JPH0562688A - 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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- JPH0562688A JPH0562688A JP3224330A JP22433091A JPH0562688A JP H0562688 A JPH0562688 A JP H0562688A JP 3224330 A JP3224330 A JP 3224330A JP 22433091 A JP22433091 A JP 22433091A JP H0562688 A JPH0562688 A JP H0562688A
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- Japan
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- solid electrolyte
- air electrode
- fuel cell
- layer
- zirconia
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ジルコニアと反応しにくく、かつ電圧降下が
小さい空気極を備えた固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】 ジルコニアを主成分とする固体電解質１の上
面に、空気極２の第１層２ａの材料である（Ｌａ0.7Ｓ
ｒ0.3）ＭｎＯ3のペーストをスクリーン印刷等の手段に
て塗布して乾燥した後、さらにその上に第２層２ｂの材
料である（Ｌａ 0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3のペーストを塗布
して焼成する。これにより、空気極２が固体電解質１と
反応して絶縁性化合物を生成するおそれがなくなる。ま
た、空気極２の電圧降下は小さいものになる。
小さい空気極を備えた固体電解質型燃料電池を得る。 【構成】 ジルコニアを主成分とする固体電解質１の上
面に、空気極２の第１層２ａの材料である（Ｌａ0.7Ｓ
ｒ0.3）ＭｎＯ3のペーストをスクリーン印刷等の手段に
て塗布して乾燥した後、さらにその上に第２層２ｂの材
料である（Ｌａ 0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3のペーストを塗布
して焼成する。これにより、空気極２が固体電解質１と
反応して絶縁性化合物を生成するおそれがなくなる。ま
た、空気極２の電圧降下は小さいものになる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】固体電解質型燃料電池の空気極は
１０００℃程度の高温での酸化雰囲気で安定な電子伝導
体である必要がある。従って、空気極には、通常、遷移
金属のペロブスカイト型酸化物が使用されている。一
方、固体電解質には、通常、安定化ジルコニアが用いら
れているので空気極の材料にはジルコニアと反応しない
ことも要求される。さらに、空気極には分極による電圧
降下が小さいこと、長期間運転しても活性を失わないこ
と等が要求される。
１０００℃程度の高温での酸化雰囲気で安定な電子伝導
体である必要がある。従って、空気極には、通常、遷移
金属のペロブスカイト型酸化物が使用されている。一
方、固体電解質には、通常、安定化ジルコニアが用いら
れているので空気極の材料にはジルコニアと反応しない
ことも要求される。さらに、空気極には分極による電圧
降下が小さいこと、長期間運転しても活性を失わないこ
と等が要求される。
【０００３】従来は、前記ペロブスカイト型酸化物の中
で、ＬａＣｏＯ3が空気極の材料として用いられてい
た。ＬａＣｏＯ3は分極による電圧降下が小さく、電子
伝導度が大きいという長所を持っているからである。し
かし、近年、ＬａＣｏＯ3が高温になるとジルコニアと
反応して電子伝導性がないＬａ2Ｚｒ2Ｏ7を生成するこ
とが明らかになるにつれて、ＬａＣｏＯ3に代わってＬ
ａＭｎＯ3が多く用いられるようになってきた。この材
料はジルコニアと反応しにくいという長所を持ってい
る。ところが、ＬａＭｎＯ3はＬａＣｏＯ3に比べて分極
抵抗が大きく、燃料電池の発電効率が低下するという問
題がある。
で、ＬａＣｏＯ3が空気極の材料として用いられてい
た。ＬａＣｏＯ3は分極による電圧降下が小さく、電子
伝導度が大きいという長所を持っているからである。し
かし、近年、ＬａＣｏＯ3が高温になるとジルコニアと
反応して電子伝導性がないＬａ2Ｚｒ2Ｏ7を生成するこ
とが明らかになるにつれて、ＬａＣｏＯ3に代わってＬ
ａＭｎＯ3が多く用いられるようになってきた。この材
料はジルコニアと反応しにくいという長所を持ってい
る。ところが、ＬａＭｎＯ3はＬａＣｏＯ3に比べて分極
抵抗が大きく、燃料電池の発電効率が低下するという問
題がある。
【０００４】そこで、本発明の課題は、ジルコニアと反
応しにくく、かつ、電圧降下が小さい空気極を備えた固
体電解質型燃料電池を提供することにある。
応しにくく、かつ、電圧降下が小さい空気極を備えた固
体電解質型燃料電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る固体電解質型燃料電池は、（ａ）ジル
コニアを主成分とする固体電解質と、（ｂ）前記固体電
解質の一方の面に直接接するＬａ，Ｍｎ，Ｏを主成分と
する第１層と該第１層の表面に設けたＬａ，Ｃｏ，Ｏを
主成分とする第２層とで構成した空気極と、（ｃ）前記
固体電解質の他方の面に設けた燃料極と、を備えたこと
を特徴とする。具体的には、固体電解質としてはイット
リウム安定化ジルコニア等が用いられる。空気極の第１
層の材料としては（Ｌａ0.7Ｓｒ0 .3）ＭｎＯ3等が用い
られ、第２層の材料としては（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ
3等が用いられる。
め、本発明に係る固体電解質型燃料電池は、（ａ）ジル
コニアを主成分とする固体電解質と、（ｂ）前記固体電
解質の一方の面に直接接するＬａ，Ｍｎ，Ｏを主成分と
する第１層と該第１層の表面に設けたＬａ，Ｃｏ，Ｏを
主成分とする第２層とで構成した空気極と、（ｃ）前記
固体電解質の他方の面に設けた燃料極と、を備えたこと
を特徴とする。具体的には、固体電解質としてはイット
リウム安定化ジルコニア等が用いられる。空気極の第１
層の材料としては（Ｌａ0.7Ｓｒ0 .3）ＭｎＯ3等が用い
られ、第２層の材料としては（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ
3等が用いられる。
【０００６】
【作用】以上の構成において、ジルコニアと反応し易い
Ｌａ，Ｃｏ，Ｏを主成分とする第２層を、ジルコニアと
反応しにくいＬａ，Ｍｎ，Ｏを主成分とする第１層を介
してジルコニアを主成分とする固体電解質に設けたた
め、空気極が固体電解質と反応して絶縁性化合物を生成
するおそれがなくなる。また、第２層が、分極による電
圧降下が小さく、かつ、電子伝導度が大きい特性を有す
るため、空気極の電圧降下は小さいものになる。
Ｌａ，Ｃｏ，Ｏを主成分とする第２層を、ジルコニアと
反応しにくいＬａ，Ｍｎ，Ｏを主成分とする第１層を介
してジルコニアを主成分とする固体電解質に設けたた
め、空気極が固体電解質と反応して絶縁性化合物を生成
するおそれがなくなる。また、第２層が、分極による電
圧降下が小さく、かつ、電子伝導度が大きい特性を有す
るため、空気極の電圧降下は小さいものになる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明に係る固体電解質型燃料電池の
一実施例を添付図面を参照して説明する。図１は空気極
２及び燃料極３を設けた固体電解質１の構成図である。
固体電解質１の材料としては、Ｙ2Ｏ3を８モル％添加し
たＺｒＯ2の粉末と有機バインダー、溶剤（エタノー
ル）を混合してスラリーとし、ドクターブレード法によ
り厚さ３００μｍのグリーンシートを用いる。このグリ
ーンシートを１３００℃の温度で２時間焼成し、固体電
解質１の焼結体を作製する。
一実施例を添付図面を参照して説明する。図１は空気極
２及び燃料極３を設けた固体電解質１の構成図である。
固体電解質１の材料としては、Ｙ2Ｏ3を８モル％添加し
たＺｒＯ2の粉末と有機バインダー、溶剤（エタノー
ル）を混合してスラリーとし、ドクターブレード法によ
り厚さ３００μｍのグリーンシートを用いる。このグリ
ーンシートを１３００℃の温度で２時間焼成し、固体電
解質１の焼結体を作製する。
【０００８】空気極２及び燃料極３はそれぞれ固体電解
質１の上面、下面に設けられている。空気極２は２層構
造となっており、第１層２ａはＬａ，Ｍｎ，Ｏを主成分
とする材料からなり、第２層２ｂはＬａ，Ｃｏ，Ｏを主
成分とする材料からなる。本実施例では、第１層２ａの
材料として、（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3を１１００℃
の温度で２時間仮焼成した後、ペースト状にしたものを
用いた。第２層２ｂの材料としては、（Ｌａ0.7Ｓ
ｒ0.3）ＭｎＯ3を１１００℃の温度で２時間仮焼成した
後、ペースト状にしたものを用いた。固体電解質１の上
面に（Ｌａ0.7Ｓｒ0 .3）ＭｎＯ3のペーストをスクリー
ン印刷等の手段にて塗布して乾燥した後、さらにその上
に（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3のペーストを塗布して乾
燥した。この後、燃料極３の材料であるＰｔペーストを
固体電解質１の下面に塗布して乾燥し、１２００℃の温
度で各ペーストの焼付けを行った。
質１の上面、下面に設けられている。空気極２は２層構
造となっており、第１層２ａはＬａ，Ｍｎ，Ｏを主成分
とする材料からなり、第２層２ｂはＬａ，Ｃｏ，Ｏを主
成分とする材料からなる。本実施例では、第１層２ａの
材料として、（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3を１１００℃
の温度で２時間仮焼成した後、ペースト状にしたものを
用いた。第２層２ｂの材料としては、（Ｌａ0.7Ｓ
ｒ0.3）ＭｎＯ3を１１００℃の温度で２時間仮焼成した
後、ペースト状にしたものを用いた。固体電解質１の上
面に（Ｌａ0.7Ｓｒ0 .3）ＭｎＯ3のペーストをスクリー
ン印刷等の手段にて塗布して乾燥した後、さらにその上
に（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3のペーストを塗布して乾
燥した。この後、燃料極３の材料であるＰｔペーストを
固体電解質１の下面に塗布して乾燥し、１２００℃の温
度で各ペーストの焼付けを行った。
【０００９】こうして得られた電極付き固体電解質１
は、図２に示すように、空気極側ディストリビュータ５
及びスペーサ７、燃料極側ディストリビュータ６及びス
ペーサ８、セパレータ１０，１１と組み合わせられて燃
料電池を構成する。ディストリビュータ５，６は空気極
２や燃料極３に均等に空気や燃料ガスをゆきわたらせる
機能及び電極２，３とセパレータ１０，１１をそれぞれ
電気的に接続する機能を有する。ディストリビュータ５
の材料としては（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3等が用いら
れ、ディストリビュータ６の材料としてはＮｉ・ジルコ
ニアサーメット等が用いられる。整列されたディストリ
ビュータ５，６の両側に配置されているスペーサ７，８
は、それぞれ空気や燃料ガスを外気から遮断する機能を
有する。スペーサ７，８の材料としてはイットリウム安
定化ジルコニア等が用いられる。セパレータ１０，１１
は発電した電力を外に取り出すための電極機能の他に、
使用される空気と燃料ガスを分離する機能等も有する。
セパレータ１０，１１の材料としてはランタンクロマイ
ト等が用いられる。
は、図２に示すように、空気極側ディストリビュータ５
及びスペーサ７、燃料極側ディストリビュータ６及びス
ペーサ８、セパレータ１０，１１と組み合わせられて燃
料電池を構成する。ディストリビュータ５，６は空気極
２や燃料極３に均等に空気や燃料ガスをゆきわたらせる
機能及び電極２，３とセパレータ１０，１１をそれぞれ
電気的に接続する機能を有する。ディストリビュータ５
の材料としては（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3等が用いら
れ、ディストリビュータ６の材料としてはＮｉ・ジルコ
ニアサーメット等が用いられる。整列されたディストリ
ビュータ５，６の両側に配置されているスペーサ７，８
は、それぞれ空気や燃料ガスを外気から遮断する機能を
有する。スペーサ７，８の材料としてはイットリウム安
定化ジルコニア等が用いられる。セパレータ１０，１１
は発電した電力を外に取り出すための電極機能の他に、
使用される空気と燃料ガスを分離する機能等も有する。
セパレータ１０，１１の材料としてはランタンクロマイ
ト等が用いられる。
【００１０】この燃料電池を１０００℃の温度に保持し
た状態で図２中に示された矢印ａ方向から空気を供給
し、かつ、矢印ｂ方向から燃料ガスを供給して発電特性
を測定した。この測定結果から、電流密度１０ｍＡ／ｃ
ｍ2のときと１００ｍＡ／ｃｍ2のときの空気極２の分極
による電圧降下を算出し、その算出結果を表１に示す。
比較例として、空気極２を（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3
のみで構成した場合及び（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＭｎＯ3の
みで構成した場合についても測定、算出した結果を示し
ている。
た状態で図２中に示された矢印ａ方向から空気を供給
し、かつ、矢印ｂ方向から燃料ガスを供給して発電特性
を測定した。この測定結果から、電流密度１０ｍＡ／ｃ
ｍ2のときと１００ｍＡ／ｃｍ2のときの空気極２の分極
による電圧降下を算出し、その算出結果を表１に示す。
比較例として、空気極２を（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3
のみで構成した場合及び（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＭｎＯ3の
みで構成した場合についても測定、算出した結果を示し
ている。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１に示されているように、２層構造にし
た空気極２を備えた燃料電池（実施例１）は、（Ｌａ
0.7Ｓｒ0.3）ＭｎＯ3のみからなる空気極２を備えた燃
料電池（比較例２）と比較して電圧降下が小さい。ま
た、２層構造にした空気極２を備えた燃料電池（実施例
１）は、（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3のみからなる空気
極２を備えた燃料電池（比較例１）に比べて初期状態で
は電圧降下が大きい。しかし、比較例１の燃料電池は固
体電解質１と空気極２が反応して絶縁性化合物を生成す
るため、時間の経過と共に電圧降下量が増加し、実施例
１の燃料電池の電圧降下を超えるまでになることが知ら
れている。従って、実施例１の燃料電池は電圧降下が小
さく、かつ、長期間運転を続けても不要な絶縁性化合物
を生成しない空気極を具備したものであることがわか
る。この結果、発電効率の良い固体電解質型燃料電池を
得ることができる。
た空気極２を備えた燃料電池（実施例１）は、（Ｌａ
0.7Ｓｒ0.3）ＭｎＯ3のみからなる空気極２を備えた燃
料電池（比較例２）と比較して電圧降下が小さい。ま
た、２層構造にした空気極２を備えた燃料電池（実施例
１）は、（Ｌａ0.7Ｓｒ0.3）ＣｏＯ3のみからなる空気
極２を備えた燃料電池（比較例１）に比べて初期状態で
は電圧降下が大きい。しかし、比較例１の燃料電池は固
体電解質１と空気極２が反応して絶縁性化合物を生成す
るため、時間の経過と共に電圧降下量が増加し、実施例
１の燃料電池の電圧降下を超えるまでになることが知ら
れている。従って、実施例１の燃料電池は電圧降下が小
さく、かつ、長期間運転を続けても不要な絶縁性化合物
を生成しない空気極を具備したものであることがわか
る。この結果、発電効率の良い固体電解質型燃料電池を
得ることができる。
【００１３】なお、本発明に係る固体電解質型燃料電池
は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲
内で種々に変形することができる。特に、燃料電池の形
状は矩形状に限定されるものではなく、円板状のもので
あってもよい。
は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲
内で種々に変形することができる。特に、燃料電池の形
状は矩形状に限定されるものではなく、円板状のもので
あってもよい。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、ジルコニアと反応し易いＬａ，Ｃｏ，Ｏを主成
分とする第２層がジルコニアを主成分とする固体電解質
と接しない空気極構造としたので、絶縁性化合物の生成
を防ぐことができる。また、空気極が、分極による電圧
降下が小さくかつ電子伝導度が大きいＬａ，Ｃｏ，Ｏを
主成分とする第２層を有しているので、Ｌａ，Ｍｎ，Ｏ
を主成分とする材料だけで空気極を構成した場合よりも
小さい電圧降下ですむ。この結果、効率よい固体電解質
型燃料電池が得られる。
よれば、ジルコニアと反応し易いＬａ，Ｃｏ，Ｏを主成
分とする第２層がジルコニアを主成分とする固体電解質
と接しない空気極構造としたので、絶縁性化合物の生成
を防ぐことができる。また、空気極が、分極による電圧
降下が小さくかつ電子伝導度が大きいＬａ，Ｃｏ，Ｏを
主成分とする第２層を有しているので、Ｌａ，Ｍｎ，Ｏ
を主成分とする材料だけで空気極を構成した場合よりも
小さい電圧降下ですむ。この結果、効率よい固体電解質
型燃料電池が得られる。
【図１】本発明に係る固体電解質型燃料電池の一実施例
に用いられる電極付き固体電解質の構成図。
に用いられる電極付き固体電解質の構成図。
【図２】本発明に係る固体電解質型燃料電池の一実施例
を示す分解斜視図。
を示す分解斜視図。
１…固体電解質 ２…電気極 ２ａ…第１層 ２ｂ…第２層 ３…燃料極
Claims (1)
- 【請求項１】 ジルコニアを主成分とする固体電解質
と、 前記固体電解質の一方の面に直接接するＬａ，Ｍｎ，Ｏ
を主成分とする第１層と該第１層の表面に設けたＬａ，
Ｃｏ，Ｏを主成分とする第２層とで構成した空気極と、 前記固体電解質の他方の面に設けた燃料極と、 を備え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 |
|---|---|---|---|
| JP3224330A JPH0562688A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3224330A JPH0562688A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0562688A true JPH0562688A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16812069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3224330A Pending JPH0562688A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0562688A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0855630A (ja) * | 1994-05-09 | 1996-02-27 | Air Prod And Chem Inc | 電解質によるイオン輸送用の電気化学固体装置 |
| WO1996028856A1 (en) * | 1995-03-16 | 1996-09-19 | British Nuclear Fuels Plc | Solid oxide fuel cells with specific electrode layers |
| JP2001236969A (ja) * | 2000-02-23 | 2001-08-31 | Kyocera Corp | 固体電解質型燃料電池セル及びその製法並びに燃料電池 |
| JP2005276540A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Honda Motor Co Ltd | 電解質・電極接合体及びその製造方法 |
| JP2006236820A (ja) * | 2005-02-25 | 2006-09-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物型燃料電池および固体酸化物型燃料電池の製造方法 |
| JP2011150959A (ja) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Ngk Insulators Ltd | 固体酸化物形燃料電池のセル |
| JP2012119212A (ja) * | 2010-12-02 | 2012-06-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形燃料電池用単セル |
| RU2572243C1 (ru) * | 2014-08-14 | 2016-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный университет" | Манганит с гигантским значением константы магнитострикции, стабильным в диапазоне температур |
| CN114455638A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-05-10 | 天津巴莫科技有限责任公司 | 一种高锂离子扩散率的固态电解质材料及其制备方法 |
-
1991
- 1991-09-04 JP JP3224330A patent/JPH0562688A/ja active Pending
Cited By (11)
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| US6013386A (en) * | 1995-03-16 | 2000-01-11 | British Nuclear Fuels Plc | Solid oxide fuel cells with specific electrode layers |
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| CN114455638A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-05-10 | 天津巴莫科技有限责任公司 | 一种高锂离子扩散率的固态电解质材料及其制备方法 |
| CN114455638B (zh) * | 2021-12-28 | 2023-11-10 | 天津巴莫科技有限责任公司 | 一种高锂离子扩散率的固态电解质材料及其制备方法 |
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