CN110337748B - 电化学反应单体电池和电化学反应电池组 - Google Patents

电化学反应单体电池和电化学反应电池组 Download PDF

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Abstract

本发明抑制电化学反应单体电池的性能降低且抑制中间层与空气极之间的剥离。电化学反应单体电池具备：电解质层，其包含Y、Sc、Ca中的至少一者和Zr；燃料极，其配置于电解质层的一侧；空气极，其配置于电解质层的另一侧，包含Sr和Co；以及中间层，其配置于电解质层与空气极之间。在电化学反应单体电池中，以预定的方法计算出的SrZrO3累积值是600以上且10300以下。

Description

电化学反应单体电池和电化学反应电池组
技术领域
本说明书公开的技术涉及一种电化学反应单体电池。
背景技术
作为利用氢和氧之间的电化学反应来进行发电的燃料电池的一种，公知有固体氧化物形燃料电池(以下称作“SOFC”)。作为SOFC的构成单位的燃料电池单体电池(以下简称作“单体电池”)具备包含固体氧化物的电解质层和夹着电解质层在预定方向(以下称作“第1方向”)上相互相对的空气极和燃料极。电解质层例如以包含YSZ(氧化钇稳定氧化锆)的方式形成。另外，空气极例如以包含LSCF(镧锶钴铁氧化物)的方式形成。
在单体电池中，空气极所包含的Sr(锶)向电解质层侧扩散，当该扩散的Sr与电解质层所包含的Zr(锆)发生反应时，生成作为高电阻物质的SrZrO3(以下，称作“SZO”)。当生成SZO时，第1方向上的电阻增大，单体电池的发电性能降低。为了抑制这样的SZO的生成所导致的发电性能的降低，公知有一种在空气极与电解质层之间配置中间层的技术(例如参照专利文献1)。中间层通过抑制Sr自空气极向电解质层扩散来抑制SZO的生成。中间层例如以包含GDC(掺杂氧化钆的氧化铈)的方式形成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-60161号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述以往的技术中，认为单体电池所包含的SZO的量越少越好。但是，本发明人新发现了如下问题，即，当单体电池所包含的SZO的量过少时，反而会使发电性能降低，而且存在产生中间层与空气极之间的剥离的风险。即，在上述以往的技术中，在单体电池的发电性能的降低的抑制和中间层与空气极之间的剥离的抑制这两方面存在提升的余地。
此外，这样的问题对于利用水的电解反应来生成氢的固体氧化物形电解池(以下也称作“SOEC”)的构成单位即电解单体电池来说也是共同的问题。此外，在本说明书中，将燃料电池单体电池和电解单体电池统称为电化学反应单体电池。另外，这样的问题并不限于SOFC、SOEC，对于其他类型的电化学反应单体电池来说也是共同的问题。
在本说明书中，公开能够解决上述问题的技术。
用于解决问题的方案
本说明书所公开的技术例如能够作为以下的形态来实现。
(1)本说明书所公开的电化学反应单体电池具备：电解质层，其包含Y、Sc、Ca中的至少一者和Zr；燃料极，其配置于所述电解质层的第1方向上的一侧；空气极，其配置于所述电解质层的所述第1方向上的另一侧，包含Sr和Co；以及中间层，其配置于所述电解质层与所述空气极之间，其中，将与所述第1方向平行的至少1个截面中的包含所述空气极、所述中间层以及所述电解质层的20μm×20μm的矩形视场分割为256×256像素，利用EPMA映射来生成表示各像素中的Sr强度的Sr强度映射数据，构成所述矩形视场的4个边中的两个边同所述中间层与所述电解质层之间的边界大致平行，对于所述Sr强度映射数据中的与所述第1方向大致正交的256条像素线的各所述像素线，计算出各所述像素的Sr强度的累积值即Sr强度线累积值，相对于各所述像素线描绘所述Sr强度线累积值而得到的强度曲线具有：电解质层累积值部分，其示出所述电解质层中的、Sr强度线累积值成为大致恒定的部分的所述Sr强度线累积值；第1累积值部分，其示出与所述电解质层累积值部分的所述Sr强度线累积值大致相同的所述Sr强度线累积值；以及第2累积值部分，其位于所述电解质层累积值部分与所述第1累积值部分之间且示出比所述电解质层累积值部分的所述Sr强度线累积值大的所述Sr强度线累积值，在所述第2累积值部分中，由作为将第1点和第2点连结起来的直线的基线与所述第2累积值部分围成的区域的面积即SrZrO3累积值是600以上且10300以下，该第1点是在比所述Sr强度线累积值达到最大的所述像素线即峰值像素线靠所述电解质层侧的位置中、所述Sr强度线累积值达到最小的点，该第2点是在比所述峰值像素线靠所述空气极侧的位置中、所述Sr强度线累积值达到最小的点。采用本电化学反应单体电池，由于表示作为高电阻的物质的SrZrO3的量的多少的SrZrO3累积值是10300以下，因此能够抑制与SrZrO3的堆积相伴随的电化学反应单体电池的性能降低，另外，由于SrZrO3累积值是600以上，因此，空气极在一定程度上被高温烧结，能够抑制产生中间层与空气极之间的剥离。
(2)在上述电化学反应单体电池中，也可以设为如下结构，即，所述中间层具备固溶体层，该固溶体层包含Gd和Sm中的至少一者、Ce、以及Zr，所述固溶体层的厚度是0.246μm以上且0.482μm以下。采用本电化学反应单体电池，通过抑制高电阻的固溶体层的厚度变得过厚引起的电化学反应单体电池的性能降低，且通过使固溶体层的厚度在一定程度上较厚，能够抑制SrZrO3累积值的增大所导致的电化学反应单体电池的性能降低。
(3)在上述电化学反应单体电池中，也可以设为如下结构，即，与所述第1方向平行的至少1个截面中的所述SrZrO3累积值是1600以上且9200以下。采用本电化学反应单体电池，由于SrZrO3累积值是9200以下，因此能够有效地抑制与SrZrO3的堆积相伴随的电化学反应单体电池的性能降低，另外，由于SrZrO3累积值是1600以上，因此能够有效地抑制产生中间层与空气极之间的剥离。
(4)在上述电化学反应单体电池中，也可以设为如下结构，即，所述中间层具备固溶体层，该固溶体层包含Gd和Sm中的至少一者、Ce、以及Zr，所述固溶体层的厚度是0.271μm以上且0.457μm以下。采用本电化学反应单体电池，通过有效地抑制高电阻的固溶体层的厚度变得过厚引起的电化学反应单体电池的性能降低，且通过使固溶体层的厚度在一定程度上较厚，能够有效地抑制SrZrO3累积值的增大所导致的电化学反应单体电池的性能降低。
(5)在上述电化学反应单体电池中，也可以设为如下结构，即，与所述第1方向平行的至少1个截面中的所述SrZrO3累积值是3100以上且7800以下。采用本电化学反应单体电池，由于SrZrO3累积值是7800以下，因此能够进一步有效地抑制与SrZrO3的堆积相伴随的电化学反应单体电池的性能降低，另外，由于SrZrO3累积值是3100以上，因此能够进一步有效地抑制产生中间层与空气极之间的剥离。
(6)在上述电化学反应单体电池中，也可以设为如下结构，即，所述中间层具备固溶体层，该固溶体层包含Gd和Sm中的至少一者、Ce、以及Zr，所述固溶体层的厚度是0.307μm以上且0.422μm以下。采用本电化学反应单体电池，通过进一步有效地抑制高电阻的固溶体层的厚度变得过厚引起的电化学反应单体电池的性能降低，且通过使固溶体层的厚度在一定程度上较厚，能够进一步有效地抑制SrZrO3累积值的增大所导致的电化学反应单体电池的性能降低。
(7)在上述电化学反应单体电池中，也可以设为如下结构，即，所述电解质层包含固体氧化物。采用本电化学反应单体电池，在容易因SrZrO3的堆积而产生性能降低的电化学反应单体电池中，能够抑制与SrZrO3的堆积相伴随的电化学反应单体电池的性能降低。
(8)在上述电化学反应单体电池中，也可以设为如下结构，即，所述电化学反应单体电池是燃料电池单体电池。采用本电化学反应单体电池，能够抑制与SrZrO3的堆积相伴随的发电性能降低。
另外，本说明书所公开的技术能够以多种形态实现，例如能够以电化学反应单体电池(燃料电池单体电池或电解单体电池)、具备多个电化学反应单体电池的电化学反应电池组(燃料电池组或电解电池组)、以及它们的制造方法等的形态实现。
附图说明
图1是表示本实施方式中的燃料电池组100的外观结构的立体图。
图2是表示图1的II-II的位置处的燃料电池组100的XZ截面结构的说明图。
图3是表示图1的III-III的位置处的燃料电池组100的YZ截面结构的说明图。
图4是表示与图2所示的截面相同的位置处的相互相邻的两个发电单位102的XZ截面结构的说明图。
图5是表示与图3所示的截面相同的位置处的相互相邻的两个发电单位102的YZ截面结构的说明图。
图6是表示单体电池110中的中间层180周边的详细结构的说明图。
图7是表示性能评价结果的说明图。
图8是表示涉及各样品的SZO累积值Vs与固溶体层182的厚度Ts之间的关系的说明图。
图9是表示SZO累积值Vs与初始电压之间的关系的说明图。
图10是表示固溶体层182的厚度Ts与初始电压之间的关系的说明图。
图11是表示SZO累积值Vs的计算方法的说明图。
图12是表示固溶体层182的厚度Ts的确定方法的说明图。
图13是概略地表示变形例中的燃料电池组100a的结构的说明图。
具体实施方式
A.实施方式：
A-1.结构：
(燃料电池组100的结构)
图1是表示本实施方式中的燃料电池组100的外观结构的立体图，图2是表示图1的II-II位置处的燃料电池组100的XZ截面结构的说明图，图3是表示图1的III-III位置处的燃料电池组100的YZ截面结构的说明图。在各图中示出用于指定方向的、相互正交的XYZ轴。在本说明书中，为了方便起见，将Z轴正方向称作上方，将Z轴负方向称作下方，但燃料电池组100在实际中也可以以异于该朝向的朝向进行设置。在图4之后的图中也相同。
燃料电池组100具有多个(在本实施方式中为7个)发电单位102以及一对端板104、106。7个发电单位102在预定的排列方向(在本实施方式中为上下方向)上排列地配置。一对端板104、106从上下夹着由7个发电单位102构成的集合体地进行配置。另外，上述排列方向(上下方向)相当于权利要求中的第1方向。
在构成燃料电池组100的各层(发电单位102、端板104、端板106)的绕Z方向的周缘部形成有在上下方向上贯通的多个(在本实施方式中为8个)孔，形成于各层并相互对应的孔彼此在上下方向上连通，构成了在上下方向上从一个端板104延伸到另一个端板106的连通孔108。在以下的说明中，有时也将为了构成连通孔108而形成于燃料电池组100的各层的孔称作连通孔108。
在各连通孔108中贯穿有在上下方向上延伸的螺栓22，利用螺栓22和拧紧于螺栓22的两侧的螺母24，将燃料电池组100紧固。另外，如图2和图3所示，在拧紧于螺栓22的一侧(上侧)的螺母24和构成燃料电池组100的上端的端板104的上侧表面之间、以及在拧紧于螺栓22的另一侧(下侧)的螺母24和构成燃料电池组100的下端的端板106的下侧表面之间存在绝缘片26。但是，在设有后述的气体通路构件27的部位，在螺母24和端板106的表面之间存在气体通路构件27以及分别配置在气体通路构件27的上侧和下侧的绝缘片26。绝缘片26例如由云母片、陶瓷纤维片、陶瓷粉末压片、玻璃片、玻璃陶瓷复合材料等构成。
各螺栓22的轴部的外径小于各连通孔108的内径。因此，能够在各螺栓22的轴部的外周面和各连通孔108的内周面之间确保空间。如图1和图2所示，由位于燃料电池组100的、绕Z方向的外周的一个边(与Y轴平行的两个边中的靠X轴正方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22A)与贯穿有该螺栓22A的连通孔108形成的空间作为氧化剂气体导入歧管161来发挥功能，该氧化剂气体导入歧管161是从燃料电池组100的外部导入氧化剂气体OG并将该氧化剂气体OG向各发电单位102供给的气体流路，由位于与该边相反的一侧的边(与Y轴平行的两个边中的靠X轴负方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22B)和贯穿有该螺栓22B的连通孔108形成的空间作为氧化剂气体排出歧管162发挥功能，该氧化剂气体排出歧管162将从各发电单位102的空气室166排出的气体即氧化剂废气OOG向燃料电池组100的外部排出。另外，在本实施方式中，例如使用空气作为氧化剂气体OG。
此外，如图1和图3所示，由位于燃料电池组100的、绕Z方向的外周的一个边(与X轴平行的两个边中的靠Y轴正方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22D)和贯穿有该螺栓22D的连通孔108形成的空间作为燃料气体导入歧管171发挥功能，该燃料气体导入歧管171从燃料电池组100的外部导入燃料气体FG，并将该燃料气体FG向各发电单位102供给，由位于与该边相反的一侧的边(与X轴平行的两个边中的靠Y轴负方向侧的边)的中点附近的螺栓22(螺栓22E)和贯穿有该螺栓22E的连通孔108形成的空间作为燃料气体排出歧管172发挥功能，该燃料气体排出歧管172将从各发电单位102的燃料室176排出的气体即燃料废气FOG向燃料电池组100的外部排出。另外，在本实施方式中，例如使用对城市煤气进行改性后得到的富氢气体作为燃料气体FG。
在燃料电池组100设有4个气体通路构件27。各气体通路构件27具有中空筒状的主体部28和从主体部28的侧面分支出的中空筒状的分支部29。分支部29的孔与主体部28的孔相连通。在各气体通路构件27的分支部29连接有气体配管(未图示)。此外，如图2所示，在形成氧化剂气体导入歧管161的螺栓22A的位置配置的气体通路构件27的主体部28的孔与氧化剂气体导入歧管161相连通，在形成氧化剂气体排出歧管162的螺栓22B的位置配置的气体通路构件27的主体部28的孔与氧化剂气体排出歧管162相连通。此外，如图3所示，在形成燃料气体导入歧管171的螺栓22D的位置配置的气体通路构件27的主体部28的孔与燃料气体导入歧管171相连通，在形成燃料气体排出歧管172的螺栓22E的位置配置的气体通路构件27的主体部28的孔与燃料气体排出歧管172相连通。
(端板104、端板106的结构)
一对端板104、106是大致矩形的平板形状的导电性构件，例如由不锈钢形成。一个端板104配置在位于最上方的发电单位102的上侧，另一个端板106配置在位于最下方的发电单位102的下侧。多个发电单位102以被按压的状态被一对端板104、106夹持。上侧的端板104作为燃料电池组100的正极侧的输出端子发挥功能，下侧的端板106作为燃料电池组100的负极侧的输出端子发挥功能。
(发电单位102的结构)
图4是表示与图2所示的截面相同的位置处的相互相邻的两个发电单位102的XZ截面结构的说明图，图5是表示与图3所示的截面相同的位置处的相互相邻的两个发电单位102的YZ截面结构的说明图。
如图4和图5所示，发电单位102具备单体电池110、分隔件120、空气极侧框架130、空气极侧集电体134、燃料极侧框架140、燃料极侧集电体144以及构成发电单位102的最上层和最下层的一对互连器150。在分隔件120、空气极侧框架130、燃料极侧框架140、互连器150的绕Z方向的周缘部形成有供上述螺栓22贯穿的连通孔108所对应的孔。
互连器150是大致矩形的平板形状的导电性构件，由例如铁素体系不锈钢形成。互连器150确保发电单位102间的电的导通，并且防止反应气体在发电单位102间的混合。此外，在本实施方式中，在两个发电单位102相邻地配置的情况下，1个互连器150被相邻的两个发电单位102共有。即，某发电单位102中的上侧的互连器150同与该发电单位102的上侧相邻的另一发电单位102中的下侧的互连器150是同一构件。另外，燃料电池组100具备一对端板104、106，因此，在燃料电池组100中，位于最上方的发电单位102不具备上侧的互连器150，位于最下方的发电单位102不具备下侧的互连器150(参照图2和图3)。
单体电池110具备：电解质层112；燃料极(阳极)116，其配置于电解质层112的上下方向上的一侧(下侧)；空气极(阴极)114，其配置于电解质层112的上下方向上的另一侧(上侧)；以及中间层180，其配置在电解质层112与空气极114之间。另外，本实施方式的单体电池110是利用燃料极116支承构成单体电池110的其他层(电解质层112、空气极114、中间层180)的燃料极支承形单体电池。
电解质层112是大致矩形的平板形状构件，其以包含作为固体氧化物的YSZ(氧化钇稳定氧化锆)的方式形成。即，电解质层112包含Zr(锆)和Y(钇)。空气极114是大致矩形的平板形状构件。在本实施方式中，空气极114包括集电层220和位于比集电层220靠电解质层112侧(下侧)的位置的活性层210(参照图6)。空气极114的活性层210是主要作为氧化剂气体OG所包含的氧的电离反应的场所发挥功能的层，其以包含LSCF(镧锶钴铁氧化物)和作为活性化物质的GDC(掺杂氧化钆的氧化铈)的方式形成。另外，空气极114的集电层220是主要作为使自空气室166供给过来的氧化剂气体OG扩散且使通过发电反应得到的电聚集的场所发挥功能的层，其以包含LSCF的方式形成。即，空气极114包含Sr(锶)和Co(钴)。燃料极116是大致矩形的平板形状构件，例如利用Ni(镍)、由Ni和陶瓷粒子形成的金属陶瓷、Ni基合金等形成。如此，本实施方式的单体电池110是使用固体氧化物作为电解质的固体氧化物形燃料电池(SOFC)。
中间层180是大致矩形的平板形状构件，其以包含GDC(掺杂氧化钆的氧化铈)和YSZ的方式形成。中间层180用于抑制自空气极114扩散了的Sr与电解质层112所包含的Zr发生反应而生成高电阻的SZO。对于单体电池110中的中间层180周边的结构，在后面进行详细叙述。
分隔件120是在中央附近形成有在上下方向上贯通的大致矩形的孔121的框架状的构件，例如由金属形成。分隔件120的孔121的周围部分与电解质层112的靠空气极114侧的表面的周缘部相对。分隔件120利用配置在该相对的部分并由焊料(例如Ag焊料)形成的接合部124与电解质层112(单体电池110)相接合。利用分隔件120，划分出面对空气极114的空气室166和面对燃料极116的燃料室176，能够抑制气体从单体电池110的周缘部的一个电极侧向另一个电极侧泄漏。
空气极侧框架130是在中央附近形成有在上下方向上贯通的大致矩形的孔131的框架状的构件，例如由云母等绝缘体形成。空气极侧框架130的孔131构成面对空气极114的空气室166。空气极侧框架130与分隔件120的同与电解质层112相对的一侧相反的那一侧的表面的周缘部接触，且与互连器150的同空气极114相对的一侧的表面的周缘部接触。此外，在空气极侧框架130的作用下，发电单位102所包含的一对互连器150之间被电绝缘。另外，在空气极侧框架130形成有：氧化剂气体供给连通孔132，其用于将氧化剂气体导入歧管161和空气室166连通；以及氧化剂气体排出连通孔133，其用于将空气室166和氧化剂气体排出歧管162连通。
燃料极侧框架140是在中央附近形成有在上下方向上贯通的大致矩形的孔141的框架状的构件，例如由金属形成。燃料极侧框架140的孔141构成面对燃料极116的燃料室176。燃料极侧框架140与分隔件120的同电解质层112相对的一侧的表面的周缘部接触，且与互连器150的同燃料极116相对的一侧的表面的周缘部接触。另外，在燃料极侧框架140形成有：燃料气体供给连通孔142，其用于将燃料气体导入歧管171和燃料室176连通；以及燃料气体排出连通孔143，其用于将燃料室176和燃料气体排出歧管172连通。
燃料极侧集电体144配置在燃料室176内。燃料极侧集电体144具有互连器相对部146、电极相对部145、以及将电极相对部145和互连器相对部146连接起来的连接部147，例如由镍、镍合金、不锈钢等形成。电极相对部145与燃料极116的同与电解质层112相对的一侧相反的那一侧的表面相接触，互连器相对部146与互连器150的同燃料极116相对的一侧的表面相接触。但是，如上述那样，由于在燃料电池组100中位于最下方的发电单位102不具有下侧的互连器150，因此该发电单位102的互连器相对部146与下侧的端板106接触。由于燃料极侧集电体144是这样的结构，因此将燃料极116与互连器150(或端板106)电连接。另外，在电极相对部145和互连器相对部146之间配置有例如由云母形成的间隔物149。因此，燃料极侧集电体144能够追随因温度循环、反应气体压力变动引起的发电单位102的变形而良好地维持燃料极116和互连器150(或端板106)之间经由燃料极侧集电体144的电连接。
空气极侧集电体134配置在空气室166内。空气极侧集电体134由多个大致四棱柱状的集电体元件135构成，由例如铁素体系不锈钢形成。空气极侧集电体134与空气极114的同与电解质层112相对的一侧相反的那一侧的表面接触，且与互连器150的同空气极114相对的一侧的表面接触。但是，如上述那样，由于燃料电池组100中的位于最上方的发电单位102不具有上侧的互连器150，因此，该发电单位102的空气极侧集电体134与上侧的端板104相接触。由于空气极侧集电体134是这样的结构，因此将空气极114和互连器150(或端板104)电连接。此外，在本实施方式中，空气极侧集电体134和互连器150形成为一体的构件。即，该一体的构件中的、与上下方向(Z轴方向)正交的平板形的部分作为互连器150发挥功能，以自该平板形的部分朝向空气极114突出的方式形成的多个凸部的集电体元件135作为空气极侧集电体134发挥功能。另外，由空气极侧集电体134和互连器150构成的一体构件可以被导电性的涂层覆盖，在空气极114与空气极侧集电体134之间，也可以夹设有使两者接合的导电性的接合层。
A-2.燃料电池组100的动作：
如图2和图4所示，当经由与设于氧化剂气体导入歧管161的位置的气体通路构件27的分支部29相连接的气体配管(未图示)供给氧化剂气体OG时，氧化剂气体OG经由气体通路构件27的分支部29及主体部28的孔向氧化剂气体导入歧管161供给，并从氧化剂气体导入歧管161经由各发电单位102的氧化剂气体供给连通孔132向空气室166供给。此外，如图3和图5所示，当经由与设于燃料气体导入歧管171的位置的气体通路构件27的分支部29相连接的气体配管(未图示)供给燃料气体FG时，燃料气体FG经由气体通路构件27的分支部29及主体部28的孔向燃料气体导入歧管171供给，并从燃料气体导入歧管171经由各发电单位102的燃料气体供给连通孔142向燃料室176供给。
当氧化剂气体OG供给到各发电单位102的空气室166、燃料气体FG供给到燃料室176时，在单体电池110中进行由氧化剂气体OG和燃料气体FG的电化学反应引起的发电。该发电反应为放热反应。在各发电单位102中，单体电池110的空气极114经由空气极侧集电体134与一个互连器150电连接，燃料极116经由燃料极侧集电体144与另一个互连器150电连接。此外，燃料电池组100所包含的多个发电单位102串联地电连接。因此，能够从作为燃料电池组100的输出端子发挥功能的端板104、端板106获取在各发电单位102生成的电能。另外，由于SOFC是在比较高的温度(例如700℃～1000℃)下进行发电的，因此，可以在起动后利用加热器(未图示)加热燃料电池组100，直到成为能够利用由发电产生的热来维持高温的状态。
如图2和图4所示，从各发电单位102的空气室166排出的氧化剂废气OOG经由氧化剂气体排出连通孔133向氧化剂气体排出歧管162排出，然后经过设于氧化剂气体排出歧管162的位置的气体通路构件27的主体部28和分支部29的孔并经由连接于该分支部29的气体配管(未图示)向燃料电池组100的外部排出。此外，如图3和图5所示，从各发电单位102的燃料室176排出的燃料废气FOG经由燃料气体排出连通孔143向燃料气体排出歧管172排出，然后经过设于燃料气体排出歧管172的位置的气体通路构件27的主体部28和分支部29的孔并经由连接于该分支部29的气体配管(未图示)向燃料电池组100的外部排出。
A-3.单体电池110中的中间层180周边的详细结构：
图6是表示单体电池110中的中间层180周边的详细结构的说明图。在图6中，示出单体电池110的隔着中间层180地包含电解质层112的一部分和空气极114的一部分的区域(图4的区域X1)的XZ截面结构。
在本实施方式中，单体电池110在包含LSCF的空气极114(的活性层210)与包含YSZ的电解质层112之间设有包含GDC和YSZ的中间层180。另外，中间层180具备固溶体层182。固溶体层182例如是在对中间层180进行烧结时通过中间层180与电解质层112之间的相互扩散而生成的层，其存在于中间层180的与电解质层112之间的边界附近。固溶体层182由于是通过中间层180与电解质层112之间的相互扩散生成的层，因此包含GDC和YSZ。即，固溶体层182包含Gd(钆)、Ce(铈)、以及Zr。
在单体电池110中，例如在对空气极114进行烧结时、进行发电运转时，空气极114所包含的Sr向电解质层112侧扩散，当该扩散了的Sr与Zr发生反应时，会生成作为高电阻物质的SZO。当生成SZO时，单体电池110的电阻增大而使发电性能降低。中间层180抑制这样的、Sr自空气极114向电解质层112扩散，由此抑制SZO的生成。
A-4.性能评价：
构成本实施方式的燃料电池组100的单体电池110在SZO量和固溶体层182的厚度Ts上具有特征。以下，对使用SZO量和固溶体层182的厚度Ts互不相同的多个单体电池110的样品进行的各种性能评价进行说明。
图7是表示性能评价结果的说明图。如图7所示，各样品在SZO量和固溶体层182的厚度Ts上互不相同。此外，在本性能评价中，使用“SZO(SrZrO3)累积值Vs”这样的指标来表示单体电池110所包含的SZO量的多少。SZO累积值Vs越大，单体电池110所包含的SZO量越多。在“A-5.单体电池110的分析方法”中对SZO累积值Vs的计算方法进行详细叙述。
A-4-1.单体电池110的制造方法：
按照以下的制造方法制造了单体电池110的各样品。此外，在本性能评价中，为了得到SZO累积值Vs和固溶体层182的厚度Ts互不相同的多个单体电池110的样品，在制造各样品时，在中间层180中的Zr的含有量为0.015(wt％)～1(wt％)的范围内使中间层180的烧结温度和空气极114的烧结温度互不相同。
(形成由电解质层112和燃料极116构成的层叠体)
对于YSZ粉末添加丁醛树脂、作为增塑剂的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、分散剂、以及甲苯和乙醇的混合溶剂，利用球磨机进行混合，调制出浆料。利用刮刀法使得到的浆料薄膜化，例如得到厚度大约10μm的电解质层用生片。另外，将NiO的粉末换算成Ni重量且以成为55质量份的方式进行称量，将该55质量份的NiO的粉末与45质量份的YSZ的粉末混合而得到混合粉末。对于该混合粉末添加丁醛树脂、作为增塑剂的DOP、分散剂、以及甲苯和乙醇的混合溶剂，利用球磨机进行混合，调制出浆料。利用刮刀法使得到的浆料薄膜化，例如得到厚度270μm的燃料极用生片。粘贴电解质层用生片和燃料极用生片并进行干燥。之后，通过以例如1400℃的温度进行烧制，从而得到了电解质层112和燃料极116的层叠体。
(形成中间层180)
以使中间层180中的Zr的含有量达到0.015(wt％)～1(wt％)的范围内的方式向GDC粉末(Ce：Gd＝8：2(摩尔比))添加YSZ粉末(8YSZ)，并利用高纯度氧化锆球石进行60小时的分散混合。该分散混合是以使分散混合后的粉末的利用BET法测到的比表面积在13m2/g～23m2/g的范围内成为每个样品所规定的值的方式进行的。向混合后的粉末添加作为有机粘结剂的聚乙烯醇和作为有机溶剂的丁基卡必醇并进行混合，调整粘度而调制出中间层用糊剂。利用丝网印刷将得到的中间层用糊剂涂敷在上述电解质层112和燃料极116的层叠体中的电解质层112的表面，在1100℃～1400℃的范围内对每个样品进行烧制。由此，形成中间层180，得到中间层180、电解质层112、燃料极116这三者的层叠体。此外，在该中间层180的烧结时，产生中间层180与电解质层112之间的相互扩散，从而在中间层180的与电解质层112之间的边界附近的位置生成固溶体层182。
(形成空气极114)
混合LSCF粉末、GDC粉末、氧化铝粉末、作为有机粘结剂的聚乙烯醇、以及作为有机溶剂的丁基卡必醇，调整粘度而调制出空气极活性层用糊剂。利用丝网印刷将得到的空气极活性层用糊剂涂敷在上述中间层180、电解质层112以及燃料极116这三者的层叠体中的中间层180的表面并进行干燥。另外，混合LSCF粉末、氧化铝粉末、作为有机粘结剂的聚乙烯醇、以及作为有机溶剂的丁基卡必醇，调整粘度而调制出空气极集电层用糊剂。利用丝网印刷将得到的空气极集电层用糊剂涂敷在上述空气极活性层糊剂之上并进行干燥。之后，对每个样品进行烧制。样品S1～样品S10以1100℃进行烧制，样品S11以1000℃进行烧制。由此，形成空气极114的活性层210和集电层220。通过以上的工序，从而制得上述结构的单体电池110。
A-4-2.评价项目和评价方法：
在本性能评价中，对空气极114的接合性和单体电池110的发电性能进行了评价。
(空气极114的接合性的评价方法)
对于制作好的单体电池110的各样品，对在将市售的玻璃带粘贴于空气极114的表面之后剥下玻璃带时，是否产生空气极114的剥离进行了调查。
(单体电池110的发电性能的评价方法)
对于制作好的单体电池110的各样品，在温度：700℃、气氛：氢320ml、露点温度：30℃的条件下，测量了0.55A/cm2的电流密度下的初始电压。
(判断)
在空气极114的接合性的评价中在产生了空气极114的剥离的情况下，或者在单体电池110的发电性能的评价中初始电压小于0.90V的情况下，判断为不合格(×)，在其他的情况下，判断为合格(〇)。
(性能评价结果)
如图7所示，在样品S11中，由于产生了空气极114的剥离，因此判断为不合格。在样品S11中，由于空气极114的烧结温度(1000℃)低于其他样品的空气极114的烧结温度，因此，空气极114所包含的Sr的扩散得到抑制，SZO累积值Vs成为非常小的值。但是，在样品S11中，能够认为，由于空气极114的烧结温度较低，因此，空气极114与中间层180之间的接合力较弱，从而产生了空气极114的剥离。因此，可以说，SZO累积值Vs优选大于209。此外，在其他样品中，未产生空气极114的剥离。
另外，在样品S1和样品S10中，由于初始电压小于0.90V，因此判断为不合格。能够认为在样品S1和样品S10中初始电压变低的理由如下。图8是表示涉及各样品(其中不包含样品S11。对于图9和图10，也是同样的)的SZO累积值Vs与固溶体层182的厚度Ts之间的关系的说明图，图9是表示SZO累积值Vs与初始电压之间的关系的说明图，图10是表示固溶体层182的厚度Ts与初始电压之间的关系的说明图。
中间层180的烧结温度越高，固溶体层182的厚度Ts越厚。能够认为其原因在于，中间层180的烧结温度越高，越能够促进中间层180与电解质层112之间的相互扩散。另外，中间层180的烧结温度越高，SZO累积值Vs成为越小的值。能够认为其原因在于，中间层180的烧结温度越高，固溶体层182的厚度Ts越厚，固溶体层182对于Sr自空气极114的扩散进行抑制的效果越高。根据图8所示的结果，可以说，固溶体层182的厚度Ts越薄，SZO累积值Vs越大，相反地，固溶体层182的厚度Ts越厚，SZO累积值Vs越小。
另外，如图9所示，在SZO累积值Vs处于特定范围时，初始电压变高，不管SZO累积值Vs与该范围相比过小或过大，初始电压均变低。另外，如图10所示，在固溶体层182的厚度Ts处于特定范围时，初始电压变高，不管固溶体层182的厚度Ts与该范围相比过薄或过厚，初始电压均变低。能够认为其原因在于，当SZO累积值Vs过大时(即，固溶体层182的厚度Ts过薄时)，虽然固溶体层182的电阻变低，但SZO的电阻变得非常高，从而单体电池110的电阻变高，相反地，当SZO累积值Vs过小时(即，固溶体层182的厚度Ts过厚时)，虽然SZO的电阻变低，但固溶体层182的电阻变得非常高，从而单体电池110的电阻仍会变高。
如图7所示，在样品S1中，固溶体层182的厚度Ts变得非常厚。因此，能够认为，在样品S1中，固溶体层182的电阻变得非常高，从而单体电池110的电阻变高，因此，初始电压成为较低的值。另外，在样品S10中，固溶体层182的厚度Ts变得非常薄，其结果，SZO累积值Vs变得非常大。因此，能够认为，在样品S10中，SZO的电阻变得非常高，从而单体电池110的电阻变高，因此初始电压成为较低的值。
与此相对，在样品S2～样品S9中，初始电压为0.90V以上，且如上述那样没有空气极114的剥离，因此判断为合格。能够认为，在样品S2～样品S9中，由于SZO累积值Vs和固溶体层182的厚度Ts处于能够使SZO导致的电阻的降低和固溶体层182导致的电阻的降低这两者实现良好平衡的范围内，因此，单体电池110的电阻变低，抑制了初始电压的降低。
此外，在样品S8中，当初始电压为0.91V以上时，示出了特别良好的发电性能。因此，在样品S8中，可以说，SZO累积值Vs和固溶体层182的厚度Ts处于特别优选的范围内。另外，在样品S3～样品S7中，当初始电压为0.92V以上时，示出了更良好的发电性能。因此，在样品S3～样品S7中，可以说SZO累积值Vs和固溶体层182的厚度Ts处于进一步优选的范围内。
在表示通过以上的性能评价结果得到的SZO累积值Vs与初始电压之间的关系的图表(图9)中，计算出自各绘点导出的近似曲线AC1与表示初始电压为0.90V、0.91V、0.92V的各线之间的交点，当SZO累积值Vs处于600以上且10300以下的范围内时，初始电压为0.90V以上，当SZO累积值Vs处于1600以上且9200以下的范围内时，初始电压为0.91V以上，当SZO累积值Vs处于3100以上且7800以下的范围内时，初始电压为0.92V以上。因此，当SZO累积值Vs处于600以上且10300以下的范围内时，能够抑制中间层180与空气极114之间的剥离且抑制发电性能的降低，因此可以说优选。另外，当SZO累积值Vs处于1600以上且9200以下的范围内时，能够有效地抑制中间层180与空气极114之间的剥离且抑制发电性能的降低，因此可以说更为优选。另外，当SZO累积值Vs处于3100以上且7800以下的范围内时，能够进一步有效地抑制中间层180与空气极114之间的剥离且抑制发电性能的降低，因此可以说进一步优选。
另外，在表示通过以上的性能评价结果得到的固溶体层182的厚度Ts与初始电压之间的关系的图表(图10)中，计算出自各绘点导出的近似曲线AC2与表示初始电压为0.90V、0.91V、0.92V的各线之间的交点，当固溶体层182的厚度Ts处于0.246μm以上且0.482μm以下的范围内时，初始电压为0.90V以上，当固溶体层182的厚度Ts处于0.271μm以上且0.457μm以下的范围内时，初始电压为0.91V以上，当固溶体层182的厚度Ts处于0.307μm以上且0.422μm以下的范围内时，初始电压为0.92V以上。因此，当固溶体层182的厚度Ts为0.246μm以上且0.482μm以下时，能够抑制高电阻的固溶体层182的厚度Ts变得过厚引起的发电性能降低，且通过使固溶体层182的厚度Ts在一定程度上较厚，由此能够抑制SZO导致的发电性能的降低，因此可以说优选。另外，当固溶体层182的厚度Ts为0.271μm以上且0.457μm以下时，能够有效地抑制高电阻的固溶体层182的厚度Ts变得过厚引起的发电性能降低，且通过使固溶体层182的厚度Ts在一定程度上较厚，由此能够有效地抑制SZO导致的发电性能降低，因此可以说更为优选。另外，当固溶体层182的厚度Ts为0.307μm以上且0.422μm以下时，会进一步有效地抑制高电阻的固溶体层182的厚度Ts变得过厚引起的发电性能降低，且通过使固溶体层182的厚度Ts在一定程度上较厚，由此能够进一步有效地抑制SZO导致的发电性能降低，因此可以说进一步优选。
A-5.单体电池110的分析方法：
A-5-1.SZO累积值Vs的计算方法：
作为表示上述SZO量的多少的指标值的SZO累积值Vs的计算方法如下。图11是表示SZO累积值Vs的计算方法的说明图。
首先，如图11的上段所示，对于SZO累积值Vs的计算对象的单体电池110，使与Z方向平行的截面(例如XZ截面)暴露，在该截面中设定20μm×20μm的矩形视场FOVa。矩形视场FOVa以如下方式设定，该矩形视场FOVa包含第1方向(Z方向)上的空气极114的至少一部分、中间层180、以及电解质层112的至少一部分(即包含空气极114与中间层180之间的边界B1和中间层180与电解质层112之间的边界B3)且使构成矩形视场FOVa的4个边中的两个边(上边St和下边Sb)同中间层180与电解质层112之间的边界B3大致平行。此外，在本说明书中，大致平行指的是，两条线(或两个面)所成的角X(0度≤X≤90度)为2度以下，大致正交指的是，两条线(或两个面)所成的角X为88度以上。
接下来，如图11的中段所例示那样，将矩形视场FOVa分割为256×256像素，通过EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)映射而生成表示各像素中的Sr强度I(sr)的Sr强度映射数据ID。在EPMA映射中，以计数单位来测量Sr的特征X射线的峰值强度。在测量中，例如使用JEOL公司制的FE-EPMA JXA-8500F，向测量试样照射的电子射线以15kV进行加速，在照射电流20nA、映射区域□20μm、256pixel×256pixel的条件下进行测量。各像素的特征X射线的测量时间为30毫秒。另外，对于Sr的特征X射线的分光，使用PETH作为分光晶体。
接下来，对于Sr强度映射数据ID中的与Z方向大致正交的256条像素线L(n)(L(1)～L(256))中的各像素线，计算出各像素的Sr强度I(sr)的累积值即Sr强度线累积值ΣI(L)。然后，如图11的下段所例示那样，在横轴上取Sr强度线累积值ΣI(L)，在纵轴上取各像素线L(n)的位置，由此得到示出沿着Z方向的各位置处的Sr的强度的Sr强度曲线IC。Sr强度曲线IC是通过相对于各像素线L(n)描绘Sr强度线累积值ΣI(L)而得到的曲线，是将示出256条像素线L(n)的Sr强度线累积值ΣI(L)的256个点平滑地连结起来的曲线。
如上述那样，由于空气极114以包含LSCF的方式形成，因此，在空气极114中，与电解质层112的形成材料、中间层180的形成材料相比，包含更多的Sr。因此，如图11的下段所示，由Sr强度曲线IC示出的Sr强度线累积值ΣI(L)在空气极114的位置(上侧的位置)处成为较大的值。在该位置处，能够认为，Sr主要以LSCF的形式存在。另外，如上述那样，当空气极114所包含的Sr向电解质层112侧扩散时，扩散了的Sr与在电解质层112侧存在的Zr反应而生成SZO。因此，对于由Sr强度曲线IC示出的Sr强度线累积值ΣI(L)，随着自空气极114的位置朝向电解质层112侧(下侧)去，值暂时减少而成为较小的值，从该较小的值开始，值再次增加而成为较大的值，然后，从该较大的值开始，值减少而成为较小的值。在该“值再次增加而成为较大的值”的部位处，能够认为Sr主要以SZO的形式存在，因此能够认为该部分处的Sr的强度与SZO量具有相关性。因此，如下那样计算出表示SZO量的多少的SZO累积值Vs。
即，首先，在Sr强度曲线IC中，特定电解质层累积值部分PAe、第1累积值部分PA1、以及第2累积值部分PA2。电解质层累积值部分Pae是示出电解质层112中的、Sr强度线累积值ΣI(L)成为较小的值且为大致恒定的部分的Sr强度线累积值ΣI(L)的部分。即，电解质层累积值部分Pae表示在图11的下段例示的Sr强度曲线IC的最下部中的、以较小的值推移的部分(谷部)。另外，第1累积值部分PA1是示出与电解质层累积值部分PAe的Sr强度线累积值ΣI(L)大致相同的Sr强度线累积值ΣI(L)的部分。即，第1累积值部分PA1是在图11的下段例示的Sr强度曲线IC中的紧挨空气极114的位置的下侧以较小的值推移的部分(谷部)。此外，两个Sr强度线累积值ΣI(L)大致相同指的是，一个Sr强度线累积值ΣI(L)处于另一个Sr强度线累积值ΣI(L)的90％以上且110％以下的范围。另外，第2累积值部分PA2是位于电解质层累积值部分PAe与第1累积值部分PA1之间且示出比电解质层累积值部分PAe的Sr强度线累积值ΣI(L)大的Sr强度线累积值ΣI(L)的部分。即，第2累积值部分PA2是在图11的下段例示的Sr强度曲线IC中被两个谷部(电解质层累积值部分PAe和第1累积值部分PA1)夹持的山的部分。
在如上述那样特定的第2累积值部分PA2中，特定作为Sr强度线累积值ΣI(L)达到最大的像素线L(n)的峰值像素线Lp。另外，特定在比峰值像素线Lp靠电解质层112侧的位置中Sr强度线累积值ΣI(L)达到最小的第1点PO1和在比峰值像素线Lp靠空气极114侧的位置中Sr强度线累积值ΣI(L)达到最小的第2点PO2。然后，对由作为将第1点PO1和第2点PO2连结起来的直线的基线BL与Sr强度曲线IC中的第2累积值部分PA2围成的区域(在图11的下段中的带阴影的区域)的面积进行计算，并将得到的值作为该矩形视场FOVa中的SZO累积值Vs。
在上述单体电池110的截面中，设定未相互重叠的10个矩形视场FOVa，在各矩形视场FOVa中，如上述那样计算出SZO累积值Vs，将各矩形视场FOVa中的SZO累积值Vs的平均值作为最终的单体电池110的SZO累积值Vs。
A-5-2.固溶体层182的厚度Ts的确定方法：
固溶体层182的厚度Ts的确定方法如下。图12是表示固溶体层182的厚度Ts的确定方法的说明图。
首先，如图12的上段所示，对于固溶体层182的厚度Ts的确定对象的单体电池110，使其与Z方向平行的截面(例如XZ截面)暴露，在该截面中设定矩形视场FOVb。将设想其是电解质层112与中间层180之间的边界B3的位置适当设定为矩形视场FOVb的中心。在所设定的矩形视场FOVb中，设定与边界B3大致正交的线段SL。此外，在线段SL与矩形视场FOVb的外周之间的交点之中，将靠空气极114侧(上侧)的交点称作交点PO11，将靠电解质层112侧(下侧)的交点称作交点PO12。
接下来，将线段SL分割为500个像素，通过EPMA映射而生成表示各像素中的Gd(或Sm、以下相同)和Ce的强度的强度数据。在EPMA映射中，以计数单位来测量Gd和Ce的特征X射线的峰值强度。在测量中，例如使用JEOL公司制的FE-EPMA JXA-8500F，向测量试样照射的电子射线以15kV进行加速，在照射电流20nA、线长3.61μm、500pixel的条件下进行测量。各像素的特征X射线的测量时间为500毫秒。另外，对于Gd的特征X射线的分光，使用LIFH作为分光晶体，对于Ce的特征X射线的分光，使用PET作为分光晶体。
接下来，对于得到的Gd和Ce的强度数据进行平滑处理(10点的平均值)。另外，对于平滑处理后的Gd、Ce各自的强度数据，将线段SL上的500个像素中的自上方的第1个像素起到第61个像素为止的像素的强度的平均值设为浓度100％，将线段SL上的500个像素中的自上方的第406个像素起到第491个像素为止的像素的强度的平均值设为浓度0％，将各像素中的强度转换为浓度值。
在图12的下段示出被转换后的Gd、Ce的浓度值的一个例子。此外，在图12的下段中，为了参考，还示出Zr的浓度值。在浓度值的图表中，将Ce的浓度值是60％的位置特定为固溶体层182的上侧(空气极114侧)的边界B2，将Gd的浓度值是40％的位置特定为固溶体层182的下侧(电解质层112侧)的边界B3，将边界B2与边界B3之间的距离特定为该矩形视场FOVb中的固溶体层182的厚度Ts。
在上述单体电池110的截面中，设定相互不重叠的10个矩形视场FOVb，在各矩形视场FOVb中如上述那样确定固溶体层182的厚度Ts，将各矩形视场FOVb中的固溶体层182的厚度Ts的平均值设为最终的单体电池110的固溶体层182的厚度Ts。
B.变形例：
本说明书所公开的技术并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内变形为多种形态，例如也能够进行如下的变形。
上述实施方式中的单体电池110或燃料电池组100的结构只是一个例子，能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，空气极114是具有活性层210和集电层220的两层结构，但空气极114也可以包含除了活性层210和集电层220以外的其他层，空气极114还可以是单层结构。此外，在上述实施方式中，燃料电池组100所包含的单体电池110的个数只是一个例子，单体电池110的个数能够根据燃料电池组100所要求的输出电压等适当决定。
另外，构成上述实施方式中的各构件的材料只是例示，各构件可以由其他材料构成。例如，在上述实施方式中，电解质层112包含YSZ，但电解质层112只要以包含Y、Sc(钪)、Ca(钙)中的至少一者和Zr的方式构成即可，也可以是，替代YSZ而包含例如ScSZ(氧化钪稳定氧化锆)、CaSZ(氧化钙稳定化氧化锆)等其他材料，或者不仅包含YSZ还包含例如ScSZ(氧化钪稳定氧化锆)、CaSZ(氧化钙稳定化氧化锆)等其他材料。另外，在上述实施方式中，空气极114(活性层210和集电层220)包含LSCF，但空气极114只要以包含Sr和Co的方式构成即可，也可以是，替代LSCF而包含其他材料，或者不仅包含LSCF还包含其他材料。另外，在上述实施方式中，中间层180中的除了固溶体层182以外的部分包含GDC和YSZ，但中间层180中的除了固溶体层182以外的部分既可以是替代GDC而包含例如SDC(钐掺杂氧化铈)等其他材料，或者不仅包含GDC还包含例如SDC(钐掺杂氧化铈)等其他材料，也可以是，替代YSZ而包含例如ScSZ、CaSZ等其他材料，或者不仅包含YSZ还包含例如ScSZ、CaSZ等其他材料。另外，由于固溶体层182是通过中间层180与电解质层112之间的相互扩散而生成的层，因此，其构成材料能够根据中间层180的构成材料和电解质层112的构成材料而相应地变化。具体而言，固溶体层182构成为包含Gd和Sm(钐)中的至少一者、Ce、以及Zr。
此外，在上述实施方式中，不一定要针对燃料电池组100所包含的全部单体电池110，都使SZO累积值Vs、固溶体层182的厚度Ts处于上述优选范围内，只要在燃料电池组100所包含的至少1个单体电池110中，SZO累积值Vs、固溶体层182的厚度Ts处于优选范围内，则该单体电池110会发挥能够抑制中间层180与空气极114之间的剥离且抑制发电性能降低这样的效果。
另外，在上述实施方式中，燃料电池组100的结构是具有多个平板形的单体电池110的结构，但本发明还能够同样地应用于其他结构、例如国际公开第2012/165409号所记载那样具有多个大致圆筒形的单体电池110a的燃料电池组100a。图13是概略地表示变形例中的燃料电池组100a的结构的说明图。图13所示的变形例中的燃料电池组100a具有以在Z方向上相互隔开预定间隔地排列的方式配置的多个发电单位102a。多个发电单位102a经由配置在相邻的发电单位102a之间的集电部870串联地电连接。各发电单位102a具有扁平柱形状的外观，具有电极支承体830、单体电池110a、以及互连器810。单体电池110a包含燃料极840、电解质层850、空气极860、以及中间层900。此外，图13所示的变形例中的Z方向相当于权利要求中的第1方向。
电极支承体830是具有大致椭圆形状的截面的柱状体，由多孔质材料形成。在电极支承体830的内部形成有沿柱状体的延伸方向延伸的多个燃料气体流路820。燃料极840以覆盖电极支承体830的侧面之中的、相互平行的一对平坦面中的一个平坦面和将各平坦面的端部彼此连结起来的两个曲面的方式设置。电解质层850以覆盖燃料极840的侧面的方式设置。空气极860以覆盖电解质层850的侧面中的、位于电极支承体830的平坦面上的部分的方式设置。但是，在电解质层850与空气极860之间配置有中间层900。另外，在中间层900的靠与电解质层850之间的边界侧的部分存在因中间层900与电解质层850之间的相互扩散而生成的固溶体层(未图示)。互连器810设于电极支承体830的未设有燃料极840和电解质层850的一侧的平坦面上。集电部870将发电单位102a的空气极860和与该发电单位102a相邻的发电单位102a的互连器810电连接。当向空气极860的外侧供给氧化剂气体、向形成于电极支承体830的燃料气体流路820供给燃料气体并加热到预定工作温度时，燃料电池组100a进行发电。
在这样的结构的燃料电池组100a中，与上述实施方式同样地，在至少1个单体电池110a中，当SZO累积值Vs处于600以上且10300以下的范围内时，能够抑制中间层900与空气极860之间的剥离且抑制发电性能降低，因此可以说优选。另外，当固溶体层的厚度为0.246μm以上且0.482μm以下时，能够抑制高电阻的固溶体层的厚度变得过厚引起的发电性能降低，且通过使固溶体层的厚度在一定程度上较厚，由此能够抑制SZO导致的发电性能降低，因此可以说优选。
此外，在上述实施方式中以利用燃料气体所包含的氢和氧化剂气体所包含的氧之间的电化学反应进行发电的SOFC为对象，但本发明也同样能够应用于具有利用水的电解反应来生成氢的固体氧化物形电解池(SOEC)的构成单位即电解单体电池、具有多个电解单体电池的电解电池组。另外，电解电池组的结构像例如日本特开2016-81813号所述的那样是众所周知的，因此在此不详细叙述，大致是与上述的实施方式的燃料电池组100相同的结构。即，将上述实施方式的燃料电池组100当作电解电池组、将发电单位102改称为电解池单位、将单体电池110改称为电解单体电池即可。但是，在电解电池组运转时，以空气极114成为正极(阳极)、燃料极116成为负极(阴极)的方式在两电极间施加电压，并且经由连通孔108来供给作为原料气体的水蒸气。由此，在各电解池单位中引起水的电解反应，在燃料室176中产生氢气，经由连通孔108向电解电池组的外部取出氢。在这样的结构的电解单体电池和电解电池组中，与上述实施方式同样地，若在电解质层与空气极之间设置中间层且使SZO累积值Vs处于600以上且10300以下的范围内，则能够抑制中间层与空气极之间的剥离且抑制性能的降低，若使在中间层的靠与电解质层之间的边界侧的部分生成的固溶体层的厚度为0.246μm以上且0.482μm以下，则能抑制高电阻的固溶体层的厚度变得过厚引起的性能降低，且通过使固溶体层的厚度在一定程度上较厚，由此能够抑制SZO导致的性能降低。
另外，在上述实施方式中，以固体氧化物形燃料电池(SOFC)为例进行了说明，但本发明也能够适用于熔融碳酸盐形燃料电池(MCFC)这样其他类型的燃料电池(或电解池)。
附图标记说明
22、螺栓；24、螺母；26、绝缘片；27、气体通路构件；28、主体部；29、分支部；100、燃料电池组；102、发电单位；104、端板；106、端板；108、连通孔；110、单体电池；112、电解质层；114、空气极；116、燃料极；120、分隔件；121、孔；124、接合部；130、空气极侧框架；131、孔；132、氧化剂气体供给连通孔；133、氧化剂气体排出连通孔；134、空气极侧集电体；135、集电体元件；140、燃料极侧框架；141、孔；142、燃料气体供给连通孔；143、燃料气体排出连通孔；144、燃料极侧集电体；145、电极相对部；146、互连器相对部；147、连接部；149、间隔物；150、互连器；161、氧化剂气体导入歧管；162、氧化剂气体排出歧管；166、空气室；171、燃料气体导入歧管；172、燃料气体排出歧管；176、燃料室；180、中间层；182、固溶体层；210、活性层；220、集电层；810、互连器；820、燃料气体流路；830、电极支承体；840、燃料极；850、电解质层；860、空气极；870、集电部；900、中间层。

Claims (9)

1.一种电化学反应单体电池，该电化学反应单体电池具备：
电解质层，其包含Y、Sc、Ca中的至少一者和Zr；
燃料极，其配置于所述电解质层的第1方向上的一侧；
空气极，其配置于所述电解质层的所述第1方向上的另一侧，包含Sr和Co；以及
中间层，其配置于所述电解质层与所述空气极之间，该电化学反应单体电池的特征在于，
将与所述第1方向平行的至少1个截面中的包含所述空气极、所述中间层以及所述电解质层的20μm×20μm的矩形视场分割为256×256像素，利用EPMA映射来生成表示各像素中的Sr强度的Sr强度映射数据，构成所述矩形视场的4个边中的两个边同所述中间层与所述电解质层之间的边界大致平行，
对于所述Sr强度映射数据中的与所述第1方向大致正交的256条像素线的各所述像素线，计算出各所述像素的Sr强度的累积值即Sr强度线累积值，
相对于各所述像素线描绘所述Sr强度线累积值而得到的强度曲线具有：
电解质层累积值部分，其示出所述电解质层中的、Sr强度线累积值成为大致恒定的部分的所述Sr强度线累积值；
第1累积值部分，其示出与所述电解质层累积值部分的所述Sr强度线累积值大致相同的所述Sr强度线累积值；以及
第2累积值部分，其位于所述电解质层累积值部分与所述第1累积值部分之间且示出比所述电解质层累积值部分的所述Sr强度线累积值大的所述Sr强度线累积值，
在所述第2累积值部分中，由作为将第1点和第2点连结起来的直线的基线与所述第2累积值部分围成的区域的面积即SrZrO3累积值是600以上且10300以下，
该第1点是在比所述Sr强度线累积值达到最大的所述像素线即峰值像素线靠所述电解质层侧的位置中、所述Sr强度线累积值达到最小的点，该第2点是在比所述峰值像素线靠所述空气极侧的位置中、所述Sr强度线累积值达到最小的点。
2.根据权利要求1所述的电化学反应单体电池，其特征在于，
所述中间层具备固溶体层，该固溶体层包含Gd和Sm中的至少一者、Ce、以及Zr，
所述固溶体层的厚度是0.246μm以上且0.482μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的电化学反应单体电池，其特征在于，
与所述第1方向平行的至少1个截面中的所述SrZrO3累积值是1600以上且9200以下。
4.根据权利要求3所述的电化学反应单体电池，其特征在于，
所述中间层具备固溶体层，该固溶体层包含Gd和Sm中的至少一者、Ce、以及Zr，
所述固溶体层的厚度是0.271μm以上且0.457μm以下。
5.根据权利要求1或2所述的电化学反应单体电池，其特征在于，
与所述第1方向平行的至少1个截面中的所述SrZrO3累积值是3100以上且7800以下。
6.根据权利要求5所述的电化学反应单体电池，其特征在于，
所述中间层具备固溶体层，该固溶体层包含Gd和Sm中的至少一者、Ce、以及Zr，
所述固溶体层的厚度是0.307μm以上且0.422μm以下。
7.根据权利要求1或2所述的电化学反应单体电池，其特征在于，
所述电解质层包含固体氧化物。
8.根据权利要求1或2所述的电化学反应单体电池，其特征在于，
所述电化学反应单体电池是燃料电池单体电池。
9.一种电化学反应电池组，其具备在所述第1方向上排列配置的多个电化学反应单体电池，该电化学反应电池组的特征在于，
所述多个电化学反应单体电池中的至少1个电化学反应单体电池是权利要求1至8中任一项所述的电化学反应单体电池。
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