CN103477484A - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种产品寿命较长的燃料电池。燃料电池(1)中，在互连件(14)的包含选自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的组中的至少一种的部分、与包含Ni的第一电极(33)之间，配置有中间膜(53)。中间膜(53)由导电性陶瓷构成。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及一种燃料电池。本发明特别涉及一种固体氧化物燃料电池。
背景技术
近年来，作为新能源，燃料电池正受到越来越多的关注。燃料电池例如有固体氧化物燃料电池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)、熔融碳酸盐燃料电池、磷酸燃料电池、固体高分子燃料电池等。在这些燃料电池中，固体氧化物燃料电池并不一定需要使用液体的构成要素，而且在使用烃类燃料时还能够进行内部的改性。因此，对固体氧化物燃料电池进行了广泛的研究开发。
固体氧化物燃料电池具有发电元件，该发电元件包括固体氧化物电解质层、夹着固体氧化物电解质层的燃料极及空气极。在燃料极上配置有间隔物，该间隔物划分形成有用于提供燃料气体的流路。在该间隔物内，设置有用于将燃料极引出到外部的互连件。另一方面，在空气极上配置有间隔物，该间隔物划分形成有用于提供氧化剂气体的流路。在该间隔物内，设置有用于将空气极引出到外部的互连件。
例如在下述的专利文献1中，作为燃料极的构成材料，记载有包含选自Ni、Cu、Fe、Ru及Pd中的至少一种金属的氧化钇稳定氧化锆（YSZ：Yttria Stabilized Zirconia）。
另外，在专利文献1中，作为互连件的构成材料，记载有包含Ag-Pd合金的玻璃。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2004/088783A1号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在如上述专利文献1所记载的那样、燃料极包含Ni且互连件包含Ag-Pd合金的情况下，存在如下问题：燃料极和互连件之间的电连接会随时间劣化，从而导致燃料电池的产品寿命不够长。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种产品寿命较长的燃料电池。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的燃料电池包括发电元件、间隔物、以及互连件。发电元件具有固体氧化物电解质层、第一电极、及第二电极。第一电极设置在固体氧化物电解质层的一个主面上。第二电极设置在固体氧化物电解质层的另一个主面上。间隔物设置在第一电极之上。间隔物划分形成有面向第一电极的流路。互连件与第一电极相连接。第一电极包含Ni。互连件具有包含选自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的组中的至少一种的部分。本发明所涉及的燃料电池还包括中间膜。中间膜配置在包含选自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的组中的至少一种的部分、与第一电极之间。中间膜由导电性陶瓷构成。
本发明所涉及的燃料电池的某一特定方面中，中间膜由钙钛矿型氧化物构成。
本发明所涉及的燃料电池的另一特定方面中，中间膜由表示为ABO3的钙钛矿型氧化物构成，其中，A是选自Ca、Sr、Ba、La及Y所形成的组中的至少一种，B是选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo、Ru、Rh、Pd及Re所形成的组中的至少一种。
本发明所涉及的燃料电池的其他特定方面中，中间膜由包含选自Sr、Ca及Ba所形成的组中的至少一种的钙钛矿型钛氧化物构成。
本发明所涉及的燃料电池的进一步的其他特定方面中，中间膜由表示为(D1-xEx)z(Ti1-yGy)O3的钙钛矿型钛氧化物构成，其中，D是选自Sr、Ca及Ba所形成的组中的至少一种，E是稀土元素，G是Nb及Ta中的至少一种，0≤x≤1，0≤y≤0.5，0.66≤z≤1.5。
本发明所涉及的燃料电池的进一步的另一特定方面中，中间膜由表示为(Sr1-xCax)z(Ti1-yNby)O3的钙钛矿型钛氧化物构成，其中，0.5≤x≤0.9，0≤y≤0.3，0.66≤z≤0.95。
本发明所涉及的燃料电池的又一其它特定方面中，中间膜由表示为(Sr1-xCax)z(Ti1-yNby)O3的钙钛矿型钛氧化物构成，其中，0≤x＜0.5，0≤y≤0.3，0.66≤z≤0.95。
本发明所涉及的燃料电池的又一另一特定方面中，中间膜由n型半导体构成。
本发明所涉及的燃料电池的进一步的又一其他特定方面中，第一电极由氧化镍、包含Ni的氧化钇稳定氧化锆、包含Ni的氧化钙稳定氧化锆、包含Ni的氧化钪稳定氧化锆、包含Ni的氧化铈稳定氧化锆、包含Ni的氧化钛、包含Ni的氧化铝、包含Ni的氧化镁、包含Ni的氧化钇、包含Ni的氧化铌或包含Ni的氧化钽构成。
本发明所涉及的燃料电池的进一步的又一另一特定方面中，互连件具有包含Ag的部分。
本发明所涉及的燃料电池的又一进一步的其他特定方面中，互连件具有由Ag-Pd合金构成的部分。
发明效果
根据本发明，能够提供产品寿命较长的燃料电池。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的燃料电池的简要分解立体图。
图2是第一实施方式中的第一间隔物主体的简要俯视图。
图3是第一实施方式中的第一流路形成构件的简要俯视图。
图4是第一实施方式中的空气极层的简要俯视图。
图5是第一实施方式中的固体氧化物电解质层的简要俯视图。
图6是第一实施方式中的燃料极层的简要俯视图。
图7是第一实施方式中的第二流路形成构件的简要俯视图。
图8是第一实施方式中的第二间隔物主体的简要俯视图。
图9是沿图3的线IX-IX的简要剖视图。
图10是沿图7的线X-X的简要剖视图。
图11是第二实施方式所涉及的燃料电池的简要剖视图。
图12是第三实施方式所涉及的燃料电池的简要剖视图。
图13是第四实施方式所涉及的燃料电池的简要剖视图。
图14是表示实验例1、2中的x与密度的关系的曲线图。
图15是表示实验例3中的y与密度的关系的曲线图。
图16是表示实验例4中的z与密度的关系的曲线图。
图17是表示分别在实施例及比较例中制造的燃料电池的通电试验结果的曲线图。
具体实施方式
下面，对实施本发明的优选方式的一个示例进行说明。然而，下述实施方式仅仅是例示。本发明不限于下述任一实施方式。
此外，在实施方式等所参照的各附图中，以相同的标号来参照实质上具有相同功能的构件。此外，实施方式等所参照的附图是示意性描述的图，附图中所绘制的物体的尺寸比率等可能会与现实中的物体的尺寸比率等不同。附图相互间的物体的尺寸比率等也可能不同。具体的物体的尺寸比率等应当参考以下的说明来判断。
(第一实施方式)
图1是第一实施方式所涉及的燃料电池的简要分解立体图。图2是第一实施方式中的第一间隔物主体的简要俯视图。图3是第一实施方式中的第一流路形成构件的简要俯视图。图4是第一实施方式中的空气极层的简要俯视图。图5是第一实施方式中的固体氧化物电解质层的简要俯视图。图6是第一实施方式中的燃料极层的简要俯视图。图7是第一实施方式中的第二流路形成构件的简要俯视图。图8是第一实施方式中的第二间隔物主体的简要俯视图。图9是沿图3的线IX-IX的简要剖视图。图10是沿图7的线X-X的简要剖视图。
如图1、图9、及图10所示，本实施方式的燃料电池1具有第一间隔物10、发电元件30、和第二间隔物50。燃料电池1中，第一间隔物10、发电元件30、以及第二隔离物50按照此顺序依次层叠。
此外，在本实施方式的燃料电池1中，仅有一个发电元件30。但本发明并不限于该结构。本发明的燃料电池1例如也可具有多个发电元件。在这种情况下，相邻的发电元件由间隔物进行隔离。发电元件间的电连接可利用互连件来进行。互连件既可为与间隔物分开另行设置，也可为由导电性材料来构成间隔物，且间隔物同时兼有作为互连件的功能。即，互连件也可与间隔物形成为一体。
（发电元件30）
发电元件30是使由氧化剂气体流路(氧化剂气体用歧管)61提供的氧化剂气体和由燃料气体流路(燃料气体用歧管)62提供的燃料气体发生反应从而进行发电的部分。氧化剂气体例如可由空气、氧气等含有氧的气体等构成。另外，燃料气体可采用包含氢气、一氧化碳气体等烃类气体等的气体。
（固体氧化物电解质层31）
发电元件30包括固体氧化物电解质层31。固体氧化物电解质层31优选为离子导电性较高的材料。固体氧化物电解质层31例如可由稳定氧化锆、部分稳定氧化锆等形成。作为稳定氧化锆的具体示例，可举出10mol%氧化钇稳定氧化锆(10YSZ)、11mol%氧化钪稳定氧化锆(11ScSZ)等。作为部分稳定氧化锆的具体示例，可举出3mol%氧化钇部分稳定氧化锆(3YSZ)等。此外，固体氧化物电解质层31也可由例如掺杂了Sm、Gd等的氧化铈类氧化物、以LaGaO3为母体而分别用Sr和Mg来置换一部分La和Ga后得到的La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O(3-δ)等钙钛矿型氧化物等来形成。
此外，如图5所示，在固体氧化物电解质层31中形成有构成流路61、62的一部分的贯通孔31a、31b。
固体氧化物电解质层31由空气极层32和燃料极层33夹持。即，在固体氧化物电解质层31的一个主面上形成有空气极层32，在另一个主面上形成有燃料极层33。
（空气极层32）
如图4所示，空气极层32具有空气极32a及周边部32b。周边部32b中，形成有构成流路61、62的一部分的贯通孔32c、32d。
空气极32a为阴极。空气极32a中，氧捕获电子，从而形成氧离子。空气极32a优选为多孔质、电子传导性较高、且在高温下不易与固体氧化物电解质层31等发生固体间反应的材料。空气极32a例如可由氧化钪稳定氧化锆(ScSZ)、掺入有Sn的氧化铟、PrCoO3类氧化物、LaCoO3类氧化物、LaMnO3类氧化物等形成。作为LaMnO3类氧化物的具体示例，例如可列举出La0.8Sr0.2MnO3(通称为LSM)或La0.6Ca0.4MnO3(通称为LCM)等。
关于周边部32b，例如可利用与下述的第一及第二间隔物主体11、51相同的材料来形成。
（燃料极层33）
如图6所示，燃料极层33具有燃料极33a及周边部33b。周边部33b中，形成有构成流路61、62的一部分的贯通孔33c、33d。
燃料极33a为阳极。燃料极33a中，氧离子与燃料气体发生反应从而释放出电子。燃料极33a优选为多孔质、电子传导性较高、且在高温下不易与固体氧化物电解质层31等发生固体间反应的材料。
燃料极33a包含Ni。具体而言，燃料极33a优选为例如由氧化镍、包含Ni的氧化钇稳定氧化锆(氧化钇稳定氧化锆(YSZ))、包含Ni的氧化钙稳定氧化锆、包含Ni的氧化钪稳定氧化锆(氧化钪稳定氧化锆(ScSZ))、包含Ni的氧化铈稳定氧化锆、包含Ni的氧化钛、包含Ni的氧化铝、包含Ni的氧化镁、包含Ni的氧化钇、包含Ni的氧化铌或包含Ni的氧化钽等构成。
例如，在形成包含Ni的燃料极33a时，能够抑制因燃料电池1中的镍氧化而产生的应力所导致的损坏。另外，稳定氧化锆、氧化钛、氧化铝、氧化镁、氧化钇、氧化铌、氧化钽等在将氧化镍还原成为镍时不会分解且稳定地存在，因此不会阻碍镍彼此之间的接触，从而不会阻碍燃料极33a的导电性。
此外，优选为燃料极33a中的Ni的含有率为20体积%左右以上。
（第一间隔物10）
如图1、图9及图10所示，在发电元件30的空气极层32之上，配置有第一间隔物10。该第一间隔物10具有形成流路12a的功能，该流路12a用于将由氧化剂气体流路61所提供的氧化剂气体供应到空气极32a。另外，在包括多个发电元件的燃料电池中，第一间隔物还同时兼有将燃料气体与氧化剂气体分离的功能。
第一间隔物10具有第一间隔物主体11和第一流路形成构件12。第一间隔物主体11配置在空气极32a之上。第一间隔物主体11中，形成有构成流路61、62的一部分的贯通孔11a、11b。
第一流路形成构件12配置在第一间隔物主体11与空气极层32之间。第一流路形成构件12具有周边部12b、以及多个线状凸部12c。周边部12b中，形成有构成燃料气体流路62的一部分的贯通孔12d。
多个线状凸部12c分别设置成从第一间隔物主体11的空气极层32一侧的表面朝空气极层32一侧突出。多个线状凸部12c分别沿x方向进行设置。多个线状凸部12c沿着y方向彼此隔开间隔地进行配置。在相邻的线状凸部12c之间、以及线状凸部12c与周边部12b之间，划分形成有上述流路12a。
第一间隔物主体11及第一流路形成构件12的材料并无特别限定。第一间隔物主体11及第一流路形成构件12分别可由例如稳定氧化锆、部分稳定氧化锆等形成。另外，第一间隔物主体11及第一流路形成构件12分别也可由例如掺杂了稀土金属的铬酸镧、掺杂了稀土金属的钛酸锶、用Al置换后的铁酸镧等导电性陶瓷；氧化铝、氧化镁、钛酸锶等绝缘性陶瓷等形成。
在多个线状凸部12c中，分别埋设有多个通孔电极12c1。多个通孔电极12c1形成为在z方向上贯通多个线状凸部12c。另外，第一间隔物主体11中，与多个通孔电极12c1的位置相对应地形成有多个通孔电极11c。多个通孔电极11c形成为贯通第一间隔物主体11。这些多个通孔电极11c及多个通孔电极12c1构成了从线状凸部12c的与第一间隔物主体11相反一侧的表面直至第一间隔物主体11的与线状凸部12c相反一侧的表面为止的多个互连件13。此外，互连件13的形状并无特别限定。互连件13既可为例如四棱柱形、三棱柱形的多棱柱形，也可为圆柱形。
通孔电极11c及通孔电极12c1的材质并无特别限定。通孔电极11c及通孔电极12c1分别可由例如Ag-Pd合金、Ag-Pt合金、添加了碱土金属的铬酸镧(LaCrO3)、铁酸镧(LaFeO3)、LSM等形成。
（第二间隔物50）
在发电元件30的燃料极层33上，配置有第二间隔物50。该第二间隔物50具有形成流路52a的功能，该流路52a用于将由燃料气体流路62所提供的燃料气体供应到燃料极33a。另外，在包括多个发电元件的燃料电池中，第二间隔物还同时兼有将燃料气体与氧化剂气体分离的功能。
第二间隔物50具有第二间隔物主体51和第二流路形成构件52。第二间隔物主体51配置在燃料极33a上。第二间隔物主体51中，形成有构成流路61、62的一部分的贯通孔51a、51b。
第二流路形成构件52配置在第二间隔物主体51与燃料极层33之间。第二流路形成构件52具有周边部52b、以及多个线状凸部52c。周边部52b中，形成有构成燃料气体流路62的一部分的贯通孔52d。
多个线状凸部52c分别设置成从第二间隔物主体51的燃料极层33一侧的表面朝燃料极层33一侧突出。多个线状凸部52c分别沿着与线状凸部52c的延伸方向相垂直的y方向设置。多个线状凸部52c沿着x方向彼此隔开间隔地进行配置。在相邻的线状凸部52c之间、以及线状凸部52c与周边部52b之间，划分形成有上述流路52a。因此，流路52a的延伸方向与流路12a的延伸方向正交。
第二间隔物本体51及第二流路形成构件52的材料并无特别限定。第二间隔物主体51及第二流路形成构件52分别可由例如稳定氧化锆、部分稳定氧化锆等形成。另外，第二间隔物主体51及第二流路形成构件52分别不仅可由例如掺杂了稀土金属等的铬酸镧、掺杂了稀土金属等的钛酸锶、用Al置换后的铁酸镧等导电性陶瓷形成，而且还可由氧化铝、氧化镁、钛酸锶等绝缘性陶瓷等形成。
如图9及图10所示，在多个线状凸部52c中分别埋设有多个通孔电极52c1。另外，第二间隔物主体51中，与多个通孔电极52c1的位置相对应地形成有多个通孔电极51c。多个通孔电极51c与多个通孔电极52c1进行电连接。多个通孔电极51c形成为贯通第二间隔物主体51。利用上述多个通孔电极51c及多个通孔电极52c1，来构成将燃料极33a引出到外部的互连件14。
互连件14具有包含选自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的组中的至少一种的部分。本实施方式中，具体而言，互连件14具有包含Ag的部分。更具体而言，互连件14具有由Ag-Pd合金构成的部分。进一步具体而言，整个互连件14由Ag-Pd合金构成。因此，互连件14的阻气性较高。
本实施方式中，在互连件14与燃料极33a之间配置有中间膜53。具体而言，中间膜53配置在形成于线状凸部52c的通孔52c2的燃料极33a一侧的端部。互连件14与燃料极33a被该中间膜53隔离。
中间膜53由钙钛矿型导电性陶瓷构成。本实施方式中，具体而言，中间膜53由表示为ABO3的钙钛矿型氧化物构成，其中，A是选自Ca、Sr、Ba、La及Y所形成的组中的至少一种，B是选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo、Ru、Rh、Pd及Re所形成的组中的至少一种。更具体而言，中间膜53由包含选自Sr、Ca及Ba所形成的组中的至少一种的钙钛矿型钛氧化物构成。而且，具体而言，中间膜53由表示为(D1-xEx)z(Ti1-yGy)O3的钙钛矿型钛氧化物构成，其中，D是选自Sr、Ca及Ba所形成的组中的至少一种，E是稀土元素，G是Nb及Ta中的至少一个，0≤x≤1，0≤y≤0.5，0.66≤z≤1.5。而且此外，具体而言，中间膜53由表示为(Sr1-xCax)z(Ti1-yNby)O3(其中，0.5≤x≤0.9，0≤y≤0.3，0.66≤z≤0.95)的钙钛矿型钛氧化物或者表示为(Sr1-xCax)z(Ti1-yNby)O3(其中，0≤x＜0.5，0≤y≤0.3，0.66≤z≤0.95)的钙钛矿型钛氧化物构成。
由此，本实施方式中，中间膜53由钙钛矿钛氧化物构成，因此在还原气氛中，由n型半导体构成。中间膜53也可不含有n型掺杂剂，但优选含有n型掺杂剂。
中间膜53既可为致密的层，也可为多孔质体。
如上所述，本实施方式中，在包含Ni的燃料极33a与互连件14之间配置有由导电性陶瓷构成的中间膜53。因此，燃料电池1的产品寿命较长。其理由可认为是：由于由钙钛矿型氧化物构成的中间膜53使Ni等金属无法透过，因此能够利用中间膜53来抑制燃料极33a与互连件14之间的反应所引起的劣化。
中间膜53优选为由钙钛矿型氧化物构成。此时，能够降低中间膜53的电阻。因此，能够抑制因设置中间膜53所引起的电压下降。
中间膜53优选为由表示为ABO3的钙钛矿型氧化物构成，其中，A是选自Ca、Sr、Ba、La及Y所形成的组中的至少一种，B是选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo、Ru、Rh、Pd及Re所形成的组中的至少一种。此时，能够降低中间膜53的电阻。因此，能够抑制因设置中间膜53所引起的电压下降。
另外，中间膜53优选为由包含选自Sr、Ca及Ba所形成的组中的至少一种的钙钛矿型钛氧化物构成。此时，中间膜53为n型半导体。另外，不管是在氧化性气氛中还是还原性气氛中，中间膜53的稳定性都较高。而且，此时，能够以例如1400℃以下的低温来进行中间膜53的烧成。
另外，中间膜53优选为由表示为(D1-xEx)z(Ti1-yGy)O3的钙钛矿型钛氧化物构成，其中，D是选自Sr、Ca及Ba所形成的组中的至少一种，E是稀土元素，G是Nb及Ta中的至少一个，0≤x≤1，0≤y≤0.5，0.66≤z≤1.5。此时，能够进一步降低中间膜53的电阻。因此，能够更有效地抑制因设置中间膜53所引起的电压下降。
另外，在中间膜53是表示为(Sr1-xCax)z(Ti1-yNby)O3（其中，0.5≤x≤0.9，0≤y≤0.3，0.66≤z≤0.95）的钙钛矿型钛氧化物的情况下，能够提高中间膜53的密度。因而，能够更有效地抑制燃料极33a与互连件14之间的反应所引起的劣化。另外，由于能够提高中间膜53的导电性，因此能够抑制因设置中间膜53所引起的电压下降。另外，能够以例如1200℃以下的低温来进行中间膜53的烧成。因而，作为互连件14等的构成材料，容易使用Ag、包含Ag的合金、贱金属等金属。
另一方面，在中间膜53是表示为(Sr1-xCax)z(Ti1-yNby)O3（其中，0.5≤x≤0.9，0≤y≤0.3，0.66≤z≤0.95）的钙钛矿型钛氧化物的情况下，能够降低中间膜53的密度。因而，可抑制因热膨胀系数与其他构成材料不一致而引起的破裂及剥离的产生。
本实施方式中，中间膜53是n型半导体。因此，能够降低中间膜53与作为电子导电体的燃料极33a之间以及中间膜53与互连件14之间各自的接触电阻。因此，能够抑制因设置中间膜53所引起的电压下降。
下面，对实施本发明的优选方式的另一个示例进行说明。在下面的说明中，用相同的标号来参照与上述第一实施方式实质上具有相同功能的构件，并省略说明。
（第二～第四实施方式）
图11是第二实施方式所涉及的燃料电池的简要剖视图。图12是第三实施方式所涉及的燃料电池的简要剖视图。
在上述第一实施方式中，对中间膜53配置在通孔52c2的燃料极33a一侧端部的示例进行了说明。但本发明并不限于该结构。例如，如图11所示，也可将中间膜53设置成覆盖燃料极33a的互连件14一侧的表面。具体而言，在第二实施方式中，中间膜53设置成覆盖燃料极层33的互连件14一侧的表面。在第二实施方式中，中间膜53由多孔质体构成。因此，燃料气体透过中间膜53而供应到燃料极33a。
另外，也可将中间膜配置在第二线状凸部与燃料极之间，并且在面向燃料极的流路的部分上不设置中间膜。
另外，如图12所示，也可将中间膜53配置在通孔52c2的中央部。如图13所示，也可将中间膜53配置在通孔52c2的间隔物主体51一侧端部。第三及第四实施方式的各个方式中，互连件14的相比于中间膜53更靠间隔物50一侧的部分52c11包含选自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的组中的至少一种。燃料极33a一侧的部分52c12利用与燃料极33a相同的材料来构成。
（实验例1）
按照化学计量对CaCO3、SrCO3、TiO2及Nb2O5进行称量，以使得成为(Sr1-xCax)0.9(Ti0.9Nb0.1)O3(其中，x为0、0.3、0.6、0.8、0.9或1.0)，使用氧化锆球，在水中粉碎并混合，并使其干燥。之后，以1000℃对混合物进行4小时的预烧成。接着，使用直径5mm的氧化锆球在水中对烧成物进行粉碎，得到陶瓷粉末。将该陶瓷粉末、与有机溶剂和丁缩醛类粘合剂进行混合，来制作浆料。利用刮刀法将该浆料成形为片材状。之后，以1150℃将所得到的片材烧成6小时，从而得到陶瓷片材。
之后，测定所得到的陶瓷片材的密度。将结果用菱形示于图14所示的曲线图中。
（实验例2）
按照化学计量对SrTiO3、CaTiO3及Nb2O5进行称量，以使得成为(Sr1-xCax)0.9(Ti0.9Nb0.1)O3(其中，x为0、0.4、0.6、0.8或1.0)，使用氧化锆球，在水中粉碎并混合，并使其干燥。之后，以850℃对混合物进行4小时的预烧成。接着，使用直径5mm的氧化锆球在水中对烧成物进行粉碎，得到陶瓷粉末。将该陶瓷粉末、与有机溶剂和丁缩醛类粘合剂进行混合，来制作浆料。利用刮刀法将该浆料成形为片材状。之后，以1150℃将所得到的片材烧成6小时，从而得到陶瓷片材。
之后，测定所得到的陶瓷片材的密度。将结果用三角示于图14所示的曲线图中。
由图14所示的结果可知，通过使0.5≤x≤0.9，从而能够提高密度。另一方面可知，通过使0≤x＜0.5，从而能够降低密度。
（实验例3）
按照化学计量对SrTiO3、CaTiO3及Nb2O5进行称量，以使得成为(Sr0.2Ca0.8)z(Ti1-yNby)O3(其中，z为1－y，且z为0.91、0.873、0.83、0.77，y为0.09、0.127、0.17或0.23)，使用氧化锆球，在水中粉碎并混合，并使其干燥。之后，以850℃对混合物进行4小时的预烧成。接着，使用直径5mm的氧化锆球在水中对烧成物进行粉碎，得到陶瓷粉末。将该陶瓷粉末、与有机溶剂和丁缩醛类粘合剂进行混合，来制作浆料。利用刮刀法将该浆料成形为片材状。之后，以1170℃将所得到的片材烧成6小时，从而得到陶瓷片材。
之后，测定所得到的陶瓷片材的密度。将结果示于图15。
由图15所示的结果可知，即使y发生变化，密度也变化不大。
（实验例4）
按照化学计量对SrTiO3、CaTiO3及Nb2O5进行称量，以使得成为(Sr0.2Ca0.8)z(Ti0.9Nb0.1)O3(其中，z为0.920、0.927、0.936、0.955或1.000)，使用氧化锆球，在水中粉碎并混合，并使其干燥。之后，以850℃对混合物进行4小时的预烧成。接着，使用直径5mm的氧化锆球在水中对烧成物进行粉碎，得到陶瓷粉末。将该陶瓷粉末、与SrTiO3、CaTiO3、有机溶剂和丁缩醛类粘合剂进行混合，来制作浆料。利用刮刀法将该浆料成形为片材状。之后，以1150℃将所得到的片材烧成6小时，从而得到陶瓷片材。
之后，测定所得到的陶瓷片材的密度。将结果示于图16。
由图16所示的结果可知，通过使z小于0.95，从而能够提高密度。另一方面可知，通过使z成为0.95以上，从而能够降低密度。
另外，由实验例3及4的结果可知，通过使z小于0.95，从而能够提高密度。但从稳定地保持钙钛矿结构的观点出发，优选z为0.66以上。进一步优选为，z为0.90以上。
（实施例）
利用以下所示的条件来制作与上述第四实施方式所涉及的燃料电池实质上具有相同结构的燃料电池。
间隔物的构成材料：3YSZ（利用添加量为3摩尔%的Y2O3进行部分稳定后的ZrO2）
固体氧化物电解质层的构成材料：ScCeSZ（利用添加量为10摩尔％的Sc2O3以及1摩尔%的CeO2稳定后的ZrO2）
空气极的构成材料：对60质量%的La0.8Sr0.2MnO3粉末和40质量%的上述ScCeSZ的混合物添加30质量%的碳粉末后得到的材料
燃料极的构成材料：对65质量%的NiO和35质量%的上述ScCeSZ的混合物添加30质量%的碳粉末后得到的材料
燃料极侧的互连件的比中间膜更靠燃料极一侧的部分的构成材料：70质量%的NiO和30质量%的TiO2的混合物
互连件的比中间膜更靠燃料极相反侧的部分的构成材料：Pd的含有量为30质量%的Pd-Ag合金
中间膜的构成材料：(Sr0.2Ca0.8)0.9Ti0.9Nb0.1O3
通孔的直径：0.2mm
中间膜的厚度：30μm
燃料极的厚度：30μm
空气极的厚度：30μm
固体氧化物电解质层的厚度：30μm
线状凸部的高度：240μm
间隔物主体的厚度：360μm
烧成前的冲压条件：1000kgf/cm2
烧成温度：1150℃
中间膜的制作：对SrTiO3、CaTiO3及Nb2O5进行称量，使用氧化锆球，在水中粉碎并混合，并使其干燥。之后，以850℃对混合物进行4小时的预烧成。接着，使用直径5mm的氧化锆球在水中对烧成物进行粉碎，得到陶瓷粉末。将该陶瓷粉末、与CaCO3及SrCO3、有机溶剂和丁缩醛类粘合剂进行混合，来制作浆料。将所得到的浆料填充到通孔中。之后，与其他构成构件一起进行一体烧成。
（比较例）
制作除了未设置中间膜之外与上述实施例相同的燃料电池。
（评估）
对于上述实施例及比较例中分别制作的燃料电池，在750℃下，使包含15.5%水蒸汽的66%H2-N2气体和氧化剂气体流通以进行发电，并以0.4A/cm2进行了通电试验。将结果示于图17。
由图17所示的结果可知，在设置有中间膜的实施例中，相比于未设置中间膜的比较例，电压不易下降。因此可知，通过设置中间膜从而能够增加燃料电池的电池寿命。
标号说明
1…燃料电池
10…第一间隔物
11…第一间隔物主体
11a、11b…贯通孔
11c…通孔电极
12…第一流路形成构件
12a…第一流路
12b…周边部
12c…第一线状凸部
12c1…通孔电极
12d…贯通孔
13、14…互连件
30…发电元件
31…固体氧化物电解质层
31a、31b…贯通孔
32…空气极层
32a…空气极
32b…周边部
32c、32d…贯通孔
33…燃料极层
33a…燃料极
33b…周边部
33c、33d…贯通孔
50…第二间隔物
51…第二间隔物主体
51a、51b…贯通孔
51c1…通孔电极
52…第二流路形成构件
52a…流路
52b…周边部
52c…通孔电极
52c…第二线状凸部
52d…贯通孔
61…氧化剂气体流路
62…燃料气体流路

Claims (11)

1.一种燃料电池，包括：
发电元件，该发电元件具有固体氧化物电解质层、配置在所述固体氧化物电解质层的一个主面上的第一电极、和配置在所述固体氧化物电解质层的另一个主面上的第二电极；
间隔物，该间隔物配置在所述第一电极上，且划分形成有面向所述第一电极的流路；以及
互连件，该互连件与所述第一电极相连接，
所述第一电极包含Ni，
所述互连件具有包含选自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的组中的至少一种的部分，
还包括中间膜，该中间膜配置在包含选自所述Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的组中的至少一种的部分、与第一电极之间，且由导电性陶瓷构成。
2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
所述中间膜由钙钛矿型氧化物构成。
3.如权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，
所述中间膜由表示为ABO3的钙钛矿型氧化物构成，其中，A是选自Ca、Sr、Ba、La及Y所形成的组中的至少一种，B是选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo、Ru、Rh、Pd及Re所形成的组中的至少一种。
4.如权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，
所述中间膜由包含选自Sr、Ca及Ba所形成的组中的至少一种的钙钛矿型钛氧化物构成。
5.如权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，
所述中间膜由表示为(D1-xEx)z(Ti1-yGy)O3的钙钛矿型钛氧化物构成，其中，D是选自Sr、Ca及Ba所形成的组中的至少一种，E是稀土元素，G是Nb及Ta中的至少一种，0≤x≤1，0≤y≤0.5，0.66≤z≤1.5。
6.如权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，
所述中间膜由表示为(Sr1-xCax)z(Ti1-yNby)O3的钙钛矿型钛氧化物构成，其中，0.5≤x≤0.9，0≤y≤0.3，0.66≤z≤0.95。
7.如权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，
所述中间膜由表示为(Sr1-xCax)z(Ti1-yNby)O3的钙钛矿型钛氧化物构成，其中，0≤x＜0.5，0≤y≤0.3，0.66≤z≤0.95。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的燃料电池，其特征在于，
所述中间膜由n型半导体构成。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的燃料电池，其特征在于，
所述第一电极由氧化镍、包含Ni的氧化钇稳定氧化锆、包含Ni的氧化钙稳定氧化锆、包含Ni的氧化钪稳定氧化锆、包含Ni的氧化铈稳定氧化锆、包含Ni的氧化钛、包含Ni的氧化铝、包含Ni的氧化镁、包含Ni的氧化钇、包含Ni的氧化铌或包含Ni的氧化钽构成。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的燃料电池，其特征在于，
所述互连件具有包含Ag的部分。
11.如权利要求10所述的燃料电池，其特征在于，
所述互连件具有由Ag-Pd合金构成的部分。
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