JP2001196083A - Solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Solid electrolyte fuel cell

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JP2001196083A JP2000003880A JP2000003880A JP2001196083A JP 2001196083 A JP2001196083 A JP 2001196083A JP 2000003880 A JP2000003880 A JP 2000003880A JP 2000003880 A JP2000003880 A JP 2000003880A JP 2001196083 A JP2001196083 A JP 2001196083A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte fuel cell preventing deterioration of electric power generation due to chrome poisoning even if alloy containing chromium is used as the structure member thereof. SOLUTION: A single cell is constructed in such a combination of an air electrode and electrolyte of a solid electrolyte fuel cell that electric power generation is not deteriorated at boundary of the air electrode and the electrolyte by the influence of gas containing chromium. For example, the air electrode is formed with La0.6 Sr0.4 Co0.2 Fe0.8 O3 and the electrolyte is formed with samarium doped ceria base oxide. The boundary surface of the air electrode and the electrolyte, therefore, are not affected by chrome vapor and deterioration of electric power generation caused by chromium does not occur even if vapor containing chromium is generated from the inter connector made of heat resistant alloy containing chromium. Accordingly, the solid electrolyte fuel cell can be constructed with using a structure member of alloy containing chromium.

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
電池に関し、特に固体電解質型燃料電池の構成部材にク
ロムを含む耐熱性合金を用い、その構成部材からクロム
含有ガスが生じた場合でも、クロム含有ガスが原因とな
る発電能力の低下等の問題を生じさせない固体電解質型
燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly to a solid oxide fuel cell which uses a heat-resistant alloy containing chromium as a component and generates chromium-containing gas from the component. The present invention relates to a solid oxide fuel cell that does not cause a problem such as a decrease in power generation capacity caused by a chromium-containing gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体電解質型燃料電池など燃料電池は、
省資源の観点、また環境に対する影響の観点からも新し
いエネルギー源として注目されている。
2. Description of the Related Art Fuel cells, such as solid oxide fuel cells,
It is attracting attention as a new energy source from the viewpoint of resource saving and environmental impact.

【0003】固体電解質型燃料電池は、固体電解質層
と、固体電解質層の一方の面に設けられた燃料極と、そ
の反対側の面に設けられた空気極とを備えた単電池と、
これら単電池を電気的に接続するインタコネクタ等から
構成され、燃料極に燃料ガス、また空気極に酸化剤ガス
を供給することにより発電作用が起き、電力が発生す
る。
[0003] A solid oxide fuel cell is a unit cell comprising a solid electrolyte layer, a fuel electrode provided on one surface of the solid electrolyte layer, and an air electrode provided on the opposite surface.
It is composed of an interconnector or the like for electrically connecting these cells, and by supplying a fuel gas to the fuel electrode and an oxidizing gas to the air electrode, a power generation action occurs to generate electric power.

【0004】このような固体電解質型燃料電池は、燃料
電池の中でも動作温度が700〜1000℃と比較的高
いことから多様な燃料が使用可能な上、発電効率が高
く、またすべて固体材料で構成されているため取扱いが
容易であるなどの利点があり実用化に向けた研究開発が
進められている。
Such a solid oxide fuel cell has a relatively high operating temperature of 700 to 1000 ° C. among fuel cells, so that various fuels can be used, power generation efficiency is high, and all fuel cells are made of solid materials. Therefore, there are advantages such as easy handling, and research and development for practical use are in progress.

【0005】固体電解質層は、主に8YSZ(YSZ:
イットリアをドープした安定化ジルコニア)、あるいは
3YSZ等から構成されている。
The solid electrolyte layer is mainly composed of 8YSZ (YSZ:
It is made of stabilized zirconia doped with yttria), 3YSZ, or the like.

【0006】空気極は、LaSrMnO (LSMと
称している)が代表的な材料として用いられ、またLS
M中のLaを他元素で置換したものや、MnをCoに置
き換えたCo系材料も提案されている。燃料極は、Ni
/YSZサーメット等に代表される材質により構成され
ている。空気極や燃料極は、例えば最初に固体電解質層
の片面に燃料極となる原料を塗布し、1450℃程度の
高温で焼成し、次に反対側の面に空気極の原料を塗布
し、1150℃程度の低温で焼成して形成している。こ
うして空気極と固体電解質層と、また燃料極と固体電解
質層との間に界面が形成される。
As the air electrode, LaSrMnO 3 (referred to as LSM) is used as a typical material.
A material in which La in M is replaced by another element and a Co-based material in which Mn is replaced by Co have also been proposed. The fuel electrode is Ni
/ YSZ cermet and the like. For the air electrode or the fuel electrode, for example, first, a material to be a fuel electrode is applied to one surface of the solid electrolyte layer, baked at a high temperature of about 1450 ° C., and then the material for the air electrode is applied to the other surface. It is formed by firing at a low temperature of about ° C. Thus, an interface is formed between the air electrode and the solid electrolyte layer, and between the fuel electrode and the solid electrolyte layer.

【0007】インタコネクタは、一般にドープしたLa
CrOのセラミック等が用いられてきているが、セラ
ミックが高価なことや、近年作動温度の低温化が実現さ
れたこと等から、クロムを含有する耐熱性合金の使用が
検討されてきている。
[0007] Interconnectors are generally doped La
Although ceramics such as CrO 3 have been used, the use of heat-resistant alloys containing chromium has been studied due to the fact that ceramics are expensive and the operating temperature has been lowered in recent years.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インタ
コネクタにクロム含有の耐熱性合金を用いる場合、次の
ような不都合があった。
However, when a chromium-containing heat-resistant alloy is used for the interconnector, there are the following disadvantages.

【0009】すなわち、クロムを含有する耐熱性合金か
らなるインタコネクタを固体電解質型燃料電池に用いる
と、固体電解質型燃料電池で発電動作が開始されると、
用いられたインタコネクタが酸化雰囲気下で高温に曝さ
れることにより、インタコネクタに含有されているクロ
ムが酸化し、インタコネクタの表面に酸化クロム層(C
)が形成される。酸化クロム層(Cr)が
表面に形成されると、酸化クロム層の酸化クロムが更に
酸素と水に反応して、気体のCrO(OH)が発生し
て、発散される。インタコネクタから発散されたCrO
(OH)は、インタコネクタに対向して設けられてい
る空気極に接触して、空気極と電解質層との界面で還元
され、空気極と電解質層との界面に酸化クロムを析出さ
せる。
That is, when an interconnector made of a heat-resistant alloy containing chromium is used in a solid oxide fuel cell, when a power generation operation is started in the solid oxide fuel cell,
When the interconnector used is exposed to a high temperature in an oxidizing atmosphere, chromium contained in the interconnector is oxidized, and a chromium oxide layer (C
r 2 O 3 ) is formed. When a chromium oxide layer (Cr 2 O 3 ) is formed on the surface, the chromium oxide in the chromium oxide layer further reacts with oxygen and water to generate gaseous CrO 2 (OH) 2 and radiate it. CrO emitted from the interconnector
2 (OH) 2 is brought into contact with the air electrode provided opposite to the interconnector, and is reduced at the interface between the air electrode and the electrolyte layer to precipitate chromium oxide at the interface between the air electrode and the electrolyte layer. .

【0010】空気極と電解質層との界面に析出した酸化
クロムは、酸化剤ガスと空気極との反応を阻害し、発電
開始から2〜300分以内に空気極と電解質層間の過電
圧を大きくし、燃料電池の発電性能を著しく低下させて
いた。このように、クロム含有の耐熱性合金をインタコ
ネクタに利用した場合問題があり、このようなクロムに
より生ずる問題をクロム被毒という。
The chromium oxide deposited at the interface between the air electrode and the electrolyte layer inhibits the reaction between the oxidant gas and the air electrode, and increases the overvoltage between the air electrode and the electrolyte layer within 2 to 300 minutes from the start of power generation. Thus, the power generation performance of the fuel cell has been significantly reduced. As described above, there is a problem when a chromium-containing heat-resistant alloy is used for an interconnector. Such a problem caused by chromium is called chromium poisoning.

【0011】かかる問題を解決する方法として、耐熱合
金製のインタコネクタの表面をコーティング剤でコーテ
ィングしてクロム含有ガスが蒸散しないようにしたり、
あるいは発散されたクロム含有ガスを捕捉する捕捉層を
燃料電池内部に設ける等の方法が知られているが、イン
タコネクタにコーティングを施す方法には制約があり、
又コストがかかり、一方捕捉層を設ける方法は、捕捉層
が有する捕捉能力を超えたときクロム含有ガスを捕捉で
きず、効果が長時間持続しなかった。
As a method for solving such a problem, a surface of an interconnector made of a heat-resistant alloy is coated with a coating agent to prevent chromium-containing gas from evaporating.
Alternatively, there is known a method of providing a trapping layer for trapping the emitted chromium-containing gas inside the fuel cell, but there is a limitation in a method of coating the interconnector,
On the other hand, the cost is high, and the method of providing the trapping layer cannot trap the chromium-containing gas when the trapping capacity of the trapping layer is exceeded, and the effect does not last for a long time.

【0012】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、インタコネクタ等構成部材ににクロム含有の耐熱性
合金を用いた場合であっても、クロム含有ガスによる問
題を空気極と電解質層間に発生させることのない固体電
解質型燃料電池を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and even when a chromium-containing heat-resistant alloy is used for a component such as an interconnector, the problem caused by the chromium-containing gas is eliminated by the air electrode and the electrolyte. It is an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell that does not occur between layers.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、上記
課題を解決するため、次のように固体電解質型燃料電池
を構成した。すなわち、固体電解質型燃料電池を構成す
る単電池の空気極と電解質の材質を、それら空気極と電
解質の界面においてクロム含有ガスによる影響を受けな
い組み合わせとした。例えば、空気極をLa0.6Sr
0.4Co0. Fe0.8(LSCF)で構成
し、電解質をサマリアドープしたセリアベース酸化物、
例えばCe0.8Sm0.21.9で構成した。この
ような空気極と電解質の構成によれば、クロム含有ガス
の雰囲気下においても空気極と電解質との界面におい
て、クロム被毒の影響、すなわち酸化クロムの析出によ
る発電能力の低下を引き起こすことがなく、固体電解質
型燃料電池において性能低下等の問題を発生させない。
Therefore, in the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a solid oxide fuel cell is constituted as follows. That is, the material of the air electrode and the electrolyte of the unit cell constituting the solid oxide fuel cell was made a combination that was not affected by the chromium-containing gas at the interface between the air electrode and the electrolyte. For example, when the air electrode is La 0.6 Sr
0.4 Co 0. A ceria-based oxide composed of 2 Fe 0.8 O 3 (LSCF) and doped with an samarium-doped electrolyte;
For example, it was composed of Ce 0.8 Sm 0.2 O 1.9 . According to such a configuration of the air electrode and the electrolyte, even under the atmosphere of the chromium-containing gas, at the interface between the air electrode and the electrolyte, the influence of chromium poisoning, that is, the reduction of the power generation capacity due to the precipitation of chromium oxide may be caused. In addition, problems such as performance degradation do not occur in the solid oxide fuel cell.

【0014】クロム被毒の影響を受けないことは、クロ
ムを含有する耐熱性合金で形成したインタコネクタを用
いて発電動作を行わせた場合に、空気極と電解質の間に
生じる通電抵抗が大きく増加しないことからわかる。理
由としては、インタコネクタからクロム含有ガスが発生
して空気極に接触した場合に、空気極と電解質層との界
面に酸化クロムを形成させないか、あるいは界面に酸化
クロムが形成された場合でも通電抵抗の上昇等の問題を
生じさせないためと考えられる。
Not being affected by chromium poisoning is that when power generation is performed using an interconnector formed of a heat-resistant alloy containing chromium, the conduction resistance generated between the air electrode and the electrolyte is large. It can be seen from no increase. The reason is that when chromium-containing gas is generated from the interconnector and comes into contact with the air electrode, chromium oxide is not formed at the interface between the air electrode and the electrolyte layer, or electricity is supplied even if chromium oxide is formed at the interface. It is considered that this does not cause a problem such as an increase in resistance.

【0015】更に本発明は上記例の組み合わせに限ら
ず、電解質は、少なくともセリアベースの酸素イオン導
電性の蛍石型でよく、また空気極は、ペロブスカイト型
酸化物でよい。なお、燃料極は従来から使用されている
材質と同様の材質を使用できる。
Further, the present invention is not limited to the combination of the above examples, and the electrolyte may be at least a ceria-based oxygen ion conductive fluorite type, and the air electrode may be a perovskite type oxide. In addition, the same material as the conventionally used material can be used for the fuel electrode.

【0016】又、電解質を複数の層とし、少なくとも空
気極が設けられる側の電解質を空気極との界面において
クロム含有ガスの影響を受けない成分で構成するように
してもよい。その場合、他方の側の電解質を通常用いら
れる一般的な電解質、例えばZrO系、あるいはLa
GaO系とすることができる。
Further, the electrolyte may be composed of a plurality of layers, and at least the electrolyte on the side where the air electrode is provided may be made of a component which is not affected by the chromium-containing gas at the interface with the air electrode. In that case, the other side of the electrolyte may be a commonly used electrolyte such as a ZrO 2 -based or La-based electrolyte.
GaO 3 can be used.

【0017】このように固体電解質型燃料電池を構成す
ることにより、空気極と電解質との界面において酸化ク
ロムによる問題が発生せず、クロムを含有する耐熱性合
金でインタコネクタ等、各種構成部材を製造した場合で
あっても発電性能の低下をもたらすことがない固体電解
質型燃料電池を提供できる。
By constructing the solid oxide fuel cell in this way, no problem due to chromium oxide occurs at the interface between the air electrode and the electrolyte, and various constituent members such as interconnectors are made of a heat-resistant alloy containing chromium. A solid oxide fuel cell that does not cause a decrease in power generation performance even when manufactured can be provided.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明にかかる固体電解質型燃料
電池(平板型固体電解質型燃料電池)の一実施形態につ
いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a solid oxide fuel cell (flat solid oxide fuel cell) according to the present invention will be described.

【0019】固体電解質型燃料電池は、インタコネクタ
としてのセパレータ10と単電池12とからなる燃料電
池20を複数積層して構成されている。
The solid oxide fuel cell is constituted by stacking a plurality of fuel cells 20 each including a separator 10 as an interconnector and a unit cell 12.

【0020】単電池12は、図1に示すように燃料極1
4と、固体電解質層16と、空気極18からなり、固体
電解質層16の表裏にそれぞれ燃料極14と空気極18
とが形成してある。固体電解質層16は、図1に示すよ
うにイットリアなどをドープしたジルコニア焼結体(Y
SZ)からなる第1電解質4と、サマリアドープしたセ
リアベース酸化物の第2電解質6の2層で形成され、第
2電解質6は、例えば0.05mmなど適度の厚みを有
し、第1電解質4の表面に積層されている。
As shown in FIG. 1, the cell 12 has a fuel electrode 1
4, a solid electrolyte layer 16, and an air electrode 18.
Are formed. As shown in FIG. 1, the solid electrolyte layer 16 is made of a zirconia sintered body (Y
SZ) and a second layer 6 of a samarium-doped ceria-based oxide. The second electrolyte 6 has an appropriate thickness, for example, 0.05 mm. 4 is laminated on the surface.

【0021】空気極18は、La0.6Sr0.4Co
0.2Fe0.8であり、第2電解質6の表面に形
成され、また第1電解質4の表面には、Ni/YSZサ
ーメットからなる燃料極14が形成されている。
The air electrode 18 is made of La 0.6 Sr 0.4 Co
0.2 Fe 0.8 O 3 , formed on the surface of the second electrolyte 6, and the fuel electrode 14 made of Ni / YSZ cermet is formed on the surface of the first electrolyte 4.

【0022】セパレータ10は、図5に示すように合金
セパレータ22とセラミックセパレータ24からなり、
セパレータ10の四隅には、空気等の酸化剤ガスを流通
させる酸化剤ガスの供給孔と、酸化剤ガスの排気孔と、
都市ガス等の燃料ガスを供給する燃料ガスの供給孔と、
燃料ガスの排気孔等(図示せず)がそれぞれ形成してあ
る。またこれら各孔どうしは、燃料電池20を積層する
と連続し、それぞれの供給通路や排気通路を形成する。
なお、各通路の形成はこれに限るものではない。
The separator 10 comprises an alloy separator 22 and a ceramic separator 24 as shown in FIG.
At four corners of the separator 10, an oxidizing gas supply hole through which an oxidizing gas such as air flows, an oxidizing gas exhaust hole,
A fuel gas supply hole for supplying fuel gas such as city gas;
Exhaust holes and the like (not shown) for the fuel gas are respectively formed. These holes are continuous when the fuel cells 20 are stacked, and form respective supply passages and exhaust passages.
The formation of each passage is not limited to this.

【0023】合金セパレータ22は、Inconel6
00耐熱性合金で形成されており、所定量のクロムを含
有している。空気極18との接触面側には溝部15が形
成され、溝部15により酸化剤ガスの供給孔と酸化剤ガ
スの排気孔を連通する酸化剤ガスの通路が形成されてい
る。
The alloy separator 22 is made of Inconel 6
It is made of a 00 heat-resistant alloy and contains a predetermined amount of chromium. A groove 15 is formed on the side of the contact surface with the air electrode 18, and the groove 15 forms an oxidant gas passage communicating the oxidant gas supply hole and the oxidant gas exhaust hole.

【0024】セラミックセパレータ24は、セラミック
からなり、中央には単電池12を収容する凹部25が形
成されている。凹部25の底部には、燃料ガスの供給孔
と、燃料ガスの排気孔に連通する溝部17(燃料通路)が
形成してあり、溝部17の上にニッケルメッシュ32を
有している。
The ceramic separator 24 is made of ceramic, and has a concave portion 25 for accommodating the unit cell 12 in the center. A groove 17 (fuel passage) communicating with a fuel gas supply hole and a fuel gas exhaust hole is formed at the bottom of the concave portion 25, and has a nickel mesh 32 on the groove 17.

【0025】なお、セパレータ10を、合金セパレータ
22とセラミックセパレータ24の2種類の材質から形
成したが、本発明はこれに限らず、セパレータ10をI
nconel600等の耐熱合金のみから形成してもよ
い。
Although the separator 10 is formed from two kinds of materials, an alloy separator 22 and a ceramic separator 24, the present invention is not limited to this.
It may be formed only from a heat-resistant alloy such as nconel600.

【0026】また、セパレータ10を、ストロンチウム
をドープしたランタンクロマイトなどからなるセラミッ
クのみから形成してもよい。その場合、燃料電池20、
あるいはその周辺の構成部材の一部、例えばガス通路の
ガスケットなどにクロムを含有するクロム含有合金が用
いられているときに、このような構成部材を原因とする
クロム被毒の問題を十分防止することができる。
Further, the separator 10 may be formed only of a ceramic such as lanthanum chromite doped with strontium. In that case, the fuel cell 20,
Alternatively, when a chromium-containing alloy containing chromium is used in a part of the surrounding components, for example, a gasket of a gas passage, the problem of chromium poisoning caused by such components is sufficiently prevented. be able to.

【0027】次に燃料電池20の作用について説明す
る。
Next, the operation of the fuel cell 20 will be described.

【0028】まず、セラミックセパレータ24の凹部2
5に単電池12を収容し、合金セパレータ22を上から
被せ、燃料電池20を構成する。すると、空気極18
は、合金セパレータ22に接触し、合金セパレータ22
を介して上部に重ねられる図示しない燃料電池に導通
し、また燃料極14は、凹部25の底に設けられたニッ
ケルメッシュ32を介し、集電孔34を通して下部に重
ねられる図示しない燃料電池に導通する。
First, the concave portion 2 of the ceramic separator 24
The fuel cell 20 is constituted by housing the unit cell 12 in 5 and covering the alloy separator 22 from above. Then, the air electrode 18
Is in contact with the alloy separator 22 and
The fuel electrode 14 is electrically connected to a fuel cell (not shown) superimposed on the lower part through a current collecting hole 34 through a nickel mesh 32 provided at the bottom of the recess 25. I do.

【0029】燃料電池20を順次積層し、固体電解質型
燃料電池を構成したなら、所定温度に上昇させ、酸化剤
ガス通路から空気を、又燃料ガス通路から都市ガス等の
燃料ガスを供給し、それぞれのガスを空気極18と燃料
極14に接触させて、発電を開始させる。すると、合金
セパレータ22は、Inconel600を基材として
いるため、燃料電池20の発電作用により高温酸化雰囲
気下に曝され、合金内に含有されているクロムが酸化
し、合金セパレータ22の表面に酸化クロム層が形成さ
れる。
When the fuel cells 20 are sequentially stacked to form a solid oxide fuel cell, the temperature is raised to a predetermined temperature, and air is supplied from the oxidizing gas passage and fuel gas such as city gas is supplied from the fuel gas passage. Each gas is brought into contact with the air electrode 18 and the fuel electrode 14 to start power generation. Then, since the alloy separator 22 is made of Inconel 600 as a base material, the alloy cell 22 is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere due to the power generation action of the fuel cell 20, and chromium contained in the alloy is oxidized. A layer is formed.

【0030】更に、形成された酸化クロムが酸素と水に
反応して、気体のCrO(OH)が発生して発散さ
れ、空気極18に接触する。ところが空気極18の材質
がLa 0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8であ
り、空気極18に接する第2電解質6がサマリアドープ
したセリアベース酸化物から構成されていることから、
両者の界面では合金セパレータ22から発生したクロム
含有ガス(CrO(OH))による影響を受けることが
ない。このため、固体電解質型燃料電池は、発電作用の
低下等を起こすことがなく、発電が長時間安定して行わ
れる。
Further, the formed chromium oxide is converted into oxygen and water.
Reacts with gaseous CrO2(OH)2Occurs and diverges
And comes into contact with the air electrode 18. However, the material of the air electrode 18
Is La 0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3In
And the second electrolyte 6 in contact with the air electrode 18 is made of Samaria dope.
From the ceria-based oxide
At the interface between the two, chromium generated from the alloy separator 22
Gas (CrO2(OH)2)
Absent. For this reason, solid oxide fuel cells have
Power generation is stable for a long time without any decrease
It is.

【0031】なお、上記例では固体電解質層16を第1
電解質4と第2電解質6の2層で形成したが、本発明は
固体電解質層16を2層でなく、第2電解質6と同等の
所定の成分のみで形成してもよい。例えば、固体電解質
層16をサマリアをドープしたセリアベースの酸化物で
形成し、その表裏面に上記空気極18と燃料極14を形
成してもよい。この場合でも、空気極18と固体電解質
層16との界面が所定の条件に保持されるため、クロム
含有ガスによる発電能力の低下を防止できる。
In the above example, the solid electrolyte layer 16 is
Although the solid electrolyte layer 16 is formed of two layers of the electrolyte 4 and the second electrolyte 6, the solid electrolyte layer 16 may be formed of only predetermined components equivalent to the second electrolyte 6 instead of the two layers. For example, the solid electrolyte layer 16 may be formed of a ceria-based oxide doped with Samaria, and the air electrode 18 and the fuel electrode 14 may be formed on the front and back surfaces. Also in this case, since the interface between the air electrode 18 and the solid electrolyte layer 16 is maintained under predetermined conditions, it is possible to prevent a decrease in power generation capacity due to the chromium-containing gas.

【0032】また、上記例では合金セパレータ22をN
i基合金のInconel600で形成したが、本発明
はFe基合金等その他の合金類からなるセパレータであ
って、クロム含有ガスを発生させるセパレータに対して
も有効である。
In the above example, the alloy separator 22 is N
Although formed with Inconel 600 of i-base alloy, the present invention is effective for a separator made of other alloys such as an Fe-base alloy, which also generates a chromium-containing gas.

【0033】(実験例)以下、固体電解質型燃料電池の
実験例について説明する。実験装置を図4に、又実験結
果を図2、図3に示す。
(Experimental Example) Hereinafter, an experimental example of the solid oxide fuel cell will be described. FIG. 4 shows the experimental apparatus, and FIGS. 2 and 3 show the experimental results.

【0034】実験装置は、図4に示すようにセラミック
製の容器52と、容器52の内部に収容した試験片54
を押さえる蓋56等からなり、蓋56には空気を導入さ
せる供給口58と、導入した空気を排出する排出口60
が形成されている。なお、78は白金電極、80はメッ
シュ状の白金電極である。
As shown in FIG. 4, the experimental apparatus includes a ceramic container 52 and a test piece 54 housed inside the container 52.
The lid 56 has a supply port 58 for introducing air, and a discharge port 60 for discharging the introduced air.
Are formed. Reference numeral 78 denotes a platinum electrode, and reference numeral 80 denotes a mesh-shaped platinum electrode.

【0035】試験片54は、本発明にかかる第1試験片
と、従来例の第2試験片を用意し、また、蓋56はIn
conel600の合金製とセラミック製を用いた。
As the test piece 54, a first test piece according to the present invention and a second test piece of a conventional example are prepared.
An alloy made of console 600 and a ceramic made were used.

【0036】第1試験片は、電解質16とその上に設け
た空気極18であり、電解質16は第1電解質4(8Y
SZのペレット(直径20mm、厚さ2mm)からな
る)と、第2電解質6(サマリアをドープしたセリア(S
DC)の膜(厚さ20μm)からなる)とからの2層構
造で構成し、空気極18は、La0.6Sr0.4Co
0.2Fe0.8(LSCF)粉をヘキシレングリ
コール中に分散し、その溶液をスクリーン法で第2電解
質6上に塗布し、1100℃で4時間焼成して形成し
た。そして、第1電解質4の周囲に電極62を巻き付け
た。
The first test piece is provided on the electrolyte 16 and on it.
And the electrolyte 16 is the first electrolyte 4 (8Y
SZ pellets (diameter 20mm, thickness 2mm)
) And the second electrolyte 6 (ceria doped with Samaria (S
DC) film (comprising a thickness of 20 μm).
The air electrode 18 is La0.6Sr0.4Co
0.2Fe0.8O3(LSCF) powder into hexylene grease
Dispersed during coal, and the solution was screened for second electrolysis.
Coated on the material 6 and baked at 1100 ° C for 4 hours to form
Was. Then, the electrode 62 is wound around the first electrolyte 4.
Was.

【0037】従来例としての第2試験片(図示せず)
は、電解質を8YSZで形成し、その上に平均粒径2μ
mのLa0.6Sr0.4MnO3+δ (LSM)粉を
ヘキシレングリコール中に分散し、その溶液をスクリー
ン法で塗布し、1150℃で焼成して空気極18を形成
し、更に電極62を電解質の周囲に巻き付けた。
Second test piece as conventional example (not shown)
Means that the electrolyte is formed of 8YSZ and the average particle size is 2μ
m of La 0.6 Sr 0.4 MnO 3 + δ (LSM) powder is dispersed in hexylene glycol, the solution is applied by a screen method, and calcined at 1150 ° C. to form an air electrode 18. Was wrapped around the electrolyte.

【0038】実験は、試験片54を容器52内に入れ、
蓋56で試験片54の上部を覆った状態で試験片54の
上下方向に電流を流し、全体を所定温度(800℃)に加
熱し、供給口58から排出口60に向けて空気を流し、
燃料電池の使用条件と同様な条件において、上下方向に
電流密度0.3A/cmで通電させて、空気極18と
電解質16(電極62)の間の分極(過電圧)を測定し
た。
In the experiment, the test piece 54 was placed in the container 52,
With the lid 56 covering the upper portion of the test piece 54, a current is passed in the vertical direction of the test piece 54, the whole is heated to a predetermined temperature (800 ° C.), and air is flowed from the supply port 58 to the discharge port 60,
Under the same conditions as the conditions for use of the fuel cell, a current was applied vertically at a current density of 0.3 A / cm 2 , and the polarization (overvoltage) between the air electrode 18 and the electrolyte 16 (electrode 62) was measured.

【0039】結果を図2に示す。図2に示すように、本
発明にかかる第1試験片では、過電圧は、2500分経
過した時点でもほとんど変化がなく、クロム含有ガスを
発生させないセラミック製の蓋56を用いた場合とほぼ
同様の値であり、クロム含有ガスの影響を受けていない
ことがわかる。これに対して、第2試験片を用いた実験
では、100分以内に過電圧が−2000mVに上昇
し、蓋56からのクロム被毒を受けていることがわか
る。
FIG. 2 shows the results. As shown in FIG. 2, in the first test piece according to the present invention, the overvoltage hardly changed even after 2500 minutes had elapsed, and was almost the same as when the ceramic lid 56 that does not generate a chromium-containing gas was used. It is clear that the value is not affected by the chromium-containing gas. On the other hand, in the experiment using the second test piece, it can be seen that the overvoltage increased to -2000 mV within 100 minutes and the chromium was poisoned from the lid 56.

【0040】また、図3に他の実験例の結果を示す。FIG. 3 shows the results of another experimental example.

【0041】図3の表は、空気極と第2電解質の材質を
変更し、それぞれの組み合わせにおいて上記実験と同様
に行なって測定したときの過電圧の値を示す。結果か
ら、クロム含有の耐熱性合金をセパレータに用いた場合
に、最もクロム被毒を受けない組み合わせは、空気極に
La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8を使用
し、第2電解質にCe0.8Sm0.21.9を使用
した組み合わせであることがわかる。
The table of FIG. 3 shows the values of the overvoltages when the materials of the air electrode and the second electrolyte were changed and the combination was measured in the same manner as in the above experiment. From the results, when the chromium-containing heat-resistant alloy is used for the separator, the combination that is least susceptible to chromium poisoning uses La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 for the air electrode. It can be seen that the combination uses Ce 0.8 Sm 0.2 O 1.9 as the second electrolyte.

【0042】尚、上記例では平板型の固体電解質型燃料
電池を例に説明したが、本発明は平板型に限るものでは
なく、円筒型の固体電解質型燃料電池、その他の形状の
固体電解質型燃料電池であってよい。
In the above example, a flat solid electrolyte fuel cell has been described as an example. However, the present invention is not limited to a flat solid fuel cell. It may be a fuel cell.

【0043】更に、クロム含有合金はセパレータ等イン
タコネクタに用いるだけではなく、固体電解質型燃料電
池を支持する支持部材や、容器、配管等、その他の構成
部材でよく、クロムを含有した耐熱合金の使用箇所を特
定するものではない。
Further, the chromium-containing alloy may be used not only for an interconnector such as a separator, but also for other components such as a support member for supporting a solid oxide fuel cell, a container, a pipe, and the like. It does not specify the point of use.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明の固体電解質型燃料電池によれ
ば、単電池の空気極と電解質とを、空気極と電解質の界
面でクロム含有ガスによる発電能力の低下を生じさせな
い組み合わせの材質としたことから、セパレータ等固体
電解質型燃料電池の構成部材にクロム含有合金を用いる
ことができ、安価で、長時間安定した発電動作を行う固
体電解質型燃料電池を提供することができる。
According to the solid oxide fuel cell of the present invention, the air electrode and the electrolyte of the unit cell are made of a combination of materials that does not cause a decrease in the power generation capacity due to the chromium-containing gas at the interface between the air electrode and the electrolyte. Accordingly, a chromium-containing alloy can be used as a constituent member of the solid oxide fuel cell such as a separator, and a solid oxide fuel cell that is inexpensive and performs stable power generation operation for a long time can be provided.

【0045】また電解質を少なくとも2層とし、空気極
側の電解質を空気極とクロム被毒が生じない成分とした
ので、空気極との界面を形成する必要な部分にのみ所定
の電解質とし、それ以外の電解質の基台部分を通常の扱
いやすい一般的な電解質で構成できるので、効率、価
格、性能等を良好に設定できる。
Further, since the electrolyte has at least two layers and the electrolyte on the air electrode side is a component that does not cause chromium poisoning with the air electrode, the predetermined electrolyte is used only at a portion required to form an interface with the air electrode. Since the base portion of the electrolyte other than the above can be composed of a general electrolyte that is easy to handle, efficiency, price, performance, etc. can be set well.

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

【図1】本発明にかかる単電池を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a unit cell according to the present invention.

【図2】実験結果を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing experimental results.

【図3】実験結果の表を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a table of experimental results.

【図4】実験装置を示す図である。FIG. 4 is a view showing an experimental apparatus.

【図5】燃料電池を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 第1電解質 6 第2電解質 10 セパレータ(インタコネクタ) 12 単電池 14 燃料極 15、17 溝部 16 固体電解質 18 空気極 20 燃料電池 22 合金セパレータ 24 セラミックセパレータ 25 凹部 32 ニッケルメッシュ 34 集電孔 54 試験片 56 蓋 58 供給口 60 排出口 62 電極 78 白金電極 80 メッシュ状の白金電極 Reference Signs List 4 first electrolyte 6 second electrolyte 10 separator (interconnector) 12 unit cell 14 fuel electrode 15, 17 groove 16 solid electrolyte 18 air electrode 20 fuel cell 22 alloy separator 24 ceramic separator 25 concave part 32 nickel mesh 34 current collecting hole 54 test Piece 56 lid 58 supply port 60 discharge port 62 electrode 78 platinum electrode 80 mesh-shaped platinum electrode

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体電解質型燃料電池の空気極および電
解質を、該空気極と該電解質の界面においてCr被毒を
受けない組み合わせの材質で構成したことを特徴とする
固体電解質型燃料電池。
1. A solid electrolyte fuel cell, wherein the air electrode and the electrolyte of the solid oxide fuel cell are made of a combination of materials that are not susceptible to Cr poisoning at the interface between the air electrode and the electrolyte.
【請求項2】 前記空気極は、ペロブスカイト型酸化物
を主成分として構成されていることを特徴とする請求項
1記載の固体電解質型燃料電池。
2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the air electrode is composed mainly of a perovskite oxide.
【請求項3】 前記空気極は、La1−XSrFe
1−YCo(X=0.05〜0.6、Y=0〜
1)を主成分として構成されていることを特徴とする請
求項1記載の固体電解質型燃料電池。
3. The air electrode according to claim 1, wherein the air electrode is La 1-X Sr X Fe.
1-Y Co Y O 3 ( X = 0.05~0.6, Y = 0~
2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein 1) is constituted as a main component.
【請求項4】 前記電解質は、酸素イオン導電性の蛍石
型、またはペロブスカイト型電解質を主成分として構成
されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか
1項に記載の固体電解質型燃料電池。
4. The solid electrolyte according to claim 1, wherein the electrolyte is composed mainly of an oxygen ion conductive fluorite or perovskite electrolyte. Type fuel cell.
【請求項5】 前記電解質は、セリア(CeO)ベー
スの蛍石型酸化物を主成分として構成されていることを
特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体
電解質型燃料電池。
5. The solid electrolyte type according to claim 1, wherein the electrolyte is mainly composed of ceria (CeO 2 ) -based fluorite type oxide. Fuel cell.
【請求項6】 電解質を第1電解質と第2電解質の少な
くとも2層とし、かつ前記第2電解質を請求項1、4、
5のいずれか1項に記載の電解質とし、空気極を該第2
電解質上に形成したことを特徴とする固体電解質型燃料
電池。
6. The electrolyte according to claim 1, wherein the electrolyte is at least two layers of a first electrolyte and a second electrolyte, and the second electrolyte is
5. The electrolyte according to any one of 5 to 5, wherein the air electrode is the second electrolyte.
A solid oxide fuel cell formed on an electrolyte.
【請求項7】 前記空気極は、La1−XSrFe
1−YCo(X=0.05〜0.6、Y=0〜
1)を主成分として構成されていることを特徴とする請
求項6記載の固体電解質型燃料電池。
7. The air electrode according to claim 1, wherein the air electrode is La 1-X Sr X Fe.
1-Y Co Y O 3 ( X = 0.05~0.6, Y = 0~
7. The solid oxide fuel cell according to claim 6, wherein 1) is constituted as a main component.
【請求項8】 前記固体電解質型燃料電池の構成部材の
少なくとも一部にクロム含有合金を用いていることを特
徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の固体電解
質型燃料電池。
8. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a chromium-containing alloy is used for at least a part of the constituent members of the solid oxide fuel cell.
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JP2007538354A (en) * 2003-11-07 2007-12-27 フォルシュングスツェントルム・ユーリッヒ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Cathode materials for high temperature fuel cells (SOFC) and cathodes made therefrom
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WO2016006309A1 (en) * 2014-07-10 2016-01-14 株式会社 村田製作所 Fuel cell unit

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