(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気極自体を電極支持管とする円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法において、
円筒状の未焼成の成形体を水平、かつ並列に近接して設置され、同一方向に回転する耐熱性のローラ間の窪み部分に載置し、前記成形体を前記ローラによって回転させながら前記ローラと共に所定の焼成温度まで昇温して焼成することを特徴とする円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法。
【請求項２】
前記成形体に、ペロブスカイト結晶構造を有するランタンマンガン系酸化物の微粉末と水とバインダとを混練して粘土状にした原料を円管状に成形し、乾燥させて水分を除去したものを用いることを特徴とする請求項１記載の円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法。
【請求項３】
前記ローラとして、少なくともその表面部分が安定化ジルコニア、アルミナ若しくはマグネシア系のセラミックス製であることを特徴とする請求項１記載の円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒方式固体電解質燃料電池で内側空気極自体が支持管となる構造のものは、一般に図３に示す構成であり、内側から順に多孔質ランタンマンガナイト系の空気極１、固体電解質２、燃料極３の積層構造にして、外周面の一部にインタコネクタ４を燃料極３から絶縁し、かつ内部の空気極１に接続する形で配置している。
【０００３】
このような構造の円筒方式固体電解質燃料電池において、セルの支持管（基体管）ともなる内側の空気極（以下、電極支持管と称する）は、その外周に固体電解質を成膜し、さらに外側に燃料極を成膜する必要があり、多孔質の無数の孔が全体に均一に分布し、高い真直度と真円度を有していることが要求される。
【０００４】
固体電解質燃料電池においては空気極を外側に配し、内側に順に固体電解質、燃料極を成膜する構造のものもあるが、その場合にも外側の空気極を電極支持管とし、内側に順次、固体電解質、燃料極を成膜する方法で燃料電池を製造するので、同じように電極支持管には多孔質の無数の孔が全体に均一に分布し、真直度と真円度を有していることが要求される。
【０００５】
そこで従来、このような電極支持管を形成するためには、電極材料となるランタンストロンチウムマンガン系のペロブスカイト結晶構造の微粉末を水とバインダと共に混練して粘土状にし、これを押し出し成形することによって円管状の電極支持管成形体を得、乾燥させることによって水分を除去して固めて自己保形できる状態にして焼成炉内に宙吊り状態で収容し、１５００℃程度まで昇温して焼成する方法をとっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法では、焼成炉内に電極支持管成形体を宙吊り状態で収容して焼成するため、真直度、真円度という点では優れた電極支持管を形成することができていたが、次のような問題点があった。
【０００７】
すなわち、宙吊り状態にする場合、成形体の上部を治具で吊り下げ、下部はフリーの状態にして垂直に支持し、焼成するので、治具で支持されている上部に成形体自身の重力荷重がかかるために孔径が下部に比べて広がり、出来上がった電極支持管全体で見れば、気孔率（単位面積当たりの開口面積の比率）が上部で大きく、下部で小さいという不均一な分布となる問題点があった。
【０００８】
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、真直度、真円度を維持しつつ、かつ気孔率も全体的に均一にできる円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、空気極自体を電極支持管とする円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法において、円筒状の未焼成の成形体を水平、かつ並列に近接して設置され、同一方向に回転する耐熱性のローラ間の窪み部分に載置し、前記成形体を前記ローラによって回転させながら前記ローラと共に所定の焼成温度まで昇温して焼成するものである。
【００１０】
この請求項１の発明の円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法によれば、水平に列設され、ゆっくりと回転する耐熱ローラ間の窪み部分に円筒状の未焼成の成形体を載置することによって成形体がローラの回転と共に逆向きにゆっくりと回転しながら焼成されて電極支持管となる。したがって、荷重分布が全体的に均一になるために真円度、真直度を維持しつつ、かつ気孔率が均一な電極支持管を製造することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法において、前記成形体に、ペロブスカイト結晶構造を有するランタンマンガン系酸化物の微粉末と水とバインダとを混練して粘土状にした原料を円管状に成形し、乾燥させて水分を除去したものを用いるものである。
【００１２】
この請求項２の発明の円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法では、ランタンマンガン系酸化物の燃料電池電極として電気化学特性に優れた電極支持管を得ることができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法において、前記ローラとして、少なくともその表面部分が安定化ジルコニア、アルミナ若しくはマグネシア系のセラミックス製としたものである。
【００１４】
この請求項３の発明の円筒方式固体電解質燃料電池の電極支持管製造方法では、電極支持管成形体と高温で接触するローラが高耐熱性セラミックス製であるために焼成過程で成形体とローラとが反応することがなく、電気化学特性に優れた電極支持管を製造することができる。
【００１５】
【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。ランタンストロンチウムマンガン系Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯｎのペロブスカイト結晶構造の酸化物セラミックスの粒径３〜１０μｍの微粉末を水５〜２０％、有機バインダ３〜１５％（いずれに重量％）と混練し、粘土状にした材料を常温下で、所定の径、所定の肉厚の円管状に押出し成形あるいはスリップキャストのような成形方法で成形して成形体を得る。
【００１６】
この成形体の組成はこれに限らず、空気極の組成として一般に提案されている種々のものを用いることができ、例えば、上記のランタン及びストロンチウムに代えて、カルシウム、マグネシウム、バリウム、イットリウム、セリウム、イットリウムなどを添加したランタンマンガナイトを用いることができる。
【００１７】
上記成形で得られた円管状の柔軟な成形体を乾燥炉に入れて６０℃程度に昇温し、含有水分を乾燥除去して自己保形できる乾燥成形体を得る。
【００１８】
そしてこの成形体１０を図１に示すような焼成炉１１に収容してローラ１２を回転させながら昇温し、約１３００〜１６００℃で所望時間、焼成する。この焼成炉１１の構造は、図１に示すように炉体１３内に適数本のローラ１２を水平、かつ近接して並列するように配置し、回転支軸を炉体１３から外に導出し、この軸端部にローラ駆動ギア１４を取り付け、隣り合うローラ駆動ギア１４，１４間に中間ギア１５を配してローラ駆動ギア１４全部が同一方向に回転駆動するように設置されている。
【００１９】
そして駆動源としてモータ１６からベルト１７によって回転力を従動輪１８に伝達し、この従動輪１８に同軸で取り付けられている駆動ギア１９によって端部のローラ駆動ギア１４を回転駆動し、全ローラ駆動ギア１４，１４，…が中間ギア１５，１５，…の介在で同一方向に回転するようにしてある。したがって炉体１３内の全ローラ１２は同一方向にゆっくり回転する。このローラ１２の回転速度はローラ径と成形体径との関係で決定されるものであり、成形体１０が数〜数１０ｒｐｍの低速あるいは極低速で回転するように設定される。これは焼成工程で成形体１０が回転時に極力振動を受けない速度が好ましいが、反面、ローラ表面との接触部で反応を起こさない程度には速く回転させる必要があり、例示すれば上記程度の低速回転に設定するのである。
【００２０】
なお、ローラ１２の回転機構の他の方式としてチェーン駆動機構を用いたり、キャタピラ機構を用いることもでき、ローラ１２全部を同一方向に所望の低速度で回転させることができるものであれば特にその機構が限定されるものではない。
【００２１】
ローラ１２の少なくとも表面部分は成形体１０の素材と高温で化学反応を引き起こさない素材として安定化ジルコニア、アルミナやマグネシア系のセラミックスを用いて高耐熱性を有するようにしてある。
【００２２】
押し出し成形した後、乾燥工程で水分を乾燥除去させた成形体１０を焼成炉１１に入れて焼成するには、隣同士のローラ１２，１２間の窪み部分に成形体１０を置き、ローラ１２全部を回転駆動させ、炉内を１００〜１５０℃／時間の昇温速度で最終温度１３００〜１５００℃まで徐々に昇温して行き、最終温度に到達した後、約５時間程度キープして成形体１０を焼結させて電極支持管とし、この後、１００℃／時間程度の速度で常温まで降温させ、その後にローラ回転を停止し、電極支持管となった成形体１０を焼成炉１１から取出す。
【００２３】
このようにして得られた電極支持管２０は図２に示す形状であるが、回転しながら焼成されるので局所的に重力荷重が不均一に加えられることがなく、温度むらも生じないために全体に渡って気孔率を均一に分布させることができ、また真円度、真直度も優れた電極支持管を得ることができる。
【００２４】
【実施例】
平均粒径５μｍのランタンストロンチウムマンガナイト（Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ3 ）の微粉末に水２０％、メチルセルロース１０％（いずれも重量％）添加して混練して粘土状の原料を作り、これを常温で押出し成形により、肉厚２μｍ、２０ｍｍφ、長さ１ｍの成形体を得た。
【００２５】
そしてこの成形体を乾燥炉に入れて６０℃に保って乾燥させ、水分を除去して自己保形できる成形体を得た。
【００２６】
この後、これを焼成炉内でローラ間の窪み部分に収まるように収容し、成形体を約５ｒｐｍの低速で回転させつつ、１００℃／時間の昇温速度で１５００℃まで昇温させ、５時間１５００℃に維持して成形体を焼結させ、この後、１００℃／時間の降温速度で常温まで降温させ、電極支持管となった成形体を取出した。
【００２７】
得られた電極支持管の気孔率を調べたところ、全体に渡って均一であった。また表面状態も良好で、ローラとの反応で損なわれていなかった。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、水平に列設され、ゆっくりと回転する耐熱ローラ間の窪み部分に円筒状の未焼成の成形体を載置し、ローラを回転させることによって成形体をローラの回転と共に逆向きにゆっくりと回転させながら焼成して電極支持管を得るようにしたので、荷重分布が全体的に均一になるために真円度、真直度を維持しつつ、かつ気孔率が均一な電極支持管を製造することができる。
【００２９】
請求項２の発明によれば、ペロブスカイト結晶構造を有するランタンマンガン系酸化物の微粉末と水とバインダとを混練して粘土状にした原料を円管状に成形し、乾燥させて水分を除去したものを素材として用いるので、燃料電池電極として電気化学特性に優れた電極支持管を得ることができる。
【００３０】
請求項３の発明によれば、成形体の焼成中に高温で接触するローラを高耐熱性セラミックス製にしたので、焼成過程で成形体とローラとが反応することがなく、電気化学特性に優れた電極支持管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態に使用する焼成炉の機構図。
【図２】上記の実施の形態で得られた電極支持管の斜視図。
【図３】従来の円筒方式固体電解質燃料電池の斜視図。
【符号の説明】
１０  成形体
１１  焼成炉
１２  ローラ
１３  炉体
１４  ローラ駆動ギア
１５  中間ギア
１６  モータ
１７  ベルト
１８  従動輪
１９  駆動ギア
２０  電極支持管
【図１】
0003696698.tif 000002
【図２】
0003696698.tif 000003
【図３】
0003696698.tif 000004