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大面積プロトン伝導性セラミックス燃料電池の開発
Development of Large‑sized Protonic Ceramic Fuel Cell平岩

千尋＊ 1、水原奈保＊１、東野孝浩＊１、野田

陽平＊１，２、宮元一成＊１

Chihiro Hiraiwa ＊１, Naho Mizuhara ＊１, Takahiro Higashino ＊１, Yohei Noda ＊１, ２, Kazunari Miyamoto ＊１
俵山

博匡＊１、韓東麟＊２、宇田

哲也＊２、真嶋正利＊１

Hiromasa Tawarayama ＊１, Donglin Han ＊２, Tetsuya Uda ＊２, Masatoshi Majima ＊１＊１

住友電気工業㈱Sumitomo Electric Industries, Ltd.
＊２

京都大学

Kyoto University
概要：プロトン伝導性セラミックスを電解質として用いた燃料電池の実用化を目指し、セルの大型化を進めた。大型化の課題であるセルの反りを低減するためにアノード造粒粉の粒度分布を、面内のばらつきが少なく良好な発電特性を得るためにスクリーン印刷の印刷板や電解質の厚みを、それぞれ検討し、直径 106 mm の大型 BaCe0.8Y0.2O３‑δセルを作製した。評価の結果、作製した大型 BaCe0.8Y0.2O３‑δセルは反りが小さく、イットリア安定化ジルコニアセルと同等の機械強度を有し、発電特性の面内均質性は良好であった。更に発電特性は動作温度 600 ℃で開回路電圧は 1. 024
V、出力は 22. 6 W/ セル（365 mW/cm２）と、これまで報告されている小型 BaCe１‑xYxO３‑ δセルと比較して良好な出力の目安である 300 mW/cm２以上の出力密度を確認し、大型セルの基本的な製造プロセスの確立に成功した。
Abstract：In this work, we report the fabrication of BaCe0.8Y0.2O３‑δ（BCY20）electrolyte‑based protonic ceramicfuel cell（PCFC）with a large size of 106 mm in diameter with the aim for practical application of fuel cell.

Inorder to fabricate the fuel cell with suﬃciently small warpage and excellent performance, several parameters forcell fabrication were studied. The results revealed that the warpage of fuel cell was decreased by improving theuniformity of grain size of the anode material（a mixture of BCY20 and NiO powder). By decreasing the thicknessof the BCY20 electrolyte layer, which was deposited by screen printing, the peak power density increased.
Furthermore, the large‑sized cell fabricated showed the same mechanical strength as Yttria ‑ Stabilized Zirconia（YSZ）
electrolyte‑based fuel cell and good in‑plane uniformity of the power generation characteristics. The open circuit
voltage of the large‑sized fuel cell was 1. 024 V, and the peak power density was 22. 6 W（365 mW/cm２）at 600 ℃ .
Consequently, fundamental process for manufacturing large‑sized PCFC was established.

Key Words ：Protonic ceramic fuel cell, BaCeO 3 , Yttrium

ミックスは中温域で優れたイオン伝導率を有し、また動作

１．はじめに時はカソード側に水が生成され燃料が薄まることがないた

固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：SOFC）
は電気エネルギーへの変換効率が高いことから次世代の発
１），
２）

め、燃料利用率の向上が期待できる。
プロトン伝導性セラミックスを電解質に用いた燃料電池。しかしながら（Protonic Ceramic Fuel Cell：PCFC） は、300 mW/cm２

動作温度が 750 〜 1000 ℃と非常に高いため、インターコネ

以上の高い出力密度も確認されているが 26），27）、いずれも

電デバイスとして製品化が進んでいるが必要となり、高コストのコインサイズの小型セルの検討のみである 12 ) − 27）。PCFC要因となっている。そのため汎用のステンレスが使用できを実用化するためには、大型化が必須であるが、大型セル

る 400 〜 600 ℃程度の中温域で動作可能な SOFC が検討さ特有の課題として、反りや局所的な変形が小さい良好な形

クタなどに耐酸化性材料

れている

９) − 27）９）‑ 20）状、スタック化が可能な機械強度や大面積での安定した発などのプロトン伝導性セラ

電特性の実現などがある。これらは粉末の粒度分布や流動。その中でも BaCe１‑xYxO３‑ δ (BCY)や BaZr１‑xYxO３‑ δ (BZY)58３) −８）

21 ) − 27）

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性、ペーストの粘度やチクソ性、アノードの組成や収縮率、をボールミルで混合した後、1300 ℃、10 時間、大気雰囲気

更には電解質やカソードの膜厚と多数の要素が密接に関係

で、BCY20 を固相合成した。合成した BCY20 は X 線回折しているため、それらを考慮しながら、PCFC に適した製（X‑ray diﬀraction：XRD, PANalytical X'Pert PRO）を用

造プロセスや条件を決定する必要がある。

いて結晶相を同定した。アノード組成は熱膨張率と電子伝

そ こ で 今 回 我 々 の グ ル ー プ で は、PCFC に お い て 直導度を考慮し、体積比で NiO：BCY ＝６：４とし、所定量

径 100 mm 以上の大面積でありながら、セルの反り量がの NiO（日興リカ、高純度酸化ニッケル F）、BCY20、ポリ

直径の１％にあたる１mm 以下となり、小型セルと同等

ビニルアルコール（Polyvinyl alcohol：PVA）、蒸留水をそ２（300 mW/cm ）以上の出力密度、そして発電特性の面内

れぞれ秤量しボールミルで 20 時間混合した後、スプレード

均一性の高い BaCe 0. 8Y 0. 2O３‑ δ (BCY20）を電解質に用いライヤー（プリス、TR100AT‑２HOP）で NiO‑BCY20 粉たセルを作製するため、セル構造と製造方法について検討末を造粒した。造粒粉の粒子径や粒度分布はアトマイザーした。

の回転数で大きく異なるため、16, 000 rpm と 13, 000 rpmの２条件で造粒し、２種類の NiO‑BCY20 粉末を作製した。

２．実験

それぞれ NiO‑BCY20（16, 000）
、NiO‑BCY20（13, 000）と２．１

tron Microscope：SEM キーエンス、VE‑ 8800）で観察し、示す。造粒粉の形状を走査型電子顕微鏡（Scanning Elec-

セル構造と作製プロセス

大型 BCY20 セルはアノードサポート構造を採用した。
アノードサポート構造は、セルを構成する材料の中で電気粒度分布をマイクロトラック（日機装、MT 3300 EX‑Ⅱ）で測定した。

抵抗の高い電解質を薄膜化でき、電解質との反応性の高い

かさ比重測定器（筒井理化学器機、JIS‑R‑ 1639）を用

カソード材料を最終工程で付与できることが特長であり、いて、粉末の流動性を評価した。具体的には直径５mm の

特に電解質の電気抵抗が高くなる中温域で高出力化が可能孔を有しているかさ比重測定器の漏斗内に孔を塞いだ状態である。また反りや割れを抑制するため、アノードと電解で 50 g の粉末を入れ、孔を開放した時に全ての粉末が流質の収縮率差と熱膨張率差を小さくする必要があるが、支れ落ちるまでの時間をフォールフロー時間とし測定し、粉持体となるアノードは組成により、収縮率と熱膨張率を比末の流動性の指標とした。

較的簡便に調整することができ、固体電解質との合わせ込みが可能である。作製プロセスを図１に示す。

２．
３ NiO‑BCY20 /BCY20 共焼結体の作製（ア
ノード成形、仮焼、電解質印刷、脱バイ
ンダー、共焼結）作 製 し た NiO‑BCY20 粉 末 を 40 MPa の 圧 力 で プ レ ス
後、1000 ℃、10 時間、大気雰囲気で仮焼きし、その上にBCY20 膜をスクリーン印刷で形成した。BCY20 の膜厚と発電特性の関係を検討するため、スクリーン板にはステンレ
ス製の 80 メッシュ、線径 100μm（SUS80/ 100μm）、及び150 メッシュ、線径 60μm（SUS150/ 60μm）の２種類を用いた。印刷回数は２回とした。750 ℃、10 時間、大気雰囲
気で脱バインダー処理を行った後、1400 ℃、10 時間、大気
雰囲気で共焼結した。形成した BCY20 膜は薄膜 XRD（装図１ BCY20 電解質を用いた大型セルの作製プロセス
Fig. １ Manufacturing process of BCY20 electrolyte‑basedlarge‑sized fuel cells.

置は同上）を用いて結晶相を同定した。また NiO‑BCY20/
BCY20 共焼結体をクロスセクションポリッシャTM（Cross
section polisher：CP、日本電子、IB‑ 09020 CP）にて加工
し、断面を SEM 観察により BCY20 の膜厚を計測した。

２．２ BCY20 の合成とアノード粉末の作製（合成、混合、造粒）
所定量の炭酸バリウム粉末（和光純薬、020 ‑ 08765、純

２．４

カソードの形成（カソード印刷、焼成、
水和）

度 99. 9 ％）、 セ リ ア 粉 末（ 高 純 度 化 学、CE03PB、 純 度

NiO‑BCY20/BCY20 共 焼 結 体 上 に、 カ ソ ー ド と し て

99. 9％）、イットリア粉末（信越化学、RU‑P、純度 99. 9％）

La 0. 6Sr 0. 4Co 0. 2Fe 0. 8O３‑δ（セイミケミカル、LSCF、比表面

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積 7. 7m２/g、平均粒径 0. 62μm）をスクリーン印刷した。
スクリーン板には 80 メッシュ、線径 100μm（SUS 80/ 100μm）を用いた。印刷回数は２回とした。1000 ℃、２時間、
大気雰囲気で焼成した後、600 ℃、24 時間、水蒸気分圧
0. 005MPa の加湿大気雰囲気で BCY20 に水和を施し、直径 106mm、厚み 0. 65mm の大型 BCY20 セルを得た。セルの形状は、ハイトゲージを用いて測定した。

２．５セルの機械強度の測定

セルの機械強度が低いと、スタックを作製する際にセルや部品重量の荷重に耐えられず、セルが割れる可能性がある。そこで大型 BCY20 セルの機械強度を３点曲げ試験で評価した。荷重はカソード側から加え、荷重ヘッドの降下スピードは 0. 5 mm/min とした。比較対照には電解質にイットリア安定化ジルコニア（Yttria‑Stabilized Zirconia：YSZ）を用いたセル（H.C シュタルク社、ASC‑４、
円平板、アノードサポート構造、直径 100 mm）を使用した。
既に製品化されている YSZ セルを比較対象とすることで、SOFC に必要な機械強度を検討できると考えた。３点曲げ試験の試料サイズは幅４mm、長さ 15 mm とし、厚みは

図２ (A) BCY20 セルから切り出した小片、（B）評価治具の外観、及び（C）セル評価部の断面模式図
Fig. ２ Optical images of（A）small‑sized specimen sliced
from the BCY20 electrolyte‑based large‑sized fuel cell,which is subsequently set into（B）the alumina holder
for evaluation of fuel cell performance.（C）A schematicof cross‑section view of the holders for evaluation offuel cell performance.

大 型 BCY20 セ ル が 0. 686 mm、YSZ セ ル が 0. 568 mm であった。試料は短形断面のため、以下の式を用いて抗折強度τ(N/mm２）を算出した 28）。

Fmax(N) は試験片が破壊に至るまでの最大荷重、l（mm）
は支点間距離、w(mm）は試験片の幅、t(mm）は高さで
ある。

２．６

発電特性の評価

セ ル の 発 電 特 性 の 面 内 均 質 性 を 検 証 す る た め、 大型 BCY20 セ ル の 中 央 部 １ ヵ 所、 周 辺 部 ２ ヵ 所 か ら 直
径 25 mm の小片を切り出して試作したセル（切り出し

評価セル

BCY20 セル）を評価した。切り出した小片、評価治具の外観、及び断面模式図を図２に示す。
大型セルからバンドソーで切り出した直径 25 mm の小片をアルミナリングで上下から挟み、それをアルミナ
シール材のスミセラム（朝日化学工業、S‑ 301）で接着し、固定した。アノードとカソードの集電体には Pt メッ

図３ (A)大型 BCY20 セル用評価治具の外観、及び（B)セル評価
部の断面模式図
Fig. ３ (A) An optical image of the cell holder of large‑sizedcell for evaluation of fuel cell performance, and（B）aschematic of cross‑section view of the holder.

シュを使用し、Pt ペースト（徳力化学研究所、シルベス
ト No. 8103）でそれぞれの電極に接着した。電極面積は、
1. 5 cm２であった。

後、動作温度まで降温した。アノードには加湿水素ガス

動作温度は 600 ℃とし、アルミナリングと配管の間をガ（ ５ ％ H２O） を 0. 1 L/min で、 カ ソ ー ド に は 窒 素 80 ％、ラスでシールするため、一度ガラスの軟化点以上となる

酸素 20％混合ガスを 0. 2 L/min で、それぞれ流した。開680 ℃まで窒素雰囲気下で８ ℃ /min のレートで昇温した回路電圧（OCV）が安定した後、電流密度 ‑ 電圧特性（IV60

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特性）と、OCV 時のインピーダンス特性を評価した。
次に大型セルの発電特性の評価治具の外観と断面模式図

３．結果と考察

ラスメタル、カソード集電体には Ag めっきを施した厚BCY20 の合成、アノード粉末の造粒、スクリーン印刷

さ 0. 2 mm の Ni メッシュを使用し、上下プレートと電圧

スプレードライヤーで造粒したアノード粉末の SEM 写を図３に示す。アノード集電体には厚さ 1. 4 mm の Ni ポー

端子の付いている電極プレート材料にはフェライト系 Fe‑

３．１

真を図４に、粒度分布測定の結果を図５に示す。

22 wt％ Cr 合金を使用した。絶縁板とシール材料にはマイ

NiO‑BCY20（16, 000）の粒度分布はばらつきが大きく、カを用いた。上プレートに 40 kPa の荷重を加えることで粒子径 40μm の粉末の他、粒子径１μm の粉末も多く存

マイカを圧縮させ、ガスリークを抑制した。動作温度は在していることが分かる。

切り出しセル同様に 600 ℃とした。アノードには加湿水素

一方で、NiO‑BCY20（13, 000）は粒子径 40μm 近傍のガス（５％ H２O）を 0. 7 L/min、カソードには窒素 80％、粉末の割合が大きく、NiO‑BCY20（16, 000）と比較して

酸素 20％混合ガスを 1. 8 L/min でそれぞれセルの中央部

均質に造粒できていることが分かる。またフォールフロー

から供給し、OCV が安定した後 IV 特性を評価した。

時 間 は NiO‑BCY20（16, 000） が 12. 4 秒、NiO‑BCY20（13, 000）が 11. 8 秒であり、13, 000 rpm の回転数の方が高い流動性をもつ粉末を作製できた。
次にそれぞれの粉末を用いて作製した仮焼体に BCY20をスクリーン印刷した試料の写真を図６に示す。

(A)

NiO‑BCY20（16, 000）を用いて作製した仮焼体はスク(B)

リーン印刷時に割れてしまったが、NiO‑BCY20（13, 000）で作製した仮焼体は割れることはなかった。これは図５とフォールフロー時間から分かるように、NiO‑BCY20（13, 000）は粒子径が揃っていることで流動性に優れており、金型内に均一に充填できたためと考えられる。その結図４

造粒後の NiO‑BCY20 粉末のSEM観察結果(A)アトマイザーの回転数を16,000 rpm で造粒した粉末、（B)アトマイザーの回転数を13,000 rpm で造粒した粉末
Fig. ４ SEM images of the NiO‑BCY20 mixture granulatedwith an atomizer. The rotation frequencies were kept tobe（A）
16,000 rpm or（B）13,000 rpm.

果、成形時の充填密度のばらつきが小さくなったと推測している。
一方、NiO‑BCY20（16, 000）は粒子径が不均質である
ため流動性が悪く、金型内の充填密度のばらつきが大きくなり、仮焼時にセル内で収縮率の差が生じたと推測される。そのため、仮焼時にセルが反ってしまい、スクリーン

図６

図５

造粒後の NiO‑BCY20 粉末の粒度分布測定結果(A)アトマイザーの回転数を16,000 rpm で造粒した粉末、（B)アトマイザーの回転数を13,000 rpm で造粒した粉末
Fig. ５ Grain size distribution of the NiO‑BCY20 mixture granulated with an atomizer. The rotation frequencies were
kept to be（A）16,000 rpm or（B）
13,000 rpm.

スクリーン印刷後の外観(A)アトマイザーの回転数を16,000 rpm で造粒した粉末を用 い て 作 製 し た NiO‑BCY20/BCY20 試 料、（B） ア ト マ イ
ザーの回転数を13,000 rpm で造粒した粉末を用いて作製した NiO‑BCY20/BCY20 試料
Fig. ６ Optical images of bi‑layer cells after depositing the
BCY20 electrolyte layer onto the NiO‑BCY20 anodelayer by screen‑printing. The NiO‑BCY20 mixture granulated with an atomizer. The rotation frequencies were
kept to be（A）16,000 rpm or（B）13,000 rpm.

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μm の方がスクリーンメッシュ上にペーストを保持する量が多いため、印刷される膜が厚くなったと考えられる。
また、どちらの BCY20 薄膜の表面にもスクリーンメッ
シュの痕と思われる数μm 程度の凹みがあることが分かる。これはスクリーン印刷後の塗膜の流動性が不足していたことが原因と推測される。そのため今後、スラリーの粘度やチクソ性の改善が有効と思われる。
固体電解質の膜厚は厚いと電解質抵抗が大きくなるため出力が低くなり、逆に薄すぎるとガスリークが発生するた
め OCV が低下する。そこで BCY20 の膜厚と OCV、出力の関係を検討するため、両者の切り出し BCY20 セルを用
図７

1300 ℃で10 時間熱処理することで合成した BCY20 粉末（上）、及び1400℃で10時間熱処理することで NiO‑BCY20
基板と共焼結した BCY20 薄膜（下）の XRD パターン。
Fig. ７ XRD patterns of（top）BCY20 powder as‑synthesized
at 1300 ℃ for 10 h, and（bottom）BCY20 layer co‑sintered at 1400 ℃ for 10 h on the NiO‑BCY20 anodelayer.

いて発電特性を評価した。BCY20 の膜厚 15μm、20μmのセルを、それぞれ切り出し BCY20 セル（15μm）、切り
出し BCY20 セル（20μm）とそれぞれ表記し、それらのIV、出力密度特性を図９に示す。
切り出し BCY20 セル（15μm）と BCY20 セル（20μm）の OCV は、 そ れ ぞ れ 1. 091 V、1. 105 V で あ っ た。 今 回
カソード側の水蒸気分圧が不明であるため、理論 OCV を印刷の印刷圧による応力がセルの反り部に集中し、セルに見積もることはできないが、どちらのセルも良好な OCV

割れが生じたと考えられる。そのためアノード造粒粉にはが得られており、同様の OCV は過去の報告 20） でも見らNiO‑BCY20（13, 000）を使用することとした。

れることから、BCY20 膜はともに緻密に作製できている合成した BCY20 の粉末 XRD と共焼結後の BCY20 の薄と考えられる。最大出力密度はそれぞれ 329 mW/cm２、膜 XRD 結果を図７に示す。共焼結体の XRD パターン中

254 mW/cm２ と切り出し BCY20 セル（15μm）の方が高の 49°付近に僅かな不明ピークが確認されたものの、両者かった。

とも明確な第二相は存在せず、BCY の単相であると判断

次にインピーダンス特性の測定結果を図 10 に示す。

した。

３．２

BCY 20 薄膜の厚み

NiO‑BCY20 /BCY20 共 焼 結 体 の SEM 観 察 結 果 を 図
８ に 示 す。 ス ク リ ー ン メ ッ シ ュ SUS80 / 100μm、SUS
150 / 60μm で作製した BCY20 薄膜の厚みは、それぞれ20μm、15μm であった。これは線径の太い SUS80 / 100

図８1400 ℃ で NiO‑BCY20 基 板 と 共 焼 結 し た BCY20 薄 膜 のSEM観察結果(A）SUS80‑100μm を用いて印刷した BCY20 薄膜、（B）SUS150‑60μm を用いて印刷した BCY20 薄膜
Fig. ８ SEM images of the cross‑section of BCY20 membrane（A）screen‑printed with SUS80/100 μm mesh and（B）SUS150/60 μm mesh. The cells were fabricatedby co‑sintering at 1400 ℃ for 10 h.

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図９ BCY20 膜厚の検討のための切り出し BCY20 セルのIV、出力特性□ ■： 切 り 出 し BCY20 セ ル（15μm）、 △ ▲： 切 り 出 しBCY20 セル（20μm）
Fig. ９ Current density‑voltage and power density curves of□■：sliced specimen of BCY20 cell（15μm）, △▲：sliced specimen of BCY20 cell（20μm）.

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BCY セルの場合、インピーダンスプロットの際は、セルのオーム抵抗がほぼ X 軸との交点に相当するため、切り出
し BCY20 セル（15μm）、
切り出し BCY セル（20μm）のオー
ム抵抗はそれぞれ 0. 75 Ωcm２、0. 94 Ωcm２ となる。両者の差は BCY20 膜厚による電気抵抗の差であり、BCY20 膜
厚を薄くしたことで、オーム抵抗が低減されたことが分かる。
以 上 の 結 果 か ら、 今 回 の 大 型 BCY20 セ ル の 作 製 では BCY20 膜 を 薄 く し 出 力 を 高 く す る こ と が で き る
SUS150 / 60μm を用いることとした。

３．
３
図10

600 ℃におけるインピーダンス特性■：切り出し BCY20 セル（15μm）、▲：切り出し BCY20
セル（20μm）
Fig.10 AC impedance spectra of ■：sliced specimen of
BCY20 cell（15μm）, ▲：sliced specimen of BCY20
cell（20μm）at 600 ℃.

作製した大型 BCY20 セル

作製した直径 106 mm の大型 BCY20 セルの外観写真と形状を図 11 に示す。セル形状はカソード側に凸となっており、最大高さは約 1. 4 mm であった。セルの厚みが約0. 7 mm であることを考慮すると、セル全体の反り量は 0. 7
mm 程度である。これは直径の１％以下であるため、寸法精度は良好であるといえる。

３．
４

３点曲げ試験

大型 BCY20 セルと大型 YSZ セルの３点曲げ試験結果を図 12 に示す。大型 BCY20 セルは最大荷重が 21. 3 N、抗折強度が 170. 3 N/mm２であった。一方、大型 YSZ セル
は最大荷重が 21. 0 N、抗折強度が 243. 1 N/mm２であった。
抗折強度は試験片の厚みが薄い方が高く算出されるため、大型 YSZ セルの方が高かった。但し大型 BCY20 セ
ル の 最 大 荷 重 は 大 型 YSZ セ ル と 同 程 度 で あ っ た た め、PCFC に使用する上で十分な機械強度を有していると考え

図11

BCY20 電解質を用いた大型セル（A）外観写真、（B）セルの高さ測定結果
Fig. 11 (A）An optical image of BCY20 electrolyte‑basedlarge‑sized fuel cell, and（B）a height proﬁle along theradial direction.

図12 大型 BCY20 セルと大型 YSZ セルの３点曲げ試験の模式図と測定結果
Fig.12 Results of the three‑point bending tests on the BCY20
electrolyte‑based and YSZ electrolyte‑based large‑
sized fuel cell. The schematic of the method is shownin the insect.

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図13 大型 BCY20 セルの発電性能の面内ばらつき測定（IV、出力
密度特性）□■：切り出し BCY20 セル A、△▲：切り出し BCY20 セル B、○●：切り出し BCY 20 セル C
Fig. 13 Current density‑voltage and power density curves of□■：sliced specimen of BCY20 cell A, △▲：sliced
specimen of BCY20 cell B, and ○●：sliced specimenof BCY20 cell C.

Fig. 14

図14 大型 BCY20 セルの IV、出力密度評価結果
Current density‑voltage and power density curves of
the BCY20 electrolyte‑based large‑sized fuel cell.

BCY20 セルが非荷重であるのに対し、大型 BCY20 セル
は上から荷重しているため、インターコネクタ ‑ 集電体間や集電体 ‑ 電極間の接触抵抗が低くなり、内部抵抗が低くられる。今回のようなサーメット電極の場合は、骨格を形なったと推測している。

成する材料や骨格径に影響するため、両者の差異の原因はまた燃料利用率は最大出力時で約 40％であり、燃料電

今後詳細に機械特性や断面構造を調査する必要がある。

池の高効率化を考えると十分でない。燃料利用率はガスの流し方にも大きく依存するため、セル構造の検討を進めた

３．５

大型 BCY20 セルの面内ばらつき評価

大型 BCY20 セルの面内ばらつきの評価結果を図 13 にい。
これまで報告されている主な小型 PCFC と本報告の切り出し BCY20 セル、大型 BCY20 セルの特性を表１に示示す。
セルの中央部と周辺部２ヵ所からそれぞれ切り出した３
つの BCY20 セルの OCV は 1. 014、1. 019、1. 029 V、出力２す。
小型 PCFC の中でカソードの材料と構造を高度に設

密度は 292、301、290 mW/cm であり、それぞれの平均計したセル 26），27） には及ばないものの、今回の切り出し

値からのズレは前者で±１％以下、後者で± 1. 5％以下にBCY20 セルは同程度の出力であった。

収まっていた。スクリーン印刷で形成した電解質やカソー

今回、大型セル特有の課題である形状、強度、面内の製ドの膜厚のばらつき等によって生じる大型セルの面内の発造ばらつきの問題を解決し、良好な発電性能を得ることが電性能のばらつきは、ガス分配の均一性を前提として、小できたことは、次の展開を考える上で貴重な知見であるとさいことが分かる。

考えている。
なお今後は長時間の連続評価により耐久性を検証する計

３．６

大型 BCY20 セルの発電特性評価

画である。

BCY20 膜厚 15μm の大型 BCY20 セルの発電特性を図14 に示す。
大型 BCY20 セルは OCV が 1. 024 V、最大出力密度が365 mW/cm２（22. 6 W）であった。

各種製造プロセスの条件とカソードや電解質の膜厚など

IV 特 性 の 傾 き か ら 見 積 も っ た 大 型 BCY20 セ ル の 内
２部 抵 抗 は 0. 7 Ωcm で あ る。 同 様 に 切 り 出 し BCY20 セ２ルの内部抵抗は図９より 0. 9 Ωcm であった。切り出し

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４．結言
の要素を検討することで、形状、強度、面内の発電特性の均質性が良好な大型 BCY20 セルを作製することができた。

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Table １

表１ 報告されている小型 PCFC と大型 BCY20 セルの発電性能（600 ℃）
Comparison of performance of BCY cells reported and in the present study under similar conditions.

更 に OCV が 1. 024 V、 出 力 が 365 mW/cm２（22. 6 W/

chemistry , 77, 131‑133（2009）セル）と、これまで報告されている小型 PCFC と同程度

５）Q. ‑X. Fu, D. Sebold, F. Tiets and H. ‑P. Buchkre-の出力密度を確認でき、大型化に伴う性能低下も見られな

mer：Electrodeposited cobalt coating on Crofer-

かった。これらのことより PCFC の基本的な大型化プロ

22APU steels for interconnect applications on solid

セスを確立できた。

oxide fuel cells, Solid State Ionics , 192, 376‑382（2011）

謝辞

６）T. Uehara, N. Yasuda, S. Tanaka, K. Yamamura：

本研究は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）イノベーション推進事業の助成のもと行われました。ここに厚く謝意を表します。

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燃料電池 Vol.16 No.3 2017

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