JP2001052725A - Material for peripheral member of cylindrical solid electrolyte fuel cell and cell making use of the same - Google Patents

Material for peripheral member of cylindrical solid electrolyte fuel cell and cell making use of the same

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JP2001052725A
JP2001052725A JP11223903A JP22390399A JP2001052725A JP 2001052725 A JP2001052725 A JP 2001052725A JP 11223903 A JP11223903 A JP 11223903A JP 22390399 A JP22390399 A JP 22390399A JP 2001052725 A JP2001052725 A JP 2001052725A
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Japan
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solid electrolyte
fuel cell
cell
cylindrical solid
electrolyte fuel
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Japanese (ja)
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Masahito Shida
雅人 志田
Makoto Uchino
信 内埜
Akihiro Sawada
明宏 沢田
Toshiro Nishi
敏郎 西
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material for peripheral members of a cylindrical solid electrolyte fuel cell having high manufacturing efficiency and easy to maintain high durability, and a cell making use of it. SOLUTION: Plural films are formed by a porous fuel cell electrode 12 of a cermet obtained by mixing YSZ with Ni on the external peripheral surface of a base substance tube 11 having a porous cylindrical shape at a designated interval throughout its axial center direction, a porous solid electrolyte 13 of YSZ is formed into a film on the fuel cell electrodes 12, a porous air electrode 14 comprising a mixture obtained by mixing a perovskite compound oxide such as LaSrMnO3 with YSZ is formed into the solid electrolyte 13 in order to form a unit cell film, and a fine inter-connector 15 having a composition of strontium titanate perovskite compound oxide expressed by Sr1-xLaxTiO3 (provided, 0<x<=0.3) as a main ingredient is formed into a film between the unit cell films.

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、円筒型固体電解質
燃料電池の周辺部材の材料およびこれを利用したセルに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a material for a peripheral member of a cylindrical solid electrolyte fuel cell and a cell using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】円筒型固体電解質燃料電池のセルの概略
構成を図8に示す。
2. Description of the Related Art A schematic configuration of a cell of a cylindrical solid electrolyte fuel cell is shown in FIG.

【0003】図8に示すように、多孔質性の円筒型をな
す基体管111の外周面には、ニッケルにイットリア安
定化ジルコニア(以下「YSZ」という。)を混合した
サーメットからなる多孔質性の燃料極112が当該基体
管111の軸心方向にわたって所定の間隔で複数成膜さ
れている。これら燃料極112上には、YSZからなる
多孔質性の固体電解質113が成膜されている。これら
固体電解質113上には、ストロンチウム添加ランタン
マンガナイト(LaSrMnO3 )などのペロブスカイ
ト型複合酸化物にYSZを混合した混合物からなる多孔
質性の空気極114が成膜されている。すなわち、燃料
極112、固体電解質113、空気極114からなる単
電池膜が基体管111の外周面に軸心方向にわたって所
定の間隔で複数成膜されているのである。
As shown in FIG. 8, on the outer peripheral surface of a porous cylindrical base tube 111, a porous cermet made of a mixture of nickel and yttria-stabilized zirconia (hereinafter referred to as "YSZ") is provided. A plurality of fuel electrodes 112 are formed at predetermined intervals along the axial direction of the base tube 111. On these fuel electrodes 112, a porous solid electrolyte 113 made of YSZ is formed. On these solid electrolytes 113, a porous air electrode 114 made of a mixture of a perovskite-type composite oxide such as strontium-added lanthanum manganite (LaSrMnO 3 ) and YSZ is formed. That is, a plurality of unit cell films composed of the fuel electrode 112, the solid electrolyte 113, and the air electrode 114 are formed on the outer peripheral surface of the base tube 111 at predetermined intervals in the axial direction.

【0004】また、隣り合う上記単電池の間には、ラン
タンクロマイト(LaCrO3 )系のペロブスカイト型
酸化物からなる緻密性のインタコネクタ115がそれぞ
れ成膜されており、当該インタコネクタ115は、一方
の単電池膜の燃料極112と他方の単電池膜の空気極1
14とを接続している。すなわち、インタコネクタ11
5は、単電池膜間を直列に接続しているのである。
A dense interconnector 115 made of a lanthanum chromite (LaCrO 3 ) -based perovskite oxide is formed between adjacent unit cells, and one interconnector 115 is connected to one of the interconnectors. Fuel electrode 112 of one unit cell membrane and air electrode 1 of the other unit cell membrane
14 is connected. That is, the interconnector 11
Reference numeral 5 indicates that the unit cell membranes are connected in series.

【0005】このような円筒型固体電解質燃料電池のセ
ルにおいては、所定の温度(900〜1000℃)に加
熱され、基体管111の内側に水素などのような燃料ガ
スを供給されると共に、基体管111の外側に空気など
の酸化剤ガスを供給されると、単電池膜で燃料ガスと酸
化剤ガスとが電気化学的に反応し、電力を得ることがで
きるようになっている。
In such a cylindrical solid electrolyte fuel cell, a cell is heated to a predetermined temperature (900 to 1000 ° C.), and a fuel gas such as hydrogen is supplied to the inside of the base tube 111. When an oxidizing gas such as air is supplied to the outside of the tube 111, the fuel gas and the oxidizing gas electrochemically react in the unit cell membrane, so that electric power can be obtained.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述したように、円筒
型固体電解質燃料電池のセルは、高温環境下(900〜
1000℃)で使用されると共に、酸化雰囲気および還
元雰囲気に晒される。このため、燃料極112において
は、高温還元雰囲気下でも化学的に安定し且つ固体電解
質113と熱膨張率差の小さい導電性の材料が適用さ
れ、空気極114においては、高温酸化雰囲気下でも化
学的に安定し且つ固体電解質113と熱膨張率差の小さ
い導電性の材料が適用されている。特に、インタコネク
タ115においては、高温酸化雰囲気および高温還元雰
囲気でも化学的に安定し且つ上記電極112,114お
よび固体電解質113と熱膨張率差の小さい導電性の材
料でなければならないため、上述したようなLaCrO
3 系のペロブスカイト型酸化物が現在使用されている。
As described above, the cells of the cylindrical solid electrolyte fuel cell are operated in a high temperature environment (900 to 900).
1000 ° C.) and exposed to an oxidizing and reducing atmosphere. For this reason, a conductive material that is chemically stable even in a high-temperature reducing atmosphere and has a small difference in thermal expansion coefficient from the solid electrolyte 113 is applied to the fuel electrode 112, and a chemical material is used in the air electrode 114 even in a high-temperature oxidizing atmosphere. A conductive material that is stable in terms of temperature and has a small difference in thermal expansion coefficient from the solid electrolyte 113 is used. In particular, the interconnector 115 must be made of a conductive material that is chemically stable even in a high-temperature oxidizing atmosphere and a high-temperature reducing atmosphere and has a small difference in thermal expansion coefficient from the electrodes 112 and 114 and the solid electrolyte 113. LaCrO like
Three perovskite oxides are currently used.

【0007】しかしながら、LaCrO3 系のペロブス
カイト型酸化物は、以下のような問題があった。 (1)還元雰囲気での膨張率が酸化雰囲気での膨張率よ
りも大きいため、酸化雰囲気側と還元雰囲気側との間で
歪を生じてしまい、耐久性が低下する虞がある。 (2)焼結温度が高く他の材料との一体焼結が難しいた
め、製造効率が悪くコストが高くついてしまう。
However, the LaCrO 3 -based perovskite oxide has the following problems. (1) Since the expansion coefficient in the reducing atmosphere is larger than the expansion coefficient in the oxidizing atmosphere, distortion occurs between the oxidizing atmosphere side and the reducing atmosphere side, and the durability may be reduced. (2) Since the sintering temperature is high and it is difficult to integrally sinter with other materials, the manufacturing efficiency is low and the cost is high.

【0008】このようなことから、本発明は、製造効率
が高く高耐久性の維持が容易な円筒型固体電解質燃料電
池の周辺部材の材料ならびにこれを利用したインタコネ
クタおよびセルを提供することを目的とした。
In view of the above, the present invention provides a material for peripheral members of a cylindrical solid electrolyte fuel cell which has high production efficiency and can easily maintain high durability, and an interconnector and a cell using the same. The purpose was.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による円筒型固体電解質燃料電池の周辺
部材の材料は、Sr1-x Lax TiO3 (ただし、0<
x≦0.3)で表される組成が主成分であることを特徴
とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the material of the peripheral members of the cylindrical solid electrolyte fuel cell according to the present invention is Sr 1 -x La x TiO 3 (where 0 <
(x ≦ 0.3) is a main component.

【0010】上述の円筒型固体電解質燃料電池の周辺部
材の材料において、MgAl2 4をy体積%(ただ
し、0<y≦30)含んでいることを特徴とする。
The material of the peripheral member of the above-mentioned cylindrical solid oxide fuel cell is characterized in that MgAl 2 O 4 is contained in y volume% (where 0 <y ≦ 30).

【0011】上述の円筒型固体電解質燃料電池の周辺部
材の材料において、前記周辺部材がインタコネクタであ
ることを特徴とする。
In the above-mentioned material for the peripheral member of the cylindrical solid electrolyte fuel cell, the peripheral member is an interconnector.

【0012】また、本発明による円筒型固体電解質燃料
電池のセルは、燃料極、固体電解質、空気極からなる単
電池膜が基体管の外周面に軸心方向にわたってインタコ
ネクタを介して所定の間隔で複数成膜された円筒型固体
電解質燃料電池のセルにおいて、前記インタコネクタが
Sr1-x Lax TiO3 (ただし、0<x≦0.3)で
表される組成を主成分としていることを特徴とする。
Further, in the cell of the cylindrical solid electrolyte fuel cell according to the present invention, a unit cell membrane composed of a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode is provided on an outer peripheral surface of a base tube at a predetermined interval through an interconnector in the axial direction. Wherein the interconnector has a main component of a composition represented by Sr 1-x La x TiO 3 (where 0 <x ≦ 0.3). It is characterized by.

【0013】上述した円筒型固体電解質燃料電池のセル
において、前記インタコネクタがMgAl2 4 をy体
積%(ただし、0<y≦30)含んでいることを特徴と
する。
[0013] In the above-mentioned cell of the cylindrical solid electrolyte fuel cell, the interconnector is characterized by containing MgAl 2 O 4 by y volume% (where 0 <y ≦ 30).

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明による円筒型固体電解質燃
料電池の周辺部材の材料およびこれを利用したセルの実
施の形態を以下に説明するが、本発明は、以下の実施の
形態に限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of materials for peripheral members of a cylindrical solid oxide fuel cell according to the present invention and a cell using the same will be described below, but the present invention is limited to the following embodiments. Not something.

【0015】[第一番目の実施の形態]本発明による円
筒型固体電解質燃料電池の周辺部材の材料およびこれを
利用したセルの第一番目の実施の形態を図1を用いて説
明する。図1は、セルの要部の概略構成図である。
First Embodiment A first embodiment of a material for peripheral members of a cylindrical solid oxide fuel cell according to the present invention and a cell using the same will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of a cell.

【0016】図1に示すように、多孔質性の円筒型をな
す基体管11の外周面には、ニッケルにイットリア安定
化ジルコニア(以下「YSZ」という。)を混合したサ
ーメットからなる多孔質性の燃料極12が当該基体管1
1の軸心方向にわたって所定の間隔で複数成膜されてい
る。これら燃料極12上には、YSZからなる多孔質性
の固体電解質13が成膜されている。これら固体電解質
13上には、ストロンチウム添加ランタンマンガナイト
(LaSrMnO3 )などのペロブスカイト型複合酸化
物にYSZを混合した混合物からなる多孔質性の空気極
14が成膜されている。すなわち、燃料極12、固体電
解質13、空気極14からなる単電池膜が基体管11の
外周面に軸心方向にわたって所定の間隔で複数成膜され
ているのである。
As shown in FIG. 1, on the outer peripheral surface of a porous cylindrical base tube 11, a porous cermet made of a mixture of nickel and yttria-stabilized zirconia (hereinafter referred to as "YSZ") is provided. Of the fuel electrode 12 is
A plurality of films are formed at predetermined intervals over one axial direction. On these fuel electrodes 12, a porous solid electrolyte 13 made of YSZ is formed. On these solid electrolytes 13, a porous air electrode 14 made of a mixture of a perovskite-type composite oxide such as strontium-doped lanthanum manganite (LaSrMnO 3 ) and YSZ is formed. That is, a plurality of unit cell films composed of the fuel electrode 12, the solid electrolyte 13, and the air electrode 14 are formed on the outer peripheral surface of the base tube 11 at predetermined intervals in the axial direction.

【0017】また、隣り合う上記単電池の間には、Sr
1-x Lax TiO3 (ただし、0<x≦0.3)で表さ
れるチタン酸ストロンチウム系のペロブスカイト型複合
酸化物の組成を主成分とした周辺部材である緻密性のイ
ンタコネクタ15がそれぞれ成膜されており、当該イン
タコネクタ15は、一方の単電池膜の燃料極12と他方
の単電池膜の空気極14とを接続している。すなわち、
インタコネクタ15は、単電池膜間を直列に接続してい
るのである。
In addition, Sr is provided between adjacent cells.
A dense interconnector 15 which is a peripheral member mainly composed of a strontium titanate-based perovskite-type composite oxide represented by 1-x La x TiO 3 (where 0 <x ≦ 0.3) is used. The interconnector 15 is connected to the fuel electrode 12 of one unit cell membrane and the air electrode 14 of the other unit cell membrane. That is,
The interconnector 15 connects the unit cell membranes in series.

【0018】このような円筒型固体電解質燃料電池のセ
ルにおいては、所定の温度(900〜1000℃)に加
熱され、基体管11の内側に水素などのような燃料ガス
を供給されると共に、基体管11の外側に空気などの酸
化剤ガスを供給されると、単電池膜で燃料ガスと酸化剤
ガスとが電気化学的に反応して、電力を得ることができ
る。
In such a cylindrical solid electrolyte fuel cell, a cell is heated to a predetermined temperature (900 to 1000 ° C.), and a fuel gas such as hydrogen is supplied to the inside of the base tube 11. When an oxidizing gas such as air is supplied to the outside of the tube 11, the fuel gas and the oxidizing gas electrochemically react in the unit cell membrane, and electric power can be obtained.

【0019】ここで、Sr1-x Lax TiO3 (ただ
し、0<x≦0.3)は、還元雰囲気での膨張率と酸化
雰囲気での膨張率との差が小さいと共に、焼結温度が小
さいため、このような組成を主成分とするインタコネク
タ15においては、酸化雰囲気側と還元雰囲気側との間
に歪を生じることがなく、また、上記電極12,14や
固体電解質13等と一体焼結することが容易にできる。
Here, Sr 1-x La x TiO 3 (where 0 <x ≦ 0.3) has a small difference between the expansion coefficient in a reducing atmosphere and the expansion coefficient in an oxidizing atmosphere, and has a low sintering temperature. Therefore, in the interconnector 15 having such a composition as a main component, no distortion occurs between the oxidizing atmosphere side and the reducing atmosphere side, and the interconnectors 15, the solid electrolyte 13, etc. It can be easily sintered together.

【0020】したがって、このような円筒型固体電解質
燃料電池の周辺部材の材料をインタコネクタに利用した
セルによれば、高耐久性を維持することができると共
に、製造効率を高めることができる。
Therefore, according to the cell using the material of the peripheral member of the cylindrical solid electrolyte fuel cell for the interconnector, high durability can be maintained and the production efficiency can be improved.

【0021】なお、本実施の形態では、周辺部材として
インタコネクタを例示したが、本発明は、これに限定さ
れず、例えば、円筒型固体電解質燃料電池で適用される
緻密性を有する通電部材などにも適用することができ
る。
In this embodiment, an interconnector is exemplified as a peripheral member. However, the present invention is not limited to this. For example, a dense current-carrying member applied to a cylindrical solid electrolyte fuel cell is used. Can also be applied.

【0022】[第二番目の実施の形態]本発明による円
筒型固体電解質燃料電池の周辺部材の材料およびこれを
利用したセルの第二番目の実施の形態を図2を用いて説
明する。図2は、そのセルの要部の概略構成図である。
ただし、前述した第一番目の実施の形態と同様な部材に
ついては、前述した第一番目の実施の形態の説明に用い
た符号と同様な符号を用いることにより、その説明を省
略する。
[Second Embodiment] A second embodiment of a material for peripheral members of a cylindrical solid oxide fuel cell according to the present invention and a cell using the same will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a main part of the cell.
However, the same members as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals as those used in the description of the first embodiment, and description thereof is omitted.

【0023】図2に示すように、隣り合う単電池の間に
は、Sr1-x Lax TiO3 (ただし、0<x≦0.
3)で表されるチタン酸ストロンチウム系のペロブスカ
イト型複合酸化物の組成を主成分としてMgAl2 4
をy体積%(ただし、0<y≦30)含んだ周辺部材で
ある緻密性のインタコネクタ25がそれぞれ成膜されて
いる。
As shown in FIG. 2, Sr 1-x La x TiO 3 (where 0 <x ≦ 0.
The composition of the strontium titanate-based perovskite complex oxide represented by 3) as a main component is MgAl 2 O 4
Are densely interconnected, which are peripheral members containing y volume% (where 0 <y ≦ 30).

【0024】ここで、MgAl2 4 をy体積%(ただ
し、0<y≦30)添加されたSr 1-x Lax TiO3
(ただし、0<x≦0.3)は、添加されない場合より
も熱膨張率が小さくなり、y=30となると、従来の材
料のLaCrO3 よりも熱膨張率がわずかに小さい程度
にまで抑制される。
Here, MgAlTwoOFourIs the y volume% (just
0 <y ≦ 30) Sr added 1-xLaxTiOThree
(However, 0 <x ≦ 0.3) is better than when it is not added.
When the coefficient of thermal expansion decreases and y = 30, the conventional material
LaCrOThreeSlightly lower coefficient of thermal expansion than
To be suppressed.

【0025】したがって、このような円筒型固体電解質
燃料電池の周辺部材の材料をインタコネクタに利用した
セルによれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と
同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、イ
ンタコネクタの熱膨張率を抑えることができるので、よ
り耐久性を高めることができる。
Therefore, according to the cell using the material of the peripheral member of the cylindrical solid electrolyte fuel cell for the interconnector, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Needless to say, since the thermal expansion coefficient of the interconnector can be suppressed, the durability can be further improved.

【0026】[0026]

【実施例】本発明による円筒型固体電解質燃料電池の周
辺部材の材料およびこれを利用したセルの効果を確認す
るため、次のような確認試験を行った。
EXAMPLE In order to confirm the effects of the materials of the peripheral members of the cylindrical solid electrolyte fuel cell according to the present invention and the cells using the same, the following confirmation tests were conducted.

【0027】[試験1:他の部材の材料との反応性]炭
酸ストロンチウム(SrCO3 )、酸化ランタン(La
2 3 )、二酸化チタン(TiO2 )を用いてSr0.9
La0.1 TiO3 (以下「SLT」という。)を合成す
る。次に、NiO(燃料極の材料)、YSZ(固体電解
質の材料)、LaSrMnO3 (空気極の材料)の各材
料に対して、SLTを混合し(混合比は体積比で1:
1)、これらの粉末のX線回折測定を行った後、熱処理
(1400℃×5時間)を行い、その後、これらの粉末
のX線回折測定を再度行い、熱処理前後での測定データ
を比較することにより、熱処理による反応生成物の有無
を確認した。
[Test 1: Reactivity with materials of other members] Strontium carbonate (SrCO 3 ), lanthanum oxide (La)
2 O 3 ) and titanium dioxide (TiO 2 ) using Sr 0.9
La 0.1 TiO 3 (hereinafter referred to as "SLT".) To synthesize. Next, SLT is mixed with each of NiO (fuel electrode material), YSZ (solid electrolyte material), and LaSrMnO 3 (air electrode material) (mixing ratio is 1: 1:
1) After performing X-ray diffraction measurement of these powders, heat treatment (1400 ° C. × 5 hours) is performed. Thereafter, X-ray diffraction measurement of these powders is performed again, and measurement data before and after the heat treatment are compared. Thus, the presence or absence of a reaction product due to the heat treatment was confirmed.

【0028】その結果、SLTは、上記材料と反応生成
物をつくらないことがわかった。よって、SLTは、イ
ンタコネクタの材料に使用しても、製造時に他の部材と
反応してしまうことがなく、安定しているといえる。
As a result, it was found that SLT did not form a reaction product with the above materials. Therefore, even if SLT is used as a material for an interconnector, it can be said that SLT is stable without reacting with other members at the time of manufacture.

【0029】[試験2:焼結性]1400℃、1440
℃、1470℃の各温度で焼結したSLTの密度をアル
キメデス法によりそれぞれ測定した。その結果を図3に
示す。なお、比較のため、1400℃、1500℃の各
温度で焼結したLaCrO3 の密度もアルキメデス法に
よりそれぞれ測定した。
[Test 2: Sinterability] 1400 ° C., 1440
The densities of the SLT sintered at each of the temperatures of 1 ° C. and 1470 ° C. were measured by the Archimedes method. The result is shown in FIG. For comparison, the densities of LaCrO 3 sintered at temperatures of 1400 ° C. and 1500 ° C. were also measured by the Archimedes method.

【0030】図3からわかるように、SLTは、相対密
度がLaCrO3 よりも大きい値であった。よって、S
LTは、LaCrO3 よりも焼結性が高く、焼結しやす
いといえる。
As can be seen from FIG. 3, the relative density of SLT was larger than that of LaCrO 3 . Therefore, S
LT has higher sinterability than LaCrO 3 and can be said to be easily sintered.

【0031】[試験3:熱膨張性]SLTにMgAl2
4 を各種の割合(0体積%、10体積%、20体積
%、30体積%の4パターン)で添加して焼結(140
0℃)した後、棒状(3×4×14mm)に切り出して
熱膨張率(雰囲気:空気、温度:1000℃)を求め
た。その結果を図4に示す。なお、LaCrO3 の熱膨
張率は9.5×10-6/℃(文献値)である。
[Test 3: Thermal expansion] MgAl 2 was added to SLT.
O 4 is added at various ratios (0 vol%, 10 vol%, 20 vol%, and 30 vol% in four patterns) and sintered (140%).
(0 ° C.), and cut out into a rod shape (3 × 4 × 14 mm) to determine the coefficient of thermal expansion (atmosphere: air, temperature: 1000 ° C.). FIG. 4 shows the results. The thermal expansion coefficient of LaCrO 3 is 9.5 × 10 −6 / ° C. (literature value).

【0032】図4からわかるように、MgAl2 4
添加量が増えるほど熱膨張率が小さくなり、MgAl2
4 の添加量が30体積%となると、熱膨張率が9.4
×10-6/℃となり、LaCrO3 の熱膨張率よりも僅
かに小さな値となった。よって、低熱膨張材であるMg
Al2 4 が添加されることにより、SLTの熱膨張率
が抑制され、熱膨張の観点からはより好ましいといえ
る。
[0032] As can be seen from Figure 4, the coefficient of thermal expansion as the additive amount of MgAl 2 O 4 is increased is reduced, MgAl 2
When the added amount of O 4 is 30% by volume, the coefficient of thermal expansion becomes 9.4.
× 10 −6 / ° C., a value slightly smaller than the coefficient of thermal expansion of LaCrO 3 . Therefore, the low thermal expansion material Mg
By adding Al 2 O 4 , the coefficient of thermal expansion of SLT is suppressed, which is more preferable from the viewpoint of thermal expansion.

【0033】[試験4:還元雰囲気での膨張性]SLT
の単体およびMgAl2 4 を30体積%添加したSL
T(以下「SLT−MA」という。)を焼結(1400
℃)して棒状に切り出し、その試料の還元前後の長さを
比較することにより、還元雰囲気による膨張性(還元膨
張率)を求めた。その結果を図5に示す。なお、比較の
ため、LaCrO3 の還元膨張率も求めた。また、一般
に、インタコネクタの材料として許容できる還元膨張率
は、±0.1%以内といわれている。
[Test 4: Swellability in reducing atmosphere] SLT
SL and 30 vol% of MgAl 2 O 4 added
T (hereinafter referred to as “SLT-MA”) is sintered (1400).
° C) and cut out into a rod shape, and by comparing the length of the sample before and after reduction, the expandability in a reducing atmosphere (reduction expansion coefficient) was determined. The result is shown in FIG. For comparison, the reduction expansion coefficient of LaCrO 3 was also determined. Further, it is generally said that the reduction expansion coefficient allowable as a material of the interconnector is within ± 0.1%.

【0034】図5からわかるように、LaCrO3 は、
還元膨張率が0.17%であるのに対し、SLTは、還
元膨張率が−0.044%であり、SLT−MAは、還
元膨張率が0.007%であった。よって、SLTおよ
びSLT−MAは、インタコネクタの材料として何ら問
題のない還元膨張率であるといえる。
As can be seen from FIG. 5, LaCrO 3 is
While the reduction expansion coefficient was 0.17%, SLT had a reduction expansion coefficient of -0.044%, and SLT-MA had a reduction expansion coefficient of 0.007%. Therefore, it can be said that SLT and SLT-MA have a reduction expansion coefficient that does not cause any problem as a material of the interconnector.

【0035】[試験5:還元ヒートサイクル時における
割れ性]SLT−MAのスラリを基体管に塗布して焼結
(1400℃)した後に還元処理(900℃)したとこ
ろ、還元ヒートサイクル時における割れが認められなか
った。なお、LaCrO3 を用いて上述と同様にして還
元ヒートサイクル時における割れ性を調べようとしたと
ころ、LaCrO3 が1400℃で焼結しないため、比
較の対象にならなかった。
[Test 5: Cracking property during reduction heat cycle] SLT-MA slurry was applied to a base tube, sintered (1400 ° C) and then reduced (900 ° C). Was not observed. When the cracking property during the reduction heat cycle was examined using LaCrO 3 in the same manner as described above, LaCrO 3 did not sinter at 1400 ° C. and thus was not compared.

【0036】[試験6:組成比に対する熱膨張率の依存
性]xを各種の値(0.05、0.1、0.2、0.3
の4パターン)としたSr 1-x Lax TiO3 を加熱
(1000℃)した際の熱膨張率を測定した。その結果
を図6に示す。
[Test 6: Dependence of coefficient of thermal expansion on composition ratio]
Property] x is set to various values (0.05, 0.1, 0.2, 0.3
Sr) 1-xLaxTiOThreeHeating
(1000 ° C.), the coefficient of thermal expansion was measured. as a result
Is shown in FIG.

【0037】図6からわかるように、xの値を上記範囲
内で変化させても、熱膨張率に大きな変化がなかった。
よって、xの値が上記範囲内であると、Sr1-x Lax
TiO3 は、熱膨張率が組成比にほとんど依存しないと
いえる。
As can be seen from FIG. 6, even if the value of x was changed within the above range, there was no significant change in the coefficient of thermal expansion.
Therefore, if the value of x is within the above range, Sr 1-x La x
It can be said that the thermal expansion coefficient of TiO 3 hardly depends on the composition ratio.

【0038】[試験7:組成比に対する導電率の依存
性]xを各種の値(0.05、0.1、0.2、0.3
の4パターン)としたSr 1-x Lax TiO3 の導電率
(雰囲気:空気および還元雰囲気、温度:900℃)を
それぞれ測定した。その結果を図7に示す。
[Test 7: Dependence of electric conductivity on composition ratio]
Property] x is set to various values (0.05, 0.1, 0.2, 0.3
Sr) 1-xLaxTiOThreeConductivity
(Atmosphere: air and reducing atmosphere, temperature: 900 ° C)
Each was measured. FIG. 7 shows the result.

【0039】図7からわかるように、xの値が0.1〜
0.2の間であると、空気雰囲気および還元雰囲気の両
者共に導電率が最大となった。よって、導電性の観点か
らは、上記xの値が0.1〜0.2の範囲であると最も
好ましいといえる。
As can be seen from FIG. 7, the value of x is between 0.1 and
When it was between 0.2 and 0.2, the conductivity became maximum in both the air atmosphere and the reducing atmosphere. Therefore, from the viewpoint of conductivity, it can be said that the value of x is most preferably in the range of 0.1 to 0.2.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明による円筒型固体電解質燃料電池
の周辺部材の材料は、Sr1-x LaxTiO3 (ただ
し、0<x≦0.3)で表される組成が主成分であるの
で、周辺部材が酸化雰囲気側と還元雰囲気側との間で歪
を生じることがなく、また、電極や固体電解質等の他の
部材と一体焼結することが容易にできる。その結果、高
耐久性を維持することができると共に、製造効率を高め
ることができる。
The material of the peripheral member of the cylindrical solid oxide fuel cell according to the present invention is mainly composed of a composition represented by Sr 1-x La x TiO 3 (where 0 <x ≦ 0.3). Therefore, the peripheral member does not generate distortion between the oxidizing atmosphere side and the reducing atmosphere side, and can be easily sintered integrally with another member such as an electrode or a solid electrolyte. As a result, high durability can be maintained and manufacturing efficiency can be increased.

【0041】また、MgAl2 4 をy体積%(ただ
し、0<y≦30)含んでいるので、周辺部材の熱膨張
率を抑えることができ、より耐久性を高めることができ
る。
Further, since MgAl 2 O 4 is contained in y volume% (where 0 <y ≦ 30), the coefficient of thermal expansion of the peripheral members can be suppressed, and the durability can be further improved.

【0042】また、前記周辺部材がインタコネクタであ
れば、上述した効果を最も効率よく発現することができ
る。
If the peripheral member is an interconnector, the above-described effects can be exhibited most efficiently.

【0043】本発明による円筒型固体電解質燃料電池の
セルは、燃料極、固体電解質、空気極からなる単電池膜
が基体管の外周面に軸心方向にわたってインタコネクタ
を介して所定の間隔で複数成膜された円筒型固体電解質
燃料電池のセルにおいて、前記インタコネクタがSr
1-x Lax TiO3 (ただし、0<x≦0.3)で表さ
れる組成を主成分としているので、インタコネクタが酸
化雰囲気側と還元雰囲気側との間で歪を生じることがな
く、また、電極や固体電解質等と一体焼結することが容
易にできる。その結果、高耐久性を維持することができ
ると共に、製造効率を高めることができる。
In the cell of the cylindrical solid electrolyte fuel cell according to the present invention, a plurality of unit cell membranes composed of a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are provided on an outer peripheral surface of a base tube at predetermined intervals through an interconnector in an axial direction. In the cell of the formed cylindrical solid electrolyte fuel cell, the interconnector is Sr.
Since the composition represented by 1-x La x TiO 3 (where 0 <x ≦ 0.3) is the main component, the interconnector does not generate distortion between the oxidizing atmosphere side and the reducing atmosphere side. Further, it can be easily sintered integrally with an electrode, a solid electrolyte or the like. As a result, high durability can be maintained and manufacturing efficiency can be increased.

【0044】また、前記インタコネクタがMgAl2
4 をy体積%(ただし、0<y≦30)含んでいるの
で、インタコネクタの熱膨張率を抑えることができ、よ
り耐久性を高めることができる。
The interconnector is made of MgAl 2 O.
Since 4 is contained in y volume% (where 0 <y ≦ 30), the coefficient of thermal expansion of the interconnector can be suppressed, and the durability can be further increased.

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

【図1】本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセル
の第一番目の実施の形態の要部の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of a first embodiment of a cell of a cylindrical solid oxide fuel cell according to the present invention.

【図2】本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセル
の第二番目の実施の形態の要部の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a main part of a second embodiment of a cell of a cylindrical solid oxide fuel cell according to the present invention.

【図3】Sr0.9 La0.1 TiO3 およびLaCrO3
の焼結温度と相対密度との関係を表すグラフである。
FIG. 3 Sr 0.9 La 0.1 TiO 3 and LaCrO 3
3 is a graph showing a relationship between a sintering temperature and a relative density of the sintering.

【図4】Sr0.9 La0.1 TiO3 に対するMgAl2
4 の添加割合と熱膨張率との関係を表すグラフであ
る。
FIG. 4 MgAl 2 to Sr 0.9 La 0.1 TiO 3
4 is a graph showing the relationship between the addition ratio of O 4 and the coefficient of thermal expansion.

【図5】各材料の還元膨張率を表すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a reduction expansion coefficient of each material.

【図6】Sr1-x Lax TiO3 におけるLaの割合と
熱膨張率との関係を表すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the ratio of La in Sr 1-x La x TiO 3 and the coefficient of thermal expansion.

【図7】Sr1-x Lax TiO3 におけるLaの割合と
導電率との関係を表すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the ratio of La in Sr 1-x La x TiO 3 and conductivity.

【図8】従来の円筒型固体電解質燃料電池のセルの一例
の要部の概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a main part of an example of a cell of a conventional cylindrical solid electrolyte fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基体管 12 燃料極 13 固体電解質 14 空気極 15,25 インタコネクタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Base pipe 12 Fuel electrode 13 Solid electrolyte 14 Air electrode 15, 25 Interconnector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢田 明宏 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 西 敏郎 長崎県長崎市深堀町5丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CV02 EE13 HH05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akihiro Sawada 1-8-1 Koura, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Basic Technology Research Institute (72) Inventor Toshiro Nishi 5-717 Fukahoricho, Nagasaki-shi, Nagasaki No. 1 Sanshige Kogyo Co., Ltd. Nagasaki Laboratory F-term (reference) 5H026 AA06 CV02 EE13 HH05

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Sr1-x Lax TiO3 (ただし、0<
x≦0.3)で表される組成が主成分であることを特徴
とする円筒型固体電解質燃料電池の周辺部材の材料。
1. Sr 1-x La x TiO 3 (where 0 <
(x ≦ 0.3) as a main component, a material for peripheral members of a cylindrical solid oxide fuel cell.
【請求項2】 請求項1に記載の円筒型固体電解質燃料
電池の周辺部材の材料において、MgAl2 4 をy体
積%(ただし、0<y≦30)含んでいることを特徴と
する円筒型固体電解質燃料電池の周辺部材の材料。
2. The material for a peripheral member of a cylindrical solid electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the material contains MgAl 2 O 4 in y volume% (0 <y ≦ 30). Of peripheral members of a solid electrolyte fuel cell.
【請求項3】 請求項1または2に記載の円筒型固体電
解質燃料電池の周辺部材の材料において、前記周辺部材
がインタコネクタであることを特徴とする円筒型固体電
解質燃料電池の周辺部材の材料。
3. A material for a peripheral member of a cylindrical solid electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the peripheral member is an interconnector. .
【請求項4】 燃料極、固体電解質、空気極からなる単
電池膜が基体管の外周面に軸心方向にわたってインタコ
ネクタを介して所定の間隔で複数成膜された円筒型固体
電解質燃料電池のセルにおいて、前記インタコネクタが
Sr1-x La x TiO3 (ただし、0<x≦0.3)で
表される組成を主成分としていることを特徴とする円筒
型固体電解質燃料電池のセル。
4. A unit comprising a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode
The battery membrane is interconnected on the outer peripheral surface of the base tube in the axial direction.
Cylindrical solid with multiple films formed at predetermined intervals through a connector
In a cell of an electrolyte fuel cell, the interconnector
Sr1-xLa xTiOThree(However, 0 <x ≦ 0.3)
Cylinder characterized by having the composition represented by the main component
Type solid electrolyte fuel cell.
【請求項5】 請求項4に記載の円筒型固体電解質燃料
電池のセルにおいて、前記インタコネクタがMgAl2
4 をy体積%(ただし、0<y≦30)含んでいるこ
とを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池のセル。
5. The cylindrical solid electrolyte fuel cell according to claim 4, wherein the interconnector is made of MgAl 2.
A cell of a cylindrical solid oxide fuel cell, characterized by containing y volume% of O 4 (where 0 <y ≦ 30).
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