JP3795172B2 - Method for forming a fuel electrode in a solid oxide fuel cell - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体電解質型燃料電池の燃料極成膜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、固体電解質型燃料電池の研究、開発が鋭意に行われている。この固体電解質型燃料電池には平板方式と円筒方式とがあり、さらに円筒方式には縦縞方式と横縞方式とがある。そして特に、円筒縦縞方式の固体電解質型燃料電池は図5に示す構造のものがある。この従来の単電池106は、内側から順に多孔質ランタンマンガネート系酸化物(LaMnOn)の空気極支持管101、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)製の固体電解質102、ニッケル又はニッケル合金とYSZとのサーメット製の燃料極103の積層構造にして、外周面の一部にインタコネクタ104を燃料極103から絶縁し、かつ内部の空気極支持管101に接続する形で配置している。
【0003】
しかしながら、このような従来の縦縞円筒方式の固体電解質型燃料電池では、各要素の材料がすべてセラミックス製で、かつ約850〜1050℃の高温で作動するため、特に熱膨張率の違う異種材料が重なり合うインタコネクタ104の付近や電池底部に応力が集中してクラックが発生しやすい問題点があった。
【0004】
そこで、この従来の問題点を解決するものとして、特開平7−263001号公報では、図6に示す構造の固体電解質型燃料電池110が提案されている。この提案されている従来の固体電解質型燃料電池110は、中心部に燃料供給用導電性チューブ111を挿入する構造を特徴としている。すなわち、内側から順に燃料極112、固体電解質113、空気極114を形成し、中心部に燃料噴出のために多孔質にした燃料供給用導電性チューブ111を挿入し、この導電性チューブ111と燃料極112との間に燃料改質機能を持つ導電性フェルト115を充填し、そして導電性チューブ111に燃料ガス116を供給し、外周に空気117を流通させるようにした構造である。
【0005】
この固体電解質型燃料電池110の発電作用について説明すると、電池110の導電性チューブ111内に天然ガス、メタン、石炭ガス化ガスなどの燃料ガス116を供給し、導電性チューブ111の多孔質の管壁を通じて導電性フェルト115の部分に噴出させ、この導電性フェルト115と燃料極112と固体電解質113の部分で高温度条件下、通常、650℃〜1050℃の条件下で、次式の改質反応を起こす。
【0006】
【化1】
この改質反応で発生する水素に対して、固体電解質113を介して対極する燃料極112と空気極114との部分で次の化2式の発電反応を起こし、遊離した電子を集電することによって発電力を得る。
【0007】
【化2】
つまり、燃料極112においては化2(a)式に示すように、改質反応で生成された水素が、固体電解質113から供給される酸化物イオンと反応して水蒸気と電子を生成する。そして燃料極112で生成された電子が導電性フェルト115と導電性チューブ111を経て陰極118から外部回路に回り、陽極118を経て空気極114に到達すると、この空気極114において、化2(b)式に示すように空気117中の酸素と反応して酸化物イオンを生成し、これが固体電解質113に放出され、燃料極112側に到達して化2(a)式の反応に供されるのである。
【0008】
このような発電機構の燃料電池110において、空気極114、固体電解質113及び燃料極112の部分は次にようにして形成している。まず空気極114となるランタンマンガネート系の多孔質の基材に対して電気化学蒸着法、つまり、CVD(Chemical Vapor Deposition )−EVD(Electrocheical Vapor Deposition )法を用いて薄く、かつ緻密なYSZ膜を固体電解質113として形成し、さらにこのYSZ膜にニッケル、コバルト、ニッケル又はコバルトを主成分とする合金、あるいはニッケルジルコニアサーメットの粉末をスラリーコートし、同じように電気化学蒸着法を施して多孔質の燃料極112を成膜し、あるいは特開平4−349343号公報に掲載されているような溶射法を用いて成膜するのである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の固体電解質型燃料電池の各膜の成膜方法において、特に燃料極の成膜方法については、スラリーコートによるか、溶射による方法を用いていたのであるが、スラリーコート法の場合には膜厚を均一にすることが困難であり、また溶射法による場合、管体の内周面に成膜しようすると最低でも60mmφの内径を要し、それよりも小さい内径の管の内周面には成膜することができない問題点があった。
【0010】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、管内径が小さくてもその内周面に燃料極膜を成膜することができ、かつ均一な膜厚で燃料極膜を成膜することができる固体電解質型燃料電池の燃料極成膜方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の固体電解質型燃料電池の燃料極成膜方法は、ニッケル、コバルト、ニッケル又はコバルトを主成分とする合金、あるいはそれらのいずれかのサーメットの粉末とYSZ粉末とをバインダに混合した燃料極材料混合液中に基体を浸漬する工程と、前記基体を水平に保持しつつ回転させて、前記基体に付着している前記燃料極材料を乾燥させて燃料極材料膜を前記基体の内周面に形成する工程と、前記燃料極材料膜を焼成して前記基体の内周面に燃料極膜を形成する工程とから成るものである。
【0012】
この請求項1の発明の固体電解質型燃料電池の燃料極成膜方法では、浸漬工程でニッケル、コバルト、ニッケル又はコバルトを主成分とする合金、あるいはそれらのいずれかのサーメットの粉末とYSZ粉末とをバインダに混合した燃料極材料混合液中に基体を浸漬することにより、基体の内径が小さくても容易にその内周面全体に燃料極材料混合液を付着させることができ、この後にこの基体を水平に保持しつつ回転させて、基体内周面に付着している燃料極材料を乾燥させることにより、均一にして基体の内周面と密着性の良い燃料極材料膜を形成することができ、このために、この後に燃料極材料膜を焼成して基体の内周面に燃料極膜を形成することによって、均一にして基体の内周面と密着性の良い燃料極膜を成膜することができる。
【0013】
請求項2の発明は、請求項1の固体電解質型燃料電池の燃料極成膜方法において、前記燃料極材料混合液の浸漬工程と、前記燃料極材料の乾燥工程とを前記燃料極材料膜が所定の膜厚になるまで繰り返し、その後に前記焼成工程に移行して所定の膜厚の燃料極膜を形成するものであり、燃料極膜の膜厚制御が正確にできる。
【0014】
請求項3の発明は、請求項1又は2の固体電解質型燃料電池の燃料極成膜方法において、前記焼成工程に代えて、YSZのEVD工程を行うものであり、基体の内周面との密着性が良好で、かつ材質にすぐれた燃料極膜を形成することができる。
【0015】
請求項4の発明は、請求項1又は2の固体電解質型燃料電池の燃料極成膜方法において、前記焼成工程の後に、YSZのEVD工程を行うものであり、基体の内周面との密着性が良好で、かつ材質にすぐれた燃料極膜を形成することができる。
【0016】
請求項5の発明は、請求項1〜4の固体電解質型燃料電池の燃料極成膜方法において、前記燃料極材料の乾燥工程において、温風を前記基体の中心孔に挿通させるものであり、これによって基体の内周面に付着した燃料極材料の乾燥を早め、成膜時間の短縮が図れる。
請求項6の発明は、請求項1〜5の固体電解質型燃料電池の燃料極成膜方法において、前記燃料極材料混合液中には、希釈剤を混入することを特徴とするものであり、必要に応じて燃料極材料混合液中に希釈剤を混入することで燃料極材料混合液の粘度を調整できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。基体10は、従来例で説明したのと同様に、ストロンチウム添加ランタンマンガネート(LSM)製、円筒体の多孔質空気極1の内周面に、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)製の緻密な固体電解質2をCVD−EVD法によって形成したものである。この基体10の寸法は特に制限されるものではないが、固体電解質型燃料電池用として、以下では外形20mmφ、内径17mmφ、長さ0.5〜1mのものを用いた場合について説明する。
【0018】
燃料極材料混合液は、ニッケル(Ni)粉末、コバルト粉末(Co)粉末、酸化ニッケル(NiO)粉末、酸化コバルト(CoO)粉末、あるいはニッケルジルコニアサーメット粉末とYSZ粉末との混合粉末を、後の焼成温度で分解するセルロース系樹脂を主成分とするバインダと1:1/5〜2の重量比で混合し、さらに必要に応じて濃度調整のためにエーテルのような希釈剤1/5〜2の重量比で添加して混合したものである。
【0019】
そして図1に示すように、基体10の外周面全体に有機セルロース系テープやフィルムのカバー12を被着し、これを上記の燃料極材料混合液13の入った容器14内に差し入れて全体を液中に沈め、基体10の中心孔から内部に燃料極材料混合液を侵入させ、その後、この基体10を引き上げる。
【0020】
次に、燃料極材料混合液が基体10の内周面に付着した状態のまま(外周面にも付着するが、これは後の乾燥工程後にカバー12を取り除くことによって除去することができる)、図2及び図3に示すように対向して同一方向に回転する回転板15,15に両端を支持させ、回転させながら燃料極材料を乾燥させ、燃料極材料膜を基体10の内周面に生成させる。燃料極材料膜の厚さは10〜100μmである。
【0021】
各回転板15はモータで駆動され、回転速度の制御が可能であり、また基体10の長さに対応して相互の間隔を広狭移動調整することができるもので、さらに基体10の端部開口に差し込んで基体10の端部を支持すると共に、基体10の内部に温風17を吹き込む支持管16を備えている。
【0022】
そこでこの回転板15,15の回転によって基体10内に50〜100℃の温風17を吹き込みながら回転させることによって、図4に示すように、浸漬工程で基体10の内周面に付着した燃料極材料のバインダと溶剤が乾燥し、均一な燃料極材料膜18を生成する。回転板15,15の回転速度は実験的に決定するべきものであるが、例示すれば10〜300rpmとする。そして燃料極材料膜18の膜厚は目標として10〜100μmであり、用いる燃料極材料混合液の濃度によって1回の浸漬と回転乾燥で形成される膜厚は異なってくる。たとえば、ニッケル1:バインダ2の割合の混合液であれば濃度が高いので1回の浸漬と回転乾燥工程によって30μm程度の膜厚の燃料極材料膜18を形成することができる。またニッケル1:バインダ1:溶剤2の割合の混合液の場合、濃度が比較的低いので1回の浸漬と回転乾燥工程によって形成される燃料極材料膜18の膜厚は5〜10μmである。
【0023】
ここで1回の浸漬と回転乾燥工程とで基体10の内周面に形成される燃料極材料膜18の膜厚は上述のように燃料極材料混合液の濃度によって異なってくるので、1回の工程で燃料極材料膜18が目的とする膜厚に達しない場合には、この浸漬工程と回転乾燥工程を何度か繰り返して目的の膜厚を形成するようにする。
【0024】
次に、この燃料極材料膜18の形成された基体10に対して、従来から行われている焼成を行うことによって燃料極材料膜18をサーメット化して多孔質の燃料極膜を形成する。この焼成条件は特に限定されないが、例示すれば約1000〜1200℃、約3〜8時間で行う。
【0025】
こうして基体10の内周面に形成された燃料極材料膜18は、回転乾燥の工程で基体10の内周面に均一厚に密着するので、その結果、燃料極膜も膜厚が均一で基体10の固体電解質2との密着性も良好なものとなる。
【0026】
なお、1回の浸漬、回転乾燥工程で所望の膜厚の燃料極材料膜18が形成できない場合に、この浸漬、回転乾燥工程を何度か繰り返して所望の膜厚の燃料極材料膜18を形成する方法に代えて、浸漬−回転乾燥−焼成までのすべての工程を何度か繰り返して所望の膜厚の燃料極膜を成膜する方法を採用することができる。さらに、上述した回転乾燥工程では、基体10の内部に温風17を吹き込む方法を採ったが、これに代えて、あるいはこれと共に周囲雰囲気温度を高温に保ちつつ回転乾燥させる方法を採用してもよい。
【0027】
またさらに、上述した実施の形態では最終工程に焼成工程を採用したが、焼成工程に代えて、あるいは焼成工程の後でさらにYSZのEVD法を用いることが好ましい。
【0028】
YSZのEVD法を実施する場合、電気化学蒸着設備において1000〜1200℃の温度条件下で、基体10の外側にH2 とH2 Oとの混合酸化ガスを導入し、内側にイットリウム、ジルコニウムそれぞれの塩化物蒸気をキャリアガスに混入して供給し、2〜5時間電気化学蒸着を行い、燃料極膜のさらに内側にYSZ膜を成膜することになり、この成膜したYSZ膜も併せて最終的な燃料極膜となる。
【0029】
【実施例】
(実施例1)
空気極となる外径20mmφのLSM管の内周面に固体電解質膜となるYSZ膜を形成し、内径17mmφ、長さ50cmの基体の外周面をセロファンフィルムでカバーし、これをNi粉末1:セルロース系樹脂を主成分とするバインダ2の割合で混合した燃料極材料混合液中に浸漬した後引き上げて、回転板に両端支持するように水平に取り付け、基体の内部に50℃の温風を吹き込み、また外部雰囲気も50℃にした乾燥条件で、100rpmの回転速度で回転させながら乾燥させた。完全に乾燥した後に回転板から取り外して、内部に形成された燃料極材料膜を観察したが、膜厚は30μmであった。
【0030】
続いて、この基体から外部のセロファンカバーを取り去り、焼成炉に入れて焼成した。焼成条件は1200℃、5時間であった。
【0031】
この結果、基体の内周面に成膜された燃料極膜は、30μmの均一な膜厚であった。
【0032】
(実施例2)
実施例1と同じサイズ、材質の基体を、Ni粉末1:バインダ1:エーテル2の割合で混合した燃料極材料混合液中に浸漬した後、実施例1と同様の回転乾燥条件で回転乾燥させた。内部に形成された燃料極材料膜は、膜厚が10μmであった。そこで、この浸漬、回転乾燥工程を3回繰り返し、燃料極材料膜の膜厚を30μmにした。続いて、この基体を実施例1と同じ焼成条件で焼成した。
【0033】
この結果、基体の内周面に成膜された燃料極膜は、30μmの均一な膜厚であった。
【0034】
(実施例3)
実施例1,2それぞれで得られた固体電解質型燃料電池管に対して、さらにYSZのEVDを行った。EVD法は、電気化学蒸着設備において1000℃の温度下で、基体の外側にH2 とH2 Oとの混合酸化ガスを導入し、内側にイットリウム、ジルコニウムそれぞれの塩化物蒸気をキャリアガスに混入して供給して5時間を行い、燃料極膜のさらに内側に膜厚10μmのYSZ膜を形成した。
【0035】
(実施例4)
実施例1と同じサイズ、材質の基体を、Ni粉末1:バインダ1:エーテル2の割合で混合した燃料極材料混合液中に浸漬した後、実施例1と同様の回転乾燥条件で回転乾燥させた。内部に形成された燃料極材料膜は、膜厚が10μmであった。続いて、この基体を実施例1と同じ焼成条件で焼成して膜厚10μmの燃料極膜を形成した。
【0036】
この後、上記の浸漬、回転乾燥、焼成工程をさらに2回繰り返して、最終的に膜厚30μmの燃料極膜を形成した。
【0037】
(実施例5)
実施例1と同一の条件で浸漬、回転乾燥工程を行って、基体の内部に膜厚30μmの燃料極材料膜を形成した。続いて、この基体から外部のセロファンカバーを取り去り、実施例3と同一の条件でYSZのEVDを行った。
【0038】
この結果、基体の内周面に成膜された燃料極膜は、Ni層が30μmの均一な膜厚であり、さらにYSZ層が10μmの膜厚で共に均一であった。
【0039】
(実施例6)
実施例2と同一の条件で浸漬、回転乾燥工程を3回繰り返し、燃料極材料膜の膜厚を30μmにした基体を得た。続いて、この基体に実施例5と同じ条件でYSZのEVDを行った。
【0040】
この結果、基体の内周面に成膜された燃料極膜は、Ni層が30μmの均一な膜厚であり、さらにYSZ層が10μmの膜厚で共に均一であった。
【0041】
(実施例7)
実施例1と同じサイズ、材質の基体を、Ni粉末1:バインダ1:エーテル2の割合で混合した燃料極材料混合液中に浸漬した後、実施例1と同様の回転乾燥条件で回転乾燥させた。内部に形成された燃料極材料膜は、膜厚が10μmであった。続いて、この基体を実施例5と同じ条件でEVDを行い、Ni層の膜厚10μm、YSZ層の膜厚10μmの燃料極膜を形成した。この後、上記の浸漬、回転乾燥、EVD工程を繰り返して、最終的にNi層、YSZ層が2層ずつ交互に積層した合計40μmの燃料極膜を形成した。
【0042】
これらの各実施例で基体の内周面に成膜された燃料極膜の状態は、いずれも膜厚が均一であり、また固体電解質膜との密着性も良好なものであった。
【0043】
【発明の効果】
以上のように請求項1の発明によれば、浸漬工程でニッケル、コバルト、ニッケル又はコバルトを主成分とする合金、あるいはそれらのいずれかのサーメットの粉末とYSZ粉末とをバインダに混合した燃料極材料混合液中に基体を浸漬することにより、基体の内径が小さくても容易にその内周面全体に燃料極材料混合液を付着させることができ、この後にこの基体を水平に保持しつつ回転させて、基体内周面に付着している燃料極材料を乾燥させることにより、均一にして基体の内周面と密着性の良い燃料極材料膜を形成することができ、このために、この後に燃料極材料膜を焼成して基体の内周面に燃料極膜を形成することによって、均一にして基体の内周面と密着性の良い燃料極膜を成膜することができる。
【0044】
請求項2の発明によれば、燃料極材料混合液の浸漬工程と、燃料極材料の乾燥工程とを燃料極材料膜が所定の膜厚になるまで繰り返し、その後に焼成工程に移行して所定の膜厚の燃料極膜を形成するものであり、燃料極膜の膜厚制御が正確にできる。
【0045】
請求項3の発明によれば、焼成工程に代えてYSZのEVD工程を行うことにより、基体の内周面との密着性が良好で、かつ材質にすぐれた燃料極膜を形成することができる。
【0046】
請求項4の発明によれば、焼成工程の後にYSZのEVD工程を行うことにより、基体の内周面との密着性が良好で、かつ材質にすぐれた燃料極膜を形成することができる。
【0047】
請求項5の発明によれば、燃料極材料の乾燥工程において温風を基体の中心孔に挿通させるものであり、これによって基体の内周面に付着した燃料極材料の乾燥を早め、成膜時間の短縮が図れる。
請求項6の発明によれば、燃料極材料混合液中に希釈剤を混入することで燃料極材料混合液の粘度を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における基体の浸漬工程を示す説明図。
【図2】本発明における回転乾燥工程を示す説明図。
【図3】上記の回転乾燥工程に用いてる回転板の説明図。
【図4】本発明において回転乾燥工程を終えた時の気体の内部構造を示す断面図。
【図5】従来例の斜視図。
【図6】他の従来例の斜視図。
【符号の説明】
1 空気極
2 固体電解質
10 基体
12 カバー
13 燃料極材料混合液
14 容器
15 回転板
16 支持管
17 温風
18 燃料極材料膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel electrode film forming method for a solid oxide fuel cell.
[0002]
[Prior art]
In recent years, research and development of solid oxide fuel cells have been intensively conducted. This solid oxide fuel cell has a flat plate method and a cylindrical method, and the cylindrical method has a vertical stripe method and a horizontal stripe method. In particular, a cylindrical vertical stripe type solid oxide fuel cell has a structure shown in FIG. The
[0003]
However, in such a conventional vertical-stripe cylindrical solid oxide fuel cell, the materials of each element are all made of ceramics and operate at a high temperature of about 850 to 1050 ° C. There is a problem in that stress is concentrated near the overlapping interconnector 104 and the bottom of the battery and cracks are likely to occur.
[0004]
In order to solve this conventional problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-263001 proposes a solid
[0005]
The power generation operation of the solid
[0006]
[Chemical 1]
For the hydrogen generated by this reforming reaction, a power generation reaction of the following
[0007]
[Chemical 2]
That is, at the
[0008]
In the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional method for forming each film of the solid oxide fuel cell, the method for forming the fuel electrode, in particular, is based on slurry coating or thermal spraying. In this case, it is difficult to make the film thickness uniform, and in the case of the spraying method, it is necessary to have a minimum inner diameter of 60 mmφ when trying to form a film on the inner peripheral surface of the pipe body. There was a problem that the film could not be formed on the inner peripheral surface.
[0010]
The present invention has been made in view of such conventional problems. Even when the inner diameter of the tube is small, the fuel electrode film can be formed on the inner peripheral surface thereof, and the fuel electrode film can be formed with a uniform film thickness. An object of the present invention is to provide a method for forming a fuel electrode for a solid oxide fuel cell capable of forming a film.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for forming a fuel electrode in a solid oxide fuel cell, wherein nickel, cobalt, nickel or an alloy containing cobalt as a main component, or a cermet powder of any of them and a YSZ powder are mixed in a binder. immersing the substrate to the fuel electrode material mixture liquid was, said is rotated while held horizontally substrate, dried fuel electrode material layer using the fuel electrode material attached to the base of said substrate It comprises a step of forming on the inner peripheral surface and a step of firing the fuel electrode material film to form a fuel electrode film on the inner peripheral surface of the substrate.
[0012]
In the fuel electrode film forming method for a solid oxide fuel cell according to the first aspect of the present invention, nickel, cobalt, nickel or an alloy containing nickel as a main component in the immersing step, or a cermet powder of any of them, and a YSZ powder By immersing the substrate in the fuel electrode material mixture mixed with the binder, the fuel electrode material mixture can easily adhere to the entire inner peripheral surface of the substrate even if the inner diameter of the substrate is small. The fuel electrode material adhering to the inner peripheral surface of the substrate is dried by rotating while holding the electrode horizontally to form a fuel electrode material film having good adhesion to the inner peripheral surface of the substrate. For this purpose, the fuel electrode material film is subsequently fired to form the fuel electrode film on the inner peripheral surface of the substrate, thereby forming a uniform fuel electrode film having good adhesion to the inner peripheral surface of the substrate. can do
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the fuel electrode film forming method for a solid oxide fuel cell according to the first aspect, the fuel electrode material film comprises a dipping step of the fuel electrode material mixed solution and a drying step of the fuel electrode material. The process is repeated until a predetermined film thickness is obtained, and then the process proceeds to the firing step to form a fuel electrode film having a predetermined film thickness, whereby the film thickness of the fuel electrode film can be accurately controlled.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the fuel electrode film forming method of the solid oxide fuel cell according to the first or second aspect, instead of the firing step, an EVD step of YSZ is performed, A fuel electrode film having good adhesion and excellent material can be formed.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for forming a fuel electrode of a solid oxide fuel cell according to the first or second aspect, the EVD step of YSZ is performed after the firing step, and is in close contact with the inner peripheral surface of the substrate. It is possible to form a fuel electrode film having good properties and excellent material.
[0016]
The invention of claim 5 is the fuel electrode film forming method of the solid oxide fuel cell according to
Invention of Claim 6 is a fuel electrode film-forming method of the solid oxide fuel cell of Claims 1-5, In the said fuel electrode material liquid mixture, a diluent is mixed, It is characterized by the above-mentioned. If necessary, the viscosity of the fuel electrode material mixture can be adjusted by mixing a diluent into the fuel electrode material mixture.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The
[0018]
The fuel electrode material mixed liquid is nickel (Ni) powder, cobalt powder (Co) powder, nickel oxide (NiO) powder, cobalt oxide (CoO) powder, or mixed powder of nickel zirconia cermet powder and YSZ powder, A binder based on a cellulose resin that decomposes at the firing temperature is mixed in a weight ratio of 1: 1/5 to 2, and a diluent such as ether is used to adjust the concentration if necessary. And mixed at a weight ratio of
[0019]
Then, as shown in FIG. 1, an organic cellulose tape or
[0020]
Next, the fuel electrode material mixed solution remains attached to the inner peripheral surface of the substrate 10 (it also adheres to the outer peripheral surface, which can be removed by removing the
[0021]
Each
[0022]
Therefore, by rotating the
[0023]
Here, the film thickness of the fuel
[0024]
Next, the
[0025]
The fuel
[0026]
In addition, when the fuel
[0027]
Furthermore, in the above-described embodiment, the firing process is adopted as the final process, but it is preferable to use the YSZ EVD method instead of the firing process or after the firing process.
[0028]
When the EVS method of YSZ is carried out, a mixed oxidizing gas of H 2 and H 2 O is introduced to the outside of the
[0029]
【Example】
Example 1
A YSZ film as a solid electrolyte film is formed on the inner peripheral surface of an LSM tube having an outer diameter of 20 mmφ serving as an air electrode, and the outer peripheral surface of a substrate having an inner diameter of 17 mmφ and a length of 50 cm is covered with a cellophane film. Immerse it in the fuel electrode material mixture mixed at the ratio of the
[0030]
Subsequently, the external cellophane cover was removed from the substrate and placed in a firing furnace for firing. Firing conditions were 1200 ° C. and 5 hours.
[0031]
As a result, the fuel electrode film formed on the inner peripheral surface of the substrate had a uniform film thickness of 30 μm.
[0032]
(Example 2)
A substrate having the same size and material as in Example 1 was immersed in a fuel electrode material mixture mixed at a ratio of Ni powder 1: binder 1:
[0033]
As a result, the fuel electrode film formed on the inner peripheral surface of the substrate had a uniform film thickness of 30 μm.
[0034]
Example 3
YSZ EVD was further performed on the solid oxide fuel cell tubes obtained in Examples 1 and 2, respectively. In the EVD method, a mixed oxidizing gas of H 2 and H 2 O is introduced to the outside of the substrate at a temperature of 1000 ° C. in an electrochemical vapor deposition facility, and chloride vapors of yttrium and zirconium are mixed into the carrier gas inside. The YSZ film having a film thickness of 10 μm was formed further inside the fuel electrode film for 5 hours.
[0035]
(Example 4)
A substrate having the same size and material as in Example 1 was immersed in a fuel electrode material mixture mixed at a ratio of Ni powder 1: binder 1:
[0036]
Thereafter, the above immersion, rotary drying, and firing steps were repeated twice to finally form a fuel electrode film having a thickness of 30 μm.
[0037]
(Example 5)
A dipping and rotary drying process was performed under the same conditions as in Example 1 to form a fuel electrode material film having a thickness of 30 μm inside the substrate. Subsequently, the external cellophane cover was removed from the substrate, and EVD of YSZ was performed under the same conditions as in Example 3.
[0038]
As a result, in the fuel electrode film formed on the inner peripheral surface of the substrate, the Ni layer had a uniform film thickness of 30 μm, and the YSZ layer had a uniform film thickness of 10 μm.
[0039]
(Example 6)
Under the same conditions as in Example 2, the dipping and rotary drying steps were repeated three times to obtain a substrate having a fuel electrode material film thickness of 30 μm. Subsequently, this substrate was subjected to YSZ EVD under the same conditions as in Example 5.
[0040]
As a result, in the fuel electrode film formed on the inner peripheral surface of the substrate, the Ni layer had a uniform film thickness of 30 μm, and the YSZ layer had a uniform film thickness of 10 μm.
[0041]
(Example 7)
A substrate having the same size and material as in Example 1 was immersed in a fuel electrode material mixture mixed at a ratio of Ni powder 1: binder 1:
[0042]
In each of these examples, the state of the fuel electrode film formed on the inner peripheral surface of the substrate was uniform, and the adhesion to the solid electrolyte film was good.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a fuel electrode in which nickel, cobalt, nickel or an alloy containing cobalt as a main component, or any one of those cermet powders and YSZ powder is mixed in a binder in the dipping process. By immersing the substrate in the material mixture, the fuel electrode material mixture can be easily attached to the entire inner peripheral surface of the substrate even if the inner diameter of the substrate is small, and then the substrate is rotated while being held horizontally. Then, by drying the fuel electrode material adhering to the inner peripheral surface of the substrate, a fuel electrode material film having good adhesion to the inner peripheral surface of the substrate can be formed uniformly. By subsequently firing the fuel electrode material film to form the fuel electrode film on the inner peripheral surface of the substrate, it is possible to uniformly form the fuel electrode film having good adhesion to the inner peripheral surface of the substrate.
[0044]
According to the invention of
[0045]
According to the invention of claim 3, by performing the EVD process of YSZ instead of the firing process, it is possible to form a fuel electrode film having good adhesion to the inner peripheral surface of the substrate and excellent in material. .
[0046]
According to the fourth aspect of the present invention, by performing the YSZ EVD step after the firing step, it is possible to form a fuel electrode film having good adhesion to the inner peripheral surface of the substrate and excellent in material.
[0047]
According to the fifth aspect of the present invention, in the drying process of the fuel electrode material, the hot air is inserted into the center hole of the substrate, thereby speeding up the drying of the fuel electrode material adhering to the inner peripheral surface of the substrate and forming the film. Time can be shortened.
According to the invention of claim 6, the viscosity of the fuel electrode material mixture can be adjusted by mixing the diluent into the fuel electrode material mixture.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a substrate immersing step in the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a rotary drying process in the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a rotary plate used in the rotary drying process.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the internal structure of a gas when the rotary drying process is finished in the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a conventional example.
FIG. 6 is a perspective view of another conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基体を水平に保持しつつ回転させて、前記基体に付着している前記燃料極材料を乾燥させて燃料極材料膜を前記基体の内周面に形成する工程と、
前記燃料極材料膜を焼成して前記基体の内周面に燃料極膜を形成する工程とから成る固体電解質型燃料電池の燃料極成膜方法。Immersing the substrate in a fuel electrode material mixture obtained by mixing nickel, cobalt, nickel or an alloy containing nickel as a main component, or a cermet powder of any of them and a YSZ powder in a binder;
Forming the fuel electrode material film on the inner peripheral surface of the substrate by rotating the substrate while holding it horizontally to dry the fuel electrode material adhering to the substrate;
A fuel electrode film forming method for a solid oxide fuel cell, comprising: baking the fuel electrode material film to form a fuel electrode film on an inner peripheral surface of the substrate.
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| JP04444597A JP3795172B2 (en) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | Method for forming a fuel electrode in a solid oxide fuel cell |
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Publications (2)
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| JPH10241710A JPH10241710A (en) | 1998-09-11 |
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