DE112017000065T5

DE112017000065T5 - Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112017000065T5
Application number: DE112017000065.3T
Authority: DE
Inventors: Makoto Ohmori
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2018-06-21
Also published as: JP2018073711A; CN108283023A; JP6144811B1; WO2018083856A1; CN108283023B

Abstract

Die Kathode (50) der Brennstoffzelle (10) enthält ein Oberflächengebiet (51), das innerhalb von 5 µm von der der Feststoffelektrolytschicht (30) gegenüberliegenden Oberfläche liegt, und ein inneres Gebiet (52), das in der Feststoffelektrolytschicht (30) des Oberflächengebiets (51) gebildet ist. Das Oberflächengebiet (51) und das innere Gebiet (52) enthalten jeweils eine Hauptphase, die durch ein Perovskitoxid konfiguriert ist, das durch die allgemeine Formel ABOausgedrückt ist und mindestens Sr an der A-Stelle enthält, und eine sekundäre Phase, die durch Strontiumsulfat gebildet ist. Das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in einem Querschnitt des Oberflächengebiets (51) ist größer oder gleich dem Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in einem Querschnitt des inneren Gebiets (52).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle.
Stand der Technik
Eine typische Brennstoffzelle umfasst bekanntlich eine Anode, eine Kathode und eine Feststoffelektrolytschicht zwischen der Anode und der Kathode. Das in der Kathode verwendete Material ist geeigneterweise ein Perovskitoxid, das durch die allgemeine Formel ABO₃ dargestellt ist und mindestens Sr an der A-Stelle aufweist. (Siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Liste der Druckschriften
Patentliteratur
Patentliteratur 1: japanische Patentanmeldung Offenlegungsnr. 2006-32132
Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Es können sich jedoch Mikrorisse in der Nähe der Oberfläche der Kathode bilden, wenn beispielsweise während des Brennens oder wenn der Betrieb nach dem Betriebsanlauf der Brennstoffzelle für einen bestimmten Zeitraum unterbrochen wird, die Temperatur der Kathode von einer hohen Temperatur auf eine niedrige Temperatur abfällt. Obgleich derartige Mikrorisse keine unmittelbaren Auswirkungen auf die Eigenschaften der Kathode haben, besteht während des langfristigen Betriebs der Brennstoffzelle das Risiko, dass Mikrorisse als Ausgangspunkte für die Bildung von Rissen wirken, die sich auf die Kathode auswirken. Folglich ist es erforderlich, die Bildung der Mikrorisse in der Nähe der Oberfläche der Kathode zu unterdrücken. Auf der Grundlage von sorgfältigen Untersuchungen durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung zur Erfüllung des vorstehend genannten Erfordernisse wurde die neue Erkenntnis gewonnen, dass die in der Kathode enthaltene Menge von Strontiumsulfat mit der Bildung von Mikrorissen in der Nähe der Oberfläche der Kathode in Zusammenhang steht.
Die vorliegende Erfindung wird auf der Grundlage der vorstehend genannten neuen Erkenntnis vorgeschlagen und hat die Aufgabe, eine Brennstoffzelle bereitzustellen, bei der die Bildung von Rissen in der Nähe der Oberfläche der Kathode gehemmt ist.
Lösung des Problems
Die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Anode, eine Kathode und eine Feststoffelektrolytschicht. Die Kathode enthält einen Hauptbestandteil, der durch ein Perovskitoxid konfiguriert ist, das durch eine allgemeine Formel ABO₃ ausgedrückt ist und mindestens Sr an der A-Stelle enthält. Die Feststoffelektrolytschicht ist zwischen der Anode und der Kathode angeordnet. Die Kathode enthält ein Oberflächengebiet und ein inneres Gebiet. Das Oberflächengebiet liegt innerhalb von 5 µm von einer der Feststoffelektrolytschicht gegenüberliegenden Oberfläche. Das innere Gebiet ist auf der Seite der Feststoffelektrolytschicht des Oberflächengebiets gebildet. Das Oberflächengebiet und das innere Gebiet enthalten jeweils eine Hauptphase, die durch das Perovskitoxid gebildet ist, und eine sekundäre Phase, die durch Strontiumsulfat gebildet ist. Ein Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in einem Querschnitt des Oberflächengebiets ist größer als ein Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in einem Querschnitt des inneren Gebiets.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Brennstoffzelle, die die Bildung von Rissen in der Oberfläche in der Nähe der Kathode hemmt.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, welche eine Konfiguration einer Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Aspekte der Konfiguration, welche in der folgenden Beschreibung der Figuren gleich oder ähnlich sind, werden durch die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen bezeichnet. Allerdings sind die Figuren lediglich erläuternd und die eigentlichen Verhältnisse oder dergleichen der entsprechenden Dimensionen können abweichen.
Konfiguration der Brennstoffzelle 10
Eine Konfiguration der Brennstoffzelle 10 wird unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Brennstoffzelle 10 ist als eine sogenannte Feststoffoxid-Brennstoffzelle (SOFC) konfiguriert. Die möglichen Konfigurationen der Brennstoffzelle 10 schließen eine Flachrohr-Bauart, eine segmentierte Reihenbauart, eine Anoden-Trägerbauart, eine Elektrolyt-Flachplattenbauart, eine zylindrische Bauart n oder dergleichen ein.
1 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Brennstoffzelle 10 veranschaulicht. Die Brennstoffzelle 10 umfasst eine Anode 20, eine Feststoffelektrolytschicht 30, eine Sperrschicht 40, eine Kathode 50 und eine Stromsammelschicht 60.
Die Anode 20 fungiert als die Anode für die Brennstoffzelle 10. Wie 1 zeigt, enthält die Anode 20 eine Anodenstromsammelschicht 21 und eine aktive Anodenschicht 22.
Die Anodenstromsammelschicht 21 ist als ein poröser Körper konfiguriert, der eine hervorragende Gaspermeabilität aufweist. Das die Anodenstromsammelschicht 21 bildende Material schließt die Verwendung eines Materials ein, das in der Anodenstromsammelschicht einer herkömmlichen SOFC verwendet wird, und enthält beispielsweise NiO (Nickeloxid)-8YSZ (8 mol% von Yttriumoxidstabilisiertem Zirkoniumdioxid) oder NiO-Y₂O₃ (Yttriumoxid). Wenn NiO in der Anodenstromsammelschicht 21 enthalten ist, kann zumindest ein Teil des NiO während des Betriebes der Brennstoffzelle 10 zu Ni reduziert werden. Die Dicke der Anodenstromsammelschicht 21 kann beispielsweise mit 0,1 mm bis 5,0 mm konfiguriert sein.
Die aktive Anodenschicht 22 ist auf der Anodenstromsammelschicht 21 angeordnet. Die aktive Anodenschicht 22 ist als ein poröser Körper konfiguriert, der dichter ist als die Anodenstromsammelschicht 21. Das die aktive Anodenschicht 22 bildende Material schließt die Verwendung eines Materials ein, das in einer aktiven Anodenschicht einer herkömmlichen SOFC verwendet wird und schließt beispielsweise NiO-8YSZ ein. Wenn NiO in der aktiven Anodenschicht 22 enthalten ist, kann zumindest ein Teil des NiO während des Betriebes der Brennstoffzelle 10 zu Ni reduziert werden. Die Dicke der aktiven Anodenschicht 22 kann beispielsweise mit 5,0 bis 30 µm konfiguriert sein.
Die Feststoffelektrolytschicht 30 ist zwischen der Anode 20 und der Kathode 50 angeordnet. Die Feststoffelektrolytschicht 30 ist in der vorliegenden Ausführungsform zwischen der Anode 20 und der Sperrschicht 40 sandwichartig angeordnet. Die Feststoffelektrolytschicht 30 hat die Funktion, die Permeation von Sauerstoffionen zu ermöglichen, die von der Kathode 50 erzeugt werden. Die Feststoffelektrolytschicht 30 ist durch ein Material gebildet, das dichter ist als die Anode 20 und die Kathode 50.
Die Feststoffelektrolytschicht 30 kann ZrO₂ (Zirkoniumdioxid) als einen Hauptbestandteil enthalten. Zusätzlich zu Zirkoniumdioxid kann die Feststoffelektrolytschicht 30 ein Additiv wie Y₂O₃ (Yttriumoxid) und/oder Sc₂O₃ (Scandiumoxid) enthalten. Diese Additive wirken als Stabilisierungsmittel. Das Mol-Zusammensetzungsverhältnis (Stabilisierungsmittel: Zirkoniumdioxid) des Stabilisierungsmittels zu Zirkoniumdioxid in der Feststoffelektrolytschicht 30 kann mit annähernd 3:97 ~ 20:80 konfiguriert sein. Daher enthält das in der Feststoffelektrolytschicht 30 verwendete Material 3YSZ, 8YSZ, 10YSZ oder ScSZ (mit Scandium stabilisiertes Zirconiumdioxid) oder dergleichen. Die Dicke der Feststoffelektrolytschicht 30 kann beispielsweise mit 3 µm bis 30 µm konfiguriert sein.
In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet der Ausdruck Zusammensetzung „X enthält als einen Hauptbestandteil“ Zusammensetzung Y, dass die Zusammensetzung Y vorzugsweise mindestens 70 Gew.-% der Gesamtmenge der Zusammensetzung X einnimmt und bevorzugter mindestens 90 Gew.-% einnimmt.
Die Sperrschicht 40 ist zwischen der Anode 30 und der Kathode 50 angeordnet. Die Sperrschicht 40 hemmt die Bildung einer Schicht mit hohem spezifischem Widerstand zwischen der Feststoffelektrolytschicht 30 und der Kathode 50. Die Sperrschicht 40 ist durch ein Material gebildet, das dichter ist als die Anode 20 und die Kathode 50. Die Sperrschicht 40 kann einen Hauptbestandteil aus einem Werkstoff auf Cerdioxidbasis enthalten, wie etwa GDC (Gadolinium-dotiertes Cerdioxid), SDC (Samarium-dotiertes Cerdioxid) oder dergleichen. Die Dicke der Sperrschicht 40 kann beispielsweise mit 3 bis 20 µm konfiguriert sein.
Die Kathode 50 ist auf der Sperrschicht 40 angeordnet. Die Kathode 50 fungiert als eine Kathode für die Brennstoffzelle 10. Die Kathode 50 ist als ein poröser Körper konfiguriert. Die Kathode 50 enthält einen Hauptbestandteil, der durch ein Perovskitoxid konfiguriert ist, das durch die allgemeine Formel ABO₃ ausgedrückt ist und La oder Sr oder beides an der A-Stelle enthält. Diese Art von Perovskitoxid schließt (La, Sr)(Co, Fe)O₃: (Lanthanstrontiumkobaltferrit), (La, Sr) FeO₃: (Lanthanstrontiumferrit), (La, Sr)CoO₃: (Lanthanstrontiumkobaltit), La(Ni, Fe)O₃: (Lanthannickelferrit), (La, Sr) MnO₃: (Lanthanstrontiummanganat) oder dergleichen ein. Es besteht in dieser Hinsicht jedoch keine Einschränkung.
Das Anteilsverhältnis des Perovskitoxids in der Kathode 50 ist größer oder gleich 70 Gew.-%. Das Anteilsverhältnis des Perovskitoxids in der Kathode 50 ist vorzugsweise größer oder gleich 90 Gew.-%.
Die Kathode 50 hat eine erste Oberfläche 50S (ein Beispiel einer „Oberfläche“) und eine zweite Oberfläche 50T. Die erste Oberfläche 50S ist eine Oberfläche, die der Feststoffelektrolytschicht 30 entgegengesetzt ist. Da in der vorliegenden Ausführungsform die Brennstoffzelle 10 die Stromsammelschicht 60 aufweist, steht die Kathode 50 an der ersten Oberfläche 50S mit der Stromsammelschicht 60 in Kontakt. D.h., dass in der vorliegenden Ausführungsform die erste Oberfläche 50S die Grenzfläche zwischen der Kathode 50 und der Stromsammelschicht 60 ist. Die zweite Oberfläche 50T ist die Oberfläche auf der Seite der Feststoffelektrolytschicht 30. Da in der vorliegenden Ausführungsform die Brennstoffzelle 10 die Sperrschicht 40 aufweist, steht die Kathode 50 an der zweiten Oberfläche 50T mit der Sperrschicht 40 in Kontakt. D.h., dass in der vorliegenden Ausführungsform die zweite Oberfläche 50T die Grenzfläche zwischen der Kathode 50 und der Sperrschicht 40 ist.
Die Stromsammelschicht 60 ist auf der Kathode 50 (Oberflächengebiet 51) angeordnet. Obgleich keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich der Dicke der Stromsammelschicht 60 bestehen, kann sie mit 30 µm bis 500 µm konfiguriert sein. Die Stromsammelschicht 60 kann durch das durch die nachstehende Zusammensetzungsformel (1) dargestellte Perovskit-Verbundoxid konfiguriert sein. Es besteht in dieser Hinsicht jedoch keine Einschränkung. Das in der Stromsammelschicht 60 verwendete Material ist vorzugsweise ein Material, das einen kleineren elektrischen Widerstand aufweist als das in der Kathode 50 verwendete Material.
${La}_{m} ({Ni}_{1 - x - y} {Fe}_{x} {Cu}_{y}) n_{3 - δ}$
Ein von La verschiedener Stoff kann an der A-Stelle der Zusammensetzungsformel (1) enthalten sein und ein von Ni, Fe oder Cu verschiedene Stoff kann an der B-Stelle enthalten sein. In der Zusammensetzungsformel (1) sind m und n größer oder gleich 0,95 und kleiner oder gleich 1,05, ist x(Fe) größer oder gleich 0,03 und kleiner oder gleich 0,3, ist y(Cu) größer oder gleich 0,05 und kleiner oder gleich 0,5 und ist δ größer oder gleich 0 und kleiner oder gleich 0,8.
Konfiguration der Kathode 50
Die Kathode 50 enthält ein Oberflächengebiet 51 und ein inneres Gebiet 52. Das Oberflächengebiet 51 ist auf dem inneren Gebiet 52 angeordnet. Das Oberflächengebiet 51 ist ein Gebiet innerhalb von 5 µm von der ersten Oberfläche 50S. Das innere Gebiet 52 ist auf der Seite der Feststoffelektrolytschicht 30 des Oberflächengebiets 51 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das innere Gebiet 52 zwischen dem Oberflächengebiet 51 und der Sperrschicht 40 angeordnet. Die Dicke des inneren Gebiets 52 in Richtung der Dicke kann mit 5 µm bis 300 µm konfiguriert sein.
Die erste Oberfläche 50S kann auf der Grundlage einer Linie der raschen Veränderung einer Konzentrationsverteilung eines vorbestimmten Bestandteils ermittelt werden, wenn die Konzentration des Bestandteils in einem Querschnitt abgebildet wird, der parallel zur Dickenrichtung in der Kathode 50 und der Stromsammelschicht 60 ist. Genauer ausgedrückt wird die erste Oberfläche 50S als die Linie angenommen, an welcher die Konzentration eines Elements, welches im Wesentlichen nur entweder in der Kathode 50 oder der Stromsammelschicht 60 enthalten ist, einen Wert von 10 % der maximalen Konzentration dieses Bestandteils in einem inneren Teil annimmt. Die zweite Oberfläche 50T kann auf der Grundlage einer Linie der raschen Veränderung der Konzentrationsverteilung eines vorbestimmten Bestandteils ermittelt werden, wenn die Konzentration des Bestandteils in einem Querschnitt abgebildet wird, der parallel zur Dickenrichtung in Sperrschicht 40 und der Kathode 50 ist. Genauer ausgedrückt wird die zweite Oberfläche 50T als die Linie angenommen, an welcher die Konzentration eines Elements, welches im Wesentlichen nur entweder in der Sperrschicht 40 oder der Kathode 50 enthalten ist, einen Wert von 10 % der maximalen Konzentration dieses Bestandteils in einem inneren Teil annimmt.
Das Oberflächengebiet 51 enthält eine Hauptphase, die ein Perovskitoxid ist, das wie vorstehend offenbart durch eine allgemeine Formel ABO₃ ausgedrückt ist und mindestens Sr an der A-Stelle enthält. Das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der durch das Perovskitoxid konfigurierten Hauptphase in dem Querschnitt des Oberflächengebiets 51 kann größer oder gleich 91% und kleiner oder gleich 99,5% sein. In der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet der Ausdruck „Verhältnis der Oberfläche des Stoffes Z in dem Querschnitt“ das Verhältnis der Summe der gesamten Oberfläche eines Stoffes Z bezogen auf die gesamte Oberfläche, welche die Poren und die feste Phase umfasst. Das Verfahren zur Berechnung des Verhältnisses der Oberfläche wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Das Oberflächengebiet 51 enthält Strontiumsulfat (SrSO₄) als eine sekundäre Phase. Das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der durch SrSO₄ gebildeten sekundären Phase in dem Querschnitt des Oberflächengebiets 51 ist größer als das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in einem Querschnitt des inneren Gebiets 52, wie weiter unten erläutert wird. Da auf diese Weise die Festigkeit des porösen Aufbaus des Oberflächengebiets 51 verbessert wird, ist es möglich, die Bildung von Mikrorissen in dem Oberflächengebiet 52 zu hemmen.
Das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase im Querschnitt des Oberflächengebiets 51 kann mit größer oder gleich 0,2 % und kleiner oder gleich 10 % konfiguriert sein und ist vorzugsweise größer oder gleich 0,25 % und kleiner oder gleich 8,5 %. Auf diese Weise ist es möglich, die Bildung von Mikrorissen in dem Oberflächengebiet 52 zu hemmen, und da eine Reduzierung des inaktiven Gebiets vorliegt, das in dem Oberflächengebiet 51 vorhanden ist, ist es möglich, eine Reduzierung der Eigenschaften der Kathode zu hemmen.
Der durchschnittliche Äquivalenzkreisdurchmesser der sekundären Phase im Querschnitt des Oberflächengebiets 51 kann mit größer oder gleich 0,03 µm und kleiner oder gleich 3,2 µm konfiguriert sein und ist vorzugsweise größer oder gleich 0,05 µm und kleiner oder gleich 2,0 µm. Auf diese Weise ist es auch dann, wenn die Temperatur der Kathode wiederholt ansteigt und abfällt, möglich, in dem Oberflächengebiet 51 entstehende Mikrorisse daran zu hindern, sich in Richtung der Feststoffelektrolytschicht 30 auszubreiten.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Äquivalenzkreisdurchmesser in einer Abbildung eines Feldemissions-Rasterelektronenmikroskops (FE-REM) der Durchmesser eines Kreises, der dieselbe Oberfläche wie die sekundäre Phase hat. Der durchschnittliche Äquivalenzkreisdurchmesser ist der Wert des arithmetischen Durchschnitts von 20 Äquivalenzkreisdurchmessern für die sekundäre Phase, die zufällig ausgewählt werden. Die 20 Proben der sekundären Phase, die Gegenstand der Äquivalenzkreisdurchmessermessung sind, werden vorzugsweise in zufälliger Weise an 5 oder mehr Positionen auf einem Rückstreuelektronen-Bild ausgewählt.
Die Elementarbestandteile (beispielsweise La, Co oder dergleichen) in der Hauptphase können in fester Lösung in der sekundären Phase des Oberflächengebiets 51 vorliegen. Des Weiteren kann die sekundäre Phase des Oberflächengebiets 51 eine sehr geringe Menge an Verunreinigungen zusätzlich zu SrSO₄ enthalten.
Zusätzlich zu der Hauptphase und der sekundären Phase kann das Oberflächengebiet 51 eine dritte Phase enthalten, die durch entweder eine dritte Phase, die durch ein Perovskitoxid (beispielsweise LaCoO₃ oder dergleichen) konfiguriert ist, das durch die allgemeine Formel ABO₃ ausgedrückt wird und sich von dem in der Hauptphase verwendeten unterscheidet, oder ein Oxid der Elementarbestandteile der Hauptphase oder dergleichen konfiguriert ist. Das Oxid der Elementarbestandteile der Hauptphase schließt beispielsweise SrO, (Co, Fe)₃O₄, und Co₃O₄ oder dergleichen ein. (Co,Fe)₃O₄ schließt Co₂FeO₄, Co_1.5Fe_1.5O₄ und CoFe₂O₄ oder dergleichen ein. Das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der dritten Phase in einem Querschnitt des Oberflächengebiets 51 kann kleiner oder gleich 0,3% konfiguriert sein.
Das innere Gebiet 52 enthält eine Hauptphase, die durch ein Perovskitoxid konfiguriert ist, das wie vorstehend beschrieben durch eine allgemeine Formel ABO₃ ausgedrückt ist und mindestens Sr an der A-Stelle enthält. Das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der Hauptphase in einem Querschnitt des inneren Gebiets 52 ist größer oder gleich 91 %.
Das innere Gebiet 52 enthält eine sekundäre Phase, die durch Strontiumsulfat gebildet ist. Da auf diese Weise die Festigkeit der porösen Struktur des inneren Gebiets 52 verbessert wird, ist es auch dann, wenn sich in dem Oberflächengebiet 51 Mikrorisse bilden, möglich, die Ausbreitung dieser Mikrorisse in Richtung der Feststoffelektrolytschicht 30 zu unterbinden. Ferner ist das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem Querschnitt des inneren Gebiets 52 kleiner als das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem Querschnitt des inneren Gebiets 51. Da eine Verringerung des in dem inneren Gebiet 52 vorhandenen inaktiven Gebiets vorliegt, ist es auf diese Weise möglich, eine Reduzierung der Eigenschaften der Kathode zu hemmen.
Das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase im Querschnitt des inneren Gebiets 52 kann mit größer oder gleich 0,05% und kleiner oder gleich 3% konfiguriert sein und ist vorzugsweise größer oder gleich 0,1% und kleiner oder gleich 2,5%. Auf diese Weise ist es möglich, die Ausbreitung von in dem Oberflächengebiet 51 entstehenden Mikrorissen zu der Feststoffelektrolytschicht 30 hin zu hemmen und dadurch eine Reduzierung der Eigenschaften der Kathode zu hemmen.
Der durchschnittliche Äquivalenzkreisdurchmesser der sekundären Phase in einem Querschnitt des inneren Gebiets 52 kann mit größer oder gleich 0,02 µm und kleiner oder gleich 2,6 µm konfiguriert sein und ist vorzugsweise größer oder gleich 0,05 µm und kleiner oder gleich 2,0 µm. Auf diese Weise ist es auch dann, wenn die Temperatur der Kathode wiederholt ansteigt und abfällt, möglich, in dem Oberflächengebiet 51 entstehende Mikrorisse daran zu hindern, sich in Richtung der Feststoffelektrolytschicht 30 auszubreiten. Das Verfahren zur Berechnung des durchschnittlichen Äquivalenzkreisdurchmessers der sekundären Phase in einem Querschnitt des inneren Gebiets 52 entspricht dem vorstehend erörterten Verfahren zur Berechnung des durchschnittlichen Äquivalenzkreisdurchmessers der sekundären Phase in einem Querschnitt des Oberflächengebiets 51.
Die Elementarbestandteile (beispielsweise La, Co oder dergleichen) in der Hauptphase können in fester Lösung in der sekundären Phase des inneren Gebiets 52 vorliegen. Des Weiteren kann die sekundäre Phase des inneren Gebiets 52 eine sehr geringe Menge an Verunreinigungen zusätzlich zu SrSO₄ enthalten.
Zusätzlich zu der Hauptphase und der sekundären Phase kann das innere Gebiet 52 eine dritte Phase enthalten, die durch ein Perovskitoxid (beispielsweise LaCoO₃ oder dergleichen) konfiguriert ist, das durch die allgemeine Formel ABO₃ ausgedrückt wird und sich von dem in der Hauptphase verwendeten unterscheidet, und eine dritte Phase, die durch ein Oxid der Elementarbestandteile der Hauptphase oder dergleichen konfiguriert ist.
Verfahren zur Berechnung der eingenommenen Oberfläche
Nun wird das Verfahren zur Berechnung des Verhältnisses der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in einem Querschnitt des Oberflächengebiets 51 nachfolgend beschrieben. Obgleich in der folgenden Beschreibung ein Verfahren zum Berechnen des Verhältnisses der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase unter Bezugnahme auf einen Querschnitt des Oberflächengebiets 51 beschrieben wird, kann das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in einem Querschnitt des inneren Gebiets 52 in derselben Weise berechnet werden. Des Weiteren kann dieselbe Berechnung bezogen auf ein Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der Hauptphase und der dritten Phase in den jeweiligen Querschnitten des Oberflächengebiets 51 und des inneren Gebiets 52 durchgeführt werden.
FE-REM-Bild
Zuerst wird ein Rückstreuelektronenbild, das einen Querschnitt des Oberflächengebiets 51 mit einer 10.000-fachen Vergrößerung zeigt, durch ein FE-REM unter Verwendung eines Rückstreuelektronendetektors angefertigt. Das Rückstreuelektronenbild wird durch ein FE-REM (Modell: ULTRA55), hergestellt von Zeiss AG (Deutschland) mit einer Arbeitsdistanzeinstellung von 2 mm und einer Beschleunigungsspannung von 1,5 kV erhalten. Der Querschnitt des Oberflächengebiets 51 wird durch Polieren mit Präzisionsgeräten vorbereitet, gefolgt von einem Ionendünnungsprozess, der unter Verwendung einer IM4000, hergestellt von Hitachi High-Technologies Corporation, ausgeführt wird.
In dem Rückstreuelektronenbild sind unterschiedliche Kontraste für die Hauptphase (LSCF), die sekundäre Phase (SrSO₄) und die Poren vorhanden. Die Hauptphase ist „schwach grau“ dargestellt, die sekundäre Phase „grau“ und die Poren „schwarz“. Auf diese Weise können 3 im Verhältnis zum Kontrast zugeordnete Werte verwirklicht werden, indem die Bildhelligkeit in 256 Abstufungen eingeteilt wird.
Es besteht keine Einschränkung in Bezug auf das Verfahren zur Unterscheidung der Hauptphase, der sekundären Phase und der Poren unter Verwendung des Kontrasts in dem Rückstreuelektronenbild. Beispielsweise ist nach dem Erhalten eines Bildes mit Abbildung der Elemente im selben Gebiet unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskop-energiedispersiver Röntgenspektrometrie (REM-EDS) die exakte Unterscheidung der Hauptphase, der sekundären Phase und der Poren möglich, indem Bezug auf das Rückstreuelektronenbild genommen wird und die jeweiligen Teilchen in dem Bild identifiziert werden.
Analyse des Rückstreuelektronenbildes
Dann wurde ein Bild zur Analyse des Rückstreuelektronenbildes unter Verwendung von HALCON Bildanalysesoftware, hergestellt von MVTec GmbH, (Deutschland) angefertigt.
Berechnung der eingenommenen Oberfläche
Die gesamte Oberfläche der sekundären Phase in den weißen Flächen wird unter Bezugnahme auf das erhaltene Analysebild berechnet. Anschließend wird das Verhältnis der gesamten Oberfläche der sekundären Phase relativ zu der Oberfläche (einschließlich der Poren und der festen Phase) in dem gesamten Rückstreuelektronenbild berechnet. Das auf diese Weise berechnete Verhältnis der gesamten Oberfläche der sekundären Phase wird als der Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem Oberflächengebiet 51 angenommen.
Material des Oberflächengebiets 51 und des inneren Gebiets 52
Das für die Konfiguration des Oberflächengebiets 51 und des inneren Gebiets 52 verwendete Kathodenmaterial ist eine Mischung, die einen Hauptbestandteil enthält, der durch ein Perovskitoxid und einen sekundären Bestandteil aus SrSO₄ konfiguriert ist.
Es ist möglich, das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase jeweils in dem Oberflächengebiet 51 und dem inneren Gebiet 52 durch Einstellen der Zugabemenge von SrSO₄ enthaltendem Pulvermaterial einzustellen.
Das Einstellen der Teilchengröße des SrSO₄ enthaltenden Pulvermaterials ermöglicht ein Einstellen des durchschnittlichen Äquivalenzkreisdurchmessers der sekundären Phase jeweils in dem Oberflächengebiet 51 und dem inneren Gebiet 52. Eine exakte Klassifizierung, die einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert enthält, ist durch Verwendung eines Windsichters möglich, um die Teilchengröße des SrSO₄ enthaltenden Pulvermaterials einzustellen. Wenn die Teilchengröße des SrSO₄ enthaltenden Pulvermaterials so konfiguriert ist, dass sie eine „grobe Teilchengröße“ und/oder „eine große Verteilung der Teilchengröße“ hat, kann der durchschnittliche Äquivalenzkreisdurchmesser der sekundären Phase so konfiguriert werden, dass er groß ist, und im Gegensatz dazu kann dann, wenn die Teilchengröße so konfiguriert wird, dass sie eine „feine Teilchengröße“ und/oder eine „kleine Verteilung der Teilchengröße“ hat, der durchschnittliche Äquivalenzkreisdurchmesser der sekundären Phase so konfiguriert werden, dass er klein ist.
Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle 10
Nachfolgend wird ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für die Brennstoffzelle 10 beschrieben.
Zunächst wird ein Grünkörper für die Anodenstromsammelschicht 21 durch Formung eines Pulvermaterials für die Anodenstromsammelschicht unter Verwendung eines Pressformverfahrens gebildet.
Dann wird eine Schlämme für die aktive Anodenschicht gebildet, indem PVA (Polyvinylalkohol) als Bindemittel zu einer Mischung eines Treibmittels (beispielsweise PMMA) und des Pulvermaterials für die aktive Anodenschicht zugegeben wird. Die Schlämme für die aktive Anodenschicht wird auf den Grünkörper der Anodenstromsammelschicht 21 unter Verwendung eines Druckverfahrens oder dergleichen gedruckt, um damit einen Grünkörper für die aktive Anodenschicht 22 zu bilden. Der Grünkörper für die Anode 20 wird wie vorstehend beschrieben gebildet.
Als nächstes wird eine Schlämme für die Feststoffelektrolytschicht durch Mischen von Terpineol und einem Bindemittel mit einem Pulvermaterial der Feststoffelektrolytschicht hergestellt. Die Schlämme für die Feststoffelektrolytschicht wird auf den Grünkörper der aktiven Anodenschicht 22 unter Verwendung eines Druckverfahrens oder dergleichen aufgetragen, um damit einen Grünkörper für die Feststoffelektrolytschicht 30 zu bilden.
Als nächstes wird eine Schlämme für die Sperrschicht durch Mischen von Terpineol und einem Bindemittel mit einem Pulvermaterial der Sperrschicht hergestellt. Die Schlämme für die Sperrschicht wird auf den Grünkörper einer Zwischenschicht 40 unter Verwendung eines Druckverfahrens oder dergleichen aufgetragen, um damit einen Grünkörper für die Sperrschicht 40 zu bilden.
Nachfolgend werden die jeweiligen Grünkörper für die Anode 20, die Feststoffelektrolytschicht 30 und die Sperrschicht 40 gebrannt (1350 bis 1450 °C, 1 bis 20 Stunden), um die Anode 20, die Feststoffelektrolytschicht 30 und die Sperrschicht 40 zu bilden.
Dann wird eine Schlämme für das innere Gebiet hergestellt, indem das vorstehend beschriebene Material für das innere Gebiet 52 (Mischmaterial, das ein Perovskitoxidmaterial als einen Hauptbestandteil und SrSO₄ als einen Sekundärbestandteil enthält), Wasser und ein Bindemittel in einer Kugelmühle 24 Stunden lang gemischt werden. Dabei kann das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem inneren Gebiet 52 nach dem Brennen durch Einstellen des Mischanteils von SrSO₄ in dem Mischmaterial gesteuert werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Mischanteil von SrSO₄ so eingestellt, dass das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem inneren Gebiet 52 kleiner ist als das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem Oberflächengebiet 51.
Dann wird die Schlämme für das innere Gebiet unter Verwendung eines Druckverfahrens oder dergleichen auf die Sperrschicht 40 aufgetragen, um damit einen Grünkörper für das innere Gebiet 52 zu bilden.
Das vorstehend beschriebene Material für das Oberflächengebiet 51 (Mischmaterial, das Perovskitoxidmaterial als Hauptbestandteil und SrSO₄ als Sekundärbestandteil enthält), Wasser und ein Bindemittel werden in einer Kugelmühle 24 Stunden lang gemischt, um eine Schlämme für das Oberflächengebiet zu herzustellen. Dabei kann das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem Oberflächengebiet 51 nach dem Brennen durch Einstellen des Mischanteils von SrSO₄ in dem Mischmaterial gesteuert werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Mischanteil von SrSO₄ so eingestellt, dass das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem Oberflächengebiet 51 größer ist als das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem Oberflächengebiet 52.
Dann wird die Schlämme für das Oberflächengebiet auf den Grünkörper des inneren Gebiets 52 aufgetragen, um damit einen Grünkörper für das Oberflächengebiet 51 zu bilden.
Dann werden Wasser und ein Bindemittel zu dem Material für die vorstehend beschriebene Stromsammelschicht 60 zugegeben und gemischt, um eine Schlämme für die Stromsammelschicht herzustellen.
Dann wird die Schlämme für die Stromsammelschicht auf den Grünkörper für das Oberflächengebiet 51 aufgetragen, um damit einen Grünkörper für die Stromsammelschicht 60 zu bilden.
Die Grünkörper für das innere Gebiet 52, das Oberflächengebiet 51 und die Stromsammelschicht 60 werden gebrannt (1000 bis 1100 °C, 1 bis 10 Stunden), um die Kathode 50 und die Stromsammelschicht 60 zu bilden.
Weitere Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und verschiedene Veränderungen oder Modifikationen können innerhalb eines Schutzumfangs hinzugefügt werden, welcher nicht vom Schutzumfang der Erfindung abweicht.
Obgleich die Brennstoffzelle 10 die Stromsammelschicht 60 enthält, kann die Stromsammelschicht 60 weggelassen werden. In dieser Konfiguration wird die erste Oberfläche 50S der Kathode 50 die äußere Oberfläche der Brennstoffzelle 10 und das Oberflächengebiet 51 und die Kathode 50 werden das Gebiet, das innerhalb von 5 µm von der äußeren Oberfläche liegt.
Obgleich die Brennstoffzelle 10 die Sperrschicht 40 enthält, kann die Sperrschicht 40 weggelassen werden. In dieser Konfiguration kommt die zweite Oberfläche 50T der Kathode 50 in Kontakt mit der Feststoffelektrolytschicht 30 und daher liegt das innere Gebiet 52 der Kathode 50 sandwichartig zwischen dem Oberflächengebiet 51 und der Feststoffelektrolytschicht 30.
Obgleich die Sperrschicht 40 als einschichtige Konfiguration konfiguriert ist, kann ein laminierter Aufbau vorgesehen werden, bei welchem eine dichte Sperrschicht (in beliebiger Reihenfolge) mit einer porösen Sperrschicht laminiert wird.
Beispiele
Obgleich nachstehend Beispiele für eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, wird die vorliegende Erfindung dadurch nicht auf die folgenden Beispiele eingeschränkt.
Herstellung der Proben Nr. 1 bis Nr. 14
Eine Brennstoffzelle gemäß den Proben Nr. 1 bis Nr. 14 wurde wie nachstehend beschrieben hergestellt.
Zunächst wurde ein gemischtes Pulver dadurch hergestellt, dass eine Schlämme aus einer Mischung von IPA und einem Mischpulver aus einem Treibmittel (PMMA), einem Y₂O₃-Pulver und einem NiO-Pulver in einer Stickstoffatmosphäre getrocknet wurde.
Als nächstes wurde einachsiges Pressen (Pressdruck 50 MPa) auf das gemischte Pulver zum Bilden einer Platte mit 30 mm Länge x 30 mm Breite und einer Dicke von 3 mm angewandt. Ein Grünkörper für die Anodenstromsammeleinrichtung wurde durch weitere Festigung der Platte unter Verwendung eines CIP (Pressdruck: 100 MPa) hergestellt.
Dann wurde die aus einer Mischung von IPA und einem Mischpulver aus PMMA und NiO-8YSZ gebildete Schlämme auf den Grünkörper für die Anodenstromsammelschicht aufgetragen.
Als nächstes wurde eine Schlämme für die Feststoffelektrolytschicht durch Mischen von Terpineol und einem Bindemittel mit 8YSZ hergestellt. Dann wurde die Schlämme für die Feststoffelektrolytschicht auf den Grünkörper der Anode aufgetragen, um damit einen Grünkörper für die Feststoffelektrolytschicht zu bilden.
Dann wurde eine GDC-Schlämme hergestellt und die GDC-Schlämme wurde auf den Grünkörper für die Feststoffelektrolytschicht aufgetragen, um damit einen Grünkörper für die Sperrschicht zu bilden.
Anschließend wurden die jeweiligen Grünkörper für die Anode, die Feststoffelektrolytschicht und die Sperrschicht gebrannt (1450 °C, 5 Stunden), um die Anode, die Feststoffelektrolytschicht und die Sperrschicht zu bilden.
Anschließend wurde ein Material für das innere Gebiet hergestellt, indem ein SrSO₄-Pulver zu dem Perovskitoxidmaterial wie in Tabelle 1 angegeben hinzugefügt wurde. Dabei wurde die Zugabemenge von SrSO₄ in jeder Probe so eingestellt, dass das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase (SrSO₄) in dem Querschnitt des inneren Gebiets die in Tabelle 1 dargestellten Werte annahm.
Dann wurde eine Schlämme für das innere Gebiet durch Mischen von Terpineol und einem Bindemittel mit dem Material für das innere Gebiet hergestellt. Die Schlämme für das innere Gebiet wurde auf die Sperrschicht aufgetragen, um damit einen Grünkörper für das innere Gebiet herzustellen.
Anschließend wurde ein Material für das Oberflächengebiet hergestellt, indem ein SrSO₄-Pulver zu dem Perovskitoxidmaterial wie in Tabelle 1 angegeben hinzugefügt wurde. Dabei wurde die Zugabemenge von SrSO₄ in jeder Probe so eingestellt, dass das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase (SrSO₄) in dem Querschnitt des Oberflächengebiets die in Tabelle 1 dargestellten Werte annahm.
Dann wurde eine Schlämme für das Oberflächengebiet durch Mischen von Terpineol und einem Bindemittel mit einem Material des Oberflächengebiets hergestellt. Die Schlämme für das Oberflächengebiet wurde auf den Grünkörper für das innere Gebiet aufgetragen, um damit einen Grünkörper für das Oberflächengebiet zu bilden. Dabei wurde die Beschichtungsmenge so eingestellt, dass die Dicke des Oberflächengebiets nach dem Brennen kleiner oder gleich 5 µm war.
Anschließend wurde in den Proben Nr. 2, 5, 7, 8 und 10 eine Schlämme für die Stromsammelschicht hergestellt, indem Wasser und ein Bindemittel mit einem Pulver für die Stromsammelschicht wie in Tabelle 1 angegeben gemischt wurden. Die Schlämme für die Stromsammelschicht wurde auf den Grünkörper für das Oberflächengebiet aufgetragen, um damit einen Grünkörper für die Stromsammelschicht zu bilden.
Anschließend wurden die Grünkörper für das innere Gebiet, das Oberflächengebiet und die Stromsammelschicht (nur bei den Proben Nr. 2, 5, 7, 8 und 10) gebrannt (1100 °C, 1 Stunde), um die Kathode und die Stromsammelschicht zu bilden.
Messung des Verhältnisses der eingenommenen Oberfläche
Nach dem Polieren des Querschnitts der Kathode bei jeder Probe mit Präzisionsgeräten wurde ein lonendünnungsprozess unter Verwendung einer IM4000, hergestellt von Hitachi High-Technologies Corporation, durchgeführt.
Ein Rückstreuelektronenbild des Querschnitts des Oberflächengebiets, das mit einer 10.000-fachen Vergrößerung durch ein FE-REM unter Verwendung eines Rückstreuelektronendetektors vergrößert wurde, wurde angefertigt.
Dann wurde durch Analysieren des Rückstreuelektronenbildes für jede Probe unter Verwendung von HALCON Bildanalysesoftware, hergestellt von MVTec GmbH, ein Analysebild angefertigt.
Dann wurde das Verhältnis der gesamten Oberfläche der sekundären Phase relativ zu der Gesamtsumme der Oberfläche (einschließlich Gasphase und feste Phase) in dem Rückstreuelektronenbild als das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche berechnet. Die Berechnungsergebnisse des Verhältnisses der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase sind in Tabelle 1 gezeigt.
Untersuchung von Mikrorissen nach dem Brennen
Nach dem Brennen der Kathode wurde bei jeder Probe eine Untersuchung unter Verwendung eines Elektronenmikroskops in Bezug auf 20 Positionen in einem Querschnitt des Oberflächengebiets durchgeführt, um dadurch das Vorhandensein oder das Fehlen von Mikrorissen in dem Oberflächengebiet zu untersuchen, nachdem die Temperatur der Kathode von einer hohen Temperatur auf eine niedrige Temperatur gefallen war. Die Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Untersuchung von Mikrorissen nach einem Wärmezyklustest
Die Proben Nr. 3 bis 14 wurden durch Zufuhr von Ar-Gas und Wasserstoffgas (4 % bezogen auf Ar) unter einer reduzierenden Atmosphäre gehalten. Ein Zyklus, bei dem nach der Erhöhung der Temperatur von Umgebungstemperatur auf 800 °C über 2 Stunden die Temperatur über 4 Stunden auf Umgebungstemperatur abgesenkt wurde, wurde 10-mal wiederholt.

Dann wurde unter Verwendung eines Elektronenmikroskop die Beobachtung an einem Querschnitt des Oberflächengebiets und des inneren Gebiets durchgeführt, um dadurch das Vorhandensein oder das Fehlen von Rissen, die sich von dem Oberflächengebiet in das innere Gebiet ausbreiten, wenn die Temperatur der Kathode wiederholt angestiegen und gefallen war, untersucht. Die Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1

Probe Nr.	Hauptbestandteil der Kathode	Hauptbestandteil der Stromsammelschicht	Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase im inneren Gebiet der Kathode (%)	Durchschn. Äquivalenzkreisdurchmesser der sekundären Phase im inneren Geb. d. Kathode (µm)	Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase im Oberflächengebiet der Kathode (%)	Durchschn. Äquivalenzkreisdurchm. d. sekundären Phase im Oberflächengebiet der Kathode (µm)	Vorhandensein/ Fehlen von Mikrorissen nach dem Brennen	Vorhandensein/ Fehlen von Mikrorissen nach dem Wärmezyklustest	Bewertung
1	(La,Sr)(Co,Fe)O₃	Keine	0,05	-	0,03	-	Ja (3/20)	-	×
2	(La,Sr)(Co,Fe)O₃	La(Ni,Fe,Co)O₃	0,05	-	0,05	-	Ja (2/20)	-	×
3	(La,Sr)(Co,Fe)O₃	Keine	0,1	0,02	0,25	0,03	Keine (0/20)	Geringfügig (1/20)	○
4	(La,Sr)(Co,Fe)O₃	Keine	0,16	0,05	0,48	0,05	Keine (0/20)	Keine (0/20)	⊚
5	(La,Sr)FeO₃	La(Ni,Fe,Co)O₃	0,25	0,12	0,85	0,45	Keine (0/20)	Keine (0/20)	⊚
6	(La,Sr)(Co,Fe)O₃	Keine	0,36	0,32	1,3	0,05	Keine (0/20)	Keine (0/20)	⊚
7	(La,Sr)FeO₃	(La,Sr)(Co,Fe)O₃	0,45	0,45	1,4	0,32	Keine (0/20)	Keine (0/20)	⊚
8	(La,Sr)(Co,Fe)O₃	La(Ni,Fe,Co)O₃	0,66	0,76	1,9	0,14	Keine (0/20)	Keine (0/20)	⊚
9	(La,Sr)(Co,Fe)O₃	Keine	0,85	1,3	2,9	0,62	Keine (0/20)	Keine (0/20)	⊚
10	(La,Sr)(Co,Fe)O₃	La(Ni,Fe,Co)O₃	1,2	2,0	3,9	2,0	Keine (0/20)	Keine (0/20)	⊚
11	(SmSr)CoO₃	Keine	1,6	1,2	4,4	1,3	Keine (0/20)	Keine (0/20)	⊚
12	(La,Sr)(Co,Fe)O₃	Keine	2,2	2,0	5,2	1,5	Keine (0/20)	Keine (0/20)	⊚
13	(LaSr)(CoFe)O₃	Keine	2,5	2,6	8,5	3,2	Keine (0/20)	Geringfügig (1/20)	○
14	(La,Sr)(Co,Fe)0₃	Keine	3,3	-	1,6	-	Ja (1/20)	Ja (3/20)	×

Wie Tabelle 1 zeigt, wurde die Bildung von Mikrorissen in dem Oberflächengebiet als Folge des Temperaturabfalls nach dem Brennen der Kathode bei denjenigen Proben unterdrückt, bei welchen das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem Oberflächengebiet größer ist als das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem inneren Gebiet. Dieses Merkmal ist insbesondere durch die Erhöhung der Festigkeit der porösen Struktur des Oberflächengebiets in der Kathode bedingt.
Insbesondere hat sich bestätigt, dass die Bildung von Mikrorissen in dem Oberflächengebiet bei den Beispielen unterdrückt wurde, bei welchen das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in dem Oberflächengebiet größer oder gleich 0,25 % und kleiner oder gleich 8,5 % ist.
Wie Tabelle 1 zeigt, war es ferner nach dem Wärmezyklustest, d.h. auch dann, wenn die Temperatur der Kathode wiederholt ansteigt und abfällt, möglich, die Ausbreitung von Rissen von dem Oberflächengebiet in das innere Gebiet in denjenigen Proben zu unterdrücken, in welchen der durchschnittliche Äquivalenzkreisdurchmesser der sekundären Phase in dem Oberflächengebiet größer oder gleich 0,05 µm und kleiner oder gleich 2,0 µm war und der durchschnittliche Äquivalenzkreisdurchmesser der sekundären Phase in dem inneren Gebiet größer oder gleich 0,05 µm und kleiner oder gleich 2,0 µm war.
Bezugszeichenliste

10: Brennstoffzelle
20: Anode
30: Feststoffelektrolytschicht
40: Sperrschicht
50: Kathode
51: Oberflächengebiet
52: inneres Gebiet
60: Stromsammelschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 200632132 [0003]

Claims

Brennstoffzelle, enthaltend eine Anode, eine Kathode, die einen Hauptbestandteil enthält, der durch ein Perovskitoxid konfiguriert ist, das durch die allgemeine Formel ABO₃ ausgedrückt ist und mindestens Sr an der A-Stelle enthält, eine Feststoffelektrolytschicht, die zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist, wobei die Kathode ein Oberflächengebiet und ein inneres Gebiet hat, wobei das Oberflächengebiet innerhalb von 5 µm von einer der Feststoffelektrolytschicht gegenüberliegenden Oberfläche angeordnet ist, das innere Gebiet auf einer Seite der Feststoffelektrolytschicht des Oberflächengebiets gebildet ist, das Oberflächengebiet und das innere Gebiet jeweils eine Hauptphase, die durch das Perovskitoxid gebildet ist, und eine sekundäre Phase enthalten, die durch Strontiumsulfat gebildet ist, und ein Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in einem Querschnitt des Oberflächengebiets größer ist als ein Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in einem Querschnitt des inneren Gebiets.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der eingenommenen Oberfläche der sekundären Phase in einem Querschnitt des Oberflächengebiets größer oder gleich 0,25 % und kleiner oder gleich 8,5 % ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein durchschnittlicher Äquivalenzkreisdurchmesser der sekundären Phase in einem Querschnitt des Oberflächengebiets größer oder gleich 0,05 µm und kleiner oder gleich 2,0 µm ist und ein durchschnittlicher Äquivalenzkreisdurchmesser der sekundären Phase in dem Querschnitt des inneren Gebiets größer oder gleich 0,05 µm und kleiner oder gleich 2,0 µm ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner enthaltend eine auf dem Oberflächengebiet der Kathode angeordnete Stromsammelschicht.