JP2000024579A - Film forming method by dipping - Google Patents

Film forming method by dipping

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JP2000024579A
JP2000024579A JP10211821A JP21182198A JP2000024579A JP 2000024579 A JP2000024579 A JP 2000024579A JP 10211821 A JP10211821 A JP 10211821A JP 21182198 A JP21182198 A JP 21182198A JP 2000024579 A JP2000024579 A JP 2000024579A
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slurry
film
dipping
film forming
powder
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JP10211821A
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Japanese (ja)
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Haruo Nishiyama
治男 西山
Masanobu Aizawa
正信 相沢
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently form a film in uniform film thickness, when a slurry is formed into a film on a film forming substrate by dipping, by separating the film forming substrate and the slurry at a specific speed to form the film. SOLUTION: When a slurry is formed into a film on a film forming substrate by dipping in forming a solid electrolyte membrane in a solid electrolyte type fuel cell, the slurry and the film forming substrate are separated at a speed of 5,000 mm/sec or less. This dipping is pref. performed a plurality of times and, in this case, treatment is performed so that the number of times bringing the upper part of the film forming substrate to an upper side and that bringing the lower part thereof to the upper side become equal and the upper and lower parts of the film forming substrate are alternately turned over. The viscosity of the slurry is adjusted to 1-500 cPs, pref., 5-100 cPs. Further pref., a solid electrolyte powder, that is, a zirconia type solid electrolyte is used in the slurry and, as the zirconia type solid electrolyte, a powder doped with yttria (YSZ) is used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池(以下SOFCとも言う)の円筒形状型や平板形状
型や、様々な形状をした、基盤上に、固体電解質薄膜、
空気極、インターコネクター(セパレーター)、燃料極
の各部材を、安価な製造方法であるディッピングにより
均一成膜を行う成膜方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a solid electrolyte type fuel cell (hereinafter also referred to as SOFC) having a cylindrical shape or a flat shape, or a solid electrolyte thin film on a base having various shapes.
The present invention relates to a film forming method for uniformly forming films of an air electrode, an interconnector (separator), and a fuel electrode by dipping, which is an inexpensive manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】SOFC用固体電解質薄膜を例にとって
緻密電解質膜成膜方法の従来技術を説明する。SOFC
においては、酸素イオン(O2-)透過性を有し、かつ、
ガス透過性の無い固体電解質薄膜が必要とされる。この
固体電解質薄膜(ZrO2、CeO2等)は、これら両特
性を満足するため、薄くて緻密なものであることが要求
される。さらに、経済的に大面積の薄膜を形成できるこ
とも求められる。このSOFCの発電用セルでは、一般
的に厚さ0.3〜5.0mmの多孔質の基体の上に、厚
さ30〜2000μmの固体電解質膜が形成される。さ
らに、その上に、燃料極(Ni基サーメット等)が形成
される。
2. Description of the Related Art The prior art of a method for forming a dense electrolyte membrane will be described by taking a solid electrolyte thin film for SOFC as an example. SOFC
Has oxygen ion (O 2− ) permeability, and
A solid electrolyte thin film having no gas permeability is required. This solid electrolyte thin film (ZrO 2 , CeO 2, etc.) is required to be thin and dense in order to satisfy both these characteristics. Furthermore, it is also required that a large-area thin film can be formed economically. In the power generation cell of this SOFC, a solid electrolyte membrane having a thickness of 30 to 2000 μm is generally formed on a porous substrate having a thickness of 0.3 to 5.0 mm. Further, a fuel electrode (Ni-based cermet or the like) is formed thereon.

【0003】SOFCセル用に、薄くて緻密であり、か
つ、低コストで量産性に優れた固体電解質薄膜を得るこ
とを目標として、以下が提案されている。 CVD・EVD(化学電気蒸着法)による製造方法
(特開昭61−91880):この製造方法では、第一
電極を多孔質支持体に付着させ、導電性で酸素透過性の
中間物質を第一電極上に付着させることにより第一電極
を高温度の金属ハロゲン化物の蒸気から保護し、この中
間層物質を高温度の金属ハロゲン化物の蒸気と接触させ
て中間層全面に金属酸化物からなる固体電解質を形成す
る。
The following has been proposed with the aim of obtaining a thin, dense, low-cost, and highly mass-producible solid electrolyte thin film for an SOFC cell. Production method by CVD / EVD (Chemical Electrodeposition) (JP-A-61-91880): In this production method, a first electrode is adhered to a porous support, and a conductive and oxygen-permeable intermediate substance is first produced. The first electrode is protected from high-temperature metal halide vapor by being deposited on the electrode, and the intermediate layer material is brought into contact with the high-temperature metal halide vapor to form a solid metal oxide on the entire surface of the intermediate layer. Form electrolyte.

【0004】 プラズマ溶射による製造方法(特開昭
61−198570):この製造方法は、酸化ジルコニ
ウムと希土類元素等の金属酸化物からなる固体電解質原
料を固溶化し、ついで固溶化された原料を粉砕し、この
粉砕して得られた粉末の粒度を調整した後、プラズマ溶
射により燃料電池の基板に電解質薄膜として付着せしめ
ることを特徴とする。同公報明細書の実施例によれば、
2μm以下の粒度の溶射粉を用いて、厚さ200μm、
端子電圧790mVの固体電解質薄膜が得られたとされ
ている。
Production method by plasma spraying (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-198570): In this production method, a solid electrolyte raw material comprising zirconium oxide and a metal oxide such as a rare earth element is dissolved, and then the solidified raw material is pulverized. Then, after adjusting the particle size of the powder obtained by the pulverization, the powder is attached to the substrate of the fuel cell as an electrolyte thin film by plasma spraying. According to the example in the publication,
Using a spray powder having a particle size of 2 μm or less, a thickness of 200 μm,
It is alleged that a solid electrolyte thin film having a terminal voltage of 790 mV was obtained.

【0005】 スラリー塗布による製造方法(特開平
1−93065):この製造方法は、空気極層か燃料極
層かのいずれか一方の層を筒状に形成し、電解質および
他の極層を構成するそれぞれの材料の粉末スラリーを筒
状物表面に順次塗布乾燥させた後、焼成することを特徴
とする。同公報明細書の実施例によれば、厚さ150μ
mのYSZ膜が得られたとされている。
[0005] Manufacturing method by slurry application (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-93065): In this manufacturing method, one of an air electrode layer and a fuel electrode layer is formed in a cylindrical shape, and an electrolyte and another electrode layer are formed. The method is characterized in that a powder slurry of each material to be applied is sequentially applied to the surface of the cylindrical material, dried, and then fired. According to the embodiment of the publication, a thickness of 150 μm
It is said that m YSZ films were obtained.

【0006】 溶射+スラリー目止剤塗布による製造
方法(特開平2−220361):この製造方法は、基
体管上に溶射により形成した固体電解質層の隙間部に、
固形物濃度として40重量%以上のイットリア安定化ジ
ルコニアを含む目止剤を塗布した後、乾燥・焼成するこ
とを特徴とする。同公報明細書の実施例によれば、厚さ
100μmの空気プラズマ溶射膜に、粒径0.05〜
2.5μmのYSZ粉含有スラリーを塗布(刷毛手塗
り)後、乾燥・焼成して、通気率が極めて低い固体電解
質薄膜が得られたとされている。
[0006] Manufacturing method by thermal spraying + slurry filler (Japanese Patent Laid-Open No. 220361/1990): This manufacturing method uses a method in which a solid electrolyte layer formed on a base tube by thermal spraying is formed in a gap portion.
It is characterized in that after applying a filler containing yttria-stabilized zirconia at a solid concentration of 40% by weight or more, drying and firing are performed. According to the example of the publication, a particle diameter of 0.05 to 100 μm is applied to an air plasma sprayed film having a thickness of 100 μm.
It is said that a 2.5 μm YSZ powder-containing slurry was applied (hand-painted with a brush), dried and fired to obtain a solid electrolyte thin film having an extremely low air permeability.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述の従来提案されて
いる技術には次のような問題がある。 CVD法・EVD法:この方法は、緻密な薄膜を形
成するには適している。しかし、成膜を大気と遮断され
た特殊な雰囲気・物理条件下で行う必要があるため、高
価な装置を必要とする。大型の部材用には、当然その部
材を収容可能な大型の装置を必要とする。そのため、大
型部材への膜付は困難で、かつ生産性も低く、高コスト
である。また、腐食性の原料ガスを用いるため基板が腐
食されるリスクが高い。 プラズマ溶射法:同法による膜は、基本的にポー
ラス(多孔質)である。そのため通気性を無くするため
には、ある程度の厚い膜としなければならない。そのた
め、高性能のセルを得ることができない。また、量産性
も低い。 スラリー塗布法:膜形成作業を大気下で行え、か
つ高価な装置も不要なため、経済的な方法である。しか
し、膜の緻密性、薄膜化に問題があるとされていた。実
際、特開平2−220361の実施例として開示されて
いる固体電解質薄膜は厚さ200μmと、この種の膜の
開発目標10〜50μmと比べて、かなり厚いものであ
る。また、膜の焼成切れが起きやすかったので、そのク
ラックを埋めながら緻密化を図るため、複数回の焼成が
必要であった。このような問題点を解決すべく、膜材料
の焼結性を増すため、焼成温度の高温化やスラリー粉の
微粉化も検討されていたが、前者については基板と固体
電解質との反応が問題となり、後者については0.1μ
m以下の粒径の微粉の大量作製に難があった。 溶射+スラリー目止法:2重工程となるとともに膜
厚は厚くなりがちである。
The above-mentioned prior arts have the following problems. CVD method / EVD method: This method is suitable for forming a dense thin film. However, it is necessary to perform the film formation under a special atmosphere and physical conditions shielded from the atmosphere, so that an expensive apparatus is required. For a large member, a large device capable of accommodating the member is required. Therefore, it is difficult to apply a film to a large member, the productivity is low, and the cost is high. Further, since a corrosive raw material gas is used, there is a high risk that the substrate is corroded. Plasma spraying: A film formed by the same method is basically porous. Therefore, in order to eliminate air permeability, it is necessary to form a thick film to some extent. Therefore, a high-performance cell cannot be obtained. In addition, mass productivity is low. Slurry coating method: This is an economical method because the film forming operation can be performed in the atmosphere and no expensive equipment is required. However, it was said that there was a problem in the denseness and thinning of the film. In fact, the solid electrolyte thin film disclosed in the embodiment of JP-A-2-220361 has a thickness of 200 μm, which is considerably larger than the development target of such a film of 10 to 50 μm. In addition, since the firing of the film was apt to occur, a plurality of firings were required to achieve densification while filling the cracks. In order to solve such problems, raising the sintering temperature and pulverizing the slurry powder have been studied to increase the sinterability of the film material, but in the former case, the reaction between the substrate and the solid electrolyte is problematic. And the latter is 0.1μ
It was difficult to produce a large amount of fine powder having a particle size of m or less. Thermal spraying + slurry filling method: The film thickness tends to become thicker as the number of steps increases.

【0008】本発明は、経済性、量産性、大面積適用容
易な、均質な膜厚にて、組織の緻密性・多孔性を制御し
た、固体電解質膜、空気極、インターコネクター、燃料
極の形成を提供することを目的とする。
The present invention provides a solid electrolyte membrane, an air electrode, an interconnector, and a fuel electrode in which the density and porosity of a tissue are controlled with a uniform film thickness, which is economical, mass-producible, and easy to apply to a large area. The purpose is to provide the formation.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的を達成するために,スラリーを成膜基盤にディッ
ピングにより成膜する方法において、成膜基盤とスラリ
ーを5000mm/sec以下のスピードにて引き離す
ことにより成膜することとする。
In order to achieve the above object, in a method of forming a slurry on a film forming substrate by dipping, the film forming substrate and the slurry are formed at a speed of 5000 mm / sec or less. The film is formed by being separated.

【0010】本発明の特徴は、ディッピング法により固
体電解質膜・空気極膜・インターコネクター膜・燃料極
膜を均一成膜することにある。その特徴は、スラリーと
成膜基盤とを5000mm/sec以下のスピードにて
引き離すことにより、基盤に吸着あるいは付着するスラ
リー量を一定とすることにより、均一膜厚での成膜をし
ようとするものである。
A feature of the present invention is that a solid electrolyte membrane, an air electrode membrane, an interconnector membrane, and a fuel electrode membrane are uniformly formed by a dipping method. The feature is that the slurry and the film-forming substrate are separated at a speed of 5000 mm / sec or less, and the amount of slurry adsorbed or adhered to the substrate is kept constant, thereby forming a film with a uniform film thickness. It is.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明におけるスラリーと成膜基
盤とを5000mm/sec以下のスピードにて引き離
すのは、5000mm/secよりも速いスピードにて
引き離すと、上下方向に1000mm程度の長さを有す
る成膜基盤の上部と下部において、2倍以上の膜厚差を
生じるためである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The separation of the slurry and the film-forming substrate at a speed of 5000 mm / sec or less in the present invention is performed when the slurry is separated at a speed higher than 5000 mm / sec. This is because a difference in film thickness of twice or more occurs between the upper part and the lower part of the film formation substrate.

【0012】好ましく、スラリーまたは成膜基盤とを5
00mm/sec以下のスピードにて引き離すのは、5
00mm/secよりも遅いスピードにて引き離すと、
上下方向に1000mm程度の長さを有する成膜基盤の
上部と下部において、1.5倍以内の膜厚差に抑えるこ
とができるからである。
Preferably, the slurry or the film-forming substrate is
Separating at a speed of 00mm / sec or less is 5
When separated at a speed slower than 00 mm / sec,
This is because the thickness difference between the upper and lower portions of the film forming substrate having a length of about 1000 mm in the vertical direction can be suppressed to within 1.5 times.

【0013】更に好ましく、スラリーまたは成膜基盤と
を50mm/sec以下のスピードにて引き離すのは、
50mm/secよりも遅いスピードにて引き離すと、
上下方向に1000mm程度の長さを有する成膜基盤の
上部と下部において、1.25倍以内の膜厚差に抑える
ことができるからである。
More preferably, separating the slurry or the film-forming substrate at a speed of 50 mm / sec or less
If you pull off at a speed slower than 50mm / sec,
This is because the thickness difference between the upper and lower portions of the film forming substrate having a length of about 1000 mm in the vertical direction can be suppressed to within 1.25 times.

【0014】本発明のディッピングは、複数回行った方
が好ましく、その場合の成膜基盤の上部と下部が、それ
ぞれ上側に来る回数が等しい方がよい。その理由は、基
盤の長さによらず、付着スラリーによるスラリーの垂れ
量を上下方向で一定とすることができるため、上下方向
での膜厚差をほとんど生じさせることなく成膜するとこ
が可能となるからである。
It is preferable that the dipping of the present invention is performed a plurality of times. In this case, it is preferable that the number of times that the upper and lower portions of the film forming substrate come to the upper side is equal. The reason is that, regardless of the length of the substrate, the amount of dripping of the slurry due to the adhered slurry can be kept constant in the vertical direction, making it possible to form a film with almost no difference in film thickness in the vertical direction. This is because

【0015】本発明のディッピングは、複数回行った方
が好ましく、その場合の成膜基盤の上部と下部を交互に
ひっくり返す方がよい。その理由は、基盤の長さによら
ず、付着スラリーによるスラリーの垂れ量を上下方向で
一定とすることができ、かつ成膜された膜に吸着するス
ラリー量を一定とすることができるため、上下方向での
膜厚差をほとんど生じさせることなく成膜するとこが可
能となるからである。
The dipping of the present invention is preferably performed a plurality of times, and in this case, it is better to alternately turn the upper and lower portions of the film-forming substrate upside down. The reason is that, regardless of the length of the base, the amount of dripping of the slurry by the attached slurry can be made constant in the vertical direction, and the amount of slurry adsorbed on the formed film can be made constant, This is because it is possible to form a film with almost no difference in film thickness in the vertical direction.

【0016】本発明におけるスラリー粘度を1〜500
cps、好ましくは5〜100cpsに調整するのは、
下限が1cpsに制限されている理由は、低粘度の場
合、緻密質基盤上への成膜では、はじきが生じることに
より膜に斑が発生する。また、多孔質基盤上への成膜で
は、スラリーが基盤中に侵入するのを防ぐためである。
上限が500cpsに制限されている理由は、成膜後の
乾燥中のクラックを防止するためである。
The slurry viscosity in the present invention is from 1 to 500.
adjusting to cps, preferably 5-100 cps,
The reason that the lower limit is limited to 1 cps is that, when the viscosity is low, when the film is formed on the dense substrate, the film is repelled and spots are generated on the film. In addition, in film formation on the porous substrate, it is to prevent the slurry from entering the substrate.
The reason why the upper limit is limited to 500 cps is to prevent cracks during drying after film formation.

【0017】固体電解質粉末及びインターコネクター粉
末の比表面積としては、50m2/g以下とすることが
望ましい。50m2/gよりも大きい粉末では、焼結性
が高すぎるために、基盤上での焼成においては固体電解
質膜及びインターコネクター膜にクラックが生じるから
である。
The specific surface area of the solid electrolyte powder and the interconnector powder is desirably 50 m 2 / g or less. This is because if the powder is larger than 50 m 2 / g, the sinterability is too high and cracks occur in the solid electrolyte membrane and the interconnector membrane during firing on the substrate.

【0018】空気極粉末及び燃料極粉末粒径としては、
1〜200μm程度の範囲とすることが望ましい。空気
極及び燃料極においては、高い導電性とガス透過性が要
求されるためである。これらは、相反する特性を有して
おり、高い導電性を得るためには、細かな粒径の粉末を
用いることが望ましいが、一方、高いガス透過性を得る
ためには、粗大な粒径の粉末を用いることが望ましい。
したがって、空気極及び燃料極となる材料の導電率によ
り、1〜200μm程度の範囲により粒径を決定すべき
である。
The particle diameters of the air electrode powder and the fuel electrode powder are as follows:
It is desirable to set the range to about 1 to 200 μm. This is because the air electrode and the fuel electrode require high conductivity and gas permeability. These have contradictory characteristics, and it is desirable to use a powder having a small particle size in order to obtain high conductivity, but to obtain a high gas permeability, it is preferable to use a powder having a large particle size. It is desirable to use a powder of
Therefore, the particle size should be determined in the range of about 1 to 200 μm depending on the electric conductivity of the material to be the air electrode and the fuel electrode.

【0019】固体電解質膜及びインターコネクター膜の
膜厚としては、5〜150μmとすることが望ましい。
5μm以下であると十分な緻密膜が得られないことと、
150μm以上であると内部抵抗が大きすぎるためであ
る。望ましくは、100μm以下であり、より望ましく
は50μm以下である。
The thickness of the solid electrolyte membrane and the interconnector membrane is preferably 5 to 150 μm.
If it is less than 5 μm, a sufficiently dense film cannot be obtained;
If the thickness is 150 μm or more, the internal resistance is too large. Preferably, it is 100 μm or less, more preferably 50 μm or less.

【0020】空気極及び燃料極膜の膜厚としては、50
〜500μmとすることが望ましい。空気極及び燃料極
においては、高い導電性とガス透過性が要求されるため
である。これらは、相反する特性を有しており、高い導
電性を得るためには、膜厚を厚くすることが望ましい
が、一方、高いガス透過性を得るためには、膜厚を薄く
することが望ましい。したがって、空気極及び燃料極と
なる材料の導電率により、50〜500μm程度の範囲
により膜厚を決定すべきである。
The film thickness of the air electrode and the fuel electrode film is 50
It is desirable to set it to 500 μm. This is because the air electrode and the fuel electrode require high conductivity and gas permeability. These have contradictory properties, and it is desirable to increase the film thickness in order to obtain high conductivity, but to reduce the film thickness in order to obtain high gas permeability. desirable. Therefore, the film thickness should be determined in the range of about 50 to 500 μm depending on the electric conductivity of the material to be the air electrode and the fuel electrode.

【0021】ジルコニア系固体電解質材料において、Y
23を3〜20mol%ドープさせることが好ましい、
より好ましくは8〜12mol%ドープさせることが良
い。これは、イオン導電性の点でこの範囲が大変優れて
いるからである。
In the zirconia-based solid electrolyte material, Y
It is preferable to dope 3 to 20 mol% of 2 O 3 ,
More preferably, it is good to dope 8 to 12 mol%. This is because this range is very excellent in terms of ionic conductivity.

【0022】本発明におけるスラリー中の固体電解質粉
末の含有量は、スラリー溶液100部に対して10部〜
50部が好ましい。本発明におけるスラリーのスラリー
溶液の組成も特に限定されるものではない。スラリー
は、溶剤、バインダー、分散剤、消泡剤等を含んでいて
良い。しかし、溶剤として難揮発性溶剤を、スラリー溶
剤の10〜80wt%、含むことが望ましい。この難揮
発性溶剤の作用は、スラリー作製、保管中のスラリーの
粘度変化を抑え、また、このスラリーを用いて成膜(例
えば、ディッピング)した後の乾燥に起因するクラック
の発生を抑制することである。ここで、難揮発性の程度
は、例えば、酢酸ブチルの揮発度を100とした時、1
以下が望ましい。例えば、αテルピネオール等を挙げる
ことができる。
In the present invention, the content of the solid electrolyte powder in the slurry is from 10 parts to 100 parts of the slurry solution.
50 parts are preferred. The composition of the slurry solution of the slurry in the present invention is not particularly limited. The slurry may include solvents, binders, dispersants, defoamers, and the like. However, it is desirable that a non-volatile solvent be contained as a solvent in an amount of 10 to 80% by weight of the slurry solvent. The effect of the hardly volatile solvent is to suppress a change in viscosity of the slurry during preparation and storage of the slurry, and to suppress the occurrence of cracks due to drying after film formation (for example, dipping) using the slurry. It is. Here, the degree of low volatility is, for example, 1 when the volatility of butyl acetate is 100.
The following is desirable. For example, α-terpineol and the like can be mentioned.

【0023】スラリー溶液には、難揮発性溶剤以外に一
般の揮発性の溶剤が含まれて良い。その溶液に含まれる
溶剤の作用は、粉末の分散性の向上および脱泡性の向上
である。そのような溶剤の一例として、エチルアルコー
ルが好適である。その望ましい含有量は、スラリー溶液
の20〜90wt%である。
The slurry solution may contain a general volatile solvent in addition to the non-volatile solvent. The action of the solvent contained in the solution is to improve the dispersibility of the powder and the defoaming property. As an example of such a solvent, ethyl alcohol is suitable. Its desirable content is 20-90 wt% of the slurry solution.

【0024】スラリー溶液に含まれるバインダーの作用
は、粉末の基板へのコーティング性(密着度)を向上さ
せることである。バインダーの量は、溶剤100部に対
して0.1〜10部が好ましい。その理由は、低濃度
(0.1wt%未満)だとコーティング性が低く、高濃
度(10wt%越え)だと、粉末の分散性が悪くなるか
らである。バインダーの具体例として、エチルセルロー
スが好適である。
The function of the binder contained in the slurry solution is to improve the coating property (degree of adhesion) of the powder on the substrate. The amount of the binder is preferably 0.1 to 10 parts based on 100 parts of the solvent. The reason is that if the concentration is low (less than 0.1 wt%), the coating property is low, and if the concentration is high (exceeding 10 wt%), the dispersibility of the powder becomes poor. As a specific example of the binder, ethyl cellulose is suitable.

【0025】スラリー溶液に含まれる分散剤の作用は、
粉末の分散性の向上である。分散剤の量は、溶剤100
部に対して0.1〜4部が好ましい。その理由は、低濃
度(0.1wt%未満)だと分散性が低く、高濃度(4
wt%越え)だと、スラリーの変性が生じやすくなるか
らである。分散剤の具体例として、ポリオキシエチレン
アルキルリン酸エステルが挙げられる。
The action of the dispersant contained in the slurry solution is as follows:
This is an improvement in the dispersibility of the powder. The amount of dispersant is 100
0.1 to 4 parts per part is preferred. The reason is that when the concentration is low (less than 0.1 wt%), the dispersibility is low, and when the concentration is high (4 wt%).
This is because, if it exceeds 0.1% by weight, the slurry tends to be denatured. Specific examples of the dispersant include polyoxyethylene alkyl phosphate.

【0026】スラリー溶液に含まれる消泡剤は、スラリ
ー中の気泡を消す作用をする。消泡剤の量は、溶剤10
0部に対して0.1〜4部が好ましい。その理由は、低
濃度(0.1wt%未満)だと効果があまり期待できな
いし、高濃度(4wt%越え)だと、スラリーの変性が
生じやすくなるからである。消泡剤の具体例として、ソ
ルビタンセスキオレエートが挙げられる。各剤・粉末の
混合方法は、ボールミル等の方法を採用できる。
The antifoaming agent contained in the slurry solution has the function of eliminating air bubbles in the slurry. The amount of the defoamer is 10
0.1 to 4 parts is preferable to 0 part. The reason is that if the concentration is low (less than 0.1 wt%), the effect is not so expected, and if the concentration is high (more than 4 wt%), the slurry is likely to be denatured. Specific examples of the antifoaming agent include sorbitan sesquioleate. A method such as a ball mill can be adopted as a mixing method of each agent / powder.

【0027】本発明のディッピング法としては、大気中
でスラリーの中に基体を浸漬させる通常のディッピング
法の他、加圧ガス中や真空中でディッピングを行う方法
を採用できる。その場合、ディッピングの回数は、必要
とされる膜厚と使用するスラリー組成とに応じて選択で
きる。
As the dipping method of the present invention, besides the usual dipping method in which the substrate is immersed in a slurry in the air, a dipping method in a pressurized gas or vacuum can be adopted. In that case, the number of times of dipping can be selected according to the required film thickness and the slurry composition to be used.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の実施例を10mol%Y23
添加ZrO2(10YSZ)粉末を用いたスラリーによ
るディッピングによる成膜を説明する。 (1) スラリー溶液の調整:スラリー用の溶液とし
て、溶剤、バインダー、分散剤、消泡剤を含んでいる。
溶剤には、エチルアルコール60wt%に、αテルピネ
オール40wt%を混合する。バインダーには、エチル
セルロースを、分散剤には、ポリオキシエチレンアルキ
ルリン酸エステルを、消泡剤には、ソルビタンセスキオ
レエートを用いる。溶液中のそれぞれの混合比は、溶
剤:バインダー:分散剤:消泡剤=93:6.8:0.
1:0.1とした。スターラーにより24時間混合を行
った。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below with reference to 10 mol% Y 2 O 3.
Film formation by dipping with slurry using added ZrO 2 (10YSZ) powder will be described. (1) Preparation of slurry solution: The solution for the slurry contains a solvent, a binder, a dispersant, and an antifoaming agent.
As a solvent, 40 wt% of α-terpineol is mixed with 60 wt% of ethyl alcohol. Ethyl cellulose is used as the binder, polyoxyethylene alkyl phosphate is used as the dispersant, and sorbitan sesquioleate is used as the defoaming agent. The respective mixing ratio in the solution is as follows: solvent: binder: dispersant: defoamer = 93: 6.8: 0.
1: 0.1. Mixing was performed for 24 hours with a stirrer.

【0029】(2) スラリーの調整 比表面積20m2/gの10YSZ粉末を用いて、粉末
30部に、上記溶液を70部とし、ボールミルにより2
4時間混合を行いスラリーの作製を行った。該スラリー
の粘度は74cpsであった。
(2) Preparation of Slurry Using 10 YSZ powder having a specific surface area of 20 m 2 / g, 30 parts of the powder was added to 70 parts of the above solution, and 2 parts were prepared by a ball mill.
Mixing was performed for 4 hours to prepare a slurry. The viscosity of the slurry was 74 cps.

【0030】(3)成膜:上記スラリーを用いて、全長
1100mm、外形22mm、平均気孔径11μmの空
気極上に空気極材料とYSZ複合粉末を成膜した基盤上
にディッピング法によりYSZ膜の成膜を行った。ディ
ッピング方法としては、スラリーを充填した容器中に基
盤を長手方向に50mm/secのスピードにて挿入し
た後、10mm/sec〜10000mm/secの引
き上げスピードにて基盤を取り出した。ディッピング後
の基盤を100℃乾燥した後、YSZ成膜厚が平均約5
0μmとなるように、ディッピング・乾燥を繰り返し
た。
(3) Film formation: Using the above slurry, a YSZ film is formed by dipping on a substrate having a film of an air electrode material and YSZ composite powder formed on an air electrode having a total length of 1100 mm, an outer diameter of 22 mm and an average pore diameter of 11 μm. The membrane was made. As a dipping method, the substrate was inserted into the container filled with the slurry at a speed of 50 mm / sec in the longitudinal direction, and then the substrate was taken out at a lifting speed of 10 mm / sec to 10000 mm / sec. After drying the substrate after dipping at 100 ° C., the YSZ film thickness is about 5 on average.
Dipping and drying were repeated until the thickness became 0 μm.

【0031】(4)焼成:成膜サンプルを1500℃、
5時間にて焼成を行った。
(4) Firing: The film forming sample was heated at 1500 ° C.
The firing was performed for 5 hours.

【0032】(5)膜厚評価:焼成後のサンプルについ
て、サンプルの長手方向に100mm間隔にて、膜厚の
測定を行った。測定方法としては、サンプルの断面につ
いて電子顕微鏡を用いて実測を行った。図1に、各引き
上げスピードによるサンプルの長手方向におけるYSZ
断面の膜厚を示す。なお、図1においてセル長手方向0
mmの位置がサンプルの下方側であり、1000mmの
位置がサンプルの上方側である。
(5) Evaluation of film thickness: The thickness of the fired sample was measured at intervals of 100 mm in the longitudinal direction of the sample. As a measuring method, a cross section of the sample was actually measured using an electron microscope. FIG. 1 shows YSZ in the longitudinal direction of the sample at each pulling speed.
The thickness of the cross section is shown. Note that, in FIG.
The position of mm is the lower side of the sample, and the position of 1000 mm is the upper side of the sample.

【0033】本実施例の結果より、サンプルをスラリー
中よりゆっくりと引き上げるほど、サンプルの上下方向
の膜厚差を低減することができることがわかる。本実施
例において行った10mm/secでのサンプルの引き
上げにおいては、上下方向1000mm長さの上部ち下
部との膜厚差を1.1倍程度に抑えることができた。
From the results of this example, it can be seen that as the sample is pulled up more slowly from the slurry, the difference in the thickness of the sample in the vertical direction can be reduced. In the pulling of the sample at 10 mm / sec performed in this example, the difference in film thickness between the upper part and the lower part having a length of 1000 mm in the vertical direction could be suppressed to about 1.1 times.

【0034】以上のサンプルを、スラリー中からゆっく
りと引き上げることにより、上下方向での膜厚差を低減
することができるのは、基盤に付着したスラリーが上部
から下部に流れ出すことを抑制することができるからで
ある。
By slowly pulling up the sample from the slurry, the difference in film thickness in the vertical direction can be reduced because the slurry attached to the substrate is prevented from flowing from the upper part to the lower part. Because you can.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は以下の効果を発揮する。 成膜基盤とスラリーとを引き離すスピードを制御す
ることにより、成膜基盤の上部と下部との成膜厚の差を
低減することが可能である。 各種形状の基盤(パイプ内外面、平板など)の全面
あるいは任意の一部に成膜することができる。 CVD・EVD法、プラズマ溶射法などと比較し
て、高価な製造装置が不要であり、かつ、大寸法品への
適用も容易である。 〜のため、高性能かつ低コストのSOFCセル
や、酸素センサ、酸素ポンプなどの素子を提供できる。
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects. By controlling the speed at which the film-forming substrate is separated from the slurry, it is possible to reduce the difference in film thickness between the upper and lower portions of the film-forming substrate. Films can be formed on the entire surface of a substrate of various shapes (the inner and outer surfaces of a pipe, a flat plate, or the like) or any part thereof. Compared with the CVD / EVD method, the plasma spraying method or the like, an expensive manufacturing apparatus is not required, and application to a large-sized product is easy. Therefore, a high-performance and low-cost SOFC cell, an oxygen sensor, an oxygen pump, and other elements can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スラリーを成膜基盤にディッピングによ
り成膜する方法において、成膜基盤とスラリーを500
0mm/sec以下のスピードにて引き離すことにより
成膜することを特徴とするディッピングによる成膜方
法。
1. A method for forming a film on a film forming substrate by dipping a slurry, wherein the film forming substrate and the slurry are
A film forming method by dipping, wherein the film is formed by separating the film at a speed of 0 mm / sec or less.
【請求項2】 スラリーを成膜基盤にディッピングによ
り成膜する方法において、成膜基盤とスラリーを500
mm/sec以下のスピードにて引き離すことにより成
膜することを特徴とするディッピングによる成膜方法。
2. A method for forming a film on a film forming substrate by dipping the slurry, wherein the film forming substrate and the slurry are
A film forming method by dipping, wherein the film is formed by separating the film at a speed of not more than mm / sec.
【請求項3】 上記成膜スピードは、スラリー中に設置
した成膜基盤を、引き上げることであることを特徴とす
る請求項1、2いずれかに記載のディッピングによる成
膜方法。
3. The film forming method according to claim 1, wherein the film forming speed is to pull up a film forming substrate installed in the slurry.
【請求項4】 上記成膜スピードは、スラリーが充填さ
れた成膜容器中のスラリーを排出することであることを
特徴とする請求項1、2いずれかに記載のディッピング
による成膜方法。
4. The film forming method according to claim 1, wherein the film forming speed is to discharge the slurry in the film forming container filled with the slurry.
【請求項5】 上記ディッピングによる成膜を複数回行
い、その場合の成膜基盤の上部と下部が、それぞれ上側
に来る回数が等しいことを特徴とする請求項1〜4いず
れかに記載のディッピングによる成膜方法。
5. The dipping method according to claim 1, wherein the film formation by dipping is performed a plurality of times, and the upper and lower portions of the film formation base are equal to each other on the upper side. Film formation method.
【請求項6】 上記ディッピングによる成膜を複数回行
い、その場合の成膜基盤の上部と下部を交互にひっくり
返すことを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載のデ
ィッピングによる成膜方法。
6. The film formation method by dipping according to claim 1, wherein the film formation by dipping is performed a plurality of times, and the upper and lower portions of the film formation base are alternately turned upside down.
【請求項7】 上記スラリーの粘度を1〜500cps
に調整することを特徴とする請求項1〜6いずれかに記
載のディッピングによる成膜方法。
7. The slurry has a viscosity of 1 to 500 cps.
7. The film forming method by dipping according to any one of claims 1 to 6, wherein the adjustment is performed.
【請求項8】 上記スラリー中に固体電解質粉末を混合
することを特徴とする請求項1〜7いずれかに記載のデ
ィッピングによる成膜方法。
8. The film forming method by dipping according to claim 1, wherein a solid electrolyte powder is mixed into the slurry.
【請求項9】 上記スラリー中に混合する固体電解質粉
末としてジルコニア系固体電解質を用いることを特徴と
する請求項8記載のディッピングによる成膜方法。
9. The method according to claim 8, wherein a zirconia-based solid electrolyte is used as the solid electrolyte powder to be mixed into the slurry.
【請求項10】 スラリー中に混合するジルコニア系固
体電解質としてイットリアをドープした粉末(YSZ)
を用いることを特徴とする請求項9記載のディッピング
による成膜方法。
10. A powder (YSZ) doped with yttria as a zirconia-based solid electrolyte mixed in a slurry.
10. The film forming method by dipping according to claim 9, wherein:
【請求項11】 スラリー中に空気極粉末を混合し、空
気極粉末として、(La,Sr)MnO3及び/又は
(La,Ca)MnO3系ペロブスカイト型酸化物粉末
を混合することを特徴とする請求項1〜7いずれかに記
載のディッピングによる成膜方法。
11. An air electrode powder is mixed in a slurry, and (La, Sr) MnO 3 and / or (La, Ca) MnO 3 based perovskite oxide powder is mixed as the air electrode powder. The film forming method by dipping according to claim 1.
【請求項12】 スラリー中にインターコネクター粉末
を混合し、インターコネクター粉末として、(La,C
a)CrO3系ペロブスカイト型酸化物粉末を混合する
ことを特徴とする請求項1〜7いずれかに記載のディッ
ピングによる成膜方法。
12. An interconnector powder is mixed into a slurry to obtain an interconnector powder (La, C
8. The film forming method by dipping according to claim 1, wherein a) a CrO 3 -based perovskite oxide powder is mixed.
【請求項13】 スラリー中に燃料極粉末を混合し、燃
料極粉末として、Ni及び/又はNiOとYSZの複合
粉末を混合することを特徴とする請求項1〜7いずれか
に記載のディッピングによる成膜方法。
13. The dipping method according to claim 1, wherein a fuel electrode powder is mixed in the slurry, and a composite powder of Ni and / or NiO and YSZ is mixed as the fuel electrode powder. Film formation method.
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