JPH0567473A - 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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- JPH0567473A JPH0567473A JP3227983A JP22798391A JPH0567473A JP H0567473 A JPH0567473 A JP H0567473A JP 3227983 A JP3227983 A JP 3227983A JP 22798391 A JP22798391 A JP 22798391A JP H0567473 A JPH0567473 A JP H0567473A
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- fuel cell
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- 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
- H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電池の性能及び信頼性に優れ、かつ一体焼成
により容易に製造することができる固体電解質型燃料電
池を提供する。 【構成】 ジルコニア系酸素イオン導伝性材料よりなる
電解質膜３と、該電解質膜３の一方の面に配置されたア
ノード極１と、該他方の面に配置されたカソード極５と
を備える固体電解質型燃料電池において、該電解質膜３
の両面に酸化セリウム系酸素イオン導伝性材料よりなる
薄膜２，４を形成する。 【効果】 アノード極（燃料極）１側のＣｅＯ2 系薄膜
２は、還元されるが、電極反応に対する触媒性能及び電
子導伝性が期待できる。この結果、燃料極側の分極を低
減することが可能になる。一方、カソード（空気極）側
５では空気極材料成分と電解質膜３のＹＳＺ，ＣＳＺ等
のジルコニア系電解質材料との接触を防ぎ、それらの成
分間の反応を封じることで、セルを１２００℃以上の高
温に晒すことが可能となる。このため、五層膜一体焼成
をし易くなり、セルの製造工程を簡素化できる。
により容易に製造することができる固体電解質型燃料電
池を提供する。 【構成】 ジルコニア系酸素イオン導伝性材料よりなる
電解質膜３と、該電解質膜３の一方の面に配置されたア
ノード極１と、該他方の面に配置されたカソード極５と
を備える固体電解質型燃料電池において、該電解質膜３
の両面に酸化セリウム系酸素イオン導伝性材料よりなる
薄膜２，４を形成する。 【効果】 アノード極（燃料極）１側のＣｅＯ2 系薄膜
２は、還元されるが、電極反応に対する触媒性能及び電
子導伝性が期待できる。この結果、燃料極側の分極を低
減することが可能になる。一方、カソード（空気極）側
５では空気極材料成分と電解質膜３のＹＳＺ，ＣＳＺ等
のジルコニア系電解質材料との接触を防ぎ、それらの成
分間の反応を封じることで、セルを１２００℃以上の高
温に晒すことが可能となる。このため、五層膜一体焼成
をし易くなり、セルの製造工程を簡素化できる。
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
係り、特に、製造が容易で、電池特性に優れた固体電解
質型燃料電池に関する。
係り、特に、製造が容易で、電池特性に優れた固体電解
質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体電解質型燃料電池は、ＹＳＺ
（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 系）、ＣＳＺ（ＺｒＯ2 −ＣａＯ
系）等のジルコニア系酸素イオン導伝性材料よりなる電
解質膜の両面にアノード（燃料極）及びカソード（空気
極）の電極膜を積層した構成とされている。
（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 系）、ＣＳＺ（ＺｒＯ2 −ＣａＯ
系）等のジルコニア系酸素イオン導伝性材料よりなる電
解質膜の両面にアノード（燃料極）及びカソード（空気
極）の電極膜を積層した構成とされている。
【０００３】なお、カソード側電極材料としてはＬａ
0.6 Ｓｒ0.4 ＭｎＯ3 等が採用され、一方、アノード側
電極材料としては、ＹＳＺ，ＣＳＺ等のジルコニア系材
料とＮｉとのサーメットが使用されており、電極反応に
対する触媒作用や電子導電性は、ほとんどＮｉのみの機
能に頼っている。
0.6 Ｓｒ0.4 ＭｎＯ3 等が採用され、一方、アノード側
電極材料としては、ＹＳＺ，ＣＳＺ等のジルコニア系材
料とＮｉとのサーメットが使用されており、電極反応に
対する触媒作用や電子導電性は、ほとんどＮｉのみの機
能に頼っている。
【０００４】ところで、酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）系の
酸素イオン導伝体は、その導伝率がＹＳＺに比較して高
い。但し、還元性の雰囲気に晒されると、還元されて電
子導伝性も持つようになり、イオン輸率が低下する。し
かし、同時に電極反応に対する触媒機能が期待できるこ
とが判っている。このようなことから、この還元性雰囲
気に弱いＣｅＯ2 系電解質の特性を改善するために、そ
の表面にＹＳＺ薄膜をコートすることが提案されている
（特開平２−２９５０６８号）。
酸素イオン導伝体は、その導伝率がＹＳＺに比較して高
い。但し、還元性の雰囲気に晒されると、還元されて電
子導伝性も持つようになり、イオン輸率が低下する。し
かし、同時に電極反応に対する触媒機能が期待できるこ
とが判っている。このようなことから、この還元性雰囲
気に弱いＣｅＯ2 系電解質の特性を改善するために、そ
の表面にＹＳＺ薄膜をコートすることが提案されている
（特開平２−２９５０６８号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＹＳＺ，ＣＳＺ等のジ
ルコニア系材料のみから構成される電解質膜では、１２
００℃以上の高温で、例えば空気極材料中のＬａやＳｒ
がＹＳＺ中に拡散し、電解質膜と空気側電極との界面に
電気抵抗の非常に大きい所謂パイロクロア型化合物が形
成され、セル特性が悪化するという欠点がある。また、
このようなことから、各層のグリーン体を積層して焼成
する一体焼成による製造が不可能であるという欠点もあ
る。一方、燃料極側では、前述の如く、Ｎｉのみに導電
性と触媒性能の全てを期待することになるため、信頼性
の面で問題がある。
ルコニア系材料のみから構成される電解質膜では、１２
００℃以上の高温で、例えば空気極材料中のＬａやＳｒ
がＹＳＺ中に拡散し、電解質膜と空気側電極との界面に
電気抵抗の非常に大きい所謂パイロクロア型化合物が形
成され、セル特性が悪化するという欠点がある。また、
このようなことから、各層のグリーン体を積層して焼成
する一体焼成による製造が不可能であるという欠点もあ
る。一方、燃料極側では、前述の如く、Ｎｉのみに導電
性と触媒性能の全てを期待することになるため、信頼性
の面で問題がある。
【０００６】前記特開平２−２９５０６８号で提案され
るＣｅＯ2 系の電解質の表面にＹＳＺ薄膜をコートした
ものでは、ＹＳＺ薄膜を完全に緻密に形成することはか
なり困難であることから、ＣｅＯ2 系電解質のイオン輸
率の低下を、ＹＳＺ薄膜により十分に防止し得ないとい
う欠点がある。
るＣｅＯ2 系の電解質の表面にＹＳＺ薄膜をコートした
ものでは、ＹＳＺ薄膜を完全に緻密に形成することはか
なり困難であることから、ＣｅＯ2 系電解質のイオン輸
率の低下を、ＹＳＺ薄膜により十分に防止し得ないとい
う欠点がある。
【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決し、性能
及び信頼性に優れ、かつ一体焼成により容易に製造する
ことができる固体電解質型燃料電池を提供することを目
的とする。
及び信頼性に優れ、かつ一体焼成により容易に製造する
ことができる固体電解質型燃料電池を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の固体電解質型燃
料電池は、ジルコニア系酸素イオン導伝性材料よりなる
電解質膜と、該電解質膜の一方の面に配置されたアノー
ド極と、該他方の面に配置されたカソード極とを備える
固体電解質型燃料電池において、該電解質膜の両面に酸
化セリウム系酸素イオン導伝性材料よりなる薄膜を形成
したことを特徴とする。
料電池は、ジルコニア系酸素イオン導伝性材料よりなる
電解質膜と、該電解質膜の一方の面に配置されたアノー
ド極と、該他方の面に配置されたカソード極とを備える
固体電解質型燃料電池において、該電解質膜の両面に酸
化セリウム系酸素イオン導伝性材料よりなる薄膜を形成
したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明において、電解質膜の両面に形成された
ＣｅＯ2 系酸素イオン導伝性材料（以下「ＣｅＯ2 系電
解質材料」と称する場合がある。）よりなる薄膜（以
下、単に「ＣｅＯ2 系薄膜」と称する場合がある。）の
うち、アノード極（燃料極）側のＣｅＯ2 系薄膜は、還
元されるが、電極反応に対する触媒性能及び電子導伝性
が期待できる。この結果、燃料極側の分極を低減するこ
とが可能になる。
ＣｅＯ2 系酸素イオン導伝性材料（以下「ＣｅＯ2 系電
解質材料」と称する場合がある。）よりなる薄膜（以
下、単に「ＣｅＯ2 系薄膜」と称する場合がある。）の
うち、アノード極（燃料極）側のＣｅＯ2 系薄膜は、還
元されるが、電極反応に対する触媒性能及び電子導伝性
が期待できる。この結果、燃料極側の分極を低減するこ
とが可能になる。
【００１０】一方、カソード（空気極）側では空気極材
料成分と電解質膜を形成するＹＳＺ，ＣＳＺ等のジルコ
ニア系電解質材料との接触を防ぎ、それらの成分間の反
応を封じることで、セルを１２００℃以上の高温に晒す
ことが可能となる。このため、各層のグリーン体を積層
して焼成する一体焼成をし易くなり、セルの製造工程を
簡素化できる。
料成分と電解質膜を形成するＹＳＺ，ＣＳＺ等のジルコ
ニア系電解質材料との接触を防ぎ、それらの成分間の反
応を封じることで、セルを１２００℃以上の高温に晒す
ことが可能となる。このため、各層のグリーン体を積層
して焼成する一体焼成をし易くなり、セルの製造工程を
簡素化できる。
【００１１】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の固体電解質型
燃料電池の実施例について詳細に説明する。第１図は本
発明の固体電解質型燃料電池の一実施例にかかる平板型
固体電解質型燃料電池の単セルの断面図である。
燃料電池の実施例について詳細に説明する。第１図は本
発明の固体電解質型燃料電池の一実施例にかかる平板型
固体電解質型燃料電池の単セルの断面図である。
【００１２】図中、１は燃料極側のアノード電極膜、
２，４はＣｅＯ2 系薄膜、３は電解質膜、５は空気極側
のカソード電極膜である。
２，４はＣｅＯ2 系薄膜、３は電解質膜、５は空気極側
のカソード電極膜である。
【００１３】アノード電極膜１は、ＣｅＯ2 系電解質材
料とニッケル（Ｎｉ）とのサーメットで形成されたもの
が好ましく、その膜厚は通常２０〜５００μｍ程度とさ
れる。
料とニッケル（Ｎｉ）とのサーメットで形成されたもの
が好ましく、その膜厚は通常２０〜５００μｍ程度とさ
れる。
【００１４】一方、カソード電極膜５の構成材料として
は、例えばＬａ0.6 Ｓｒ0.4 ＭｎＯ3 を主成分とするも
のが挙げられ、その膜厚は通常２０〜５００μｍ程度と
される。
は、例えばＬａ0.6 Ｓｒ0.4 ＭｎＯ3 を主成分とするも
のが挙げられ、その膜厚は通常２０〜５００μｍ程度と
される。
【００１５】電解質膜３は、ＹＳＺ又はＣＳＺ等のジル
コニア系酸素イオン導伝性材料で形成されたものであ
り、その膜厚は通常１０〜５００μｍ程度とされる。
コニア系酸素イオン導伝性材料で形成されたものであ
り、その膜厚は通常１０〜５００μｍ程度とされる。
【００１６】このような電解質膜の両面に形成されるＣ
ｅＯ2 系電解質材料よりなるＣｅＯ2 系薄膜２，４のう
ち、アノード電極膜１側の薄膜２の膜厚は、０〜５００
μｍであることが好ましく、カソード電極膜５側の薄膜
４の膜厚は５０〜５００μｍであることが好ましい。
ｅＯ2 系電解質材料よりなるＣｅＯ2 系薄膜２，４のう
ち、アノード電極膜１側の薄膜２の膜厚は、０〜５００
μｍであることが好ましく、カソード電極膜５側の薄膜
４の膜厚は５０〜５００μｍであることが好ましい。
【００１７】なお、本発明において、ＣｅＯ2 系電解質
材料としては、ＣｅＯ2 にＹ2 Ｏ3又はＳｍ2 Ｏ3 ，Ｓ
ｒＯ，Ｃｄ2 Ｏ3 ，ＣａＯ，Ｓｃ2Ｏ3 ，Ｎｂ2 Ｏ3 等
をドープしたものを用いることができる。
材料としては、ＣｅＯ2 にＹ2 Ｏ3又はＳｍ2 Ｏ3 ，Ｓ
ｒＯ，Ｃｄ2 Ｏ3 ，ＣａＯ，Ｓｃ2Ｏ3 ，Ｎｂ2 Ｏ3 等
をドープしたものを用いることができる。
【００１８】このような本発明の固体電解質型燃料電池
は、焼成したＹＳＺ電解質膜の表面にＰＶＤ法やＣＶＤ
法により順次構成膜を積層して製造することもできる
が、ドクターブレード法により、５層の各構成膜をグリ
ーン体として積層形成し、これを一体焼成することによ
り容易に製造することができる。
は、焼成したＹＳＺ電解質膜の表面にＰＶＤ法やＣＶＤ
法により順次構成膜を積層して製造することもできる
が、ドクターブレード法により、５層の各構成膜をグリ
ーン体として積層形成し、これを一体焼成することによ
り容易に製造することができる。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の固体電解質
型燃料電池によれば、電解質膜の両面に形成したＣｅＯ
2 系薄膜のＣｅＯ2 系材料の触媒効果及び電子導電性を
有効に利用することにより、 燃料極側の分極を緩和することができる。 空気極側では、ＣｅＯ2 系材料を空気極と電解質の
間に介在させることで、両者の成分元素間の接触を断
ち、第三の物質が形成されることを防止できる。 より、高温でのセルの一体焼成が可能になる。 といった優れた効果が奏され、電池の性能及び信頼性に
優れ、製造が容易な固体電解質型燃料電池が提供され
る。
型燃料電池によれば、電解質膜の両面に形成したＣｅＯ
2 系薄膜のＣｅＯ2 系材料の触媒効果及び電子導電性を
有効に利用することにより、 燃料極側の分極を緩和することができる。 空気極側では、ＣｅＯ2 系材料を空気極と電解質の
間に介在させることで、両者の成分元素間の接触を断
ち、第三の物質が形成されることを防止できる。 より、高温でのセルの一体焼成が可能になる。 といった優れた効果が奏され、電池の性能及び信頼性に
優れ、製造が容易な固体電解質型燃料電池が提供され
る。
【００２０】本発明の固体電解質型燃料電池は、次世代
の高効率発電装置として期待される固体電解質型燃料電
池や酸素分離膜、酸素センサー等の分野に極めて有用で
ある。
の高効率発電装置として期待される固体電解質型燃料電
池や酸素分離膜、酸素センサー等の分野に極めて有用で
ある。
【図１】第１図は本発明の固体電解質型燃料電池の一実
施例を示す断面図である。
施例を示す断面図である。
１ アノード電極（燃料極）膜 ２，４ ＣｅＯ2 系薄膜 ３ 電解質膜 ５ カソード電極（空気極）膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 和俊 岡山県玉野市玉３丁目１番１号 三井造船 株式会社玉野事業所内
Claims (1)
- 【請求項１】 ジルコニア系酸素イオン導伝性材料より
なる電解質膜と、該電解質膜の一方の面に配置されたア
ノード極と、該他方の面に配置されたカソード極とを備
える固体電解質型燃料電池において、 該電解質膜の両面に酸化セリウム系酸素イオン導伝性材
料よりなる薄膜を形成し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 |
|---|---|---|---|
| JP3227983A JPH0567473A (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | 固体電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3227983A JPH0567473A (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | 固体電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0567473A true JPH0567473A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16869325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3227983A Pending JPH0567473A (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | 固体電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0567473A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001283876A (ja) * | 2000-04-03 | 2001-10-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池の単電池 |
| JP2001283877A (ja) * | 2000-04-03 | 2001-10-12 | Tokyo Gas Co Ltd | 固体電解質型燃料電池の単電池、およびその製造方法 |
| JP2001351646A (ja) * | 2000-06-07 | 2001-12-21 | Tokyo Gas Co Ltd | ＬａＧａＯ３系固体電解質型燃料電池 |
| WO2002035634A1 (en) * | 2000-10-23 | 2002-05-02 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Anode assembly for an electrochemical cell |
| JP2003263996A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-09-19 | Mitsubishi Materials Corp | 固体酸化物型燃料電池 |
| JP2004119161A (ja) * | 2002-09-25 | 2004-04-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体電解質型燃料電池用単電池及びこれを用いた燃料電池並びに固体電解質型燃料電池用単電池の製造方法 |
| JP2004342431A (ja) * | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Toyota Motor Corp | 固体電解質型燃料電池 |
| EP1170812A3 (en) * | 2000-07-04 | 2005-02-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Solid oxide fuel cell having perovskite solid electrolytes |
| JP2005216761A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及び燃料電池 |
| JP2006278089A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Kyocera Corp | 燃料電池セル及び燃料電池 |
| JP2007305312A (ja) * | 2006-05-08 | 2007-11-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 |
| JP2011181262A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Kyocera Corp | 固体電解質形燃料電池セル |
-
1991
- 1991-09-09 JP JP3227983A patent/JPH0567473A/ja active Pending
Cited By (12)
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|---|---|---|---|---|
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