JPH0883620A - インターコネクタ材料 - Google Patents

インターコネクタ材料

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JPH0883620A
JPH0883620A JP6217001A JP21700194A JPH0883620A JP H0883620 A JPH0883620 A JP H0883620A JP 6217001 A JP6217001 A JP 6217001A JP 21700194 A JP21700194 A JP 21700194A JP H0883620 A JPH0883620 A JP H0883620A
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JP
Japan
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conductivity
reduction
interconnector
thermal expansion
expansion coefficient
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Withdrawn
Application number
JP6217001A
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English (en)
Inventor
Kazutaka Mori
一剛 森
Hitoshi Miyamoto
均 宮本
Tsuneaki Matsudaira
恒昭 松平
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体電解質としてYSZを使用する電気化学
セルのインターコネクタ材料に関する。 【構成】 (Y1-x Cax )(Cr1-y Mgy )O
3 (但し、0.1≦x≦0.4、0.05≦y≦0.
2)なる化学組成を有するイットリウムランタンクロマ
イト質材料よりなるYSZ型電気化学セルのインターコ
ネクタ材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質燃料電池や固
体電解質水蒸気電解装置のような電気化学セルのインタ
ーコネクタ材料に関する。
【0002】
【従来の技術】固体電解質燃料電池(以下、SOFCと
略称する)を例に採って説明すると、SOFCにおいて
は、単セルを複層化し電圧を上げて電力を得るため、接
続用材料としてのインターコネクタが使用される。イン
ターコネクタは電気的な接続をすると同時に、高温にお
いて酸化性ガス(空気)と還元性ガス(燃料)を分離す
る役目を併せもっている。従って、インターコネクタ材
料として、金属としては高融点金属、酸化物としてはM
g,Caなどをドーピングしたペロブスカイト型酸化物
であるランタンクロマイトが使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】高融点金属でもSOF
Cの使用温度は1000℃程度と高いため、長時間の使
用においては酸化雰囲気では酸化物を形成して表面が絶
縁体となるため、電気の導通が悪くなるため好ましくな
い。一方、酸化物であるランタンクロマイトは酸化雰囲
気中では安定であるものの導電性が低く、還元雰囲気中
では還元されて導電性などの特性が変化しやすいという
問題がある。そこで、導電性向上のため、Mg、Ca、
Srなどのアルカリ土類金属をドーピングして使用して
いる。導電性はSr>Ca>Mgの順にドーピングされ
たランタンクロマイトの導電率は高くなる。
【0004】次に、SOFCは固体電解質(例えばイッ
トリア安定化ジルコニア:YSZ)及び酸素極、燃料極
などの電極及びインターコネクタの複合体であるため、
インターコネクタとベースとなるYSZの熱膨張率は一
致している必要がある。この点からはSrをドーピング
したランタンクロマイトが熱膨張率:10×10-6・℃
-1程度であり、固体電解質であるYSZとほぼ一致して
いる。従って、SOFC用のインターコネクタとしては
導電率が高く、また固体電解質であるYSZと熱膨張率
がほぼ一致する、Srをドーピングしたランタンクロマ
イトが使用されている。しかしながら、還元雰囲気での
挙動をみると、Srをドーピングしたランタンクロマイ
トは還元による膨張が比較的大きいため、インターコネ
クタの変形及び割れ、電極との剥離などの原因になるこ
とが推察される。
【0005】また、その他のインターコネクタ候補材料
として希土類金属元素−クロマイト系のペロブスカイト
型酸化物が候補材料として考えられている。その中で
も、Y 1-x Cax CrO3 (カルシウムドープイットリ
ウムクロマイト)は有望な材料と考えられるものの還元
による膨張が比較的大きく、この点が問題として残され
ている。
【0006】本発明は上記技術水準に鑑み、導電性が高
く、熱膨張率も10×10-6・℃-1程度であって、しか
も還元性雰囲気下においても膨張が非常に少い電気化学
セルのインターコネクタ材料を提供しようとするもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は(Y1-x
x )(Cr1-y Mgy )O3 (但し、0.1≦x≦
0.4、0.05≦y≦0.2)なる化学組成を有する
イットリウムランタンクロマイト質材料よりなることを
特徴とするイットリア安定化ジルコニア固体電解質型電
気化学セルのインターコネクタ材料である。
【0008】本発明によって、導電率が20S・cm-1
以上、還元膨張率が0.2%以下、熱膨張係数がYSZ
の熱膨張率10.2×10-6・℃-1に近いインターコネ
クタ材が提供される。
【0009】
【作用】本発明はイットリウムクロマイト質材料の導電
率を落さないで還元時の膨張を防止するため鋭意検討を
行った結果、イットリウムクロマイトのAサイトYとB
サイトCrの固溶元素としてCaとMgを同時に置換さ
せることにより還元時の膨張を低くおさえることが可能
であることを見出した。従来、BサイトのCrの一部を
Mgで置換すれば還元時の膨張は少いことは判明してい
たが、Mg置換の場合、1000℃における導電率は1
0〜15S・cm-1程度と低く、また、熱膨張率も8〜
9×10-6・℃-1程度であった。一方、AサイトのYの
一部をCaで置換した場合、1000℃における導電率
は30S・cm-1以上と高く、また熱膨張率も10×1
-6・℃-1程度とSOFCの主要構成部材であるYSZ
とほぼ一致しているが、還元時における膨張が大きいこ
とがわかっていた。
【0010】しかしながら、本発明のように、Aサイト
のYの一部をCaで、BサイトのCrの一部をMgで同
時置換することによりSOFCのインターコネクタとし
て要求される性質、つまり熱膨張率をYSZにほぼ一致
させ、導電率は高く、かつ、還元時における膨張をほぼ
防止できるようにしたものである。
【0011】
【実施例】イットリウムクロマイトとして下記組成のペ
ロブスカイト型酸化物を試作した。
【化1】(Y1-x Cax )(Cr1-y Mgy )O3 但し、0≦x≦0.5、0≦y≦0.4
【0012】原料粉末として、酸化イットリウム、炭酸
カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化クロムを所定割合
に配合した後、ボールミルを用いて混合し、次に130
0℃において10時間熱処理して複合酸化物粉末を得
た。次に、100kg/cm2で一軸プレスして60m
mφ×5mmt程度の円板を得た後、2000kg/c
2 でCIP処理して成形体を得た。最後に1500〜
1700℃の各条件において焼結して焼結体を得た。
【0013】次に、円板焼結体から3×4×40mmの
テストピースを加工し物性測定用サンプルとした。各物
性測定は次のように実施した。
【0014】〔還元膨張率〕:テストピースを水素雰囲
気中、1000℃5時間保持した後冷却し、長さ変化を
測定した。
【0015】〔導電率〕:テストピースに4本の白金リ
ード線(間隔:約10mm)を巻きつけ、各温度におい
て直流4端子法により測定した。
【0016】〔熱膨張率〕:テストピースを10℃/m
inで昇温し、熱膨張を連続的に測定した。
【0017】図1は還元膨張率のデータを示す。横軸は
イットリウムクロマイトの組成、縦軸は還元膨張率を示
す。x=0.2の場合還元膨張率は0.3%であり大き
いのに対し、x=0.2でもy=0.1とすると還元膨
張率は0.08%であり、かなり低下させることが可能
である。
【0018】図2は1000℃における導電率を示す。
横軸はイットリウムクロマイトの組成、縦軸は導電率を
示す。x=0.2,y=0の場合37S・cm-1と高い
が、x=0,y=0.1では14S・cm-1と半分以下
となる。一方、x=0.2,y=0.1とすることによ
り33S・cm-1程度となり、導電率の低下は小さい。
【0019】図3は熱膨張率を示す。横軸はイットリウ
ムクロマイトの組成、縦軸は熱膨張率を示す。x=0.
2,y=0の場合、10.3×10-6・℃-1とYSZ
(10.3×10-6・℃-1)と一致しているが、y=
0.1,x=0の場合、9.0×10-6・℃-1と10%
の差が生じる。x=0.2,y=0.1とすることによ
り熱膨張率は10.2×10-6・℃-1とYSZとほぼ一
致している。
【0020】図4はx及びyを連続的に変化させて試作
したサンプルの還元膨張率を示す。横軸はxであり、縦
軸が還元膨張率を示す。図中のデータはそれぞれyを変
えた時のデータである。還元膨張率を0.4%以下とす
るにはxが0.4以下yが0.2以下とすることが好ま
しいことが判る。
【0021】以上のデータを奏合して考察した結果、本
発明のYSZを使用する電気化学セルのインターコネク
タ材料として適当なイットリウムクロマイトの化学組成
(Y 1-x Cax )(Cr1-y Mgy )のxは0.1≦x
≦0.4、yは0.05≦y≦0.2の範囲であること
を確認した。
【0022】
【発明の効果】イットリウムクロマイト(YCrO3
材料について、Yの一部をCa,Crの一部をMgに置
換することにより、還元時における膨張を防止できると
同時に導電率及び熱膨張率も高く保持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(Y1-x Cax )(Cr1-y Mgy )の還元膨
張率と組成(x,y値)の一実施例の関係を示す図表。
【図2】(Y1-x Cax )(Cr1-y Mgy )の導電率
と組成(x,y値)の一実施例の関係を示す図表。
【図3】(Y1-x Cax )(Cr1-y Mgy )の熱膨張
率と組成(x,y値)の一実施例の関係を示す図表。
【図4】(Y1-x Cax )(Cr1-y Mgy )の還元膨
張率と組成(x,y値)の一般的な関係を示す図表。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (Y1-x Cax )(Cr1-y Mgy )O
    3 (但し、0.1≦x≦0.4、0.05≦y≦0.
    2)なる化学組成を有するイットリウムランタンクロマ
    イト質材料よりなることを特徴とするイットリア安定化
    ジルコニア固体電解質型電気化学セルのインターコネク
    タ材料。
JP6217001A 1994-09-12 1994-09-12 インターコネクタ材料 Withdrawn JPH0883620A (ja)

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JPH0883620A true JPH0883620A (ja) 1996-03-26

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ID=16697269

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JP6217001A Withdrawn JPH0883620A (ja) 1994-09-12 1994-09-12 インターコネクタ材料

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JP (1) JPH0883620A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5958304A (en) * 1993-06-21 1999-09-28 Gas Research Institute Doped lanthanum chromite material for bipolar interconnects for solid oxide fuel cells
JP2012099322A (ja) * 2010-11-01 2012-05-24 Ngk Insulators Ltd 固体酸化物型燃料電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5958304A (en) * 1993-06-21 1999-09-28 Gas Research Institute Doped lanthanum chromite material for bipolar interconnects for solid oxide fuel cells
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