JP5328275B2 - Cell stack, fuel cell module including the same, and fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明はセルスタックおよびそれを具備する燃料電池モジュールならびに燃料電池装置に関するものである。   The present invention relates to a cell stack, a fuel cell module including the cell stack, and a fuel cell device.

次世代エネルギーとして、近年、複数個の燃料電池セルを電気的に接続してなるセルスタックを収納容器内に収容した燃料電池モジュールが種々提案されている。   In recent years, various fuel cell modules in which a cell stack formed by electrically connecting a plurality of fuel cells is accommodated in a storage container have been proposed as next-generation energy.

セルスタックとしては、複数個の燃料電池セルを間に集電部材を配置し、集電部材と隣接する燃料電池セルを接合材等により接合し、それにより各燃料電池セルを電気的に直列に接続することで構成される。   In the cell stack, a current collecting member is arranged between a plurality of fuel cells, and the fuel cells adjacent to the current collecting member are joined by a joining material or the like, whereby the fuel cells are electrically connected in series. Consists of connecting.

ここで、集電部材と燃料電池セルとを接合するにあたり、集電部材の表面に、平均粒径の異なるペロブスカイト型酸化物からなる表面処理材を塗布する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また、空気極を平均粒径の異なる電極粒子を用いて構成することも提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
特開2004−265742号公報 特開2007−27036号公報
Here, a method for applying a surface treatment material made of a perovskite oxide having a different average particle diameter to the surface of the current collecting member when joining the current collecting member and the fuel cell is proposed (for example, a patent) Reference 1). It has also been proposed to configure the air electrode using electrode particles having different average particle diameters (see, for example, Patent Document 2).
JP 2004-265742 A JP 2007-27036 A

しかしながら、このようなセルスタックであっても、長期間発電を行っている間に、空気極と集電部材とを接合する接合材にクラック等が生じる場合がある。ここで、集電部材に応力が生じた場合に、集電部材が接合材や空気極から剥離するおそれがあり、それによりセルスタックの出力が低下するおそれがあった。   However, even in such a cell stack, cracks or the like may occur in the bonding material that bonds the air electrode and the current collecting member during long-term power generation. Here, when stress is generated in the current collecting member, the current collecting member may be peeled off from the bonding material or the air electrode, which may reduce the output of the cell stack.

そのため、導電性接合材および空気極層の気孔率を小さくすることで、集電部材をより強固に接合することも考えられるが、その場合において、燃料電池セルを構成する空気極に十分な量の空気を供給することができずに、発電効率が低下するおそれがあった。   Therefore, it is conceivable to join the current collecting member more firmly by reducing the porosity of the conductive bonding material and the air electrode layer. In that case, a sufficient amount for the air electrode constituting the fuel cell is sufficient. There was a possibility that the power generation efficiency could be lowered due to the failure to supply the air.

それゆえ、本発明においては、長期間の発電を行う場合においても、空気極と集電部材との良好な接続を持続して行うことができ、長期信頼性を向上するとともに、発電効率を向上することができるセルスタックおよびそれを具備する燃料電池モジュールならびに燃料電池装置を提供することにある。   Therefore, in the present invention, even when long-term power generation is performed, good connection between the air electrode and the current collecting member can be continuously performed, improving long-term reliability and improving power generation efficiency. It is an object of the present invention to provide a cell stack that can be used, a fuel cell module including the cell stack, and a fuel cell device.

本発明のセルスタックは、導電性支持基板の表面に、燃料極層、固体電解質層および空気極層がこの順に積層されているとともに、前記燃料極層電気的に接続されたインターコネクタを備える固体酸化物形燃料電池セルの複数個を備え、隣接する一方の前記固体酸化物形燃料電池セルの空気極層と他方の前記固体酸化物形燃料電池セルの前記インターコネクタとをそれぞれ導電性接合材を介して接続される集電部材により電気的に直列に接続してなるセルスタックであって、前記空気極層が平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなり、前記空気極層と前記集電部材とを接続する前記導電性接合材が平均粒径3μm以上のペロブスカイト型複合酸化物および平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなるとともに、前記空気極層の気孔率が、前記空気極層と接続される前記導電性接合材の気孔率よりも大きく、さらに、前記空気極層と前記固体電解質層との間に第2の空気極層が形成され、前記空気極層の気孔率が、前記空気極層と接続される前記導電性接合材の気孔率および前記第2の空気極層の気孔率よりも大きいことを特徴とする。
The cell stack of the present invention includes a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air electrode layer laminated in this order on the surface of a conductive support substrate, and an interconnector electrically connected to the fuel electrode layer. A plurality of solid oxide fuel cell units are provided, and the air electrode layer of one of the adjacent solid oxide fuel cell units and the interconnector of the other solid oxide fuel cell unit are electrically conductively joined. A cell stack electrically connected in series by a current collecting member connected through a material, wherein the air electrode layer has a perovskite complex oxide having an average particle size of 1 μm or less as a main component. And the conductive bonding material connecting the air electrode layer and the current collector is a perovskite complex oxide having an average particle size of 3 μm or more and a perovskite complex acid having an average particle size of 1 μm or less. With a sintered body composed mainly of things, the porosity of the air electrode layer is, the much larger than the porosity of the conductive bonding material is connected to the air electrode layer, further, said air electrode layer A second air electrode layer is formed between the solid electrolyte layer, and the porosity of the air electrode layer depends on the porosity of the conductive bonding material connected to the air electrode layer and the second air electrode. and wherein the magnitude Ikoto than the porosity of the layer.

このようなセルスタックにおいては、空気極層と集電部材とを接続する導電性接合材が、平均粒径3μm以上のペロブスカイト型複合酸化物および平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなることから、導電性接合材の焼成収縮を抑制することができ、それによりクラックの発生を抑制することができる。それにより、長期信頼性を向上することができる。   In such a cell stack, the conductive bonding material for connecting the air electrode layer and the current collector is mainly composed of a perovskite complex oxide having an average particle size of 3 μm or more and a perovskite complex oxide having an average particle size of 1 μm or less. Since it consists of the sintered compact as a component, the firing shrinkage of the conductive bonding material can be suppressed, and thereby the generation of cracks can be suppressed. Thereby, long-term reliability can be improved.

また、空気極層が平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなることから、燃料電池セルの初期の発電出力を向上することができ、発電効率を向上することができる。   Further, since the air electrode layer is made of a sintered body mainly composed of a perovskite complex oxide having an average particle size of 1 μm or less, the initial power generation output of the fuel cell can be improved and the power generation efficiency can be improved. be able to.

さらに、空気極層の気孔率が、空気極層と接続される導電性接合材の気孔率よりも大きいことから、空気極層に十分な量の空気(酸素含有ガス)を導入することができ、空気利用特性を向上させることができ、発電効率を向上することができる。また、空気極層と接続される導電性接合材の気孔率を空気極層の気孔率よりも小さくすることにより、集電部材と導電性接合材との接合強度を向上させることができ、長期信頼性を向上することができる。   Furthermore, since the porosity of the air electrode layer is larger than the porosity of the conductive bonding material connected to the air electrode layer, a sufficient amount of air (oxygen-containing gas) can be introduced into the air electrode layer. The air utilization characteristics can be improved, and the power generation efficiency can be improved. In addition, by making the porosity of the conductive bonding material connected to the air electrode layer smaller than the porosity of the air electrode layer, the bonding strength between the current collector and the conductive bonding material can be improved, Reliability can be improved.

さらにまた、空気極層と固体電解質層との間に形成された第2の空気極層の気孔率が、第1の空気極層と接続される導電性接合材の気孔率よりも大きいことから、集電部材と導電性接合材との接合強度を向上することができるとともに、空気極層中に十分な量の空気(酸素含有ガス)を導入することができる。
Furthermore , the porosity of the second air electrode layer formed between the air electrode layer and the solid electrolyte layer is larger than the porosity of the conductive bonding material connected to the first air electrode layer. In addition to improving the bonding strength between the current collecting member and the conductive bonding material, a sufficient amount of air (oxygen-containing gas) can be introduced into the air electrode layer.

また、空気極層の気孔率が、空気極層と固体電解質層との間に形成された第2の空気極層の気孔率よりも大きい、すなわち第2の空気極層の気孔率が、第2の空気極層の上方に位置する空気極層の気孔率よりも小さいことから、第2の空気極層と固体電解質層との接合強度を向上することができる。   Further, the porosity of the air electrode layer is larger than the porosity of the second air electrode layer formed between the air electrode layer and the solid electrolyte layer, that is, the porosity of the second air electrode layer is Since the porosity of the air electrode layer located above the second air electrode layer is smaller than that of the air electrode layer, the bonding strength between the second air electrode layer and the solid electrolyte layer can be improved.

また、本発明のセルスタックは、導電性支持基板の表面に、燃料極層、固体電解質層および空気極層がこの順に積層されているとともに、前記燃料極層と電気的に接続されたインターコネクタを備える固体酸化物形燃料電池セルの複数個を備え、隣接する一方の前記固体酸化物形燃料電池セルの空気極層と他方の前記固体酸化物形燃料電池セルの前記インターコネクタとをそれぞれ導電性接合材を介して接続される集電部材により電気的に直列に接続してなるセルスタックであって、前記空気極層が平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなり、前記空気極層と前記集電部材とを接続する前記導電性接合材が平均粒径3μm以上のペロブスカイト型複合酸化物および平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなるとともに、前記空気極層の気孔率が、前記空気極層と接続される前記導電性接合材の気孔率よりも大きく、前記集電部材と前記インターコネクタとを接続するための前記導電性接合材が、ペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなるとともに、前記インターコネクタと接続される前記導電性接合材の気孔率が、前記空気極層と接続される前記導電性接合材の気孔率よりも小さいことを特徴とする。
この場合に、前記空気極層と前記固体電解質層との間に第2の空気極層が形成され、前記空気極層の気孔率が、前記空気極層と接続される前記導電性接合材の気孔率および前記第2の空気極層の気孔率よりも大きいことが望ましい。
In the cell stack of the present invention , the fuel electrode layer, the solid electrolyte layer, and the air electrode layer are laminated in this order on the surface of the conductive support substrate, and the interconnector is electrically connected to the fuel electrode layer. A plurality of solid oxide fuel cells, each of which is electrically conductive to the air electrode layer of one of the adjacent solid oxide fuel cells and the interconnector of the other solid oxide fuel cell. A cell stack electrically connected in series by a current collecting member connected via a conductive bonding material, wherein the air electrode layer is a sintered body mainly composed of a perovskite complex oxide having an average particle size of 1 μm or less. The conductive bonding material comprising a bonded body and connecting the air electrode layer and the current collecting member is a perovskite complex oxide having an average particle size of 3 μm or more and a perovskite type having an average particle size of 1 μm or less Said coupling oxide with a sintered body composed mainly, the porosity of the air electrode layer is, the larger than the porosity of the conductive bonding material is connected to the air electrode layer, and the current collecting member The conductive bonding material for connecting the interconnector is made of a sintered body mainly composed of a perovskite complex oxide, and the porosity of the conductive bonding material connected to the interconnector is It is smaller than the porosity of the conductive bonding material connected to the air electrode layer .
In this case, a second air electrode layer is formed between the air electrode layer and the solid electrolyte layer, and the porosity of the air electrode layer is that of the conductive bonding material connected to the air electrode layer. It is desirable that the porosity is larger than the porosity of the second air electrode layer.

このようなセルスタックにおいては、インターコネクタと集電部材とを接続するためのペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなる導電性接合材の気孔率が、空気極層と接続される導電性接合材の気孔率よりも小さいことから、燃料電池セルの発電により生じた電流を効率よく集電することができる。それにより、発電効率が向上したセルスタックとすることができる。   In such a cell stack, the porosity of the conductive bonding material made of a sintered body mainly composed of a perovskite complex oxide for connecting the interconnector and the current collecting member is connected to the air electrode layer. Therefore, the current generated by the power generation of the fuel cell can be collected efficiently. Thereby, a cell stack with improved power generation efficiency can be obtained.

本発明の燃料電池モジュールは、上記のうちいずれかに記載のセルスタックを、収納容器内に収納してなることを特徴とする。   The fuel cell module of the present invention is characterized in that the cell stack according to any one of the above is housed in a housing container.

このような燃料電池モジュールにおいては、長期信頼性の向上したセルスタックを収納容器内に収納してなることから、長期信頼性の向上した燃料電池モジュールとすることができる。   In such a fuel cell module, since the cell stack with improved long-term reliability is stored in the storage container, the fuel cell module with improved long-term reliability can be obtained.

本発明の燃料電池装置は、上記に記載の燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることを特徴とする。   The fuel cell device of the present invention is characterized in that the fuel cell module described above is housed in an outer case.

このような燃料電池装置においては、長期信頼性の向上したセルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることから、長期信頼性の向上した燃料電池装置とすることができる。   In such a fuel cell device, since the fuel cell module in which the cell stack having improved long-term reliability is stored in the storage container is stored in the outer case, the fuel cell device having improved long-term reliability. It can be.

本発明のセルスタックは、空気極と集電部材との良好な接続を持続して行うことができ、長期信頼性を向上することができるとともに、発電効率を向上させることができ、さらに、発電効率が向上したセルスタックを具備することにより、発電効率が向上した燃料電池モジュールならびに燃料電池装置とすることができる。
The cell stack of the present invention can continuously perform good connection between the air electrode and the current collecting member , improve long-term reliability, improve power generation efficiency, and further generate power. By providing the cell stack with improved efficiency, a fuel cell module and a fuel cell device with improved power generation efficiency can be obtained.

図1は、本発明のセルスタックを具備してなるセルスタック装置1の一例を示したものであり、(a)はセルスタック装置1を概略的に示す側面図、(b)は(a)のセルスタック装置1の一部拡大平面図であり、(a)で示した点線枠で囲った部分を抜粋して示している。また、同一の部材については同一の番号を付するものとし、以下同様とする。なお、(b)において(a)で示した点線枠で囲った部分の対応する部分を明確とするために矢印にて示している。   FIG. 1 shows an example of a cell stack apparatus 1 comprising the cell stack of the present invention, where (a) is a side view schematically showing the cell stack apparatus 1 and (b) is (a). FIG. 2 is a partially enlarged plan view of the cell stack device 1 of FIG. 2 and shows an excerpt of a portion surrounded by a dotted frame shown in FIG. The same members are assigned the same numbers, and so on. In addition, in (b), in order to clarify, the part corresponding to the part enclosed with the dotted-line frame shown by (a) is shown with the arrow.

ここで、セルスタック装置1を構成するセルスタックは、一対の対向する平坦部と両端の弧状部とからなる柱状の導電性支持基板11(以下、支持基板11と略す場合がある)の一方の平坦部と弧状部を覆うように燃料極層8が設けられており、燃料極層8を覆うように、緻密質な固体電解質層9が積層されている。また、固体電解質層9の上には、燃料極層8と対向するように空気極層10が設けられている。すなわち、支持基板11の一方の平坦部上に、燃料極層8、固体電解質層9及び空気極層10がこの順に積層されている。また、燃料極層8および固体電解質層9が形成されていない支持基板11の他方の平坦部上には、インターコネクタ13が積層されている。このような構成により柱状の固体酸化物形燃料電池セル2(以下、燃料電池セル2と略す場合がある)が形成される。なお、図1(b)から明らかな通り、燃料極層8および固体電解質層9は、両端の弧状部を経由してインターコネクタ13の両サイドにまで延びており、支持基板11の表面が外部に露出しないように構成されている。   Here, the cell stack constituting the cell stack device 1 is one of a columnar conductive support substrate 11 (hereinafter sometimes abbreviated as the support substrate 11) composed of a pair of opposed flat portions and arc-shaped portions at both ends. A fuel electrode layer 8 is provided so as to cover the flat portion and the arc-shaped portion, and a dense solid electrolyte layer 9 is laminated so as to cover the fuel electrode layer 8. An air electrode layer 10 is provided on the solid electrolyte layer 9 so as to face the fuel electrode layer 8. That is, the fuel electrode layer 8, the solid electrolyte layer 9, and the air electrode layer 10 are laminated in this order on one flat portion of the support substrate 11. An interconnector 13 is laminated on the other flat portion of the support substrate 11 on which the fuel electrode layer 8 and the solid electrolyte layer 9 are not formed. With such a configuration, columnar solid oxide fuel cells 2 (hereinafter may be abbreviated as fuel cells 2) are formed. As is clear from FIG. 1B, the fuel electrode layer 8 and the solid electrolyte layer 9 extend to both sides of the interconnector 13 via arcuate portions at both ends, and the surface of the support substrate 11 is external. It is configured not to be exposed.

そして、この燃料電池セル2の複数個を、隣接する燃料電池セル2間に集電部材3を介装して電気的に直列に接続することにより、セルスタックが構成されている。なお、隣接する燃料電池セル2間に介装される集電部材3は、一方の燃料電池セル2の空気極層10と導電性接合材14を介して接続され、他方の燃料電池セル2のインターコネクタ13と導電性接合材15を介して接続され、それにより各燃料電池セル2が電気的に直列に接続されている。   A plurality of the fuel cells 2 are electrically connected in series with the current collecting member 3 interposed between the adjacent fuel cells 2 to constitute a cell stack. The current collecting member 3 interposed between the adjacent fuel cells 2 is connected to the air electrode layer 10 of one fuel cell 2 via the conductive bonding material 14, and the other fuel cell 2 The interconnector 13 and the conductive bonding material 15 are connected to each other, whereby the fuel cells 2 are electrically connected in series.

そして、上述したセルスタックを構成する各燃料電池セル2の下端を、燃料電池セル2に反応ガス(例えば、燃料ガス)を供給するマニホールド6に固定し、また下端がマニホールド6に固定され、燃料電池セル2の配列方向の両端部から集電部材3を介してセルスタックを挟持するように端部集電部材4が配置され、マニホールド6に反応ガスを供給するための反応ガス供給管7が接続されて、セルスタック装置1が構成されている。   Then, the lower end of each fuel battery cell 2 constituting the cell stack described above is fixed to a manifold 6 for supplying a reaction gas (for example, fuel gas) to the fuel battery cell 2, and the lower end is fixed to the manifold 6. An end current collecting member 4 is disposed so as to sandwich the cell stack from both ends in the arrangement direction of the battery cells 2 via the current collecting member 3, and a reaction gas supply pipe 7 for supplying a reaction gas to the manifold 6 is provided. The cell stack device 1 is configured by being connected.

ここで、図1に示す端部集電部材4においては、燃料電池セル2の配列方向に沿って、外側に向けて延びるとともに、燃料電池セル2の発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部5が設けられている。   Here, in the end current collecting member 4 shown in FIG. 1, a current drawing portion that extends outward along the arrangement direction of the fuel cells 2 and draws a current generated by the power generation of the fuel cells 2. 5 is provided.

なお、燃料電池セル2を構成する支持基板11の内部には、複数のガス流路12が設けられており、マニホールド6より供給される燃料ガス(水素含有ガス)が、ガス流路12を流れる間に、燃料極層8に供給される。   A plurality of gas flow paths 12 are provided inside the support substrate 11 constituting the fuel battery cell 2, and fuel gas (hydrogen-containing gas) supplied from the manifold 6 flows through the gas flow paths 12. In the meantime, the fuel electrode layer 8 is supplied.

また、支持基板11が燃料側電極を兼ねるものとし、その表面に固体電解質層9および空気側電極層10を順次積層して燃料電池セル2を構成することもできる。なお、燃料電池セル2としては、各種燃料電池セルが知られているが、燃料電池セル2を収納してなる燃料電池装置を小型化、高効率化する上で、固体酸化物形燃料電池セルとすることができる。それにより、燃料電池装置を小型化、高効率化することができるとともに、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行なうことができる。   The support substrate 11 can also serve as a fuel-side electrode, and the fuel cell 2 can be configured by sequentially laminating the solid electrolyte layer 9 and the air-side electrode layer 10 on the surface thereof. Various types of fuel cells are known as the fuel cell 2. However, in order to reduce the size and increase the efficiency of the fuel cell device containing the fuel cell 2, the solid oxide fuel cell It can be. Thereby, the fuel cell device can be reduced in size and increased in efficiency, and a load following operation can be performed to follow a fluctuating load required for a household fuel cell.

以下に、図1において示す燃料電池セル2を構成する各部材について説明する。なお、空気極層10、インターコネクタ13、導電性接合材14、15については後述する。   Below, each member which comprises the fuel cell 2 shown in FIG. 1 is demonstrated. The air electrode layer 10, the interconnector 13, and the conductive bonding materials 14 and 15 will be described later.

支持基板11は、燃料ガスを燃料極層8まで透過させるためにガス透過性であること、インターコネクタ13を介して集電を行うために導電性であることが要求されることから、例えば、鉄族金属成分と特定の希土類酸化物とにより形成されることが好ましい。   Since the support substrate 11 is required to be gas permeable in order to permeate the fuel gas to the fuel electrode layer 8 and to be conductive in order to collect current via the interconnector 13, for example, It is preferably formed of an iron group metal component and a specific rare earth oxide.

鉄族金属成分としては、鉄族金属単体、鉄族金属酸化物、鉄族金属の合金もしくは合金酸化物等が挙げられる。より詳細には、例えば、鉄族金属としてはFe、Ni(ニッケル)およびCoが挙げられ、特に安価であることおよび燃料ガス中で安定であることから、鉄族成分としてNiおよび/またはNiOを含有することが好ましい。   Examples of the iron group metal component include an iron group metal element, an iron group metal oxide, an iron group metal alloy or an alloy oxide, and the like. More specifically, for example, iron group metals include Fe, Ni (nickel), and Co. Since they are particularly inexpensive and stable in fuel gas, Ni and / or NiO are used as iron group components. It is preferable to contain.

また、特定の希土類酸化物とは、支持基板11の熱膨張係数を固体電解質層9の熱膨張係数に近づけるために使用されるものであり、Y、Lu(ルテチウム)、Yb、Tm(ツリウム)、Er(エルビウム)、Ho(ホルミウム)、Dy(ジスプロシウム)、Gd、Sm、Pr(プラセオジム)からなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む希土類酸化物が、上記鉄族成分との組み合わせで使用される。このような希土類酸化物の具体例としては、Y、Lu、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Sm、Prを例示することができ、鉄族金属の酸化物との固溶、反応が殆どなく、また、熱膨張係数が固体電解質層9と殆ど同程度であり、かつ安価であるという点から、Y、Ybが好ましい。 The specific rare earth oxide is used to bring the thermal expansion coefficient of the support substrate 11 close to the thermal expansion coefficient of the solid electrolyte layer 9, and is Y, Lu (lutetium), Yb, Tm (thulium). A rare earth oxide containing at least one element selected from the group consisting of Er, Er (erbium), Ho (holmium), Dy (dysprosium), Gd, Sm, and Pr (praseodymium), in combination with the iron group component Used in. Specific examples of such rare earth oxides include Y 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Er 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Gd 2 O. 3 , Sm 2 O 3 , Pr 2 O 3 can be exemplified, and there is almost no solid solution or reaction with the iron group metal oxide, and the thermal expansion coefficient is almost the same as that of the solid electrolyte layer 9. And Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 are preferable because they are inexpensive.

また、本発明においては、支持基板11の良好な導電率を維持し、かつ熱膨張係数を固体電解質層9と近似させるという点で、鉄族金属成分:希土類酸化物成分=35:65〜65:35の体積比で存在することが好ましい。なお、支持基板11中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で、他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。   In the present invention, the iron group metal component: rare earth oxide component = 35: 65-65 in that the good conductivity of the support substrate 11 is maintained and the thermal expansion coefficient is approximated to that of the solid electrolyte layer 9. : Preferably in a volume ratio of 35. The support substrate 11 may contain other metal components and oxide components as long as required characteristics are not impaired.

また、支持基板11は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、通常、開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあることが好ましい。また、支持基板11の導電率は、300S/cm以上、特に440S/cm以上であることが好ましい。   Further, since the support substrate 11 is required to have fuel gas permeability, it is usually preferable that the open porosity is in the range of 30% or more, particularly 35 to 50%. Further, the conductivity of the support substrate 11 is preferably 300 S / cm or more, and particularly preferably 440 S / cm or more.

なお、支持基板11の平坦部の長さ(支持基板11の幅方向の長さ)は、通常、15〜35mm、弧状部の長さ(弧の長さ)は、2〜8mmであり、支持基板11の厚み(両平坦部間の厚み)は1.5〜5mmであることが好ましい。   The length of the flat portion of the support substrate 11 (length in the width direction of the support substrate 11) is normally 15 to 35 mm, and the length of the arc-shaped portion (arc length) is 2 to 8 mm. The thickness of the substrate 11 (thickness between both flat portions) is preferably 1.5 to 5 mm.

本発明において、燃料極層8は、電極反応を生じさせるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性を有するセラミックス(焼結体)により形成されるのが好ましい。例えば、希土類元素が固溶したZrOまたは希土類元素が固溶したCeOと、Ni及び/またはNiOとから形成される。 In the present invention, the fuel electrode layer 8 causes an electrode reaction, and is preferably formed by a known porous conductive ceramic (sintered body). For example, it is formed from ZrO 2 in which a rare earth element is dissolved or CeO 2 in which a rare earth element is dissolved, and Ni and / or NiO.

燃料極層8中の希土類元素が固溶したZrOまたは希土類元素が固溶したCeOの含量は、35〜65体積%の範囲にあるのが好ましく、またNiあるいはNiO含量は、65〜35体積%であるのが好ましい。さらに、この燃料極層8の開気孔率は、15%以上、特に20〜40%の範囲にあるのが好ましく、その厚みは、1〜30μmであるのが好ましい。例えば、燃料極層8の厚みがあまり薄いと、性能が低下するおそれがあり、またあまり厚いと、燃料極層8と固体電解質層9との間で熱膨張差による剥離等を生じるおそれがある。 The content of ZrO 2 in which the rare earth element is dissolved in the fuel electrode layer 8 or CeO 2 in which the rare earth element is dissolved is preferably in the range of 35 to 65% by volume, and the Ni or NiO content is 65 to 35%. It is preferable that it is volume%. Further, the open porosity of the fuel electrode layer 8 is preferably 15% or more, particularly preferably in the range of 20 to 40%, and the thickness thereof is preferably 1 to 30 μm. For example, if the thickness of the fuel electrode layer 8 is too thin, the performance may be deteriorated, and if it is too thick, peeling due to a difference in thermal expansion may occur between the fuel electrode layer 8 and the solid electrolyte layer 9. .

固体電解質層9は、3〜15モル%のY(イットリウム)、Sc(スカンジウム)、Yb(イッテルビウム)等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ZrOからなる緻密質なセラミックス(焼結体)を用いるのが好ましい。また、希土類元素としては、安価であるという点からYが好ましい。さらに、固体電解質層9は、ガス透過を防止するという点から、相対密度(アルキメデス法による)が93%以上、特に95%以上の緻密質であることが望ましく、かつその厚みが5〜50μmであることが好ましい。 The solid electrolyte layer 9 is a dense ceramic (sintered) made of partially stabilized or stabilized ZrO 2 containing rare earth elements such as 3 to 15 mol% Y (yttrium), Sc (scandium), Yb (ytterbium). Body) is preferred. As the rare earth element, Y is preferable because it is inexpensive. Further, the solid electrolyte layer 9 is desirably a dense material having a relative density (according to Archimedes method) of 93% or more, particularly 95% or more in terms of preventing gas permeation, and a thickness of 5 to 50 μm. Preferably there is.

ところで、上述のような構成で作製される燃料電池セル2を、導電性接合材14、15を介して集電部材3と接続することにより、複数の燃料電池セル2を電気的に直列に接続するが、長期間の発電を行なう場合において、集電部材3と空気極層10とを接続するための導電性接合材14にクラックが生じ、セルスタックの出力が低下するおそれがある。この原因の1つとして、導電性接合材14の焼成収縮が大きく、それに伴い導電性接合材14にクラックが生じるものと考えられる。また、空気極層10や導電性接合材14、15の材料の粒径や気孔率によっては、発電性能が低下することや、空気利用特性が低下するおそれもある。   By the way, the fuel cell 2 manufactured with the above-described configuration is connected to the current collecting member 3 via the conductive bonding materials 14 and 15 so that the plurality of fuel cells 2 are electrically connected in series. However, when power generation is performed for a long period of time, cracks may occur in the conductive bonding material 14 for connecting the current collecting member 3 and the air electrode layer 10, and the output of the cell stack may be reduced. As one of the causes, it is considered that the firing shrinkage of the conductive bonding material 14 is large, and the conductive bonding material 14 is cracked accordingly. In addition, depending on the particle size and porosity of the air electrode layer 10 and the conductive bonding materials 14 and 15, there is a possibility that the power generation performance may be reduced and the air utilization characteristics may be reduced.

図2は、燃料電池セル2の一部を抜粋して示す断面図であり、固体電解質層9の上面に形成された空気極層10と集電部材3とが、導電性接合材14を介して接続されていることを示している。ここで、図2に示したように、集電部材3は、その一部が導電性接合材14に埋まるようにして接続されており、空気極層10とは直接的には接続されていないことが好ましい。それにより、集電部材3と導電性接合材14との接触面積を増やすことができ、集電部材3を固定することが容易となる。   FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a part of the fuel cell 2, in which the air electrode layer 10 and the current collecting member 3 formed on the upper surface of the solid electrolyte layer 9 are connected via the conductive bonding material 14. Indicates that they are connected. Here, as shown in FIG. 2, the current collecting member 3 is connected so that a part thereof is buried in the conductive bonding material 14, and is not directly connected to the air electrode layer 10. It is preferable. Accordingly, the contact area between the current collecting member 3 and the conductive bonding material 14 can be increased, and the current collecting member 3 can be easily fixed.

ここで、上述したような問題を抑制(防止)するために、燃料電池セル2においては、空気極層10が平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体を有し、集電部材3と空気極層10とを接続する導電性接合材14が、平均粒径3μm以上のペロブスカイト型複合酸化物および平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなるととともに、空気極層10の気孔率が、空気極層10と接続される導電性接合材14の気孔率よりも大きい。
Here, in order to suppress the above-mentioned problem (preventing), in the fuel cell 2, the sintered body air electrode layer 10 is mainly composed of an average particle diameter of 1μm or less of the perovskite type composite oxide The conductive bonding material 14 that connects the current collecting member 3 and the air electrode layer 10 is composed mainly of a perovskite complex oxide having an average particle diameter of 3 μm or more and a perovskite complex oxide having an average particle diameter of 1 μm or less. together it becomes a sintered body, the porosity of the air electrode layer 10, not greater than the porosity of the conductive bonding material 14 that is connected to the air electrode layer 10.

具体的には、空気極層10は、いわゆるABO型のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなる導電性を有するセラミックスにより形成されるのが好ましく、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にAサイトにSr(ストロンチウム)とLa(ランタン)が共存するLaSrCoFeO系酸化物(例えばLaSrCoFeO)、LaMnO系酸化物(例えばLaSrMnO)、LaFeO系酸化物(例えばLaSrFeO)、LaCoO系酸化物(例えばLaSrCoO)の少なくとも1種が好ましく、600〜1000℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からLaSrCoFeO系酸化物が特に好ましい。なお、上記ペロブスカイト型酸化物においては、Bサイトに、Co(コバルト)とともにFe(鉄)やMn(マンガン)が存在しても良い。 Specifically, the air electrode layer 10 is preferably formed of a conductive ceramic made of a sintered body mainly composed of a so-called ABO 3 type perovskite complex oxide, and is preferably a transition metal perovskite oxide. In particular, Sr (strontium) and La (lanthanum) coexist at the A site, LaSrCoFeO 3 -based oxide (for example, LaSrCoFeO 3 ), LaMnO 3 -based oxide (for example, LaSrMnO 3 ), LaFeO 3 -based oxide (for example, LaSrFeO 3 ), At least one of LaCoO 3 -based oxides (for example, LaSrCoO 3 ) is preferable, and LaSrCoFeO 3 -based oxides are particularly preferable from the viewpoint of high electrical conductivity at an operating temperature of about 600 to 1000 ° C. In the perovskite oxide, Fe (iron) or Mn (manganese) may exist at the B site together with Co (cobalt).

ここで、空気極層10は、上述したようなペロブスカイト型酸化物の焼結体により構成されるが、平均粒径を1μm以下とすることを特徴とする。それにより、空気極層10を流通する空気との比表面積を増やすことができ、それにより、燃料電池セル2の初期の発電出力を向上することができる。それに伴い、発電効率を向上することができる。   Here, the air electrode layer 10 is composed of a sintered body of the perovskite oxide as described above, and has an average particle size of 1 μm or less. Thereby, the specific surface area with the air which circulates through the air electrode layer 10 can be increased, and thereby the initial power generation output of the fuel cell 2 can be improved. Accordingly, power generation efficiency can be improved.

一方、空気極層10と集電部材3とを接続する導電性接合材14としては、空気極層10として用いることができるペロブスカイト型酸化物の焼結体を用いることができるが、その平均粒径を3μm以上のペロブスカイト型酸化物(好ましくは、3〜10μmの範囲)と、1μm以下のペロブスカイト型酸化物とから構成する。   On the other hand, as the conductive bonding material 14 for connecting the air electrode layer 10 and the current collector 3, a sintered body of a perovskite oxide that can be used as the air electrode layer 10 can be used. It is composed of a perovskite oxide having a diameter of 3 μm or more (preferably in a range of 3 to 10 μm) and a perovskite oxide having a diameter of 1 μm or less.

それにより、導電性接合材14の焼成収縮を抑制することができ、導電性接合材14のクラックの発生を抑制することができる。なお、導電性接合材14の焼成収縮を抑制するにあたり、平均粒径3μ以上のペロブスカイト型酸化物と平均粒径1μm以下のペロブスカイト型酸化物とは、その混合比を重量比で7:3〜9:1の範囲とするのが好ましい。それにより、クラックの発生を抑制しつつ、かつ燃料電池セル2間の導電性を確保することができ、長期信頼性を向上することができる。   Accordingly, firing shrinkage of the conductive bonding material 14 can be suppressed, and generation of cracks in the conductive bonding material 14 can be suppressed. In suppressing the firing shrinkage of the conductive bonding material 14, the mixing ratio of the perovskite oxide having an average particle diameter of 3 μm or more and the perovskite oxide having an average particle diameter of 1 μm or less is 7: 3 to 3 by weight. A range of 9: 1 is preferred. Thereby, it is possible to ensure the conductivity between the fuel cells 2 while suppressing the generation of cracks, and to improve the long-term reliability.

さらに、燃料電池セル2においては、空気極層10の気孔率が、空気極層10と接続される導電性接合材14の気孔率よりも大きい。それにより、空気極層10に十分な量の空
気(酸素含有ガス)を導入することができ、空気利用特性を向上させることができることから、発電効率を向上することができる。さらに、空気極層10と接続される導電性接合材14の気孔率を、空気極層10の気孔率よりも小さくすることにより、集電部材3と導電性接合材14との接合強度を向上することができ、長期信頼性を向上することができる。

Further, in the fuel cell 2, the porosity of the air electrode layer 10, not greater than the porosity of the conductive bonding material 14 that is connected to the air electrode layer 10. Thereby, a sufficient amount of air (oxygen-containing gas) can be introduced into the air electrode layer 10, and air utilization characteristics can be improved, so that power generation efficiency can be improved. Furthermore, the bonding strength between the current collecting member 3 and the conductive bonding material 14 is improved by making the porosity of the conductive bonding material 14 connected to the air electrode layer 10 smaller than the porosity of the air electrode layer 10. Long-term reliability can be improved.

より具体的には、空気極層10は、ガス透過性を有する必要があることから、気孔率が40%よりも大きい範囲、特に50〜70%の範囲にあることが好ましく、導電性接合材14は空気極層10よりも小さい気孔率とし、好ましくは40〜60%の範囲で適宜設定することができる。   More specifically, since the air electrode layer 10 needs to have gas permeability, the porosity is preferably in a range larger than 40%, particularly in a range of 50 to 70%. 14 is a porosity smaller than that of the air electrode layer 10, and can be suitably set within a range of preferably 40 to 60%.

なお、集電部材3としては、所定間隔を空けて設けられた隣り合う燃料電池セル2と接触させるための板状をした一対の接触部と、該一対の接触部のうち一方の接触部の一端と他方の接触部の一端とを接続する接続部とを有する複数の導電片を燃料電池セル2の長手方向に連続的に形成してなる集電部材を用いることができる。   The current collecting member 3 includes a pair of plate-like contact portions for contacting with adjacent fuel cells 2 provided at a predetermined interval, and one of the pair of contact portions. A current collecting member formed by continuously forming a plurality of conductive pieces having one end and a connecting portion that connects one end of the other contact portion in the longitudinal direction of the fuel cell 2 can be used.

図3は、空気極層10と固体電解質層9との間に第2の空気極層16が形成されている例を示した、燃料電池セル2の一部を抜粋して示す断面図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of the fuel cell 2 extracted from an example in which the second air electrode layer 16 is formed between the air electrode layer 10 and the solid electrolyte layer 9. .

図3に示すように、空気極層10(第1の空気極層)と固体電解質層9との間に第2の空気極層16を形成することにより、燃料電池セル2を構成する固体電解質層9と第2の空気極層16とを強固に接合することができることから、耐久性を向上することができる。あわせて、長期信頼性を向上することができる。   As shown in FIG. 3, by forming a second air electrode layer 16 between the air electrode layer 10 (first air electrode layer) and the solid electrolyte layer 9, the solid electrolyte constituting the fuel cell 2 is formed. Since the layer 9 and the second air electrode layer 16 can be firmly bonded, durability can be improved. In addition, long-term reliability can be improved.

この場合において、空気極層10と第2の空気極層16とは、上述した同じ材料にて構成することができる。ただし、空気極層10は、空気利用特性を向上することが好ましく、また第2の空気極層16は固体電解質層9との接合強度を高めることが好ましいことから、空気極層10の気孔率を、導電性接合材14の気孔率および第2の空気極層16の気孔率よりも大きくしている
In this case, the air electrode layer 10 and the second air electrode layer 16 can be made of the same material as described above. However, since the air electrode layer 10 preferably improves the air utilization characteristics, and the second air electrode layer 16 preferably increases the bonding strength with the solid electrolyte layer 9, the porosity of the air electrode layer 10 is increased. and it is made larger than the porosity of the conductive bonding material 14 and the porosity of the second cathode layer 16.

それにより、空気極層10の気孔率が導電性接合材14の気孔率よりも大きいことから、集電部材3と導電性接合材14との接合強度を向上することができるとともに、空気極層10に十分な量の空気(酸素含有ガス)を導入することができる。また、空気極層10の気孔率が、第2の空気極層16の気孔率よりも大きい(すなわち第2の空気極層16の気孔率が小さい)ことから、第2の空気極層16と固体電解質層9との接合強度を高めることができる。   Thereby, since the porosity of the air electrode layer 10 is larger than the porosity of the conductive bonding material 14, the bonding strength between the current collector 3 and the conductive bonding material 14 can be improved, and the air electrode layer A sufficient amount of air (oxygen-containing gas) can be introduced. Further, since the porosity of the air electrode layer 10 is larger than the porosity of the second air electrode layer 16 (that is, the porosity of the second air electrode layer 16 is small), The bonding strength with the solid electrolyte layer 9 can be increased.

具体的には、空気極層10の気孔率としては、40%よりも大きい範囲、特に50〜70%の範囲にあることが好ましく、導電性接合材14は空気極層10よりも小さい気孔率とし、好ましくは40〜60%の範囲で適宜設定することができ、第2の空気極層16の気孔率は空気極層10よりも小さい気孔率とし、好ましくは30〜40%の範囲で適宜設定することができる。   Specifically, the porosity of the air electrode layer 10 is preferably in a range larger than 40%, particularly in a range of 50 to 70%, and the conductive bonding material 14 has a smaller porosity than the air electrode layer 10. Preferably, the porosity of the second air electrode layer 16 is smaller than that of the air electrode layer 10, and preferably in the range of 30 to 40%. Can be set.

また、空気極層10の厚みは30〜100μmとすることができ、第2の空気極層16の厚みは5〜50μmとすることができる。   The thickness of the air electrode layer 10 can be set to 30 to 100 μm, and the thickness of the second air electrode layer 16 can be set to 5 to 50 μm.

ところで、支持基板11のうち、燃料極層8および固体電解質層9が形成されていない他方の平坦部上に積層されるインターコネクタ13としては、導電性を有するセラミックスにより形成されるのが好ましいが、燃料ガス(水素含有ガス)及び酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが要求される。それゆえ、耐還元性、耐酸化性を有し、かつ導電性を有するセラミックスとして、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)を主成分とするセラミックスにて構成することが好ましい。また、支持基板11の内部を通る燃料ガスおよび支持基板11の外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかる導電性を有するセラミックスは緻密質であることが要求され、例えば93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好ましい。 By the way, it is preferable that the interconnector 13 laminated on the other flat portion of the support substrate 11 on which the fuel electrode layer 8 and the solid electrolyte layer 9 are not formed is made of conductive ceramics. In order to come into contact with fuel gas (hydrogen-containing gas) and oxygen-containing gas, it is required to have reduction resistance and oxidation resistance. Therefore, it is preferable that the ceramics having reduction resistance, oxidation resistance, and conductivity have ceramics mainly composed of lanthanum chromite perovskite oxide (LaCrO 3 oxide). . Further, in order to prevent leakage of the fuel gas passing through the inside of the support substrate 11 and the oxygen-containing gas passing through the outside of the support substrate 11, the ceramic having such conductivity is required to be dense, for example, 93% or more, In particular, it is preferable to have a relative density of 95% or more.

また、インターコネクタ13の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、10〜200μmであることが好ましい。この範囲よりも厚みが薄いと、ガスのリークを生じやすく、またこの範囲よりも厚みが大きいと、電気抵抗が大きく、電位降下により集電機能が低下してしまうおそれがある。   Further, the thickness of the interconnector 13 is preferably 10 to 200 μm from the viewpoint of preventing gas leakage and electric resistance. If the thickness is smaller than this range, gas leakage is liable to occur. If the thickness is larger than this range, the electric resistance is large, and the current collecting function may be lowered due to a potential drop.

ここで、インターコネクタ13と集電部材3とを電気的に接続するにあたり、インターコネクタ13と集電部材3とが、導電性接合材15を介して接続されていることが好ましい。それにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくでき、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。   Here, when the interconnector 13 and the current collector 3 are electrically connected, it is preferable that the interconnector 13 and the current collector 3 are connected via the conductive bonding material 15. As a result, the contact between the two becomes an ohmic contact, the potential drop can be reduced, and a reduction in current collecting performance can be effectively avoided.

ここで、導電性接続材15としては、前述した導電性接合材14と同様に、空気極層10として用いることができるペロブスカイト型酸化物を用いることができ、平均粒径を3μm以上のペロブスカイト型酸化物(好ましくは、3〜10μmの範囲)と、1μm以下のペロブスカイト型酸化物とから構成することが好ましい。なお平均粒径3μ以上のペロブスカイト型酸化物と平均粒径1μm以下のペロブスカイト型酸化物とは、その混合比を重量比で7:3〜9:1の範囲とするのが好ましい。また、ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にAサイトにSr(ストロンチウム)とLa(ランタン)が共存するLaSrCoFeO系酸化物(例えばLaSrCoFeO)、LaMnO系酸化物(例えばLaSrMnO)、LaFeO系酸化物(例えばLaSrFeO)、LaCoO系酸化物(例えばLaSrCoO)の少なくとも1種が好ましく、600〜1000℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からLaSrCoFeO系酸化物が特に好ましい。なお、上記ペロブスカイト型酸化物においては、Bサイトに、Co(コバルト)とともにFe(鉄)やMn(マンガン)が存在しても良い。また導電性接合材15の厚みとしては、30〜100μmの範囲とすることが好ましい。 Here, as the conductive connecting material 15, a perovskite type oxide that can be used as the air electrode layer 10 can be used as in the conductive bonding material 14 described above, and a perovskite type having an average particle diameter of 3 μm or more. It is preferable to comprise an oxide (preferably in the range of 3 to 10 μm) and a perovskite oxide of 1 μm or less. The perovskite oxide having an average particle diameter of 3 μm or more and the perovskite oxide having an average particle diameter of 1 μm or less preferably have a mixing ratio of 7: 3 to 9: 1. Examples of the perovskite oxide include transition metal perovskite oxides, particularly LaSrCoFeO 3 oxides (eg, LaSrCoFeO 3 ) and LaMnO 3 oxides in which Sr (strontium) and La (lanthanum) coexist at the A site. (For example, LaSrMnO 3 ), LaFeO 3 -based oxide (for example, LaSrFeO 3 ), and LaCoO 3 -based oxide (for example, LaSrCoO 3 ) are preferable, and the electrical conductivity at an operating temperature of about 600 to 1000 ° C. is high. From the point of view, a LaSrCoFeO 3 oxide is particularly preferable. In the perovskite oxide, Fe (iron) or Mn (manganese) may exist at the B site together with Co (cobalt). The thickness of the conductive bonding material 15 is preferably in the range of 30 to 100 μm.

ここで、インターコネクタ13と集電部材3とを接続する導電性接合材15の気孔率は、上述した空気極層10と集電部材3とを接続する導電性接合材14の気孔率よりも小さい。それにより、燃料電池セル2の発電により生じた電流を効率よく集電することができ、発電効率が向上したセルスタックとすることができる。
Here, the porosity of the conductive bonding material 15 that connects the interconnector 13 and the current collecting member 3 is higher than the porosity of the conductive bonding material 14 that connects the air electrode layer 10 and the current collecting member 3 described above. not small. Thereby, the current generated by the power generation of the fuel battery cell 2 can be efficiently collected, and a cell stack with improved power generation efficiency can be obtained.

具体的には、上述した導電性接合材14の気孔率40〜60%の範囲よりも小さい気孔率とし、導電性接合材15の気孔率は、好ましくは30〜50%の範囲とすることができる。   Specifically, the porosity of the conductive bonding material 14 is smaller than the porosity of 40 to 60%, and the porosity of the conductive bonding material 15 is preferably in the range of 30 to 50%. it can.

以上、燃料電池セル2を構成する各部材について説明したが、続いて燃料電池セル2(セルスタック)の作製方法について説明する。
Having described respective members constituting the fuel cell 2, followed by the manufacturing method of the fuel cell 2 (cell stack) will be described.

先ず、Ni等の鉄族金属或いはその酸化物粉末と、Yなどの希土類酸化物の粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して坏土を調製し、この坏土を用いて押出成形により支持基板11成形体を作製し、これを乾燥する。なお、支持基板11成形体として、支持基板11成形体を900〜1000℃にて2〜6時間仮焼した仮焼体を用いてもよい。 First, a clay is prepared by mixing an iron group metal such as Ni or its oxide powder, a rare earth oxide powder such as Y 2 O 3 , an organic binder, and a solvent, and using this clay A support substrate 11 molded body is prepared by extrusion molding and dried. As the support substrate 11 molded body, a calcined body obtained by calcining the support substrate 11 molded body at 900 to 1000 ° C. for 2 to 6 hours may be used.

次に例えば所定の調合組成に従いNiO、Yが固溶したZrO(YSZ)の素原料を秤量、混合する。この後、混合した粉体に、有機バインダー及び溶媒を混合して燃料極層8用スラリーを調製する。 Next, for example, ZrO 2 (YSZ) raw material in which NiO and Y 2 O 3 are dissolved is weighed and mixed according to a predetermined composition. Thereafter, an organic binder and a solvent are mixed with the mixed powder to prepare a slurry for the fuel electrode layer 8.

さらに、希土類元素が固溶したZrO粉末に、トルエン、バインダー、市販の分散剤等を加えてスラリー化したものをドクターブレード等の方法により、7〜75μmの厚さに成形してシート状の固体電解質層9成形体を作製する。得られたシート状の固体電解質層9成形体上に燃料極層8用スラリーを塗布して燃料極層8成形体を形成し、この燃料極層8成形体側の面を支持基板11成形体に積層する。なお、燃料極層8用スラリーを支持基板11成形体の所定位置に塗布し乾燥して、燃料極層8用スラリーを塗布した固体電解質層9成形体を導支持基板11成形体に積層しても良い。 Further, a slurry obtained by adding toluene, a binder, a commercially available dispersant, etc. to a ZrO 2 powder in which a rare earth element is solid-solubilized is molded to a thickness of 7 to 75 μm by a method such as a doctor blade. A solid electrolyte layer 9 compact is produced. The slurry for the fuel electrode layer 8 is applied on the obtained sheet-shaped solid electrolyte layer 9 molded body to form the fuel electrode layer 8 molded body, and the surface on the fuel electrode layer 8 molded body side is used as the support substrate 11 molded body. Laminate. The fuel electrode layer 8 slurry is applied to a predetermined position of the support substrate 11 molded body and dried, and the solid electrolyte layer 9 molded body coated with the fuel electrode layer 8 slurry is laminated on the conductive support substrate 11 molded body. Also good.

続いて、インターコネクタ13用材料(例えば、LaCrO系酸化物粉末)、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを調製し、インターコネクタ13用シートを作製し、固体電解質層9成形体が形成されていない支持基板11成形体の露出面に積層する。 Subsequently, a material for the interconnector 13 (for example, LaCrO 3 -based oxide powder), an organic binder and a solvent are mixed to prepare a slurry, and a sheet for the interconnector 13 is prepared, and a solid electrolyte layer 9 molded body is formed. The support substrate 11 that is not laminated is laminated on the exposed surface.

次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、酸素含有雰囲気中、1400〜1600℃にて2〜6時間、同時焼成する。   Next, the above-mentioned laminated molded body is subjected to binder removal treatment and co-fired at 1400 to 1600 ° C. for 2 to 6 hours in an oxygen-containing atmosphere.

続いて空気極層10を設けるにあたり、空気極層10を1層で構成する場合は、例えばLaCoO系酸化物粉末と溶媒と造孔材とを含有するスラリーを固体電解質層9上にスクリーン印刷法にて塗布し、乾燥した後、1100〜1200℃にて1〜3時間焼成する。なお、造孔材としては、例えば5〜20μmの大きさ(径)を有する繊維状の形状のものを用いることができ、空気極層10が目的の気孔率となるように、20wt%以下の範囲で適宜加えることができる。 Subsequently, when the air electrode layer 10 is formed as a single layer when the air electrode layer 10 is provided, for example, a slurry containing LaCoO 3 oxide powder, a solvent, and a pore former is screen-printed on the solid electrolyte layer 9. After applying and drying by the method, baking is performed at 1100 to 1200 ° C. for 1 to 3 hours. In addition, as a pore making material, the thing of the fibrous form which has a magnitude | size (diameter) of 5-20 micrometers can be used, for example, and it is 20 wt% or less so that the air electrode layer 10 may become the target porosity. It can add suitably in the range.

一方、空気極層10と固体電解質層9との間に第2の空気極層16を形成する場合においては、まず第2の空気極層16の材料となる、例えば、LaSrCoFeO系酸化物粉末と溶媒とを含有するスラリーを固体電解質層9上にスクリーン印刷法にて塗布し、乾燥する。 On the other hand, when the second air electrode layer 16 is formed between the air electrode layer 10 and the solid electrolyte layer 9, first, for example, a LaSrCoFeO 3 -based oxide powder that is a material of the second air electrode layer 16. A slurry containing a solvent and a solvent is applied onto the solid electrolyte layer 9 by a screen printing method and dried.

続いて、空気極層10の材料となる、例えば、LaSrCoFeO系酸化物粉末と溶媒および造孔剤を含有するスラリーを、第2の空気極層16成形体上にスクリーン印刷法にて塗布し、乾燥した後、1100〜1200℃にて1〜3時間焼成する。なお、造孔材は、上述した造孔材を、空気極層10および第2の空気極層16の目的とする気孔率に応じて適宜使用することができる。以上の工程により、燃料電池セル2を作製することができる。 Subsequently, for example, a slurry containing LaSrCoFeO 3 -based oxide powder, a solvent, and a pore forming agent, which is a material of the air electrode layer 10, is applied onto the second air electrode layer 16 molded body by a screen printing method. After drying, baking is performed at 1100 to 1200 ° C. for 1 to 3 hours. As the pore former, the aforementioned pore former can be appropriately used according to the target porosity of the air electrode layer 10 and the second air electrode layer 16. The fuel cell 2 can be manufactured through the above steps.

続いて、セルスタックを構成する各燃料電池セル2の空気極層10およびインターコネクタ13上に、導電性接合体14および導電性接合体15材料(例えば、LaSrCoFeO系酸化物粉末)と溶媒とを含むスラリーをスクリーン印刷法にて塗布する。 Subsequently, on the air electrode layer 10 and the interconnector 13 of each fuel cell 2 constituting the cell stack, the conductive joint 14 and the conductive joint 15 material (for example, LaSrCoFeO 3 -based oxide powder), the solvent, The slurry containing is applied by screen printing.

上記スクリーン印刷法にて塗布した直後に、集電部材3を接着して乾燥して、焼成する。それにより、各燃料電池セル2間に集電部材3を介装してなるセルスタックを形成することができる。   Immediately after coating by the screen printing method, the current collecting member 3 is adhered, dried, and baked. As a result, a cell stack in which the current collecting member 3 is interposed between the fuel cells 2 can be formed.

なお、燃料電池セル2は、その後内部に水素含有ガス(燃料ガス)を流通させ、支持基板11および燃料極層8の還元処理を行なうことが好ましい。その際、たとえば750〜1000℃にて5〜20時間還元処理を行なうのが好ましい。   In addition, it is preferable that the fuel cell 2 thereafter circulates a hydrogen-containing gas (fuel gas) therein to perform the reduction treatment of the support substrate 11 and the fuel electrode layer 8. In that case, it is preferable to perform a reduction process at 750-1000 degreeC for 5 to 20 hours, for example.

そして、上述したような作製方法により作製したセルスタックを、図4に示すように、燃料電池セル2の下端をマニホールド6に固定し、燃料電池セル2の配列方向の両端部から集電部材3を介してセルスタックを挟持するように端部集電部材4を配置し、さらにマニホールド6に反応ガス(燃料ガス等)を供給するための反応ガス管7を接続してセルスタック装置1を作製する。   Then, as shown in FIG. 4, the lower end of the fuel cell 2 is fixed to the manifold 6, and the current collecting member 3 is arranged from both ends in the arrangement direction of the fuel cell 2. The cell stack device 1 is manufactured by arranging the end current collecting member 4 so as to sandwich the cell stack via the gas pipe and connecting the reaction gas pipe 7 for supplying the reaction gas (fuel gas, etc.) to the manifold 6. To do.

この作製したセルスタック装置1を収納容器18内に収納することにより、本発明の燃料電池モジュール17とすることができる。なお、必要に応じて、収納容器18内に複数のセルスタック装置1を配置することも可能である。なお、図4においては、燃料電池セル2の上方に、マニホールド6に燃料ガスを供給するための改質器19を配置しており、改質器19を含めてセルスタック装置1とすることもできる。   By storing the produced cell stack device 1 in the storage container 18, the fuel cell module 17 of the present invention can be obtained. It should be noted that a plurality of cell stack devices 1 can be arranged in the storage container 18 as necessary. In FIG. 4, a reformer 19 for supplying fuel gas to the manifold 6 is disposed above the fuel cell 2, and the cell stack apparatus 1 including the reformer 19 may be used. it can.

このような燃料電池モジュール17においては、セルスタックを構成する燃料電池セル2間に配置する集電部材(図示せず)を燃料電池セル2に強固に接続することができ、長期信頼性が向上したセルスタック装置1を収納容器18内に収納することから、長期信頼性を向上することができる。   In such a fuel cell module 17, a current collecting member (not shown) disposed between the fuel cells 2 constituting the cell stack can be firmly connected to the fuel cells 2, and long-term reliability is improved. Since the cell stack device 1 is stored in the storage container 18, long-term reliability can be improved.

図5は、本発明の燃料電池装置20の一例を示す分解斜視図である。なお、図5においては一部構成を省略して示している。   FIG. 5 is an exploded perspective view showing an example of the fuel cell device 20 of the present invention. In FIG. 5, a part of the configuration is omitted.

図5に示す燃料電池装置20は、支柱21と外装板22から構成される外装ケース内を仕切板23により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール17を収納するモジュール収納室24とし、下方側を燃料電池モジュール17を動作させるための補機類を収納する補機収納室25として構成されている。なお、補機収納室25に収納する補機類を省略して示している。   The fuel cell device 20 shown in FIG. 5 divides the inside of an exterior case composed of a column 21 and an exterior plate 22 into upper and lower portions by a partition plate 23, and a module storage chamber 24 for storing the above-described fuel cell module 17 on the upper side. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 25 for storing auxiliary equipment for operating the fuel cell module 17. It should be noted that auxiliary equipment stored in the auxiliary equipment storage chamber 25 is omitted.

また、仕切板23には、補機収納室25の空気をモジュール収納室24側に流すための空気流通口26が設けられており、モジュール収納室24を構成する外装板22の一部に、モジュール収納室24内の空気を排気するための排気口27が設けられている。   In addition, the partition plate 23 is provided with an air circulation port 26 for flowing the air in the auxiliary machine storage chamber 25 to the module storage chamber 24 side, and a part of the exterior plate 22 constituting the module storage chamber 24 is An exhaust port 27 for exhausting the air in the module storage chamber 24 is provided.

このような燃料電池装置20においては、上述したように、長期信頼性の向上した燃料電池モジュール17をモジュール収納室24内に収納して構成されることにより、長期信頼性の向上した燃料電池装置20とすることができる。   In such a fuel cell device 20, as described above, the fuel cell device 17 with improved long-term reliability is configured by housing the fuel cell module 17 with improved long-term reliability in the module storage chamber 24. 20 can be set.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

先ず、平均粒径0.5μmのNiO粉末と、平均粒径0.9μmのY粉末を焼成‐還元後における体積比率が、Niが48体積%、Yが52体積%になるように混合し、有機バインダーと溶媒にて作製した坏土を押出成形法にて成形し、乾燥、脱脂して導電性支持基板3成形体を作製した。なお、試料No.1においては、Y粉末の焼成‐還元後における体積比率が、Niが45体積%、Yが55体積%となるようにした。 First, NiO powder having an average particle diameter of 0.5 μm and Y 2 O 3 powder having an average particle diameter of 0.9 μm are calcined and reduced, so that the volume ratio is 48% by volume for Ni and 52% by volume for Y 2 O 3. Then, the kneaded material prepared with an organic binder and a solvent was molded by an extrusion molding method, dried and degreased to prepare a conductive support substrate 3 molded body. Sample No. In No. 1, the volume ratio of the Y 2 O 3 powder after calcination-reduction was 45% by volume for Ni and 55% by volume for Y 2 O 3 .

次に平均粒径0.5μmのNiO粉末とYが固溶したZrO粉末と有機バインダーと溶媒を混合した燃料極層8用スラリーを作製し、支持基板11成形体上に、スクリーン印刷法にて塗布、乾燥して、燃料極層8用のコーティング層を形成した。次に8mol%のイットリウムが固溶したマイクロトラック法による粒径が0.8μmのZrO粉末(固体電解質層9原料粉末)と有機バインダーと溶媒とを混合して得られたスラリーを用いて、ドクターブレード法にて厚み30μmの固体電解質層9用シートを作製した。固体電解質層9用シートを、燃料極層8のコーティング層上に貼り付け、乾燥した。なお、試料No.3においてはZrO粉末の粒径を1.0μmとし、試料No.4においては固体電解質層9用シートの厚みを40μmとした。 Next, a slurry for the fuel electrode layer 8 is prepared by mixing a NiO powder having an average particle size of 0.5 μm, a ZrO 2 powder in which Y 2 O 3 is dissolved, an organic binder, and a solvent. The coating layer for the fuel electrode layer 8 was formed by applying and drying by a printing method. Next, using a slurry obtained by mixing a ZrO 2 powder (solid electrolyte layer 9 raw material powder) having a particle diameter of 0.8 μm by solid microdissolution in which 8 mol% of yttrium was dissolved, an organic binder, and a solvent, A sheet for the solid electrolyte layer 9 having a thickness of 30 μm was prepared by a doctor blade method. The sheet for the solid electrolyte layer 9 was attached on the coating layer of the fuel electrode layer 8 and dried. Sample No. In No. 3, the particle size of the ZrO 2 powder was 1.0 μm. In No. 4, the thickness of the sheet for the solid electrolyte layer 9 was 40 μm.

続いて、上記のように成形体を積層した積層成形体を1000℃にて3時間仮焼処理した。   Subsequently, the laminated molded body in which the molded bodies were laminated as described above was calcined at 1000 ° C. for 3 hours.

続いて、LaCrO系酸化物と、有機バインダーと溶媒を混合したインターコネクタ13用スラリーを作製し、これを、固体電解質層9仮焼体が形成されていない露出した支持基板11仮焼体上に積層し、大気中1510℃にて3時間同時焼成した。 Subsequently, the LaCrO 3 type oxide, to prepare a slurry for the interconnector 13 of a mixture of organic binder and a solvent, which, exposed supporting substrate 11 calcined body on the solid electrolyte layer 9 calcined body is not formed And co-fired at 1510 ° C. for 3 hours in the air.

次に、空気極層10を作成するにあたり、表1に示した各平均粒径の各組成の粉末と、イソプロピルアルコールからなる混合液を作製し、積層焼結体の固体電解質層9上に、スクリーン印刷法により塗布し、乾燥した。なお、空気極層10と固体電解質層9との間に第2の空気極層16を形成してなる構成した試料No.5〜14にあたっては、まず第2の空気極層16を、表1に示した各平均粒径の各組成の粉末とイソプロピルアルコールとからなる混合液を作製し、積層焼結体の固体電解質層9上に、スクリーン印刷法により塗布、乾燥して、第2の空気極層16成形体を形成した。続いて空気極層10を、表1に示した各平均粒径の各組成の粉末とイソプロピルアルコールと造孔材とからなる混合液を作製し、第2の空気極層16上にスクリーン印刷法により塗布、乾燥して、空気極層10成形体を形成した。その後、これらを1150℃にて2時間焼成した。なお、造孔材は表1に示す各試料の気孔率となるように適宜用いた。   Next, in preparing the air electrode layer 10, a mixed liquid composed of powders having respective average particle sizes shown in Table 1 and isopropyl alcohol is prepared, and the solid electrolyte layer 9 of the laminated sintered body is formed. It was applied by screen printing and dried. In addition, sample No. 2 constituted by forming the second air electrode layer 16 between the air electrode layer 10 and the solid electrolyte layer 9. 5 to 14, first, the second air electrode layer 16 is prepared as a mixed liquid composed of a powder having each average particle size shown in Table 1 and isopropyl alcohol, and the solid electrolyte layer of the laminated sintered body is prepared. The second air electrode layer 16 molded body was formed on the substrate 9 by coating and drying by screen printing. Subsequently, the air electrode layer 10 was prepared by preparing a mixed liquid composed of the powders having the respective average particle diameters shown in Table 1, isopropyl alcohol, and the pore former, and screen printing on the second air electrode layer 16. Was applied and dried to form an air electrode layer 10 molded body. Thereafter, these were fired at 1150 ° C. for 2 hours. The pore former was appropriately used so as to have the porosity of each sample shown in Table 1.

このようにして形成された5本の燃料電池セル2を間に導電性接合材14、15を介して集電部材3を接続してセルスタックを作製した。   The current collecting member 3 was connected between the five fuel cells 2 formed in this manner via conductive bonding materials 14 and 15 to produce a cell stack.

なお、導電性接合材14は、表2において平均粒径(大)として示す各原料の粉末と、平均粒径(小)として示す各原料の粉末をそれぞれの混合比で混合した粉末と、イソプロピルアルコールと造孔材とからなる混合液を、スクリーン印刷にて空気極層10上に塗布し、また導電性接合材15は、表2において平均粒径(大)として示す各原料の粉末と、平均粒径(小)として示す各原料の粉末をそれぞれの混合比で混合した粉末と、イソプロピルアルコールとからなる混合液を、スクリーン印刷にてインターコネクタ13上に塗布した。   The conductive bonding material 14 includes a powder obtained by mixing each raw material powder shown as an average particle size (large) in Table 2 with a powder obtained by mixing each raw material powder shown as an average particle size (small) at respective mixing ratios, and isopropyl. A mixed liquid composed of alcohol and pore former is applied onto the air electrode layer 10 by screen printing, and the conductive bonding material 15 is a powder of each raw material shown as an average particle size (large) in Table 2, A mixed liquid composed of powder obtained by mixing each raw material powder shown as an average particle size (small) in respective mixing ratios and isopropyl alcohol was applied onto the interconnector 13 by screen printing.

導電性接合材14および導電性接合材15を塗布したのち、所定間隔を空けて設けられた隣り合う燃料電池セル2と接触させるための板状をした一対の接触部と、該一対の接触部のうち一方の接触部の一端と他方の接触部の一端とを接続する接続部とを有する複数の導電片を燃料電池セル2の長手方向に連続的に形成してなる集電部材3(例えば、燃料電池セル2の長手方向に沿った一対の接続部と、それぞれの接続部を橋渡しするように設けられた接触部とからなる集電部材3)を接着して乾燥し、その後1150℃にて2時間焼成した。なお、焼成後の燃料電池セル2に850℃にて10時間燃料ガスを流通させて還元処理を行った。   After applying the conductive bonding material 14 and the conductive bonding material 15, a pair of plate-like contact portions for contacting the adjacent fuel cells 2 provided at a predetermined interval, and the pair of contact portions Current collecting member 3 (for example, formed by continuously forming a plurality of conductive pieces in the longitudinal direction of the fuel cell 2 having one end of one contact portion and one end of the other contact portion. The current collecting member 3) composed of a pair of connecting portions along the longitudinal direction of the fuel cell 2 and a contact portion provided so as to bridge each connecting portion is bonded and dried, and then heated to 1150 ° C. And calcined for 2 hours. In addition, the fuel gas was distribute | circulated to the fuel cell 2 after baking at 850 degreeC for 10 hours, and the reduction process was performed.

続いて、得られた燃料電池セル2の燃料ガス流路12に燃料ガスを流通させ、燃料電池セル2の外側に酸素含有ガスを流通させ、燃料電池セル2を、電気炉を用いて750℃まで加熱し、電流密度0.3A/cmの条件にて発電試験を行った。 Subsequently, the fuel gas is circulated through the fuel gas passage 12 of the obtained fuel battery cell 2, the oxygen-containing gas is circulated outside the fuel battery cell 2, and the fuel battery cell 2 is 750 ° C. using an electric furnace. And a power generation test was performed under the condition of a current density of 0.3 A / cm 2 .

発電試験終了後、集電部材3と空気極層10とを接続するための導電性接合材14のクラックの有無、発電性能、空気利用特性について調査し、表2にその結果を示す。なお、空気利用特性は、空気利用率を5%としたときの発電出力と、空気利用率を25%とした時の発電出力を比較し、空気利用率5%の時の発電出力に対し、空気利用率を25%とした時に、発電出力の低下が15%以内のものを良好とし(表2においては○で示す)、1
5%よりも多く低下したものを不可(表2においては×で示す)とした。なお、試料No.1〜4は参考試料である。
After completion of the power generation test, the presence or absence of cracks, power generation performance, and air utilization characteristics of the conductive bonding material 14 for connecting the current collecting member 3 and the air electrode layer 10 were investigated, and Table 2 shows the results. Note that the air utilization characteristics are compared with the power generation output when the air utilization rate is 5% and the power generation output when the air utilization rate is 25%. When the air utilization rate is 25%, the one with a decrease in power generation output within 15% is regarded as good (indicated by ○ in Table 2), 1
Those that decreased more than 5% were regarded as impossible (indicated by x in Table 2). Sample No. 1-4 are reference samples.

Figure 0005328275
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Figure 0005328275
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表1および表2に示したように、空気極層10を、平均粒径1.0μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体にて形成し、導電性接合材14を平均粒径3μm以上のペロブスカイト型複合酸化物と平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体とから形成するとともに、空気極層10の気孔率が導電性接合材14の気孔率よりも大きい試料No.1〜15は、導電性接合材14にクラックは発生せず、発電出力が730mV以上であり、空気利用特性も良好であった。また、空気極層10と固体電解質層9との間に第2の空気極層16を形成し、空気極層10の気孔率を50〜70%、第2の空気極層16の気孔率を30〜40%とした試料No.5〜No.12は、発電出力が770mV以上という結果を示した。さらに、空気極層10と集電部材3とを接続するための導電性接合材14の気孔率を、集電部材3とインターコネクタ13とを接続するための導電性接合材15の気孔率よりも大きくした試料No.9〜No.12においては、発電出力が790mV以上という結果を示した。   As shown in Table 1 and Table 2, the air electrode layer 10 is formed of a sintered body mainly composed of a perovskite complex oxide having an average particle diameter of 1.0 μm or less, and the conductive bonding material 14 is averaged. It is formed from a perovskite complex oxide having a particle size of 3 μm or more and a sintered body mainly composed of a perovskite complex oxide having an average particle size of 1 μm or less, and the porosity of the air electrode layer 10 is that of the conductive bonding material 14. Sample No. larger than the porosity. In Nos. 1 to 15, no crack was generated in the conductive bonding material 14, the power generation output was 730 mV or more, and the air utilization characteristics were also good. In addition, a second air electrode layer 16 is formed between the air electrode layer 10 and the solid electrolyte layer 9, and the porosity of the air electrode layer 10 is 50 to 70%, and the porosity of the second air electrode layer 16 is increased. Sample No. 30-40%. 5-No. No. 12 showed the result that the power generation output was 770 mV or more. Furthermore, the porosity of the conductive bonding material 14 for connecting the air electrode layer 10 and the current collecting member 3 is determined based on the porosity of the conductive bonding material 15 for connecting the current collecting member 3 and the interconnector 13. Sample no. 9-No. 12 showed a result that the power generation output was 790 mV or more.

一方、空気極層10を平均粒径2.0μmのペロブスカイト型複合酸化物とした試料No.16においては、発電出力が700mVであった。また、空気極層10と集電部材3とを接続するための導電性接合材14を、平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を用いずに形成した試料No.17と、平均粒径3μm以上のペロブスカイト型複合酸化物を用いずに形成した試料No.18においては、導電性接合材14にクラックを生じた。さらに、空気極層10の気孔率が40%である試料No.19においては、空気利用特性が不可であった。   On the other hand, sample No. 1 in which the air electrode layer 10 is a perovskite complex oxide having an average particle diameter of 2.0 μm. In No. 16, the power generation output was 700 mV. In addition, the sample No. 1 in which the conductive bonding material 14 for connecting the air electrode layer 10 and the current collecting member 3 was formed without using a perovskite complex oxide having an average particle diameter of 1 μm or less. 17 and sample No. 1 formed without using a perovskite complex oxide having an average particle size of 3 μm or more. In 18, a crack was generated in the conductive bonding material 14. Furthermore, the sample No. 10 in which the porosity of the air electrode layer 10 is 40%. In 19, the air utilization characteristics were not possible.

本発明のセルスタックを具備してなるセルスタック装置の一例を示したものであり、(a)は側面図、(b)は一部拡大平面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS An example of the cell stack apparatus which comprises the cell stack of this invention is shown, (a) is a side view, (b) is a partially expanded plan view. ルスタックにおける燃料電池セルと集電部材との接続の一例を示す概略図である。 Se is a schematic diagram showing an example of a connection between the fuel cell and the current collecting member in Rusutakku. 本発明のセルスタックにおける燃料電池セルと集電部材との接続の他の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of the connection of the fuel cell and current collection member in the cell stack of this invention. 本発明の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows an example of the fuel cell module of this invention. 本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an example of the fuel cell apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2:燃料電池セル
3:集電部材
9:固体電解質層
10:空気極層
13:インターコネクタ
14、15:導電性接合材
16:第の空気極
2: fuel cell 3: current collecting member 9: Solid electrolyte layer 10: air electrode layer 13: interconnector, 15: electroconductive bonding material 16: second air electrode layer

Claims (5)

導電性支持基板の表面に、燃料極層、固体電解質層および空気極層がこの順に積層されているとともに、前記燃料極層電気的に接続されたインターコネクタを備える固体酸化物形燃料電池セルの複数個を備え、隣接する一方の前記固体酸化物形燃料電池セルの空気極層と他方の前記固体酸化物形燃料電池セルの前記インターコネクタとをそれぞれ導電性接合材を介して接続される集電部材により電気的に直列に接続してなるセルスタックであって、前記空気極層が平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなり、前記空気極層と前記集電部材とを接続する前記導電性接合材が平均粒径3μm以上のペロブスカイト型複合酸化物および平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなるとともに、前記空気極層の気孔率が、前記空気極層と接続される前記導電性接合材の気孔率よりも大きく、さらに、前記空気極層と前記固体電解質層との間に第2の空気極層が形成され、前記空気極層の気孔率が、前記空気極層と接続される前記導電性接合材の気孔率および前記第2の空気極層の気孔率よりも大きいことを特徴とするセルスタック。 A conductive support surface of the substrate, the fuel electrode layer, with a solid electrolyte layer and the air electrode layer are laminated in this order, a solid oxide fuel cell comprising the fuel electrode layer and electrically connected to the interconnector The air electrode layer of one of the adjacent solid oxide fuel cells and the interconnector of the other solid oxide fuel cell are connected to each other via a conductive bonding material. A cell stack electrically connected in series by a current collecting member, wherein the air electrode layer is made of a sintered body mainly composed of a perovskite complex oxide having an average particle size of 1 μm or less, and the air electrode layer A sintered body whose main component is a perovskite type complex oxide having an average particle size of 3 μm or more and a perovskite type complex oxide having an average particle size of 1 μm or less. With Ranaru, the porosity of the air electrode layer is, the much larger than the porosity of the conductive bonding material is connected to the air electrode layer, further a between the solid electrolyte layer and the air electrode layer 2 of the air electrode layer is formed, the porosity of the air electrode layer is greater than the porosity of the porosity and the second cathode layer of the conductive bonding material to be connected to the air electrode layer Ikoto A cell stack characterized by 導電性支持基板の表面に、燃料極層、固体電解質層および空気極層がこの順に積層されているとともに、前記燃料極層と電気的に接続されたインターコネクタを備える固体酸化物形燃料電池セルの複数個を備え、隣接する一方の前記固体酸化物形燃料電池セルの空気極層と他方の前記固体酸化物形燃料電池セルの前記インターコネクタとをそれぞれ導電性接合材を介して接続される集電部材により電気的に直列に接続してなるセルスタックであって、前記空気極層が平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなり、前記空気極層と前記集電部材とを接続する前記導電性接合材が平均粒径3μm以上のペロブスカイト型複合酸化物および平均粒径1μm以下のペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなるとともに、前記空気極層の気孔率が、前記空気極層と接続される前記導電性接合材の気孔率よりも大きく、前記集電部材と前記インターコネクタとを接続するための前記導電性接合材が、ペロブスカイト型複合酸化物を主成分とする焼結体からなるとともに、前記インターコネクタと接続される前記導電性接合材の気孔率が、前記空気極層と接続される前記導電性接合材の気孔率よりも小さいことを特徴とするセルスタック。 A solid oxide fuel cell comprising an interconnector electrically stacked with a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air electrode layer stacked in this order on the surface of a conductive support substrate The air electrode layer of one of the adjacent solid oxide fuel cells and the interconnector of the other solid oxide fuel cell are connected to each other via a conductive bonding material. A cell stack electrically connected in series by a current collecting member, wherein the air electrode layer is made of a sintered body mainly composed of a perovskite complex oxide having an average particle size of 1 μm or less, and the air electrode layer A sintered body whose main component is a perovskite type complex oxide having an average particle size of 3 μm or more and a perovskite type complex oxide having an average particle size of 1 μm or less. With Ranaru, the porosity of the air electrode layer is, the larger than the porosity of the conductive bonding material is connected to the air electrode layer, said conductive for connecting the interconnector and the current collecting member The bonding material is made of a sintered body mainly composed of a perovskite complex oxide, and the porosity of the conductive bonding material connected to the interconnector is connected to the air electrode layer. A cell stack characterized by being smaller than the porosity of the material. 前記空気極層と前記固体電解質層との間に第2の空気極層が形成されているとともに、前記空気極層の気孔率が、前記空気極層と接続される前記導電性接合材の気孔率および前記第2の空気極層の気孔率よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載のセルスタックA second air electrode layer is formed between the air electrode layer and the solid electrolyte layer, and the porosity of the air electrode layer is a pore of the conductive bonding material connected to the air electrode layer. The cell stack according to claim 2, wherein the cell stack has a rate greater than a porosity of the second air electrode layer.
.
請求項1乃至請求項3のうちいずれかに記載のセルスタックを、収納容器内に収納してなることを特徴とする燃料電池モジュール。   A fuel cell module comprising the cell stack according to any one of claims 1 to 3 housed in a housing container. 請求項4に記載の燃料電池モジュールを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする燃料電池装置。   5. A fuel cell device comprising the fuel cell module according to claim 4 housed in an outer case.
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