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3312029A JPH05151982A (en) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | Solid electrolyte fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05151982A true JPH05151982A (en) | 1993-06-18 |
Family
ID=18024367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3312029A Pending JPH05151982A (en) | 1991-11-27 | 1991-11-27 | Solid electrolyte fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05151982A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6207314B1 (en) * | 1997-11-07 | 2001-03-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Base material for a fuel battery |
| JP2006173091A (en) * | 2004-12-16 | 2006-06-29 | General Electric Co <Ge> | High-performance fuel cell electrode and its manufacturing method |
| JP2011165424A (en) * | 2010-02-08 | 2011-08-25 | Hyogo Prefecture | Cell for solid oxide fuel battery and method for manufacturing the same |
| US11459489B2 (en) * | 2016-02-19 | 2022-10-04 | Riken Technos Corporation | Pressure-sensitive adhesive and articles including same |
-
1991
- 1991-11-27 JP JP3312029A patent/JPH05151982A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6207314B1 (en) * | 1997-11-07 | 2001-03-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Base material for a fuel battery |
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| JP2011165424A (en) * | 2010-02-08 | 2011-08-25 | Hyogo Prefecture | Cell for solid oxide fuel battery and method for manufacturing the same |
| US11459489B2 (en) * | 2016-02-19 | 2022-10-04 | Riken Technos Corporation | Pressure-sensitive adhesive and articles including same |
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