CN111801827B - 电解质层-阳极复合部件以及电池结构体 - Google Patents

电解质层-阳极复合部件以及电池结构体 Download PDF

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Abstract

本发明提供了包含具有钙钛矿型晶体结构的第一金属氧化物的阳极、以及包含具有钙钛矿型晶体结构的第二金属氧化物的固体电解质层。阳极包含镍和/或镍化合物。阳极呈片状形状，并且固体电解质层呈片状形状。固体电解质层层叠在阳极上。阳极的厚度Ta为850μm以上。阳极的厚度Ta和固体电解质层的厚度Te可以满足0.003≤Te/Ta≤0.036的关系。阳极的厚度Ta和阳极的直径Da可以满足55≤Ta/Da≤300的关系。

Description

电解质层-阳极复合部件以及电池结构体
技术领域
本公开涉及电解质层-阳极复合部件以及电池结构体。本申请要求于2018年3月6日提交的日本专利申请No.2018-039522的优先权。该日本专利申请中描述的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
燃料电池是通过诸如氢之类的燃料和空气(氧)之间的电化学反应产生电力的装置。燃料电池可以将化学能直接转化成电能，从而具有高发电效率。其中，工作温度为700℃以上、特别是为约800℃至1000℃的固体氧化物燃料电池(以下称为“SOFC”)的反应速度快，并且其电池结构体的构成要素全部为固体，因此该电池易于处理。
该电池结构体包括阴极、阳极和介于阴极和阳极之间的固体电解质层。例如，通过使阳极的前体成形，然后将固体电解质涂布到阳极前体的表面，并进行共烧结，来获得由固体电解质层和阳极制成的复合部件。在由此获得的复合部件中，固体电解质层和阳极通过烧结而一体化。
由于在共烧结步骤中固体电解质层的前体和阳极的前体之间存在膨胀系数的差异，因此电解质层-阳极复合部件可能具有翘曲。电解质层-阳极复合部件的翘曲导致发电性能下降。当翘曲太大时，电解质层-阳极复合部件可能断裂。因此，日本专利特开No.2013-206702(专利文献1)教导了控制固体电解质的热膨胀系数。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利特开No.2013-206702
发明内容
本公开的一个方面涉及一种电解质层-阳极复合部件，其包括：包含具有钙钛矿型晶体结构的第一金属氧化物的阳极；以及包含具有钙钛矿型晶体结构的第二金属氧化物的固体电解质层，阳极包含镍和镍化合物中的至少一者，阳极呈片状形状，固体电解质层呈片状形状，固体电解质层层叠在阳极上，阳极的厚度Ta为850μm以上。
本公开的另一方面涉及一种电池结构体，其包括：上述电解质层-阳极复合部件；以及阴极，阴极呈片状形状，阴极层叠在电解质层-阳极复合部件的固体电解质层上。
附图说明
图1为示意性地示出了根据本公开的一个实施方案的电解质层-阳极复合部件的截面图。
图2为示出了阳极的厚度和复合部件的翘曲之间的关系的模拟结果的图。
图3为示出了阳极的厚度和复合部件的残余应力之间的关系的模拟结果的图。
图4为示意性地示出了根据本公开的一个实施方案的阳极的平面图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
通过比专利文献1中更简单的技术抑制了电解质层-阳极复合部件的翘曲。
此外，抑制了固体电解质层和阳极之间的界面处的残余应力。
[本公开的有利效果]
根据本公开，抑制了电解质层-阳极复合部件的翘曲和残余应力。因此，使用该电解质层-阳极复合部件的燃料电池具有更高的发电性能。
[本公开的实施方案的描述]
首先，将列举本公开的实施方案的内容。
(1)根据本公开的一个实施方案的电解质层-阳极复合部件包括：含有具有钙钛矿型晶体结构的第一金属氧化物的阳极，以及含有具有钙钛矿型晶体结构的第二金属氧化物的固体电解质层，阳极包含镍和镍化合物中的至少一者，阳极呈片状形状，固体电解质层呈片状形状，固体电解质层层叠在阳极上，阳极的厚度Ta为850μm以上。因此，降低了电解质层-阳极复合部件的翘曲和残余应力。
(2)第一金属氧化物可为由下式(1)表示的化合物：
A1mB1nC11-nO3-δ 式(1)，
其中元素A1为选自由Ba、Ca和Sr组成的组中的至少一种，元素B1为选自由Ce和Zr组成的组中的至少一种，元素C1为选自由Y、Yb、Er、Ho、Tm、Gd、In和Sc组成的组中的至少一种，0.85≤m≤1，0.5≤n＜1，并且δ表示氧空位浓度。
(3)第二金属氧化物可为由下式(2)表示的化合物：
A2xB2yC21-yO3-δ 式(2)，
其中元素A2为选自由Ba、Ca和Sr组成的组中的至少一种，元素B2为选自由Ce和Zr组成的组中的至少一种，元素C2为选自由Y、Yb、Er、Ho、Tm、Gd、In和Sc组成的组中的至少一种，0.85≤x≤1，0.5≤y＜1，并且δ表示氧空位浓度。
(4)阳极的厚度Ta和固体电解质层的厚度Te可以满足0.003≤Te/Ta≤0.036的关系。
(5)固体电解质层的厚度Te可为5μm以上30μm以下。
(6)阳极呈圆形的片状形状，并且阳极的厚度Ta和阳极的直径Da可以满足55≤Ta/Da≤300的关系。
(7)阳极的直径Da可为5cm以上15cm以下。在上述情况下，进一步降低了电解质层-阳极复合部件的翘曲和残余应力。
(8)阳极的厚度Ta可为1500μm以下。因此，提高了阳极的气体扩散率。
(9)根据本公开的一个实施方案的电池结构体包括上述电解质层-阳极复合部件以及阴极，阴极呈片状形状，阴极层叠在电解质层-阳极复合部件的固体电解质层上。包括这种电池结构体的燃料电池具有优异的发电性能。
[本发明的实施方案的细节]
下面将参考附图适当地描述本发明的实施方案的具体实例。应当注意，本发明并不限于这些实例；相反，本发明由所附权利要求限定，并且旨在包括在与权利要求的条款等同的含义和范围内的任何修改。
在本说明书中，“X至Y”形式的表述是指范围的上限和下限(即，X以上Y以下)，并且当X后没有任何单位且仅Y后有单位时，X的单位与Y的单位相同。
根据本实施方案的电解质层-阳极复合部件(以下可简称为“复合部件”)包括阳极和固体电解质层，并且(例如)装入燃料电池中使用。阳极包含具有钙钛矿型晶体结构的第一金属氧化物。固体电解质层包含具有钙钛矿型晶体结构的第二金属氧化物。将固体电解质层和阳极共烧结并一体化。
在本实施方案的一个方面中，阳极可呈片状形状，固体电解质层可呈片状形状，并且固体电解质层可以层叠在阳极上。
除了具有钙钛矿型晶体结构的金属氧化物之外，进行共烧结的阳极的前体还包含(例如)氧化镍(NiO)，氧化镍是作为催化剂的镍的前体。NiO的线膨胀系数高于具有钙钛矿型晶体结构的金属氧化物(例如，上述第一金属氧化物和第二金属氧化物)的线膨胀系数。因此，包含NiO的阳极的前体的热膨胀系数高于固体电解质层的热膨胀系数。由于在共烧结步骤中阳极的前体和固体电解质层的前体之间的热膨胀系数的差异，因此在获得的复合部件中，在阳极和固体电解质层之间的界面处出现残余应力，并且在阳极侧成为内侧的方向上出现翘曲。
在本实施方案中，通过极其简单的控制阳极厚度的技术来抑制复合部件的残余应力和翘曲。即，将阳极的厚度Ta设定为850μm以上。这抑制了共烧结步骤中阳极的前体在厚度方向上的变形，从而减少了复合部件的残余应力和翘曲。在本文中，阳极的“厚度”是指呈片状形状的阳极的一个主表面和另一主表面之间的最小距离。这同样适用于后述的固体电解质层的厚度和阴极的厚度。
通常，阳极的厚度为约600μm至700μm，因为阳极过厚会导致气体扩散性降低且成本增加。然而，这种较薄的阳极在共烧结步骤中更易于在厚度方向上变形。因此，复合部件的残余应力和翘曲增加，这反而会导致燃料电池的发电性能下降。
当阳极呈片状形状时，阳极的厚度Ta优选为900μm以上。从气体扩散性的观点出发，阳极的厚度Ta优选为1500μm以下，并且更优选为1200μm以下。
可以通过拍摄复合部件的截面的扫描电子显微镜(SEM)照片，从而计算阳极的厚度Ta。具体而言，首先，在复合部件的任意截面S的SEM照片中，获得任意五个点处的阳极的厚度的平均值。将其定义为截面S中阳极的厚度。同样地，计算四个其他位置处的任何截面中的阳极的厚度。将这五个位置处的截面中的阳极的厚度进一步平均以获得一个数值，将该数值作为阳极的厚度Ta。同样地，获得固体电解质层的厚度Te和阴极的厚度。
复合部件的可接受的翘曲量根据电池结构体的层叠数量、构造等而变化。例如，当复合部件呈圆形的片状形状时，从实现良好的层叠性并且更易于抑制层叠期间的破损的角度看，直径为5cm以上15cm以下的复合部件的翘曲优选为1mm以下。可以计算与复合部件的一个主表面的面积相同的等效圆的直径作为复合部件的直径。也可通过相同的方式计算阳极的直径Da。
复合部件的残余应力优选为小于或等于包括复合部件的电池结构体的横向强度。电池结构体的横向强度根据阳极的材料和厚度、固体电解质层的材料和厚度等而变化。电池结构体的横向强度(例如)优选为100MPa以上，这是因为更容易抑制在组装和使用燃料电池时的破损。
(阳极)
阳极优选呈片状形状，并且更优选呈圆形的片状形状。阳极包含具有钙钛矿型晶体结构的第一金属氧化物。通过包含第一金属氧化物，阳极可以具有质子传导性。此外，阳极优选具有多孔结构。即，在本实施方案的一个方面中，这样的阳极具有质子传导性多孔结构。在具有质子传导性的阳极中，进行使通过燃料流路引入的诸如氢之类的燃料氧化并释放质子和电子的反应(燃料的氧化反应)。质子传导性燃料电池(PCFC)可以在(例如)400℃至600℃的中温范围内运行。因此，PCFC可用于各种用途。
除了第一金属氧化物之外，阳极还包含作为催化剂成分的镍和镍化合物(以下称为“Ni化合物”)中的至少一者。这种阳极用材料除了包含第一金属氧化物之外还包含Ni化合物。阳极用材料中Ni化合物的含有率(例如)为40质量％至90质量％，并且可为60质量％至90质量％，或者60质量％至80质量％。Ni化合物的实例包括氢氧化物、盐(例如，诸如碳酸盐之类的无机酸盐)、卤化物等。其中，Ni氧化物如NiO因其体积变化小而优选使用。可以单独使用一种Ni化合物，或者可以组合使用两种以上的Ni化合物。例如，可以通过X射线衍射法确定阳极中镍和Ni化合物的含有率。
此外，阳极用材料中的第一金属氧化物的含有率可为(例如)10质量％至60质量％、10质量％至40质量％、或20质量％至40质量％。例如，可以通过X射线衍射法确定阳极中第一金属氧化物的含有率。
作为第一金属氧化物，优选示出由下式(1)表示的固体电解质(化合物)作为实例：
A1mB1nC11-nO3-δ式(1)，
其中0.85≤m≤1，0.5≤n＜1，并且δ表示氧空位浓度。
元素A1为选自由钡(Ba)、钙(Ca)和锶(Sr)组成的组中的至少一种。其中，从质子传导性的观点出发，元素A1优选包括Ba。
元素B1为选自由铈(Ce)和锆(Zr)组成的组中的至少一种。其中，从质子传导性的观点出发，元素B1优选包括Zr。
元素C1为选自由钇(Y)、镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钆(Gd)、铟(In)和钪(Sc)组成的组中的至少一种。其中，从质子传导性和化学稳定性的观点出发，元素C1优选包括Y。
其中，由BaZraY1-aO3-δ(0.5≤a＜1，BZY)表示的化合物是优选的，因为其具有特别优异的质子传导性，并表现出高发电性能。占据B位点的Y的一部分可以被其他元素(例如，其他镧系元素)取代，并且占据A位点的Ba的一部分可以被其他第2族元素(Sr、Ca等)取代。
当阳极呈圆形的片状形状(例如，图4)时，阳极的厚度Ta(μm)和阳极的直径Da(cm)优选满足55≤Ta/Da≤300的关系，这是因为更易于抑制复合部件的残余应力和翘曲。阳极的厚度Ta和阳极的直径Da更优选满足56≤Ta/Da≤300的关系，并且进一步优选满足70≤Ta/Da≤150的关系。
阳极的直径没有特别地限制。例如，阳极的直径Da可为5cm以上15cm以下，或7cm以上12cm以下。当阳极的直径在该范围内时，可以进一步抑制复合部件的翘曲。
(固体电解质层)
固体电解质层优选呈片状形状，并且更优选呈圆形的片状形状。此外，固体电解质层层叠在阳极上。固体电解质层包含具有钙钛矿型晶体结构的第二金属氧化物。这种固体电解质层具有质子传导性。具有质子传导性的固体电解质层使产生于阳极的质子移动至阴极。
作为第二金属氧化物，优选示出由下式(2)表示的固体电解质(化合物)作为实例：
A2xB2yC21-yO3-δ式(2)，
其中0.85≤x≤1，0.5≤y＜1，并且δ表示氧空位浓度。
元素A2为选自由钡(Ba)、钙(Ca)和锶(Sr)组成的组中的至少一种。其中，从质子传导性的观点出发，元素A2优选包括Ba。
元素B2为选自由铈(Ce)和锆(Zr)组成的组中的至少一种。其中，从质子传导性的观点出发，元素B2优选包括Zr。
元素C2为选自由钇(Y)、镱(Yb)、铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、钆(Gd)、铟(In)和钪(Sc)组成的组中的至少一种。其中，从质子传导性和化学稳定性的观点出发，元素C2优选包括Y。
其中，由BaZrbY1-bO3-δ(0.5≤b＜1，BZY)表示的化合物是优选的，这是因为它具有特别优异的质子传导性，并表现出高发电性能。占据B位点的Y的一部分可以被其他元素(例如，其他镧系元素)取代，并且占据A位点的Ba的一部分可以被其他第2族元素(Sr、Ca等)取代。阳极中所含的第一金属氧化物可为与固体电解质层中所含的第二金属氧化物相同或不同的化合物。其中，第一金属氧化物优选为与第二金属氧化物相同的化合物，这是因为易于控制热膨胀系数。
固体电解质层还可以包含第二金属氧化物之外的其他成分，但是该成分的含量优选较小。例如，优选的是，99质量％以上的固体电解质层为第二金属氧化物。即，固体电解质层中的第二金属氧化物的含有率优选为99质量％以上100质量％以下。对第二金属氧化物之外的其他成分没有特别地限制，并且可包括已知作为固体电解质的化合物(包括不具有质子传导性的化合物)。例如，可以通过X射线衍射法确定固体电解质层中的第二金属氧化物的含有率。
当固体电解质层呈片状形状时，固体电解质层的厚度没有特别地限制。例如，固体电解质层的厚度Te可为5μm以上30μm以下，10μm以上30μm以下，15μm以上30μm以下，或15μm以上25μm以下。当固体电解质层的厚度在该范围内时，将固体电解质层的电阻抑制为较低。如上所述，可以通过拍摄复合部件的截面的SEM照片来计算固体电解质层的厚度Te。
阳极的厚度Ta和固体电解质层的厚度Te优选满足0.003≤Te/Ta≤0.036的关系，这是因为更易于抑制复合部件的残余应力和翘曲。这种情况下也抑制了固体电解质层的电阻值。阳极的厚度Ta和固体电解质层的厚度Te更优选满足0.01≤Te/Ta≤0.022的关系。
固体电解质层可为多个固体电解质层的层叠体。在这种情况下，各固体电解质层可以包含类型不同或相同的第二金属氧化物。
[电池结构体]
根据本实施方案的电池结构体包括上述电解质层-阳极复合部件和阴极。在本实施方案的一个方面中，阴极呈片状形状，并且阴极层叠在电解质层-阳极复合部件的固体电解质层上。图1示出了根据本实施方案的包括电解质层-阳极复合部件5和阴极2的电池结构体1的截面。电池结构体1的上表面的形状虽然没有特别地限制，但是可为圆形，从而匹配阳极的形状(例如，图4中所示的圆形)。虽然图1示出了层叠形式的电池结构体1，但是电池结构体1的形状不限于此。例如，可以将电池结构体1以阳极3位于内侧卷起，以具有圆柱形，从而成为中空的。该圆柱形具有中空的中心部分，并且从内侧看时依次同心布置有阳极3、固体电解质层4和阴极2(未示出)。在图1所示的实例中，阳极3的厚度Ta大于阴极2的厚度Tc，但电池结构体1的构造不限于此。
(阴极)
阴极具有可以吸附、解离和电离氧分子的多孔结构。
例如，阴极用材料为具有钙钛矿型晶体结构的第三金属氧化物。作为第三金属氧化物，优选示出由下式(3)表示的化合物作为实例：
A31-pB3pC3qO3-δ 式(3)，
其中0＜p＜1，0＜q＜1，并且δ表示氧空位浓度。
元素A3为选自由La、Sm和Ba组成的组中的至少一种。元素B3为选自由Sr和Ca组成的组中的至少一种。元素C3为选自由Fe、Co、Mn和Ni组成的组中的至少一种。
具体而言，第三金属氧化物包括钴铁酸镧锶(LSCF，La1-cSrcCo1-dFedO3-δ，0＜c＜1，0＜d＜1，并且δ表示氧空位浓度)、亚锰酸镧锶(LSM，La1-eSreMnO3-δ，0＜e＜1，并且δ表示氧空位浓度)、钴酸镧锶(LSC，La1-fSrfCoO3-δ，0＜f＜1，并且δ表示氧空位浓度)、钴酸钐锶(SSC，Sm1-gSrgCoO3-δ，0＜g＜1，并且δ表示氧空位浓度)等。其中，优选LSCF，因为阴极的电阻容易降低。
阴极还可以包含第三金属氧化物之外的其他成分，但是该成分的含量优选为较小。例如，优选的是，99质量％以上的阴极为第三金属氧化物。即，阴极中第三金属氧化物的含有率优选为99质量％以上100质量％以下。第三金属氧化物之外的其他成分没有特别地限制，并且可以包括已知作为阴极用材料的化合物(包括不具有离子传导性的化合物)。例如，可以通过X射线衍射法确定阴极中第三金属氧化物的含有率。
阴极可以包含催化剂，例如镍、铁、钴等。通过将催化剂和第三金属氧化物混合并烧结，从而形成包含催化剂的阴极。
当阴极呈片状形状时，阴极的厚度没有特别地限制。例如，阴极的厚度可以为10μm以上30μm以下、15μm以上30μm以下或20μm以上30μm以下。当阴极的厚度在该范围内时，阴极的内阻易于降低。如上所述，可以通过拍摄电池结构体的截面的SEM照片来计算阴极的厚度。
[复合部件和电池结构体的制造方法]
通过以下步骤制作复合部件：准备固体电解质层用材料和阳极用材料的第一步骤；以及形成包含阳极用材料的第一层(阳极的前体)和位于第一层的表面上的包含固体电解质层用材料的第二层(固体电解质层的前体)，并焙烧第一层和第二层的第二步骤。通过另外进行第三步骤来制作电池结构体，其中在第三步骤中，准备阴极用材料，并在第二步骤中形成的固体电解质层的表面上层叠并焙烧包含阴极用材料的层。以下，将详细描述各个步骤。
(第一步骤)
准备固体电解质层用材料和阳极用材料。
从成形性的观点出发，固体电解质层用材料和阳极用材料优选包含粘结剂。粘结剂的实例包括用于制造陶瓷材料的已知材料，例如：聚合物粘结剂，例如，诸如乙基纤维素之类的纤维素衍生物(纤维素醚)、乙酸乙烯酯树脂(包括皂化的乙酸乙烯酯树脂，如聚乙烯醇)和丙烯酸树脂；以及蜡，例如石蜡。
当对阳极用材料进行压制成形时，相对于100质量份的上述复合氧化物(镍和镍化合物中的至少一者以及第一金属氧化物的混合物)，阳极用材料中所含的粘结剂的量为(例如)1质量份至15质量份(特别是3质量份至10质量份)。
在其他情况下，粘结剂的量为(例如)1质量份至20质量份(特别是1.5质量份至15质量份)。相对于100质量份的第二金属氧化物，固体电解质层用材料中所含的粘结剂的量为(例如)1质量份至20质量份(特别是1.5质量份至15质量份)。
根据需要，各材料可以包含分散介质，例如水、有机溶剂(如诸如甲苯之类的烃类(芳香烃)；诸如乙醇和异丙醇之类的醇类；以及诸如丁基卡必醇乙酸酯之类的卡必醇类)。根据需要，各材料可以包含多种类型的添加剂，例如表面活性剂、抗絮凝剂(例如，聚羧酸)等。
(第二步骤)
在第二步骤中，将包含阳极用材料的第一层和包含固体电解质层用材料的第二层层叠以形成层叠体，并且焙烧该层叠体。
形成各层的方法没有特别地限制，并且可以根据层的所需厚度适当地选择。通常，通过对阳极用材料进行压制成形、流延成形等使第一层成形。通常，通过对固体电解质层用材料进行诸如丝网印刷、喷涂、旋涂、浸涂等现有方法使第二层成形。
具体而言，首先，通过压制成形将阳极用材料成形为预定形状。预定形状为(例如)球状、板状、片状等。在进行这种成形之前，可以先将阳极用材料造粒，然后将造粒物成形。如果需要，可以使获得的造粒物粉碎，然后成形。
随后，例如通过丝网印刷、喷涂、旋涂、浸涂等将固体电解质层用材料涂布到成形的第一层的表面以形成第二层。由此获得层叠体。
在涂布固体电解质层用材料之前，可以进行第一层的煅烧步骤。进行煅烧的温度可以低于阳极用材料的烧结温度(例如，900℃至1100℃)。煅烧有利于涂布固体电解质层用材料。
随后，焙烧获得的层叠体。例如，通过在含氧气氛中将获得的层叠体加热到1200℃至1700℃来进行焙烧。焙烧气氛的氧含量没有特别地限制。例如，可以在空气气氛(氧含量：约20体积％)或纯氧(氧含量：100体积％)中进行焙烧。可以在常压或高压下进行焙烧。
在焙烧层叠体之前，可以除去各材料中所含的树脂成分，例如粘结剂。也就是说，在涂布固体电解质层用材料之后，在空气中将层叠体加热到约500℃至700℃的相对较低的温度，以除去各材料中所含的树脂成分。然后，进行上述焙烧。
在第二步骤中，将第一层和第二层共烧结。由此形成一体化的阳极和固体电解质层。
(第三步骤)
在第三步骤中，准备阴极用材料，并且在第二步骤中形成的固体电解质层的表面上层叠并焙烧包含阴极用材料的层。由此形成阴极。在与上述相同的含氧气氛中，(例如)在800℃至1100℃进行焙烧。
与上述类似，可通过使用阴极分散体从而将阴极用材料层叠在固体电解质层的表面上，其中阴极分散体例如为与粘结剂等混合的糊剂或浆料。例如，通过与形成第二层相同的方法层叠阴极分散体。相对于100质量份的第一金属氧化物，阴极分散体中所含的粘结剂的量(例如)为1质量份至20质量份(特别是1.5质量份至15质量份)。
<补充付记>
以上描述包括以下补充描述的实施方案。
(补充付记1)
一种电解质层-阳极复合部件，其包括：
包含具有钙钛矿型晶体结构的第一金属氧化物的阳极；以及
包含具有钙钛矿型晶体结构的第二金属氧化物的固体电解质层，
阳极的厚度Ta为850μm以上。
(补充付记2)
根据补充付记1所述的电解质层-阳极复合部件，其中第一金属氧化物由下式(1)表示：
A1mB1nC11-nO3-δ，
其中元素A1为选自由Ba、Ca和Sr组成的组中的至少一种，元素B1为选自由Ce和Zr组成的组中的至少一种，元素C1为选自由Y、Yb、Er、Ho、Tm、Gd、In和Sc组成的组中的至少一种，0.85≤m≤1，0.5≤n＜1，并且δ表示氧空位浓度。
(补充付记3)
根据补充付记1或2所述的电解质层-阳极复合部件，其中第二金属氧化物由下式(2)表示：
A2xB2yC21-yO3-δ，
其中元素A2为选自由Ba、Ca和Sr组成的组中的至少一种，元素B2为选自由Ce和Zr组成的组中的至少一种，元素C2为选自由Y、Yb、Er、Ho、Tm、Gd、In和Sc组成的组中的至少一种，0.85≤x≤1，0.5≤y＜1，并且δ表示氧空位浓度。
(补充付记4)
根据补充付记1至3中任一项所述的电解质层-阳极复合部件，其中阳极的厚度Ta和固体电解质层的厚度Te满足0.003≤Te/Ta≤0.036的关系。
(补充付记5)
根据补充付记1至4中任一项所述的电解质层-阳极复合部件，其中固体电解质层的厚度Te为5μm以上30μm以下。
(补充付记6)
根据补充付记1至5中任一项所述的电解质层-阳极复合部件，其中阳极的厚度Ta和阳极的直径Da满足55≤Ta/Da≤300的关系。
(补充付记7)
根据补充付记1至6中任一项所述的电解质层-阳极复合部件，其中所述阳极的直径Da为5cm以上15cm以下。
(补充付记8)
根据补充付记1至7中任一项所述的电解质层-阳极复合部件，其中阳极的厚度Ta为1500μm以下。
(补充付记9)
一种电池结构体，包括：
根据补充付记1至8中任一项所述的电解质层-阳极复合部件；以及阴极。
[实施例]
以下，将基于模拟更具体地描述本发明。然而，应当注意，以下模拟不限制本发明。
(1)模型
通过将第一层(阳极的前体)和第二层(固体电解质层的前体)共烧结以获得复合部件(直径：10cm)，并将其用作模型，其中第一层由包含30体积％的BZY(BaZr0.8Y0.2O2.9)和70体积％的NiO的阳极用材料制成，第二层包含BZY(BaZr0.8Y0.2O2.9)。
(2)模拟的条件和结果
在上述模型中模拟残余应力和翘曲量，其中将经共烧结的第一层的厚度(即，阳极的厚度Ta)以300μm为增量由600μm变为1800μm。将固体电解质层的厚度Te设定为20μm。
基于复合部件以其凸部朝上的方式放置在水平面上的假设，获得水平面与复合部件的凸部的最高点之间的最小距离以作为翘曲量。假设通过使用X射线衍射法的测定方法测定残余应力。图2和3示出了结果。
(3)评价
另外制作包括与上述构造相同的复合部件和包含LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ)的10μm厚的阴极的电池结构体，并且根据JIS R1601:2008测定其横向强度。电池结构体的横向强度(实测值)为152MPa。
从图2和3可以看出，当阳极的厚度Ta为850μm以上时，翘曲量为1mm以下，并且残余应力为152MPa以下。
应当注意，电池结构体的横向强度和复合部件的残余应力这两者都受阳极和固体电解质层各自的材料和厚度的影响。然而，尽管电池结构体的横向强度和复合部件的残余应力根据阳极和固体电解质层各自的材料和厚度而增大或减小，但是它们具有相同的增大或减小趋势。因此，例如，当阳极包含由上式(1)表示的第一金属氧化物并且固体电解质层包含由上式(2)表示的第二金属氧化物时，如果阳极的厚度Ta为850μm以上，那么复合部件的残余应力也会减小。同样地，当阳极包含由上式(1)表示的第一金属氧化物并且固体电解质层包含由上式(2)表示的第二金属氧化物时，如果阳极的厚度Ta为850μm以上，那么翘曲量减小。
附图标记列表
1：电池结构体；2：阴极；3：阳极；4：固体电解质层；5：复合部件。

Claims (7)

1.一种电解质层-阳极复合部件，其包括：
包含具有钙钛矿型晶体结构的第一金属氧化物的阳极；以及
包含具有钙钛矿型晶体结构的第二金属氧化物的固体电解质层，
所述阳极包含镍和镍化合物中的至少一者，
所述阳极呈圆形的片状形状，
所述固体电解质层呈片状形状，
所述固体电解质层层叠在所述阳极上，
所述阳极的厚度Ta为850μm以上1200μm以下，
所述阳极的所述厚度Ta和所述阳极的直径Da满足70≤Ta/Da≤150的关系。
2.根据权利要求1所述的电解质层-阳极复合部件，其中所述第一金属氧化物由下式(1)表示：
A1mB1nC11-nO3-δ式(1)，
其中元素A1为选自由Ba、Ca和Sr组成的组中的至少一种，元素B1为选自由Ce和Zr组成的组中的至少一种，元素C1为选自由Y、Yb、Er、Ho、Tm、Gd、In和Sc组成的组中的至少一种，0.85≤m≤1，0.5≤n＜1，并且δ表示氧空位浓度。
3.根据权利要求1或2所述的电解质层-阳极复合部件，其中所述第二金属氧化物由下式(2)表示：
A2xB2yC21-yO3-δ式(2)，
其中元素A2为选自由Ba、Ca和Sr组成的组中的至少一种，元素B2为选自由Ce和Zr组成的组中的至少一种，元素C2为选自由Y、Yb、Er、Ho、Tm、Gd、In和Sc组成的组中的至少一种，0.85≤x≤1，0.5≤y＜1，并且δ表示氧空位浓度。
4.根据权利要求1或2所述的电解质层-阳极复合部件，其中所述阳极的所述厚度Ta和所述固体电解质层的厚度Te满足0.003≤Te/Ta≤0.036的关系。
5.根据权利要求1或2所述的电解质层-阳极复合部件，其中所述固体电解质层的厚度Te为5μm以上30μm以下。
6.根据权利要求1或2所述的电解质层-阳极复合部件，其中所述阳极的所述直径Da为5cm以上15cm以下。
7.一种电池结构体，包括：
根据权利要求1至6中任一项所述的电解质层-阳极复合部件；以及
阴极，
所述阴极呈片状形状，
所述阴极层叠在所述电解质层-阳极复合部件的所述固体电解质层上。
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