JP2000243405A - Manufacture of solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Manufacture of solid electrolyte fuel cell

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JP2000243405A
JP2000243405A JP11045526A JP4552699A JP2000243405A JP 2000243405 A JP2000243405 A JP 2000243405A JP 11045526 A JP11045526 A JP 11045526A JP 4552699 A JP4552699 A JP 4552699A JP 2000243405 A JP2000243405 A JP 2000243405A
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Japan
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cathode
slurry
fuel cell
electrolyte
solid
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JP11045526A
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Japanese (ja)
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Shunji Takenoiri
俊司 竹野入
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a cathode having good adhesivity to an electrolyte layer and, sintered at a low temperature. SOLUTION: Sol containing alkoxide of the same composition and pure water are added to (LaSr)MnO3 as cathode powder, fully mixed and dried so as to gelate the sol, and are crushed. Then, polyvinyl butyral, diethylene glycol, and acetone are added, mixed, followed by deacetonizing treatment to obtain cathode slurry. The cathode slurry thus prepared is coated on an electrolyte layer formed on an anode to form a cathode, and the cathode is sintered by heating to an operation temperature.

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】この発明は、固体電解質を用
い電気化学反応によってそのギブスのエネルギーを電気
エネルギーに変換する固体電解質型燃料電池の製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a solid oxide fuel cell which converts Gibbs energy into electrical energy by an electrochemical reaction using a solid electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】イットリア安定化ジルコニア等の酸化物
固体電解質を用いる燃料電池、すなわち固体電解質型燃
料電池(Solid Oxide Fuel Cell ;以下SOFCと略記
する)は、作動温度が 800〜1000℃という高温であるた
め、発電効率が高く、また燃料ガスの改質が簡素化され
るという利点を持つ。また、電解質が固体であるので、
取り扱いが容易で長期的安定性に優れるという長所も備
えており、次世代の燃料電池として期待され、官民を問
わず様々な機関においてその開発が進められている。
2. Description of the Related Art A fuel cell using an oxide solid electrolyte such as yttria-stabilized zirconia, that is, a solid oxide fuel cell (hereinafter abbreviated as SOFC) has an operating temperature as high as 800 to 1000 ° C. Therefore, there is an advantage that the power generation efficiency is high and the reforming of the fuel gas is simplified. Also, since the electrolyte is solid,
It also has the advantages of easy handling and excellent long-term stability, and is expected as a next-generation fuel cell, and its development is being pursued by various organizations, both public and private.

【0003】SOFCは円筒型と平板型とに大別され、
平板型は更にセルの構造上2種類に大別される。一つ
は、焼結法等により作製した自立した電解質の両側にア
ノードとカソードを形成して、セルを構成する自立膜方
式のSOFCであり、もう一つは、基板の上にアノー
ド、電解質、カソードを順次形成してセルを構成する支
持膜方式のSOFCである。なお、支持膜方式のSOF
Cでは、基板がアノードあるいはカソードを兼ねる場合
があり、その場合にはその電極層を形成する必要はな
い。
[0003] SOFCs are roughly classified into a cylindrical type and a flat type.
The flat plate type is further roughly classified into two types in terms of the cell structure. One is a self-standing membrane SOFC in which a cell is formed by forming an anode and a cathode on both sides of a self-supporting electrolyte produced by a sintering method or the like, and the other is an anode, an electrolyte, This is a support film type SOFC in which a cathode is sequentially formed to constitute a cell. In addition, the SOF of the supporting film type
In C, the substrate may also serve as an anode or a cathode, in which case it is not necessary to form the electrode layer.

【0004】図5は、支持膜方式のSOFCの基本構成
の一例を示す断面図である。図に見られるように、この
構成例では、アノードを兼ねるセル基板11、電解質1
3、およびカソード14によってSOFCが構成され、
800〜1000℃の温度において、アノード側に水素あるい
は燃料改質ガスを、またカソード側に酸素または空気を
供給することにより電気エネルギーが得られる。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a basic configuration of a supporting membrane type SOFC. As shown in the figure, in this configuration example, the cell substrate 11 also serving as the anode, the electrolyte 1
3, and the cathode 14 constitute an SOFC,
At a temperature of 800 to 1000 ° C., electric energy can be obtained by supplying hydrogen or fuel reforming gas to the anode side and oxygen or air to the cathode side.

【0005】支持膜方式のSOFCの基板材料には、図
5のようなアノードを兼ねるアノード基板タイプでは N
iO−YSZ が、またカソードを兼ねるカソード基板タイプ
では(LaSr)MnO3が一般的に用いられている。しかしなが
ら、これらの基板は、 (1)電極を兼ねるので、反応ガスを透過させるために
多孔質で形成する必要があり、バルク体のように高強度
にすることが困難である。
[0005] The substrate material of the SOFC of the supporting film type is N in the anode substrate type which also serves as the anode as shown in FIG.
(LaSr) MnO 3 is generally used for iO-YSZ and for a cathode substrate type also serving as a cathode. However, since these substrates also serve as (1) electrodes, they need to be formed porous so as to allow the reaction gas to permeate, and it is difficult to increase the strength as in a bulk body.

【0006】(2)セラミック材であるので、本質的に
靭性が低く、脆い。 等の短所を備えており、このため、起動・停止時に熱衝
撃によりクラックを生じやすいことが問題となってい
た。
(2) Since it is a ceramic material, it is inherently low in toughness and brittle. Therefore, there has been a problem that cracks are easily generated by thermal shock at the time of starting and stopping.

【0007】これに対し、このような短所を持たない基
板として、最近、富士電機(株)あるいは工業技術院電
子技術総合研究所より、アノード側の金属製の集電体を
基板として用いる構成が提示され、金属基板を用いるこ
とによって、熱サイクルに強いセルが構成されることと
なった。
On the other hand, as a substrate having no such disadvantages, recently, a configuration using a metal collector on the anode side as a substrate has been proposed by Fuji Electric Co., Ltd. or the Electronic Technology Research Laboratory of the Industrial Technology Institute. It was suggested that the use of a metal substrate constituted a cell that was resistant to thermal cycling.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、支持膜
方式のSOFCにおいては、金属基板を用いることによ
って熱サイクルに強いセルの製造が可能となったが、金
属基板の使用に伴って、以下のような新たな問題点が生
じることとなった。すなわち、セラミック基板を用いた
セルの場合、カソードを製膜する際には、スラリーをコ
ーティングしたのち、1200℃以上で高温焼結する方法が
採られていたが、金属は高温酸化雰囲気では酸化し、絶
縁性の膜が形成される。したがって、金属基板を使用す
る際には、従来のカソードの製膜方法は使用できず、別
の方法によりカソードを製膜する必要がある。
As described above, in the SOFC of the support film type, the use of a metal substrate makes it possible to manufacture a cell that is resistant to thermal cycling. However, with the use of a metal substrate, The following new problems have arisen. That is, in the case of a cell using a ceramic substrate, when forming a cathode, a method of coating a slurry and then sintering at a high temperature of 1200 ° C. or higher has been adopted, but metal is oxidized in a high-temperature oxidizing atmosphere. Then, an insulating film is formed. Therefore, when a metal substrate is used, a conventional cathode film forming method cannot be used, and it is necessary to form the cathode by another method.

【0009】また、基板の材質には関係なく、従来カソ
ードの製膜方法に用いられている高温焼結法自体にも問
題点がある。すなわち、高温焼結法によりカソードと電
解質との密着度を向上するためには焼結温度を1250℃以
上とする必要があるが、このように温度を高くすると、
カソード材料である (LaSr)MnO3 と電解質のZrO2が化学
反応を起こし、電気抵抗の高いランタンジルコネートが
形成され、セルの内部抵抗が高くなるという問題点があ
る。
Further, regardless of the material of the substrate, there is a problem in the high-temperature sintering method itself used in the conventional method of forming a cathode film. In other words, in order to improve the degree of adhesion between the cathode and the electrolyte by the high-temperature sintering method, the sintering temperature must be 1250 ° C. or higher.
There is a problem that (LaSr) MnO 3 as a cathode material and ZrO 2 as an electrolyte cause a chemical reaction to form lanthanum zirconate having a high electric resistance, thereby increasing the internal resistance of the cell.

【0010】また、セルをセパレータを介して積層し、
スタックを形成する際に、セパレータとカソードの密着
性を上げる方法として、従来、カソードと同一成分より
なるスラリーを、積層時に、セパレータのカソード側あ
るいはカソード上に塗布し、コンタクト層とする方法が
用いられてきた。しかしながら、この種のスラリーは本
来高温焼結用のものであり、これに比べて温度の低いS
OFCの運転温度では焼結が不十分であるという難点も
あり、低温焼結型のカソード側コンタクト層用スラリー
の開発が求められていた。
[0010] Further, the cells are laminated via a separator,
Conventionally, as a method of increasing the adhesion between the separator and the cathode when forming the stack, a method of applying a slurry made of the same component as the cathode on the cathode side or on the cathode of the separator during lamination to form a contact layer has been used. I have been. However, this kind of slurry is originally intended for high-temperature sintering, and S
There is also a disadvantage that the sintering is insufficient at the operating temperature of the OFC, and the development of a low-temperature sintering type slurry for the cathode-side contact layer has been demanded.

【0011】本発明は、上記のごとき従来技術の問題点
を考慮してなされたもので、本発明の目的は、低温焼結
が可能で、かつ電解質層との密着性のよいカソードの製
造方法、さらには低温焼結が可能で、かつカソ─ドとセ
パレータを効果的に密着させるコンタクト層の製造方法
を提供し、金属基板の使用が可能で、かつ電解質とカソ
ードとの間、およびカソードとセパレータとの間の界面
抵抗が小さく、優れた電池特性を有するSOFCの製造
を可能にすることにある。
The present invention has been made in consideration of the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a cathode which can be sintered at a low temperature and has good adhesion to an electrolyte layer. In addition, the present invention provides a method for producing a contact layer which can be sintered at a low temperature and effectively adheres a cathode and a separator, can use a metal substrate, and can be used between an electrolyte and a cathode, and between a cathode and a cathode. An object of the present invention is to make it possible to manufacture an SOFC having a low interface resistance with a separator and excellent battery characteristics.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、酸化物固体電解質とアノード
とカソードを有するセルを備えてなる固体電解質型燃料
電池の製造方法において、 (1)カソード粉末に、このカソード粉末と同一組成の
アルコキシドからなるゾルを混合してカソードスラリー
を形成し、このカソードスラリーを用いてカソードを形
成することとする。
According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a solid oxide fuel cell comprising a cell having an oxide solid electrolyte and an anode and a cathode. ) The cathode powder is mixed with a sol composed of an alkoxide having the same composition as the cathode powder to form a cathode slurry, and the cathode slurry is used to form a cathode.

【0013】(2)特に、このカソードスラリー中に含
まれるゾルの固形成分の割合を、カソード粉末の 10 乃
至 20 wt%に選定することとする。
(2) In particular, the ratio of the solid component of the sol contained in the cathode slurry is selected to be 10 to 20 wt% of the cathode powder.

【0014】(3)また、上記の(1)、(2)におい
て、カソード粉末とゾルを混合し、乾燥してゾルをゲル
化したのち、カソードスラリーを形成することとする。
(3) In the above (1) and (2), the cathode powder and the sol are mixed, dried and gelled, and then a cathode slurry is formed.

【0015】(4)また、酸化物固体電解質の上に、上
記のカソードスラリーを用いてスラリーコーティング法
あるいはスクリーン印刷法によって、カソードを形成
し、次いで、これをSOFCの運転温度において in-si
tuで焼結することとする。
(4) A cathode is formed on the solid oxide electrolyte by the slurry coating method or the screen printing method using the above-mentioned cathode slurry, and then the in-situ is formed at the operating temperature of the SOFC.
Sinter with tu.

【0016】(5)また、上記の(4)において、酸化
物固体電解質の上に形成したカソードを、SOFCの運
転温度において焼結し、カソード中のゲルを結晶化する
際、ゲルと電解質との間に、M−O−M’(但し、Mは
カソード中の金属原子、M’は酸化物固体電解質中の金
属原子)の結合を形成させて、カソードと酸化物固体電
解質とを密着させることとする。
(5) In the above (4), the cathode formed on the oxide solid electrolyte is sintered at the operating temperature of the SOFC, and when the gel in the cathode is crystallized, the gel and the electrolyte are mixed. During the process, a bond of MOM ′ (where M is a metal atom in the cathode, M ′ is a metal atom in the oxide solid electrolyte) is formed, and the cathode and the oxide solid electrolyte are brought into close contact with each other. It shall be.

【0017】(6)さらに、気密性を有するセパレータ
ーを介して複数のセルを積層して構成される固体電解質
型燃料電池において、上記のカソードスラリーを、セパ
レータのカソード側の面、あるいはセルのカソードの上
面に塗布し、そののち積層することとする。
(6) In a solid oxide fuel cell comprising a plurality of cells stacked with an airtight separator interposed therebetween, the above-mentioned cathode slurry is applied to the surface of the separator on the cathode side or the cathode of the cell. Is applied on the upper surface, and then laminated.

【0018】上記(1)のように、特に(2)あるいは
(3)のごとく形成したカソードスラリーを用いてカソ
ードを形成すれば、このカソードスラリーはSOFCの
運転温度下で焼結可能であるので、予め高温酸化雰囲気
で焼結させる必要はない。したがって、セル製作時の所
要熱サイクル数が低減されるとともに、基板として金属
材料が使用できることとなる。
If the cathode is formed using the cathode slurry formed as in (2) or (3) as in (1) above, this cathode slurry can be sintered at the operating temperature of the SOFC. It is not necessary to pre-sinter in a high-temperature oxidizing atmosphere. Therefore, the number of heat cycles required for manufacturing the cell is reduced, and a metal material can be used as the substrate.

【0019】このため、このように形成したカソードス
ラリーを用いてカソードを形成し、上記(4)のごと
く、これをSOFCの運転温度において in-situで焼結
すれば、カソードと酸化物固体電解質が密着したセルが
得られる。特に(5)のごとく、ゲルと電解質との間を
結合させれば、特に良好な密着性が得られる。したがっ
て、セル特性の低下の原因となるランタンジルコネート
の生成が防止され、カソードと酸化物固体電解質との間
の接触抵抗が低減し、セル特性が向上する。
For this reason, a cathode is formed using the cathode slurry thus formed, and as described in the above (4), this is sintered in-situ at the operating temperature of the SOFC, so that the cathode and the oxide solid electrolyte are formed. Are obtained. Particularly, as shown in (5), if the gel is bonded to the electrolyte, particularly good adhesion can be obtained. Therefore, the generation of lanthanum zirconate which causes the deterioration of the cell characteristics is prevented, the contact resistance between the cathode and the solid oxide electrolyte is reduced, and the cell characteristics are improved.

【0020】また上記(6)のごとく、セルとセパレー
タとを交互に積層してスタックを構成する際に、上記の
カソードスラリーを、セパレータのカソード側の面、あ
るいはセルのカソードの上面に塗布し、これをコンタク
ト層としてセルとセパレータとを密着して積層すれば、
SOFCの運転温度において焼結され、セルとセパレー
タとの間に良好な接触が得られることとなり、高性能の
SOFCを得ることが可能となる。
As described in (6) above, when forming a stack by alternately stacking cells and separators, the above-mentioned cathode slurry is applied to the cathode side surface of the separator or the upper surface of the cathode of the cell. If this is used as a contact layer and the cell and the separator are closely laminated,
Sintering is performed at the operating temperature of the SOFC, good contact between the cell and the separator is obtained, and a high-performance SOFC can be obtained.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】<実施例1>図1は、本発明のS
OFCの製造方法の第1の実施例におけるカソードスラ
リーの作製方法を示すフロー図である。図1に従い、カ
ソードスラリーの作製方法を述べる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS <Embodiment 1> FIG.
FIG. 2 is a flowchart showing a method for producing a cathode slurry in a first example of a method for producing an OFC. A method for producing a cathode slurry will be described with reference to FIG.

【0022】まず、カソード粉末としての (LaSr)MnO3
と、これと同一組成のアルコキシドからなる (LaSr)MnO
3 ゾルとを容器に入れ、純水を加える。このとき、ゾル
の分量をある程度加えないと (LaSr)MnO3 粉末の表面に
一様に付着しなくなる。また逆にゾルの分量が多すぎる
と、ゾルが nm オーダーの粒径からなる粒子を含んでい
るため、スラリーにするときにバインダーを吸収してし
まい、流動性が得られなくなる場合がある。このため、
ゾルの固形成分の混合比を粉末に対して 10 〜20 wt%
とすることにより最適な粉末が得られる。このように混
合したものにボールを加えて約 6〜24時間混合し、その
後、100 〜120 ℃で水分が完全に抜けるまで乾燥する。
この処理により、(LaSr)MnO3粉末の表面に一様に付着し
たゾルがゲル化する。次に、これを粉砕し、ポリビニル
ブチラールとジエチレングリコール、ならびにアセトン
を加えて、再びボールとともに容器に入れ、約 6〜24時
間混合する。その後、湯洗および真空脱気により脱アセ
トン処理を行い、カソードスラリーを得る。
First, (LaSr) MnO 3 as a cathode powder
And an alkoxide of the same composition as this (LaSr) MnO
3 Put the sol in a container and add pure water. At this time, if the amount of the sol is not added to some extent, the (LaSr) MnO 3 powder will not uniformly adhere to the surface. On the other hand, if the amount of the sol is too large, the sol contains particles having a particle size in the order of nm, so that the binder may be absorbed when the slurry is formed, and the fluidity may not be obtained. For this reason,
Mixing ratio of solid component of sol to powder is 10 ~ 20wt%
By doing so, an optimum powder can be obtained. A ball is added to the mixture, and the mixture is mixed for about 6 to 24 hours. Thereafter, the mixture is dried at 100 to 120 ° C. until moisture is completely removed.
By this treatment, the sol uniformly attached to the surface of the (LaSr) MnO 3 powder gels. Next, this is crushed, polyvinyl butyral, diethylene glycol, and acetone are added, and the mixture is again put in a container together with a ball, and mixed for about 6 to 24 hours. After that, deacetone treatment is performed by washing with hot water and vacuum degassing to obtain a cathode slurry.

【0023】次に、上記のごとく作製したカソードスラ
リーを用いて、図2のごとき構成のセルを製作する場合
の方法を説明する。
Next, a method of manufacturing a cell having the structure shown in FIG. 2 using the cathode slurry manufactured as described above will be described.

【0024】まず、多孔質の金属基板1の上に、フレー
ム溶射法を用いて、以下に示す表1の条件によりアノー
ド2を約50μm形成する。
First, an anode 2 having a thickness of about 50 μm is formed on a porous metal substrate 1 by the flame spraying method under the conditions shown in Table 1 below.

【0025】[0025]

【表1】 続いて、アノード2の上に、プラズマ溶射法を用いて、
以下に示す表2の条件により電解質層3を約 150μm形
成する。
[Table 1] Then, on the anode 2, using a plasma spray method,
The electrolyte layer 3 is formed to a thickness of about 150 μm under the conditions shown in Table 2 below.

【0026】[0026]

【表2】 次に、この電解質層3の上に、前述のカソードスラリー
をスクリーン印刷法を用いて約 150μm塗布し、 100〜
120 ℃で1時間乾燥してカソード4を形成する。このよ
うに形成したセルをセパレータで挟んで積層したのち、
950℃に昇温させると、温度が約 700℃を超えるとカソ
ード4の中のゲルが結晶化を開始し、その際、ゲルと電
解質との間に、前述のM−O−M’の結合が形成され、
カソード4の電解質層3への密着度が向上する。また、
この結晶化した粒子は微細であるため表面活性が高く、
運転温度下で十分に焼結可能であり、また他の粉末に対
し焼結助材の役割を果たす。そのため、SOFCの運転
温度程度の低い温度でも本カソードは焼結可能となる。
[Table 2] Next, the above-mentioned cathode slurry is applied to the electrolyte layer 3 by a screen printing method to a thickness of about 150 μm.
After drying at 120 ° C. for 1 hour, the cathode 4 is formed. After laminating the cells formed in this way with a separator,
When the temperature is raised to 950 ° C., when the temperature exceeds about 700 ° C., the gel in the cathode 4 starts to crystallize, and at this time, the aforementioned bonding of MOM ′ between the gel and the electrolyte occurs. Is formed,
The degree of adhesion of the cathode 4 to the electrolyte layer 3 is improved. Also,
The crystallized particles are fine and have high surface activity,
It is sufficiently sinterable at operating temperatures and acts as a sintering aid for other powders. Therefore, the present cathode can be sintered even at a temperature as low as the operating temperature of the SOFC.

【0027】図3は、本スラリーを用いて形成したセル
の特性を、従来のスラリーを用いて形成したセルの特性
と比較して示した特性図である。図中に示したように、
試験に用いたセルの電極面積は 200cm2 、運転温度は 9
50℃で、燃料ガスには 20 %の CO2を加えたH2を、また
酸化剤ガスには空気を用いた。図に見られるように、従
来のものに比較して、本発明のスラリーを用いることに
より負荷特性が向上しており、定格電流密度の 0.3 Acm
-2において約 30mV の向上が見られる。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing characteristics of cells formed using the present slurry in comparison with characteristics of cells formed using a conventional slurry. As shown in the figure,
The electrode area of the cell used for the test was 200 cm 2 , and the operating temperature was 9
At 50 ° C., H 2 with 20% CO 2 was used as the fuel gas, and air was used as the oxidant gas. As can be seen from the figure, the load characteristics are improved by using the slurry of the present invention as compared with the conventional one, and the rated current density of 0.3 Acm
At -2 , an improvement of about 30 mV is seen.

【0028】図4は、本スラリーを用いて形成したセル
を、 950℃の運転温度で特性試験を行った後、切断して
カソードの状態を調べた断面SEM写真である。また図
6は従来のスラリーを用いて形成したセルのカソードの
状態を示す断面SEM写真である。これらの断面SEM
写真を比較して見れば明らかなように、図6の断面SE
M写真では粉末の焼結が起こっていないのに対し、図4
では粉末粒子同士の焼結が起こっており、この発明のカ
ソードスラリーがSOFCの運転温度で焼結することが
確認される。
FIG. 4 is a cross-sectional SEM photograph in which a cell formed using the slurry was subjected to a characteristic test at an operating temperature of 950 ° C., and then cut to check the state of the cathode. FIG. 6 is a cross-sectional SEM photograph showing a state of a cathode of a cell formed using a conventional slurry. These cross-sectional SEM
As is clear from the comparison of the photographs, the section SE in FIG.
FIG. 4 shows that no sintering of the powder occurred in the M photograph.
In this example, sintering of the powder particles occurred, and it was confirmed that the cathode slurry of the present invention sintered at the operating temperature of the SOFC.

【0029】<実施例2>本実施例は、実施例1と同様
の方法で作製したセルを多数個積層して構成するスタッ
クの実施例で、カソードとセパレータとの間のコンタク
ト層として上記のカソードスラリーを用いる実施例であ
る。
<Embodiment 2> This embodiment is an embodiment of a stack in which a number of cells manufactured by the same method as in Embodiment 1 are stacked, and the contact layer between the cathode and the separator is formed as described above. This is an example using a cathode slurry.

【0030】本実施例では、実施例1と同様に、多孔質
の金属基板の上にフレーム溶射法を用いて表1の条件に
よりアノードを約 50 μm形成し、続いて、アノードの
上にプラズマ溶射法を用いて表2の条件により電解質層
3を約 150μm形成する。次いで、図1に示した方法に
より作製したカソードスラリーをスクリーン印刷法を用
いて電解質層の上に約 150μm塗布し、その後 100〜12
0 ℃で1時間乾燥してセルを形成する。
In this embodiment, similarly to the first embodiment, an anode is formed to a thickness of about 50 μm on a porous metal substrate by using a flame spraying method under the conditions shown in Table 1, and then a plasma is formed on the anode. The electrolyte layer 3 is formed to a thickness of about 150 μm by the thermal spraying method under the conditions shown in Table 2. Next, the cathode slurry prepared by the method shown in FIG. 1 was applied to the electrolyte layer by screen printing at about 150 μm, and then 100 to 12 μm.
Dry at 0 ° C. for 1 hour to form cells.

【0031】作製したセルとセパレータを、セパレータ
のカソード側の面に上記と同様の方法によって作製した
カソードスラリーを塗布して交互に積層し、このカソー
ドスラリーよりなるコンタクト層によってセパレータと
カソードを密着させる。
The prepared cell and the separator are coated alternately with the cathode slurry prepared by the same method as described above on the cathode side of the separator, and the separator and the cathode are brought into close contact with each other by the contact layer made of the cathode slurry. .

【0032】このように積層したスタックを運転温度の
約 950℃へと昇温すると、温度が約700℃を超えると上
記のコンタクト層中のゲルが結晶化を開始し、運転温度
下において十分に焼結し、セパレータとカソードが良好
に接触することとなる。
When the temperature of the stack thus stacked is raised to an operating temperature of about 950 ° C., when the temperature exceeds about 700 ° C., the gel in the contact layer starts to crystallize, and at the operating temperature, Sintering results in good contact between the separator and the cathode.

【0033】なお、本実施例ではセパレータのカソード
側の面にカソードスラリーを塗布してセルと交互に積層
することとしているが、これに替えて、セルのカソード
上にカソードスラリーを塗布してセパレータと交互に積
層することとしても同様の効果が得られることは明らか
である。
In this embodiment, the cathode slurry is applied to the cathode side of the separator and alternately laminated with the cell. Alternatively, the cathode slurry is applied to the cell cathode and the separator is applied. Obviously, the same effect can be obtained by alternately laminating with.

【0034】[0034]

【発明の効果】上述のように、本発明においては、 (1)SOFCを請求項1乃至5に記載の製造方法によ
り製造することとしたので、電解質とカソードがSOF
Cの運転温度において十分効果的に密着されることとな
った。したがって、金属基板を用いることが可能とな
り、また電解質とカソードとの間の界面抵抗が低く抑え
られるので、優れた電池特性を備えた信頼性の高いSO
FCが製造できることとなった。
As described above, according to the present invention, (1) Since the SOFC is manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, the electrolyte and the cathode are SOF.
At the operating temperature of C, adhesion was sufficiently effective. Therefore, a metal substrate can be used, and the interface resistance between the electrolyte and the cathode can be kept low, so that a highly reliable SO with excellent battery characteristics can be used.
FC can be manufactured.

【0035】(2)また、請求項6に記載の製造方法に
より製造することとすれば、さらにカソードとセパレー
タがSOFCの運転温度において十分効果的に密着さ
れ、その間の界面抵抗が低く抑えられるので、さらに優
れた電池特性を備えた信頼性の高いSOFCが製造でき
ることとなる。
(2) If the cathode is manufactured by the manufacturing method according to the sixth aspect, the cathode and the separator are sufficiently and effectively adhered to each other at the operating temperature of the SOFC, and the interfacial resistance therebetween can be suppressed low. Thus, a highly reliable SOFC having more excellent battery characteristics can be manufactured.

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

【図1】本発明の製造方法におけるカソードスラリーの
作製方法を示すフロー図
FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing a cathode slurry in a production method of the present invention.

【図2】本発明の製造方法の第1の実施例で作製される
セルの基本構成図
FIG. 2 is a basic structural diagram of a cell manufactured in a first embodiment of the manufacturing method of the present invention.

【図3】本発明の製造方法の第1の実施例により形成し
たセルの特性を、従来の製造方法のより形成したセルの
特性と比較して示した特性図
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the characteristics of a cell formed by the first embodiment of the manufacturing method of the present invention in comparison with the characteristics of a cell formed by the conventional manufacturing method.

【図4】本発明の製造方法の第1の実施例により形成
し、試験したセルのカソードの断面SEM写真
FIG. 4 is a cross-sectional SEM photograph of a cathode of a cell formed and tested according to the first embodiment of the manufacturing method of the present invention.

【図5】支持膜方式のSOFCの基本構成の一例を示す
断面図
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a basic configuration of a supporting film type SOFC.

【図6】従来の製造方法により形成し、試験したセルの
カソードの断面SEM写真
FIG. 6 is a cross-sectional SEM photograph of a cathode of a cell formed and tested by a conventional manufacturing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 金属基板 2 アノード 3 電解質層 4 カソード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal substrate 2 Anode 3 Electrolyte layer 4 Cathode

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸化物固体電解質とアノードとカソードを
有するセルを備えてなる固体電解質型燃料電池の製造方
法において、カソード粉末に、該カソード粉末と同一組
成のアルコキシドからなるゾルを混合して、カソードス
ラリーを形成し、該カソードスラリーを用いてカソード
を形成することを特徴とする固体電解質型燃料電池の製
造方法。
1. A method for manufacturing a solid oxide fuel cell comprising a cell having an oxide solid electrolyte, an anode and a cathode, wherein a cathode powder is mixed with a sol comprising an alkoxide having the same composition as the cathode powder. A method for manufacturing a solid oxide fuel cell, comprising: forming a cathode slurry; and forming a cathode using the cathode slurry.
【請求項2】前記カソードスラリー中に含まれるゾルの
固形成分の割合が、前記カソード粉末の 10 乃至 20 wt
%に選定されていることを特徴とする請求項1に記載の
固体電解質型燃料電池の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the ratio of the solid component of the sol contained in the cathode slurry is 10 to 20 wt.
%. The method for producing a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the percentage is selected as%.
【請求項3】前記カソードスラリーが、前記カソード粉
末と前記ゾルを混合したのち、乾燥してゾルをゲル化し
て形成されていることを特徴とする請求項1または2に
記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
3. The solid electrolyte fuel according to claim 1, wherein the cathode slurry is formed by mixing the cathode powder and the sol, and then drying and gelling the sol. Battery manufacturing method.
【請求項4】前記カソードを、前記カソードスラリーを
用いてスラリーコーティング法あるいはスクリーン印刷
法によって、前記酸化物固体電解質の上に形成し、次い
で、これを固体電解質型燃料電池の運転温度において i
n-situで焼結することを特徴とする請求項1乃至3のい
ずれかに記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
4. The cathode is formed on the solid oxide electrolyte by a slurry coating method or a screen printing method using the cathode slurry, and then formed at the operating temperature of the solid oxide fuel cell.
The method for producing a solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein sintering is performed in n-situ.
【請求項5】酸化物固体電解質の上に形成したカソード
を、固体電解質型燃料電池の運転温度において焼結し、
カソード中のゲルを結晶化する際に、ゲルと電解質との
間に、M−O−M’(但し、Mはカソード中の金属原
子、M’は酸化物固体電解質中の金属原子)の結合を形
成させて、カソードと酸化物固体電解質とを密着させる
ことを特徴とする請求項4に記載の固体電解質型燃料電
池の製造方法。
5. Sintering a cathode formed on an oxide solid electrolyte at an operating temperature of a solid oxide fuel cell,
When crystallizing the gel in the cathode, bonding of MOM ′ (where M is a metal atom in the cathode and M ′ is a metal atom in the oxide solid electrolyte) between the gel and the electrolyte. The method for producing a solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the cathode is brought into close contact with the solid oxide electrolyte.
【請求項6】酸化物固体電解質とアノードとカソードを
有するセルを気密性の材料よりなるセパレーターを介し
て複数個積層して構成される固体電解質型燃料電池にお
いて、前記カソードスラリーを、セパレータのカソード
側の面、あるいはセルのカソードの上面に塗布し、その
のち積層することを特徴とする請求項1乃至5のいずれ
かに記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
6. A solid oxide fuel cell comprising a plurality of cells each having an oxide solid electrolyte, an anode and a cathode interposed via a separator made of an airtight material, wherein the cathode slurry is used as a cathode of a separator. 6. The method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the method is applied to a side surface or an upper surface of a cathode of a cell, and then laminated.
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