JP2008222511A - 緻密薄膜用原料、緻密薄膜および固体酸化物形燃料電池単セル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミック微粉末と、セラミック微粉末よりもその50%径が大きいセラミック粗粉末とを含む緻密薄膜用原料とする。セラミック微粉末の50%径は、0.05μm以上0.4μm以下の範囲内にあり、セラミック粗粉末の50%径は、0.4μm超2μm以下の範囲内にあると良い。セラミック微粉末/セラミック粗粉末の体積比は、10/90〜90/10の範囲内にあると良い。緻密セラミック基体上に、上記緻密薄膜用原料を含んだ薄膜前駆体を成膜し、これを焼結して緻密薄膜とする。この緻密薄膜を、固体酸化物形燃料電池単セルの中間層に用いる。
【選択図】なし
Description
本原料は、緻密なセラミックよりなる焼結薄膜を得るために好適に用いることが可能な原料粉末である。本原料は、セラミック微粉末と、セラミック粗粉末とを含んでいる。
本薄膜は、緻密セラミック基体上に、上述した本原料を含んだ薄膜前駆体が成膜され、これが焼結されて形成されたものである。
本単セルは、酸素イオン導電性を示す固体電解質、中間層、電極がこの順に積層された積層構造を有している。
(実施例1)
セラミック微粉末として、20mol%のGd2O3を含むセリア系セラミック(50%径=0.2μm、BET比表面積=6.5m2/g、セイミケミカル(株)製)を、セラミック粗粉末として、20mol%のGd2O3を含むセリア系セラミック(50%径=0.7μm、BET比表面積=7.4m2/g、セイミケミカル(株)製)をそれぞれ準備した。以下、Gd2O3を含むセリア系セラミックを単に「GDC」ということがある。
上記実施例1に係る薄膜用原料の作製において、上記GDC微粉末:上記GDC粗粉末=60wt%:40wt%となるように、両粉末を秤量した点以外は同様にして、実施例2に係る薄膜用原料を得た。なお、この薄膜用原料のタップ密度は、1.88g/cm3であった。
上記実施例1に係る薄膜用原料の作製において、上記GDC微粉末:上記GDC粗粉末=50wt%:50wt%となるように、両粉末を秤量した点以外は同様にして、実施例3に係る薄膜用原料を得た。なお、この薄膜用原料のタップ密度は、1.95g/cm3であった。
上記実施例1に係る薄膜用原料の作製において、上記GDC微粉末:上記GDC粗粉末=40wt%:60wt%となるように、両粉末を秤量した点以外は同様にして、実施例4に係る薄膜用原料を得た。なお、この薄膜用原料のタップ密度は、1.93g/cm3であった。
セラミック粉末として、20mol%のGd2O3を含むセリア系セラミック(50%径=0.19μm、BET比表面積=14m2/g、セイミケミカル(株)製)を準備した。この粉末100%を実施例1と同条件にてポットで調製し、比較例1に係る薄膜用原料とした。なお、この薄膜用原料のタップ密度は、1.24g/cm3であった。
先ず、上記作製した各薄膜原料を用いて薄膜を形成するため、緻密セラミック基体としての固体電解質板を以下のようにして準備した。
実施例1に係る薄膜用原料にグリセリンを加えてスラリーを調製した。得られたスラリー中の固形分濃度は、88%であった。
実施例1Tに係る薄膜の作製において、実施例2に係る薄膜用原料を用いた以外は同様にして、固体電解質板上に焼き付けられた実施例2Tに係る薄膜(厚み16μm)を得た。
実施例1Tに係る薄膜の作製において、実施例3に係る薄膜用原料を用いた以外は同様にして、固体電解質板上に焼き付けられた実施例3Tに係る薄膜(厚み16μm)を得た。
実施例1Tに係る薄膜の作製において、実施例4に係る薄膜用原料を用いた以外は同様にして、固体電解質板上に焼き付けられた実施例4Tに係る薄膜(厚み10μm)を得た。
実施例1Tに係る薄膜の作製において、比較例1に係る薄膜用原料を用いた以外は同様にして、固体電解質板上に焼き付けられた比較例1Tに係る薄膜(厚み10μm)を得た。
得られた実施例1T〜4T、比較例1Tに係る薄膜について、その表面および断面をSEMにより観察した。
(実施例1C)
先ず、上記固体電解質板(4ScSZ0.5A、厚み約100μm)を準備した。
上記実施例1Cに係るSOFC単セルの作製において、中間層の形成時に、比較例例1Tにて調製した、比較例1に係る薄膜用原料を含むスラリーを用いた以外は同様にして、比較例1Cに係るSOFC単セルを得た。
実施例1Cおよび比較例1Cに係るSOFC単セルを用いて、以下の発電試験を行った。
Claims (10)
- セラミック微粉末と、前記セラミック微粉末よりもその50%径が大きいセラミック粗粉末とを含むことを特徴とする緻密薄膜用原料。
- 前記セラミック微粉末の50%径は、0.05μm以上0.4μm以下の範囲内にあり、前記セラミック粗粉末の50%径は、0.4μm超2μm以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の緻密薄膜用原料。
- 前記セラミック微粉末/前記セラミック粗粉末の体積比は、10/90〜90/10の範囲内にあることを特徴とする請求項1または2に記載の緻密薄膜用原料。
- そのタップ密度が、1.37g/cm3以上であることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の緻密薄膜用原料。
- 前記セラミック微粉末および前記セラミック粗粉末を構成するセラミックは、セリア系セラミックであることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の緻密薄膜用原料。
- 前記セラミック微粉末および前記セラミック粗粉末を構成するセラミックは、ジルコニア系セラミックであることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の緻密薄膜用原料。
- 固体酸化物形燃料電池の中間層の形成に用いられることを特徴とする請求項4または5に記載の緻密薄膜用原料。
- 緻密セラミック基体上に、請求項1から6の何れかに記載の緻密薄膜用原料を含んだ薄膜前駆体が成膜され、これが焼結されて形成された緻密薄膜。
- 酸素イオン導電性を示す固体電解質、中間層、空気極がこの順に積層された積層構造を有し、
前記中間層は、前記固体電解質上に、請求項1から5の何れかに記載の緻密薄膜用原料を含んだ薄膜前駆体が成膜され、これが焼結されて形成されたものであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池単セル。 - 前記薄膜前駆体は、スクリーン印刷法により成膜されていることを特徴とする請求項9に記載の固体酸化物形燃料電池単セル。
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