JP2003317738A - Method for manufacturing fuel cell - Google Patents

Method for manufacturing fuel cell

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JP2003317738A JP2002118392A JP2002118392A JP2003317738A JP 2003317738 A JP2003317738 A JP 2003317738A JP 2002118392 A JP2002118392 A JP 2002118392A JP 2002118392 A JP2002118392 A JP 2002118392A JP 2003317738 A JP2003317738 A JP 2003317738A
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豊 川口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a fuel cell, capable of keeping the percentage of contraction by sintering within a proper range when manufacturing a cylindrical solid electrolyte fuel cell, securing the denseness for an electrolyte film and an inter-connector, and enhancing a fuel utilization factor. <P>SOLUTION: Each of the electrolyte film and the inter-connector preferably satisfies at least one or two of conditions (a)-(c). (a) It contains a coarse particle and a fine particle having mutually different particle diameters, and 0-50% of the coarse particle is added to the fine particle. (b) The ratio (R/r) of the particle diameter (R) of the coarse particle to the particle diameter (r) of the fine particle is 4≤(R/r)≤30. (c) The particle diameter (r) of the fine particle is 0.1≤r≤1. When the conditions (a)-(c) are all satisfied, its relative density becomes 92-98%, and its percentage of contraction by sintering becomes 8-17%. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、燃料電池の製造方
法に関し、特に、燃料電池を製造するときに用いる材料
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell, and more particularly to a material used when manufacturing a fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】ランタンクロマイト緻密薄膜の形成方法
に関する技術が、特開平9−263961号に記載され
ている。
2. Description of the Related Art A technique relating to a method for forming a lanthanum chromite dense thin film is described in JP-A-9-263961.

【0003】多孔質セラミック基体上にランタンクロマ
イトからなる緻密薄膜を形成する方法は、第1工程〜第
5工程の計5個の工程を含んでいる。第1工程は、粉砕
・分級により、平均粒径1〜2μmのランタンクロマイ
ト粉末(粗粉)、及び平均粒径0.1〜0.2μmのラ
ンタンクロマイト粉末(微粉)を準備する工程である。
第2工程は、得られた粉末を、粗粉:微粉比(wt%)
90:10〜50:50の割合で混合する工程である。
A method for forming a dense thin film of lanthanum chromite on a porous ceramic substrate includes a total of five steps, a first step to a fifth step. The first step is a step of preparing a lanthanum chromite powder (coarse powder) having an average particle size of 1 to 2 μm and a lanthanum chromite powder (fine powder) having an average particle size of 0.1 to 0.2 μm by pulverization and classification.
In the second step, the obtained powder is converted into a coarse powder: fine powder ratio (wt%).
It is a step of mixing at a ratio of 90:10 to 50:50.

【0004】第3工程は、混合した粉末をバインダー・
溶媒等と混合してスラリーを得る工程である。第4工程
は、多孔質セラミック基体上に、該スラリーを用いてラ
ンタンクロマイト膜を成膜する工程である。第5工程
は、成膜されたランタンクロマイト膜を焼結する工程で
ある。
In the third step, the mixed powder is used as a binder.
This is a step of obtaining a slurry by mixing with a solvent or the like. The fourth step is a step of forming a lanthanum chromite film on the porous ceramic substrate using the slurry. The fifth step is a step of sintering the formed lanthanum chromite film.

【0005】上記ランタンクロマイトの化学組成は、L
(1−x)CaCrOであり、焼結温度は、13
00〜1500℃である。多孔質セラミック基体は、固
体高分子型燃料電池の空気電極であり、ランタンクロマ
イト緻密薄膜は、インターコネクタである。また、多孔
質セラミック基体は、ランタンマンガナイトから構成さ
れ、その平均空孔径は0.05〜10μmである。
The chemical composition of the above lanthanum chromite is L
a (1-x) Ca x CrO 3 , and the sintering temperature is 13
It is 00-1500 degreeC. The porous ceramic substrate is an air electrode of a polymer electrolyte fuel cell, and the lanthanum chromite dense thin film is an interconnector. The porous ceramic substrate is made of lanthanum manganite and has an average pore diameter of 0.05 to 10 μm.

【0006】次に、本発明の燃料電池の製造方法10a
に係る従来の技術について説明する。本発明において主
に対象とする燃料電池10は、固体電解質型燃料電池
(以下、「SOFC」と記す)である。SOFCは、円
筒型SOFCと平板型SOFCに分類され、円筒型SO
FCは、更にその構造の違いから横縞型と縦縞型に分類
される。
Next, the fuel cell manufacturing method 10a of the present invention.
A conventional technique related to the above will be described. The fuel cell 10 mainly targeted in the present invention is a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC”). SOFCs are classified into cylindrical SOFCs and flat plate SOFCs.
The FC is further classified into a horizontal striped type and a vertical striped type according to the difference in its structure.

【0007】円筒型SOFCの製造において、横縞型と
縦縞型のいずれの場合でも、まず、基体管上に燃料極用
材料膜、電解質膜用材料膜、インターコネクタ用材料
膜、空気極用材料膜をスクリーン印刷法、ディッピング
法等の方法を用いて成膜する。その後、一体焼結するこ
とにより、基体管上に燃料極、電解質膜、インターコネ
クタ、空気極の各素子を形成する方法が行われている。
但し、円筒横縞型SOFCの製造においては、まず、空
気極用材料膜を成膜せずに一体焼結して、その後、空気
極用材料膜を成膜して焼結することにより、空気極を形
成する場合もある。
In the production of a cylindrical SOFC, whether it is a horizontal striped type or a vertical striped type, first, a fuel electrode material film, an electrolyte membrane material film, an interconnector material film, and an air electrode material film are formed on a substrate tube. Is formed using a method such as a screen printing method or a dipping method. After that, a method of forming each element of the fuel electrode, the electrolyte membrane, the interconnector, and the air electrode on the base pipe by performing integral sintering is performed.
However, in the production of the horizontal cylindrical SOFC, first, the air electrode material film is not integrally formed but is integrally sintered, and then the air electrode material film is formed and sintered to form the air electrode. May be formed.

【0008】各素子は、焼結により収縮し、収縮によっ
て電解質膜、及びインターコネクタが緻密化される。緻
密化により、燃料ガス、及び酸化剤ガスのガス透過を最
小限に抑制することが可能となる。この緻密化の達成の
ためには、電解質膜、及びインターコネクタに対する相
対密度を92%以上とすることが必要であり、その結果
焼結による、各素子の形成された円筒型SOFCに対す
る収縮率は、18〜22%の割合となる。
[0008] Each element contracts due to sintering, and the contraction causes the electrolyte membrane and the interconnector to be densified. The densification makes it possible to minimize the gas permeation of the fuel gas and the oxidant gas. In order to achieve this densification, it is necessary that the relative density with respect to the electrolyte membrane and the interconnector be 92% or more, and as a result, the shrinkage rate due to sintering with respect to the cylindrical SOFC in which each element is formed is , 18 to 22%.

【0009】従って、燃料極、及び空気極に対する収縮
率と、電解質膜、及びインターコネクタに対する収縮率
とは同程度の割合になる。しかしながら、燃料極と空気
極の各々に対する収縮率が18〜22%の割合となる
と、それらの極における燃料ガス、もしくは酸化剤ガス
の拡散抵抗が非常に大きくなる。従って、結果的に、燃
料電池反応の進行が阻害され、燃料ガス、酸化剤ガスの
利用率(以下、「燃料利用率」と記す)の低下、及び発
電における出力密度の低下を来たす。
Therefore, the contraction rate for the fuel electrode and the air electrode is about the same as the contraction rate for the electrolyte membrane and the interconnector. However, when the contraction rate for each of the fuel electrode and the air electrode is 18 to 22%, the diffusion resistance of the fuel gas or the oxidant gas at those electrodes becomes very large. Therefore, as a result, the progress of the fuel cell reaction is hindered, and the utilization rates of the fuel gas and the oxidant gas (hereinafter, referred to as “fuel utilization rate”) are reduced, and the output density in power generation is reduced.

【0010】一方、平板型SOFCの製造においては、
(1)電解質膜用材料膜(もしくはインターコネクタ用
材料膜)を単独で成膜し、成膜した電解質膜用材料膜
(もしくはインターコネクタ用材料膜)を焼結する場合
がある。また、(2)空気極用材料膜、電解質膜用材料
膜、インターコネクタ用材料膜、燃料極用材料膜を成膜
して一体焼結する場合もある。(1)、(2)のいずれ
の場合においても、焼結時の収縮率が適正値より大きい
と、焼結時の支持面の拘束などにより不均一な収縮が発
生し、変形することがある。この変形は、焼結により形
成された各素子間の接触面積の低下、及びシール性の低
下の原因であり、結果的に発電における出力密度の低
下、及び燃料利用率の低下をもたらす。
On the other hand, in the manufacture of flat plate type SOFC,
(1) In some cases, the material film for the electrolyte membrane (or the material film for the interconnector) is independently formed, and the formed material film for the electrolyte membrane (or the material film for the interconnector) is sintered. In some cases, (2) the air electrode material film, the electrolyte film material film, the interconnector material film, and the fuel electrode material film are formed and integrally sintered. In both cases of (1) and (2), if the shrinkage ratio during sintering is larger than an appropriate value, uneven contraction may occur due to restraint of the supporting surface during sintering, and deformation may occur. . This deformation causes a reduction in the contact area between the respective elements formed by sintering and a reduction in the sealability, resulting in a reduction in the power density during power generation and a reduction in the fuel utilization rate.

【0011】従って、従来は、焼結された平板型SOF
Cの変形箇所(もしくはその周辺)に錘をのせて熱処理
することにより、矯正処理を行っていた。しかしなが
ら、この矯正処理を行うことによる、製造コストの増大
が問題となっていた。
Therefore, conventionally, a sintered flat plate type SOF is used.
The straightening process was performed by placing a weight on the deformed portion of C (or around it) and heat-treating it. However, the increase in manufacturing cost due to the correction process has been a problem.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、円筒
型SOFCの焼結による収縮率を適正な範囲内に抑える
ことにより、電解質膜とインターコネクタに対する緻密
性を確保することのできる燃料電池の製造方法を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of ensuring compactness with respect to an electrolyte membrane and an interconnector by suppressing the shrinkage rate due to sintering of a cylindrical SOFC within an appropriate range. It is to provide a manufacturing method of.

【0013】本発明の他の目的は、円筒型SOFCの焼
結による収縮率を適正な範囲内に抑えることにより、燃
料利用率を向上させることのできる燃料電池の製造方法
を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a fuel cell capable of improving the fuel utilization rate by suppressing the shrinkage rate due to sintering of a cylindrical SOFC within an appropriate range. .

【0014】本発明の更に他の目的は、平板型SOFC
の焼結による収縮率を最小限に抑えることにより、焼成
後の矯正処理の必要性を少なくすることのできる燃料電
池の製造方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is a flat plate type SOFC.
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a fuel cell, which can reduce the need for a straightening treatment after firing by minimizing the shrinkage rate due to sintering.

【0015】本発明の更に他の目的は、平板型SOFC
の焼結による収縮率を最小限に抑えることにより、燃料
利用率及び出力密度を向上させることのできる燃料電池
の製造方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is a flat plate type SOFC.
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a fuel cell capable of improving the fuel utilization rate and the power density by minimizing the shrinkage rate due to the sintering.

【0016】本発明の更に他の目的は、上記の製造方法
により製造された燃料電池を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a fuel cell manufactured by the above manufacturing method.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を括弧付で用いて、課題
を解決するための手段を説明する。これらの符号は、
[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記
載との対応を明らかにするために付加されたものである
が、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的
範囲の解釈に用いてはならない。
[Means for Solving the Problems] The means for solving the problems will be described below by using the numbers and symbols used in [Embodiment of the Invention] in parentheses. These signs are
Although added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the description of [Embodiment of the Invention], the technical scope of the invention described in [Claims] is added. It should not be used to interpret ranges.

【0018】本発明の燃料電池の製造方法(10a)
は、基体管(11)を形成するステップ(S1)と、前
記基体管(11)上に燃料極(20)、電解質膜(2
1)、空気極(22)を形成するステップ(S3、S
4、S5)とを具備している。前記電解質膜(21)の
材料は、第1粒子(AA)と第2粒子(BB)とを含
み、前記第1粒子(AA)の含有率は、10〜50vo
l%である。前記第1粒子の粒子径(r1)と、前記第
2粒子の粒子径(r2)との比は、4≦(r1/r2)
≦30である。前記(S3、S4、S5)形成するステ
ップは、前記基体管(11)上に燃料極用材料膜、電解
質膜用材料膜、空気極用材料膜を形成するステップと、
前記形成された燃料極用材料膜、電解質膜用材料膜、空
気極用材料膜を焼結して、前記基体管(11)上に前記
燃料極(20)、前記電解質膜(21)、前記空気極
(22)を形成するステップを含み、前記形成された電
解質膜(21)の相対密度は、92〜98%である。前
記電解質膜用材料膜の焼結による収縮率は、8〜17%
である。
Method for producing fuel cell of the present invention (10a)
Is a step (S1) of forming a base tube (11), and a fuel electrode (20) and an electrolyte membrane (2) on the base tube (11).
1), steps of forming an air electrode (22) (S3, S
4 and S5). The material of the electrolyte membrane (21) includes first particles (AA) and second particles (BB), and the content ratio of the first particles (AA) is 10 to 50 vo.
1%. The ratio of the particle size of the first particles (r1) to the particle size of the second particles (r2) is 4 ≦ (r1 / r2).
≦ 30. The step of forming (S3, S4, S5) includes forming a fuel electrode material film, an electrolyte membrane material film, and an air electrode material film on the base pipe (11).
The formed fuel electrode material film, electrolyte membrane material film, and air electrode material film are sintered to form the fuel electrode (20), the electrolyte membrane (21), and the base electrode (11) on the base tube (11). Including the step of forming the cathode (22), the formed electrolyte membrane (21) has a relative density of 92 to 98%. The contraction rate of the material film for the electrolyte membrane due to sintering is 8 to 17%.
Is.

【0019】前記(S3、S4、S5)形成するステッ
プは、前記基体管(11)上にインターコネクタ用材料
膜を形成するステップを含んでいる。前記(S3、S
4、S5)形成するステップは、前記インターコネクタ
用材料膜を焼結して、前記基体管(11)上にインター
コネクタ(23)を形成するステップを含み、前記基体
管(11)上に焼結されたインターコネクタ(23)の
相対密度は、92〜98%である。前記インターコネク
タ用材料膜の焼結による収縮率は、8〜17%である。
前記インターコネクタ(23)の材料は、第3粒子(C
C)と第4粒子(DD)とを含み、前記第3粒子(C
C)の含有率は、10〜50vol%である。前記第3
粒子の粒子径(r3)と、前記第4粒子の粒子径(r
4)との比は、4≦(r3/r4)≦30である。
The step of forming (S3, S4, S5) includes the step of forming an interconnector material film on the base pipe (11). (S3, S
4, S5) forming step includes the step of sintering the material film for interconnector to form the interconnector (23) on the base tube (11), and baking on the base tube (11). The relative density of the interconnected connectors (23) is 92 to 98%. The shrinkage rate of the material film for interconnector due to sintering is 8 to 17%.
The material of the interconnector (23) is the third particle (C
C) and fourth particles (DD), and the third particles (C
The content rate of C) is 10 to 50 vol%. The third
The particle size of the particles (r3) and the particle size of the fourth particles (r3
The ratio with 4) is 4 ≦ (r3 / r4) ≦ 30.

【0020】本発明の燃料電池の製造方法(10a)
は、基体管(11)を形成するステップ(S1)と、前
記基体管(11)上に燃料極(20)、電解質膜(2
1)、空気極(22)を形成するステップ(S3、S
4、S5)とを具備している。前記電解質膜(21)の
材料は、第1粒子(AA)と第2粒子(BB)とを含
み、前記第1粒子(AA)の粒子径(r1)と、前記第
2粒子(BB)の粒子径(r2)との比は、4≦(r1
/r2)≦30である。前記(S3、S4、S5)形成
するステップは、前記基体管(11)上に燃料極用材料
膜、電解質膜用材料膜、空気極用材料膜を形成するステ
ップと、前記形成された燃料極用材料膜、電解質膜用材
料膜、空気極用材料膜を焼結して、前記基体管(11)
上に前記燃料極(20)、前記電解質膜(21)、前記
空気極(22)を形成するステップを含み、前記形成さ
れた電解質膜(21)の相対密度は、92〜98%であ
る。前記電解質膜用材料膜の焼結による収縮率は、8〜
17%である。
Method for producing fuel cell of the present invention (10a)
Is a step (S1) of forming a base tube (11), and a fuel electrode (20) and an electrolyte membrane (2) on the base tube (11).
1), steps of forming an air electrode (22) (S3, S
4 and S5). The material of the electrolyte membrane (21) contains first particles (AA) and second particles (BB), and the particle diameter (r1) of the first particles (AA) and the second particles (BB) The ratio with the particle size (r2) is 4 ≦ (r1
/ R2) ≦ 30. The step of forming (S3, S4, S5) includes forming a fuel electrode material film, an electrolyte membrane material film, and an air electrode material film on the base tube (11), and forming the fuel electrode. The base material tube (11) obtained by sintering a material film for electrolyte, a material film for electrolyte membrane, and a material film for air electrode.
The step of forming the fuel electrode (20), the electrolyte membrane (21), and the air electrode (22) on the upper side, the relative density of the formed electrolyte membrane (21) is 92 to 98%. The contraction rate of the material film for the electrolyte membrane due to sintering is 8 to
17%.

【0021】前記(S3、S4、S5)形成するステッ
プは、前記基体管(11)上にインターコネクタ用材料
膜を形成するステップを含んでいる。前記インターコネ
クタ(23)の材料は、第3粒子(CC)と第4粒子
(DD)とを含み、前記第3粒子(CC)の粒子径(r
3)と、前記第4粒子(DD)の粒子径(r4)との比
は、4≦(r3/r4)≦30である。前記(S3、S
4、S5)形成するステップは、前記基体管(11)上
に形成されたインターコネクタ用材料膜を焼結して、イ
ンターコネクタ(23)を形成するステップを含み、前
記形成されたインターコネクタ(23)の相対密度は、
92〜98%である。前記インターコネクタ用材料膜の
焼結による収縮率は、8〜17%である。
The step of forming (S3, S4, S5) includes the step of forming an interconnector material film on the base pipe (11). The material of the interconnector (23) contains third particles (CC) and fourth particles (DD), and the particle diameter (r of the third particles (CC) is
The ratio of 3) to the particle diameter (r4) of the fourth particles (DD) is 4 ≦ (r3 / r4) ≦ 30. (S3, S
4, S5) the step of forming includes the step of sintering the material film for interconnector formed on the base pipe (11) to form the interconnector (23), and the formed interconnector ( The relative density of 23) is
It is 92 to 98%. The shrinkage rate of the material film for interconnector due to sintering is 8 to 17%.

【0022】本発明の燃料電池(10)は、円筒横縞型
の固体電解質型燃料電池、円筒縦縞型の固体電解質型燃
料電池を含んでおり、これらの燃料電池(10)は、上
記の製造方法を用いて製造される。
The fuel cell (10) of the present invention includes a cylindrical horizontal stripe type solid electrolyte type fuel cell and a cylindrical vertical stripe type solid electrolyte type fuel cell, and these fuel cells (10) are manufactured by the above manufacturing method. Is manufactured using.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1に、円筒横
縞型SOFCの構成を示す。また、図2に、円筒縦縞型
SOFCの構成を示す。これらの円筒型SOFCは各
々、基体管11と、基体管11上に形成された、燃料極
20、電解質膜21、空気極22、インターコネクタ2
3の各素子を有する複数の燃料電池部19とから構成さ
れている。円筒横縞型SOFCと円筒縦縞型SOFCと
では、基体管11上における各素子の形成順が異なる。
円筒横縞型SOFCは、基体管11上から燃料極20、
電解質膜21、空気極22の順に形成されており、イン
ターコネクタ23は、異なる燃料電池部19に含まれる
燃料極20、電解質膜21、空気極22を相互に接続す
るように構成されている。円筒縦縞型SOFCは、基体
管11表面上から空気極22、電解質膜21、燃料極2
0の順に形成されており、インターコネクタ23は、異
なる燃料電池部19に含まれる空気極22、電解質膜2
1、燃料極20を相互に接続するように構成されてい
る。電解質膜21、インターコネクタ23の各々に対す
る材料は、後述の(a)〜(c)の条件(少なくともい
ずれか1〜2個)を満たしていることが望ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (Embodiment 1) FIG. 1 shows the structure of a cylindrical horizontal stripe SOFC. Further, FIG. 2 shows the structure of a cylindrical vertical stripe SOFC. Each of these cylindrical SOFCs has a base tube 11 and a fuel electrode 20, an electrolyte membrane 21, an air electrode 22 and an interconnector 2 formed on the base tube 11.
It is composed of a plurality of fuel cell units 19 each having three elements. The cylindrical horizontal stripe type SOFC and the cylindrical vertical stripe type SOFC differ in the formation order of each element on the base tube 11.
The horizontal cylindrical SOFC has a structure in which the fuel electrode 20,
The electrolyte membrane 21 and the air electrode 22 are formed in this order, and the interconnector 23 is configured to connect the fuel electrode 20, the electrolyte membrane 21, and the air electrode 22 included in different fuel cell units 19 to each other. The cylindrical vertical stripe type SOFC has an air electrode 22, an electrolyte membrane 21, and a fuel electrode 2 from the surface of the substrate tube 11.
They are formed in the order of 0, and the interconnector 23 includes an air electrode 22 and an electrolyte membrane 2 which are included in different fuel cell parts 19.
1. The fuel electrode 20 is configured to be connected to each other. The material for each of the electrolyte membrane 21 and the interconnector 23 preferably satisfies the conditions (a) to (c) described later (at least any one or two).

【0024】燃料電池10(円筒型SOFC)の製造に
あたって、電解質膜21の材料として、粒径の相対的に
小さい粒子(微粒BB)に、粒径の相対的に大きい粒子
(粗粒AA)を適量加えたものを用いることにより、微
粒BBのみを用いたときと比較して、焼結の際の収縮率
を抑制することが可能である。収縮率を抑制することに
より、燃料極20及び空気極22におけるガスの拡散抵
抗の増大を抑制することが可能となる。但し、収縮率が
非常に低いと、電解質膜21からのガス透過によって燃
料利用率が低下する。
In manufacturing the fuel cell 10 (cylindrical SOFC), as the material of the electrolyte membrane 21, particles having a relatively small particle size (fine particles BB) and particles having a relatively large particle size (coarse particles AA) are used. By using an appropriate amount added, it is possible to suppress the shrinkage rate during sintering, as compared with the case where only the fine particles BB are used. By suppressing the contraction rate, it becomes possible to suppress an increase in gas diffusion resistance in the fuel electrode 20 and the air electrode 22. However, when the contraction rate is very low, the fuel utilization rate decreases due to gas permeation through the electrolyte membrane 21.

【0025】そこで、収縮率を適切な範囲に収めるため
に、まず、電解質膜21の各々に対する相対密度を考え
る。相対密度は、4℃の純水の密度に対する、ある物質
の密度の相対的な割合であり、電解質膜21の各々に対
して、次の(1)式を用いて算出される。 (電解質膜21の密度/4℃の純水の密度)×100 (1)
Therefore, in order to keep the shrinkage ratio within an appropriate range, first consider the relative density of each of the electrolyte membranes 21. The relative density is the relative ratio of the density of a certain substance to the density of pure water at 4 ° C., and is calculated using the following equation (1) for each electrolyte membrane 21. (Density of electrolyte membrane 21 / Density of pure water at 4 ° C.) × 100 (1)

【0026】(1)式を用いて算出された相対密度は、
焼結による、電解質膜21の緻密化の程度を表してい
る。相対密度が適切な範囲を超える場合には、燃料極2
0及び空気極22におけるガスの拡散抵抗が大きくな
り、燃料利用率が低下する。一方、相対密度が適切な範
囲を下回る場合には、電解質膜21からのガス透過によ
って燃料利用率が低下する。従って、燃料利用率の低下
を防ぐためには、電解質膜21の相対密度が適切な範囲
に収まるように、材料を調製すればよい。この観点か
ら、電解質膜21の材料を複数種類調製し、それらの材
料の各々を用いて実験を行った。その結果を図3に示
す。
The relative density calculated using the equation (1) is
This indicates the degree of densification of the electrolyte membrane 21 due to sintering. If the relative density exceeds the appropriate range, the fuel electrode 2
0 and the diffusion resistance of the gas in the air electrode 22 increase, and the fuel utilization rate decreases. On the other hand, when the relative density is below the appropriate range, the fuel utilization rate decreases due to gas permeation through the electrolyte membrane 21. Therefore, in order to prevent the fuel utilization rate from decreasing, the material may be prepared so that the relative density of the electrolyte membrane 21 falls within an appropriate range. From this viewpoint, a plurality of types of materials for the electrolyte membrane 21 were prepared, and an experiment was conducted using each of these materials. The result is shown in FIG.

【0027】図3においては、試験番号3a、微粒粒径
3b、粗粒粒径3c、微粒量3d、粗粒量3e、収縮率
3f、電解質膜相対密度3g、出力密度3h、最大燃料
利用率3iが示されている。微粒粒径3b、粗粒粒径3
cは、試験番号3aに対応する各々の材料に用いられた
微粒BBもしくは粗粒AAの粒径を示す。微粒量3d、
粗粒量3eは、各々、電解質膜21の材料に対する微粒
BB、粗粒AAの含有率を示している。
In FIG. 3, test number 3a, fine particle diameter 3b, coarse particle diameter 3c, fine particle amount 3d, coarse particle amount 3e, shrinkage rate 3f, electrolyte membrane relative density 3g, output density 3h, maximum fuel utilization rate 3i is shown. Fine particle size 3b, coarse particle size 3
c indicates the particle size of the fine particles BB or the coarse particles AA used for each material corresponding to the test number 3a. Fine particle amount 3d,
The coarse particle amount 3e indicates the content rates of the fine particles BB and the coarse particles AA with respect to the material of the electrolyte membrane 21, respectively.

【0028】実験の方法を次に述べる。まず、電解質膜
21の材料として、試験番号3aの各々に対応する材料
を用いて、燃料電池10(インターコネクタ23を含ま
ない円筒横縞型SOFC)を製造した。次に、その燃料
電池10を用いて、水素を燃料として900℃で発電試
験を行い、200mA/cmにおける出力密度3h
と、最大燃料利用率3iを算出した。また、発電試験の
後、樹脂埋め研磨した試料を光学顕微鏡で観察し、画像
解析することで電解質膜21の密度を求めた。更に、そ
の密度と(1)式とに基づいて電解質膜相対密度3gを
算出し、電解質膜21の緻密化の程度を調べた。材料に
は、電解質膜21として8mol%Y 完全安定化
ZrOを用いた。基体管11、燃料極20、空気極2
2には、20%NiOを含む15mol%CaO完全安
定化ZrO、60%NiO及び40%YSZ、La
0.6CaO0.4MnOの各々を用いた。
The experimental method will be described below. First, the electrolyte membrane
As the material of No. 21, the material corresponding to each of the test numbers 3a
Using the fuel cell 10 (including the interconnector 23
A cylindrical horizontal stripe type SOFC) was manufactured. Then the fuel
Power generation test at 900 ° C using hydrogen as fuel using the battery 10.
Tested, 200mA / cmTwoPower density at 3h
And the maximum fuel utilization rate 3i was calculated. Also, for power generation test
After that, the resin-filled and polished sample is observed under an optical microscope to obtain an image.
The density of the electrolyte membrane 21 was obtained by analysis. Furthermore,
Of the electrolyte membrane relative density of 3 g based on the density of
The degree of densification of the electrolyte membrane 21 was calculated and examined. To the material
Is 8 mol% Y as the electrolyte membrane 21.TwoO ThreeFull stabilization
ZrOTwoWas used. Base tube 11, fuel electrode 20, air electrode 2
2 is 15 mol% CaO containing 20% NiO.
Standardized ZrOTwo, 60% NiO and 40% YSZ, La
0.6CaO0.4MnOThreeOf each.

【0029】試験番号3a=1〜5については、微粒粒
径3b(0.5μm)、粗粒粒径3c(8μm)の各々
を統一し、微粒量3d(100〜40%)を変化させて
調製した材料に対応する。微粒量3dが100%のとき
(試験番号3a=1)は、最大燃料利用率3iは75%
となっており、試験番号3a=2〜4と比較して、低い
値に留まっている。このとき、電解質膜相対密度3gは
99%、収縮率3fは20%となっており、電解質膜2
1からのガス透過の問題は解消されているものと考えら
れる。しかしながら、燃料極20、空気極22に対して
は、緻密化が大きく進行したために、ガス(燃料ガス、
酸化剤ガス)の拡散抵抗が大きくなったものと考えられ
る。
For test numbers 3a = 1 to 5, the fine particle size 3b (0.5 μm) and the coarse particle size 3c (8 μm) were unified, and the fine particle amount 3d (100 to 40%) was changed. Corresponds to the prepared material. When the amount of fine particles 3d is 100% (test number 3a = 1), the maximum fuel utilization rate 3i is 75%.
Which is lower than the test numbers 3a = 2 to 4. At this time, the electrolyte membrane relative density 3 g was 99% and the shrinkage ratio 3f was 20%.
It is considered that the problem of gas permeation from No. 1 has been solved. However, for the fuel electrode 20 and the air electrode 22, the gas (fuel gas,
It is considered that the diffusion resistance of the oxidant gas) has increased.

【0030】微粒量3dが40%のとき(試験番号3a
=5)は、最大燃料利用率3iは72%となっており、
試験番号1a=1〜4の各々に対応する材料と比較し
て、低い値に留まっている。このとき、電解質膜相対密
度3gは91.2%、収縮率3fは7.5%となってお
り、電解質膜21の緻密化が進行していないものと考え
られ、そのために、電解質膜21からのガス透過が大き
く進行して最大燃料利用率3iが低くなったものと考え
られる。
When the fine particle amount 3d is 40% (test number 3a
= 5), the maximum fuel utilization rate 3i is 72%,
Compared with the materials corresponding to each of the test numbers 1a = 1 to 4, the value remains low. At this time, the relative density of the electrolyte membrane 3g was 91.2% and the shrinkage rate 3f was 7.5%, and it is considered that the densification of the electrolyte membrane 21 has not progressed. Therefore, from the electrolyte membrane 21 It is conceivable that the maximum fuel utilization rate 3i has decreased due to the significant progress of gas permeation.

【0031】一方、微粒量3dが90〜50%のとき
(試験番号3a=2〜4)は、最大燃料利用率3iはい
ずれも80%以上の値に収まっている。これらのとき、
電解質膜相対密度3g、収縮率3fは、いずれの材料に
対しても各々92〜98%、8〜17%の範囲に収まっ
ている。従って、電解質膜21の緻密化と燃料利用率の
向上の観点から、電解質膜21の材料として、配合量を
微粒(vol%):粗粒(vol%)=90:10〜5
0:50に設定することが望ましいと考えられる。ま
た、試験番号3a=2〜4の中で比較すると、燃料利用
率3iは試験番号3a=3、4のときに特に高く、従っ
て、配合量を微粒(vol%):粗粒(vol%)=7
0:30〜50:50の付近に設定すれば、更に望まし
いものと考えられる。
On the other hand, when the amount of fine particles 3d is 90 to 50% (test number 3a = 2 to 4), the maximum fuel utilization rate 3i is 80% or more. At these times,
The electrolyte membrane relative density of 3 g and the contraction rate of 3 f are within the ranges of 92 to 98% and 8 to 17% for all materials, respectively. Therefore, from the viewpoint of densification of the electrolyte membrane 21 and improvement of the fuel utilization rate, as the material of the electrolyte membrane 21, the blending amount is fine particles (vol%): coarse particles (vol%) = 90:10 to 5
It is considered desirable to set it to 0:50. Further, when compared among the test numbers 3a = 2 to 4, the fuel utilization rate 3i is particularly high when the test numbers 3a = 3 and 4, and therefore, the blending amount is fine particles (vol%): coarse particles (vol%). = 7
It is considered to be more desirable to set it in the vicinity of 0:30 to 50:50.

【0032】試験番号3a=6〜9は、粗粒粒径3c
(8μm)、微粒量3d(70%)の各々を統一し、微
粒粒径3b(0.08〜1.5μm)を変化させて調製
した材料に対応する。微粒粒径3bが0.08μmのと
き(試験番号3a=6)は、最大燃料利用率3iは70
%となっており、試験番号3a=7〜9と比較して低い
値に留まっている。このとき、電解質膜相対密度3gは
99%、収縮率3fは25%となっており、電解質膜2
1からのガス透過は殆ど進行していないものと考えられ
る。しかしながら、燃料極20、空気極22に対して
は、緻密化が大きく進行したために、ガスの拡散抵抗が
非常に大きくなったものと考えられる。
Test number 3a = 6 to 9 is a coarse grain size 3c
(8 μm) and the amount of fine particles 3d (70%) are unified, and the fine particle size 3b (0.08 to 1.5 μm) is changed to correspond to the prepared material. When the fine particle diameter 3b is 0.08 μm (test number 3a = 6), the maximum fuel utilization rate 3i is 70.
%, Which is lower than the test number 3a = 7 to 9. At this time, the electrolyte membrane relative density 3 g was 99% and the shrinkage ratio 3f was 25%.
It is considered that the gas permeation from 1 hardly progressed. However, it is considered that the densification of the fuel electrode 20 and the air electrode 22 greatly progressed, so that the gas diffusion resistance became extremely large.

【0033】微粒粒径3bが1.5μmのとき(試験番
号3a=9)は、最大燃料利用率3iは70%となって
おり、試験番号3a=6〜8のときと比較して低い値に
留まっている。このとき、電解質膜相対密度3gは99
%、収縮率3fは25%となっており、電解質膜21か
らのガス透過は殆ど進行していないものと考えられる。
しかしながら、燃料極20、空気極22に対しては、緻
密化が大きく進行したために、ガスの拡散抵抗が大きく
なったものと考えられる。
When the fine particle diameter 3b is 1.5 μm (test number 3a = 9), the maximum fuel utilization rate 3i is 70%, which is lower than that when test number 3a = 6-8. Stays in. At this time, the electrolyte membrane relative density of 3 g is 99
%, And the shrinkage rate 3f is 25%, and it is considered that gas permeation from the electrolyte membrane 21 has hardly progressed.
However, with respect to the fuel electrode 20 and the air electrode 22, it is considered that the gas diffusion resistance increased because the densification proceeded greatly.

【0034】一方、微粒量3dが0.1μm、1μmの
とき(試験番号3a=7、8)は、電解質膜相対密度3
gは各々、98%、92.2%となっており、これらの
ときは、最大燃料利用率3iがいずれも80%以上の値
(83%、85%)に収まっている。従って、電解質膜
21の緻密化と燃料利用率の向上の観点から、電解質膜
21に用いる材料として、微粒BBの粒径(r)を0.
1μm≦r≦1μmに設定することが望ましいと考えら
れる。また、試験番号3a=7、8で比較すると、燃料
利用率3iは試験番号3a=8のときに相対的に高く、
従って、微粒BBの粒径(r)を1μm付近に設定すれ
ば、更に望ましいものと考えられる。
On the other hand, when the fine particle amounts 3d are 0.1 μm and 1 μm (test number 3a = 7, 8), the relative density of the electrolyte membrane is 3
g is 98% and 92.2%, respectively, and in these cases, the maximum fuel utilization rate 3i is within 80% or more (83%, 85%). Therefore, from the viewpoint of densification of the electrolyte membrane 21 and improvement of the fuel utilization rate, as a material used for the electrolyte membrane 21, the particle size (r) of the fine particles BB is 0.
It is considered desirable to set 1 μm ≦ r ≦ 1 μm. Further, comparing the test numbers 3a = 7 and 8, the fuel utilization rate 3i is relatively high when the test number 3a = 8,
Therefore, it is considered more desirable to set the particle size (r) of the fine particles BB to around 1 μm.

【0035】試験番号3a=10〜13は、微粒粒径3
b(0.5μm)、微粒量3d(70%)の各々を統一
し、粗粒粒径3c(1.5〜20μm)を変化させて調
製した材料に対応する。粗粒粒径3cが1.5μmのと
き(試験番号3a=10)は、最大燃料利用率3iは7
0%となっており、試験番号3a=11〜13と比較し
て低い値に留まっている。このとき、電解質膜相対密度
3gは99%、収縮率3fは25%となっており、電解
質膜21からのガス透過は殆ど進行していないものと考
えられる。しかしながら、燃料極20、空気極22に対
しては、緻密化が大きく進行したために、ガスの拡散抵
抗が大きくなったものと考えられる。
Test number 3a = 10 to 13 is fine particle size 3
b (0.5 μm) and the fine particle amount 3d (70%) are unified, and the coarse particle size 3c (1.5 to 20 μm) is changed to correspond to the prepared material. When the coarse particle size 3c is 1.5 μm (test number 3a = 10), the maximum fuel utilization rate 3i is 7
The value is 0%, which is a low value as compared with the test numbers 3a = 11 to 13. At this time, the electrolyte membrane relative density 3 g was 99% and the shrinkage rate 3f was 25%, and it is considered that gas permeation from the electrolyte membrane 21 has hardly progressed. However, with respect to the fuel electrode 20 and the air electrode 22, it is considered that the gas diffusion resistance increased because the densification proceeded greatly.

【0036】粗粒粒径3cが20μmのとき(試験番号
3a=13)は、最大燃料利用率3iは70%となって
おり、試験番号3a=10〜12のときと比較して低い
値に留まっている。このとき、電解質膜相対密度3gは
87.3%、収縮率3fは6.4%であり、電解質膜2
1の緻密化が進行していないものと考えられ、そのため
に、電解質膜21からのガス透過が大きく進行して最大
燃料利用率3iが低くなったものと考えられる。
When the coarse particle diameter 3c is 20 μm (test number 3a = 13), the maximum fuel utilization rate 3i is 70%, which is lower than that when test number 3a = 10-12. It remains. At this time, the electrolyte membrane relative density 3 g was 87.3% and the shrinkage ratio 3f was 6.4%.
It is considered that the densification of No. 1 has not progressed, and for this reason, the gas permeation from the electrolyte membrane 21 has greatly progressed, and the maximum fuel utilization rate 3i has decreased.

【0037】一方、粗粒粒径3cが2μm、15μmの
とき(試験番号3a=11、12)は、最大燃料利用率
3iがいずれも80%以上の値(81%、83%)に収
まっている。従って、電解質膜21の緻密化と燃料利用
率の向上の観点から、電解質膜21に用いる材料とし
て、粒径比(粗粒粒径3c/微粒粒径3b)rrを、r
r=4(試験番号3a=11)〜30(試験番号3a=
12)に設定することが望ましいと考えられる。また、
試験番号3a=11、12で比較すると、燃料利用率3
iは試験番号3a=12のときに相対的に高く、従っ
て、粒径比rrを30の付近に設定すれば、更に望まし
いものと考えられる。
On the other hand, when the coarse grain size 3c is 2 μm and 15 μm (test number 3a = 11, 12), the maximum fuel utilization rate 3i is 80% or more (81%, 83%). There is. Therefore, from the viewpoint of densification of the electrolyte membrane 21 and improvement of the fuel utilization rate, the grain size ratio (coarse grain size 3c / fine grain size 3b) rr is defined as the material used for the electrolyte membrane 21 by r
r = 4 (test number 3a = 11) to 30 (test number 3a =
It is considered desirable to set it to 12). Also,
Compared with test numbers 3a = 11 and 12, fuel utilization rate 3
i is relatively high when the test number 3a = 12, and therefore it is considered to be more desirable if the particle size ratio rr is set near 30.

【0038】図3に示した実験結果より、電解質膜21
の材料として望ましい条件は、次の(a)〜(c)であ
るものと考えられる。(a)互いに粒子径の異なる粗粒
BBと微粒AAを含み、粗粒AAの含有率は、10〜5
0%である。(b)粗粒BBの粒径(R)と微粒AAの
粒径(r)との比(R/r)は、4≦(R/r)≦30
である。(c)微粒AAの粒径(r)は、0.1μm≦
r≦1μmである。(a)〜(c)の条件を満たすと
き、従来と比較して最大燃料利用率3iは向上し、この
とき電解質膜相対密度3gは92〜98%となり、収縮
率3fは7〜18%となる。但し、(a)〜(c)の条
件については、必ずしも全て満たさなければならないと
は限らず、いずれか1つもしくは2つを満たすときで
も、従来と比較して最大燃料利用率3iは向上するもの
と考えられる。
From the experimental results shown in FIG. 3, the electrolyte membrane 21
It is considered that the desirable conditions for the material (1) to (3) are the following (a) to (c). (A) It contains coarse particles BB and fine particles AA having different particle diameters, and the content ratio of the coarse particles AA is 10 to 5.
It is 0%. (B) The ratio (R / r) of the particle size (R) of the coarse particles BB and the particle size (r) of the fine particles AA is 4 ≦ (R / r) ≦ 30.
Is. (C) The particle size (r) of the fine particles AA is 0.1 μm ≦
r ≦ 1 μm. When the conditions (a) to (c) are satisfied, the maximum fuel utilization rate 3i is improved as compared with the conventional one, and at this time, the electrolyte membrane relative density 3g is 92 to 98% and the shrinkage rate 3f is 7 to 18%. Become. However, the conditions (a) to (c) do not always have to be satisfied, and even when either one or two are satisfied, the maximum fuel utilization rate 3i is improved as compared with the conventional case. It is considered to be a thing.

【0039】次に、(a)〜(c)の条件が、電解質膜
21の種類によらず成立するかどうかを調査するため、
電解質膜21の材料を変化させた燃料電池10(インタ
ーコネクタ23を含まない円筒横縞型SOFC)を用い
て実験を行った。この実験の結果を図4に示す。
Next, in order to investigate whether the conditions (a) to (c) hold regardless of the type of the electrolyte membrane 21,
An experiment was performed using a fuel cell 10 (cylindrical horizontal stripe type SOFC not including the interconnector 23) in which the material of the electrolyte membrane 21 was changed. The results of this experiment are shown in FIG.

【0040】図4には、試験番号4a、電解質膜材料4
b、微粒粒径4c、粗粒粒径4d、粒径比4e、微粒量
4f、粗粒量4g、収縮率4h、電解質膜相対密度4
i、出力密度4j、最大燃料利用率4kが含まれてい
る。また、(a)〜(c)の条件に基づき、図4の試験
番号4aに示す各々の電解質膜21に対し、微粒粒径4
c、微粒量4f、粒径比rrの各々を0.1〜1μm、
70%、14〜22.5に設定している。試験番号4a
=14には3mol%Y部分安定化ZrO、1
5及び16についてはランタンガレート系、17及び1
8についてはセリア系の電解質膜21が各々用いられて
いる。
FIG. 4 shows test number 4a, electrolyte membrane material 4
b, fine particle diameter 4c, coarse particle diameter 4d, particle diameter ratio 4e, fine particle amount 4f, coarse particle amount 4g, shrinkage rate 4h, electrolyte membrane relative density 4
i, power density 4j, and maximum fuel utilization rate 4k are included. In addition, based on the conditions (a) to (c), the fine grain size 4 was set for each electrolyte membrane 21 shown in test number 4a of FIG.
c, the fine particle amount 4f, and the particle size ratio rr are each 0.1 to 1 μm,
70% and 14 to 22.5 are set. Test number 4a
= 14, 3 mol% Y 2 O 3 partially stabilized ZrO 2 , 1
Lanthanum gallate system for 5 and 16, 17 and 1
For No. 8, the ceria-based electrolyte membrane 21 is used.

【0041】このとき、電解質膜材料4bに関わらず、
いずれも最大燃料利用率4kは80%以上となってい
る。これらについては、電解質膜相対密度4iは、93
〜96%となっている。従って、電解質膜21の緻密化
と燃料利用率の向上を達成するには、電解質膜21の種
類に関わらず、上記の(a)〜(c)の条件(少なくと
もいずれか1〜2個)に基づいて調製した材料を用いる
ことが望ましいものと考えられる。また、試験番号4a
=16、18のときに最大燃料利用率4kは最も高く、
従って、La0.9Sr0.1Ga0.9Mg0.1
、(CeO 0.8(SmO1.50.2のいず
れかを用いれば、更に望ましいものと考えられる。
At this time, regardless of the electrolyte membrane material 4b,
In both cases, the maximum fuel utilization rate of 4k is 80% or more.
It For these, the electrolyte membrane relative density 4i is 93
It is ~ 96%. Therefore, densification of the electrolyte membrane 21
And to achieve improved fuel utilization, the electrolyte membrane 21 seed
Regardless of type, conditions (a) to (c) above (at least
Also use the material prepared based on
Is considered desirable. Also, test number 4a
= 16 and 18, the maximum fuel utilization rate 4k is the highest,
Therefore, La0.9Sr0.1Ga0.9Mg0.1O
Three, (CeOTwo) 0.8(SmO1.5)0.2Nozu
If any of them is used, it may be more desirable.

【0042】次に、(a)〜(c)の条件が、インター
コネクタ23に対しても成立するかどうかを調査するた
め、インターコネクタ23の材料を変化させた燃料電池
10(円筒横縞型SOFC、円筒縦縞型SOFC)を用
いて実験を行った。インターコネクタ23の材料は、電
解質膜21とは異なるものであり、粗粒CCと微粒DD
が含まれる。
Next, in order to investigate whether the conditions (a) to (c) are satisfied for the interconnector 23 as well, the fuel cell 10 (cylindrical horizontal stripe SOFC) in which the material of the interconnector 23 is changed is investigated. , Cylindrical vertical stripe type SOFC). The material of the interconnector 23 is different from that of the electrolyte membrane 21, and the coarse particles CC and the fine particles DD are used.
Is included.

【0043】図5には、試験番号5a、インターコネク
タ材料5b、微粒粒径5c、粗粒粒径5d、微粒量5
e、粗粒量5f、収縮率5g、インターコネクタ相対密
度5h、出力密度5i、最大燃料利用率5j、セル構成
5kが含まれている。また、(a)〜(c)の条件に基
づき、微粒粒径5c、微粒量5e、粒径比rrの各々を
0.1〜1μm、70%、5〜19に設定している。試
験番号5a=19及び20にはランタンクロマイト系、
21及び22についてはチタン酸カルシウム系のインタ
ーコネクタ23が各々用いられている。
In FIG. 5, test number 5a, interconnector material 5b, fine particle diameter 5c, coarse particle diameter 5d, and fine particle amount 5 are shown.
e, coarse grain amount 5f, shrinkage rate 5g, interconnector relative density 5h, output density 5i, maximum fuel utilization rate 5j, and cell configuration 5k. Further, based on the conditions (a) to (c), the fine particle size 5c, the fine particle amount 5e, and the particle size ratio rr are set to 0.1 to 1 μm, 70%, and 5 to 19, respectively. Test number 5a = 19 and 20 are lanthanum chromite type,
Calcium titanate type interconnectors 23 are used for 21 and 22, respectively.

【0044】このとき、インターコネクタ材料5bに関
わらず、いずれも最大燃料利用率5kは80%以上とな
っている。従って、インターコネクタ23の緻密化と燃
料利用率の向上とを達成するには、インターコネクタ2
3の種類に関わらず、上記の(a)〜(c)の条件(少
なくともいずれか1〜2個)に基づいて調製した材料を
用いることが望ましいものと考えられる。また、試験番
号5a=21のときに最大燃料利用率5jは最も高く、
従って、Ca0.9La0.2TiOを用いれば、更
に望ましいものと考えられる。
At this time, regardless of the interconnector material 5b, the maximum fuel utilization rate 5k is 80% or more in all cases. Therefore, in order to achieve the densification of the interconnector 23 and the improvement of the fuel utilization rate, the interconnector 2
It is considered preferable to use the materials prepared based on the conditions (a) to (c) (at least any one or two) regardless of the types. Further, when the test number 5a = 21, the maximum fuel utilization rate 5j is the highest,
Therefore, the use of Ca 0.9 La 0.2 TiO 3 is considered to be more desirable.

【0045】図3〜図5に示した結果から、電解質膜2
1及びインターコネクタ23の各々の材料は、上記の
(a)〜(c)の条件(少なくともいずれか1〜2個)
に基づいて調製し、その調製した材料を用いて燃料電池
10(円筒型SOFC)を製造することとする。その燃
料電池の製造方法10aの処理に関して、図6及び図7
を参照して説明する。
From the results shown in FIGS. 3 to 5, the electrolyte membrane 2
1 and each material of the interconnector 23 satisfy the above conditions (a) to (c) (at least any one or two).
The fuel cell 10 (cylindrical SOFC) is manufactured by using the prepared material. Regarding the processing of the fuel cell manufacturing method 10a, FIGS.
Will be described with reference to.

【0046】基体管11用のセラミックスの粉末の原料
(ジルコニアの粉末など)に有機系の溶剤(添加剤を含
む)を混合して均一なスラリを形成し、押出し成形によ
りチューブ状のセラミックス成形体である基体管11を
成形する(ステップS1)。基体管11は、燃料電池部
19が形成される管であり、セラミックスの多孔質であ
る筒型の円筒管である。
A raw material of ceramic powder for the base tube 11 (such as zirconia powder) is mixed with an organic solvent (including additives) to form a uniform slurry, and a tubular ceramic molded body is formed by extrusion molding. The base tube 11 which is the above is molded (step S1). The base pipe 11 is a pipe in which the fuel cell unit 19 is formed, and is a cylindrical cylindrical pipe made of ceramics.

【0047】成形後、基体管11にシールリング14a
とシールキャップ14bを取り付ける。また、その基体
管11を焼成炉12のセラミックス取付部14に取り付
け、ヒーター13を制御しながら1000℃で仮焼する
(ステップS2)。
After molding, the base tube 11 is provided with a seal ring 14a.
Attach the seal cap 14b. Further, the base tube 11 is attached to the ceramic attachment portion 14 of the firing furnace 12, and calcination is performed at 1000 ° C. while controlling the heater 13 (step S2).

【0048】焼成炉12は、シート状やチューブ状など
のセラミックスの成形体を焼成するための電気炉であ
る。焼成炉12には、成形体を加熱昇温するヒーター1
3が設けられている。ヒーター13には、温度と雰囲気
により、様々な発熱体を使用することが可能である。た
だし、セラミックスの成形体の焼成は、高温(1000
℃以上)の酸化雰囲気で行なわれるので、それに対応す
る発熱体が用いられる。例えば、Fe−Cr−Al系合
金発熱体、Pt−Rh合金発熱体等がある。
The firing furnace 12 is an electric furnace for firing a molded body of a ceramic such as a sheet or a tube. The firing furnace 12 has a heater 1 for heating and heating the compact.
3 is provided. Various heating elements can be used for the heater 13 depending on the temperature and atmosphere. However, the firing of the ceramic body is performed at high temperature (1000
Since it is carried out in an oxidizing atmosphere of (° C. or higher), a corresponding heating element is used. For example, there are Fe-Cr-Al alloy heating elements and Pt-Rh alloy heating elements.

【0049】セラミックス取付部14は、焼成炉12の
上部にあり、セラミックス成形体の一端部を取り付け、
その位置を固定するための治具である。チューブ状のセ
ラミックス成形体の場合には、セラミックス成形体は、
そこから吊り下げられた状態で固定され、焼成(もしく
は仮焼)される。
The ceramic mounting portion 14 is located on the upper portion of the firing furnace 12, and one end of the ceramic molded body is mounted on the ceramic mounting portion 14.
It is a jig for fixing the position. In the case of a tubular ceramic molded body, the ceramic molded body is
It is fixed in a suspended state and fired (or calcined).

【0050】セラミックス取付部14の底面の孔部の内
径は、シールリング14aの筒部の外径と同じ大きさで
ある。基体管11は、その孔部に嵌め込まれ、シールリ
ング14aの保持部の部分でセラミックス取付部14に
吊られる。また、セラミックス取付部14の側面部の底
面と反対の側は、焼成炉12とガスのリークがなく、か
つ、基体管11の重量を支えられるように接合してい
る。
The inner diameter of the hole on the bottom surface of the ceramic mounting portion 14 is the same as the outer diameter of the cylindrical portion of the seal ring 14a. The base tube 11 is fitted into the hole and is hung on the ceramics mounting portion 14 at the holding portion of the seal ring 14a. The side of the ceramics mounting portion 14 opposite to the bottom surface is joined to the firing furnace 12 so that there is no gas leak and the weight of the base tube 11 is supported.

【0051】シールキャップ14bは、円柱状の蓋であ
り、円柱部とその円柱部の外周から基体管11方向へ延
びる円筒部とから成る。円筒部の内径は、基体管11の
外径とほぼ等しい。基体管11の下端部を閉塞させ、内
部を流れる燃料ガスが外部へリークしないようにする。
あるいは逆に、外部のガスが、基体管11の内部へリー
クしないようにする。
The seal cap 14b is a cylindrical lid, and is composed of a cylindrical portion and a cylindrical portion extending from the outer periphery of the cylindrical portion toward the base pipe 11. The inner diameter of the cylindrical portion is substantially equal to the outer diameter of the base tube 11. The lower end of the base tube 11 is closed so that the fuel gas flowing inside does not leak to the outside.
Alternatively, on the contrary, the external gas is prevented from leaking into the inside of the base pipe 11.

【0052】ステップS2の後に、ステップS3及びス
テップS4の処理が行われる。この処理について、以下
に説明する。
After step S2, the processes of steps S3 and S4 are performed. This process will be described below.

【0053】仮焼中(もしくは仮焼後)に、空気極22
の原料に有機系の溶剤を混合して均一なスラリ16を形
成し、容器15に注入する。仮焼後、基体管11の両端
にゴム栓18を各々1個ずつ挿入し、基体管11の非成
膜部をビニールテープ17でマスキングする。ビニール
テープ17とゴム栓18の装着された基体管11は、空
気極22用のスラリ16に浸される(ステップS3)。
スラリ16から取り出された基体管11は乾燥され、そ
れによって空気極用材料膜が形成される(ステップS
4)。
During calcination (or after calcination), the air electrode 22
An organic solvent is mixed with the raw material of 1 to form a uniform slurry 16 and the slurry 16 is poured into the container 15. After the calcination, one rubber stopper 18 is inserted into each end of the base tube 11, and the non-film-forming portion of the base tube 11 is masked with the vinyl tape 17. The base tube 11 having the vinyl tape 17 and the rubber plug 18 mounted thereon is dipped in the slurry 16 for the air electrode 22 (step S3).
The substrate tube 11 taken out from the slurry 16 is dried, thereby forming the air electrode material film (step S
4).

【0054】ステップS3、ステップS4と同様の処理
が電解質膜21、インターコネクタ23、及び燃料極2
0用のスラリ16を用いて順次行われる。それによっ
て、空気極用材料膜、電解質膜用材料膜、インターコネ
クタ用材料膜、燃料極用材料膜が基体管11上に形成さ
れる。
The same processing as in steps S3 and S4 is performed by the electrolyte membrane 21, the interconnector 23, and the fuel electrode 2.
This is sequentially performed using the slurry 16 for 0. As a result, an air electrode material film, an electrolyte film material film, an interconnector material film, and a fuel electrode material film are formed on the base tube 11.

【0055】ステップS3とステップS4の処理は、縦
縞型の円筒型SOFCを製造する場合の例である。横縞
型の円筒型SOFCを製造する場合には、燃料極用材料
膜、電解質膜用材料膜、インターコネクタ用材料膜、空
気極用材料膜の順で成膜が行われる。
The processing of steps S3 and S4 is an example in the case of manufacturing a vertical stripe type cylindrical SOFC. When manufacturing a horizontal striped SOFC, the fuel electrode material film, the electrolyte film material film, the interconnector material film, and the air electrode material film are formed in this order.

【0056】容器15は、ディッピング法等において用
いられる、スラリ16を入れるためのものである。スラ
リ16は、燃料電池部19の各素子の材料となる泥状物
質であり、各々の素子に対して異なる材料が用いられ
る。各素子のうち、電解質膜21とインターコネクタ2
3の各々の材料に対しては、上述した(a)〜(c)の
条件(少なくともいずれか1〜2個)を基に調製され
る。ビニールテープ17は、基体管11をスラリ16に
浸して成膜する際に、基体管11の外側表面のうち、膜
(燃料極用材料膜、電解質膜用材料膜、インターコネク
タ用材料膜、空気極用材料膜)の形成の対象ではない部
分をマスキングするための部材である。ゴム栓18は、
基体管11をスラリ16に浸して成膜する際に、基体管
11の内側部分にスラリ16が浸入するのを防ぐための
部材であり、基体管11の両端に各々1個ずつ挿入され
る。
The container 15 is used for the slurry 16 used in the dipping method or the like. The slurry 16 is a muddy substance that is a material for each element of the fuel cell unit 19, and different materials are used for each element. Of each element, the electrolyte membrane 21 and the interconnector 2
Each material of 3 is prepared based on the conditions (a) to (c) (at least any one or two) described above. The vinyl tape 17 is a film (a fuel electrode material film, an electrolyte membrane material film, an interconnector material film, an air connector material film, and an air film) on the outer surface of the base tube 11 when the base tube 11 is dipped in the slurry 16 to form a film. This is a member for masking a portion that is not the target of the formation of the electrode material film). The rubber stopper 18 is
This is a member for preventing the slurry 16 from entering the inner portion of the base pipe 11 when the base pipe 11 is immersed in the slurry 16 to form a film, and one member is inserted into each end of the base pipe 11.

【0057】燃料電池部19には、燃料極20、電解質
膜21、空気極22、インタコネクタ23とが含まれ
る。あるいは、燃料電池10が形成される過程における
状態を表している。その状態を、横縞型の円筒型SOF
Cを製造する場合を例に挙げて次に説明する。
The fuel cell section 19 includes a fuel electrode 20, an electrolyte membrane 21, an air electrode 22, and an interconnector 23. Alternatively, it represents a state in the process of forming the fuel cell 10. The state is a horizontal stripe cylindrical SOF.
The case of manufacturing C will be described below as an example.

【0058】その状態は、(A)燃料極用材料膜のみが
形成されている状態、(B)燃料極用材料膜及び電解質
膜用材料膜のみが形成されている状態、(C)燃料極用
材料膜、電解質膜用材料膜、空気極用材料膜が形成され
ている状態、(D)燃料極用材料膜、電解質膜用材料
膜、インタコネクタ用材料膜が形成されている状態、
(E)燃料極用材料膜、電解質膜用材料膜、インタコネ
クタ用材料膜、空気極用材料膜が形成されている状態の
いずれかである。
The states are (A) a state where only the fuel electrode material film is formed, (B) a state where only the fuel electrode material film and the electrolyte membrane material film are formed, and (C) the fuel electrode. A material film for electrolyte, a material film for electrolyte membrane, a material film for air electrode, (D) a material film for fuel electrode, a material film for electrolyte membrane, a material film for interconnector,
(E) One of the states in which the fuel electrode material film, the electrolyte film material film, the interconnector material film, and the air electrode material film are formed.

【0059】ステップS4の後に、ステップS5の処理
が行われる。この処理について、次に説明する。
After step S4, the process of step S5 is performed. This processing will be described next.

【0060】燃料電池部19が(C)もしくは(E)の
状態で形成されて生成したセルチューブ25を、焼成炉
12のセラミックス取付部14に取り付け、ヒーター1
3を制御しながら1350℃で焼結ことにより、燃料電
池10を生成する(ステップS5)。
The cell tube 25 produced by forming the fuel cell section 19 in the state (C) or (E) is attached to the ceramic attachment portion 14 of the firing furnace 12, and the heater 1
The fuel cell 10 is produced by sintering at 1350 ° C. while controlling 3 (step S5).

【0061】(実施の形態2)図8に、平板型SOFC
(燃料電池27)の一例を示す。平板型SOFCには、
円筒型SOFCと同様に、燃料極20、電解質膜21、
空気極22、インターコネクタ23から構成されてい
る。電解質膜21、インターコネクタ23の各々に対す
る材料は、実施の形態1で述べた(a)〜(c)の条件
(少なくともいずれか1〜2個)を満たしている。
(Second Embodiment) FIG. 8 shows a flat plate type SOFC.
An example of (fuel cell 27) is shown. For the flat plate SOFC,
Similar to the cylindrical SOFC, the fuel electrode 20, the electrolyte membrane 21,
It is composed of an air electrode 22 and an interconnector 23. The material for each of the electrolyte membrane 21 and the interconnector 23 satisfies the conditions (at least any one or two) of (a) to (c) described in the first embodiment.

【0062】実施の形態1でも述べたように、燃料電池
10(円筒型SOFC)の製造にあたって、電解質膜2
1の材料として、粒径の小さい粒子(微粒BB)に、粒
径の相対的に大きい粒子(粗粒AA)を適量加えたもの
を用いることにより、焼結の際の収縮率を抑制すること
が可能である。また、この原理は、インターコネクタ2
3に対しても成立することが判った。この原理が平板型
SOFCに適用できれば、平板型SOFCを焼結した際
における矯正処理の必要性を少なくすることが可能であ
るものと考えられる。従って、図8に示すような燃料電
池27に対し、実施の形態1で述べた(a)〜(c)の
条件(少なくともいずれか1〜2個)を用いて電解質膜
21(もしくはインターコネクタ23)の調製を行うこ
とにより、収縮率を抑制することを試みた。それに関す
る実験結果を図9に示す。
As described in the first embodiment, the electrolyte membrane 2 is used for manufacturing the fuel cell 10 (cylindrical SOFC).
Suppressing the shrinkage rate at the time of sintering by using, as the material of No. 1, a material obtained by adding an appropriate amount of particles having a relatively large particle size (coarse particles AA) to particles having a small particle size (fine particles BB) Is possible. In addition, this principle is based on the interconnector 2
It turns out that it holds for 3. If this principle can be applied to a flat-plate SOFC, it is considered possible to reduce the need for straightening treatment when the flat-plate SOFC is sintered. Therefore, for the fuel cell 27 as shown in FIG. 8, the electrolyte membrane 21 (or the interconnector 23) is used under the conditions (at least any one or two) of (a) to (c) described in the first embodiment. It was attempted to suppress the shrinkage rate by preparing (1). The experimental results regarding this are shown in FIG.

【0063】図9に示す結果は、各々単独で焼結させた
電解質膜21もしくはインターコネクタ23を用いて得
られたものである。図9においては、試験番号9a、材
料9b、微粒粒径9c、粗粒粒径9d、微粒量9e、粗
粒量9f、収縮率9g、相対密度9h、平均厚み9i、
最大厚み9j、変形量9k、変形率9lが示されてい
る。
The results shown in FIG. 9 are obtained by using the electrolyte membrane 21 or the interconnector 23 which are each sintered alone. In FIG. 9, test number 9a, material 9b, fine particle diameter 9c, coarse particle diameter 9d, fine particle amount 9e, coarse particle amount 9f, shrinkage rate 9g, relative density 9h, average thickness 9i,
The maximum thickness 9j, the deformation amount 9k, and the deformation rate 9l are shown.

【0064】相対密度9hの算出法は、実施の形態1に
おいて述べたものと同様である。平均厚み9i、最大厚
み9jは、焼結して形成された電解質膜21もしくはイ
ンターコネクタ23の各々に対する平均の厚さ、及び最
大の厚みを表している。これらの厚みは、電解質膜21
もしくはインターコネクタ23を常盤上に設置し、その
常盤上からの高さを測定することによって求めたもので
ある。変形量9kは、最大厚み9jと平均厚み9iとの
差を表したものであり、変形率9lは、平均厚み9iと
変形量9kに基づいて算出されたものである。
The method of calculating the relative density 9h is the same as that described in the first embodiment. The average thickness 9i and the maximum thickness 9j represent the average thickness and the maximum thickness for each of the electrolyte membrane 21 and the interconnector 23 formed by sintering. These thicknesses are different from those of the electrolyte membrane 21.
Alternatively, it is obtained by installing the interconnector 23 on the base plate and measuring the height from the base plate. The deformation amount 9k represents the difference between the maximum thickness 9j and the average thickness 9i, and the deformation rate 9l is calculated based on the average thickness 9i and the deformation amount 9k.

【0065】試験番号9a=23〜29は、互いに異な
る電解質膜21の材料に対応する(但し、試験番号9a
=23、24については同一のものを用いている)。材
料9bには、その電解質膜21の材料が示されている。
試験番号9a=23のときは、微粒量9eは100%で
あるのに対し、その他(試験番号9a=24〜29)の
場合には、微粒量9eは70%に統一されている。試験
番号9a=23のときは、収縮率9gは22%となって
おり、その他(試験番号9a=24〜29)と比較して
燃料電池27の収縮が進行していることが示されてい
る。
Test numbers 9a = 23 to 29 correspond to different materials for the electrolyte membrane 21 (however, test number 9a).
= 23 and 24 are the same.) The material of the electrolyte membrane 21 is shown in the material 9b.
When the test number 9a = 23, the fine particle amount 9e is 100%, whereas in the other cases (test number 9a = 24 to 29), the fine particle amount 9e is unified to 70%. When the test number 9a = 23, the shrinkage rate 9g is 22%, which shows that the shrinkage of the fuel cell 27 is progressing as compared with the other (test number 9a = 24 to 29). .

【0066】試験番号9a=23のときの変形率9l
(217%)と試験番号9a=24〜29のときとを比
較すると、試験番号9a=24〜29に対応する材料を
用いたときの方が、収縮率9gが抑制されている。特
に、(CeO0.8(Gd .50.2を用いた
ときに、他と比較して収縮率が大きく抑制されており、
収縮率9gの抑制の観点からは、この材料を用いること
が最も望ましいものと考えられる。
Deformation rate 9l when test number 9a = 23
Comparing (217%) with the test numbers 9a = 24 to 29, the shrinkage rate of 9 g is suppressed when the material corresponding to the test numbers 9a = 24 to 29 is used. In particular, when using the (CeO 2) 0.8 (Gd 1 .5) 0.2, it is compared to shrinkage largely suppressed with the other,
From the viewpoint of suppressing the shrinkage rate of 9 g, it is considered that the use of this material is the most desirable.

【0067】試験番号9a=30〜33は、互いに異な
るインターコネクタ23の材料に対応する(但し、試験
番号9a=30、31、32については同一のものを用
いている)。材料9bには、そのインターコネクタ23
の材料が示されている。試験番号9a=30のときは、
微粒量9eは100%であるのに対し、その他(試験番
号9a=31〜33)の場合には、微粒量9eは70%
に統一されている。試験番号8a=30のときは、収縮
率9gは21%となっており、その他(試験番号9a=
31〜33)と比較して燃料電池27の収縮が進行して
いることが示されている。
Test numbers 9a = 30 to 33 correspond to different materials for the interconnector 23 (however, the same test numbers 9a = 30, 31, 32 are used). The material 9b has its interconnector 23
The material is shown. When test number 9a = 30,
The fine particle amount 9e is 100%, whereas in other cases (test number 9a = 31 to 33), the fine particle amount 9e is 70%.
Are unified. When the test number 8a = 30, the shrinkage rate 9g is 21%, and other (test number 9a =
31 to 33), the shrinkage of the fuel cell 27 is shown to be progressing.

【0068】試験番号9a=30のときの変形率9l
(310%)と試験番号9a=31〜33のときとを比
較すると、試験番号9a=31〜33に対応する材料を
用いたときの方が、収縮率9gが抑制されている。特
に、Ca0.9La0.2TiO を用いたときに、他
と比較して収縮率9gが大きく抑制されており、収縮率
9gの抑制の観点からは、この材料を用いることが最も
望ましいものと考えられる。
Deformation rate 9l when test number 9a = 30
(310%) and test number 9a = 31 to 33
By comparison, the materials corresponding to test number 9a = 31-33
When used, the shrinkage rate of 9 g is suppressed. Special
To Ca0.9La0.2TiO ThreeWhen using
Shrinkage rate of 9g is greatly suppressed compared to
From the viewpoint of suppressing 9g, it is most preferable to use this material.
Considered desirable.

【0069】図9の結果より、電解質膜21及びインタ
ーコネクタ23の材料は、上記の(a)〜(c)の条件
(少なくともいずれか1〜2個)に基づいて調製し、そ
の調製した材料を用いて燃料電池27(平板型SOF
C)を製造することとする。その燃料電池の製造方法1
0aの処理に関して、図10を参照して説明する。
From the results of FIG. 9, the materials of the electrolyte membrane 21 and the interconnector 23 were prepared based on the above conditions (a) to (c) (at least any one or two), and the prepared materials. Fuel cell 27 (flat plate SOF
C) is to be manufactured. Manufacturing method 1 of the fuel cell
The processing of 0a will be described with reference to FIG.

【0070】空気極22の原料に有機系の溶剤を混合し
て均一なスラリ16を形成し、ナイフエッジからゆっく
りとキャリアフィルム28の上に流し出し、乾燥させ
る。乾燥後、シート成形体26を生成する。同様にし
て、電解質膜21、燃料極20、インターコネクタ23
の材料を用いて同様の処理を行うことにより、空気極用
材料膜、電解質膜用材料膜、燃料極用材料膜、インター
コネクタ用材料膜の備えられたシート成形体26を生成
する。この際、電解質膜21及びインターコネクタ23
の材料に関しては、上記の(a)〜(c)の条件(少な
くともいずれか1〜2個)に基づいて調製する(ステッ
プS7)。
The raw material for the air electrode 22 is mixed with an organic solvent to form a uniform slurry 16, which is slowly poured from the knife edge onto the carrier film 28 and dried. After drying, the sheet molded body 26 is produced. Similarly, the electrolyte membrane 21, the fuel electrode 20, and the interconnector 23
The same process is performed using the above material to produce the sheet molded body 26 provided with the air electrode material film, the electrolyte film material film, the fuel electrode material film, and the interconnector material film. At this time, the electrolyte membrane 21 and the interconnector 23
The material (1) is prepared based on the above conditions (a) to (c) (at least any one or two) (step S7).

【0071】シート成形体26は、燃料極20、電解質
膜21、空気極22、インターコネクタ23の各々の原
料を基にして生成したスラリ16を乾燥させ、更に乾燥
させたスラリ16を100mm×100mmの正方形に
切り取ることにより、生成したものである。燃料電池2
7は、燃料極20、電解質21、空気極22、インター
コネクタ23の各素子を有する平板型SOFCである。
キャリアフィルム28は、燃料極20、電解質21、空
気極22、インターコネクタ23の各々の原料を基にし
て生成したスラリ16の流出、乾燥、切り取りを行うた
めのフィルムである。
In the sheet molded body 26, the slurry 16 produced based on the respective raw materials of the fuel electrode 20, the electrolyte membrane 21, the air electrode 22 and the interconnector 23 is dried, and the dried slurry 16 is 100 mm × 100 mm. It is generated by cutting it into a square. Fuel cell 2
Reference numeral 7 is a flat plate type SOFC having elements such as a fuel electrode 20, an electrolyte 21, an air electrode 22 and an interconnector 23.
The carrier film 28 is a film for flowing out, drying, and cutting out the slurry 16 generated based on the raw materials of the fuel electrode 20, the electrolyte 21, the air electrode 22, and the interconnector 23.

【0072】ステップS7で生成されたシート成形体2
6を焼成炉12に入れて1350℃で焼結させることに
より、燃料電池27を生成する(ステップS8)。
Sheet molded body 2 generated in step S7
The fuel cell 27 is produced by placing 6 in the firing furnace 12 and sintering it at 1350 ° C. (step S8).

【0073】ステップS7において、電解質膜用材料膜
もしくはインターコネクタ用材料膜を基にシート成形体
26を生成した後、それらを各々、単独で焼結させる場
合もある。その場合には、ステップS8において、電解
質21もしくはインターコネクタ23の焼結体が生成さ
れる。
In step S7, after the sheet molded body 26 is formed on the basis of the electrolyte membrane material film or the interconnector material film, each of them may be sintered alone. In that case, in step S8, a sintered body of the electrolyte 21 or the interconnector 23 is generated.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明の燃料電池の製造方法を用いるこ
とにより、円筒型SOFCの焼結による収縮率を適正な
範囲内に抑えることができ、その結果、電解質とインタ
ーコネクタに対する緻密性を確保することのできる燃料
電池を生成できる。
By using the method for producing a fuel cell according to the present invention, the shrinkage rate of the cylindrical SOFC due to sintering can be suppressed within an appropriate range, and as a result, the compactness with respect to the electrolyte and the interconnector can be secured. It is possible to produce a fuel cell that can be used.

【0075】本発明の燃料電池の製造方法を用いること
により、円筒型SOFCの焼結による収縮率を適正な範
囲内に抑えることができ、その結果、燃料利用率を向上
させることのできる燃料電池を生成できる。
By using the method of manufacturing a fuel cell of the present invention, the shrinkage rate of the cylindrical SOFC due to sintering can be suppressed within an appropriate range, and as a result, the fuel utilization rate can be improved. Can be generated.

【0076】本発明の燃料電池の製造方法を用いること
により、平板型SOFCの焼結による収縮率を最小限に
抑えることにより、焼成後の矯正処理の必要性を少なく
することのできる燃料電池を生成できる。
By using the method for producing a fuel cell of the present invention, the shrinkage rate due to the sintering of the flat plate type SOFC can be minimized, and the need for the straightening treatment after firing can be reduced. Can be generated.

【0077】本発明の燃料電池の製造方法を用いること
により、平板型SOFCの焼結による収縮率を最小限に
抑えることにより、燃料利用率及び出力密度を向上させ
ることのできる燃料電池を生成できる。
By using the method for producing a fuel cell of the present invention, it is possible to produce a fuel cell capable of improving the fuel utilization rate and the power density by minimizing the shrinkage rate due to the sintering of the flat plate type SOFC. .

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

【図1】本発明の燃料電池の製造方法に係る、円筒横縞
型SOFCの構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a cylindrical horizontal stripe type SOFC according to a method for manufacturing a fuel cell of the present invention.

【図2】本発明の燃料電池の製造方法に係る、円筒縦縞
型SOFCの構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a cylindrical vertical stripe type SOFC according to the method for manufacturing a fuel cell of the present invention.

【図3】本発明の燃料電池の製造方法に係る、円筒横縞
型SOFCを用いて行った実験の結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the results of an experiment conducted using a cylindrical horizontal stripe SOFC according to the method for producing a fuel cell of the present invention.

【図4】本発明の燃料電池の製造方法に係る、円筒横縞
型SOFCを用い、かつ種々の電解質膜材料を用いて行
った実験の結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a result of an experiment conducted by using a cylindrical horizontal stripe type SOFC and various electrolyte membrane materials according to the method for producing a fuel cell of the present invention.

【図5】本発明の燃料電池の製造方法に係る、円筒横縞
型SOFCもしくは円筒縦縞型SOFCを用い、かつ種
々のインターコネクタ材料を用いて行った実験の結果を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a result of an experiment conducted by using a cylindrical horizontal striped SOFC or a cylindrical vertical striped SOFC and various interconnector materials according to the method for producing a fuel cell of the present invention.

【図6】本発明の燃料電池の製造方法に係る、円筒型S
OFCの製造のプロセスを示す図である。
FIG. 6 is a cylindrical S according to the method for manufacturing a fuel cell of the present invention.
It is a figure which shows the process of manufacturing of OFC.

【図7】本発明の燃料電池の製造方法に係る、円筒型S
OFCの製造のプロセスを示す図である。
FIG. 7 is a cylindrical S according to the method for manufacturing a fuel cell of the present invention.
It is a figure which shows the process of manufacturing of OFC.

【図8】本発明の燃料電池の製造方法に係る、平板型S
OFCの構成の一例を示す図である。
FIG. 8 is a flat plate type S according to the method for manufacturing a fuel cell of the present invention.
It is a figure which shows an example of a structure of OFC.

【図9】本発明の燃料電池の製造方法に係る、平板型S
OFCを用い、かつ種々の電解質膜材料を用いて行った
実験の結果を示す図である。
FIG. 9 is a flat plate type S according to the method for manufacturing a fuel cell of the present invention.
It is a figure which shows the result of the experiment performed using OFC and using various electrolyte membrane materials.

【図10】本発明の燃料電池の製造方法に係る、平板型
SOFCの製造のプロセスを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a process of producing a flat plate SOFC according to the method for producing a fuel cell of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11:基体管 12:焼成炉 13:ヒーター 14:セラミックス取付部 14a:シールリング 14b:シールキャップ 15:容器 16:スラリ 17:ビニールテープ 18:ゴム栓 19:燃料電池部 20:燃料極 21:電解質膜 22:空気極 23:インターコネクタ 3a:試験番号 3b:微粒粒径 3c:粗粒粒径 3d:微粒量 3e:粗粒量 3f:収縮率 3g:電解質膜相対密度 3h:出力密度 3i:最大燃料利用率 3l:粒径比 4a:試験番号 4b:電解質膜材料 4c:微粒粒径 4d:粗粒粒径 4e:微粒量 4f:粗粒量 4g:収縮率 4h:電解質膜相対密度 4i:出力密度 4j:最大燃料利用率 4k:粒径比 5a:試験番号 5b:インターコネクタ材料 5c:微粒粒径 5d:粗粒粒径 5e:微粒量 5f:粗粒量 5g:収縮率 5h:電解質膜相対密度 5i:出力密度 5j:最大燃料利用率 5k:セル構成 5l:粒径比 26:セラミックス成形体 27:燃料電池 28:キャリアフィルム 9a:試験番号 9b:材料 9c:微粒粒径 9d:粗粒粒径 9e:微粒量 9f:粗粒量 9g:収縮率 9h:相対密度 9i:平均厚み 9j:最大厚み 9k:変形量 9l:変形率 11: Base tube 12: firing furnace 13: Heater 14: Ceramics mounting part 14a: seal ring 14b: Seal cap 15: Container 16: Slurry 17: Vinyl tape 18: Rubber stopper 19: Fuel cell section 20: Fuel pole 21: Electrolyte membrane 22: Air electrode 23: Interconnector 3a: test number 3b: Fine particle size 3c: coarse grain size 3d: Amount of fine particles 3e: Coarse grain amount 3f: Shrinkage rate 3 g: relative density of electrolyte membrane 3h: Power density 3i: Maximum fuel utilization rate 3l: particle size ratio 4a: test number 4b: Electrolyte membrane material 4c: Fine particle size 4d: coarse grain size 4e: Amount of fine particles 4f: Coarse grain amount 4g: Shrinkage rate 4h: Relative density of electrolyte membrane 4i: Power density 4j: Maximum fuel utilization rate 4k: Particle size ratio 5a: test number 5b: Interconnector material 5c: Fine particle size 5d: Coarse grain size 5e: Amount of fine particles 5f: Amount of coarse particles 5g: Shrinkage rate 5h: Relative density of electrolyte membrane 5i: Power density 5j: Maximum fuel utilization rate 5k: Cell configuration 5l: particle size ratio 26: Ceramic molded body 27: Fuel cell 28: Carrier film 9a: test number 9b: Material 9c: Fine particle size 9d: Coarse grain size 9e: Amount of fine particles 9f: Coarse grain amount 9g: Shrinkage rate 9h: Relative density 9i: average thickness 9j: maximum thickness 9k: Deformation amount 9l: Deformation rate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/12 H01M 8/12 (72)発明者 久留 長生 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 川口 豊 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 北條 透 長崎県長崎市深堀町5丁目717番地1 長 菱エンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 4G031 AA01 AA04 AA08 AA12 AA16 AA19 AA23 BA03 CA08 GA03 5H026 AA06 BB01 CV02 HH05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01M 8/12 H01M 8/12 (72) Inventor Nagao Kurume 1-1 No. 1 Watsunoura-machi, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries Industry Co., Ltd. Nagasaki Shipyard (72) Inventor Yutaka Kawaguchi 1-1, Atsunoura-machi, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Nagasaki Shipyard (72) Inventor Toru Hojo 5, 717-1, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Prefecture Ryokan Engineering Co., Ltd. F term (reference) 4G031 AA01 AA04 AA08 AA12 AA16 AA19 AA23 BA03 CA08 GA03 5H026 AA06 BB01 CV02 HH05

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (S1)基体管を形成するステップと、 (S3、S4、S5)前記基体管上に燃料極、電解質
膜、空気極を形成するステップとを具備し、 前記電解質膜の材料は、第1粒子と第2粒子とを含み、 前記第1粒子の含有率は、10〜50vol%である燃
料電池の製造方法。
1. A material of the electrolyte membrane, comprising: (S1) forming a base tube; and (S3, S4, S5) forming a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode on the base tube. Includes a first particle and a second particle, and the content ratio of the first particle is 10 to 50 vol%.
【請求項2】 請求項1において、 前記第1粒子の粒子径(r1)と、前記第2粒子の粒子
径(r2)との比は、4≦(r1/r2)≦30である
燃料電池の製造方法。
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the ratio of the particle size (r1) of the first particles to the particle size (r2) of the second particles is 4 ≦ (r1 / r2) ≦ 30. Manufacturing method.
【請求項3】 請求項1において、 前記(S3、S4、S5)形成するステップは、 前記基体管上に燃料極用材料膜、電解質膜用材料膜、空
気極用材料膜を形成するステップと、 前記形成された燃料極用材料膜、電解質膜用材料膜、空
気極用材料膜を焼結して、前記基体管上に燃料極、電解
質膜、空気極を形成するステップを含み、 前記形成された電解質膜の相対密度は、92〜98%で
ある燃料電池の製造方法。
3. The step of forming (S3, S4, S5) according to claim 1, wherein the step of forming a fuel electrode material film, an electrolyte film material film, and an air electrode material film is performed on the substrate tube. Forming the fuel electrode, the electrolyte membrane, and the air electrode on the base tube by sintering the formed fuel electrode material film, the electrolyte membrane material film, and the air electrode material film. The relative density of the formed electrolyte membrane is 92 to 98%.
【請求項4】 請求項3において、 前記電解質膜用材料膜の焼結による収縮率は、8〜17
%である燃料電池の製造方法。
4. The contraction rate according to claim 3, wherein the contraction rate of the material film for electrolyte membrane due to sintering is 8 to 17
% Fuel cell manufacturing method.
【請求項5】 請求項1もしくは3において、 前記(S3、S4、S5)形成するステップは、 前記基体管上にインターコネクタ用材料膜を形成するス
テップを含む燃料電池の製造方法。
5. The method of manufacturing a fuel cell according to claim 1, wherein the forming step (S3, S4, S5) includes a step of forming an interconnector material film on the substrate tube.
【請求項6】 請求項5において、 前記(S3、S4、S5)形成するステップは、 前記形成されたインターコネクタ用材料膜を焼結して、
前記基体管上にインターコネクタを形成するステップを
含み、 前記形成されたインターコネクタの相対密度は、92〜
98%である燃料電池の製造方法。
6. The step of forming (S3, S4, S5) according to claim 5, wherein the formed interconnector material film is sintered,
Forming the interconnector on the base pipe, wherein the relative density of the formed interconnector is from 92 to
98% fuel cell manufacturing method.
【請求項7】 請求項6において、 前記インターコネクタ用材料膜の焼結による収縮率は、
8〜17%である燃料電池の製造方法。
7. The shrinkage rate according to claim 6, wherein the shrinkage rate of the interconnector material film due to sintering is
A method for manufacturing a fuel cell, which is 8 to 17%.
【請求項8】 請求項6において、 前記インターコネクタの材料は、第3粒子と第4粒子と
を含み、 前記第3粒子の含有率は、10〜50vol%である燃
料電池の製造方法。
8. The method of manufacturing a fuel cell according to claim 6, wherein the material of the interconnector includes third particles and fourth particles, and the content ratio of the third particles is 10 to 50 vol%.
【請求項9】 請求項8において、 前記第3粒子の粒子径(r3)と、前記第4粒子の粒子
径(r4)との比は、4≦(r3/r4)≦30である
燃料電池の製造方法。
9. The fuel cell according to claim 8, wherein the ratio of the particle diameter (r3) of the third particles to the particle diameter (r4) of the fourth particles is 4 ≦ (r3 / r4) ≦ 30. Manufacturing method.
【請求項10】 (S1)基体管を形成するステップ
と、 (S3、S4、S5)前記基体管上に燃料極、電解質
膜、空気極を形成するステップとを具備し、 前記電解質膜の材料は、第1粒子と第2粒子とを含み、 前記第1粒子の粒子径(r1)と、前記第2粒子の粒子
径(r2)との比は、4≦(r1/r2)≦30である
燃料電池の製造方法。
10. A material of the electrolyte membrane, comprising: (S1) forming a base tube; and (S3, S4, S5) forming a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode on the base tube. Includes first particles and second particles, and the ratio of the particle diameter (r1) of the first particles to the particle diameter (r2) of the second particles is 4 ≦ (r1 / r2) ≦ 30. A fuel cell manufacturing method.
【請求項11】 請求項10において、 前記(S3、S4、S5)形成するステップは、前記基
体管上に燃料極用材料膜、電解質膜用材料膜、空気極用
材料膜を形成するステップと、 前記形成された燃料極用材料膜、電解質膜用材料膜、空
気極用材料膜を焼結して、前記基体管上に燃料極、電解
質膜、空気極を形成するステップとを含み、 前記形成された電解質膜の相対密度は、92〜98%で
ある燃料電池の製造方法。
11. The step of forming (S3, S4, S5) according to claim 10, wherein the step of forming a fuel electrode material film, an electrolyte membrane material film, and an air electrode material film on the base tube is performed. And a step of sintering the formed fuel electrode material film, electrolyte film material film, air electrode material film to form a fuel electrode, an electrolyte film, and an air electrode on the base tube, The relative density of the formed electrolyte membrane is 92 to 98%.
【請求項12】 請求項11において、 前記電解質膜用材料膜の焼結による収縮率は、8〜17
%である燃料電池の製造方法。
12. The shrinkage rate according to sintering of the material film for an electrolyte membrane according to claim 11,
% Fuel cell manufacturing method.
【請求項13】 請求項10もしくは11において、 前記(S3、S4、S5)形成するステップは、 前記基体管上にインターコネクタ用材料膜を形成するス
テップを含む燃料電池の製造方法。
13. The method of manufacturing a fuel cell according to claim 10, wherein the step of forming (S3, S4, S5) includes the step of forming an interconnector material film on the substrate tube.
【請求項14】 請求項10、11、13のいずれか一
項において、 前記(S3、S4、S5)形成するステップは、 前記形成されたインターコネクタ用材料膜を焼結して、
インターコネクタを形成するステップを含み、 前記形成されたインターコネクタの相対密度は、92〜
98%である燃料電池の製造方法。
14. The step of forming (S3, S4, S5) according to claim 10, wherein the step of forming (S3, S4, S5) sinters the formed interconnector material film,
Forming interconnectors, wherein the formed interconnectors have a relative density of 92-
98% fuel cell manufacturing method.
【請求項15】 請求項13もしくは14において、 前記インターコネクタ用材料膜の焼結による収縮率は、
8〜17%である燃料電池の製造方法。
15. The shrinkage rate according to claim 13, wherein the shrinkage rate of the interconnector material film due to sintering is
A method for manufacturing a fuel cell, which is 8 to 17%.
【請求項16】 請求項14において、 前記インターコネクタの材料は、第3粒子と第4粒子と
を含み、 前記第3粒子の粒子径(r3)と、前記第4粒子の粒子
径(r4)との比は、4≦(r3/r4)≦30である
燃料電池の製造方法。
16. The material of the interconnector according to claim 14, wherein the material includes third particles and fourth particles, and the particle diameter (r3) of the third particles and the particle diameter (r4) of the fourth particles. And a ratio of 4 ≦ (r3 / r4) ≦ 30.
【請求項17】 請求項1乃至16のいずれか一項に記
載の燃料電池の製造方法を用いて製造された燃料電池。
17. A fuel cell manufactured by using the method for manufacturing a fuel cell according to claim 1. Description:
【請求項18】 請求項1乃至16のいずれか一項に記
載の燃料電池の製造方法を用いて製造された円筒横縞型
の固体電解質型燃料電池。
18. A cylindrical horizontal stripe type solid oxide fuel cell manufactured by using the method for manufacturing a fuel cell according to claim 1.
【請求項19】 請求項1乃至16のいずれか一項に記
載の燃料電池の製造方法を用いて製造された円筒縦縞型
の固体電解質型燃料電池。
19. A cylindrical vertical stripe type solid oxide fuel cell manufactured by the method for manufacturing a fuel cell according to claim 1. Description:
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