JPH0795404B2 - 固体電解質膜 - Google Patents
固体電解質膜Info
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- JPH0795404B2 JPH0795404B2 JP2017344A JP1734490A JPH0795404B2 JP H0795404 B2 JPH0795404 B2 JP H0795404B2 JP 2017344 A JP2017344 A JP 2017344A JP 1734490 A JP1734490 A JP 1734490A JP H0795404 B2 JPH0795404 B2 JP H0795404B2
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- JP
- Japan
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- solid electrolyte
- electrode
- electrolyte membrane
- membrane
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
-
- 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
- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、固体電解質型燃料電池、固体電解質型酸素セ
ンサ、酸素ポンプなどの電気化学デバイスに用いる固体
電解質膜に関する。
ンサ、酸素ポンプなどの電気化学デバイスに用いる固体
電解質膜に関する。
従来の技術 従来、この種の電気化学デバイスにおいては、固体電解
質としてYSZ（イットリア安定化ジルコニア）が多用さ
れている。そして例えば高温固体電解質型燃料電池にお
いて用いる固体電解質膜としては、固体電解質粉末スラ
リーを基体に塗布・焼成して作製した膜、テープキャス
ティングにより作製した膜などが一般に用いられてい
る。
質としてYSZ（イットリア安定化ジルコニア）が多用さ
れている。そして例えば高温固体電解質型燃料電池にお
いて用いる固体電解質膜としては、固体電解質粉末スラ
リーを基体に塗布・焼成して作製した膜、テープキャス
ティングにより作製した膜などが一般に用いられてい
る。
固体電解質を用いる電気化学デバイスにおいては、固体
電解質の表面に直接電極を形成するのが一般的である。
電極の形成には蒸着やスパッタなどの薄膜形成法を始め
として各種の方法があるが、生産性の面から、スクリー
ン印刷やスラリー塗布・焼成あるいは電極シートと固体
電解質シートの貼合わせなどの方法がしばしば用いられ
る。
電解質の表面に直接電極を形成するのが一般的である。
電極の形成には蒸着やスパッタなどの薄膜形成法を始め
として各種の方法があるが、生産性の面から、スクリー
ン印刷やスラリー塗布・焼成あるいは電極シートと固体
電解質シートの貼合わせなどの方法がしばしば用いられ
る。
発明が解決しようとする課題 ところが、従来の固体電解質膜は主として固体電解質微
粉末を用いて緻密に作製され、特に塗布法やテープキャ
スティング法によって作製される固体電解質膜の表面は
一般に平滑性に富んでいる。
粉末を用いて緻密に作製され、特に塗布法やテープキャ
スティング法によって作製される固体電解質膜の表面は
一般に平滑性に富んでいる。
したがって、このような平滑な固体電解質膜上に形成さ
れる電極と固体電解質との接触界面は概ね二次元的な接
触状態を呈しており、強固な接合が得難い状態にある。
また、電極が酸化物からなる場合には、固体電解質との
反応を避けるためにできるだけ低温で焼結させることが
必要であるが、その結果良好な接合が得られないことが
しばしば起こる。そのため、デバイスの長期使用におい
て接合状態が変化して特性の劣化が生じたり、あるいは
熱衝撃によって電極の剥離が生じたりする問題がある。
れる電極と固体電解質との接触界面は概ね二次元的な接
触状態を呈しており、強固な接合が得難い状態にある。
また、電極が酸化物からなる場合には、固体電解質との
反応を避けるためにできるだけ低温で焼結させることが
必要であるが、その結果良好な接合が得られないことが
しばしば起こる。そのため、デバイスの長期使用におい
て接合状態が変化して特性の劣化が生じたり、あるいは
熱衝撃によって電極の剥離が生じたりする問題がある。
本発明は上記問題点を解消することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、固体電解質からなる繊維を固体電解質膜の表
面に付着させる、あるいは固体電解質からなる繊維の一
部が固体電解質膜の表面上に露出するように埋め込むこ
とを特徴とする。
面に付着させる、あるいは固体電解質からなる繊維の一
部が固体電解質膜の表面上に露出するように埋め込むこ
とを特徴とする。
作用 固体電解質膜に電極を形成する場合に、固体電解質膜の
表面に存在する固体電解質からなる繊維（もしくはその
一部）が電極内にくい込む状態となるため、熱衝撃等に
も強く、固体電解質と電極の接合界面が安定な状態に保
たれる結果、信頼度の高い電気化学デバイスを得ること
ができる。
表面に存在する固体電解質からなる繊維（もしくはその
一部）が電極内にくい込む状態となるため、熱衝撃等に
も強く、固体電解質と電極の接合界面が安定な状態に保
たれる結果、信頼度の高い電気化学デバイスを得ること
ができる。
実施例１ 第１図は、本発明の実施例になる固体電解質膜の断面構
造を示す模式図である。１は粒径約１μｍのYSZ（8mol
％Y2O3）粉末を用いてテープキャスティング法により作
製した固体電解質膜、２は固体電解質膜表面に埋め込ま
れた直径約３μｍ、長さ約10〜15μｍのYSZからなる固
体電解質繊維である。固体電解質繊維を埋め込んだ膜
は、予め作製した未焼成の固体電解質膜上に固体電解質
繊維を分散させた溶液を均一に塗布し、ほぼ乾燥した状
態でプレスした後1500℃で焼成することによって作製し
た。
造を示す模式図である。１は粒径約１μｍのYSZ（8mol
％Y2O3）粉末を用いてテープキャスティング法により作
製した固体電解質膜、２は固体電解質膜表面に埋め込ま
れた直径約３μｍ、長さ約10〜15μｍのYSZからなる固
体電解質繊維である。固体電解質繊維を埋め込んだ膜
は、予め作製した未焼成の固体電解質膜上に固体電解質
繊維を分散させた溶液を均一に塗布し、ほぼ乾燥した状
態でプレスした後1500℃で焼成することによって作製し
た。
第２図は、このようにして作製した固体電解質膜上にさ
らに（LaSr）−MnO3系粉末スラリーを塗布し乾燥させた
後、1300℃で焼成した後の積層膜の断面構造を模式的に
示している。固体電解質繊維が電極３内にくい込んでい
る状態を示したものである。
らに（LaSr）−MnO3系粉末スラリーを塗布し乾燥させた
後、1300℃で焼成した後の積層膜の断面構造を模式的に
示している。固体電解質繊維が電極３内にくい込んでい
る状態を示したものである。
このようにして作製した積層膜を以下のようにして評価
した。なお、比較のために、固体電解質繊維を埋め込ん
でいない膜に前記と同じ電極を形成した積層膜を前記同
様の方法で作製した。積層膜を空気中、RT〜1000℃（30
0℃/hの昇降温）のヒートサイクル試験（連続50回）に
供し、試験後積層膜の断面を観察することにより、固体
電解質と電極の剥離の有無などを調べた。その結果、固
体電解質繊維を埋め込んだ試料の場合、固体電解質と電
極の接合界面には何等の異常も認められず、初期の接合
状態が良好に保たれていることがわかった。
した。なお、比較のために、固体電解質繊維を埋め込ん
でいない膜に前記と同じ電極を形成した積層膜を前記同
様の方法で作製した。積層膜を空気中、RT〜1000℃（30
0℃/hの昇降温）のヒートサイクル試験（連続50回）に
供し、試験後積層膜の断面を観察することにより、固体
電解質と電極の剥離の有無などを調べた。その結果、固
体電解質繊維を埋め込んだ試料の場合、固体電解質と電
極の接合界面には何等の異常も認められず、初期の接合
状態が良好に保たれていることがわかった。
しかし、固体電解質繊維を用いていない試料において
は、電極の一部に剥離が生じたり電極と固体電解質膜双
方にマイクロクラックの発生が認められた。
は、電極の一部に剥離が生じたり電極と固体電解質膜双
方にマイクロクラックの発生が認められた。
実施例２ プレス成形により作製したYSZからなる固体電解質基板
の表面に実施例１と同様にして固体電解質繊維を埋め込
み、1500℃で焼成して直径14mm厚さ2mmのディスクを作
製した。さらに固体電解質繊維が埋め込まれた面に実施
例１と同様の方法で（LaSr）MnO3系酸化物電極（厚さ約
100μｍ）を形成し、もう一方の面に白金電極、ディス
ク周囲に白金参照極を取り付けた試料を作製した。比較
のために固体電解質繊維を用いていない試料を同様の方
法で作製した。そして作製したそれぞれ５個の試料を10
00℃で1000時間放置し、交流インピーダンス測定によ
り、放置前後の酸化物電極の1000℃における界面導電率
を求めて比較した。その結果を表に示した。
の表面に実施例１と同様にして固体電解質繊維を埋め込
み、1500℃で焼成して直径14mm厚さ2mmのディスクを作
製した。さらに固体電解質繊維が埋め込まれた面に実施
例１と同様の方法で（LaSr）MnO3系酸化物電極（厚さ約
100μｍ）を形成し、もう一方の面に白金電極、ディス
ク周囲に白金参照極を取り付けた試料を作製した。比較
のために固体電解質繊維を用いていない試料を同様の方
法で作製した。そして作製したそれぞれ５個の試料を10
00℃で1000時間放置し、交流インピーダンス測定によ
り、放置前後の酸化物電極の1000℃における界面導電率
を求めて比較した。その結果を表に示した。
この結果、固体電解質繊維を埋め込んだ場合には界面導
電率の変化はほとんどなく接合状態が良好に保たれる
が、固体電解質繊維を用いていない場合には接合状態に
変化が生じていることが明らかに認められた。また、初
期の界面導電率から判断して、固体電解質繊維により電
極反応面積が増し、反応速度が向上する効果も現われて
いると判断される。
電率の変化はほとんどなく接合状態が良好に保たれる
が、固体電解質繊維を用いていない場合には接合状態に
変化が生じていることが明らかに認められた。また、初
期の界面導電率から判断して、固体電解質繊維により電
極反応面積が増し、反応速度が向上する効果も現われて
いると判断される。
このように、固体電解質繊維を用いることにより、電極
と固体電解質の接合状態が著しく良化し、電極反応の改
善と安定化に寄与することが明らかである。
と固体電解質の接合状態が著しく良化し、電極反応の改
善と安定化に寄与することが明らかである。
以上の実施例では、固体電解質としてYSZ（イットリア
安定化ジルコニア）を、電極として（LaSr）MnO3を用い
たが、これに限定するものではない。また実施例では、
固体電解質繊維を固体電解質膜に埋め込んだ場合につい
て述べたが、例えば固体電解質繊維を分散させたスラリ
ーを塗布して高温で焼付け、表面に付着させても同様の
効果を得ることができる。さらに、固体電解質膜の片面
のみでなく、両面に固体電解質繊維を付着もしくは埋め
込むこともできる。固体電解質繊維のサイズも適宜設計
できる。付着あるいは埋め込み方法も実施例に限定する
ものではない。
安定化ジルコニア）を、電極として（LaSr）MnO3を用い
たが、これに限定するものではない。また実施例では、
固体電解質繊維を固体電解質膜に埋め込んだ場合につい
て述べたが、例えば固体電解質繊維を分散させたスラリ
ーを塗布して高温で焼付け、表面に付着させても同様の
効果を得ることができる。さらに、固体電解質膜の片面
のみでなく、両面に固体電解質繊維を付着もしくは埋め
込むこともできる。固体電解質繊維のサイズも適宜設計
できる。付着あるいは埋め込み方法も実施例に限定する
ものではない。
発明の効果 固体電解質からなる繊維を固体電解質膜の表面に付着あ
るいは埋め込むことにより、電極と固体電解質の接合状
態を向上させることができ、信頼性の高い電気化学デバ
イスを得ることができる。
るいは埋め込むことにより、電極と固体電解質の接合状
態を向上させることができ、信頼性の高い電気化学デバ
イスを得ることができる。
第１図は本発明の一実施例の固体電解質膜の断面図、第
２図は電極を形成した積層膜の断面図である。 １……固体電解質膜、２……固体電解質繊維、３……電
極。
２図は電極を形成した積層膜の断面図である。 １……固体電解質膜、２……固体電解質繊維、３……電
極。
Claims (2)
- 【請求項１】固体電解質からなる繊維を固体電解質膜表
面に付着させたことを特徴とする固体電解質膜。 - 【請求項２】固体電解質からなる繊維の一部を固体電解
質膜表面上に露出するように埋め込んだことを特徴とす
る請求項１記載の固体電解質膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017344A JPH0795404B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 固体電解質膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017344A JPH0795404B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 固体電解質膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03222206A JPH03222206A (ja) | 1991-10-01 |
| JPH0795404B2 true JPH0795404B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=11941438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017344A Expired - Fee Related JPH0795404B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | 固体電解質膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0795404B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3267034B2 (ja) * | 1993-03-10 | 2002-03-18 | 株式会社村田製作所 | 固体電解質型燃料電池の製造方法 |
| JP3070328B2 (ja) * | 1993-03-22 | 2000-07-31 | 松下電器産業株式会社 | 繊維状固体電解質成形体 |
| DE4314323C2 (de) * | 1993-04-30 | 1998-01-22 | Siemens Ag | Hochtemperaturbrennstoffzelle mit verbesserter Festelektrolyt/Elektroden-Grenzfläche und Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit verbesserter Festelektrolyt/Elektroden-Grenzfläche |
| DK200001482A (da) | 2000-10-05 | 2002-04-06 | Forskningsct Risoe | Elektrokemisk celle og fremgangsmåde til fremstilling af samme. |
-
1990
- 1990-01-26 JP JP2017344A patent/JPH0795404B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03222206A (ja) | 1991-10-01 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |