JP2009021181A - Battery cell for solid oxide fuel cell and its manufacturing method - Google Patents

Battery cell for solid oxide fuel cell and its manufacturing method Download PDF

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修一 井上
Hidemasa Nonaka
英正 野中
Manabu Uenoyama
覚 上野山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery cell for a SOFC composed of a chrome containing alloy or the like bonded with an air electrode in which the occurrence of chrome poisoning in the air electrode is favorably controlled and an increase of contact resistance between the alloy or the like and the air electrode can be favorably controlled, and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: Before conducting a calcination process while an alloy or the like and an air electrode are jointed, a coat forming process in which a TiO2 coat in which a dope element of a pentavalent element is doped on the surface of the alloy or the like is formed, and a Cr (VI) oxide control state is obtained where the generation of an oxide of Cr (VI) in the alloy or the like is controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、Cr(クロム)を含有する合金又は酸化物(以下、「合金等」と呼ぶ場合がある。)と空気極とを接合した状態で焼成する焼成処理を行う固体酸化物形燃料電池(以下、適宜「SOFC」と記載する。)用セルの製造方法及びその製造方法により製造されたSOFC用セルに関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell that performs a firing process in which an alloy or oxide containing Cr (chromium) (hereinafter sometimes referred to as “alloy or the like”) and an air electrode are joined together. The present invention relates to a method for manufacturing a cell for SOFC and a cell for SOFC manufactured by the manufacturing method.

かかるSOFC用セルは、電解質膜の一方面側に空気極を接合すると共に、同電解質膜の他方面側に燃料極を接合してなる単セルを、空気極又は燃料極に対して電子の授受を行う一対の電子電導性の合金等により挟み込んだ構造を有する。
そして、このようなSOFC用セルでは、例えば700〜900℃程度の作動温度で作動し、空気極側から燃料極側への電解質膜を介した酸化物イオンの移動に伴って、一対の電極の間に起電力が発生し、その起電力を外部に取り出し利用することができる。
Such an SOFC cell has a single cell in which an air electrode is joined to one surface side of an electrolyte membrane and a fuel electrode is joined to the other surface side of the electrolyte membrane. It has a structure sandwiched between a pair of electron conductive alloys and the like.
And in such a cell for SOFC, for example, it operates at an operating temperature of about 700 to 900 ° C., and with the movement of oxide ions through the electrolyte membrane from the air electrode side to the fuel electrode side, the pair of electrodes An electromotive force is generated in the meantime, and the electromotive force can be taken out and used.

このようなSOFC用セルで利用される合金は、電子電導性及び耐熱性に優れたCrを含有する材料で製作される。また、このような合金の耐熱性は、この合金の表面に形成されるクロミア(Cr23)の緻密な被膜に由来する。 An alloy used in such a SOFC cell is made of a material containing Cr that is excellent in electronic conductivity and heat resistance. Further, the heat resistance of such an alloy is derived from a dense film of chromia (Cr 2 O 3 ) formed on the surface of the alloy.

また、SOFC用セルは、その製造工程において、合金等と空気極及び燃料極との間の接触抵抗をできるだけ小さくするなどの目的で、それらを積層した状態で、作動温度よりも高い1000℃〜1250℃程度の焼成温度で焼成する焼成処理を行う場合がある(例えば、特許文献1を参照。)。   In addition, in the manufacturing process of the SOFC cell, for the purpose of minimizing the contact resistance between the alloy, etc., the air electrode and the fuel electrode as much as possible, in a state where they are laminated, the operating temperature is higher than 1000 ° C. There is a case where a baking treatment is performed at a baking temperature of about 1250 ° C. (see, for example, Patent Document 1).

特開2004−259643号公報JP 2004-259634 A

上述したようにCrを含有する合金等と空気極とを接合してなるSOFC用セルでは、作動時等において合金等が高温にさらされることで、その合金等に含まれるCrが空気極側に飛散して、空気極のCr被毒が発生するという問題がある。
このような空気極のCr被毒は、空気極における酸化物イオンの生成のための酸素の還元反応を阻害し、空気極の電気抵抗を増加させ、更には合金等のCr濃度を減少させることにより合金等自体の耐熱性の低下などの問題を引き起こし、結果、SOFCの性能低下を招く場合がある。
As described above, in an SOFC cell formed by joining an alloy containing Cr and the air electrode, when the alloy is exposed to a high temperature during operation or the like, Cr contained in the alloy or the like is moved to the air electrode side. There is a problem that air poisoning causes Cr poisoning.
Such Cr poisoning of the air electrode inhibits the oxygen reduction reaction for the generation of oxide ions in the air electrode, increases the electrical resistance of the air electrode, and further decreases the Cr concentration of alloys and the like. This may cause problems such as a decrease in the heat resistance of the alloy itself, resulting in a decrease in SOFC performance.

更に、SOFCの製造時においても、合金等と空気極とを接合した状態で焼成する焼成処理を行う場合には、作動温度よりも高い焼成温度にさらされることにより、Cr(VI)(以下、価数が6+のCrを「Cr(VI)」と記載する。)の酸化物が生成され、蒸発して空気極と反応して、Cr化合物が生成され、空気極のCr被毒が発生する場合がある。また、この焼成処理において、真空又は不活性ガス雰囲気等で酸素分圧をできるだけ小さくすることで、合金の表面のクロミア(Cr23)のCr(VI)への酸化又は合金等の表面のCr(III)(以下、価数が3+のCrを「Cr(III)」と記載する。)の酸化物のCr(VI)への酸化を抑制し、製造時における上記Cr被毒の発生を抑制した場合でも、後の作動時において、空気極に供給される空気が存在する酸化雰囲気で高温にさらされることにより、Cr(VI)への酸化が進行して、上記Cr被毒が発生する場合がある。 Further, even when the SOFC is manufactured, when performing a firing process in which the alloy or the like and the air electrode are joined, the Cr (VI) (hereinafter, referred to as the following) is exposed to a firing temperature higher than the operating temperature. Cr having a valence of 6+ is described as “Cr (VI)”), and it is evaporated to react with the air electrode to produce a Cr compound, resulting in Cr poisoning of the air electrode. There is a case. In this firing treatment, the oxygen partial pressure is reduced as much as possible in a vacuum or an inert gas atmosphere, so that the chromia (Cr 2 O 3 ) on the surface of the alloy is converted to Cr (VI) or the surface of the alloy or the like is oxidized. Oxidation of Cr (III) (hereinafter, Cr having a valence of 3+ is referred to as “Cr (III)”) to Cr (VI) is suppressed, and the occurrence of Cr poisoning during production is suppressed. Even in the case of suppression, during the subsequent operation, exposure to high temperature in an oxidizing atmosphere in which air supplied to the air electrode exists causes oxidation to Cr (VI) to proceed, and the Cr poisoning occurs. There is a case.

また、上記のような空気極のCr被毒を抑制するべく、合金等の表面にコーティングを施した場合には、合金と空気極との接触抵抗がそのコーティング層により増大することが懸念される。   In addition, in order to suppress Cr poisoning of the air electrode as described above, when the surface of an alloy or the like is coated, there is a concern that the contact resistance between the alloy and the air electrode is increased by the coating layer. .

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、Crを含有する合金等と空気極とを接合してなるSOFC用セルにおいて、空気極のCr被毒の発生を良好に抑制しながら、合金等と空気極との接触抵抗の増加を良好に抑制し得るSOFC用セル及びその製造方法を提供する点にある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object thereof is to improve the occurrence of Cr poisoning of the air electrode in a SOFC cell formed by joining an alloy containing Cr and the air electrode. The object of the present invention is to provide an SOFC cell and a method for manufacturing the same that can satisfactorily suppress an increase in contact resistance between an alloy or the like and an air electrode.

上記目的を達成するための本発明に係るSOFC用セルの製造方法は、Crを含有する合金又は酸化物と空気極とを接合してなる固体酸化物形燃料電池用セルの製造方法であって、その特徴構成は、前記合金又は酸化物と前記空気極とを接合した状態で焼成する焼成処理を行う前に、前記合金又は酸化物の表面に、5価の元素であるドープ元素をドープしたTiO2被膜を形成する被膜形成処理を行うことで、前記合金又は酸化物におけるCr(VI)の酸化物の生成を抑制するCr(VI)酸化物抑制状態とする点にある。 The SOFC cell manufacturing method according to the present invention for achieving the above object is a method for manufacturing a solid oxide fuel cell cell obtained by joining an alloy or oxide containing Cr and an air electrode. The characteristic configuration is that the surface of the alloy or oxide is doped with a dope element which is a pentavalent element before firing the alloy or oxide and the air electrode in a joined state. By performing a film forming process for forming a TiO 2 film, the alloy or oxide is in a Cr (VI) oxide suppressed state that suppresses the generation of Cr (VI) oxide.

上記特徴構成によれば、SOFC用セルの製造時における焼成処理を行うにあたり、Crを含有する合金等を、上記Cr(VI)酸化物抑制状態とすることで、合金等側から空気極側或いは空気極と電解質との界面への気相のCr(VI)の酸化物(又はオキシ水酸化物)の拡散を抑制して、空気極のCr被毒の発生を良好に抑制することができる。
即ち、上記被膜形成処理において合金等の表面にTiO2被膜を形成することで、このTiO2被膜と合金等との境界部における酸素分圧の平衡解離圧を非常に小さいもの(1000℃において10-26atm以下)とすることができ、Cr(VI)の酸化物の生成をより良好に抑制することができるCr(VI)の酸化物抑制状態とすることができる。
According to the above characteristic configuration, in performing the firing process at the time of manufacturing the SOFC cell, the alloy containing Cr is brought into the Cr (VI) oxide suppressed state, so that the alloy electrode side or the air electrode side or It is possible to suppress the occurrence of Cr poisoning of the air electrode satisfactorily by suppressing the diffusion of the oxide (or oxyhydroxide) of the gas phase Cr (VI) to the interface between the air electrode and the electrolyte.
That is, by forming a TiO 2 film on the surface of the alloy or the like in the film forming process, the equilibrium dissociation pressure of the oxygen partial pressure at the boundary between the TiO 2 film and the alloy or the like is very small (10 at 1000 ° C. −26 atm or less), and the oxide state of Cr (VI) that can more effectively suppress the formation of Cr (VI) oxide can be obtained.

また、上記TiO2被膜は、標準生成自由エネルギーがWO3以下であり酸化力の小さな酸化物からなるn型半導体被膜であるから、このようなn型半導体被膜を合金等の表面に形成することで、このn型半導体被膜と合金等との境界部における酸素分圧の平衡解離圧を非常に小さいものとして、合金等に含まれるCrがCr(VI)に酸化されにくい状態とすることができる。よって、この酸化力の小さなn型半導体被膜の下でCr(III)の酸化物は生成されるとしても、少なくともCr(VI)の酸化物の生成を抑制するCr(VI)酸化物抑制状態とすることができ、上記被膜形成処理後の焼成処理において、空気極のCr被毒の発生を良好に抑制することができる。更に、このように合金等に酸化力の小さなn型半導体被膜を形成することで、焼成処理時だけでなく作動時においても、Cr(VI)の酸化物の生成を抑制することができるので、空気極のCr被毒の進行をも良好に防止することができる。また、合金等のCr含有量の低下も抑制できるため、合金等自体の耐熱性も良好な状態で保持することができる。
即ち、上記n型半導体被膜として、酸化物の標準生成自由エネルギーで、使用温度において、WO3以下である上記TiO2被膜のような酸化物は、酸化力が小さく、Cr(III)からCr(VI)への酸化が抑制できるためであると推定できる。
In addition, the TiO 2 film is an n-type semiconductor film made of an oxide having a standard generation free energy of WO 3 or less and a low oxidizing power, and therefore, such an n-type semiconductor film is formed on the surface of an alloy or the like. Thus, the equilibrium dissociation pressure of the oxygen partial pressure at the boundary between the n-type semiconductor film and the alloy or the like can be made extremely small so that Cr contained in the alloy or the like is not easily oxidized to Cr (VI). . Therefore, even if an oxide of Cr (III) is generated under the n-type semiconductor film having a small oxidizing power, at least a Cr (VI) oxide suppressed state that suppresses generation of an oxide of Cr (VI). In the firing process after the film forming process, the occurrence of Cr poisoning of the air electrode can be satisfactorily suppressed. Furthermore, by forming an n-type semiconductor film having a small oxidizing power on the alloy or the like in this way, generation of Cr (VI) oxide can be suppressed not only during the firing process but also during operation. The progress of Cr poisoning of the air electrode can also be satisfactorily prevented. Moreover, since the fall of Cr content, such as an alloy, can also be suppressed, the heat resistance of alloy itself etc. can be hold | maintained in a favorable state.
That is, as the n-type semiconductor film, an oxide such as the TiO 2 film having a standard free energy of formation of oxide and WO 3 or less at the operating temperature has a low oxidizing power, and Cr (III) to Cr ( It can be estimated that this is because oxidation to VI) can be suppressed.

また、上記TiO2被膜は、水溶液中の標準電極電位が−0.029V以下であり酸化力の小さな酸化物からなるn型半導体被膜であるから、上記と同様に、上記被膜形成処理後の焼成処理や作動時においても、Cr(VI)の酸化物の生成を抑制して、空気極のCr被毒を良好に抑制することができ、また、合金等のCr含有量の低下も抑制できるため、合金等自体の耐熱性も良好な状態で保持することができる。
即ち、上記n型半導体被膜として、水溶液中の標準電極電位が−0.029V以下である上記TiO2被膜のような酸化物は、酸化力が小さく、Cr(III)からCr(VI)への酸化が抑制できるためであると推定できる。
Further, since the TiO 2 film is an n-type semiconductor film made of an oxide having a standard electrode potential in an aqueous solution of −0.029 V or less and a small oxidizing power, similarly to the above, firing after the film forming treatment is performed. Even during processing and operation, it is possible to suppress the formation of Cr (VI) oxides, and to suppress the Cr poisoning of the air electrode, and to suppress the decrease in the Cr content of alloys and the like. Further, the heat resistance of the alloy itself can be maintained in a good state.
That is, as the n-type semiconductor film, an oxide such as the TiO 2 film having a standard electrode potential in an aqueous solution of −0.029 V or less has a low oxidizing power, and the Cr (III) to Cr (VI) It can be estimated that this is because oxidation can be suppressed.

更に、上記被膜形成処理において合金等の表面に形成されるTiO2被膜に5価の元素であるドープ元素をドープすることで、当該TiO2被膜の電気抵抗をできるだけ小さくすることができ、結果、空気極のCr被毒の発生を良好に抑制しながら、合金等と空気極との接触抵抗の増加を良好に抑制することができる。 Furthermore, by doping the TiO 2 film formed on the surface of the alloy or the like with the doping element that is a pentavalent element in the film forming process, the electrical resistance of the TiO 2 film can be made as small as possible, While suppressing the occurrence of Cr poisoning of the air electrode, it is possible to satisfactorily suppress an increase in contact resistance between the alloy and the air electrode.

尚、上記目的を達成するための本発明に係るSOFC用セルは、Crを含有する合金又は酸化物と空気極とを接合してなる固体酸化物形燃料電池用セルであって、その特徴構成は、前記合金又は酸化物の表面に、5価の元素であるドープ元素をドープしたTiO2被膜を形成してなる点にある。
そして、この本発明に係るSOFC用セルの特徴構成によれば、上記特徴構成を有するSOFC用セルの製造方法で製造されたSOFC用セルと同様の構成を有することで、合金等の表面に形成されたTiO2被膜の酸化力の小さなn型半導体被膜により、焼成処理時及び作動時において、空気極へのCr被毒の発生を良好に抑制しながら、当該TiO2被膜に上記ドープ元素をドープしたことにより、合金等と空気極との接触抵抗の増加を良好に抑制することができる。
The SOFC cell according to the present invention for achieving the above object is a solid oxide fuel cell cell formed by joining an alloy or oxide containing Cr and an air electrode, and its characteristic configuration it is the surface of the alloy or oxide, in that by forming a pentavalent TiO 2 coating the doping element doped an element.
According to the characteristic configuration of the SOFC cell according to the present invention, the SOFC cell has the same configuration as that of the SOFC cell manufactured by the SOFC cell manufacturing method having the above characteristic configuration, so that it is formed on the surface of an alloy or the like. by been oxidizing power of the TiO 2 coating small n-type semiconductor film, doped in the firing process and during operation, while well suppressing the occurrence of Cr poisoning of the air electrode, the doping element to the TiO 2 coating As a result, an increase in contact resistance between the alloy or the like and the air electrode can be satisfactorily suppressed.

また、上記ドープ元素としては、NbやTaなどの5価の元素を利用することができるが、当該ドープ元素としてNbを利用することで、TiO2被膜の電気抵抗を良好に低減させ、合金等と空気極との接触抵抗の増加を一層良好に抑制することができる。 In addition, pentavalent elements such as Nb and Ta can be used as the doping element, but by using Nb as the doping element, the electrical resistance of the TiO 2 film can be satisfactorily reduced, and an alloy or the like can be used. An increase in contact resistance between the air electrode and the air electrode can be suppressed even better.

本発明に係るSOFC用セル及びその製造方法の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図1及び図2に示すSOFC用セルCは、酸化物イオン電導性の固体酸化物の緻密体からなる電解質膜30の一方面側に、酸化物イオン及び電子電導性の多孔体からなる空気極31を接合すると共に、同電解質膜30の他方面側に電子電導性の多孔体からなる燃料極32を接合してなる単セル3を備える。
更に、SOFC用セルCは、この単セル3を、空気極31又は燃料極32に対して電子の授受を行うと共に空気及び水素を供給するための溝2が形成された一対の電子電導性の合金又は酸化物からなるインタコネクト1により、適宜外周縁部においてガスシール体を挟持した状態で挟み込んだ構造を有する。そして、空気極31側の上記溝2が、空気極31とインタコネクト1とが密着配置されることで、空気極31に空気を供給するための空気流路2aとして機能し、一方、燃料極32側の上記溝2が、燃料極32とインタコネクト1とが密着配置されることで、燃料極32に水素を供給するための燃料流路2bとして機能する。
Embodiments of an SOFC cell and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The SOFC cell C shown in FIGS. 1 and 2 has an air electrode made of an oxide ion and an electron conductive porous body on one side of an electrolyte membrane 30 made of a dense oxide oxide conductive solid oxide. 31 and a single cell 3 formed by bonding a fuel electrode 32 made of an electron conductive porous body to the other surface side of the electrolyte membrane 30.
Further, the SOFC cell C exchanges electrons with the single cell 3 with respect to the air electrode 31 or the fuel electrode 32, and at the same time, a pair of electronically conductive elements in which grooves 2 for supplying air and hydrogen are formed. It has a structure in which a gas seal body is appropriately sandwiched between outer peripheral edges by an interconnect 1 made of an alloy or an oxide. The groove 2 on the air electrode 31 side functions as an air flow path 2a for supplying air to the air electrode 31 by arranging the air electrode 31 and the interconnect 1 in close contact, while the fuel electrode The groove 2 on the 32 side functions as a fuel flow path 2 b for supplying hydrogen to the fuel electrode 32 by arranging the fuel electrode 32 and the interconnect 1 in close contact with each other.

尚、上記SOFC用セルCを構成する各要素で利用される一般的な材料について説明を加えると、例えば、上記空気極31の材料としては、LaMO3(例えばM=Mn,Fe,Co)中のLaの一部をアルカリ土類金属AE(AE=Sr,Ca)で置換した(La,AE)MO3のペロブスカイト型酸化物を利用することができ、上記燃料極32の材料としては、Niとイットリア安定化ジルコニア(YSZ)とのサーメットを利用することができ、更に、電解質膜30の材料としては、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を利用することができる。 In addition, when a general material used in each element constituting the SOFC cell C is described, for example, the material of the air electrode 31 is LaMO 3 (for example, M = Mn, Fe, Co). A perovskite oxide of (La, AE) MO 3 in which a part of La of Al is substituted with an alkaline earth metal AE (AE = Sr, Ca) can be used. And yttria-stabilized zirconia (YSZ) can be used, and yttria-stabilized zirconia (YSZ) can be used as the material of the electrolyte membrane 30.

更に、これまで説明してきたSOFC用セルCでは、インタコネクト1の材料としては、電子電導性及び耐熱性の優れた材料であるLaCrO3系等のペロブスカイト型酸化物や、フェライト系ステンレス鋼であるFe−Cr合金や、オーステナイト系ステンレス鋼であるFe−Cr−Ni合金や、ニッケル基合金であるNi−Cr合金などのように、Crを含有する合金又は酸化物が利用されている。 Furthermore, in the SOFC cell C described so far, the material of the interconnect 1 is a perovskite oxide such as LaCrO 3 that is excellent in electronic conductivity and heat resistance, or ferritic stainless steel. Alloys or oxides containing Cr are used, such as Fe—Cr alloys, Fe—Cr—Ni alloys that are austenitic stainless steels, and Ni—Cr alloys that are nickel-based alloys.

そして、複数のSOFC用セルCが積層配置された状態で、複数のボルト及びナットにより積層方向に押圧力を与えて挟持され、セルスタックとなる。
このセルスタックにおいて、積層方向の両端部に配置されたインタコネクト1は、燃料流路2b又は空気流路2aの一方のみが形成されるものであればよく、その他の中間に配置されたインタコネクト1は、一方の面に燃料流路2bが形成され他方の面に空気流路2aが形成されるものを利用することができる。尚、かかる積層構造のセルスタックでは、上記インタコネクト1をセパレータと呼ぶ場合がある。
このようなセルスタックの構造を有するSOFCを一般的に平板型SOFCと呼ぶ。本実施形態では、一例として平板型SOFCについて説明するが、本願発明は、その他の構造のSOFCについても適用可能である。
Then, in a state where the plurality of SOFC cells C are arranged in a stacked manner, a pressing force is applied in the stacking direction by a plurality of bolts and nuts to form a cell stack.
In this cell stack, the interconnects 1 arranged at both ends in the stacking direction may be any one in which only one of the fuel flow path 2b or the air flow path 2a is formed, and the other interconnect arranged in the middle. 1 may use a fuel channel 2b formed on one surface and an air channel 2a formed on the other surface. In such a stacked cell stack, the interconnect 1 may be called a separator.
An SOFC having such a cell stack structure is generally called a flat-plate SOFC. In the present embodiment, a flat SOFC will be described as an example. However, the present invention is applicable to SOFCs having other structures.

そして、このようなSOFC用セルCを備えたSOFCの作動時には、図2に示すように、空気極31に対して隣接するインタコネクト1に形成された空気流路2aを介して空気を供給すると共に、燃料極32に対して隣接するインタコネクト1に形成された燃料流路2bを介して水素を供給し、例えば800℃程度の作動温度で作動する。すると、空気極31においてO2が電子e-と反応してO2-が生成され、そのO2-が電解質膜30を通って燃料極32に移動し、燃料極32において供給されたH2がそのO2-と反応してH2Oとe-とが生成されることで、一対のインタコネクト1の間に起電力Eが発生し、その起電力Eを外部に取り出し利用することができる。 When the SOFC including the SOFC cell C is operated, air is supplied through the air flow path 2a formed in the interconnect 1 adjacent to the air electrode 31, as shown in FIG. At the same time, hydrogen is supplied through the fuel flow path 2b formed in the interconnect 1 adjacent to the fuel electrode 32, and operates at an operating temperature of, for example, about 800 ° C. Then, the air electrode 31 O 2 electrons e - are reacting with O 2- is generated, the O 2- passes through the electrolyte membrane 30 to move to the fuel electrode 32, H 2 supplied in the fuel electrode 32 Reacts with the O 2− to generate H 2 O and e , so that an electromotive force E is generated between the pair of interconnects 1 and the electromotive force E can be taken out and used outside. it can.

また、このSOFC用セルCは、その製造工程において、インタコネクト1と空気極31及び燃料極32との間の接触抵抗をできるだけ小さくするなどの目的で、それらを積層配置した状態で、作動温度よりも高い1000℃程度の焼成温度で焼成する焼成処理を行う場合がある。   In addition, the SOFC cell C has an operating temperature in a state in which they are stacked in order to reduce the contact resistance between the interconnect 1 and the air electrode 31 and the fuel electrode 32 as much as possible in the manufacturing process. There is a case where a baking treatment is performed at a higher baking temperature of about 1000 ° C. than that.

そして、上記のようにCrを含有する合金等からなるインタコネクト1と空気極31とを接合してなるSOFC用セルCでは、焼成処理時又は作動時において、高温にさらされることで、インタコネクト1に含まれるCrが酸化蒸発して空気極31側に飛散し、その空気極31のCr被毒が発生するという問題がある。   In the SOFC cell C in which the interconnect 1 made of an alloy containing Cr or the like and the air electrode 31 are joined as described above, the interconnect is exposed to a high temperature during firing or operation. There is a problem that Cr contained in 1 is oxidized and evaporated and scattered to the air electrode 31 side, and Cr poisoning of the air electrode 31 occurs.

また、このようなCr被毒は、インタコネクト1に含まれるCrやそのCrが酸化して生成されたCr(III)の酸化物であるCr23が、空気極31側等に存在するO2やH2Oにより酸化して、気相状態のCr(VI)の酸化物であるCrO3やCrO2(OH)2が生成され、そのCr(VI)の酸化物が空気極31側に移動して電解質膜30との界面付近や電極内で還元されてCr23としてや、空気極31との反応によるCr化合物として析出することで発生する。尚、水蒸気存在下では、CrO2(OH)2が生じやすく、Cr(VI)が飛散しやすくなる。
そして、このように空気極31のCr被毒が発生すると、作動時において、空気極31と電解質膜30との界面や電極内部で起こるO2-の生成のための酸素の還元反応が阻害されてしまい、更には、このCrが空気極31にドープされているSrやCaなどを奪ってSrCr24、SrCrO4やCaCr24、CaCrO4などの高抵抗化合物が形成され、また、SrやCaが無くなることによる空気極31自身の電気抵抗が増加することで、SOFCの性能低下を招く場合がある。また、合金等に含有されているCr量が減少し、合金等自体の耐熱性が低下する場合もある。
In addition, such Cr poisoning includes Cr 2 O 3 which is an oxide of Cr contained in the interconnect 1 and Cr (III) generated by oxidation of the Cr on the air electrode 31 side or the like. Oxidized by O 2 or H 2 O, CrO 3 or CrO 2 (OH) 2 , which is an oxide of Cr (VI) in a gas phase, is generated, and the oxide of Cr (VI) is on the air electrode 31 side. And is reduced in the vicinity of the interface with the electrolyte membrane 30 or in the electrode and precipitated as Cr 2 O 3 or as a Cr compound by reaction with the air electrode 31. In the presence of water vapor, CrO 2 (OH) 2 is likely to be generated and Cr (VI) is likely to be scattered.
When Cr poisoning of the air electrode 31 occurs in this way, during the operation, the oxygen reduction reaction for the production of O 2− occurs at the interface between the air electrode 31 and the electrolyte membrane 30 or inside the electrode. Furthermore, high resistance compounds such as SrCr 2 O 4 , SrCrO 4 , CaCr 2 0 4 , and CaCrO 4 are formed by depriving Sr, Ca, etc., in which the Cr is doped in the air electrode 31, The increase in electrical resistance of the air electrode 31 itself due to the disappearance of Sr and Ca may cause a decrease in SOFC performance. In addition, the amount of Cr contained in the alloy or the like may decrease, and the heat resistance of the alloy or the like itself may decrease.

そして、本発明に係るSOFC用セルCの製造方法では、空気極31のCr被毒の発生を良好に抑制しつつ、合金等と空気極との接触抵抗の増加を良好に抑制するための特徴を有しており、その詳細について以下に説明する。   And in the manufacturing method of the cell C for SOFC which concerns on this invention, while suppressing generation | occurrence | production of Cr poisoning of the air electrode 31 satisfactorily, the characteristic for suppressing the increase in contact resistance with an alloy etc. and an air electrode favorably. Details thereof will be described below.

かかるSOFCの製造方法では、インタコネクト1に含まれるCrにおけるCr(VI)の酸化物の生成を抑制するCr(VI)酸化物抑制状態とし、インタコネクト1と空気極31とを接合した状態で1000℃〜1150℃程度の焼成温度で焼成する焼成処理を行う。
よって、この焼成処理では、インタコネクト1に含まれるCrが、価数が6+のCr(VI)となって酸化することが抑制されるので、気相状態のCr(VI)の酸化物であるCrO3やCrO2(OH)2の生成が充分に抑制され、そのCr(VI)の酸化物の空気極31側への移動に起因する空気極31のCr被毒の発生を良好に抑制することができる。また、合金等のCr含有量の低下も抑制できるため、合金等自体の耐熱性の低下も抑制できる。
In such a SOFC manufacturing method, the Cr (VI) oxide suppression state that suppresses the generation of Cr (VI) oxide in Cr contained in the interconnect 1 is set, and the interconnect 1 and the air electrode 31 are joined. A baking treatment is performed at a baking temperature of about 1000 ° C. to 1150 ° C.
Therefore, in this firing treatment, Cr contained in the interconnect 1 is suppressed to be oxidized as Cr (VI) having a valence of 6+, and thus is an oxide of Cr (VI) in a gas phase state. The generation of CrO 3 and CrO 2 (OH) 2 is sufficiently suppressed, and the occurrence of Cr poisoning of the air electrode 31 due to the movement of the oxide of Cr (VI) toward the air electrode 31 is satisfactorily suppressed. be able to. Moreover, since the fall of Cr content, such as an alloy, can also be suppressed, the fall of heat resistance of alloy etc. itself can also be suppressed.

また、インタコネクト1に含まれるCrにおけるCr(VI)の酸化物の生成を抑制するCr(VI)酸化物抑制状態とするための手法の詳細について以下に夫々説明する。
即ち、上記Cr(VI)酸化物抑制状態を、焼成処理を行う前に、インタコネクト1の少なくとも空気極31に対する境界面1a(図2参照)を含む表面に、酸化力の小さなn型半導体被膜として機能するTiO2被膜(チタニア被膜)を形成することで実現している。
In addition, details of methods for achieving a Cr (VI) oxide suppression state that suppresses the generation of Cr (VI) oxide in Cr included in the interconnect 1 will be described below.
That is, the n-type semiconductor film having a small oxidizing power is formed on the surface including at least the boundary surface 1a (see FIG. 2) with respect to the air electrode 31 of the interconnect 1 before performing the firing treatment in the Cr (VI) oxide suppression state. This is realized by forming a TiO 2 film (titania film) that functions as:

即ち、インタコネクト1の境界面1aにTiO2被膜が形成されているSOFC用セルCでは、TiO2被膜が耐熱性に優れている上に緻密な構造を有することから、そのTiO2被膜を介したインタコネクト1側への酸化剤としての酸素や水蒸気の供給が阻止され、更には、同TiO2被膜を介した空気極31側へのCr(VI)の酸化物の移動が阻止されるので、結果、製造時の焼成処理や作動時において、インタコネクト1が高温にさらされた場合でも、空気極31のCr被毒が良好に抑制される。 That is, in the SOFC cell C TiO 2 film is formed on the boundary surface 1a of the interconnect 1, because of its dense structure on the TiO 2 film is excellent in heat resistance, via the TiO 2 coating As a result, the supply of oxygen or water vapor as an oxidant to the interconnect 1 side is blocked, and further, the movement of Cr (VI) oxide to the air electrode 31 side through the TiO 2 coating is blocked. As a result, Cr poisoning of the air electrode 31 can be satisfactorily suppressed even when the interconnect 1 is exposed to a high temperature during firing or operation during manufacturing.

更に、このTiO2被膜には、電気抵抗をできるだけ小さくするために、Nb,Ta,Sbなどの5価の元素であるドープ元素が例えば0.5〜5%の範囲でドープされており、結果、空気極31とインタコネクト1との接触抵抗のTiO2被膜による増加が良好に抑制されている。 Further, this TiO 2 film is doped with a dope element which is a pentavalent element such as Nb, Ta, Sb or the like in the range of 0.5 to 5%, for example, in order to make the electric resistance as small as possible. The increase in the contact resistance between the air electrode 31 and the interconnect 1 due to the TiO 2 film is well suppressed.

〔実施例〕
上記実施形態のように焼成処理を行う前にインタコネクト等に使用される合金の表面に、ディップコーティング法により、NbをドープしたTiO2被膜を形成して製造した模擬SOFC用セル(実施例)について、合金と空気極との接合部付近の断面のCr分布を観察した実験結果を、以下に示す。
尚、本実施例の模擬SOFC用セルは、合金をFe−Cr系合金(Cr含有量:22wt%)とし、空気極を(La,Sr)(Co,Fe)O3としたものである。
〔Example〕
A simulated SOFC cell manufactured by forming a TiO 2 film doped with Nb by dip coating on the surface of an alloy used for an interconnect or the like before firing as in the above embodiment (Example) The experimental results of observing the Cr distribution in the cross section near the joint between the alloy and the air electrode are shown below.
In the simulated SOFC cell of this example, the alloy is an Fe—Cr alloy (Cr content: 22 wt%), and the air electrode is (La, Sr) (Co, Fe) O 3 .

上記ディップコーティング法では、図3に示すように、Ti:Nbのモル比を0.99875:0.00125としてコーティング液の調剤を行い、TiO2被膜を形成した。そして、形成されたTiO2被膜の厚みは2μm程度であった。 In the dip coating method, as shown in FIG. 3, the coating liquid was prepared with a Ti: Nb molar ratio of 0.99875: 0.00125 to form a TiO 2 film. Then, TiO 2 coating with a thickness of thus formed was about 2 [mu] m.

また、コーティング液の調剤方法について、図3に基づいて以下に説明を加える。
市販のTiO2のナノ粒子(平均粒径約70nm)を用い、アルコール、バインダー(セルロース)と混合し、ペイントシェーカーを用いて分散させた(これを、「コーティング液1」と呼ぶ。)。
また、チタンのアルコキシドTi(OC37 i4、ニオブのアルコキシドNb(OC255、アルコールを混合し、水・アルコールの混合物を添加し、加水分解させた(これを、「コーティング液1」と呼ぶ。)。
そして、上記コーティング液1、上記コーティング液2、バインダー(セルロース)とニオブのアルコキシドNb(OC255を混合し、分散させ、成膜用TiO2スラリーを作製した。
このスラリーに合金の基板をディップコートし、所定の1mm/secで引き上げ後、乾燥させ、1000℃で1時間焼成処理を行い、NbをドープしたTiO2被膜を得た。
Further, the coating liquid dispensing method will be described below with reference to FIG.
Commercially available TiO 2 nanoparticles (average particle size of about 70 nm) were mixed with alcohol and binder (cellulose) and dispersed using a paint shaker (this is referred to as “Coating Liquid 1”).
Further, titanium alkoxide Ti (OC 3 H 7 i ) 4 , niobium alkoxide Nb (OC 2 H 5 ) 5 , and alcohol are mixed, and a mixture of water and alcohol is added to cause hydrolysis (this is referred to as “ Called Coating Solution 1 ”).
Then, the coating liquid 1, the coating liquid 2, a binder (cellulose) and niobium alkoxide Nb (OC 2 H 5) 5 were mixed and dispersed to prepare a film-forming TiO 2 slurry.
The slurry was dip-coated with an alloy substrate, pulled up at a predetermined rate of 1 mm / sec, dried, and fired at 1000 ° C. for 1 hour to obtain a Nb-doped TiO 2 coating.

本実験では、実施例の模擬SOFC用セルを、大気雰囲気中で1000℃〜1100℃の焼成温度で2時間焼成処理を行い、次に、作動時を想定して、大気雰囲気中で750℃の作動温度で0.96A/cm2の直流電流を流し続けた状態で20時間保持した。20時間後の合金およびTiO2被膜を加えた面抵抗は47mΩ・cm2であることが確認できた。 In this experiment, the simulated SOFC cell of the example was subjected to a firing process at a firing temperature of 1000 ° C. to 1100 ° C. for 2 hours in an air atmosphere, and then assumed to be in operation, at a temperature of 750 ° C. in an air atmosphere. and held for 20 hours in a state of continuous flow a direct current of 0.96A / cm 2 at the operating temperature. It was confirmed that the sheet resistance after adding the alloy and the TiO 2 film after 20 hours was 47 mΩ · cm 2 .

一方、NbをドープしていないTiO2被膜を形成して製造した模擬SOFC用セル(比較例)については、上記と同様の実験を行ったところ、大気雰囲気中で800℃の作動温度での面抵抗は70mΩ・cm2であり、当該面抵抗は一般的に温度が低くなると増大することから、大気雰囲気中で750℃の作動温度での面抵抗が70mΩ・cm2以上であることが確認できた。 On the other hand, for a simulated SOFC cell (comparative example) produced by forming a TiO 2 film not doped with Nb, an experiment similar to the above was conducted. resistance is 70mΩ · cm 2, the surface resistance from the typically temperature increases and decreases, confirmed that the surface resistance at the operating temperature of 750 ° C. in an air atmosphere is 70mΩ · cm 2 or more It was.

以上の実験結果により、NbをドープしたTiO2被膜を形成して製造した模擬SOFC用セルの方が、Nbをドープしていないものよりも、合金およびTiO2被膜を加えた面抵抗が減少していることがわかる。 From the above experimental results, the sheet resistance with the addition of the alloy and the TiO 2 film was decreased in the simulated SOFC cell manufactured by forming the TiO 2 film doped with Nb than in the cell not doped with Nb. You can see that

また、上記実施例の模擬SOFC用セルについて、合金と空気極との接合部付近の断面のCr分布をEPMA(電子線マイクロアナライザー)により分析した。
尚、図4に、実施例の模擬SOFC用セルの焼成処理後のCr分布の分析結果を示す。尚、これらの図面において、合金におけるCr濃度は約22%であり、空気極において色調が最も薄い領域のCr濃度は略0%(図面において空気極での薄いグレーの領域)である。これら分布を示す図面において、写真図の横幅が約130μmに相当している。
Further, for the simulated SOFC cell of the above example, the Cr distribution in the cross section near the joint between the alloy and the air electrode was analyzed by EPMA (electron beam microanalyzer).
In addition, in FIG. 4, the analysis result of Cr distribution after the baking process of the cell for simulation SOFC of an Example is shown. In these drawings, the Cr concentration in the alloy is about 22%, and the Cr concentration in the lightest color region in the air electrode is approximately 0% (in the drawings, the light gray region in the air electrode). In the drawings showing these distributions, the lateral width of the photographic diagram corresponds to about 130 μm.

上記Cr分布の分析の結果、実施例のNbをドープしたTiO2被膜を合金の表面に形成した模擬SOFC用セルでは、図4に示すように、若干のCr飛散はあるものの、大部分ではCr飛散が抑制されているのがわかる。この若干のCr飛散は、TiO2被膜の膜厚が薄いためであると考えられ、膜厚を増加させることでこのようなCr飛散は有効に抑制できると考えられる。 As a result of the above analysis of the Cr distribution, in the simulated SOFC cell in which the Nb-doped TiO 2 film of the example was formed on the surface of the alloy, as shown in FIG. It can be seen that scattering is suppressed. This slight Cr scattering, believed to be due to the thickness of the TiO 2 film is thin, such Cr scattering by increasing the film thickness is considered to be effectively suppressed.

また、上記の実施の形態において、上記Cr(VI)酸化物抑制状態を実現してCr被毒を抑制するために、インタコネクト1の少なくとも空気極31に対する境界面1a(図2参照)を含む表面に形成する被膜としては、酸化力の小さなもので、常温において安定で且つ電導性の観点からn型半導体被膜が望ましい。更には、酸化力の小さいという観点から、当該n型半導体被膜は、TiO2のように、下記第1条件、第2条件、及び、第3条件の少なくとも一つを満たしていることが望ましい。 In the above embodiment, in order to realize the Cr (VI) oxide suppression state and suppress Cr poisoning, the interface 1 includes at least the boundary surface 1a (see FIG. 2) with respect to the air electrode 31. The film formed on the surface is preferably an n-type semiconductor film having a small oxidizing power, stable at room temperature, and from the viewpoint of conductivity. Furthermore, from the viewpoint of low oxidizing power, the n-type semiconductor film preferably satisfies at least one of the following first condition, second condition, and third condition like TiO 2 .

(第1条件)
上記n型半導体被膜としては、TiO2のように、標準生成自由エネルギー(酸素の平衡解離圧)に関するエリンガム図中で、使用温度において、WO3以下である酸化物が望ましい。
即ち、図5に示すエリンガム図において、WO3よりも上側の化合物では、Cr被毒が発生することが確認できた。これより、酸素の平衡解離圧の大きさでCr飛散の抑制効果の有無を判断することができることがわかる。この理由としては、標準生成自由エネルギーが小さいほど、酸化力が小さく、Cr(III)からCr(VI)への酸化が抑制できるためであると推定できる。
(First condition)
As the n-type semiconductor film, an oxide having a WO 3 or lower at the operating temperature in the Ellingham diagram relating to the standard free energy of formation (equilibrium dissociation pressure of oxygen), such as TiO 2 , is desirable.
That is, in the Ellingham diagram shown in FIG. 5, it was confirmed that Cr poisoning occurred in the compound above WO 3 . From this, it can be seen that the presence or absence of the effect of suppressing Cr scattering can be determined by the magnitude of the equilibrium dissociation pressure of oxygen. The reason for this can be presumed that the smaller the standard free energy of formation, the smaller the oxidizing power, and the more the oxidation from Cr (III) to Cr (VI) can be suppressed.

そして、この第1条件を満たすn型半導体被膜としては、具体的には、TiO2、Y23やWO3が望ましいが、別に、Ta25、Al23、BaO、MoO2、Nb25、ZrO2、BeO、MgO、SrO、In23、SiO2、MgAl24、MgSiO3、CaTiO3、SrTiO3、BaTiO3、Ce23、Sm23、MgTiO3、希土類の酸化物などのn型半導体でも構わない。但し、SOFCの特性上、熱膨張率は7.5×10-6〜13.5×10-6/℃が望ましく、この範囲を越えると、熱膨張、熱収縮による被膜の剥離が生じやすくなる。また、毒性・蒸気圧・吸湿性が低いことを考慮し、TiO2、Y23やWO3、Al23、MoO2、ZrO2、BeO、In23、SiO2、MgAl24、MgSiO3、CaTiO3、SrTiO3、BaTiO3、Ce23、Sm23、MgTiO3などが望ましい。 As the n-type semiconductor film satisfying the first condition, specifically, TiO 2 , Y 2 O 3 and WO 3 are preferable, but Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , BaO, and MoO 2 are separately used. Nb 2 O 5 , ZrO 2 , BeO, MgO, SrO, In 2 O 3 , SiO 2 , MgAl 2 O 4 , MgSiO 3 , CaTiO 3 , SrTiO 3 , BaTiO 3 , Ce 2 O 3 , Sm 2 O 3 , MgTiO 3, may be a n-type semiconductor such as an oxide of a rare earth. However, the thermal expansion coefficient is desirably 7.5 × 10 −6 to 13.5 × 10 −6 / ° C. due to the characteristics of SOFC, and if it exceeds this range, peeling of the coating due to thermal expansion and thermal shrinkage tends to occur. . Furthermore, considering the low toxicity, vapor pressure, hygroscopicity, TiO 2, Y 2 O 3 and WO 3, Al 2 O 3, MoO 2, ZrO 2, BeO, In 2 O 3, SiO 2, MgAl 2 O 4 , MgSiO 3 , CaTiO 3 , SrTiO 3 , BaTiO 3 , Ce 2 O 3 , Sm 2 O 3 , MgTiO 3 and the like are desirable.

(第2条件)
上記n型半導体被膜としては、TiO2のように、水溶液中(25℃)の標準電極電位が−0.029V以下である酸化物が望ましい。
即ち、各種酸化物の標準電極電位E°/Vについて評価した結果、図6に示すように、標準電極電位E°/Vが−0.029(WO3の標準電極電位)以下である場合にはCr被毒が発生しなかったのに対して、標準電極電位E°/VがWO3よりも大きい場合にはCr被毒が発生することが確認できた。これより、標準電極電位の値でCr飛散の抑制効果の有無を判断することができることがわかる。この理由としては、標準電極電位が低いほど、酸化力が小さく、Cr(III)からCr(VI)への酸化が抑制できるためであると推定できる。
(Second condition)
As the n-type semiconductor film, an oxide having a standard electrode potential in an aqueous solution (25 ° C.) of −0.029 V or less, such as TiO 2 , is desirable.
That is, as a result of evaluating the standard electrode potential E ° / V of various oxides, as shown in FIG. 6, when the standard electrode potential E ° / V is −0.029 (standard electrode potential of WO 3 ) or less. No Cr poisoning occurred, but it was confirmed that Cr poisoning occurred when the standard electrode potential E ° / V was larger than WO 3 . From this, it can be seen that the presence or absence of the effect of suppressing Cr scattering can be determined by the value of the standard electrode potential. This can be presumed to be because the lower the standard electrode potential, the smaller the oxidizing power, and the more the oxidation from Cr (III) to Cr (VI) can be suppressed.

(第3条件)
上記n型半導体被膜としては、TiO2のように、800℃での蒸気圧が同温度でのCr23からのCrO3蒸気圧に対して、1/100以下となる酸化物が望ましい。
この理由としては、蒸気圧が高くなると、空気極に被膜材料が飛散し、物性に影響を与える可能性があるためである。
そして、この第3条件を満たすn型半導体被膜としては、図7(一部のみ示す)に示すように、TiO2、Y23、WO3、Al23、MoO2、ZrO2、BeO、MgO、SiO2、MgAl24、MgSiO3、Ce23、CaTiO3、BaTiO3、Sm23、MgTiO3、などが望ましい。尚、CaOとTiO2との複合酸化物であるCaTiO3の蒸気圧は、夫々の酸化物の高い方を越えることがないと推測されることから、その蒸気圧はTiO2の蒸気圧以下であると推測される。同様に、BaOとTiO2との複合酸化物であるBaTiO3の蒸気圧は、BaOの蒸気圧以下であると推測され、MgOとTiO2との複合酸化物であるMgTiO3の蒸気圧は、MgOの蒸気圧以下であると推測される。
(Third condition)
The n-type semiconductor film is desirably an oxide such as TiO 2 whose vapor pressure at 800 ° C. is 1/100 or less of the CrO 3 vapor pressure from Cr 2 O 3 at the same temperature.
This is because when the vapor pressure is increased, the coating material is scattered on the air electrode, which may affect the physical properties.
As an n-type semiconductor film satisfying the third condition, as shown in FIG. 7 (only a part is shown), TiO 2 , Y 2 O 3 , WO 3 , Al 2 O 3 , MoO 2 , ZrO 2 , BeO, MgO, SiO 2, MgAl 2 O 4, MgSiO 3, Ce 2 O 3, CaTiO 3, BaTiO 3, Sm 2 O 3, MgTiO 3, and desirable. Since the vapor pressure of CaTiO 3 , which is a composite oxide of CaO and TiO 2 , is not expected to exceed the higher one of the respective oxides, the vapor pressure is below the vapor pressure of TiO 2. Presumed to be. Similarly, the vapor pressure of BaTiO 3 , which is a composite oxide of BaO and TiO 2 , is estimated to be lower than the vapor pressure of BaO, and the vapor pressure of MgTiO 3 , which is a composite oxide of MgO and TiO 2 , is It is presumed that it is lower than the vapor pressure of MgO.

以上のことから、上記第1条件、第2条件、及び、第3条件をすべて満たすn型半導体被膜としては、TiO2被膜を利用することが望ましいといえる。 From the above, it can be said that it is desirable to use a TiO 2 film as the n-type semiconductor film that satisfies all of the first condition, the second condition, and the third condition.

上記各種条件を満たすTiO2に対して、NbやTaなどの5価のドープ元素をドープすることにより、電気抵抗を低下することができる。
例えば、下記の表1に示すような組成の粉末を作成し、一軸プレス、冷間等方プレス(CIP)を施した後、大気雰囲気中で1300℃の焼成温度で2時間焼成処理を行って、焼結体を得た。その焼結体より切り出した測定用サンプルについて、四端子法により、大気雰囲気中で850℃、750℃、650℃での導電性の測定を行った。その結果を、下記の表1に示す。
By doping TiO 2 that satisfies the above various conditions with a pentavalent doping element such as Nb or Ta, the electrical resistance can be lowered.
For example, a powder having the composition shown in Table 1 below is prepared, subjected to uniaxial pressing and cold isotropic pressing (CIP), and then subjected to a baking treatment at a baking temperature of 1300 ° C. for 2 hours in an air atmosphere. A sintered body was obtained. About the sample for a measurement cut out from the sintered compact, the electroconductivity was measured in air atmosphere at 850 ° C., 750 ° C., and 650 ° C. by the four-terminal method. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2009021181
Figure 2009021181

これにより、10μmのTiO2被膜を合金の表面に形成した場合の被膜の面抵抗は、下記の表2に示すようになると概算できる。 As a result, the sheet resistance when a 10 μm TiO 2 film is formed on the surface of the alloy can be estimated as shown in Table 2 below.

Figure 2009021181
Figure 2009021181

これより、TiO2に微量のドープ元素をドープすることで抵抗の低減を図ることができると考えられる。
また、TiO2では、Ti(IV)とTi(III)の混合酸化物とすることで、抵抗を下げることもできる。
From this, it is considered that resistance can be reduced by doping a small amount of doping element into TiO 2 .
Further, the TiO 2, By Ti (IV) and the mixed oxides of Ti (III), it is also possible to reduce the resistance.

また、上記TiO2被膜を形成するための成膜方法としては、欠陥や亀裂が少なく更に緻密で薄い被膜を形成するために、上記スパッタリング法、蒸着法、CVD法等の乾式成膜法や、ゾル−ゲル法等の湿式成膜法を採用することが望ましい。また、ディップ法などの湿式成膜法を採用することも、ある程度のCr被毒の抑制効果を得ることができる。また、焼成温度に昇温する際、変態のないもの、又は変態による被膜の損傷の程度が小さいものが望ましい。また、n型半導体被膜として、TiO2の単独の被膜だけでなく、それに加え、Y23、WO3、SiO2、CaTiO3、BaTiO3、Sm23、MgTiO3等の複数種の被膜を組み合わせても、Cr被毒の抑制効果を得ることができると考えられる。 Further, as a film forming method for forming the TiO 2 film, in order to form a dense and thin film with few defects and cracks, a dry film forming method such as the sputtering method, vapor deposition method, CVD method, It is desirable to employ a wet film formation method such as a sol-gel method. In addition, adopting a wet film formation method such as a dip method can also obtain a certain degree of Cr poisoning suppression effect. Moreover, when raising the temperature to the firing temperature, it is desirable that there is no transformation or that the degree of damage to the coating film due to transformation is small. Further, as the n-type semiconductor film, not only a single film of TiO 2 but also a plurality of kinds such as Y 2 O 3 , WO 3 , SiO 2 , CaTiO 3 , BaTiO 3 , Sm 2 O 3 , MgTiO 3, etc. Even if the coating is combined, it is considered that the effect of suppressing Cr poisoning can be obtained.

本発明にかかるSOFC用セル及びその製造方法は、Crを含有する合金等と空気極とを接合してなるSOFC用セルにおいて、空気極のCr被毒の発生を良好に抑制しながら、合金等と空気極との接触抵抗の増加を良好に抑制し得るSOFC用セル及びその製造方法として有効に利用可能である。   The SOFC cell and the manufacturing method thereof according to the present invention include an alloy or the like while satisfactorily suppressing the occurrence of Cr poisoning of the air electrode in the SOFC cell formed by joining an alloy containing Cr and the air electrode. It can be effectively used as an SOFC cell capable of satisfactorily suppressing an increase in contact resistance between the air electrode and the air electrode, and a manufacturing method thereof.

SOFC用セルの各要素の分解状態を示す概略斜視図The schematic perspective view which shows the decomposition | disassembly state of each element of the cell for SOFC SOFC用セルの作動原理を説明する図Diagram explaining the operating principle of SOFC cell TiO2被膜の形成方法を示すフロー図Flow chart showing TiO 2 coating formation method 実施例の模擬SOFC用セルの作動温度での保持後のCr分布を示す図The figure which shows Cr distribution after the holding | maintenance at the operating temperature of the cell for simulated SOFC of an Example 酸化物の標準生成自由エネルギーの特性を示すグラフ図Graph showing the characteristics of the standard free energy of oxide formation 酸化物の標準電極電位の特性を示す表図Table showing the standard electrode potential characteristics of oxides 酸化物の蒸気圧の特性を示すグラフ図Graph showing the vapor pressure characteristics of oxides

符号の説明Explanation of symbols

1:インタコネクト(合金又は酸化物)
1a:境界面
2a:空気流路
2:溝
2b:燃料流路
3:単セル
30:電解質膜
31:空気極
32:燃料極
C:SOFC用セル(固体酸化物形燃料電池用セル)
1: Interconnect (alloy or oxide)
1a: Interface 2a: Air channel 2: Groove 2b: Fuel channel 3: Single cell 30: Electrolyte membrane 31: Air electrode 32: Fuel electrode C: Cell for SOFC (cell for solid oxide fuel cell)

Claims (4)

Crを含有する合金又は酸化物と空気極とを接合してなる固体酸化物形燃料電池用セルの製造方法であって、
前記合金又は酸化物と前記空気極とを接合した状態で焼成する焼成処理を行う前に、前記合金又は酸化物の表面に、5価の元素であるドープ元素をドープしたTiO2被膜を形成する被膜形成処理を行うことで、前記合金又は酸化物におけるCr(VI)の酸化物の生成を抑制するCr(VI)酸化物抑制状態とすることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用セルの製造方法。
A method for producing a solid oxide fuel cell, comprising a Cr-containing alloy or oxide joined with an air electrode,
Before performing a firing treatment in which the alloy or oxide and the air electrode are joined, a TiO 2 film doped with a doping element that is a pentavalent element is formed on the surface of the alloy or oxide. A solid oxide fuel cell having a Cr (VI) oxide-suppressed state in which the formation of Cr (VI) oxide in the alloy or oxide is suppressed by performing a film forming process. Production method.
前記ドープ元素がNbである請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池用セルの製造方法。   The method for producing a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the doping element is Nb. Crを含有する合金又は酸化物と空気極とを接合してなる固体酸化物形燃料電池用セルであって、
前記合金又は酸化物の表面に、5価の元素であるドープ元素をドープしたTiO2被膜を形成してなる固体酸化物形燃料電池用セル。
A solid oxide fuel cell unit formed by joining an alloy or oxide containing Cr and an air electrode,
A cell for a solid oxide fuel cell, wherein a TiO 2 film doped with a doping element which is a pentavalent element is formed on the surface of the alloy or oxide.
前記ドープ元素がNbである請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池用セル。   The solid oxide fuel cell according to claim 3, wherein the doping element is Nb.
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WO2017029639A1 (en) * 2015-08-19 2017-02-23 Stackpole International Powder Metal, Ltd Electrically conductive fuel cell interconnector
JP2018049782A (en) * 2016-09-23 2018-03-29 新日鐵住金株式会社 Metal material, separator, cell, and fuel cell

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