JPH09190825A - Solid electrolyte fuel cell and unit cell used to its fuel cell - Google Patents
Solid electrolyte fuel cell and unit cell used to its fuel cellInfo
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質板の片
面に燃料極が、また反対面に空気極が設けられる単電池
が積層構造をなす固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）及
びそれに用いられる単電池に関し、さらに詳しくは固体
電解質型燃料電池における単電池の空気極の特性の改良
技術に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide fuel cell (SOFC) having a laminated structure in which a single cell having a fuel electrode on one side of a solid electrolyte plate and an air electrode on the opposite side has a laminated structure, and a single cell used for the same. More specifically, the present invention relates to a technique for improving the characteristics of the air electrode of a single cell in a solid oxide fuel cell.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池としては、電解質の種類によっ
てリン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型などが従来よ
り良く知られている。その中で固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）は、電解質としてリン酸水溶液や溶融炭酸
塩のような液体状材料の代わりにイオン導電性を有する
固体材料を用いたものである。2. Description of the Related Art As a fuel cell, a phosphoric acid type, a molten carbonate type, a solid electrolyte type and the like are well known depending on the type of electrolyte. Among them, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses a solid material having ionic conductivity as an electrolyte instead of a liquid material such as phosphoric acid aqueous solution or molten carbonate.
【０００３】そしてこの固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）は、リン酸型、溶融炭酸塩型など他の燃料電池に比
べて発電効率がよく、排熱温度も高いため効率的な利用
が可能な発電システムを構築できるということで近年特
に注目を浴びている。This solid oxide fuel cell (SOF
C) is particularly noteworthy in recent years because it has a higher power generation efficiency than other fuel cells such as phosphoric acid type and molten carbonate type and has a high exhaust heat temperature, so that a power generation system that can be used efficiently can be constructed. Taking a bath.
【０００４】その形態としては、平板型のものと円筒型
のものとに大きく分類される。それらのうち、平板型の
ものに分類される従来の自立膜平板型の固体電解質型燃
料電池（ＳＯＦＣ）の単電池は、電解質板の両面に空気
極および燃料極の薄膜をコーティングした３層構造とな
っている。The form thereof is roughly classified into a flat type and a cylindrical type. Among them, the conventional self-supporting membrane flat plate type solid oxide fuel cell (SOFC) unit cell, which is classified as a flat plate type, has a three-layer structure in which both sides of an electrolyte plate are coated with thin films of an air electrode and a fuel electrode. Has become.
【０００５】この従来の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）が、特開平７−６７７４号公報に示されている。こ
れについて、図５に示す自立膜平板型の固体電解質型燃
料電池（ＳＯＦＣ）の単電池の構造を参照して説明す
る。同図に示す単電池９は、燃料ガスが接する燃料極８
と空気が接する空気極６との間に固体電解質板７を挟ん
でいる。This conventional solid oxide fuel cell (SOF
C) is disclosed in JP-A-7-6774. This will be described with reference to the structure of a unit cell of a self-supporting membrane flat plate type solid oxide fuel cell (SOFC) shown in FIG. The unit cell 9 shown in the figure has a fuel electrode 8 in contact with fuel gas.
The solid electrolyte plate 7 is sandwiched between the solid electrolyte plate 7 and the air electrode 6 in contact with the air.
【０００６】また、自立膜平板型の固体電解質型燃料電
池（ＳＯＦＣ）は、燃料極８の外側および空気極６の外
側にそれぞれ図示せぬセパレータを設けた構造の単セル
が多数層にわたって積層状に設けられてなる。そしてこ
のように構成された固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
においては、燃料極８に燃料ガス（水素、一酸化炭素）
が接触し、空気極６には酸化ガス（空気、もしくは酸
素）が接触する。そして空気極６で生成した酸素イオン
（Ｏ2-）が電解質を移動して燃料極８に到達し、燃料極
８ではＯ2-が水素（Ｈ2）と反応して電子を放出する。
これにより、電気が作り出され、電気の流れが生ずるも
のである。In addition, in the self-supporting membrane flat plate type solid oxide fuel cell (SOFC), a single cell having a structure in which separators (not shown) are provided outside the fuel electrode 8 and outside the air electrode 6 is laminated in multiple layers. It is provided in. And a solid oxide fuel cell (SOFC) constructed in this way
In the fuel electrode 8, fuel gas (hydrogen, carbon monoxide)
And the oxidizing gas (air or oxygen) comes into contact with the air electrode 6. Then, oxygen ions (O 2− ) generated in the air electrode 6 move in the electrolyte and reach the fuel electrode 8, and in the fuel electrode 8, O 2− reacts with hydrogen (H 2 ) to release an electron.
As a result, electricity is generated and electricity flows.
【０００７】この固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）に
おいて、空気極６、電解質板７、燃料極８、各々の、電
気的特性、特に導電率が電池の性能に大きく影響する。
電解質板７は、ジルコニアによって形成されており、十
分な強度を保持するため、その厚さは約３００μｍ程度
とされている。空気極６は、ランタンマンガナイト系の
材料によって形成されており、その厚さは、ガスを透過
させる必要性から５０μｍ程度とされている。燃料極８
は、Ｎｉ−ＹＳＺ（ニッケル−イットリア安定化ジルコ
ニア）サーメット材料によって形成されており、空気極
６と同様に、ガスを透過させる必要性から、その厚さ
は、約５０μｍにされている。In this solid oxide fuel cell (SOFC), the electrical characteristics of the air electrode 6, the electrolyte plate 7 and the fuel electrode 8, particularly the electrical conductivity, greatly affect the performance of the cell.
The electrolyte plate 7 is made of zirconia and has a thickness of about 300 μm in order to maintain sufficient strength. The air electrode 6 is formed of a lanthanum manganite-based material, and the thickness thereof is set to about 50 μm in order to allow gas to pass therethrough. Fuel pole 8
Is formed of a Ni-YSZ (nickel-yttria-stabilized zirconia) cermet material, and its thickness is set to about 50 μm because it is necessary to allow gas to pass therethrough, like the air electrode 6.
【０００８】ところで、従来の自立膜平板型の固体電解
質型燃料電池（ＳＯＦＣ）では、その大きさが十分小さ
い場合、電解質板７の面に垂直な方向（図５の矢印Ｄに
示す方向、以下、垂直方向Ｄとする）の抵抗のみが問題
であったが、この抵抗値は比較的低い。そのため、電解
質材料以外の材料の導電率は電池性能に大きく影響する
ことはない。By the way, in the conventional self-supporting membrane flat plate type solid oxide fuel cell (SOFC), when the size is sufficiently small, the direction perpendicular to the surface of the electrolyte plate 7 (direction shown by arrow D in FIG. , The vertical direction D) was a problem, but this resistance value is relatively low. Therefore, the conductivity of materials other than the electrolyte material does not significantly affect the battery performance.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池が
大型化すると、電解質板７の面に平行な方向（図５の矢
印Ｃに示す方向、以下、面方向Ｃとする）にも電流が流
れることとなり、面方向Ｃに示す方向の抵抗が電池性能
に大きく影響する。具体的には、燃料極８のＮｉ−ＹＳ
Ｚの導電率は２００Ｓ／ｃｍ程度であるのに対して、空
気極６のランタンマンガナイトの導電率が２０Ｓ／ｃｍ
程度と低い。 すなわち、空気極６の材料の薄膜部分の
抵抗が原因で、電池の大型化に伴う電池性能の低下を招
いていた。However, when the battery is upsized, current also flows in a direction parallel to the surface of the electrolyte plate 7 (direction indicated by arrow C in FIG. 5, hereinafter referred to as surface direction C). Therefore, the resistance in the direction indicated by the surface direction C greatly affects the battery performance. Specifically, the Ni-YS of the fuel electrode 8
The conductivity of Z is about 200 S / cm, whereas the conductivity of the lanthanum manganite of the air electrode 6 is 20 S / cm.
The degree is low. That is, due to the resistance of the thin film portion of the material of the air electrode 6, the battery performance is deteriorated as the battery becomes larger.
【００１０】そこで、考えられるのが、空気極６の材料
をランタンマンガナイト系のもの以外のものにするとい
うことであるが、他の化合物では、ジルコニアとの反応
性や熱膨張率の不一致等の問題があり、適用は困難であ
る。すなわち、空気極６の材料は、ランタンマンガナイ
ト系のものが最適であり、したがって、空気極６の導電
率の向上には、限界がある。Therefore, it is conceivable to use a material other than lanthanum manganites for the material of the air electrode 6, but with other compounds, reactivity with zirconia, mismatch of thermal expansion coefficient, etc. Is difficult to apply. That is, the material of the air electrode 6 is optimally a lanthanum manganite-based material, and therefore, there is a limit to improving the conductivity of the air electrode 6.
【００１１】本発明の解決しようとする課題は、電極反
応に関わる空気極の材質を変更することなく、固体電解
質板の面方向の抵抗を低減し、面方向の導電率を向上さ
せることが可能な高性能な自立膜平板型の固体電解質型
燃料電池（ＳＯＦＣ）及びそれに用いられる単電池を提
供することにある。The problem to be solved by the present invention is to reduce the resistance in the plane direction of the solid electrolyte plate and improve the conductivity in the plane direction without changing the material of the air electrode involved in the electrode reaction. Another object of the present invention is to provide a high performance self-supporting membrane flat plate type solid oxide fuel cell (SOFC) and a single cell used therein.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の固体電解質型燃料電池は、固体電解質板の
片面に燃料極が、また反対面に空気極が設けられる単電
池が積層構造をなす固体電解質型燃料電池において、各
単電池の空気極の表面に被膜が施され、当該被膜が前記
空気極の材料の導電率よりも高い導電率を有する材料で
あることを要旨とする。In order to solve this problem, in the solid electrolyte fuel cell of the present invention, a unit cell in which a fuel electrode is provided on one surface of a solid electrolyte plate and an air electrode is provided on the opposite surface is laminated. In the solid oxide fuel cell having a structure, a coating is applied to the surface of the air electrode of each unit cell, and the coating is a material having a conductivity higher than that of the material of the air electrode. .
【００１３】その場合に、前記各単電池の空気極がラン
タンマンガナイト系の材料によって形成され、当該空気
極の被膜がランタンコバルタイト系の材料によって形成
されていることが、電解質板の面方向の抵抗を低減する
等、所望の電池性能を得る上で望ましい。In this case, the air electrode of each of the unit cells is formed of a lanthanum manganite-based material, and the coating of the air electrode is formed of a lanthanum cobaltite-based material. It is desirable to obtain the desired battery performance, such as reducing the resistance.
【００１４】また、本発明の固体電解質型燃料電池に用
いられる単電池は、固体電解質板の片面に燃料極が、ま
た反対面に空気極が設けられる単電池において、当該各
単電池の空気極の表面に被膜が施され、当該被膜が前記
空気極の材料の導電率よりも高い導電率を有する材料で
あることを要旨とする。The unit cell used in the solid oxide fuel cell of the present invention is a unit cell in which a fuel electrode is provided on one side of a solid electrolyte plate and an air electrode is provided on the opposite side. The gist of the present invention is that a coating is applied to the surface of, and the coating is a material having a conductivity higher than that of the material of the air electrode.
【００１５】その場合に、前記各単電池の空気極がラン
タンマンガナイト系の材料によって形成され、当該空気
極の被膜がランタンコバルタイト系の材料によって形成
されていることが、当該単電池を複数直列に積層する際
の接触抵抗を低減する上で望ましい。In this case, the air electrode of each of the unit cells is formed of a lanthanum manganite type material, and the coating of the air electrode is formed of a lanthanum cobaltite type material. It is desirable to reduce the contact resistance when stacked in series.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面を参照して詳細に説明する。図１は、固体電解質
型燃料電池（ＳＯＦＣ）１０の構造を示したものであ
る。同図に示すように、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）１０は、複数の単電池１８，１８…がランタンクロ
マイト系セラミック材料によるセパレータ２０，２０…
を介して積層状に設けられている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of a solid oxide fuel cell (SOFC) 10. As shown in the figure, the solid oxide fuel cell (SOF
C) 10 has a plurality of cells 18, 18 ... Separator 20, 20 ... Made of lanthanum chromite ceramic material.
Are provided in a laminated manner.
【００１７】この各単電池１８間に介設されるセパレー
タ２０は、その本体の四隅角部に燃料ガス管の挿通孔２
８ａ、２８ｃと、空気管の挿通孔２８ｂ、２８ｄとがそ
れぞれ対角線の位置関係で設けられている。この図では
セパレータ２０が単電池１８の空気極１６と対向する側
の面を示している。The separator 20 provided between the unit cells 18 has a fuel gas pipe insertion hole 2 at the four corners of the main body.
8a and 28c and air tube insertion holes 28b and 28d are provided in a diagonal positional relationship. In this figure, the surface of the separator 20 facing the air electrode 16 of the unit cell 18 is shown.
【００１８】また、空気管の挿通孔２８ｂ、２８ｄに連
通してその空気管を通って供給される空気を単電池１８
の空気極１６に接するように導入する空気入口と、その
空気極１６に導入された空気を排出させる空気出口とが
それぞれ設けられている。そして空気入口と空気出口と
の間には前述のように多本数の空気流路溝２６，２６…
が設けられ、これにより空気管より空気入口へ導入され
た空気がそれらの空気流路溝２６を貫流しながら単電池
１８の空気極１６に接触し、空気出口を通って空気管よ
り排出される。Further, the air which is communicated with the insertion holes 28b and 28d of the air pipe and is supplied through the air pipe is supplied to the unit cell 18.
The air inlet for introducing the air into the air electrode 16 and the air outlet for discharging the air introduced into the air electrode 16 are respectively provided. As described above, a large number of air flow channel grooves 26, 26 ... Are provided between the air inlet and the air outlet.
By this, the air introduced from the air pipe to the air inlet contacts the air electrode 16 of the unit cell 18 while flowing through the air flow passage grooves 26, and is discharged from the air pipe through the air outlet. .
【００１９】またこのセパレータ２０の裏面側、すなわ
ち単電池１８の燃料極１４と対向する側の面にも、この
空気極１６の対向面と同様に燃料ガス管を通って供給さ
れる燃料ガスを、単電池１８の燃料極１４に接するよう
に導入する燃料ガス入口と、その燃料極１４に導入され
た燃料ガスを排出させる燃料ガス出口とが設けられてい
る。The fuel gas supplied through the fuel gas pipe is also applied to the back surface of the separator 20, that is, the surface of the unit cell 18 facing the fuel electrode 14, similarly to the facing surface of the air electrode 16. A fuel gas inlet introduced so as to be in contact with the fuel electrode 14 of the unit cell 18 and a fuel gas outlet for discharging the fuel gas introduced into the fuel electrode 14 are provided.
【００２０】そして、やはりこのセパレータ２０の燃料
ガス入口と燃料ガス出口との間にも前述のように燃料ガ
ス流路溝が設けられ、燃料ガス入口へ導入された燃料ガ
スがこの燃料ガス流路溝を貫流する間に単電池１８の燃
料極１４に接し、燃料ガス出口を通って燃料ガス管より
排出される。The fuel gas passage groove is also provided between the fuel gas inlet and the fuel gas outlet of the separator 20 as described above, and the fuel gas introduced into the fuel gas inlet is the fuel gas passage. While flowing through the groove, it contacts the fuel electrode 14 of the unit cell 18, passes through the fuel gas outlet, and is discharged from the fuel gas pipe.
【００２１】この固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１
０の発電メカニズムは次の通りである。すなわち、セパ
レータ２０の空気流路溝２６を流れる空気が単電池１８
の空気極１６に接触することによりその空気極１６で酸
素イオン（Ｏ2-）が生成され、この酸素イオン（Ｏ2-）
が固体電解質板１２を移動して反対側面の燃料極１４に
到達し、燃料極１４側では、やはり、セパレータ２０の
燃料ガス流路溝を通って燃料ガスが流れているので空気
極１６側より移動してきた酸素イオン（Ｏ2-）がその燃
料ガス中の水素（Ｈ2 ）と反応して水蒸気（Ｈ2Ｏ）と
なり電子を放出し、これにより発電状態が得られる。This solid oxide fuel cell (SOFC) 1
The zero power generation mechanism is as follows. In other words, the air flowing through the air flow channel 26 of the separator 20 is the cell 18
Oxygen ions in the air electrode 16 by contact with the air electrode 16 (O 2-) is produced, the oxygen ions (O 2-)
Moves through the solid electrolyte plate 12 and reaches the fuel electrode 14 on the opposite side. At the fuel electrode 14 side, the fuel gas still flows through the fuel gas flow passage groove of the separator 20, so that the air electrode 16 side The moving oxygen ions (O 2− ) react with hydrogen (H 2 ) in the fuel gas to become water vapor (H 2 O) and emit electrons, whereby a power generation state is obtained.
【００２２】次に、図２の自立膜平板型の固体電解質型
燃料電池（ＳＯＦＣ）の固体電解質板の断面構造図を参
照して、単電池１８の構造について詳述する。同図に示
すように、この固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１０
の単電池１８では、例えばイットリア安定化ジルコニア
か、あるいはスカンジア安定化ジルコニア系セラミック
材料による固体電解質板１２の片面にＮｉ−ＹＳＺ（ニ
ッケル−イットリア安定化ジルコニア）サーメット材料
による燃料極１４が設けられている。Next, the structure of the unit cell 18 will be described in detail with reference to the sectional structure view of the solid electrolyte plate of the self-supporting membrane flat plate type solid oxide fuel cell (SOFC) of FIG. As shown in the figure, this solid oxide fuel cell (SOFC) 10
In the unit cell 18 of No. 1, the fuel electrode 14 made of Ni-YSZ (nickel-yttria stabilized zirconia) cermet material is provided on one surface of the solid electrolyte plate 12 made of, for example, yttria-stabilized zirconia or scandia-stabilized zirconia-based ceramic material. There is.
【００２３】反対側面にはランタンマンガナイト材料に
よる空気極１６が設けられ、その空気極１６の上側に
は、ランタンコバルタイト材料による導電機能性薄膜１
７が設けられている。すなわち、単電池１８は、固体電
解質板１２、燃料極１４、空気極１６及び導電機能性薄
膜１７の４層構造から成るものである。それぞれの層の
厚さは、固体電解質１２が約３００μｍ、燃料極１４、
空気極１６及び導電機能性薄膜１７がいずれも約５０μ
ｍとなっている。An air electrode 16 made of a lanthanum manganite material is provided on the opposite side, and an electrically conductive functional thin film 1 made of a lanthanum cobaltite material is provided above the air electrode 16.
7 are provided. That is, the unit cell 18 has a four-layer structure including the solid electrolyte plate 12, the fuel electrode 14, the air electrode 16, and the conductive functional thin film 17. The thickness of each layer is about 300 μm for the solid electrolyte 12, the fuel electrode 14,
Air electrode 16 and conductive functional thin film 17 are both about 50μ
m.
【００２４】１．導電特性について 次に、導電特性について説明する。空気極１６のランタ
ンマンガナイト材料の導電率は、２０Ｓ／ｃｍであり、
導電機能性薄膜１７のランタンコバルタイト材料の導電
率は、１００Ｓ／ｃｍ以上である。すなわち、導電機能
性薄膜１７の導電率は、空気極１６の導電率よりも非常
に高くなっている。 1. Conductivity Characteristics Next, the conductivity characteristics will be described. The conductivity of the lanthanum manganite material of the air electrode 16 is 20 S / cm,
The conductivity of the lanthanum cobaltite material of the conductive functional thin film 17 is 100 S / cm or more. That is, the conductivity of the conductive functional thin film 17 is much higher than the conductivity of the air electrode 16.
【００２５】したがって、本発明に係る単電池１８が図
５に示す従来の単電池９よりも、約５０μｍ、その厚さ
が厚くなっても、図２に示す単電池１８の垂直方向Ｂの
抵抗値への影響は、ほとんどない（単電池１８の厚さは
約４５０μｍ、単電池９の厚さは約４００μｍであ
る）。Therefore, even if the unit cell 18 according to the present invention is about 50 μm thicker than the conventional unit cell 9 shown in FIG. 5, the resistance of the unit cell 18 shown in FIG. There is almost no influence on the value (the thickness of the unit cell 18 is about 450 μm, and the thickness of the unit cell 9 is about 400 μm).
【００２６】また、導電機能性薄膜１７の導電率が、空
気極１６の導電率よりも非常に高くなっていることか
ら、単電池１８の面方向Ａの抵抗値は、従来の単電池９
に比べて低減されている。Since the conductivity of the conductive functional thin film 17 is much higher than that of the air electrode 16, the resistance value of the unit cell 18 in the surface direction A is the same as that of the conventional unit cell 9.
Has been reduced compared to.
【００２７】ここで、図３のランタンコバルタイトのコ
ーティング厚さと電池抵抗の関係を参照して、さらに説
明する。同図において、横軸は、ランタンコバルタイト
のコーティングの厚さを示し、縦軸は、単電池１８の抵
抗値を示している。より、具体的には、溝幅３ｍｍで５
ｃｍ×５ｃｍ大のセパレータ２０について単電池１８の
面方向Ａおよび垂直方向Ｂの抵抗を試算したものであ
る。Further description will be given with reference to the relationship between the coating thickness of lanthanum cobaltite and the battery resistance in FIG. In the same figure, the horizontal axis represents the thickness of the lanthanum cobaltite coating, and the vertical axis represents the resistance value of the unit cell 18. More specifically, with a groove width of 3 mm, 5
This is a trial calculation of the resistance in the plane direction A and the vertical direction B of the unit cell 18 for the separator 20 having a size of cm × 5 cm.
【００２８】この図に示すように、垂直方向Ｂの抵抗値
はランタンコバルタイト（導電性機能膜１７）の厚さに
かかわらず、一定である。一方、面方向Ａの抵抗値は、
ランタンコバルタイト（導電機能性薄膜１７）の厚さが
増すにつれて減少している。そこで、ランタンコバルタ
イト（導電機能性薄膜１７）を約５０μｍの厚さでコー
ティングすれば、面方向Ａの抵抗値が空気層１６のみの
場合（同図では、ランタンコバルタイトのコーティング
厚さが０である抵抗値）の約半分に低減することができ
る。As shown in this figure, the resistance value in the vertical direction B is constant regardless of the thickness of the lanthanum cobaltite (conductive functional film 17). On the other hand, the resistance value in the surface direction A is
It decreases as the thickness of lanthanum cobaltite (conductive functional thin film 17) increases. Therefore, by coating lanthanum cobaltite (conductive functional thin film 17) with a thickness of about 50 μm, when the resistance value in the surface direction A is only the air layer 16 (in the figure, the coating thickness of lanthanum cobaltite is 0). The resistance value can be reduced to about half.
【００２９】図４は、電解質板として１１ＳｃＳＺを使
用し、運転温度を１０００℃に設定した条件での、電極
部の寸法が５ｃｍ×５ｃｍ大の固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）の最終的な発電結果を示している。同図に
示すように、従来の３層構造の固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）は、最大出力が１６Ｗであったが、ランタ
ンコバルタイトを導電機能性薄膜１７としてコーティン
グして４層構造にすることにより、最大出力が３３Ｗ以
上になった。FIG. 4 shows the final power generation of a solid oxide fuel cell (SOFC) in which the size of the electrode part is 5 cm × 5 cm under the condition that 11ScSZ is used as the electrolyte plate and the operating temperature is set to 1000 ° C. The results are shown. As shown in the figure, the conventional solid oxide fuel cell (SOFC) having a three-layer structure has a maximum output of 16 W, but lanthanum cobaltite is coated as the conductive functional thin film 17 to form a four-layer structure. As a result, the maximum output became 33 W or more.
【００３０】このように、導電機能性薄膜１７をコーテ
ィングすると、接触面の材料抵抗が低くなる。そのた
め、単電池１８を複数直列に積層しても、電池性能の低
下が防止することができる。また、従来のものに比べ
て、電池性能そのものは、格段に向上させることが可能
になる。As described above, when the conductive functional thin film 17 is coated, the material resistance of the contact surface becomes low. Therefore, even if a plurality of unit cells 18 are stacked in series, deterioration of battery performance can be prevented. Further, the battery performance itself can be remarkably improved as compared with the conventional one.
【００３１】２．その他の特性について 次に、導電特性以外の点について説明を加える。ランタ
ンコバルタイトは、ジルコニアとの反応性や熱膨張係数
の不一致の点で、ランタンマンガナイトよりも劣る。し
かしながら、本発明における固体電解質型燃料電池（Ｓ
ＯＦＣ）１０においては、ランタンコバルタイト材料か
ら成る導電機能性薄膜１７は、導電機能のみを分担する
ため、固体電解質板１２との反応等の問題は生じないよ
うになっている。 2. Regarding Other Properties Next, points other than the conductive properties will be described. Lanthanum cobaltite is inferior to lanthanum manganite in terms of reactivity with zirconia and mismatch of thermal expansion coefficient. However, the solid oxide fuel cell (S
In the OFC) 10, the conductive functional thin film 17 made of the lanthanum cobaltite material is responsible for only the conductive function, so that problems such as reaction with the solid electrolyte plate 12 do not occur.
【００３２】すなわち、空気極１６の導電率は、電池性
能に影響しなくなるため、空気極１６の材料設計（材料
組成や膜厚、気孔率等）の自由度が広がる。That is, since the conductivity of the air electrode 16 does not affect the battery performance, the degree of freedom in designing the material of the air electrode 16 (material composition, film thickness, porosity, etc.) is increased.
【００３３】尚、本発明は、上記した実施の形態に何ら
限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範
囲で種々の改変が可能である。例えば、一般的には、空
気極１６の気孔率は少ないことが望ましいが、ランタン
コバルタイトを導電機能性薄膜１７として用いることに
より、空気極１６の導電率が電池性能に影響しなくなる
ため、材料設計をする場合に、空気極１６の気孔率が少
々大きくなっても良い。The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, it is generally desirable that the air electrode 16 has a low porosity, but by using lanthanum cobaltite as the conductive functional thin film 17, the conductivity of the air electrode 16 does not affect the battery performance, so When designing, the porosity of the air electrode 16 may be slightly increased.
【００３４】[0034]
【発明の効果】本発明の固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）は、各単電池の空気極の表面に被膜が施され、当該
被膜が前記空気極の材料の導電率よりも高い導電率を有
する材料であるため、電解質板の面方向の抵抗を低減す
ることができる。したがって、電池の大型化に伴う電池
性能の低下を防止することができる。The solid oxide fuel cell (SOF) of the present invention
In C), a coating is applied to the surface of the air electrode of each unit cell, and since the coating has a higher conductivity than that of the material of the air electrode, the resistance in the surface direction of the electrolyte plate is reduced. can do. Therefore, it is possible to prevent a decrease in battery performance due to an increase in size of the battery.
【００３５】また、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
の各単電池の空気極がランタンマンガナイト系の材料に
よって形成され、空気極の被膜がランタンコバルタイト
系の材料によって形成されているため、空気極の導電率
は電池性能に影響しなくなるため、空気極の材料設計
（材料塑性や膜厚、気孔率など）の自由度が広くなる。Solid oxide fuel cell (SOFC)
Since the air electrode of each unit cell is formed of a lanthanum manganite-based material, and the air electrode coating is formed of a lanthanum cobaltite-based material, the conductivity of the air electrode does not affect the battery performance, The degree of freedom in material design (material plasticity, film thickness, porosity, etc.) of the air electrode is widened.
【００３６】また、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）
に用いられる単電池は、その空気極の表面に被膜が施さ
れ、当該被膜が前記空気極の材料（ランタンマンガナイ
ト）の導電率よりも高い導電率を有する材料（ランタン
コバルタイト）であるから、複数直列に積層する際の接
触面の材料抵抗、すなわち、接触抵抗を低減することが
できる。Solid oxide fuel cell (SOFC)
The unit cell used in the above has a coating on the surface of its air electrode, and the coating is a material (lanthanum cobaltite) having a higher conductivity than that of the material of the air electrode (lanthanum manganite). It is possible to reduce the material resistance of the contact surface, that is, the contact resistance when a plurality of layers are stacked in series.
【図１】本発明の一実施形態に係る自立膜平板型の固体
電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の積層構造を示す斜視図
である。FIG. 1 is a perspective view showing a stacked structure of a self-supporting membrane flat plate type solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示した自立膜平板型の固体電解質型燃料
電池（ＳＯＦＣ）の固体電解質板の断面構造図である。FIG. 2 is a sectional structural view of a solid electrolyte plate of the self-supporting membrane flat plate type solid oxide fuel cell (SOFC) shown in FIG.
【図３】ランタンコバルタイトのコーティング厚さと単
電池１８の抵抗との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the coating thickness of lanthanum cobaltite and the resistance of the unit cell 18.
【図４】従来の３層構造電池と本発明の一実施形態に係
る４層構造電池の発電性能を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing power generation performance of a conventional three-layer structure battery and a four-layer structure battery according to an embodiment of the present invention.
【図５】従来の自立膜平板型の固体電解質型燃料電池
（ＳＯＦＣ）の固体電解質板の断面構造図である。FIG. 5 is a cross-sectional structural view of a solid electrolyte plate of a conventional free-standing membrane flat plate solid oxide fuel cell (SOFC).
１０ 固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ） １２ 固体電解質板 １４ 燃料極 １６ 空気極 １７ 導電機能性薄膜 １８ 単電池 ２０ セパレータ 10 Solid Electrolyte Fuel Cell (SOFC) 12 Solid Electrolyte Plate 14 Fuel Electrode 16 Air Electrode 17 Conductive Functional Thin Film 18 Single Cell 20 Separator
Claims (4)
対面に空気極が設けられる単電池が積層構造をなす固体
電解質型燃料電池において、 当該各単電池の空気極の表面に被膜が施され、当該被膜
が前記空気極の材料の導電率よりも高い導電率を有する
材料であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。1. A solid electrolyte type fuel cell having a laminated structure of unit cells having a fuel electrode on one side of a solid electrolyte plate and an air electrode on the other side, and a coating is formed on the surface of the air electrode of each unit cell. A solid oxide fuel cell, wherein the coating is a material having a conductivity higher than that of the material of the air electrode.
ナイト系の材料によって形成され、当該空気極の被膜が
ランタンコバルタイト系の材料によって形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電
池。2. The air electrode of each unit cell is formed of a lanthanum manganite-based material, and the coating of the air electrode is formed of a lanthanum cobaltite-based material. Solid oxide fuel cell.
池であって、固体電解質板の片面に燃料極が、また反対
面に空気極が設けられる単電池において、 当該各単電池の空気極の表面に被膜が施され、当該被膜
が前記空気極の材料の導電率よりも高い導電率を有する
材料であることを特徴とする単電池。3. A unit cell used for a solid oxide fuel cell, wherein a fuel electrode is provided on one surface of a solid electrolyte plate and an air electrode is provided on the other surface of the solid electrolyte plate. A unit cell having a coating on its surface, the coating being a material having a higher conductivity than that of the material of the air electrode.
池であって、前記各単電池の空気極がランタンマンガナ
イト系の材料によって形成され、当該空気極の被膜がラ
ンタンコバルタイト系の材料によって形成されているこ
とを特徴とする請求項３に記載の単電池。4. A unit cell used for a solid oxide fuel cell, wherein the air electrode of each unit cell is formed of a lanthanum manganite-based material, and the coating of the air electrode is formed of a lanthanum cobaltite-based material. The unit cell according to claim 3, wherein the unit cell is formed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8020385A JPH09190825A (en) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | Solid electrolyte fuel cell and unit cell used to its fuel cell |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8020385A JPH09190825A (en) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | Solid electrolyte fuel cell and unit cell used to its fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09190825A true JPH09190825A (en) | 1997-07-22 |
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ID=12025574
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| JP8020385A Pending JPH09190825A (en) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | Solid electrolyte fuel cell and unit cell used to its fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09190825A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1383195A3 (en) * | 2002-07-19 | 2005-08-31 | Toho Gas Co., Ltd. | Single cell for a solid oxide fuel cell |
| JP2005276540A (en) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Honda Motor Co Ltd | Electrolyte/electrode assembly and its manufacturing method |
| WO2009069685A1 (en) | 2007-11-27 | 2009-06-04 | Honda Motor Co., Ltd. | Free-standing membrane electrolyte electrode assembly |
| JP2011150959A (en) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Ngk Insulators Ltd | Cell of solid oxide fuel cell |
-
1996
- 1996-01-10 JP JP8020385A patent/JPH09190825A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1383195A3 (en) * | 2002-07-19 | 2005-08-31 | Toho Gas Co., Ltd. | Single cell for a solid oxide fuel cell |
| US7108938B2 (en) | 2002-07-19 | 2006-09-19 | Toho Gas Co., Ltd. | Single cell for a solid oxide fuel cell |
| JP2005276540A (en) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Honda Motor Co Ltd | Electrolyte/electrode assembly and its manufacturing method |
| WO2009069685A1 (en) | 2007-11-27 | 2009-06-04 | Honda Motor Co., Ltd. | Free-standing membrane electrolyte electrode assembly |
| US8399146B2 (en) | 2007-11-27 | 2013-03-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Free-standing membrane electrolyte electrode assembly |
| JP2011150959A (en) * | 2010-01-25 | 2011-08-04 | Ngk Insulators Ltd | Cell of solid oxide fuel cell |
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