JP5746747B1 - Solid oxide fuel cell - Google Patents
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Abstract
【課題】固体電解質層とシール部の間に剥離が生じることを抑制可能な固体酸化物型燃料電池を提供する。【解決手段】固体酸化物型燃料電池10は、発電部30と、インターコネクタ40と、シール部50とを備える。発電部30は、燃料極集電層31と、固体電解質層33と、空気極活性層35とを有する。インターコネクタ40は、燃料極集電層31に接続される。シール部50は、固体電解質層33とインターコネクタ40に接続される。固体電解質層33は、シール部50の表面50Sと接触する接触部100を含む。接触部100のうち外縁部分110の少なくとも一部は、シール部50の表面50Sから離れる向きに突出している。【選択図】図2A solid oxide fuel cell capable of suppressing the occurrence of peeling between a solid electrolyte layer and a seal portion is provided. A solid oxide fuel cell includes a power generation unit, an interconnector, and a seal unit. The power generation unit 30 includes a fuel electrode current collecting layer 31, a solid electrolyte layer 33, and an air electrode active layer 35. The interconnector 40 is connected to the anode current collecting layer 31. Seal unit 50 is connected to solid electrolyte layer 33 and interconnector 40. The solid electrolyte layer 33 includes a contact part 100 that contacts the surface 50S of the seal part 50. At least a part of the outer edge portion 110 of the contact portion 100 protrudes in a direction away from the surface 50 </ b> S of the seal portion 50. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、インターコネクタと固体電解質層の間に配置されたシール部を備える固体酸化物型燃料電池に関する。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell including a seal portion disposed between an interconnector and a solid electrolyte layer.
従来、固体酸化物型燃料電池は、発電部と、緻密なインターコネクタとを備える。発電部は、燃料極と、緻密な固体電解質層と、空気極とを有する。インターコネクタは、発電部の燃料極と、隣接する他の発電部の空気極とに電気的に接続される。インターコネクタと固体電解質層によって、発電部内におけるガスリークが抑制される。 Conventionally, a solid oxide fuel cell includes a power generation unit and a dense interconnector. The power generation unit includes a fuel electrode, a dense solid electrolyte layer, and an air electrode. The interconnector is electrically connected to the fuel electrode of the power generation unit and the air electrode of another adjacent power generation unit. Gas leakage in the power generation unit is suppressed by the interconnector and the solid electrolyte layer.
ここで、インターコネクタと固体電解質層の間に緻密でない層が形成されることを抑制するために、NiO−Y2O3又はNi−Y2O3によって構成されるシール部を介挿する手法が提案されている。 Here, in order to suppress the formation of a non-dense layer between the interconnector and the solid electrolyte layer, a method of inserting a seal portion made of NiO—Y 2 O 3 or Ni—Y 2 O 3 Has been proposed.
しかしながら、固体電解質層とシール部の間に剥離が生じやすいという問題がある。そこで、本発明者等が鋭意検討した結果、固体電解質層の外縁がシール部の表面から捲れてしまうことが原因であるという新規な知見を得た。 However, there is a problem that peeling is likely to occur between the solid electrolyte layer and the seal portion. Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors, the inventors have obtained a novel finding that the cause is that the outer edge of the solid electrolyte layer falls from the surface of the seal portion.
本発明は、上述の新規な知見に基づいてなされたものであり、固体電解質層とシール部の間に剥離が生じることを抑制可能な固体酸化物型燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made on the basis of the above-described novel findings, and an object thereof is to provide a solid oxide fuel cell capable of suppressing the occurrence of peeling between the solid electrolyte layer and the seal portion.
本発明に係る固体酸化物型燃料電池は、発電部と、緻密なインターコネクタと、緻密なシール部とを備える。発電部は、燃料極と、空気極と、燃料極と空気極の間に配置される緻密な固体電解質層とを有する。インターコネクタは、燃料極と電気的に接続される。シール部は、固体電解質層とインターコネクタに接続される。固体電解質層は、シール部の表面と接する接触部を有する。接触部のうち外縁部分の少なくとも一部は、シール部の表面から離れる向きに突出している。 The solid oxide fuel cell according to the present invention includes a power generation part, a dense interconnector, and a dense seal part. The power generation unit includes a fuel electrode, an air electrode, and a dense solid electrolyte layer disposed between the fuel electrode and the air electrode. The interconnector is electrically connected to the fuel electrode. The seal portion is connected to the solid electrolyte layer and the interconnector. The solid electrolyte layer has a contact portion in contact with the surface of the seal portion. At least a part of the outer edge portion of the contact portion protrudes away from the surface of the seal portion.
本発明によれば、固体電解質層とシール部の間に剥離が生じることを抑制可能な固体酸化物型燃料電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid oxide fuel cell which can suppress that peeling arises between a solid electrolyte layer and a seal | sticker part can be provided.
次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension may be different from the actual one. Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
以下の実施形態では、いわゆる横縞形の固体酸化物型燃料電池を例に挙げて説明するが、本発明は、縦縞形、燃料極支持形、電解質平板形、或いは円筒形の固体酸化物型燃料電池に適用可能である。 In the following embodiments, a so-called horizontal-striped solid oxide fuel cell will be described as an example. However, the present invention relates to a vertical-striped, fuel electrode support, electrolyte flat plate, or cylindrical solid oxide fuel cell. Applicable to batteries.
(固体酸化物型燃料電池10の構成)
固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)10の構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、固体酸化物型燃料電池10の構成を示す断面図である。
(Configuration of Solid Oxide Fuel Cell 10)
A configuration of a solid oxide fuel cell (SOFC) 10 will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid
固体酸化物型燃料電池10は、支持基板20と、複数の発電部30と、複数のインターコネクタ40と、シール部50とを備える。
The solid
支持基板20は、扁平な板状に形成される。支持基板20は、多孔質材料で構成される。支持基板20の内部には、燃料ガスを流すための流路21が形成されている。支持基板20は、ニッケル(Ni)又は/及び酸化ニッケル(NiO)を含んでいてもよい。支持基板20がNiOを含む場合、NiOは発電時に水素ガスによってNiに還元されてもよい。支持基板20は、Niとイットリア(Y2O3)を主成分として含有していてもよい。
The
本実施形態において、「組成物Aが物質Bを主成分として含む」とは、好ましくは、組成物Aにおける物質Bの含量が60重量%以上であることを意味し、より好ましくは、組成物Aにおける物質Bの含量が70重量%以上であることを意味する。また、「組成物Aが物質Bを主成分として含む」とは、組成物Aが物質Bのみからなる場合も包含する概念である。 In the present embodiment, “the composition A contains the substance B as a main component” preferably means that the content of the substance B in the composition A is 60% by weight or more, and more preferably, the composition It means that the content of substance B in A is 70% by weight or more. Further, “the composition A contains the substance B as a main component” is a concept including the case where the composition A is composed of only the substance B.
複数の発電部30は、複数のインターコネクタ40を介して電気的に直列接続されている。各発電部30は、燃料極集電層31(燃料極の一例)と、燃料極活性層32と、固体電解質層33と、反応防止層34と、空気極活性層35(空気極の一例)と、空気極集電層36とを有する。
The plurality of
燃料極集電層31は、支持基板20に埋設される。燃料極集電層31は、Ni又は/及びNiOを含有してもよい。燃料極集電層31がNiOを含む場合、NiOは発電時に水素ガスによってNiに還元されてもよい。燃料極集電層31は、Niの他に、イットリウム(Y)及び/又はセリウム(Ce)を含有してもよい。燃料極集電層31は、Y2O3及び/又はセリア(CeO2)を含有してもよい。燃料極集電層31は、NiとY2O3を主成分としてもよく、また、Niとガドリニアドープトセリア(GDC)を主成分としていてもよい。
The anode
燃料極活性層32は、燃料極集電層31に埋設される。燃料極活性層32は、Ni又は/及びNiOを含有してもよい。燃料極活性層32がNiOを含む場合、NiOは発電時に水素ガスによってNiに還元されてもよい。燃料極活性層32は、ジルコニア(ZrO2)を含有していてもよい。ZrO2には、希土類元素が固溶していてもよい。燃料極活性層32は、固体電解質層33に含有されるジルコニア系材料を含有していてもよい。
The anode
固体電解質層33は、燃料極集電層31と燃料極活性層32を覆うように支持基板20上に形成される。固体電解質層33は、支持基板20、燃料極集電層31及び燃料極活性層32よりも緻密である。固体電解質層33における気孔率は、10%以下であることが好ましい。固体電解質層33は、インターコネクタ40及びシール部50と共に、空気と燃料ガスとを切り分けるためのガスシール層を構成する。
The
固体電解質層33は、ZrO2を含んでいてもよい。固体電解質層33は、例えばイットリア安定化ジルコニア(3YSZ、8YSZ、10YSZなど)やスカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)などのジルコニア系材料を主成分として含有することができ、特に8YSZを主成分として含有することが好ましい。固体電解質層30の厚みは、3μm〜30μmとすることができる。
The
本実施形態において、固体電解質層33の第1端部33aは、自発電部のシール部50上に配置され、かつ、反応防止層34から露出している。固体電解質層33の第2端部33bは、隣接する他発電部のシール部50上に配置され、かつ、反応防止層34に被覆されている。固体電解質層33の第1端部33aの構成については後述する。
In the present embodiment, the
反応防止層34は、固体電解質層33上に形成される。反応防止層34は、CeO2を含んでもよい。反応防止層34は、CeO2及びCeO2に固溶した希土類金属酸化物を含むセリア系材料を主成分として含有していてもよい。セリア系材料としては、ガドリニウムドープセリア(GDC)、サマリウムドープセリア(SDC)などが挙げられる。
The
空気極活性層35は、反応防止層34上に設けられる。空気極活性層35は、例えば、ランタン含有ペロブスカイト型複合酸化物を主成分として含有してもよい。ランタン含有ペロブスカイト型複合酸化物としては、具体的には、LSCF(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)、ランタンマンガナイト、ランタンコバルタイト、ランタンフェライトが挙げられる。ランタン含有ペロブスカイト型複合酸化物には、Sr、Ca、Cr、Co、Fe、Ni、Al等がドープされていてもよい。
The air electrode
空気極集電層36は、反応防止層34上及び空気極活性層35上に形成される。空気極集電層36の一端部は、隣接する発電部30に接続されるインターコネクタ40に連結される。空気極集電層36は、導電性を有していればよく、例えば空気極活性層35と同様の材料で構成することができる。
The air electrode
インターコネクタ40は、燃料極集電層31に埋設される。インターコネクタ40の側方は、シール部50によって取り囲まれている。インターコネクタ40は、インターコネクタ層41と、中間層42とを有する。
The
インターコネクタ層41は、支持基板20、燃料極集電層31及び燃料極活性層32よりも緻密である。インターコネクタ層41は、固体電解質層33及びシール部50と共に、空気と燃料ガスとを切り分けるためのガスシール層を構成する。インターコネクタ層41は、一般式(1)によって表されるクロマイト系材料を主成分として含有していてもよい。
The
Ln1−xAxCr1−y-zByO3 (1)
ただし、式(1)において、LnはY及びランタノイドからなる群より選択される少なくとも1種類の元素である。Aサイトは、Ca,Sr及びBaからなる群より選択される少なくとも1種類の元素を含有する。Bサイトは、Ti,V,Mn,Fe,Co,Cu,Ni,Zn,Mg及びAlからなる群より選択される少なくとも1種類の元素を含有する。また、0.025≦x≦0.3、0≦y≦0.22、0≦z≦0.15である。
Ln 1-x A x Cr 1-yz B y O 3 (1)
However, in the formula (1), Ln is at least one element selected from the group consisting of Y and a lanthanoid. The A site contains at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba. The B site contains at least one element selected from the group consisting of Ti, V, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Zn, Mg, and Al. Further, 0.025 ≦ x ≦ 0.3, 0 ≦ y ≦ 0.22, and 0 ≦ z ≦ 0.15.
中間層42は、インターコネクタ層41と燃料極集電層31の間に介挿されている。中間層42は、燃料極集電層31に含有される元素(例えばNiなど)と、クロマイト系材料とを含有していてもよい。中間層42が含有するクロマイト系材料は、インターコネクタ40が含有するクロマイト系材料と同一であってもよく異なっていてもよい。
The
シール部50は、自発電部の固体電解質層33の第1端部33aとインターコネクタ40に接続される。本実施形態において、シール部50は、インターコネクタ40の側方を取り囲むように形成されており、隣接する他発電部の固体電解質層33及び反応防止層34とも接続されている。ただし、シール部50は、自発電部の固体電解質層33とインターコネクタ40との間に配置されていればよく、図1とは異なる形状であってもよい。
The
シール部50は、支持基板20、燃料極集電層31及び燃料極活性層32よりも緻密である。シール部50は、固体電解質層33及びインターコネクタ層41と共に、空気と燃料ガスとを切り分けるためのガスシール層を構成する。
The
シール部50は、金属酸化物(2種類以上の金属酸化物が混合されていてもよい)を含有することが好ましい。金属酸化物としては、(AE)ZrO3、MgO、MgAl2O4、及びCexLn1−xO2からなる群より選択される少なくとも1種類の酸化物が挙げられる。AEはアルカリ土類金属であり、例えばMg,Ca,Sr,及びBaが挙げられるが、特にCaが好ましい。従って、(AE)ZrO3で表される金属酸化物としては、例えば、CaZrO3などが好適である。LnはY及びランタノイドからなる群より選択される少なくとも1種類の元素である。また、xは0<x≦0.3を満たす。
The
シール部50は、金属酸化物とMgOを主成分として含有することが特に好ましい。また、シール部50は、金属酸化物とMgO以外に、Fe2O3、Al2O3及びY2O3などを含有していてもよい。
The
シール部50における(AE)ZrO3の含有率は、5〜99wt%であればよく、5〜95wt%が好ましく、10〜90wt%がより好ましくい。シール部50におけるMgOの含有率は、1〜95wt%であればよく、5〜95wt%が好ましく、10〜90wt%がより好ましくい。このような範囲とすることで、シール部50におけるシール膜の強度をより向上することができ、耐久性をより向上できる。シール部50における(AE)ZrO3とMgOとの比(重量比)は5:95〜99:1であればよく、5:95〜95:5が好ましく、10:90〜90:10がより好ましい。このような比率とすることで、シール部50におけるシール膜の強度をより向上することができ、耐久性をより向上できる。
The content rate of (AE) ZrO 3 in the
(固体電解質層33の第1端部33aの構成)
次に、図面を参照しながら、固体電解質層33の第1端部33aの構成について説明する。図2は、図1の部分拡大図である。
(Configuration of the
Next, the configuration of the
固体電解質層33の第1端部33aは、シール部50の表面50S上に配置される。固体電解質層33の第1端部33aは、接触部100と、離間部200とを含む。
The
接触部100は、シール部50の表面50Sと直接的に接触する。接触部100は、CaとZrを含んでいる。接触部100は、CaZr4O9及び/又はCaZrO3を含有していてもよい。接触部100は、CaZr4O9及び/又はCaZrO3を主成分として含有していてもよい。また、接触部100は、離間部200と同じ材料(8YSZやScSZなど)を含有していてもよい。接触部100は、外縁部分110と平坦部分120を有する。
The
外縁部分110は、第1端部33aの先端に設けられる。外縁部分110は、平坦部分120と比較して、表面50Sから離れる向きに突出している。すなわち、接触部100の厚みは、平坦部分120よりも外縁部分110においてより厚くなっている。本実施形態において、外縁部分110の断面は、略半楕円形状であるが、矩形状、三角形状、或いは鋸歯形状などであってもよい。
The
外縁部分110の表面50Sからの突出高さ(すなわち、外縁部分110の厚み)は、固体電解質層33の厚みの10%〜80%とすることができ、20%以上であることが好ましい。外縁部分110の突出高さは、3μm〜25μmとすることができ、5μm以上であることが好ましい。
The protrusion height from the
平坦部分120は、外縁部分110の内側に連なる。平坦部分120の厚みは、一様であってもよい。平坦部分120の厚みは、0.3μm〜5μmとすることができ、1μm以上であることが好ましい。
The
離間部200は、第1端部33aのうちシール部50から離間している領域である。離間部200は、接触部100を介して表面50Sから離間している。離間部200の厚みは、3μm〜100μmとすることができ、10μm〜50μmであることが好ましい。ただし、離間部200の先端は、接触部100の外縁部分110上に配置されるためテーパー状に形成されている。従って、離間部200の厚みは、先端に向かうほど薄くなっていてもよい。
The
このような固体電解質層33は、固体電解質層用粉末に水とバインダーを混合したスラリーをスクリーン印刷法などによって重ねて塗布することによって形成できる。以下、固体電解質層33の作製方法を説明する。
Such a
まず、CaとZrを含む材料粉末(例えば、CaZr4O9粉末やCaZrO3粉末など)に水とバインダー(例えば、ポリビニルアルコール)を混合してスラリーを作製する。 First, a material powder containing Ca and Zr (for example, CaZr 4 O 9 powder or CaZrO 3 powder) is mixed with water and a binder (for example, polyvinyl alcohol) to prepare a slurry.
次に、シール部50、燃料極集電層31及び燃料極活性層32それぞれの平坦な成形体上にスラリーを塗布する。これによって、外縁部分110の土台部分と平坦部分120の成形体が形成される。続いて、外縁部分110の土台部分上にスラリーを複数回塗布する。これによって、外縁部分110の成形体が形成される。
Next, slurry is applied on the flat molded bodies of the
次に、ジルコニア系材料粉末(例えば、8YSZ粉末など)に水とバインダー(例えば、ポリビニルアルコール)を混合してスラリーを作製する。次に、外縁部分110及び平坦部分120それぞれの成形体上に作製したスラリーを複数回塗布する。これによって、離間部200の成形体が形成される。
Next, water and a binder (for example, polyvinyl alcohol) are mixed with zirconia-based material powder (for example, 8YSZ powder) to prepare a slurry. Next, the slurry produced on each molded body of the
以上のように形成された固体電解質層33の成形体を燃料極集電層31、燃料極活性層32、インターコネクタ40及びシール部50それぞれの成形体と共焼成することによって、固体電解質層33が形成される。
The
(他の実施形態)
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications or changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では特に触れていないが、固体電解質層33の外縁部分110の全体が表面50Sから離れる向きに突出していなくてもよい。すなわち、外縁部分110の少なくとも一部が表面50Sから離れる向きに突出していればよく、突出する部分と突出しない部分が連続するように形成されていてもよい。
For example, although not particularly mentioned in the above embodiment, the entire
また、上記実施形態では、図1に示すように、インターコネクタ40、シール部50、燃料極集電層31及び燃料極活性層32が支持基板20に埋設されることとしたが、これらは支持基板20上に積層されていてもよい。この場合、固体電解質層33の第1端部33aは、シール部50の表面50Sに接触していればよい。
In the above embodiment, as shown in FIG. 1, the
また、上記実施形態において、燃料極集電層31(燃料極の一例)は、インターコネクタ40と直接的に接続されることとしたが、インターコネクタ40と電気的に接続されていればよい。従って、燃料極集電層31とインターコネクタ40との間には中間層が介挿されていてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the fuel electrode current collection layer 31 (an example of a fuel electrode) was directly connected with the
(水準1に係るサンプルの作製)
以下のようにして、水準1に係るサンプルを作製した。
(Preparation of sample according to level 1)
A sample according to Level 1 was produced as follows.
まず、表面に複数の凹部が形成された支持基板の成形体を作製した。 First, a support substrate molded body having a plurality of recesses formed on the surface was prepared.
次に、印刷法を用いて、支持基板の成形体の各凹部内に燃料極集電層の成形体を形成した。この際、燃料極集電層の成形体の表面を支持基板の成形体の表面と面一にするとともに、燃料極集電層の成形体の表面に第1凹部と第2凹部を形成した。 Next, a molded body of the anode current collecting layer was formed in each recess of the molded body of the support substrate by using a printing method. At this time, the surface of the molded body of the anode current collecting layer was flush with the surface of the molded body of the support substrate, and the first and second recesses were formed on the surface of the molded body of the anode current collecting layer.
次に、印刷法を用いて、燃料極集電層の成形体の第1凹部内に燃料極活性層の成形体を形成した。この際、燃料極活性層の成形体の表面を燃料極集電層の成形体の表面と面一にした。 Next, a molded body of the anode active layer was formed in the first recess of the molded body of the anode current collecting layer using a printing method. At this time, the surface of the molded body of the anode active layer was flush with the surface of the molded body of the anode current collecting layer.
次に、印刷法を用いて、燃料極集電層の成形体の第2凹部内にシール部の成形体を筒状に形成した後に、印刷法を用いて、シール部の成形体の内側にインターコネクタの成形体を形成した。この際、シール部及びインターコネクタそれぞれの成形体の表面を燃料極集電層の成形体の表面と面一にした。 Next, using the printing method, after forming the molded part of the seal portion into the second concave portion of the molded body of the anode current collecting layer, the inner side of the molded body of the seal part using the printing method. An interconnector molded body was formed. At this time, the surfaces of the molded parts of the seal portion and the interconnector were flush with the surface of the molded body of the fuel electrode current collecting layer.
次に、8YSZ粉末に水とポリビニルアルコールを混合して固体電解質層用スラリーを調製した。続いて、調製した固体電解質層用スラリーを印刷法で塗布することによって、隣接する2つのシール部に接触するように固体電解質層の成形体を形成した。この際、固体電解質層の成形体を一様な厚みで形成した。 Next, 8YSZ powder was mixed with water and polyvinyl alcohol to prepare a solid electrolyte layer slurry. Subsequently, the prepared solid electrolyte layer slurry was applied by a printing method to form a solid electrolyte layer formed body so as to be in contact with two adjacent seal portions. At this time, a molded body of the solid electrolyte layer was formed with a uniform thickness.
次に、印刷法を用いて、固体電解質層上に反応防止層の成形体を形成した。 Next, the molded body of the reaction preventing layer was formed on the solid electrolyte layer using a printing method.
次に、支持基板、燃料極、固体電解質層、反応防止層、インターコネクタ及びシール部それぞれの成形体を共焼成(1350〜1450℃、1〜20時間)した。 Next, the molded body of each of the support substrate, the fuel electrode, the solid electrolyte layer, the reaction preventing layer, the interconnector, and the seal portion was co-fired (1350 to 1450 ° C., 1 to 20 hours).
次に、印刷法を用いて、反応防止層上に空気極の成形体を形成して焼成(1000〜1100℃、1〜10時間)した。 Next, using a printing method, an air electrode molded body was formed on the reaction preventing layer and fired (1000 to 1100 ° C., 1 to 10 hours).
(水準2〜8に係るサンプルの作製)
以下に説明する通り、固体電解質層の成形体の形成工程が異なる以外は水準1と同様にして水準2〜8に係るサンプルを作製した。
(Production of samples according to levels 2 to 8)
As described below, samples according to levels 2 to 8 were produced in the same manner as level 1 except that the formation process of the solid electrolyte layer compact was different.
具体的には、まず、CaZr4O9粉末に水とポリビニルアルコールを混合して接触部用スラリーを調製した。続いて、調製した接触部用スラリーを印刷法で塗布することによって、隣接する2つのシール部に接触するように接触部の成形体を形成した。この際、外縁だけにスラリーを重ねて印刷することによって、平坦部分から突出した外縁部分を有する接触部の成形体を形成した。次に、8YSZ粉末に水とポリビニルアルコールを混合して調製した離間部用スラリーを接触部の成形体上に印刷法で塗布することによって、接触部の成形体上に離間部の成形体を形成した。なお、水準3〜8に係るサンプルにおける固体電解質層の厚みと外縁部分の突出高さとは表2に示すとおりであった。 Specifically, first, water and polyvinyl alcohol were mixed with CaZr 4 O 9 powder to prepare a contact portion slurry. Subsequently, the contact portion molded body was formed so as to be in contact with two adjacent seal portions by applying the prepared slurry for the contact portion by a printing method. At this time, by forming the slurry only on the outer edge and printing, a molded body of the contact portion having the outer edge portion protruding from the flat portion was formed. Next, by forming a separation portion slurry prepared by mixing water and polyvinyl alcohol into 8YSZ powder onto the contact portion molding by a printing method, a separation portion molding is formed on the contact portion molding. did. In addition, the thickness of the solid electrolyte layer and the protrusion height of the outer edge portion in the samples according to levels 3 to 8 were as shown in Table 2.
(還元処理)
まず、各サンプルの燃料極に還元処理を施した。具体的には、各サンプルの燃料極側を4%水素雰囲気に維持した状態で常温から750℃まで昇温した後、4%水素雰囲気から100%水素雰囲気に切り替えて750℃に100時間維持した。その後、Arガスと水素ガス(Arに対して4%)の供給によって還元雰囲気を維持した状態で常温まで12時間かけて降温した。
(Reduction treatment)
First, a reduction treatment was performed on the fuel electrode of each sample. Specifically, after raising the temperature of the fuel electrode side of each sample from room temperature to 750 ° C. while maintaining a 4% hydrogen atmosphere, the sample was switched from 4% hydrogen atmosphere to 100% hydrogen atmosphere and maintained at 750 ° C. for 100 hours. . Thereafter, the temperature was lowered to room temperature over 12 hours while maintaining a reducing atmosphere by supplying Ar gas and hydrogen gas (4% with respect to Ar).
(剥離の確認)
還元処理を施した各サンプルの断面を顕微鏡で観察することによって、シール部と固体電解質層の間における剥離の有無を確認した。確認結果を表1及び表2に示す。
(Confirmation of peeling)
By observing the cross section of each sample subjected to the reduction treatment with a microscope, the presence or absence of peeling between the seal portion and the solid electrolyte layer was confirmed. The confirmation results are shown in Tables 1 and 2.
表1及び表2から分かるように、固体電解質層の外縁部分を突出させた水準2〜8のサンプルでは、固体電解質層の剥離することを抑制できた。これは、固体電解質層の外縁部分を突出させることによって、剥離の起点となりやすい外縁部分の強度を向上できたため、外縁部分が捲れるように剥離することを抑制できたためである。 As can be seen from Tables 1 and 2, in the samples of levels 2 to 8 in which the outer edge portion of the solid electrolyte layer was protruded, it was possible to suppress the separation of the solid electrolyte layer. This is because by projecting the outer edge portion of the solid electrolyte layer, it was possible to improve the strength of the outer edge portion that is likely to be a starting point of peeling, and therefore, it was possible to suppress peeling so that the outer edge portion was swollen.
また、表2から分かるように、固体電解質層の外縁部分の突出高さが全体厚みの20%以上である水準4〜8のサンプルでは、固体電解質層の僅かな剥離も抑制できることが確認された。 Further, as can be seen from Table 2, it was confirmed that in the samples of level 4 to 8 where the protruding height of the outer edge portion of the solid electrolyte layer is 20% or more of the total thickness, slight peeling of the solid electrolyte layer can be suppressed. .
また、表2から分かるように、固体電解質層の外縁部分の突出高さが5μm以上である水準4〜8のサンプルでは、固体電解質層の僅かな剥離も抑制できることが確認された。 Further, as can be seen from Table 2, it was confirmed that in the samples of levels 4 to 8 where the protruding height of the outer edge portion of the solid electrolyte layer was 5 μm or more, slight peeling of the solid electrolyte layer could be suppressed.
10 固体酸化物型燃料電池
20 支持基板
30 発電部
31 燃料極集電層
32 燃料極活性層
33 固体電解質層
33a 第1端部
33b 第2端部
34 反応防止層
35 空気極活性層
36 空気極集電層
40 インターコネクタ
41 インターコネクタ層
42 中間層
50 シール部
100 接触部
110 外縁部
120 平坦部
200 離間部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃料極と電気的に接続される緻密なインターコネクタと、
前記固体電解質層と前記インターコネクタに接続される緻密なシール部と、
を備え、
前記固体電解質層は、前記シール部の表面と接触する接触部と、前記接触部を介して前記シール部の前記表面から離れた離間部とを含み、
前記離間部の先端は、前記接触部の外縁部分上に配置され、
前記接触部の前記外縁部分の少なくとも一部は、前記シール部の前記表面から離れる向きに突出している、
固体酸化物型燃料電池。 A power generation unit having a fuel electrode, an air electrode, and a dense solid electrolyte layer disposed between the fuel electrode and the air electrode;
A dense interconnector electrically connected to the fuel electrode;
A dense seal portion connected to the solid electrolyte layer and the interconnector;
With
The solid electrolyte layer includes a contact portion that comes into contact with the surface of the seal portion, and a separation portion that is separated from the surface of the seal portion via the contact portion,
The tip of the spacing portion is disposed on the outer edge portion of the contact portion,
At least a part of the outer edge portion of the contact portion protrudes away from the surface of the seal portion.
Solid oxide fuel cell.
請求項1に記載の固体酸化物型燃料電池。 The solid electrolyte layer contains Ca and Zr in the contact portion.
The solid oxide fuel cell according to claim 1.
前記離間部は、イットリア安定化ジルコニアを主成分として含有し、
前記シール部は、CaZrO 3 を主成分として含有する、
請求項1又は2に記載の固体酸化物型燃料電池。 The solid electrolyte layer includes a spacing part spaced from the seal part via the contact part,
The spacing portion contains yttria-stabilized zirconia as a main component,
The seal portion contains CaZrO 3 as a main component.
The solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2.
請求項1乃至3のいずれかに記載の固体酸化物型燃料電池。 The protruding height of the outer edge portion from the surface of the seal portion is 20% or more of the thickness of the solid electrolyte layer.
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4のいずれかに記載の固体酸化物型燃料電池。 The protruding height of the outer edge portion from the surface of the seal portion is 5 μm or more.
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
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