JP4658488B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、固体電解質を用いた固体酸化物形燃料電池(SOFC)に関する。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid electrolyte.
従来より、固体酸化物形燃料電池のセルデザインとして、平板型(スタック型)、円筒型(チューブ型)などが提案されている。 Conventionally, as a cell design of a solid oxide fuel cell, a flat plate type (stack type), a cylindrical type (tube type), and the like have been proposed.
平板型セルは、板状の電解質の表面及び裏面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、こうして形成されたセルはセパレーターを介して複数個積層された状態で使用される。セパレーターは各セルに供給される燃料ガスと空気とを完全に分離する役割を果たしており、各セルとセパレーターとの間にはガスシールが施されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、この平板型セルでは、セルに対して圧力をかけてガスシールを施すため、セルが振動や熱サイクルなどに対して脆弱であるなどの欠点があり、実用化に大きな課題を有している。 In the flat plate-type cell, a fuel electrode and an air electrode are respectively disposed on the front and back surfaces of a plate-like electrolyte, and a plurality of cells formed in this manner are used in a state where they are stacked via separators. The separator plays a role of completely separating the fuel gas and air supplied to each cell, and a gas seal is provided between each cell and the separator (for example, Patent Document 1). However, this flat cell has a drawback in that it is vulnerable to vibration, thermal cycle, etc. because it applies a gas seal by applying pressure to the cell. Yes.
一方、円筒型セルは、円筒形の電解質の外周面及び内周面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、円筒縦縞型、円筒横縞型などが提案されている(例えば、特許文献2)。ところが、円筒型セルは、ガスシール性に優れるという利点を有する一方、平板型セルに比べて構造が複雑であるため、製造プロセスが複雑になり、製造コストが高くなるという欠点がある。 On the other hand, a cylindrical cell has a fuel electrode and an air electrode arranged on the outer peripheral surface and inner peripheral surface of a cylindrical electrolyte, and a cylindrical vertical stripe type, a cylindrical horizontal stripe type, and the like have been proposed (for example, Patent Documents). 2). However, the cylindrical cell has an advantage of excellent gas sealing properties, but has a disadvantage that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high because the structure is more complicated than that of the flat plate cell.
さらに、次の問題もある。平板型セル及び円筒型セルのいずれも、性能を向上させるためには電解質の薄膜化によるオーミックな抵抗の低減が必要となるが、電解質が薄すぎると振動や熱サイクルに対して脆弱化してしまい、耐振性や耐久性が低下するという問題があった。 In addition, there are the following problems. In order to improve the performance of both flat and cylindrical cells, it is necessary to reduce ohmic resistance by reducing the thickness of the electrolyte. However, if the electrolyte is too thin, it becomes vulnerable to vibration and thermal cycling. There was a problem that the vibration resistance and durability deteriorated.
このため、上述した平板型、円筒型に代わる燃料電池として、燃料極及び空気極を固体電解質からなる基板の同一面上に配置し、燃料ガスおよび酸化剤ガスの混合ガスを供給することにより発電が可能な非隔膜式固体酸化物形燃料電池が提案されている(例えば、特許文献3)。この燃料電池によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する必要がないため、セパレーター及びガスシールが不要となり、構造及び製造工程の大幅な簡略化を図ることができる。 For this reason, as a fuel cell that replaces the flat plate type and the cylindrical type described above, the fuel electrode and the air electrode are arranged on the same surface of the substrate made of a solid electrolyte, and power is generated by supplying a mixed gas of fuel gas and oxidant gas. A non-diaphragm solid oxide fuel cell that can be used has been proposed (for example, Patent Document 3). According to this fuel cell, since it is not necessary to separate the fuel gas and the oxidant gas, the separator and the gas seal are not required, and the structure and the manufacturing process can be greatly simplified.
また、この非隔膜式固体酸化物形燃料電池では、酸素イオンの伝導が主として固体電解質の表層付近で起こり、燃料極と空気極とを固体電解質の同一面上に近接して形成するため、平板型や円筒型のように電解質の厚みが電池の性能に直接影響することはない。したがって、電池の性能を維持したまま電解質の厚みを増すことができ、これによって脆弱性を改善することが可能となる。
ところで、特許文献3に示される固体電解質形燃料電池の場合、通常、燃料極では、燃料の水素ガス(H2)やメタン(CH4)が燃料極と電解質との界面で電子(e-)を放出すると同時に、空気極側から移動してくる酸素イオン(O2-)と反応して、水分子或いは炭酸ガス(CO2)が生成される。このとき、水素などから放出された電子(e-)は、インターコネクター等の外部電器回路を通って電気的な役割を果たした後、空気極に供給される。一方、空気極と電解質との界面では空気中の酸素(O2)が、供給された電子(e-)と反応して酸素イオン(O2-)になり、この酸素イオン(O2-)は電解質中に取り込まれて燃料極側に移動する。以上のような反応を繰り返すことにより発電がなされるのである。
By the way, in the case of the solid electrolyte fuel cell shown in
例えば、特許文献3に示されるように、櫛形に電極を形成し、電極の端部に集電体を形成して集電を行う場合、燃料極で発生した電子(e-)は、燃料極内を移動し、その端部に形成された集電体で集電される。そして、その電子(e-)は、外部電気回路を通った後、空気極内にて酸素と反応するため、端部に形成された集電体から空気極内を長さ方向に移動する。
For example, as shown in
ところが、電子(e-)が燃料極内或いは空気極内を移動する際には、電極の内部抵抗により、電子伝導損失が発生するという問題がある。より詳細に説明すると、一般的に、発電量を多くするには両電極を長くすることが好ましいと考えられるが、集電体からの距離が長くなると、電子伝導時の損失が大きくなり発電効率が低下するという問題がある。例えば、図6に示すように、電極6,8の端部に集電体61,81を設けると、電極6,8を長く形成しても集電体61,81からの距離が長くなるにしたがって電極活性が低下するため、電極全体を有効に活用することができず、発電効率が低下していた。
However, when electrons (e − ) move in the fuel electrode or the air electrode, there is a problem that electron conduction loss occurs due to the internal resistance of the electrodes. More specifically, in general, it is considered preferable to lengthen both electrodes in order to increase the amount of power generation. However, as the distance from the current collector increases, the loss during electron conduction increases and the power generation efficiency There is a problem that decreases. For example, as shown in FIG. 6, if
これに対して、図7に示すように、集電体6,8を各電極6,8の長さ方向のすべてに亘って設けることも可能であるが、このようにすると、集電体61,81によって電解質上の余分な面積が使用されることになるため、発電効率が低下したり、配線設計上の自由度が低下するという問題を引き起こす。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電子伝導時の損失を低減するとともに、高い発電効率を得ることができる固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of reducing loss during electron conduction and obtaining high power generation efficiency.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電解質と、燃料極及び空気極からなる電極体とを備え、前記電極体は前記電解質の一方面に配置され、両電極のうちの一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、前記一方の電極と他方の電極とは、同心状に配置されている。 The present invention has been made to solve the above problems, and includes an electrolyte and an electrode body composed of a fuel electrode and an air electrode, the electrode body being disposed on one surface of the electrolyte, The one electrode is configured to surround the entire periphery of the other electrode at a predetermined interval, and the one electrode and the other electrode are arranged concentrically.
この構成によれば、一方の電極が他方の電極の周囲を所定間隔をおいて取り囲むように構成されているため、従来例のように各電極の端部に集電体が形成される場合に比べ、電子伝導時の損失を低減できる。すなわち、上記一方の電極は他方の電極を取り囲むように構成されているので、一方の電極のいずれの位置に集電体を形成しても、電子の移動距離、つまり、集電体とそこから最も離れた電極上の位置との距離は、従来の帯状の電極と比べても半分になる。したがって、電極の長さを長くしても電子の移動距離はその半分の長さになるため、発電量を多くできるとともに、電子伝導の損失を低減することができる。また、帯状の電極と比べて電極体の大きさをコンパクトにすることができるという利点もある。 According to this configuration, since one electrode is configured to surround the other electrode at a predetermined interval, when a current collector is formed at the end of each electrode as in the conventional example, In comparison, loss during electron conduction can be reduced. That is, since the one electrode is configured to surround the other electrode, even if the current collector is formed at any position of the one electrode, the electron moving distance, that is, the current collector and the current collector The distance to the position on the farthest electrode is halved even compared to the conventional strip electrode. Therefore, even if the length of the electrode is increased, the electron moving distance is half that length, so that the amount of power generation can be increased and the loss of electron conduction can be reduced. In addition, there is an advantage that the size of the electrode body can be made compact compared to the band-shaped electrode.
なお、本発明の燃料電池において配線を行う際には、上記のように燃料極及び空気極の一部と重なるように集電体を形成しておき、この集電体にインターコネクターを接続すればよい。或いは、燃料極及び空気極上にワイヤーボンディングを施し、配線を直接形成することもできる。 When wiring is performed in the fuel cell of the present invention, a current collector is formed so as to overlap part of the fuel electrode and the air electrode as described above, and an interconnector is connected to this current collector. That's fine. Alternatively, wire bonding can be performed directly on the fuel electrode and the air electrode to form the wiring.
上記電極体においては、一方の電極の内周縁と、前記他方の電極の外周縁との距離が一定であることが好ましい。すなわち、両電極間の距離がいずれの位置でも一定であることが好ましく、これにより安定した発電を行うことができる。 In the electrode body, it is preferable that the inner peripheral edge of hand electrodes, the distance between the outer peripheral edge of the other electrode is constant. That is, it is preferable that the distance between both electrodes is constant at any position, whereby stable power generation can be performed.
また、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電解質と、燃料極及び空気極からなる電極体とを備え、前記電極体は前記電解質の一方面に配置され、両電極のうちの一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、一方の電極で囲まれる領域に、他方の電極が複数個配置されている。複数の他方の電極は、例えばインターコネクターによって相互に接続することができる。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and includes an electrolyte and an electrode body composed of a fuel electrode and an air electrode. The electrode body is disposed on one surface of the electrolyte, and both electrodes One of the electrodes is configured to surround the entire periphery of the other electrode at a predetermined interval, and a plurality of other electrodes are arranged in a region surrounded by the one electrode. The plurality of other electrodes can be connected to each other by, for example, an interconnector.
また、一方の電極は、必ずしも連続に形成して他方の電極を取り囲む必要はなく、その一部に非連続部分を形成することもできる。この場合、この非連続部分を通過し他方の電極と接続される配線を施すこともできる。この構成によれば、配線が非連続部分を通過して電極と接触しないため、配線と電極との短絡を生じさせることのない配線設計を容易に行うことができる。 Further, one electrode does not necessarily have to be formed continuously and surround the other electrode, and a discontinuous portion can be formed in a part thereof. In this case, a wiring that passes through this discontinuous portion and is connected to the other electrode can also be provided. According to this configuration, since the wiring does not pass through the discontinuous portion and does not contact the electrode, it is possible to easily perform the wiring design without causing a short circuit between the wiring and the electrode.
電極体の構成は、一方の電極を燃料極とし、他方の電極を空気極とすること、すなわち、空気極の周囲を燃料極が取り囲むように構成することが好ましい。これは、空気極は電子伝導性が低く、オーム損を生じやすいので、空気極を燃料極で取り囲むように構成し、空気極を燃料極よりも短くすることにより、電子伝導時の損失をさらに低減させることができると考えられるからである。 The electrode body is preferably configured such that one electrode is a fuel electrode and the other electrode is an air electrode, that is, the fuel electrode surrounds the air electrode. This is because the air electrode has low electron conductivity and easily generates ohmic loss. Therefore, the air electrode is surrounded by the fuel electrode, and the air electrode is made shorter than the fuel electrode, thereby further reducing the loss during electron conduction. It is because it is thought that it can reduce.
本発明に係る固形酸化物形燃料電池によれば、電子伝導時の損失を低減するとともに、高い発電効率を得ることができる。 According to the solid oxide fuel cell according to the present invention, it is possible to reduce loss during electron conduction and to obtain high power generation efficiency.
(第1実施形態)
以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施形態に係る燃料電池の平面図である。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a fuel cell according to this embodiment.
図1に示すように、この燃料電池は、矩形の板状に形成された電解質1と、この電解質1の一方面に配置された電極体Eとを備えている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell includes an
各電極体Eは、燃料極3と空気極5とからなり、矩形状の空気極5の周囲に所定間隔をおいて枠形の燃料極3が配置されている。燃料極3の外形は空気極5に合わせて矩形状になっている。このとき、燃料極3と空気極5との間隔は、例えば1〜1000μmであることが好ましく、10〜500μmであることがさらに好ましい。また、空気極5上面の中央部、及び燃料極3上面の一部には、電流を取り出すための集電体51,31がそれぞれ形成されている。各集電体31,51には、図示を省略するインターコネクターがそれぞれ接続され、電流が外部へと流れる(取り出せる)ようになっている。
Each electrode body E includes a
次に、上記のように構成された燃料電池の材質について説明する。電解質1の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば(Ce,Sm)O3,(Ce,Gd)O3等のセリア系酸化物,(La,Sr)(Ga,Mg)O3等のランタン・ガレード系酸化物,スカンジウム安定化ジルコニア(ScSZ),イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等のジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス系材料を用いることができる。電解質1は、基板として用いられるため、ある程度の強度が必要であることから、その厚みは、例えば200〜1000μmであることが好ましい。
Next, the material of the fuel cell configured as described above will be described. As the material of the
燃料極3及び空気極5は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末の平均粒径は、好ましくは10nm〜100μmであり、さらに好ましくは50nm〜50μmであり、特に好ましくは100nm〜10μmである。なお、平均粒径は、例えば、JISZ8901にしたがって計測することができる。
The
燃料極3を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ニッケルと酸素イオン伝導性材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる酸素イオン伝導性材料としては、例えば(Ce,Sm)O3,(Ce,Gd)O3などのセリア系酸化物、(La,Sr)(Ga,Mg)O3などのランタンガレード系酸化物、スカンジウム安定化ジルコニア(ScSZ)やイットリア安定化ジルコニア(YSZ)などのジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を挙げることができ、このようなセラミックス材料と、ニッケルとの混合物で燃料極5を形成することが好ましい。このうち、ニッケル−セリア系酸化物のサーメットで燃料極5を形成することが特に好ましい。なお、酸素イオン伝導性セラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾などの形態であってもよい。また、金属はニッケルに限定されることなく、コバルトや貴金属(白金、ルテニウム、パラジウム等)の還元性雰囲気中で化学的に安定な金属を用いることができる。さらに、上述したセラミックス材料は、1種を単独で、或いは2種以上を混合して使用することができる。
As the ceramic powder material forming the
空気極5を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型金属酸化物を使用することができる。具体的には(Sm,Sr)CoO3,(La,Sr)MnO3,(La,Sr)CoO3,(La,Sr)(Fe,Co)O3,(La,Sr)(Fe,Co,Ni)O3などを挙げることができる。これらセラミックス粉末は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を混合して使用することもできる。
As the ceramic powder material forming the
また、集電体31,51は、Pt,Au,Ag,Ni,Cu,SUS,又はLa(Cr,Mg)O3,(La,Ca)CrO3,(La,Sr)CrO3などのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料によって形成することができ、これらのうちの1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
The
上記燃料極3、及び空気極5は、上述した材料を主成分として、さらにワニス、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。そして、これら燃料極3及び空気極5の膜厚は焼結後に1μm〜500μmとなるように形成するが、10μm〜100μmとすることが好ましい。また、集電体31,51も、上述した材料に上記添加物を加えることにより形成される。
The
次に、上述した燃料電池の製造方法の一例を説明する。まず、上述した材料からなる板状の電解質1を準備する。続いて、上述した燃料極3、及び空気極5用の粉末材料を主成分として、これらそれぞれにワニス、感光性高分子、有機溶媒などを適量加えて混練し、燃料極ペースト、空気極ペーストをそれぞれ作成する。各ペーストの粘度は、次に説明するスクリーン印刷法に適合するように103〜106Pa・s程度であることが好ましい。同様に、インターコネクター用ペーストも、上述した粉末材料にワニス等の添加物を加えて作成しておく。このペーストの粘度は上述した燃料極ペースト等と同じである。
Next, an example of a method for manufacturing the above-described fuel cell will be described. First, a plate-
続いて、図1に示すように、電解質1上に燃料極ペーストをスクリーン印刷法により矩形の枠状に塗布した後、所定の時間及び温度で乾燥・焼結し、燃料極3を形成する。次に、各電解質1上の燃料極3によって囲まれた位置に、矩形状の空気極ペーストをスクリーン印刷法によって塗布し、所定時間及び温度で乾燥・焼結することにより、空気極5を形成する。そして、各燃料極3及び空気極5上に集電体31,51を形成することで、電極体Eが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 1, the fuel electrode paste is applied to the
上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。まず電極体Eが配置された電解質1の一方面上に、メタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスを高温の状態(例えば、400〜1000℃)で供給する。これにより、電極体Eにおける燃料極3と空気極5との間の電解質1の表層付近で、酸素イオン伝導が起こり発電が行われる。
The fuel cell configured as described above generates power as follows. First, a mixed gas of a fuel gas composed of a hydrocarbon such as methane and ethane and an oxidant gas is supplied at a high temperature (for example, 400 to 1000 ° C.) on one surface of the
以上のように本実施形態に係る燃料電池では、燃料極3が空気極5の周囲を所定間隔をおいて取り囲むように構成されているため、従来例のように各電極の端部に集電体が形成される場合に比べ、電子伝導時の損失を低減できる。すなわち、燃料極3のいずれの位置に集電体31を形成しても、集電体31とそこから最も離れた電極上の位置Aとの距離、つまり電子の移動距離は、従来の帯状の電極と比べても半分になる。したがって、電極の長さを長くしても電子の移動距離はその半分の長さになるため、発電量を多くできるとともに、電子伝導の損失を低減することができる。また、帯状の電極と比べて電極体の大きさをコンパクトにすることができるという利点もある。
As described above, in the fuel cell according to the present embodiment, since the
なお、集電体31,51に接続されるインターコネクターは、種々の構成をとることができる。例えば、集電体31,51と同様の材料によって形成し印刷によって電解質1上に形成してもよい。或いは、集電体31,51にワイヤーボンディングを施すことで、インターコネクターとして使用することもできる。このとき、集電体を設けず、各電極3,5に直接インターコネクターを接続することもできる。
Note that the interconnector connected to the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、電解質1の一方面だけでなく、他方面にも電極体Eを形成することができる。こうすることで、燃料電池をコンパクトにしたままで、発電出力を増大させることができる。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible unless it deviates from the meaning. For example, the electrode body E can be formed not only on one surface of the
また、集電体やインターコネクターを形成・接続していない構成のものであっても本発明の燃料電池としては構わないものであって使用可能なものであり、その場合は、本発明の燃料電池をセットする装置等に、集電体やインターコネクターを設けておき、この燃料電池を装置にセットした状態において、各電極の必要箇所に集電体やインターコネクターが接続される構造とすればよい。 Even if the current collector or interconnector is not formed or connected, the fuel cell of the present invention may be used and can be used. In that case, the fuel of the present invention If a current collector or interconnector is provided in a battery setting device, etc., and the fuel cell is set in the device, the current collector or interconnector is connected to the required location of each electrode. Good.
また、上記実施形態では、燃料極3及び空気極5を矩形状に形成しているが、これに限定されるものではなく、空気極3が、所定間隔をおいて燃料極を取り囲むように形成されていれば、その形状は特には限定されない。例えば、図2に示すように、各電極を円形に形成したり(図2(a))、多角形状に形成することもできる(図2(b))。なお、安定した発電を行うには、燃料極3と空気極5を同心状に配置したり、空気極5の外周縁と燃料極3の内周縁との間の距離がいずれの位置でも一定となるように構成することが好ましく、このような観点からは、図2(a)に示すように、各電極を円形状に形成することが好ましい。また、電極を複数配置する場合には、多角形状の方が隙間なく配置することが可能となり、その観点からは多角形状が好ましく、使用状態等に応じて適宜、使い分ければよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、空気極の集電体からインターコネクターによって電流を取り出す場合、燃料極とインターコネクターとが短絡しないように、燃料極の一部に非連続な部分を形成することもできる。すなわち、図3に示すように、燃料極3をC字状に形成しておけば、その非連続な部分33にインターコネクター9を形成することができ、配線設計が容易になる。
Further, when a current is taken out from the air electrode current collector by the interconnector, a discontinuous portion can be formed in a part of the fuel electrode so that the fuel electrode and the interconnector are not short-circuited. That is, as shown in FIG. 3, if the
さらに、図4に示すように、燃料極3によって取り囲まれる領域に、複数の空気極5を形成し、これら空気極5をインターコネクターで接続することもできる。また、図5(a)に示すように、燃料極3で囲まれる領域内に複数の空気極5を形成し(同図では4つ)、これら空気極5をインターコネクター9によって相互に接続するようにすることもできる。或いは、図5(b)に示すように、燃料極3に複数の閉領域(同図では2つ)を形成し、各々の領域の中に空気極5を形成することもできる。
Furthermore, as shown in FIG. 4, a plurality of
上記実施形態では、各ペーストの塗布にスクリーン印刷法を用いているが、これに限定されるものではなく、ドクターブレード法、スプレーコート法、リソグラフィー法、泳動電着法、ロールコート法、ディスペンサーコート法、CVD,EVD,スパッタリング法、転写法等の印刷方法等、その他一般的な印刷法を用いることができる。また、印刷後の後工程として、静水圧プレス、油圧プレス、その他の一般的なプレス工程を用いることができる。 In the above embodiment, the screen printing method is used for applying each paste. However, the present invention is not limited to this. The doctor blade method, the spray coating method, the lithography method, the electrophoretic electrodeposition method, the roll coating method, the dispenser coating. Other general printing methods such as a printing method such as a CVD method, a CVD method, an EVD method, a sputtering method, and a transfer method can be used. Moreover, as a post-process after printing, a hydrostatic press, a hydraulic press, and other general press processes can be used.
また、上記実施形態では板状の電解質を用いているが、電解質の他方面に基材を配置し、この基板によって各電解質を支持するようにすることもできる。こうすることで、電解質1を薄くしたとしても、燃料電池が脆弱化するのを防止することができる。このとき用いられる基板は、例えば、アルミナ系、シリカ系、チタン系等のセラミックス系材料、或いはSUSで構成することができる。また、電解質は、印刷によって薄膜化して基板上に形成することができる。
In the above embodiment, a plate-like electrolyte is used, but a base material may be disposed on the other surface of the electrolyte, and each electrolyte may be supported by this substrate. By doing so, even if the
また、上記各実施形態では、空気極の周囲を燃料極が取り囲むように電極体を構成しているが、これを反対、つまり燃料極の周囲を空気極が取り囲むようにすることもできる。 Further, in each of the above embodiments, the electrode body is configured so that the fuel electrode surrounds the air electrode. However, it is possible to reverse this, that is, the air electrode can surround the fuel electrode.
以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In addition, this invention is not limited to a following example.
実施例に係る固体酸化物形燃料電池として、図1に示すような電池を作成した。電解質として、厚みが1mmの市販の板状の電解質を準備した。この電解質は、セリア系の電解質であり、その材質はGDC[(Ce,Cd)O3]でガドリニウムがドープされている。燃料極材料として、酸化ニッケル(NiO)粉末(粒径0.01〜10μm、平均粒径1μm)と、SDC[(Ce,Sm)O3]粉末(粒径0.01〜10μm、平均粒径0.1μm)とを重量比で7:3となるように混合した後、セルロース系ワニスを混合し、燃料極ペーストを作製した。燃料極ペーストの粘度はスクリーン印刷に適した5×105mPa・sとした。また、空気極材料として、SSC[(Sm,Sr)CoO3]粉末(0.1〜10μm、平均粒径3μm)を使用し、セルロース系ワニスを混合して空気極ペーストを作製した。空気極ペーストの粘度も同様に、スクリーン印刷法に適した5×105mPa・sとした。
As a solid oxide fuel cell according to the example, a battery as shown in FIG. 1 was prepared. A commercially available plate-like electrolyte having a thickness of 1 mm was prepared as the electrolyte. This electrolyte is a ceria-based electrolyte, and its material is GDC [(Ce, Cd) O 3 ] and gadolinium is doped. As fuel electrode materials, nickel oxide (NiO) powder (particle size 0.01 to 10 μm,
また、電極体間を接続するインターコネクター用の材料としては、Au粉末(0.1〜5μm、平均粒径2.5μm)を使用し、これにセルロース系ワニスを混合してインターコネクター用ペーストを作製した。インターコネクター用ペーストの粘度はスクリーン印刷に適した5×105mPa・sとした。なお、集電体もインターコネクターと同様に形成した。 In addition, as an interconnector material for connecting the electrode bodies, Au powder (0.1 to 5 μm, average particle diameter 2.5 μm) is used, and a cellulose-based varnish is mixed therewith to form an interconnector paste. Produced. The viscosity of the interconnector paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. The current collector was formed in the same manner as the interconnector.
次に、電解質1上にスクリーン印刷法によって燃料極ペーストを塗布した。このとき、外形の一辺が2700μm、内形の一辺が1950μmの矩形状の枠を形成するように燃料極ペーストを塗布した。塗布厚みは30μmとした。そして、130℃で15分間乾燥した後、1450℃で1時間焼結した。続いて、上記電解質1の同一面上に、空気極ペーストをスクリーン印刷法によって塗布した。このとき、上記燃料極が形成する枠の内部に、一辺が1550μmの矩形を形成するように、空気極ペーストを塗布した。そして、燃料極3と同様に、130℃で15分間乾燥した後、1200℃で1時間焼結した。
Next, the fuel electrode paste was applied onto the
さらに、空気極の一部と重なるように、Auを主成分とするペーストを塗布し集電体とした。続いて、この集電体とは異なる燃料極上の位置に、R−Si(OC2H5)3(R:アルキル基)を主成分とするゾルゲルSiO2を印刷した後、150℃で乾燥し、絶縁層を形成した。その後、この絶縁層からはみ出さないようにAuペーストを塗布し、空気極から電極体の外部へ延びるインターコネクターを形成した。また、燃料極の一部と重なるようにAuを主成分とするペーストを塗布し、集電体とした。Auペーストを塗布後、150℃で20分乾燥し、900℃にて2時間焼結した。こうして、電極体が1個の実施例に係る燃料電池を得た。 Furthermore, a paste containing Au as a main component was applied so as to overlap a part of the air electrode to obtain a current collector. Subsequently, sol-gel SiO 2 containing R—Si (OC 2 H 5 ) 3 (R: alkyl group) as a main component is printed at a position on the fuel electrode different from the current collector, and then dried at 150 ° C. An insulating layer was formed. Thereafter, an Au paste was applied so as not to protrude from the insulating layer, thereby forming an interconnector extending from the air electrode to the outside of the electrode body. In addition, a paste mainly composed of Au was applied so as to overlap a part of the fuel electrode to obtain a current collector. After applying the Au paste, it was dried at 150 ° C. for 20 minutes and sintered at 900 ° C. for 2 hours. Thus, the fuel cell according to the example having one electrode body was obtained.
1 電解質
3 燃料極
5 空気極
7 インターコネクター
1
Claims (6)
燃料極及び空気極からなる電極体とを備え、
前記電極体は前記電解質の一方面に配置され、両電極のうちの一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、
前記一方の電極と他方の電極とは、同心状に配置されている、固体酸化物形燃料電池。 Electrolyte,
An electrode body comprising a fuel electrode and an air electrode,
The electrode body is disposed on one surface of the electrolyte, and one electrode of both electrodes is configured to surround the entire periphery of the other electrode at a predetermined interval ,
The solid oxide fuel cell, wherein the one electrode and the other electrode are arranged concentrically.
燃料極及び空気極からなる電極体とを備え、
前記電極体は前記電解質の一方面に配置され、両電極のうちの一方の電極が他方の電極の周囲全体を所定間隔をおいて取り囲むように構成されており、
前記一方の電極によって囲まれる領域に、前記他方の電極が複数個配置されている、固体酸化物形燃料電池。 Electrolyte,
An electrode body comprising a fuel electrode and an air electrode,
The electrode body is disposed on one surface of the electrolyte, and one electrode of both electrodes is configured to surround the entire periphery of the other electrode at a predetermined interval ,
A solid oxide fuel cell, wherein a plurality of the other electrodes are arranged in a region surrounded by the one electrode.
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