JP2000067889A - Method for preparing interconnector film for solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Method for preparing interconnector film for solid electrolyte fuel cell

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JP2000067889A
JP2000067889A JP11165556A JP16555699A JP2000067889A JP 2000067889 A JP2000067889 A JP 2000067889A JP 11165556 A JP11165556 A JP 11165556A JP 16555699 A JP16555699 A JP 16555699A JP 2000067889 A JP2000067889 A JP 2000067889A
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film
interconnector
atmosphere side
fuel cell
cell
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Japanese (ja)
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Kenichi Hiwatari
研一 樋渡
Akira Ueno
晃 上野
Masanobu Aizawa
正信 相沢
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Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an output loss following a contact resistance with a collector at the time of a power generation by an inexpensive wet method and realize a high output of a cell by forming a lanthanum chromite film on the oxidation atmosphere side and a nickel oxide film on the reduction atmosphere side and calcinating it. SOLUTION: In order to form an interconnector film of a solid electrolyte fuel cell, electric conductivity is outstandingly lowered on the reduction atmosphere side in an interconnector of only a lanthanum chromite on the reduction atmosphere side and since a nickel oxide is converted to nickel and a conductivity is enhanced when the nickel oxide film is provided on the reduction atmosphere side, it is preferable that a lanthanum chromite film is formed on the oxidation atmosphere side and the nickel oxide film is formed on the reduction atmosphere side. Then, a calcination temperature of the interconnector film is preferably 1300 to 1550 deg.C. Moreover, an average particle diameter of the nickel oxide powder is preferably 1-20 μm in order to prevent a calcination- breaking of the film and prepare a fine film.

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
池用インターコネクター膜の作製方法に関して、酸化雰
囲気側にランタンクロマイト膜と還元雰囲気側に酸化ニ
ッケル膜を設け、焼成することに関する。特には、燃料
電池の発電時において集電材との接触抵抗を減らしイン
ターコネクター部でジュール熱損失に伴う出力のロスを
低減させるのに好適なインターコネクター膜の作製方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an interconnector film for a solid oxide fuel cell, which relates to providing a lanthanum chromite film on an oxidizing atmosphere side and a nickel oxide film on a reducing atmosphere side, followed by firing. In particular, the present invention relates to a method of manufacturing an interconnector film suitable for reducing contact resistance with a current collector during power generation of a fuel cell and reducing output loss due to Joule heat loss in an interconnector section.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ランタンクロマイトからなるイン
ターコネクターの集電方法としては、ランタンクロマイ
トと集電材を直接接合して発電試験を行っていた。
2. Description of the Related Art Heretofore, as a current collecting method of an interconnector made of lanthanum chromite, a power generation test was performed by directly joining lanthanum chromite and a current collector.

【0003】特開平4−282566号では、インター
コネクターの構造として耐酸化性セラミックス層と耐還
元性金属層が好ましいとしている。
[0003] Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-282566 discloses that an oxidation-resistant ceramic layer and a reduction-resistant metal layer are preferable as the structure of the interconnector.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ランタンクロマイト膜
と集電材を接触させて集電を行うと、集電材との接触抵
抗が大きくなり、ジュール熱損失に伴う出力ロスが大き
く、高出力を得ることができない。
When current is collected by bringing the lanthanum chromite film into contact with the current collector, the contact resistance with the current collector increases, the output loss accompanying Joule heat loss increases, and a high output is obtained. Can not.

【0005】特開平4−282566号では、インター
コネクターの構造として耐酸化性セラミックス層と耐還
元性金属層からなるとしているがこの構造のインターコ
ネクター膜を固体電解質型燃料電池に用いる場合、金属
層を設けるため酸化雰囲気下での焼結が困難であること
から通常の湿式法による作製は難しく、製造方法として
はCVD・EVD法や溶射法に限定される。これらの方
法によってインターコネクター膜の作製は可能である
が、大気と遮断された特殊な雰囲気・物理条件下で成膜
を行う必要があるため高価な装置を必要とすることと大
型部材への膜付が困難で、かつ生産性も低く、高コスト
であることから実用的ではない。また、めっき法を用い
ても金属層の作製は可能であるが、この方法も工程数が
多いため、高コストとなり実用的でない。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-282566, it is described that the structure of an interconnector comprises an oxidation-resistant ceramic layer and a reduction-resistant metal layer. However, when an interconnector film having this structure is used for a solid oxide fuel cell, Since it is difficult to perform sintering in an oxidizing atmosphere due to the provision of the method described above, it is difficult to fabricate by a normal wet method, and the manufacturing method is limited to a CVD / EVD method or a thermal spraying method. Although the interconnector film can be manufactured by these methods, it is necessary to form the film under special atmosphere and physical conditions shielded from the air, so that expensive equipment is required, and the film for large members is required. It is not practical because it is difficult to attach, the productivity is low, and the cost is high. Although a metal layer can be prepared by using a plating method, this method is also impractical because of the large number of steps, resulting in high cost.

【0006】本発明は、固体電解質型燃料電池のインタ
ーコネクター膜の作製において、安価な湿式法によって
発電時に集電材との接触抵抗に伴う出力ロスを低減さ
せ、セルの高出力化を図ることができるインターコネク
ター膜を作製する方法を提供することを目的とする。
According to the present invention, in the manufacture of an interconnector membrane for a solid oxide fuel cell, it is possible to reduce the output loss due to contact resistance with a current collector during power generation by an inexpensive wet method, and to increase the output of the cell. It is an object of the present invention to provide a method for producing an interconnector film that can be used.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、固体電解質型燃料電池のインターコネクタ
ー膜を成膜する方法であって、酸化雰囲気側にランタン
クロマイト膜、還元雰囲気側に酸化ニッケル膜を成膜
し、焼成することを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention provides a method for forming an interconnector film of a solid oxide fuel cell, comprising a lanthanum chromite film on an oxidizing atmosphere side and a lanthanum chromite film on a reducing atmosphere side. A nickel oxide film is formed and fired.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明の典型的な応用形態におい
ては、多孔質セラミック基体が固体電解質型燃料電池の
空気電極であり、ある程度緻密なセラミック基体が同空
気電極とインターコネクターの中間層(プリコート層)
であり、インターコネクターがランタンクロマイトと酸
化ニッケルの共焼結体である。固体電解質型燃料電池の
インターコネクターには以下のような特性が要求される
が、本発明のランタンクロマイトと酸化ニッケルの共焼
結体緻密膜の形成方法は、そのようなインターコネクタ
ーの形成方法として好適である。 ・電気伝導性が高いこと。インターコネクターの役割は
固体電解質型燃料電池の単位セル間の電気的導通をとる
ことであるので最も基本的な要求事項である。電気伝導
性が低いと、インターコネクター内で電力の自己消費が
大きくなり、セルの発電効率が低下する。電気伝導率
は、成膜状態で10S・cm 1以上(より好ましくは
40S・cm 1以上)が要求される。 ・通気性が低いこと。インターコネクターの表裏面には
燃料ガス(H2、CO等)と酸化剤(空気等)が流れる
が、これらがインターコネクターを通って混じり合った
のではセルの発電性能が低下する。通気性は、0.01
(m3/m2・hr・atm)以下(より好ましくは0.
0001(m3/m2・hr・atm)以下)が要求され
る。 ・酸化・還元いずれにも耐久性があること。 ・熱膨張係数がYSZ(イットリア安定化ジルコニア)
等の他のセルの構成材と近似していること。 ・LaSrMnO3、LaCaMnO3のような空気電極
材およびYSZとの反応性が低いこと。 ・薄膜に成膜できること。インターコネクターには、そ
の厚み方向に電流が流れるので、薄い方が抵抗が少なく
なる。膜厚200μm以下が要求される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In a typical application of the present invention, a porous ceramic substrate is an air electrode of a solid oxide fuel cell, and a somewhat dense ceramic substrate is an intermediate layer between the air electrode and an interconnector. Pre-coat layer)
And the interconnector is a co-sintered body of lanthanum chromite and nickel oxide. The interconnector of a solid oxide fuel cell is required to have the following properties.However, the method for forming a dense sintered film of lanthanum chromite and nickel oxide of the present invention is a method for forming such an interconnector. It is suitable. -High electrical conductivity. Since the role of the interconnector is to establish electrical continuity between the unit cells of the solid oxide fuel cell, it is the most basic requirement. If the electric conductivity is low, the self-consumption of electric power in the interconnector increases, and the power generation efficiency of the cell decreases. Electrical conductivity, 10S · cm at a film formation condition - 1 or more (more preferably 40S · cm - 1 or more) is required. -Low air permeability. Fuel gas (H 2 , CO, etc.) and oxidant (air, etc.) flow on the front and back surfaces of the interconnector, but if these mix through the interconnector, the power generation performance of the cell will be reduced. Breathability is 0.01
(M 3 / m 2 · hr · atm) or less (more preferably 0.
0001 (m 3 / m 2 · hr · atm) or less).・ Durable in both oxidation and reduction.・ The thermal expansion coefficient is YSZ (yttria stabilized zirconia)
And similar to other cell components. -Low reactivity with air electrode materials such as LaSrMnO 3 and LaCaMnO 3 and YSZ. -It can be formed into a thin film. Since a current flows through the interconnector in the thickness direction, the thinner the resistance, the lower the resistance. A film thickness of 200 μm or less is required.

【0009】本発明において、酸化雰囲気側にランタン
クロマイト膜を成膜し、還元雰囲気側に酸化ニッケル膜
を成膜することが好ましい。この理由は、ランタンクロ
マイトのみのインターコネクターでは還元雰囲気側で導
電率が著しく低下することと還元雰囲気側に酸化ニッケ
ル膜を設けると酸化ニッケルがニッケルに変化し導電性
が向上するためである。
In the present invention, it is preferable to form a lanthanum chromite film on the oxidizing atmosphere side and to form a nickel oxide film on the reducing atmosphere side. The reason for this is that the electrical conductivity of the interconnector containing only lanthanum chromite is significantly reduced on the reducing atmosphere side, and that when a nickel oxide film is provided on the reducing atmosphere side, nickel oxide is changed to nickel and conductivity is improved.

【0010】本発明において、インターコネクター膜の
焼成温度が1300〜1550℃であることが好まし
い。この理由は、1300℃以下であるとランタンクロ
マイトの焼結助剤(Caドープではカルシウムクロメイ
ト、Srドープではストロンチウムクロメイト)の活性
が低く緻密な膜が得られにくいためで、1550℃以上
では固体電解質型燃料電池の作製において他材料より高
い温度での焼成となり実用的でないためである。なお、
焼成時の雰囲気は他材料(特に空気極材料)を考慮して
Air雰囲気が好ましい。
In the present invention, the firing temperature of the interconnector film is preferably 1300 to 1550 ° C. The reason for this is that if the temperature is 1300 ° C. or less, the activity of the sintering aid of lanthanum chromite (calcium chromate for Ca doping, strontium chromate for Sr doping) is low, and it is difficult to obtain a dense film. This is because firing at a higher temperature than other materials is not practical in manufacturing a solid oxide fuel cell. In addition,
The atmosphere at the time of firing is preferably an Air atmosphere in consideration of other materials (particularly, air electrode materials).

【0011】本発明において、ランタンクロマイトへド
ープする物質については特に限定されていない。Ca,
Sr,Mg,Co,Zn,Ti,Li等を採用できる。
インターコネクター膜の焼成温度が1300〜1550
℃で緻密な膜を作製する観点からCaを含んだランタン
クロマイトが好ましい。
In the present invention, the substance to be doped into lanthanum chromite is not particularly limited. Ca,
Sr, Mg, Co, Zn, Ti, Li and the like can be adopted.
The firing temperature of the interconnector film is 1300-1550
Lanthanum chromite containing Ca is preferred from the viewpoint of producing a dense film at a temperature of ° C.

【0012】本発明において、酸化ニッケル粉末の平均
粒径が0.1〜20μmが好ましい。この理由は、0.
1μmより小さいと焼結性が高すぎるため膜の焼成切
れ、剥離等を引き起こす可能性があり、20μmより大
きいと焼結性が低すぎるため緻密な膜を作製することが
困難なためである。
In the present invention, the average particle size of the nickel oxide powder is preferably 0.1 to 20 μm. The reason is as follows.
If the thickness is smaller than 1 μm, the sintering property is too high, which may cause the film to be cut off or peeled off. If it is larger than 20 μm, the sintering property is too low, so that it is difficult to produce a dense film.

【0013】本発明においては、ランタンクロマイト膜
用の粉体の合成方法については特に限定されるものでは
ない。共沈法、粉末混合法、噴霧熱分解法、ゾルゲル
法、蒸発乾固法等を採用できる。この中では噴霧熱分解
法が組成の均一性が高いこと、シリカ、鉄等の不純物の
混入が少ないこと、作業工程が短い(コストが安い)こ
とから等の観点から好ましい。
In the present invention, the method for synthesizing the powder for the lanthanum chromite film is not particularly limited. A coprecipitation method, a powder mixing method, a spray pyrolysis method, a sol-gel method, an evaporation to dryness method and the like can be employed. Among them, the spray pyrolysis method is preferred from the viewpoints of high uniformity of composition, low contamination of impurities such as silica and iron, and short working process (low cost).

【0014】[0014]

【実施例】以下、より具体的に説明する。図1は、本発
明の一実施例に係る円筒型セルタイプ固体電解質型燃料
電池のセルの構造を示す断面図である。(A)は全体の
縦断面図であり、(B)は(A)のB−B断面を示す横
断面図である。
The present invention will be described more specifically below. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a cell of a cylindrical cell type solid oxide fuel cell according to one embodiment of the present invention. (A) is an overall longitudinal sectional view, and (B) is a transverse sectional view showing a BB section of (A).

【0015】図1のセル組立体1は、円筒セル3と空気
導入管5とよりなる。円筒セル3は、断面が積層構造を
有する上端開放―下端封止の有底セラミックチューブで
ある。空気導入管5は、単純な断面構造のセラミックチ
ューブ(例えば円筒セル3と線膨張率がほぼ等しいYS
Z製や、熱衝撃性に優れるAl23製)である。空気導
入管5は、円筒セル3の内孔内にセル開放端21から差
し込まれており、空気導入管5の先端は、セル内孔の底
近くにまで達している。セル3の底と空気導入管5の下
端25との隙間は一例として10mmである。この空気
導入管5の下端25からは、上述のように空気(酸化
剤)がセル3内に供給される。そして空気はセル3内を
上昇しつつ、セル3外に存在する燃料ガスと電気化学的
に反応して発電が行われる。
The cell assembly 1 shown in FIG. 1 includes a cylindrical cell 3 and an air introduction pipe 5. The cylindrical cell 3 is a bottomed ceramic tube having a cross-section having a laminated structure and an open top and a closed bottom. The air introduction pipe 5 is a ceramic tube having a simple cross-sectional structure (for example, YS having a linear expansion coefficient substantially equal to that of the cylindrical cell 3)
Z or Al 2 O 3 which is excellent in thermal shock resistance). The air introduction tube 5 is inserted into the inner hole of the cylindrical cell 3 from the cell open end 21, and the tip of the air introduction tube 5 reaches near the bottom of the cell inner hole. The gap between the bottom of the cell 3 and the lower end 25 of the air introduction pipe 5 is 10 mm as an example. From the lower end 25 of the air introduction pipe 5, air (oxidizing agent) is supplied into the cell 3 as described above. The air rises inside the cell 3 and electrochemically reacts with the fuel gas existing outside the cell 3 to generate power.

【0016】セル3の断面構造を図1(B)を参照しつ
つ説明する。セル3はいくつかの層(膜)の積層構造を
している。まず最も内側のリング状に存在するのが空気
極11である。この空気極11は、セルを支える強度部
材(支持体)としての役割も有する。この空気極11
は、ストロンチウムドープランタンマンガナイト(LS
M)の多孔質体である。空気極11は、その中を空気が
通過するとともにカソードとなる。
The cross-sectional structure of the cell 3 will be described with reference to FIG. The cell 3 has a laminated structure of several layers (films). First, the air electrode 11 exists in the innermost ring shape. The air electrode 11 also has a role as a strength member (support) for supporting the cell. This air electrode 11
Is the Strontium Do Printemps Manga Night (LS
M) is a porous body. The air electrode 11 serves as a cathode while air passes through it.

【0017】次に、空気極11の表面に存在するのが固
体電解質膜13である。この固体電解質膜13には、図
の左側で一部途切れた部分(インターコネクター17、
18の部分)がある。固体電解質膜13は、イットリア
安定化ジルコニア(YSZ)の緻密膜である。固体電解
質膜13は、その中をO2-イオンが通過するとともに、
セル3内の空気とセル3外の燃料ガスとが直接混合しな
いように遮蔽膜の役割を果たす。
Next, the solid electrolyte membrane 13 is present on the surface of the air electrode 11. This solid electrolyte membrane 13 has a part (interconnector 17,
18). The solid electrolyte membrane 13 is a dense membrane of yttria-stabilized zirconia (YSZ). The solid electrolyte membrane 13 has O 2− ions passing therethrough,
It functions as a shielding film so that the air inside the cell 3 and the fuel gas outside the cell 3 are not directly mixed.

【0018】次に、固体電解質膜13の外側にほぼリン
グ状に存在するのが燃料極15である。この燃料極15
には、図の左側で一部途切れた部分(インターコネクタ
ー17、18周辺の部分)がある。燃料極15は、Ni
―YSZサーメットの多孔質膜である。燃料極15中を
燃料ガスが通過するとともに、アノードとなる。
Next, the fuel electrode 15 exists in a substantially ring shape outside the solid electrolyte membrane 13. This fuel electrode 15
There is a part (part around the interconnectors 17 and 18) that is partially interrupted on the left side of the figure. The fuel electrode 15 is made of Ni
-YSZ cermet porous membrane. The fuel gas passes through the fuel electrode 15 and becomes an anode.

【0019】インターコネクター17、18(図1
(A)、(B)の左側)は、空気極11上を帯状にセル
3の軸方向に延びる膜である。インターコネクター17
は、カルシウムドープランタンクロマイト膜でインター
コネクター18は、酸化ニッケル膜で各々緻密膜であ
る。このインターコネクター17、18は空気極と導通
してセル3外面に空気極との導通部を表出させる役割、
およびセル3内外を遮断する役割を果たす。インターコ
ネクター17、18は、燃料極15とは、導通を避ける
ために接していない。
The interconnectors 17, 18 (FIG. 1)
(A), (B) left side is a film extending in the axial direction of the cell 3 in a band shape on the air electrode 11. Interconnector 17
Is a calcium dope lanthanum chromite film, and the interconnectors 18 are nickel oxide films, each of which is a dense film. The interconnectors 17 and 18 are connected to the air electrode to expose a conductive portion with the air electrode on the outer surface of the cell 3.
And plays a role of blocking the inside and outside of the cell 3. The interconnectors 17 and 18 are not in contact with the fuel electrode 15 to avoid conduction.

【0020】インターコネクター17と空気極11との
間にある空気極とインターコネクターの中間層16は、
インターコネクター膜の焼成時に焼結助剤が空気極に拡
散するのを抑えるために設けられた層であり、設けた方
が好ましい。
The intermediate layer 16 of the air electrode and the interconnector between the interconnector 17 and the air electrode 11
This layer is provided to suppress the diffusion of the sintering aid into the air electrode when the interconnector film is fired, and is preferably provided.

【0021】インターコネクター18上にはNiフェル
ト製の集電材19が配置されている。集電材19の他面
には、左側のセル3’の燃料極面15’が接触してい
る。
A current collector 19 made of Ni felt is arranged on the interconnector 18. The other surface of the current collector 19 is in contact with the fuel electrode surface 15 'of the left cell 3'.

【0022】次に、テストセルによる発電性能試験結果
について説明する。以下条件によりテストセルを制作し
た。 (1)セル仕様 ・ 形式:空気極自己支持型、セル外径13mm、セル
長さ200mm ・ 空気極:材質La0.75Sr0.25MnO3、外径13m
m、厚さ1.5mm、導電率100S・cm 1、気孔
率35%、押し出し→焼成 ・ 固体電解質膜:材質8mol%Y2O3安定化Zr
O2、厚さ20μm、スラリーコート→焼成 ・インターコネクター: 実施例:材質La0.8Ca0.2CrO3(厚さ40μm、
スラリーコート→焼成)NiO(厚さ20μm、スラリ
ーコート→焼成) 本実施例は、酸化雰囲気側にランタンクロマイト膜を成
膜、焼成し、還元雰囲気側に酸化ニッケル膜を成膜、焼
成する場合であるが、酸化雰囲気側にランタンクロマイ
ト膜を成膜し、還元雰囲気側に酸化ニッケル膜を成膜
し、共焼成する場合は、材質La0.8Ca0.2CrO3
よびNiO、厚さ60μm、導電率40S・cm 1
スラリーコート→焼成などが考えられる。 比較例1:材質La0.8Ca0.2CrO3、厚さ40μ
m、導電率30S・cm 1、スラリーコート→焼成 比較例2:材質La0.8Ca0.2CrO3およびNi、厚
さ45μm(La0.8Ca0.2CrO3膜40μm,スラ
リーコート法、Ni膜5μm,無電解めっき法)、導電
率40S・cm 1 ・燃料極:材質YSZ・Niサーメット、厚さ60μ
m、 導電率1400S・cm-1、気孔率40%、スラ
リーコート→焼成
Next, the results of a power generation performance test using a test cell
Will be described. A test cell was created under the following conditions.
Was. (1) Cell specifications-Type: Self-supporting air electrode type, cell outer diameter 13mm, cell
Length 200mm ・ Air electrode: Material La0.75Sr0.25MnOThree, Outer diameter 13m
m, thickness 1.5mm, conductivity 100S ・ cm 1, Stoma
Extrusion rate → sintering 35% Solid electrolyte membrane: Material 8mol% Y2O3 stabilized Zr
O2, thickness 20μm, slurry coating → firing ・ Interconnector: Example: Material La0.8Ca0.2CrOThree(40 μm thick,
Slurry coat → firing) NiO (thickness 20μm, slurry
In this example, a lanthanum chromite film was formed on the oxidizing atmosphere side.
The film is fired, and a nickel oxide film is formed on the reducing atmosphere side.
Lanthanum chromium on the oxidizing atmosphere side.
A nickel oxide film on the reducing atmosphere side
When co-firing, the material La0.8Ca0.2CrOThreeYou
And NiO, thickness 60 μm, conductivity 40 S · cm 1,
Slurry coating → firing etc. can be considered. Comparative Example 1: Material La0.8Ca0.2CrOThree, Thickness 40μ
m, conductivity 30S · cm 1, Slurry coating → firing Comparative Example 2: Material La0.8Ca0.2CrOThreeAnd Ni, thickness
45 μm (La0.8Ca0.2CrOThree40 μm film, slurry
Leacoat method, Ni film 5μm, electroless plating method), conductive
Rate 40Scm 1 ・ Fuel electrode: Material YSZ ・ Ni cermet, thickness 60μ
m, conductivity 1400S · cm-1, Porosity 40%, Slur
Leacoat → firing

【0023】(2)作製方法 ・空気極(支持体):上記LSM粉に、有機バインダ
ー、グリセリン、水を加えて混練した。次にこのコンパ
ウンドを押し出し成形した。押し出し成形後に、グリー
ン状態で真円度を調整した。その後、乾燥・脱脂し、続
いて1350〜1500℃で10時間の焼成をした。
(2) Manufacturing method Air electrode (support): An organic binder, glycerin and water were added to the above LSM powder and kneaded. Next, the compound was extruded. After the extrusion molding, the roundness was adjusted in a green state. Thereafter, drying and degreasing were performed, followed by firing at 1350 to 1500 ° C. for 10 hours.

【0024】・インターコネクター成膜: 実施例:上記空気極上のインターコネクター成膜部にL
0.8Ca0.2MnO3膜を成膜焼成後、La0.8Ca0.2
CrO3膜をスラリーコートで成膜した後1400℃で
10時間の焼成をした。その上にNiO膜をスラリーコ
ートで成膜し、1400℃で10時間の焼成をした。酸
化雰囲気側にランタンクロマイト膜を成膜し、還元雰囲
気側に酸化ニッケル膜を成膜し、共焼成する場合は、上
記空気極上のインターコネクター成膜部にLa0.8Ca
0.2MnO3膜を成膜焼成後、La0.8Ca0.2CrO3
をスラリーコートで成膜した後、NiO膜をスラリーコ
ートで成膜し、1400℃で10時間の焼成などが考え
られる。 比較例1:上記空気極上のインターコネクター成膜部に
La0.8Ca0.2MnO3膜を成膜焼成後、La0.8Ca
0.2CrO3膜をスラリーコートで成膜した後、1400
℃で10時間の焼成をした。 比較例2:上記空気極上のインターコネクター成膜部に
La0.8Ca0.2MnO3膜を成膜焼成後、La0.8Ca
0.2CrO3膜をスラリーコートで成膜した後、金属ニッ
ケル膜を無電解めっき法で成膜した。(以下、メタライ
ズと示す)
-Interconnector film formation: Example: L is applied to the interconnector film formation section on the air electrode.
After a 0.8 Ca 0.2 MnO 3 film is formed and fired, La 0.8 Ca 0.2
After forming a CrO 3 film by slurry coating, it was baked at 1400 ° C. for 10 hours. An NiO film was formed thereon by slurry coating and baked at 1400 ° C. for 10 hours. In the case where a lanthanum chromite film is formed on the oxidizing atmosphere side, a nickel oxide film is formed on the reducing atmosphere side, and co-firing is performed, La 0.8 Ca is formed on the interconnector film forming portion on the air electrode.
After forming and firing a 0.2 MnO 3 film, a La 0.8 Ca 0.2 CrO 3 film is formed by a slurry coat, then a NiO film is formed by a slurry coat, and firing at 1400 ° C. for 10 hours is considered. Comparative Example 1: after forming fired La 0.8 Ca 0.2 MnO 3 films interconnector film forming unit of the air superb, La 0.8 Ca
After forming a 0.2 CrO 3 film by slurry coating, 1400
C. for 10 hours. Comparative Example 2: La 0.8 Ca 0.2 MnO 3 film was formed on the interconnector film forming portion on the air electrode, and after firing, La 0.8 Ca
After a 0.2 CrO 3 film was formed by slurry coating, a metal nickel film was formed by electroless plating. (Hereinafter referred to as metallization)

【0025】・固体電解質膜成膜:上記YSZを、スラ
リーコート、焼成により、上記下地層上に成膜した。 ・燃料極成膜:上記Ni―YSZサーメットをスラリー
コート、焼成により、上記固体電解質層上に成膜した。
なお、NiOの還元処理は(H2+11%H2O):N2
=3:97雰囲気下、1000℃で3時間行った。
Solid electrolyte membrane formation: The YSZ was formed on the underlayer by slurry coating and baking. -Fuel electrode film formation: The above-mentioned Ni-YSZ cermet was formed on the above-mentioned solid electrolyte layer by slurry coating and firing.
The reduction treatment of NiO is performed by (H 2 + 11% H 2 O): N 2
= 3: 97 at 1000 ° C for 3 hours in an atmosphere.

【0026】インターコネクター膜上にNiフェルトの
集電材を当接させて取り付け、SOFC運転時と同じ雰
囲気(下記)でインターコネクター膜と集電材を接着し
た。
A current collector of Ni felt was mounted on the interconnector film in contact with the interconnector film, and the interconnector film and the current collector were adhered in the same atmosphere (described below) during the operation of the SOFC.

【0027】このセルを以下の条件で運転した。 (3)発電条件 ・ 燃料:(H2+11%H2O) ・ 酸化剤:Air ・セル温度:1000℃ ・燃料利用率:85%This cell was operated under the following conditions. (3) Power generation conditions ・ Fuel: (H 2 + 11% H 2 O) ・ Oxidizing agent: Air ・ Cell temperature: 1000 ° C. ・ Fuel utilization rate: 85%

【0028】(4)試験結果 図2は、インターコネクターをLa0.8Ca0.2CrO3
膜をスラリーコートで成膜焼成した後、NiO膜をスラ
リーコートで成膜焼成した本実施例のSOFCセルと、
インターコネクターをLa0.8Ca0.2CrO3膜としメ
タライズを行わなかった比較例1のSOFCセルおよび
インターコネクターを金属ニッケル膜でメタライズを行
った比較例2のSOFCセルの発電特性を比較して示す
グラフである。横軸は、電流の面積密度を示し、縦軸は
出力の面積密度を示す。なお、電流密度は、外部回路の
抵抗を変えることによって変化させた。図2に示される
ように、比較例1のメタライズ無しの場合、出力密度の
ピークが0.1W/cm2程度なのに対して、実施例お
よび比較例2の場合、出力密度のピークが0.3W/c
2程度と3倍程度もの高出力を示した。これは、比較
例1では電流密度の増加とともにインターコネクターと
集電材の界面の接触抵抗が著しく増大して同部でのジュ
ール損失が増加したのに対し、実施例および比較例2で
は接触抵抗が低かったためと考えられる。以上に示すよ
うに本実施例で示すように酸化雰囲気側にランタンクロ
マイト膜を成膜焼成し、還元雰囲気側に酸化ニッケル膜
を成膜焼成して作製したインターコネクター膜を用いて
もメタライズしたインターコネクターと同様の性能を示
すことがわかった。
(4) Test Results FIG. 2 shows that the interconnectors were La 0.8 Ca 0.2 CrO 3
The SOFC cell of this example, in which the film was fired by slurry coating and then the NiO film was fired by slurry coating,
FIG. 5 is a graph comparing the power generation characteristics of the SOFC cell of Comparative Example 1 in which the interconnector was a La 0.8 Ca 0.2 CrO 3 film and was not metallized and the SOFC cell of Comparative Example 2 in which the interconnector was metallized with a metal nickel film. is there. The horizontal axis indicates the current area density, and the vertical axis indicates the output area density. Note that the current density was changed by changing the resistance of the external circuit. As shown in FIG. 2, the peak of the output density is about 0.1 W / cm 2 in the case of the metallization of Comparative Example 1 which is about 0.1 W / cm 2 , whereas the peak of the output density is 0.3 W in the example and the comparative example 2. / C
The output was about three times as high as about m 2 . This is because, in Comparative Example 1, the contact resistance at the interface between the interconnector and the current collector significantly increased with an increase in the current density, and the Joule loss in the same portion increased, whereas the contact resistance in Example and Comparative Example 2 decreased. Probably because it was low. As described above, as shown in this example, a lanthanum chromite film is formed and baked on the oxidizing atmosphere side, and a nickel oxide film is formed and baked on the reducing atmosphere side. It turned out to show the same performance as the connector.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上に説明した如く本発明によれば、固
体電解質型燃料電池のインターコネクターにおいて、酸
化雰囲気側にランタンクロマイトを、還元雰囲気側に酸
化ニッケルを成膜し、焼成して作製したインターコネク
ター膜では、インターコネクター膜をメタライズしたも
のと同程度の高出力密度を有するセルを作製することが
できる。また、安価な湿式法によってめっき法などの高
価な方法と同程度の性能を示すインターコネクター膜を
作製することができる。
As described above, according to the present invention, in the interconnector of the solid oxide fuel cell, the lanthanum chromite is formed on the oxidizing atmosphere side and the nickel oxide is formed on the reducing atmosphere side and fired. In the case of an interconnector film, a cell having a high output density comparable to that obtained by metallizing the interconnector film can be produced. Further, an interconnector film exhibiting the same performance as an expensive method such as a plating method can be manufactured by an inexpensive wet method.

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

【図1】本発明の一実施例に係る円筒セルタイプ固体電
解質型燃料電池のセル(組立体)の構造を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a cell (assembly) of a cylindrical cell type solid oxide fuel cell according to one embodiment of the present invention.

【図2】インターコネクターをLa0.8Ca0.2CrO3
膜をスラリーコートで成膜焼成後、NiO膜をスラリー
コートで成膜焼成した本実施例のSOFCセルと、イン
ターコネクターをLa0.8Ca0.2CrO3膜としメタラ
イズを行わなかった比較例1のSOFCセルおよびイン
ターコネクターをLa0.8Ca0.2CrO3膜としメタラ
イズを行った比較例2のSOFCセルの発電特性を比較
して示すグラフである。
[Fig. 2] La 0.8 Ca 0.2 CrO 3 interconnector
The SOFC cell of the present example in which the film was formed and fired with a slurry coat and then the NiO film was formed and fired with a slurry coat, and the SOFC cell of Comparative Example 1 in which the interconnector was a La 0.8 Ca 0.2 CrO 3 film and metallization was not performed 9 is a graph showing a comparison between power generation characteristics of SOFC cells of Comparative Example 2 in which metallization was performed using an interconnector as a La 0.8 Ca 0.2 CrO 3 film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セル組立図 3 円筒セル 5 空気導入管 11 空気極 15 燃料極 16 空気極とインターコネクターの中間層 17 インターコネクター(ランタンクロマイト膜) 18 インターコネクター(酸化ニッケル膜) 19 集電材(Niフェルト) 21 セル上端(開放端) 25 導入管先端 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell assembly drawing 3 Cylindrical cell 5 Air introduction pipe 11 Air electrode 15 Fuel electrode 16 Intermediate layer between air electrode and interconnector 17 Interconnector (lanthanum chromite film) 18 Interconnector (nickel oxide film) 19 Current collector (Ni felt) 21 Cell top (open end) 25 Inlet tube tip

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体電解質型燃料電池のインターコネク
ター膜を成膜する方法であって、酸化雰囲気側にランタ
ンクロマイト膜、還元雰囲気側に酸化ニッケル膜を成膜
し、焼成することを特徴とする固体電解質型燃料電池用
インターコネクター膜の作製方法。
1. A method for forming an interconnector film of a solid oxide fuel cell, comprising forming a lanthanum chromite film on an oxidizing atmosphere side and a nickel oxide film on a reducing atmosphere side, and firing. Method for producing interconnector membrane for solid oxide fuel cell.
【請求項2】 固体電解質型燃料電池のインターコネク
ター膜を成膜する方法であって、酸化雰囲気側にランタ
ンクロマイト膜を成膜し、還元雰囲気側に酸化ニッケル
膜を成膜し、共焼成することを特徴とする固体電解質型
燃料電池用インターコネクター膜の作製方法。
2. A method for forming an interconnector film of a solid oxide fuel cell, comprising forming a lanthanum chromite film on an oxidizing atmosphere side, forming a nickel oxide film on a reducing atmosphere side, and co-firing. A method for producing an interconnector membrane for a solid oxide fuel cell, comprising:
【請求項3】 固体電解質型燃料電池のインターコネク
ター膜の成膜であって、酸化雰囲気側にランタンクロマ
イト膜を成膜、焼成し、還元雰囲気側に酸化ニッケル膜
を成膜、焼成することを特徴とする固体電解質型燃料電
池のインターコネクター膜の作製方法。
3. A method for forming an interconnector film for a solid oxide fuel cell, comprising forming and firing a lanthanum chromite film on an oxidizing atmosphere side and forming and firing a nickel oxide film on a reducing atmosphere side. A method for producing an interconnector membrane of a solid oxide fuel cell, which is characterized in that:
【請求項4】 上記インターコネクター膜の成膜を湿式
法で行うことを特徴とする請求項1〜3記載の固体電解
質型燃料電池用インターコネクター膜の作製方法。
4. The method for producing an interconnector film for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the interconnector film is formed by a wet method.
【請求項5】 上記インターコネクター膜の焼成温度が
1300〜1550℃である請求項1、2記載の固体電
解質型燃料電池用インターコネクター膜の作製方法。
5. The method for producing an interconnector membrane for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the sintering temperature of the interconnector membrane is 1300 to 1550 ° C.
【請求項6】 上記ランタンクロマイト膜、酸化ニッケ
ル膜の焼成温度が1300〜1550℃である請求項
1、3記載の固体電解質型燃料電池用インターコネクタ
ー膜の作製方法。
6. The method for producing an interconnector film for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the firing temperature of the lanthanum chromite film and the nickel oxide film is 1300 to 1550 ° C.
【請求項7】 上記酸化ニッケル膜に用いる酸化ニッケ
ル粉末の平均粒径が0.1〜20μmである請求項1〜
6記載の固体電解質型燃料電池用インターコネクター膜
の作製方法。
7. The nickel oxide powder used for the nickel oxide film has an average particle size of 0.1 to 20 μm.
7. The method for producing an interconnector membrane for a solid oxide fuel cell according to 6.
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