JP2004512651A - 燃料電池セル - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料セルに関し、特に1〜100kWのエネルギー出力を生み出すために通常積層状態で使用され、かつ局所エネルギー発生器としての応用、例えば住宅向きの結合・熱及びエネルギー(combined head and power:CHP)の生成のような遠隔地での応用、及び一次電力ユニット(primary power unit:PPU)、補助電力ユニット(auxiliary power unit:APU)のような手段、又は空調設備のような他の装置を稼動させるための手段での応用が見込まれる、中間温度固体酸化物燃料セル(IT−SOFCs)に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ガスタービンに統合されたもの以外の固体酸化物燃料セルに関して、該燃料セルは、電極の反応速度論及び電解質の抵抗を弱めることなく可能な限り最も低い温度で機能することが望ましい。
【0003】
公知の構成を用いるとセラミック電解質の構成が定まり、確実に製造することのできる最小の膜厚は約10μmであるということが一般的に受け入れられている。この最小電解質厚は最小の作用温度、典型的にはスカンジア安定化ジルコニア(scandia−stabilised zirconia:SSZ)に対して約650℃、またガドリニアのドープされたセリア(gadolinia−doped ceria:CGO)電解質のようなドープセリア電解質に対して約500℃を樹立する。さらに、そのような薄い電解質膜を使用するには、必要な強靭さを有する燃料セルを提供するために基板を必要とする。
【0004】
ジルコニアベースの電解質、例えばYSZに対して、通常250〜500μmの範囲の厚さを有する多孔質NiO−YSZアノード基板が一般に用いられる。多くの技術が基板上に電解質膜を堆積させるために用いられてきた。これらの技術は、スクリーン印刷法、テープキャスティング、真空スリップキャスティング、電気泳動堆積、カレンダ成形、噴霧熱分解、スパッタリング、及びプラズマ溶射を含む。そのような燃料セルにおいては、電解質膜と基板とは通常、電解質膜が稠密でかつ気体分子に対して不透過性であることを確保するために、高温、典型的には約1400℃で共に燃焼される。
【0005】
NiO−YSZ/YSZ構造は首尾よく製造されてきたが、NiO−YSZ基板を使用するには多くの問題が生じる。これらの問題の一つは、熱膨張の適合性が乏しいことである。YSZが10.6×10−6K−1の熱膨張係数を有するのと比較してNiO−YSZは12〜13×10−6K−1の範囲の熱膨張係数を有する。改善された熱膨張の適合性を有するNiO−Al2O3及びNiO−TiO2基板が開発されているが、これらの基板はなお、燃料の電気化学酸化を促進するために、基板と電解質膜との間にNiO−YSZの薄い活性界面層を必要とする。NiO−YSZ基板を使用することに関連する他の問題は、気体燃料と接触しているときにNiO成分がNiに還元されることと関連した体積変化である。この体積変化は基板を弱化させ、かつこの体積変化に順応させるために最初のうちは非常にゆっくりと燃料をスタックへ導入する必要がある。さらに、NiO−YSZ基板を使用する場合には、特にいかなる冷却サイクルの間でもNiがNiOへ再び酸化されないことを保証するように、アノード室が十分に還元状態のままであることを保証することが極めて重要である。
【0006】
セラミックNiO−YSZ基板の上で述べた一部の欠点のために、例えば独国特許発明第1049428号明細書に開示されているように、多孔質の金属基板を使用することが提案されてきた。金属基板の主な優位点は、優れた機械的性質と改善された電気及び熱・伝導性とであると認知されている。しかしながら、金属基板を使用すると、支持されたジルコニアベースの電解質を稠密な不透過性の膜へ焼結するのに要求される温度よりも低い約1000℃まで最小加工温度が抑制される。また、気体酸化剤と燃料との混合を防止するために、多孔質基板の周辺部の周囲をシールする必要がある。一般に、この目的のために脆性ガラス、ガラス・セラミック、又は複合金属/セラミックシールが使用され、これらのシールは操作中に経た熱サイクリングの間に頻繁にひび割れする。
【0007】
金属基板を用いることで導入された加工温度に制限した結果、独国特許発明第1049428号明細書は、ジルコニアベースの電解質の稠密膜を準備するためにプラズマ溶射を使用することを開示している。プラズマ溶射は電解質膜を堆積するために用いることができるが、この堆積技術は比較的高価であり、特に高価なセラミック粉末を浪費する。他の物理蒸着(PVD)技術がまた、薄い電解質膜を堆積するために用いられてきたが、これらの技術もまた比較的高価であり、従来のセラミック処理方法と同程度には好都合ではない。化学蒸着(CVD)技術もまた薄い電解質膜を堆積するために用いられてきたが、これらの技術はなおより高価であり、同様に従来のセラミック処理方法と同程度には好都合ではない。
【0008】
例えば米国特許第5,368,667号明細書、米国特許第5,549,983号明細書、及び米国特許第5,589,017号明細書に開示されているように、円形の燃料セル構成のような代替燃料セルの構成がまた提案されてきた。この円形の構成においては、気体酸化剤と燃料とが燃料セルスタックの中央部のマニホルドを介して導入され、気体酸化剤及び燃料の分布及び流量は、スタックの周辺部に到達する前に燃料がほぼ完全に転化するのを保証するように構成される。この構成においては、超過酸化剤及び燃料はスタックの周辺部で燃焼するので、中央のマニホルドで必要とされるのは一つの脆性ガラス又はガラス・セラミックシールのみである。この燃料セルの構成は改良されたものを表すが、中央マニホルドで必要とされる脆化ガラス、ガラス・セラミック、又は複合金属/セラミックシールはなお、操作中に経た急速熱サイクリングの間にひび割れする恐れがある。その上、この円形の構成SOFCの最大直径は通常、加工上の制約のために約15cmに制限されている。したがって、単一のスタック内で生成され得る電力は制限される。
【0009】
このように、この発明の目的は、金属基板を利用し、焼結によるセラミック電解質膜の製造を可能にし、かつ脆化シールを使用する必要を回避する固体酸化物燃料セル及び固体酸化物燃料セルの製造方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
したがって、この発明は、多孔質領域と該多孔質領域を画定する非多孔質領域とを含むフェライトステンレス鋼基板と、前記基板の前記多孔質領域の一表面下に配置され、かつ前記基板の前記多孔質付近の前記基板の前記非多孔質領域に気密に取り付けられたフェライトステンレス鋼バイポーラプレートと、前記基板の前記多孔質領域の他の表面上に配置された第1電極層と、前記第1電極層上に配置された電解質層と、前記電解質層上に配置された第2電極層と、を含む固体酸化物燃料セルを提供する。
【0011】
好ましくは、前記フェライトステンレス鋼は、アルミニウムを含まないフェライトステンレス鋼である。
【0012】
好ましくは、前記フェライトステンレス鋼は、チタン/ニオブ安定化フェライトステンレス鋼である。
【0013】
より好ましくは、前記フェライトステンレス鋼は、約17.5〜18.5wt%Cr(欧州規格1.4509)を含む。
【0014】
好ましくは、前記基板は、約50〜250μmの厚さを有する。
【0015】
より好ましくは、前記基板は、約50〜150μmの厚さを有する。
【0016】
さらにより好ましくは、前記基板は、約100μmの厚さを有する。
【0017】
好ましくは、前記基板の前記多孔質領域は、前記基板の一表面と他の表面とを流体通過可能に相互に連結する複数の貫通開口部を含む。
【0018】
より好ましくは、前記開口部は、等間隔に隔離されている。
【0019】
好ましくは、前記開口部は、横方向の大きさが約5〜250μmである。
【0020】
より好ましくは、前記開口部は、横方向の大きさが約20〜50μmである。
【0021】
さらにより好ましくは、前記開口部は、横方向の大きさが約30μmである。
【0022】
好ましくは、前記開口部は、前記基板の前記多孔質領域のうち約30〜65%の区域から構成されている。
【0023】
より好ましくは、前記開口部は、前記基板の前記多孔質領域のうち約50〜55%の区域から構成されている。
【0024】
好ましくは、前記基板は導電性酸化物の活性コーティングを含む。
【0025】
一実施形態では、前記活性コーティングは、ペロフスカイト酸化物混合導体である。
【0026】
好ましくは、前記ペロフスカイト酸化物混合導体は、0.5≧x≧0.2かつ0.3≧y≧0のLa1−xSrxCoyFe1−yO3−δを含む。
【0027】
より好ましくは、前記ペロフスカイト酸化物混合導体は、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−δ,La0.5Sr0.5CoO3−δ,Gd0.5CoO3−δ,及びSm0.5Sr0.5CoO3−δのうちの一つを含む。
【0028】
他の実施形態では、前記活性コーティングは、ドープされたLaMnO3を含む。
【0029】
一実施形態では、前記基板は、前記第1電極層が少なくとも部分的に配置された凹部を含む。
【0030】
好ましくは、前記基板は、箔を含む。
【0031】
好ましくは、前記基板は、光化学的に機械加工された基板及び/又はレーザで機械加工された基板である。
【0032】
他の実施形態では、前記基板は、非多孔質領域に接合された多孔質焼結金属粉末領域からなることができる。そのような焼結金属粉末基板の厚さは典型的には、250〜1000μmの範囲とされたい。
【0033】
好ましくは、前記第1及び第2電極層のうち一つ又は両方は、約10〜25μmの厚さを有する。
【0034】
より好ましくは、前記第1及び第2電極層のうち一つ又は両方は、約10〜15μmの厚さを有する。
【0035】
好ましくは、前記第1及び第2電極層のうち一つ又は両方は、焼結材料である。
【0036】
好ましい実施形態では、前記第1及び第2電極層のうち一つは、ペロフスカイト酸化物混合導体と希土類ドープセリアとの焼結粉末混合物を含む。
【0037】
好ましくは、前記粉末混合物は、約60体積%のペロフスカイト酸化物混合導体と約40体積%の希土類ドープセリアとを含む。
【0038】
好ましくは、前記ペロフスカイト酸化物混合導体は、0.5≧x≧0.2かつ1≧y≧0.2のLa1−xSrxCoyFe1−yO3−δを含む。
【0039】
より好ましくは、前記ペロフスカイト酸化物混合導体は、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−δ,La0.5Sr0.5CoO3−δ,Gd0.5CoO3−δ,及びSm0.5Sr0.5CoO3−δのうちの一つを含む。
【0040】
好ましくは、前記希土類ドープセリアは、REが希土類かつ0.3≧x≧0.05のCe1−xRExO2−x/2を含む。
【0041】
より好ましくは、前記希土類ドープセリアは、Ce0.9Gd0.1O1.95を含む。
【0042】
一実施形態では、前記第1及び第2電極層のうち一つは、カソード層として提供された前記第1電極層である。
【0043】
好ましい実施形態では、前記第1及び第2電極層のうちもう一つは、NiOと希土類ドープセリアとの焼結粉末混合物を含む。
【0044】
好ましくは、前記粉末混合物は、約50体積%のNiOと約50体積%の希土類ドープセリア又は非ドープセリアとを含む。
【0045】
好ましくは、前記希土類ドープセリアは、REが希土類かつ0.3≧x≧0.05のCe1−xRExO2−x/2を含む。
【0046】
より好ましくは、前記希土類ドープセリアは、Ce0.9Gd0.1O1.95を含む。
【0047】
特に好ましい実施形態では、前記第1及び第2電極層のうち一つは、アノード層として提供された前記第2電極層である。
【0048】
好ましくは、前記電解質層は、約5〜30μmの厚さを有する。
【0049】
一実施形態では、前記電解質層は、希土類ドープセリアと酸化コバルトとの焼結粉末混合物を含む。
【0050】
好ましくは、前記焼結粉末混合物は、約98モル%の希土類ドープセリアと約2モル%の酸化コバルトとを含む。
【0051】
好ましくは、前記希土類ドープセリアは、REが希土類かつ0.3≧x≧0.05のCe1−xRExO2−x/2を含む。
【0052】
より好ましくは、前記希土類ドープセリアは、Ce0.9Gd0.1O1.95を含む。
【0053】
他の実施形態では、前記電解質層は、ドープされたセリアの焼結層を含む。
【0054】
この発明はさらに、上述の燃料セルを複数含む燃料セルスタックを提供する。
【0055】
燃料セルのエネルギー出力及び拡張性は、それぞれが第1電極層、電解質層、及び第2電極層を含む一連の構成要素が、前記基板上に設けられている好ましい実施形態において改善される。
【0056】
好ましい実施形態では、この発明は、光化学加工によって製造された多孔質領域を含む金属箔基板と、500℃又はそれ以下の温度で機能することのできるセル組立体とを用いることによって、脆化シールを使用する必要を回避する。このように動作温度が比較的低いことによって、バイポーラプレートに組み入れられた内部マニホルドの構成をシールするために、商業的に入手できる迎合的なガスケットを使用することができる。
【0057】
以下この発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して例としてのみ記述する。
【0058】
【発明の実施の形態】
燃料セル1は、この実施形態では箔の厚さが100μmであるフェライトステンレス鋼基板3を含む。他の実施形態では、基板は、非多孔質領域と接合された多孔質焼結金属粉末領域(porous sintered metal powder region)からなることができる。そのような焼結金属粉末基板の厚さは通常、250〜1000μmの範囲である。この実施形態では、箔基板3は活性コーティングを含む。この活性コーティングは、動作環境からの保護を与えると共に、優れた電流路を提供しかつ良好な界面接触を可能とするよう十分な伝導性を提供する。好ましいコーティングは、ドープされたLaMnO3(LMO),La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−δ(LSCF),La0.5Sr0.5CoO3−δ,Gd0.5CoO3−δ,及びSm0.5Sr0.5CoO3−δを含む。一つの適切なフェライトステンレス鋼は、17.5〜18.5wt%Cr(欧州規格1.4509)を含むチタン/ニオブ安定化ステンレス鋼である。箔基板3は、この実施形態では正方形状の凹部5と、該凹部5に隣接しかつ凹部5と箔基板3の他の表面3bとを流体通過可能に相互に連結する複数の開口部9を含む箔基板3の一表面3a内の多孔質領域7と、多孔質領域7を画定する非多孔質領域8とを含む。この実施形態では、箔基板3内の凹部5及び開口部9は、多孔質領域の形状及び区域に亘って優れた制御をすることのできる光化学加工(photo−chemical machining:PCM)及び/又はレーザ加工によって形成され、細孔の形状及びサイズと分数多孔率とは、これらのパラメータとして最初のフォトリソグラフ像内で特定することができる。光化学加工及び/又はレーザ加工はまた、続く堆積プロセスのために非常に平らな表面を提供する。さらに、光化学加工及び/又はレーザ加工は、大量生産に適合されている。
【0059】
燃料セル1はさらに、この実施形態では10〜15μmの厚さを有し、従来のセラミック処理技術、特にスクリーン印刷及びテープキャスティングによって箔基板3内の凹部5に堆積されたカソード層である多孔質電極層11を含む。この実施形態では、カソード層11は、焼結される時に相互浸透パーコレーション網(interpenetrating percolation network)(V. Dusastre and J.A. Kilner, Solid State Ionics, 126, 1999, 163 を参照)を有する多孔質複合構造を提供する60体積%のLSCF粉末と40体積%のCe0.9Gd0.1O1.95(CGO)粉末との混合物を含むカソード組立体から形成されている。カソード組立体の粉末の平均粒子サイズは、0.1〜10μmの範囲、好ましくは0.1〜1μmの範囲である。他の電極材料は、La0.5Sr0.5CoO3−δ,Gd0.5CoO3−δ,及びSm0.5Sr0.5CoO3−δを含む。
【0060】
燃料セル1はさらに、この実施形態では10〜20μmの厚さを有し、再び従来のセラミック処理技術を用いてカソード11上に該カソードよりも広い領域に堆積される電解質膜13を含む。一実施形態では、電解質膜13は、98モル%のCGOと2モル%の酸化コバルトとを含む組立体から形成される。次いでひとたび堆積されたカソード層11及び電解質膜13の材料は、箔基板3の過度の酸化を避けるために中性雰囲気において約950℃の焼結温度で焼結される。この焼結温度は、欧州特許第1000913号明細書に開示されているように、CGO/酸化コバルト組立体の焼結を可能にして稠密な不透過性電解質膜13を提供するのに十分であることが分かっている。電解質膜13用の材料としてCGOを用いることによって、CGO及びフェライトステンレス鋼が12.5×10−6K−1の熱膨張係数を有するならば、電解質膜13と箔基板3との熱膨張係数はよく適合し、これにより燃料セルが急速な温度サイクリングに持ちこたえることができる。これは、例えば車輌のAPUに組み入れられてそのような動作条件に遭遇しそうな小さな燃料セルスタックにとって大きな利点である。堆積された電解質の密度が十分に高い(>理論密度約60%)場合には、酸化コバルトを添加することなく適切なCGO電解質粉末を用いることも可能である。また、意義深いことには、燃料セル1は500℃又はそれよりも低い温度で動作することができる。
【0061】
燃料セル1はさらに、この実施形態では10〜25μmの厚さを有し、再び従来のセラミック処理技術を用いて電解質膜13上に堆積されたアノード層であるさらなる多孔質電極層17を含む。この実施形態では、アノード層17は、50体積%のNiOと50体積%のCGOとを含む組立体から形成される。次いでひとたび堆積されたアノード層17の材料は、3つの相互浸透パーコレーション網を有する多孔質複合構造を提供するために、約900℃の温度で焼結される。電極用には上述のペロフスカイトのような他の材料も可能である。
【0062】
燃料セル1はさらに、箔基板3と同一の構成を有し、箔基板3の他の表面3bの非多孔性周辺領域8に結合されたフェライトステンレス鋼バイポーラプレート19を含む。箔基板3の周辺部をバイポーラプレート19へ結合する際には、酸化剤が燃料と直接接触するようになるのを防止するように作用するシールが用いられる。この実施形態では、バイポーラプレート19は、内部マニホルドを有した単純な横流形構成用のものである。好ましい実施形態では、バイポーラプレート19は、厚いプレートから加工されるか又は金属シートからプレスされる。薄い金属シートからプレスすることには、重量及び熱質量(thermal mass)を減少させるという利点がある。好ましい実施形態では、箔基板3の周辺領域8は、優れた電気的接触を与えるために、バイポーラプレート19の、この実施形態では上側の、一表面19aに溶接(例えばレーザ)されているか又はろう付けされている。スタックにおいては、隣接するバイポーラプレート19の他の低い方の表面19bが、電気的接触を確立するために、多孔質アノード層17に対してプレスされる。好ましい実施形態では、例えば箔、メッシュ又はフェルトであって好ましくはNiの薄い中間金属層が、優れた電気的接触と効果的な電流分配とを保証するために、各アノード層17と隣接するバイポーラプレート19の低い方の表面19bとの間に設けられる。この実施形態では、燃料セルスタックのバイポーラプレート19は、該プレートの周辺部を介して延在するばねで留められたロッド(spring loaded rod)によって連結されている。ばねで留められたロッドを設けることによって、燃料セルスタックのバイポーラプレート19を所定の圧力の下に保持することができる。この実施形態では、燃料セルスタックは、内部ガスマニホルド内の燃料供給源と空気との直接混合を避けるために、各バイポーラプレート19間すなわち各バイポーラプレート19の周囲に位置する高温ガスケット21を含む。
【0063】
理解されるように、500℃で作動させることによって、市販用の普通のガスケット材料を使用することができ、このことは、脆化ガラス又はガラス・セラミックシールを必要とする高温で作動される燃料セルスタックと比較して、燃料セルスタックの構成、組立体、及び動作を大いに簡素化する。そのようなガスケット材料の一つは、James Walker, Woking, Surrey から入手できるUnilon(商標)である。500℃で作動させることのさらなる利点は、劣化、特にステンレス鋼の腐食がずっと減少し、大いに拡張された期間、通常40,000時間を上回る期間、燃料セルを作動させることができる、という結果に帰す。金属箔基板は、金属バイポーラプレートへろう付けするか又は溶接することによって容易に接合することができるので、より大きな単一バイポーラプレート上に個々のセルのアレイ(例えば4×4)を組み立てることは、従来の安価な金属接合技術を用いて比較的簡単に行える。これにより、単一のスタックに発生したエネルギーを増大させるためのルートが容易にもたらされ、これはまたSOFCセルに金属基板を使用することと関連した他の主な利点である。電極構造を最適化した後、金属で支持された単一セルの性能は、アノードで支持された単一セルに対して最近報告されたものと匹敵する、ということが推定される(C.Xia et al, Electrochemical and Solid−State Letters, 4, A52, 2001)。
【0064】
図4はまた、500℃での単一セルの動作に対する推定されたI−V性能曲線を示す。0.4Wcm−2と同じ位高い特定のエネルギー密度がこの温度で達成されていることに著しく留意されたい。しかしながら、SOFCは0.1〜0.5Wcm−2の範囲のエネルギー密度を生成する温度範囲(例えば400〜600℃)に亘って動作することができる。性能は、特定の応用に対する使用済燃料、燃料利用、及び動作設計要素に依存する。
【0065】
図5は、各基板層22が多孔質金属箔領域上に第1電極と電解質と第2電極とから形成されたセル24の配置を保っている燃料セルスタック20を概略的に示す。複数の多孔質領域を有する一つの金属箔は、例えば中央領域のタックウェルド(tack weld)を用いて端部で溶接することによって基板22に固定されている。
【0066】
このアレイ配置は、セラミックセルの面積をより小さくすることを可能にし、スタック内の各層から生成され得る全エネルギーが増加する一方で収縮及びひび割れによる問題を減少させる。アレイアプローチは、より高いエネルギー出力を達成するために構成の設計を容易にする。
【0067】
終わりに当たって、この発明は好ましい実施形態で述べられてきたものであり、特許請求の範囲によって限定されたように本発明の範囲から逸脱することなく多くの異なる方法で変更され得るということを理解されたい。
【0068】
一変形例では、電極層11,17は、電極性能を活性化するために複式又は段階的組立体から形成することができる。
【0069】
他の変形例では、カソード及びアノード電極層11,17は、アノード層17が箔基板3上に配置され、かつカソード層11が電解質層13上に配置されるように入れ替えることができる。ある状況では、この方が製造がより容易になり、好まれる。アノード組立体は、気体燃料によって強いられた還元環境にさらされたときに化学的に安定なよう定式化される。稠密な電解質膜を金属箔基板上に組み立てている間、中性雰囲気が通常、焼結炉内で使用され、かくしてアノード組立体は一般に、カソード組立体よりもこの状態により適合する。選択されたカソード組立体は、高められた温度で中性焼結雰囲気にさらされたとき、不可逆に分解する可能性がある。
【0070】
さらなる変形例では、燃料セル1は正方形以外の形状、例えば円形とすることができる。
【0071】
また、その上さらなる変形例では、この発明は、中央マニホルドを含む円形燃料セル構成に適用することができる。
【0072】
なおさらなる変形例では、燃料セル1は、電極層11,17及び電解質層13の材料を一緒に焼結することによって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の好ましい実施形態に係る燃料セルを示す垂直断面図である。
【図2】図1の燃料セルの一部を示す拡大垂直断面図である。
【図3】周辺シールの配置された図1の燃料セルを示す平面図である。
【図4】500℃での単一セルの動作に対する推定されたI−V性能曲線である。
【図5】セルの配置を行う各基板層を備えたスタックを示す図である。
【符号の説明】
1 燃料セル
3 フェライトステンレス鋼基板
3a 一表面
3b 他の表面
5 凹部
7 多孔質領域
8 非多孔質領域
9 開口部
11 多孔質電極層(カソード層)
13 電解質膜
17 多孔質電極層
Claims (45)
- 多孔質領域と該多孔質領域を画定する非多孔質領域とを含むフェライトステンレス鋼基板と、
前記基板の前記多孔質領域の一表面下に配置され、かつ前記基板の前記多孔質付近の前記基板の前記非多孔質領域に気密に取り付けられたフェライトステンレス鋼バイポーラプレートと、
前記基板の前記多孔質領域の他の表面上に配置された第1電極層と、
前記第1電極層上に配置された電解質層と、
前記電解質層上に配置された第2電極層と、
を含むことを特徴とする固体酸化物燃料セル。 - 請求項1記載の燃料セルにおいて、
前記フェライトステンレス鋼は、アルミニウムを含まないフェライトステンレス鋼であることを特徴とする燃料セル。 - 請求項1又は2記載の燃料セルにおいて、
前記フェライトステンレス鋼は、チタン/ニオブ安定化フェライトステンレス鋼であることを特徴とする燃料セル。 - 請求項3記載の燃料セルにおいて、
前記フェライトステンレス鋼は、約17.5〜18.5wt%Cr(欧州規格1.4509)を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記基板は、約50〜250μmの厚さを有することを特徴とする燃料セル。 - 請求項5記載の燃料セルにおいて、
前記基板は、約50〜150μmの厚さを有することを特徴とする燃料セル。 - 請求項6記載の燃料セルにおいて、
前記基板は、約100μmの厚さを有することを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記基板の前記多孔質領域は、前記基板の一表面と他の表面とを流体通過可能に相互に連結する複数の貫通開口部を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項8記載の燃料セルにおいて、
前記開口部は、等間隔に隔離されていることを特徴とする燃料セル。 - 請求項8又は9記載の燃料セルにおいて、
前記開口部は、横方向の大きさが約5〜250μmであることを特徴とする燃料セル。 - 請求項10記載の燃料セルにおいて、
前記開口部は、横方向の大きさが約20〜50μmであることを特徴とする燃料セル。 - 請求項11記載の燃料セルにおいて、
前記開口部は、横方向の大きさが約30μmであることを特徴とする燃料セル。 - 請求項8から12のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記開口部は、前記基板の前記多孔質領域のうち約30〜65%の区域から構成されていることを特徴とする燃料セル。 - 請求項13記載の燃料セルにおいて、
前記開口部は、前記基板の前記多孔質領域のうち約50〜55%の区域から構成されていることを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から14のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記基板は導電性酸化物の活性コーティングを含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項15記載の燃料セルにおいて、
前記活性コーティングは、ペロフスカイト酸化物混合導体であることを特徴とする燃料セル。 - 請求項16記載の燃料セルにおいて、
前記ペロフスカイト酸化物混合導体は、0.5≧x≧0.2かつ0.3≧y≧0のLa1−xSrxCoyFe1−yO3−δを含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項17記載の燃料セルにおいて、
前記ペロフスカイト酸化物混合導体は、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−δ,La0.5Sr0.5CoO3−δ,Gd0.5CoO3−δ,及びSm0.5Sr0.5CoO3−δのうちの一つを含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項15記載の燃料セルにおいて、
前記活性コーティングは、ドープされたLaMnO3を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から19のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記基板は、前記第1電極層が少なくとも部分的に配置された凹部を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から20のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記基板は、箔を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から21のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記基板は、光化学的に機械加工された基板及び/又はレーザで機械加工された基板であることを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から22のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記第1及び第2電極層のうち一つ又は両方は、約10〜25μmの厚さを有することを特徴とする燃料セル。 - 請求項23記載の燃料セルにおいて、
前記第1及び第2電極層のうち一つ又は両方は、約10〜15μmの厚さを有することを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から24のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記第1及び第2電極層のうち一つ又は両方は、焼結材料であることを特徴とする燃料セル。 - 請求項25記載の燃料セルにおいて、
前記第1及び第2電極層のうち一つは、ペロフスカイト酸化物混合導体と希土類ドープセリアとの焼結粉末混合物を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項25又は26記載の燃料セルにおいて、
前記粉末混合物は、約60体積%のペロフスカイト酸化物混合導体と約40体積%の希土類ドープセリアとを含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項27記載の燃料セルにおいて、
前記ペロフスカイト酸化物混合導体は、0.5≧x≧0.2かつ1≧y≧0.2のLa1−xSrxCoyFe1−yO3−δを含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項28記載の燃料セルにおいて、
前記ペロフスカイト酸化物混合導体は、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3−δ,La0.5Sr0.5CoO3−δ,Gd0.5Sr0.5CoO3−δ,及びSm0.5Sr0.5CoO3−δを含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項26から29のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記希土類ドープセリアは、REが希土類かつ0.3≧x≧0.05のCe1−xRExO2−x/2を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項30記載の燃料セルにおいて、
前記希土類ドープセリアは、Ce0.9Gd0.1O1.95を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項26から31のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記第1及び第2電極層のうち一つは、カソード層として提供された前記第1電極層であることを特徴とする燃料セル。 - 請求項26から32のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記第1及び第2電極層のうちもう一つは、NiOと希土類ドープセリアとの焼結粉末混合物を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項33記載の燃料セルにおいて、
前記粉末混合物は、約50体積%のNiOと約50体積%の希土類ドープセリア又は非ドープセリアとを含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項33又は34記載の燃料セルにおいて、
前記希土類ドープセリアは、REが希土類かつ0.3≧x≧0.05のCe1−xRExO2−x/2を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項33から35のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記第1及び第2電極層のうち一つは、アノード層として提供された前記第2電極層であることを特徴とする燃料セル。 - 請求項36記載の燃料セルにおいて、
前記希土類ドープセリアは、Ce0.9Gd0.1O1.95を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から37のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記電解質層は、約5〜30μmの厚さを有することを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から38のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記電解質層は、希土類ドープセリアと酸化コバルトとの焼結粉末混合物を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項39記載の燃料セルにおいて、
前記焼結粉末混合物は、約98モル%の希土類ドープセリアと約2モル%の酸化コバルトとを含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項39又は40記載の燃料セルにおいて、
前記希土類ドープセリアは、REが希土類かつ0.3≧x≧0.05のCe1−xRExO2−x/2を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項41記載の燃料セルにおいて、
前記希土類ドープセリアは、Ce0.9Gd0.1O1.95を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から38のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
前記電解質層は、ドープされたセリアの焼結層を含むことを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から43のいずれか一項に記載の燃料セルにおいて、
それぞれが第1電極層、電解質層、及び第2電極層を含む一連の構成要素が、前記基板上に設けられていることを特徴とする燃料セル。 - 請求項1から43のいずれか一項に記載の燃料セルを複数含む燃料セルスタック。
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