JP2001023653A - Compact solid electrolyte film, solid electrolyte type fuel cell containing the same and manufacture thereof - Google Patents

Compact solid electrolyte film, solid electrolyte type fuel cell containing the same and manufacture thereof

Info

Publication number
JP2001023653A
JP2001023653A JP11197503A JP19750399A JP2001023653A JP 2001023653 A JP2001023653 A JP 2001023653A JP 11197503 A JP11197503 A JP 11197503A JP 19750399 A JP19750399 A JP 19750399A JP 2001023653 A JP2001023653 A JP 2001023653A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid electrolyte
powder
electrolyte membrane
dense
powders
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11197503A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruo Nishiyama
治男 西山
Akira Ueno
晃 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toto Ltd filed Critical Toto Ltd
Priority to JP11197503A priority Critical patent/JP2001023653A/en
Publication of JP2001023653A publication Critical patent/JP2001023653A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Conductive Materials (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase economical efficiency and mass productivity, to facilitate applications to large areas, to decrease resistance and to enhance homogeneity and compactness by using a solid electrolyte powder that includes a plurality of powders having different average specific surface areas. SOLUTION: When a solid electrolyte powder contains first and second powders, the average specific surface area of these is preferably set in the range of 0.2-50 cm2/g. The difference of the average specific surface area between the first and second powders is preferably set 1:1.5 or more. Thereby, the filling degree of the solid electrolyte powder itself becomes compact. When the first powder has the average specific surface area smaller than that of the second powder, the first powder is preferably mixed more than the second powder when mixing. Consequently, the structure of an electrolyte film is formed with the first powder, allowing the firing shrinkage to be suppressed. As the result, cracks in the electrolyte film are avoided and damages to a substrate can be reduced.

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)の固体電解質薄膜のよう
な、多孔質セラミックス上に形成される緻密質固体電解
質膜及びその製造方法に係り、特に、安価な製造方法に
て低抵抗でかつ均質で緻密な薄膜が得られる緻密質固体
電解質膜、これを含む固体電解質型燃料電池及びその製
造方法に関する。
The present invention relates to a dense solid electrolyte membrane formed on porous ceramics, such as a solid electrolyte thin film of a solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as SOFC), and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to a dense solid electrolyte membrane capable of obtaining a homogeneous and dense thin film with low resistance by an inexpensive manufacturing method, a solid oxide fuel cell including the same, and a manufacturing method thereof.

【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号):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 attached to a porous support, and a conductive and oxygen-permeable intermediate substance is produced. By depositing on the first electrode, the first electrode is protected from high-temperature metal halide vapor, and the intermediate layer material is brought into contact with the high-temperature metal halide vapor to cover the entire surface of the intermediate layer with metal oxide. To form a solid electrolyte.

【0004】・プラズマ溶射による製造方法(特開昭6
1−198570号):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
粉砕して得られた固体電解質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盤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2
00μm、端子電圧790mVの固体電解質薄膜が得ら
れたとされている。
[0004] Manufacturing method by plasma spraying (JP-A-6
No. 1-198570): This production method is to form a solid electrolyte material comprising zirconium oxide and a metal oxide such as a rare earth element, then to pulverize the solubilized raw material, and to obtain a solid electrolyte obtained by the pulverization. After adjusting the particle size of the powder,
It is characterized in that it is deposited as an electrolyte thin film on the base of a fuel cell by plasma spraying. According to the example in the specification of the publication, a spray powder having a particle size of
It is alleged that a solid electrolyte thin film having a thickness of 00 μm and 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号):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 Unexamined Patent Publication No.
No. 93065): In this production method, one of the air electrode layer and the fuel electrode layer is formed in a cylindrical shape, and the powder slurry of the electrolyte and the other materials constituting the other electrode layers is formed into a cylindrical material. The method is characterized in that the surface is sequentially applied and 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号):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] Production method by spraying + slurry filler (JP-A-2-220361): This production method is applied to a solid electrolyte layer formed by thermal spraying on a base tube.
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盤が腐食
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号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、前者については基盤と固体
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:二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. In addition, since corrosive raw material gas is used, there is a high risk of the base being corroded. -Plasma spraying method: The film formed by this 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. But,
It was said that there was a problem in the denseness and thinning of the film. In fact,
The solid electrolyte thin film disclosed as an example in JP-A-2-220361 has a thickness of 200 μm, which is considerably thicker than the development target of this type of 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.However, 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 with the double process.

【0008】本発明は、経済性、量産性に優れ、大面積
に適用が容易で、低抵抗でかつ均質・緻密な固体電解質
薄膜の提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a homogeneous and dense solid electrolyte thin film which is excellent in economy and mass productivity, can be easily applied to a large area, has low resistance, and has a low resistance.

【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本発明は、電極基盤上に固体電
解質粉末からなる固体電解質膜を成膜した緻密質固体電
解質膜において、前記固体電解質粉末が、平均比表面積
(平均粒径)の異なる複数の粉末を含むことを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a dense solid electrolyte membrane formed by forming a solid electrolyte membrane made of a solid electrolyte powder on an electrode substrate. The electrolyte powder includes a plurality of powders having different average specific surface areas (average particle diameters).

【0010】基盤上での焼成においては、焼成収縮によ
る応力が基盤の強度よりも大きい場合には、基盤を変形
あるいは破損してしまう。逆に、焼成収縮による応力が
小さい場合には、固体電解質膜自体にクラックが生じた
り、十分な緻密性が得られないこととなる。したがっ
て、焼成基盤に対して大きな応力を与えないで、固体電
解質膜自体を焼結させるには、平均比表面積の異なる第
一及び第二の粉末を用いることが極めて有効である。
In firing on a substrate, if the stress due to firing shrinkage is greater than the strength of the substrate, the substrate will be deformed or damaged. On the other hand, when the stress due to firing shrinkage is small, cracks occur in the solid electrolyte membrane itself, or sufficient denseness cannot be obtained. Therefore, in order to sinter the solid electrolyte membrane itself without applying a large stress to the fired substrate, it is extremely effective to use the first and second powders having different average specific surface areas.

【0011】また、第一及び第二の粉末を混合すること
により、固体電解質粉末自体の充填度を密にするという
効果もある。
Further, by mixing the first and second powders, there is also an effect that the filling degree of the solid electrolyte powder itself is increased.

【0012】本発明に係る製造方法は、第一及び第二の
粉末を含むスラリーを作製し、次いでこのスラリーを電
極基盤上に成膜することを特徴とする。
The manufacturing method according to the present invention is characterized in that a slurry containing the first and second powders is prepared, and then this slurry is formed on an electrode substrate.

【0013】平均比表面積の異なる第一及び第二の粉末
を用いることにより、固体電解質粉末の焼結性を制御す
ることが可能となる。
By using the first and second powders having different average specific surface areas, it becomes possible to control the sinterability of the solid electrolyte powder.

【0014】固体電解質粉末としては、高温において安
定な、ジルコニア系、セリア系などの固体電解質材料に
23,Yb23,Dy23,Er23,Eu23,G
23,Ho23,Lu23,Sm23,Tm23元素
の内、少なくとも1種類以上を添加する。
As the solid electrolyte powder, zirconia-based, ceria-based, and other solid electrolyte materials that are stable at high temperatures include Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Er 2 O 3 , Eu 2 O 3 , G
d 2 O 3, Ho 2 O 3, Lu 2 O 3, of the Sm 2 O 3, Tm 2 O 3 elements, adding at least 1 or more.

【0015】本発明に係る第二の製造方法は、La(S
r、Ca)MnO3ペロブスカイト型酸化物(LSC
M)とイットリアドープジルコニア(YSZ)との複合
粉末(LSCM/YSZ)を含むスラリーを空気極基盤
上に成膜し、次いでこの空気極基盤上の膜に、第一及び
第二の粉末を含むスラリーを成膜することを特徴とす
る。
The second manufacturing method according to the present invention is characterized in that La (S
r, Ca) MnO 3 perovskite oxide (LSC
M) and a slurry containing a composite powder (LSCM / YSZ) of yttria-doped zirconia (YSZ) is formed on the cathode base, and the film on the cathode base contains the first and second powders. It is characterized in that a slurry is formed into a film.

【0016】この第二の製造方法により、空気極と固体
電解質間の界面導電率をより増大させることが可能とな
る。
According to the second manufacturing method, it is possible to further increase the interface conductivity between the air electrode and the solid electrolyte.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明における固体電解質粉末
(第一及び第二の粉末)としては、平均比表面積が0.
2〜50m2/gの粉末から任意に複数の粉末を選択し
て用いる。平均比表面積が0.2m2/gより小さな粉
末を用いると、焼結性が低すぎるために緻密な固体電解
質膜の作製が困難となるからである。また、平均比表面
積が50m2/gより大きな粉末を用いると、焼結性が
高すぎるために電極基盤上での焼成においては、固体電
解質膜にクラックが生じたり、固体電解質粉末の焼成収
縮に伴う応力が発生し、基盤へのダメージを与えるから
である。好ましくは、固体電解質粉末の平均比表面積を
3〜20m2/g程度とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The solid electrolyte powder (first and second powders) according to the present invention has an average specific surface area of 0.5.
A plurality of powders are arbitrarily selected from powders of 2 to 50 m 2 / g and used. If a powder having an average specific surface area smaller than 0.2 m 2 / g is used, it is difficult to produce a dense solid electrolyte membrane because the sinterability is too low. Further, when a powder having an average specific surface area of more than 50 m 2 / g is used, cracks are generated in the solid electrolyte membrane or firing shrinkage of the solid electrolyte powder occurs during firing on the electrode base because the sinterability is too high. This is because the accompanying stress occurs and damages the base. Preferably, the average specific surface area of the solid electrolyte powder is about 3 to 20 m 2 / g.

【0018】前記第一及び第二の粉末の平均比表面積の
差を1:1.5以上とすると、固体電解質粉末自体の充
填度が密になることが本発明者等の実験によって確認さ
れている。
It has been confirmed by experiments by the present inventors that if the difference between the average specific surface areas of the first and second powders is 1: 1.5 or more, the filling degree of the solid electrolyte powder itself becomes high. I have.

【0019】本発明における固体電解質粉末として、第
一の粉末を第二の粉末より多く混合させるのは、第一の
粉末により電解質膜の骨格を形成し、焼成収縮を制御す
ることにより、固体電解質膜中のクラックを抑制し、か
つ、基盤へのダメージを抑制できるからである。
The reason for mixing the first powder more than the second powder as the solid electrolyte powder in the present invention is that the first powder forms the skeleton of the electrolyte membrane and controls the firing shrinkage, thereby obtaining the solid electrolyte. This is because cracks in the film can be suppressed and damage to the substrate can be suppressed.

【0020】前記固体電解質膜は、第一及び第二の粉末
からなる複数の固体電解質膜を層状に積層して作製す
る。膜厚方向(基盤に対して垂直方向)への焼成収縮を
優先的に進行させることにより、基盤へダメージを与え
ることなく緻密な固体電解質膜を得るためである。この
場合、固体電解質膜を形成する複数の層には、第一又は
第二の粉末と平均比表面積が異なる第三、第四等の粉末
からなる層を添加したり、第一又は第二の粉末からなる
複数の層を夫々交互に積層して、三層、四層等の構造と
しても良い。また、第一又は第二の粉末の何れか、又は
両方に、これらの粉末と平均比表面積が異なる粉末を混
合して、固体電解質膜の層を作製しても良い。
The solid electrolyte membrane is produced by laminating a plurality of solid electrolyte membranes comprising the first and second powders in a layer. This is because a dense solid electrolyte membrane can be obtained without causing damage to the substrate by preferentially causing firing shrinkage in the film thickness direction (perpendicular to the substrate). In this case, to the plurality of layers forming the solid electrolyte membrane, a layer made of a third or fourth powder having a different average specific surface area from the first or second powder is added, or the first or second powder is added. A plurality of layers made of powder may be alternately stacked to form a three-layer or four-layer structure. Further, a layer of the solid electrolyte membrane may be prepared by mixing a powder having an average specific surface area different from those of either or both of the first and second powders.

【0021】ここで、第一の粉末からなる固体電解質膜
の膜厚を第二の粉末からなる固体電解質膜の膜厚よりも
厚膜とすると、第一の粉末により形成される電解質膜の
骨格をより強固にすることができるので、焼成収縮の制
御、固体電解質膜中のクラックの抑制及び、基盤へのダ
メージの抑制がより確実となる。
Here, assuming that the thickness of the solid electrolyte membrane made of the first powder is larger than the thickness of the solid electrolyte membrane made of the second powder, the skeleton of the electrolyte membrane formed by the first powder is assumed. Can be further strengthened, so that control of firing shrinkage, suppression of cracks in the solid electrolyte membrane, and suppression of damage to the substrate can be further ensured.

【0022】また、第一の粉末からなる固体電解質膜を
電極基盤上に成膜し、この固体電解質膜上に第二の粉末
からなる固体電解質膜を成膜することが望ましい。第一
の粉末を含むスラリーを電極基盤上に最初に成膜するこ
とにより、電解質膜の焼成時に電解質の焼成収縮が少な
く、基盤へダメージを与えたり、電極基盤と電解質膜と
が過度に反応することを防止できるからである。なお、
電極基盤が円筒型、角筒型等の場合には、「電極基盤上」
は全て「電極基盤の表面」を意味することになるのは言
うまでもない。
It is preferable that a solid electrolyte film made of the first powder is formed on the electrode substrate, and a solid electrolyte film made of the second powder is formed on the solid electrolyte film. By first forming a slurry containing the first powder on the electrode substrate, the firing shrinkage of the electrolyte during firing of the electrolyte film is small, causing damage to the substrate or causing excessive reaction between the electrode substrate and the electrolyte film. This is because that can be prevented. In addition,
When the electrode base is cylindrical, square tube, etc., "on the electrode base"
Means the "surface of the electrode substrate".

【0023】固体電解質膜の膜厚としては、5〜150
μmとすることが望ましい。5μm以下であると十分な
緻密膜が得られず、一方、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。この
膜厚は、第一及び第二の粉末の平均比表面積の変更、及
び第一及び第二の粉末の平均比表面積の差に応じて変更
する必要はない。
The thickness of the solid electrolyte membrane is 5 to 150
μm is desirable. If the thickness is 5 μm or less, a sufficiently dense film cannot be obtained, while if it is 150 μm or more, the internal resistance is too large. Preferably, 100 μm
Or less, more preferably 50 μm or less. This film thickness does not need to be changed according to the change in the average specific surface area of the first and second powders and the difference between the average specific surface areas of the first and second powders.

【0024】前記第一及び第二の粉末を、夫々平均比表
面積の異なる複数の固体電解質粉末を混合させて作製し
ても良い。第一の粉末を平均比表面積の異なる複数の固
体電解質粉末を混合して作製した場合には、これら複数
の固体電解質粉末の平均比表面積が、何れも第二の粉末
の平均比表面積よりも小さくなるようにする。一方、第
二の粉末を平均比表面積の異なる複数の固体電解質粉末
を混合して作製した場合には、これら複数の固体電解質
粉末の平均比表面積が、何れも第一の粉末の平均比表面
積よりも大きくなるようにする。更に、第一及び第二の
粉末に加えて、これらの粉末と平均比表面積の異なる第
三、第四等の固体電解質粉末を添加して固体電解質膜を
作製しても良い。
The first and second powders may be prepared by mixing a plurality of solid electrolyte powders having different average specific surface areas. When the first powder is prepared by mixing a plurality of solid electrolyte powders having different average specific surface areas, the average specific surface area of the plurality of solid electrolyte powders is smaller than the average specific surface area of any of the second powders. To be. On the other hand, when the second powder is prepared by mixing a plurality of solid electrolyte powders having different average specific surface areas, the average specific surface area of each of the plurality of solid electrolyte powders is larger than the average specific surface area of the first powder. To be larger. Further, in addition to the first and second powders, third and fourth solid electrolyte powders having different average specific surface areas from these powders may be added to form a solid electrolyte membrane.

【0025】固体電解質粉末を用いたスラリーは、セラ
ミックス製のボールにて粉砕・混合して作製することに
より、均質なスラリーを得ることが可能となる。
The slurry using the solid electrolyte powder can be obtained by grinding and mixing with a ceramic ball to obtain a homogeneous slurry.

【0026】固体電解質膜の焼成温度を1200℃〜1
700℃とするのは、1200℃よりも低い温度での焼
成では、固体電解質粉末の焼結が十分に進行しないため
緻密な固体電解質膜を得ることができないためである。
また、1700℃よりも高い温度での焼成では、電極基
盤の多孔性が失われるからである。望ましくは1400
℃〜1500℃程度とする。
The sintering temperature of the solid electrolyte membrane is 1200 ° C. to 1
The reason for setting the temperature at 700 ° C. is that if the firing is performed at a temperature lower than 1200 ° C., the sintering of the solid electrolyte powder does not proceed sufficiently, so that a dense solid electrolyte membrane cannot be obtained.
In addition, when firing at a temperature higher than 1700 ° C., the porosity of the electrode substrate is lost. Desirably 1400
C. to about 1500.degree.

【0027】ジルコニア系、セリア系などの固体電解質
材料において、Y23,Yb23,Dy23,Er
23,Eu23,Gd23,Ho23,Lu23,Sm
23,Tm23元素の内少なくとも1種類以上を3〜2
0mol%含ませるのがよく、イオン導電性の点でこの
範囲が優れているからである。望ましくは、8〜12m
ol%である。また、より望ましくは、ジルコニア系固
体電解質材料において、Y 23を8〜12mol%含ま
せる。
Solid electrolytes such as zirconia and ceria
In the material, YTwoOThree, YbTwoOThree, DyTwoOThree, Er
TwoOThree, EuTwoOThree, GdTwoOThree, HoTwoOThree, LuTwoOThree, Sm
TwoOThree, TmTwoOThreeAt least one of the elements is 3 to 2
0 mol% should be contained.
This is because the range is excellent. Desirably, 8 to 12 m
ol%. Further, more preferably, a zirconia-based solid
In the body electrolyte material, Y TwoOThreeContains 8 to 12 mol%
Let

【0028】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.

【0029】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、固体電解質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り、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 solid electrolyte powder and the defoaming property. As an example of such a solvent, ethyl alcohol is suitable, and its desirable content is 20 to 90 wt% of the slurry solution.

【0030】スラリー溶液に含まれるバインダーの作用
は、固体電解質粉末の基盤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、固体電解質粉末
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 (adhesion) of the solid electrolyte 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 (more than 10 wt%), the dispersibility of the solid electrolyte powder is deteriorated. As a specific example of the binder, ethyl cellulose is suitable.

【0031】スラリー溶液に含まれる分散剤の作用は、
固体電解質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(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。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 solid electrolyte powder. The amount of dispersant is
0.1 to 4 parts is preferable for 100 parts of the solvent. The reason is that if the concentration is low (less than 0.1 wt%), the dispersibility is low,
If the concentration is high (over 4 wt%), the slurry is likely to be denatured. Specific examples of the dispersant include polyoxyethylene alkyl phosphate.

【0032】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・固体電
解質粉末の作製・混合は、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. The preparation and mixing of each agent / solid electrolyte powder can employ a method such as a ball mill.

【0033】本発明の製造方法におけるスラリーの基盤
への適用方法は特に限定されず、ディッピング法、スプ
レー法、刷毛塗り法等であって良い。この中ではディッ
ピング法が特に好ましい。簡易であり、量産性に富み、
低コストだからである。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。
The method of applying the slurry to the substrate in the production method of the present invention is not particularly limited, and may be a dipping method, a spray method, a brush coating method, or the like. Among them, the dipping method is particularly preferred. Simple, rich in mass production,
Because it is low cost. As the dipping method, besides a normal dipping method in which a substrate is immersed in a slurry in the air, a dipping method in a pressurized gas or a 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.

【0034】[0034]

【実施例1】固体電解質粉末として市販の10mol%
イットリア添加ジルコニア粉末(比表面積10m2
g)を用いて、未粉砕粉末(BET10粉末)とセラミ
ックス製ボールを用いたボールミルにより比表面積が1
8m2/gとなるまで粉砕した粉末(BET18粉末)
を用意した。これらの粉末を用いて、BET10粉末と
BET18粉末の比が100対0、95対5、90対1
0、80対20、70対30、50対50、30対7
0、20対80、0対100となるように秤量し、混合
粉末10部に、バインダー4.8部、溶剤85.1部、
表面活性剤0.1部を混合し、9種類のスラリーを調整
した。このスラリーを用いて、平均細孔径10μmの空
気極基盤(外形φ22mm×肉厚2mm×長さ1000
mm)上に、約50μmとなるようにディッピング法に
より成膜し、1400℃、5時間にて焼成を行った。成
膜・焼成後のサンプルを、窒素ガスにて1kgf/cm
2の差圧下でガス透過量を測定し、ガス透過係数への換
算を行った。表1、図1にBET18粉末割合の異なる
スラリーを用いた場合のガス透過係数の関係を示す。
Example 1 10 mol% of commercially available solid electrolyte powder
Yttria-added zirconia powder (specific surface area 10 m 2 /
g) and a specific surface area of 1 by a ball mill using unmilled powder (BET10 powder) and ceramic balls.
Powder crushed to 8 m 2 / g (BET18 powder)
Was prepared. Using these powders, the ratio of BET10 powder to BET18 powder was 100: 0, 95: 5, 90: 1.
0, 80:20, 70:30, 50:50, 30: 7
0, 20:80, 0: 100, and 10 parts of the mixed powder, 4.8 parts of a binder, 85.1 parts of a solvent,
Nine kinds of slurries were prepared by mixing 0.1 part of a surfactant. Using this slurry, an air electrode substrate having an average pore diameter of 10 μm (outer diameter φ22 mm × wall thickness 2 mm × length 1000)
mm), a film was formed by dipping so as to have a thickness of about 50 μm, and baked at 1400 ° C. for 5 hours. The sample after film formation and baking is subjected to 1 kgf / cm
The gas permeation amount was measured under the differential pressure of 2 , and the gas permeation coefficient was converted. Table 1 and FIG. 1 show the relationship between the gas permeability coefficients when using slurries having different BET18 powder ratios.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】ガス透過量測定から計算した、ガス透過係
数結果から、平均比表面積の異なる固体電解質粉末を2
種類混合することにより、固体電解質膜の緻密性を向上
させることが可能となることがわかった。また、混合割
合としては、平均比表面積の小さな粉末を平均比表面積
の大きな粉末より多く混合させる方が、より緻密性が向
上することがわかった。
From the gas permeation coefficient results calculated from the gas permeation amount measurement, two solid electrolyte powders having different average specific surface areas were used.
It has been found that by mixing the types, the denseness of the solid electrolyte membrane can be improved. As for the mixing ratio, it has been found that the denseness is more improved when a powder having a small average specific surface area is mixed more than a powder having a large average specific surface area.

【0037】[0037]

【実施例2】固体電解質粉末として市販の10mol%
イットリア添加ジルコニア粉末(比表面積10m2
g)を用いて、未粉砕粉末(BET10粉末)とセラミ
ックス製ボールを用いたボールミルにより比表面積が1
8m2/gとなるまで粉砕した粉末(BET18粉末)
を用意した。これらの粉末を用いて、粉末10部に、バ
インダー4.8部、溶剤85.1部、界面活性剤0.1
部を混合し、2種類のスラリーを調整した。これらのス
ラリーを用いて、平均細孔径10μmの空気極基盤(外
形φ22mm×肉厚2mm×長さ1000mm)上に、
固体電解質膜厚が約50μmとなるようにディッピング
法により成膜し、1400℃、5時間にて焼成を行っ
た。成膜方法としては、空気極基盤上にBET10粉末
を用いたスラリーを最初に成膜し、次ぎにBET18粉
末を用いたスラリーにより成膜を行った。成膜厚条件を
表2に示す通りBET10粉末を用いたスラリーによる
膜厚を50μm、45μm、40μm、35μm、25
μm、10μm、0μmとした。
Example 2 Commercially available 10 mol% as solid electrolyte powder
Yttria-added zirconia powder (specific surface area 10 m 2 /
g) and a specific surface area of 1 by a ball mill using unmilled powder (BET10 powder) and ceramic balls.
Powder crushed to 8 m 2 / g (BET18 powder)
Was prepared. Using these powders, 10 parts of the powder, 4.8 parts of the binder, 85.1 parts of the solvent, and 0.1 part of the surfactant were used.
Were mixed to prepare two types of slurries. Using these slurries, on an air electrode base (outer diameter φ22 mm × wall thickness 2 mm × length 1000 mm) with an average pore diameter of 10 μm,
A film was formed by dipping so that the solid electrolyte film thickness became about 50 μm, and baked at 1400 ° C. for 5 hours. As a film forming method, a slurry using BET10 powder was formed first on the air electrode base, and then a film was formed using slurry using BET18 powder. As shown in Table 2, the film thickness of the slurry using BET10 powder was adjusted to 50 μm, 45 μm, 40 μm, 35 μm, 25
μm, 10 μm, and 0 μm.

【0038】[0038]

【表2】 [Table 2]

【0039】成膜・焼成後のサンプルを、窒素ガスにて
1kgf/cm2の差圧下でガス透過量を測定し、ガス
透過係数への換算を行った。表3、図2にBET10粉
末を用いたスラリーによる膜厚の違いによるガス透過係
数を示す。
The gas permeation amount of the sample after film formation and firing was measured with a nitrogen gas under a pressure difference of 1 kgf / cm 2 , and converted into a gas permeation coefficient. Table 3 and FIG. 2 show the gas permeation coefficient depending on the difference in the film thickness depending on the slurry using the BET10 powder.

【0040】[0040]

【表3】 [Table 3]

【0041】ガス透過量測定から計算した、ガス透過係
数結果から、平均比表面積の異なる固体電解質粉末によ
る2種類以上のスラリーを電極基盤上に層状に積層成膜
することにより、固体電解質膜の緻密性を向上させるこ
とが可能であることがわかった。また、平均比表面積の
小さな固体電解質粉末を含むスラリーによる成膜厚を、
平均比表面積の大きな固体電解質粉末を含むスラリーに
よる成膜厚より厚膜である方が、より緻密性が向上する
ことがわかった。
From the gas permeation coefficient results calculated from the gas permeation amount measurement, two or more types of slurries of solid electrolyte powders having different average specific surface areas are formed in a layered manner on the electrode substrate to form a dense solid electrolyte membrane. It has been found that the property can be improved. Also, the film thickness of the slurry containing the solid electrolyte powder having a small average specific surface area,
It was found that the denser the film, the thicker the film formed than the film formed by the slurry containing the solid electrolyte powder having a large average specific surface area.

【0042】[0042]

【実施例3】固体電解質粉末として市販の10mol%
イットリア添加ジルコニア粉末(比表面積10m2
g)を用いて、未粉砕粉末(BET10粉末)とセラミ
ックス製ボールを用いたボールミルにより比表面積が1
8m2/gとなるまで粉砕した粉末(BET18粉末)
を用意した。これらの粉末を用いて、粉末10部に、バ
インダー4.8部、溶剤85.1部、界面活性剤0.1
部を混合し、2種類のスラリーを調整した。これらのス
ラリーを用いて、平均細孔径10μmの空気極基盤(外
形φ22mm×肉厚2mm×長さ1000mm)上に、
固体電解質膜厚が約50μmとなるようにディッピング
法により成膜し、1400℃、5時間にて焼成を行っ
た。成膜方法としては、空気極基盤上にBET10粉末
を用いたスラリーを最初に成膜し、次ぎにBET18粉
末を用いたスラリーとBET10粉末を用いたスラリー
により交互に成膜を行った。比較条件として、BET1
0粉末を用いたスラリーのみによる成膜も行った。成膜
厚条件を表4に示す4通りとした。
Example 3 Commercially available 10 mol% as solid electrolyte powder
Yttria-added zirconia powder (specific surface area 10 m 2 /
g) and a specific surface area of 1 by a ball mill using unmilled powder (BET10 powder) and ceramic balls.
Powder crushed to 8 m 2 / g (BET18 powder)
Was prepared. Using these powders, 10 parts of the powder, 4.8 parts of the binder, 85.1 parts of the solvent, and 0.1 part of the surfactant were used.
Were mixed to prepare two types of slurries. Using these slurries, on an air electrode base (outer diameter φ22 mm × wall thickness 2 mm × length 1000 mm) with an average pore diameter of 10 μm,
A film was formed by dipping so that the solid electrolyte film thickness became about 50 μm, and baked at 1400 ° C. for 5 hours. As a film forming method, a slurry using BET10 powder was first formed on the air electrode base, and then a film using BET18 powder and a slurry using BET10 powder were alternately formed. As a comparison condition, BET1
Film formation was also performed using only slurry using 0 powder. The conditions of the film thickness were set to four types shown in Table 4.

【0043】[0043]

【表4】 [Table 4]

【0044】成膜・焼成後のサンプルを、窒素ガスにて
1kgf/cm2の差圧下でガス透過量を測定し、ガス
透過係数への換算を行った。表5、図3に各サンプルの
ガス透過係数を示す。
The sample after film formation and firing was measured for gas permeation amount under a differential pressure of 1 kgf / cm 2 with nitrogen gas, and converted into a gas permeation coefficient. Table 5 and FIG. 3 show the gas permeability coefficients of each sample.

【0045】[0045]

【表5】 [Table 5]

【0046】ガス透過量測定から計算した、ガス透過係
数結果から、平均比表面積の異なる固体電解質粉末によ
る2種類以上のスラリーを電極基盤上に層状に多層積層
することにより、固体電解質膜の緻密性を向上させるこ
とが可能であることがわかった。
From the gas permeation coefficient result calculated from the gas permeation amount measurement, the denseness of the solid electrolyte membrane is obtained by laminating two or more types of slurries of solid electrolyte powders having different average specific surface areas on the electrode substrate. Was found to be able to be improved.

【0047】[0047]

【実施例4】固体電解質粉末として市販の10mol%
イットリア添加ジルコニア粉末(比表面積10m2
g)を用いて、未粉砕粉末(BET10粉末)とセラミ
ックス製ボールを用いたボールミルにより比表面積が1
4および18m2/gとなるまで粉砕した粉末(BET
14粉末およびBET18粉末)を用意した。これらの
粉末を用いて、BET10粉末単体、BET10粉末対
BET14粉末が7対3の割合となるように秤量した混
合粉末、およびBET18粉末単体の3種類の粉末を用
いて、粉末10部に、バインダー4.8部、溶剤85.
1部、界面活性剤0.1部を混合し、3種類のスラリー
を調整した。これらのスラリーを用いて、平均細孔径1
0μmの空気極基盤(外形φ22mm×肉厚2mm×長
さ1000mm)上に、固体電解質膜厚が約50μmと
なるようにディッピング法により成膜し、1400℃、
5時間にて焼成を行った。成膜方法としては、表6に示
す通り空気極基盤上にBET10粉末単体およびBET
10粉末対BET14粉末が7対3の割合となるように
秤量した混合粉末を用いたスラリーによりそれぞれ40
μm成膜した後に、BET18粉末を用いたスラリーに
より10μm成膜を行った。
Example 4 10 mol% of commercially available solid electrolyte powder
Yttria-added zirconia powder (specific surface area 10 m 2 /
g) and a specific surface area of 1 by a ball mill using unmilled powder (BET10 powder) and ceramic balls.
4 and 18 m 2 / g powder (BET
14 powder and BET18 powder). Using these powders, BET10 powder alone, mixed powder weighed so that the ratio of BET10 powder to BET14 powder was 7: 3, and three kinds of powders of BET18 powder alone, a binder was added to 10 parts of powder. 4.8 parts, solvent 85.
One part and 0.1 part of a surfactant were mixed to prepare three kinds of slurries. Using these slurries, an average pore diameter of 1
A film was formed on a 0 μm air electrode substrate (outer diameter φ22 mm × wall thickness 2 mm × length 1000 mm) by a dipping method so as to have a solid electrolyte film thickness of about 50 μm.
The firing was performed for 5 hours. As shown in Table 6, BET10 powder alone and BET
A slurry using a mixed powder weighed so that a ratio of 10 powders to BET 14 powders is 7: 3 is used for each 40.
After forming a μm film, a 10 μm film was formed using a slurry using BET18 powder.

【0048】[0048]

【表6】 [Table 6]

【0049】成膜・焼成後のサンプルを、窒素ガスにて
1kgf/cm2の差圧下でガス透過量を測定し、ガス
透過係数への換算を行った。表7、図4に各サンプルの
ガス透過係数を示す。
The sample after film formation and firing was measured for gas permeation amount under a differential pressure of 1 kgf / cm 2 with nitrogen gas, and converted into a gas permeation coefficient. Table 7 and FIG. 4 show the gas permeability coefficients of each sample.

【0050】[0050]

【表7】 [Table 7]

【0051】ガス透過量測定から計算した、ガス透過係
数結果から、平均比表面積の異なる固体電解質粉末によ
る2種類以上のスラリーを電極基盤上に層状に積層する
場合において、平均比表面積の小さな固体電解質粉末と
して、2種類以上の異なる比表面積の粉末を混合するこ
とにより、固体電解質膜の緻密性を更に向上させること
が可能であることがわかった。
When two or more slurries of solid electrolyte powders having different average specific surface areas are layered on the electrode substrate from the gas permeability coefficient results calculated from the gas permeation amount measurement, the solid electrolyte having a small average specific surface area is used. It has been found that by mixing two or more kinds of powders having different specific surface areas, it is possible to further improve the denseness of the solid electrolyte membrane.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上に説明した如く本発明によれば、電
極基盤上に固体電解質粉末からなる固体電解質膜を成膜
した緻密質固体電解質膜において、前記固体電解質粉末
が、平均比表面積(平均粒径)の異なる複数の粉末を含
むことにより、固体電解質粉末の充填性を密にすること
ができ、また、適度の焼結性に制御することが可能とな
り、緻密な固体電解質膜を得ることができる。
As described above, according to the present invention, in a dense solid electrolyte membrane in which a solid electrolyte membrane made of a solid electrolyte powder is formed on an electrode substrate, the solid electrolyte powder has an average specific surface area (average specific surface area). By including a plurality of powders having different particle diameters, the packing property of the solid electrolyte powder can be made denser, and it is possible to control the sintering property to an appropriate level to obtain a dense solid electrolyte membrane. Can be.

【0053】平均比表面積の異なる固体電解質粉末を複
数含むスラリ−による成膜は、固体電解質粉末の充填性
を向上させ、焼成収縮を制御でき、各種形状の基盤(平
板、パイプ内外面など)の全面あるいは任意の一部に固
体電解質薄膜を形成することが可能である。また、CV
D・EVD、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。
Film formation by a slurry containing a plurality of solid electrolyte powders having different average specific surface areas can improve the filling property of the solid electrolyte powder, control firing shrinkage, and form bases (plates, pipe inner and outer surfaces, etc.) of various shapes. It is possible to form a solid electrolyte thin film on the entire surface or any part thereof. Also, CV
Compared with D / EVD, plasma spraying, etc., expensive manufacturing equipment is not required, and application to large-sized products is easy.

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

【図1】実施例1にかかる、BET18粉末割合の異な
るスラリーを用いた場合のガス透過係数の関係を示す図
である。
FIG. 1 is a view showing a relationship between gas permeability coefficients when slurries having different BET18 powder ratios according to Example 1 are used.

【図2】実施例2にかかる、BET10粉末およびBE
T18粉末によるスラリーを用いた積層成膜時の膜厚比
の違いによるガス透過係数を示す図である。
FIG. 2 shows BET10 powder and BE according to Example 2.
It is a figure which shows the gas transmission coefficient by the difference of the film thickness ratio at the time of lamination | stacking film formation using the slurry by T18 powder.

【図3】実施例3にかかる、BET10粉末およびBE
T18粉末によるスラリーを用いた多層積層成膜時のガ
ス透過係数を示す図である。
FIG. 3 shows BET10 powder and BE according to Example 3.
It is a figure which shows the gas permeation coefficient at the time of multilayer lamination film formation using the slurry by T18 powder.

【図4】実施例4にかかる、平均比表面積の小さなBE
T10粉末へのBET14粉末の混合の有無による積層
成膜時のガス透過係数を示す図である。
FIG. 4 shows a BE having a small average specific surface area according to Example 4.
It is a figure which shows the gas permeation coefficient at the time of lamination film formation by the presence or absence of mixing of BET14 powder with T10 powder.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5G301 CA02 CA26 CA28 CA30 CD01 5H018 AA06 AS02 AS03 BB01 BB08 EE13 HH08 5H026 AA06 BB01 BB04 BB06 BB08 EE13 HH02 HH03 HH08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5G301 CA02 CA26 CA28 CA30 CD01 5H018 AA06 AS02 AS03 BB01 BB08 EE13 HH08 5H026 AA06 BB01 BB04 BB06 BB08 EE13 HH02 HH03 HH08

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電極基盤上に固体電解質粉末からなる固
体電解質膜を成膜した緻密質固体電解質膜において、前
記固体電解質粉末が、平均比表面積(平均粒径)の異な
る複数の粉末を含むことを特徴とする緻密質固体電解質
膜。
1. A dense solid electrolyte membrane in which a solid electrolyte membrane made of a solid electrolyte powder is formed on an electrode substrate, wherein the solid electrolyte powder contains a plurality of powders having different average specific surface areas (average particle diameters). A dense solid electrolyte membrane characterized by the following.
【請求項2】 前記固体電解質粉末は、平均比表面積が
0.2m2/g〜50m2/の粉末から任意に複数選択す
ることを特徴とする請求項1記載の緻密質固体電解質
膜。
Wherein said solid electrolyte powder, dense solid electrolyte membrane of claim 1 wherein the average specific surface area, characterized in that a plurality arbitrarily selected from 0.2m 2 / g~50m 2 / powder.
【請求項3】 前記複数の固体電解質粉末の平均比表面
積の差が、1:1.5以上であることを特徴とする請求
項1、2記載の緻密質固体電解質膜。
3. The dense solid electrolyte membrane according to claim 1, wherein the difference between the average specific surface areas of the plurality of solid electrolyte powders is 1: 1.5 or more.
【請求項4】 前記複数の固体電解質粉末のうち、平均
比表面積の小さな固体電解質粉末(以下「第一の粉
末」)の混合比を高くしたことを特徴とする請求項1〜
3記載の緻密質固体電解質膜。
4. The mixing ratio of a solid electrolyte powder having a small average specific surface area (hereinafter, “first powder”) among the plurality of solid electrolyte powders is increased.
4. The dense solid electrolyte membrane according to 3.
【請求項5】 前記固体電解質膜を、前記第一の粉末か
らなる固体電解質膜と、この第一の粉末よりも平均比表
面積の大きい固体電解質粉末(以下「第二の粉末」)か
らなる固体電解質膜とを層状に積層して作製したことを
特徴とする請求項1〜3記載の緻密質固体電解質膜。
5. A solid electrolyte membrane comprising: a solid electrolyte membrane comprising the first powder; and a solid electrolyte powder having an average specific surface area larger than the first powder (hereinafter, “second powder”). The dense solid electrolyte membrane according to any one of claims 1 to 3, wherein the dense solid electrolyte membrane is formed by laminating an electrolyte membrane and a layer.
【請求項6】 前記第一の粉末からなる固体電解質膜の
膜厚を、第二の粉末からなる固体電解質膜の膜厚よりも
厚膜としたことを特徴とする請求項5記載の緻密質固体
電解質膜。
6. The dense material according to claim 5, wherein the thickness of the solid electrolyte membrane made of the first powder is larger than the thickness of the solid electrolyte membrane made of the second powder. Solid electrolyte membrane.
【請求項7】 前記第一の粉末からなる固体電解質膜を
電極基盤上に成膜し、この固体電解質膜上に第二の粉末
からなる固体電解質膜を成膜したことを特徴とする請求
項5、6記載の緻密質固体電解質膜。
7. A solid electrolyte membrane comprising a first powder formed on an electrode substrate, and a solid electrolyte membrane comprising a second powder formed on the solid electrolyte membrane. 7. The dense solid electrolyte membrane according to 5 or 6.
【請求項8】 前記固体電解質粉末として、ジルコニア
(ZrO2)系、セリア(CeO2)系を用いることを特
徴とする請求項1〜7記載の緻密質固体電解質膜。
8. The dense solid electrolyte membrane according to claim 1, wherein a zirconia (ZrO 2 ) or ceria (CeO 2 ) is used as the solid electrolyte powder.
【請求項9】 前記固体電解質膜の膜厚を、5〜150
μmとすることを特徴とする請求項1〜8記載の緻密質
固体電解質膜。
9. The solid electrolyte membrane having a thickness of 5 to 150
The dense solid electrolyte membrane according to claim 1, wherein the thickness is set to μm.
【請求項10】 請求項1〜9の何れかに記載の緻密質
固体電解質膜を含む固体電解質型燃料電池。
10. A solid oxide fuel cell comprising the dense solid electrolyte membrane according to claim 1.
【請求項11】 第一及び第二の粉末を含むスラリーを
作製し、次いでこのスラリーを電極基盤上に成膜するこ
とを特徴とする緻密質固体電解質膜の製造方法
11. A method for producing a dense solid electrolyte membrane, comprising: preparing a slurry containing first and second powders; and forming the slurry on an electrode substrate.
【請求項12】 前記第一及び第二の粉末を含むスラリ
ーを電極基盤上に層状に積層して成膜することを特徴と
する請求項11記載の緻密質固体電解質膜の製造方法
12. The method for producing a dense solid electrolyte membrane according to claim 11, wherein the slurry containing the first and second powders is layered on an electrode substrate to form a film.
【請求項13】 第一の粉末からなるスラリーを電極基
盤上に最初に成膜することを特徴とする請求項12記載
の緻密質固体電解質膜の製造方法。
13. The method for producing a dense solid electrolyte membrane according to claim 12, wherein a slurry comprising the first powder is first formed on the electrode substrate.
【請求項14】 前記第一及び第二の粉末を含むスラリ
ーを別々に作製し、次いでこれら複数のスラリーを混合
することを特徴とする請求項11記載の緻密質固体電解
質膜の製造方法。
14. The method for producing a dense solid electrolyte membrane according to claim 11, wherein slurries containing the first and second powders are separately prepared, and then the plurality of slurries are mixed.
【請求項15】 前記固体電解質粉末を、セラミック製
ボールにて粉砕・混合することを特徴とする請求項14
記載の緻密質固体電解質膜の製造方法。
15. The solid electrolyte powder is pulverized and mixed with a ceramic ball.
The method for producing a dense solid electrolyte membrane according to the above.
【請求項16】 前記固体電解質膜の焼成温度を120
0℃〜1700℃とすることを特徴とする請求項11〜
15記載の緻密質固体電解質膜の製造方法。
16. The sintering temperature of the solid electrolyte membrane is set to 120.
The temperature is set to 0 ° C to 1700 ° C.
16. The method for producing a dense solid electrolyte membrane according to 15.
【請求項17】 La(Sr、Ca)MnO3ペロブス
カイト型酸化物(LSCM)とイットリアドープジルコ
ニア(YSZ)との複合粉末(LSCM/YSZ)を含
むスラリーを空気極基盤上に成膜し、次いでこの空気極
基盤上の膜に、第一及び第二の粉末を含むスラリーを成
膜することを特徴とする緻密質固体電解質膜の製造方
法。
17. A slurry containing a composite powder (LSCM / YSZ) of La (Sr, Ca) MnO 3 perovskite oxide (LSCM) and yttria-doped zirconia (YSZ) is formed on an air electrode base, A method for producing a dense solid electrolyte membrane, comprising forming a slurry containing the first and second powders on the membrane on the cathode base.
【請求項18】 空気極基盤上に、請求項11〜17の
何れかに記載の方法により緻密質固体電解質膜を形成
し、次いでこの緻密質固体電解質膜上に燃料極を形成す
ることを特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方法。
18. A method according to claim 11, wherein a dense solid electrolyte membrane is formed on the cathode base, and a fuel electrode is formed on the dense solid electrolyte membrane. Of manufacturing a solid oxide fuel cell.
JP11197503A 1999-07-12 1999-07-12 Compact solid electrolyte film, solid electrolyte type fuel cell containing the same and manufacture thereof Pending JP2001023653A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11197503A JP2001023653A (en) 1999-07-12 1999-07-12 Compact solid electrolyte film, solid electrolyte type fuel cell containing the same and manufacture thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11197503A JP2001023653A (en) 1999-07-12 1999-07-12 Compact solid electrolyte film, solid electrolyte type fuel cell containing the same and manufacture thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001023653A true JP2001023653A (en) 2001-01-26

Family

ID=16375567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11197503A Pending JP2001023653A (en) 1999-07-12 1999-07-12 Compact solid electrolyte film, solid electrolyte type fuel cell containing the same and manufacture thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001023653A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007335193A (en) * 2006-06-14 2007-12-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Ceria layer for air electrode of solid oxide fuel cell, and its manufacturing method
JP2009099552A (en) * 2007-09-28 2009-05-07 Nippon Shokubai Co Ltd Method of manufacturing cell for solid oxide fuel cell, and cell for solid oxide fuel cell
KR101025214B1 (en) * 2009-04-03 2011-03-31 연세대학교 산학협력단 The Method for Producing an Electrolyte and the Electrolyte Powder Producing by the Same Method
JP2015220012A (en) * 2014-05-15 2015-12-07 富士通株式会社 Solid electrolyte structure and all-solid-state battery
WO2016031942A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Electrolyte sheet and manufacturng method thereof
CN108884991A (en) * 2016-04-19 2018-11-23 株式会社神户制钢所 The method of operation and boiler plant of boiler

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007335193A (en) * 2006-06-14 2007-12-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Ceria layer for air electrode of solid oxide fuel cell, and its manufacturing method
JP2009099552A (en) * 2007-09-28 2009-05-07 Nippon Shokubai Co Ltd Method of manufacturing cell for solid oxide fuel cell, and cell for solid oxide fuel cell
KR101025214B1 (en) * 2009-04-03 2011-03-31 연세대학교 산학협력단 The Method for Producing an Electrolyte and the Electrolyte Powder Producing by the Same Method
JP2015220012A (en) * 2014-05-15 2015-12-07 富士通株式会社 Solid electrolyte structure and all-solid-state battery
WO2016031942A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Electrolyte sheet and manufacturng method thereof
KR20170041860A (en) * 2014-08-29 2017-04-17 고쿠리츠켄큐카이하츠호진 상교기쥬츠 소고켄큐쇼 Electrolyte sheet and manufacturing method thereof
JPWO2016031942A1 (en) * 2014-08-29 2017-08-17 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Electrolyte sheet and manufacturing method thereof
KR101995549B1 (en) 2014-08-29 2019-07-02 고쿠리츠켄큐카이하츠호진 상교기쥬츠 소고켄큐쇼 Electrolyte sheet and manufacturing method thereof
CN108884991A (en) * 2016-04-19 2018-11-23 株式会社神户制钢所 The method of operation and boiler plant of boiler
CN108884991B (en) * 2016-04-19 2020-09-25 株式会社神户制钢所 Method for operating boiler and boiler plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5035962A (en) Layered method of electrode for solid oxide electrochemical cells
JP3230156B2 (en) Electrode of solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same
Nien et al. Preparation of BaZr0. 1Ce0. 7Y0. 2O3–δ based solid oxide fuel cells with anode functional layers by tape casting
JP3245865B2 (en) Solid electrolyte thin film and method for producing the same
Choi et al. Low temperature preparation and characterization of solid oxide fuel cells on FeCr-based alloy support by aerosol deposition
JP4383092B2 (en) Electrochemical element
KR20120140476A (en) Material for solid oxide fuel cell, cathode including the material and solid oxide fuel cell including the material
JP2001023653A (en) Compact solid electrolyte film, solid electrolyte type fuel cell containing the same and manufacture thereof
JPH07320754A (en) Connecting structure between solid electrolytic film and electrode film, and its manufacture
KR101657242B1 (en) high temperature solid oxide cell comprising barrier layer, manufacturing method thereof
JP2000030728A (en) Making method of dense sintered film and manufacture of solid electrolyte-type fuel cell using the method
US20240052506A1 (en) Substrate for a metal-supported electrochemical cell
JPH1074528A (en) Solid electrolyte fuel cell and its manufacture
JP2000044245A (en) Production of lscm/ysz composite powder and production of solid electrolyte type fuel cell using the powder
KR20190129841A (en) Method for manufacturing electrochemical device and electrochemical device
JP2001118590A (en) High conductivity solid electrolyte film and method for manufacturing the same
JP2006059611A (en) Ceria based solid electrolyte fuel cell and its manufacturing method
JP2006059610A (en) Solid electrolyte fuel cell and its manufacturing method
JP2003051321A (en) Low-temperature sintering solid electrolyte material and solid oxide type fuel cell using the same
JP3525601B2 (en) Method for forming dense ceramic thin film
JP2001297781A (en) Film forming method
JP2000086342A (en) Production of solid electrolyte material and production of solid electrolyte membrane using the same
JPH1064565A (en) Solid electrolytic fuel cell
KR100284892B1 (en) Manufacturing method of dense membrane by slurry coating method
JPH11343185A (en) Production of dense sintered film