JP2009187847A - Manufacturing method for support of fuel cell and manufacturing method for fuel cell - Google Patents

Manufacturing method for support of fuel cell and manufacturing method for fuel cell Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a fuel cell and a manufacturing method for a support of a fuel cell capable of restraining oxygen shortage in an electrolyte while restraining oxidation of a metal support. <P>SOLUTION: The manufacturing method for a fuel cell 100 comprises a first arrangement process of arranging a protection layer 20 made of formation metal of an oxide electrode or formation metal of an oxide electrolyte on a metal support 10 having gas permeability, a second arrangement process of arranging an oxide electrolyte 30 on the protection layer 20, and a calcining process of calcining the oxide electrolyte and the protection layer under an oxidizing atmosphere. Oxidation of the metal support can be restrained on this manufacturing method for a fuel cell since the calcining process is carried out after the protection layer is arranged. Further, oxygen shortage in the oxide electrolyte can be restrained since the oxidizing atmosphere can be used in the calcining process. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用支持体の製造方法および燃料電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell support and a method for manufacturing a fuel cell.

燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。   A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. Since this fuel cell is excellent in terms of the environment and can realize high energy efficiency, it has been widely developed as a future energy supply system.

燃料電池のうち固体の電解質を用いたものには、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池等がある。固体酸化物型燃料電池において、電解質を支持するための多孔質状の支持体を用いる場合がある。   Examples of the fuel cell using a solid electrolyte include a solid polymer fuel cell and a solid oxide fuel cell. In a solid oxide fuel cell, a porous support for supporting an electrolyte may be used.

特許文献1には、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料からなり、表裏両面に連通する多数の貫通孔を備えた多孔質セラミックス基板を用いた固体酸化物型燃料電池が開示されている。   Patent Document 1 discloses a solid oxide fuel cell using a porous ceramic substrate made of a ceramic material such as alumina or zirconia and having a large number of through-holes communicating with both front and back surfaces.

特開2005−166455号公報JP 2005-166455 A

ところで、多孔質状の支持体として多孔質状の金属支持体を用いる場合がある。この金属支持体上において電解質を焼成しようとすると、金属支持体が酸化するおそれがある。この場合、電気抵抗が増大するおそれがある。そこで、水素雰囲気において電解質を焼成しようとすると、電解質中の酸素が不足することがある。その結果、電解質に十分な導電率が得られないおそれがある。   By the way, a porous metal support may be used as the porous support. If the electrolyte is baked on the metal support, the metal support may be oxidized. In this case, the electrical resistance may increase. Therefore, when the electrolyte is baked in a hydrogen atmosphere, oxygen in the electrolyte may be insufficient. As a result, there is a possibility that sufficient conductivity cannot be obtained for the electrolyte.

本発明は、金属支持体の酸化を抑制しつつ電解質中の酸素不足を抑制することができる燃料電池の製造方法および燃料電池用支持体の製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing method of the fuel cell which can suppress the oxygen shortage in electrolyte, and the manufacturing method of the support body for fuel cells, suppressing the oxidation of a metal support body.

本発明に係る燃料電池の製造方法は、ガス透過性を有する金属支持体上に酸化物電極の構成金属または酸化物電解質の構成金属からなる保護層を配置する第1配置工程と、保護層上に酸化物電解質を配置する第2配置工程と、酸化雰囲気において酸化物電解質および保護層を焼成する焼成工程と、を含むことを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池の製造方法によれば、保護層が配置された後に焼成工程が行われることから、金属支持体の酸化が抑制される。それにより、燃料電池の電気抵抗増大を抑制することができる。また、焼成工程において酸化雰囲気を用いることができることから、酸化物電解質中の酸素不足を抑制することができる。その結果、酸化物電解質に高いイオン伝導性が得られる。   The fuel cell manufacturing method according to the present invention includes a first disposing step of disposing a protective layer made of a constituent metal of an oxide electrode or a constituent metal of an oxide electrolyte on a gas-permeable metal support, A second disposing step of disposing the oxide electrolyte, and a firing step of firing the oxide electrolyte and the protective layer in an oxidizing atmosphere. According to the method for manufacturing a fuel cell according to the present invention, since the firing step is performed after the protective layer is disposed, the oxidation of the metal support is suppressed. Thereby, an increase in electric resistance of the fuel cell can be suppressed. In addition, since an oxidizing atmosphere can be used in the firing step, oxygen deficiency in the oxide electrolyte can be suppressed. As a result, high ionic conductivity is obtained in the oxide electrolyte.

上記製造方法において、金属支持体の下面に対して、電極形成処理を行う形成処理工程をさらに含み、保護層は、酸化物電解質の構成金属であってもよい。この製造方法によれば、保護層が酸化物電解質の構成金属の場合に、金属支持体の下面に電極を形成することができる。   The manufacturing method may further include a forming process step of performing an electrode forming process on the lower surface of the metal support, and the protective layer may be a constituent metal of the oxide electrolyte. According to this manufacturing method, when the protective layer is a constituent metal of an oxide electrolyte, an electrode can be formed on the lower surface of the metal support.

上記製造方法において、焼成工程後に金属支持体の下面の酸化皮膜を除去する除去工程をさらに含んでもよい。この製造方法によれば、酸化皮膜による燃料電池の電気抵抗増大を抑制することができる。上記製造方法において、酸化物電解質上に電極を成膜する工程をさらに含んでもよい。   The manufacturing method may further include a removal step of removing the oxide film on the lower surface of the metal support after the firing step. According to this manufacturing method, an increase in electric resistance of the fuel cell due to the oxide film can be suppressed. The above manufacturing method may further include a step of forming an electrode on the oxide electrolyte.

上記製造方法において、金属支持体は、フェライト系ステンレスからなるものであってもよい。この製造方法によれば、燃料電池を安価に製造できるとともに、製造された燃料電池における金属支持体と酸化物電解質との剥離を抑制することができる。   In the above manufacturing method, the metal support may be made of ferritic stainless steel. According to this manufacturing method, the fuel cell can be manufactured at a low cost, and separation of the metal support and the oxide electrolyte in the manufactured fuel cell can be suppressed.

本発明に係る燃料電池用支持体の製造方法は、ガス透過性を有する金属支持体上に酸化物電極の構成金属または酸化物電解質の構成金属からなる保護層を配置する配置工程と、酸化雰囲気において保護層を焼成する焼成工程と、を含むことを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池用支持体の製造方法によれば、保護層が配置された後に焼成工程が行われることから、金属支持体の酸化が抑制される。それにより、燃料電池用支持体を燃料電池に用いた場合に、燃料電池の電気抵抗増大を抑制することができる。また、保護層が配置されていることから、燃料電池用支持体上において酸化物電解質を焼成する場合に、酸化物電解質中の酸素不足を抑制することができる。その結果、酸化物電解質に高いイオン伝導性が得られる。   The fuel cell support manufacturing method according to the present invention includes a disposing step of disposing a protective layer made of a constituent metal of an oxide electrode or a constituent metal of an oxide electrolyte on a metal support having gas permeability, and an oxidizing atmosphere. And a firing step of firing the protective layer. According to the method for manufacturing a fuel cell support according to the present invention, since the firing step is performed after the protective layer is disposed, the oxidation of the metal support is suppressed. Thereby, when the support body for fuel cells is used for a fuel cell, the increase in the electrical resistance of a fuel cell can be suppressed. In addition, since the protective layer is disposed, oxygen deficiency in the oxide electrolyte can be suppressed when the oxide electrolyte is baked on the fuel cell support. As a result, high ionic conductivity is obtained in the oxide electrolyte.

上記製造方法において、金属支持体は、フェライト系ステンレスからなるものであってもよい。この製造方法によれば、燃料電池支持体を安価に製造できるとともに、製造された燃料電池支持体上に酸化物電解質が成膜された場合における金属支持体と酸化物電解質との剥離を抑制することができる。   In the above manufacturing method, the metal support may be made of ferritic stainless steel. According to this manufacturing method, the fuel cell support can be manufactured at a low cost, and the separation of the metal support and the oxide electrolyte when the oxide electrolyte is formed on the manufactured fuel cell support is suppressed. be able to.

本発明によれば、金属支持体の酸化を抑制しつつ電解質中の酸素不足を抑制することができる燃料電池の製造方法および燃料電池用支持体の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the fuel cell which can suppress the oxygen deficiency in electrolyte while suppressing the oxidation of a metal support body, and the manufacturing method of the support body for fuel cells can be provided.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

本発明の実施例1に係る燃料電池100の製造方法について説明する。図1(a)〜図1(e)は、実施例1に係る燃料電池100の製造方法を示す製造工程図である。図1(a)〜図1(e)においては、断面図が示されている。   A method for manufacturing the fuel cell 100 according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1A to FIG. 1E are manufacturing process diagrams illustrating a method for manufacturing the fuel cell 100 according to the first embodiment. 1A to 1E are cross-sectional views.

まず、図1(a)に示すように、ガス透過性を有する金属支持体10を準備する。金属支持体10は、燃料電池100の支持基板としての機能を有する。金属支持体10は、複数の孔部12が形成された多孔質金属からなる。本実施例においては、孔部12は、金属支持体10の下面側から上面側に向けて貫通する貫通孔である。金属支持体10に供給されるガスは、孔部12を通って、下面側から上面側へ金属支持体10を透過する。金属支持体10の厚みは、特に限定されないが、例えば10μm〜数百μmである。孔部12の径は、特に限定されないが、例えば20μm程度である。金属支持体10を構成する金属は、特に限定されない。   First, as shown in FIG. 1A, a metal support 10 having gas permeability is prepared. The metal support 10 functions as a support substrate for the fuel cell 100. The metal support 10 is made of a porous metal having a plurality of holes 12 formed therein. In the present embodiment, the hole 12 is a through-hole penetrating from the lower surface side to the upper surface side of the metal support 10. The gas supplied to the metal support 10 passes through the hole 12 and passes through the metal support 10 from the lower surface side to the upper surface side. Although the thickness of the metal support body 10 is not specifically limited, For example, they are 10 micrometers-several hundred micrometers. The diameter of the hole 12 is not particularly limited, but is about 20 μm, for example. The metal which comprises the metal support body 10 is not specifically limited.

次いで、図1(b)に示す保護層配置工程が実行される。保護層配置工程は、金属支持体10上に保護層20を配置する工程である。保護層20は、酸化物電極の構成金属からなる。本実施例においては、保護層20は、後述するカソード電極50の構成金属からなる。カソード電極50としては、例えば、LaSrCoO,La0.8Sr0.2MnO,Pr0.8Sr0.2CoO,La0.8Sr0.2CoO,Pr0.5Sr0.5CoO,La0.8Sr0.2FeO,Pr0.8Sr0.2FeO,La0.7Sr0.25FeO,Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2,La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2,La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2等のセラミックスが用いられる。本実施例においては、一例として、カソード電極50にLaSrCoOを用いる。したがって、本実施例においては、保護層20として、LaSrCo合金を用いる。 Next, the protective layer arranging step shown in FIG. The protective layer arranging step is a step of arranging the protective layer 20 on the metal support 10. The protective layer 20 is made of a constituent metal of the oxide electrode. In the present embodiment, the protective layer 20 is made of a constituent metal of the cathode electrode 50 described later. Examples of the cathode electrode 50 include LaSrCoO 3 , La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 , Pr 0.8 Sr 0.2 CoO 3 , La 0.8 Sr 0.2 CoO 3 , and Pr 0.5 Sr 0. .5 CoO 3 , La 0.8 Sr 0.2 FeO 3 , Pr 0.8 Sr 0.2 FeO 3 , La 0.7 Sr 0.25 FeO 3 , Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Ceramics such as Fe 0.2 O 3 , La 0.8 Sr 0.2 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 , La 0.6 Sr 0.4 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 are used. . In this embodiment, as an example, LaSrCoO 3 is used for the cathode electrode 50. Therefore, in this embodiment, a LaSrCo alloy is used as the protective layer 20.

保護層20の配置方法としては、例えば、スクリーン印刷、コロイドスプレーによる吹き付け、スパッタ、イオンプレーティング、溶射、EB蒸着、ゾルゲル法、めっき等の方法が用いられる。   Examples of the method for arranging the protective layer 20 include screen printing, spraying with colloid spray, sputtering, ion plating, thermal spraying, EB deposition, sol-gel method, plating, and the like.

次いで、図1(c)に示す電解質配置工程が実行される。電解質配置工程は、保護層20上に酸化物電解質30を配置する工程である。酸化物電解質30として、酸素イオン伝導性電解質またはプロトン伝導性電解質が用いられる。酸素イオン伝導性電解質として、例えば、GdCeO,SmCeO,YSZ(ZrYO),(La,Sr)(Ga,Mg)O等のセラミックスが用いられる。プロトン伝導性電解質として、例えば、BaCeO,BaZrO,SrZrO,SrCeO等のセラミックスが用いられる。本実施例においては、酸化物電解質30として、酸素イオン伝導性を有するGdCeOを用いる。 Next, the electrolyte placement step shown in FIG. The electrolyte disposing step is a step of disposing the oxide electrolyte 30 on the protective layer 20. As the oxide electrolyte 30, an oxygen ion conductive electrolyte or a proton conductive electrolyte is used. As the oxygen ion conductive electrolyte, for example, ceramics such as GdCeO 2 , SmCeO 2 , YSZ (ZrYO 2 ), (La, Sr) (Ga, Mg) O 3 are used. As the proton conductive electrolyte, for example, ceramics such as BaCeO 3 , BaZrO 3 , SrZrO 3 , SrCeO 3 are used. In this embodiment, GdCeO 2 having oxygen ion conductivity is used as the oxide electrolyte 30.

酸化物電解質30の配置方法としては、セラミックスを配置できる方法であれば特に限定されない。酸化物電解質30の配置方法として、例えばスクリーン印刷、コロイドスプレーによる吹き付け、スパッタ、イオンプレーティング、溶射、EB蒸着、ゾルゲル法、めっき等の方法が用いられる。   The arrangement method of the oxide electrolyte 30 is not particularly limited as long as the ceramic electrolyte can be arranged. As a method for arranging the oxide electrolyte 30, for example, methods such as screen printing, spraying with a colloid spray, sputtering, ion plating, thermal spraying, EB deposition, sol-gel method, plating, and the like are used.

次いで、図1(d)に示す焼成工程が実行される。焼成工程は、酸素を含む酸化雰囲気で、保護層20および酸化物電解質30を焼成する工程である。焼成工程によって、酸化物電解質30が緻密になるとともに、保護層20を構成するLaSrCo合金は、酸化してLaSrCoOになる。焼成条件は、酸化物電解質30を緻密化でき、保護層20を酸化できるのであれば特に限定されない。本実施例においては、雰囲気は大気雰囲気であり、温度は1200℃〜1400℃程度であり、時間は約3時間程度である。図1(d)の工程によって、保護層20は酸化して電極活性を備えるようになる。つまり、図1(d)の工程によって、保護層20は、カソード電極50としての機能を発揮できるようになる。 Subsequently, the baking process shown in FIG.1 (d) is performed. The firing step is a step of firing the protective layer 20 and the oxide electrolyte 30 in an oxidizing atmosphere containing oxygen. By the firing step, the oxide electrolyte 30 becomes dense and the LaSrCo alloy constituting the protective layer 20 is oxidized to LaSrCoO 3 . The firing conditions are not particularly limited as long as the oxide electrolyte 30 can be densified and the protective layer 20 can be oxidized. In this embodiment, the atmosphere is an air atmosphere, the temperature is about 1200 ° C. to 1400 ° C., and the time is about 3 hours. Through the process of FIG. 1D, the protective layer 20 is oxidized to have electrode activity. That is, the protective layer 20 can exhibit the function as the cathode electrode 50 by the process of FIG.

次いで、図1(e)に示すアノード電極成膜工程が実行される。アノード電極成膜工程は、酸化物電解質30上にアノード電極40を成膜する工程である。アノード電極40としては、例えば、(GdCeO+NiO),(SmCeO+NiO),(YSZ(ZrYO)+NiO),((La,Sr)(Ga,Mg)O+NiO)等のセラミックスが用いられる。本実施例において、アノード電極40として、(GdCeO+NiO)を用いる。 Next, the anode electrode film forming step shown in FIG. The anode electrode film forming step is a step of forming the anode electrode 40 on the oxide electrolyte 30. As the anode electrode 40, for example, ceramics such as (GdCeO 2 + NiO), (SmCeO 2 + NiO), (YSZ (ZrYO 2 ) + NiO), ((La, Sr) (Ga, Mg) O 3 + NiO) are used. . In this embodiment, (GdCeO 2 + NiO) is used as the anode electrode 40.

アノード電極40の成膜方法としては、セラミックスを成膜できる方法であれば特に限定されない。アノード電極40の成膜方法として、例えばスクリーン印刷、コロイドスプレーによる吹き付け、スパッタ、イオンプレーティング、溶射、EB蒸着、ゾルゲル法、めっき等の方法が用いられる。以上の製造方法により、燃料電池100は製造される。   The method for forming the anode electrode 40 is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a ceramic film. As a method for forming the anode electrode 40, for example, methods such as screen printing, spraying with colloid spray, sputtering, ion plating, thermal spraying, EB deposition, sol-gel method, plating, etc. are used. The fuel cell 100 is manufactured by the above manufacturing method.

燃料電池100は、以下の作用によって発電される。まず、アノード電極40には水素(H)が供給される。金属支持体10には、酸素(O)が供給される。金属支持体10に供給された酸素は、孔部12を介して、カソード電極50に到達する。 The fuel cell 100 generates power by the following action. First, hydrogen (H 2 ) is supplied to the anode electrode 40. Oxygen (O 2 ) is supplied to the metal support 10. Oxygen supplied to the metal support 10 reaches the cathode electrode 50 through the hole 12.

カソード電極50においては、金属支持体10を透過してカソード電極50に到達した酸素と、外部電気回路を通ってカソード電極50に到達した電子と、が反応して酸素イオンになる。酸素イオンは、酸化物電解質30を伝導してアノード電極40側に移動する。   In the cathode electrode 50, oxygen that has passed through the metal support 10 and reached the cathode electrode 50 reacts with electrons that have reached the cathode electrode 50 through an external electric circuit to become oxygen ions. The oxygen ions are transferred to the anode electrode 40 side through the oxide electrolyte 30.

アノード電極40に供給された水素は、アノード電極40において電子を放出するとともに、カソード電極50側から酸化物電解質30中を移動してくる酸素イオンと反応して水(HO)になる。放出された電子は、アノード電極40とカソード電極50とを電気的に接続する外部電気回路によって外部に取り出される。外部に取り出された電子は、電気的な仕事をした後に、カソード電極50に到達する。以上の作用によって、発電が行われる。 The hydrogen supplied to the anode electrode 40 emits electrons at the anode electrode 40 and reacts with oxygen ions moving through the oxide electrolyte 30 from the cathode electrode 50 side to become water (H 2 O). The emitted electrons are taken out by an external electric circuit that electrically connects the anode electrode 40 and the cathode electrode 50. The electrons taken out to the outside reach the cathode electrode 50 after performing electrical work. Power generation is performed by the above operation.

本実施例に係る燃料電池100の製造方法によれば、保護層20が配置された後に焼成工程が行われることから、金属支持体10の酸化が抑制される。それにより、燃料電池100の電気抵抗増大を抑制することができる。また、焼成工程において酸化雰囲気を用いることができることから、酸化物電解質30中の酸素不足を抑制することができる。その結果、酸化物電解質30に高いイオン伝導性が得られる。   According to the method for manufacturing the fuel cell 100 according to the present embodiment, since the firing step is performed after the protective layer 20 is disposed, the oxidation of the metal support 10 is suppressed. Thereby, an increase in electric resistance of the fuel cell 100 can be suppressed. In addition, since an oxidizing atmosphere can be used in the firing step, oxygen deficiency in the oxide electrolyte 30 can be suppressed. As a result, high ionic conductivity is obtained in the oxide electrolyte 30.

なお、本実施例において、保護層20は、カソード電極50の構成金属からなるが、これに限定されない。例えば、保護層20は、アノード電極40の構成金属からなってもよい。この場合、例えばアノード電極40が(GdCeO+NiO)の場合には、保護層20は、GdCeNi合金である。また、この場合、図1(e)の工程では、カソード電極50の代わりにアノード電極40が配置される。 In the present embodiment, the protective layer 20 is made of a constituent metal of the cathode electrode 50, but is not limited thereto. For example, the protective layer 20 may be made of a constituent metal of the anode electrode 40. In this case, for example, when the anode electrode 40 is (GdCeO 2 + NiO), the protective layer 20 is a GdCeNi alloy. In this case, the anode electrode 40 is disposed instead of the cathode electrode 50 in the step of FIG.

また、金属支持体10としてフェライト系ステンレスを用いることが好ましい。フェライト系ステンレスは、安価に入手できるとともに、酸化物電解質30に近い熱膨張率を有するからである。なお、金属支持体10の熱膨張率と酸化物電解質30の熱膨張率とが近いと、金属支持体10と酸化物電解質30との剥離が抑制される。   Moreover, it is preferable to use ferritic stainless steel as the metal support 10. This is because ferritic stainless steel is available at low cost and has a thermal expansion coefficient close to that of the oxide electrolyte 30. Note that when the coefficient of thermal expansion of the metal support 10 and the coefficient of thermal expansion of the oxide electrolyte 30 are close, peeling between the metal support 10 and the oxide electrolyte 30 is suppressed.

また、酸化物電解質30とアノード電極40とは、同じセラミックスを含むことが好ましい。この場合、酸化物電解質30の結晶構造とアノード電極40との結晶構造が近くなることから、酸化物電解質30とアノード電極40との結合が強固になるからである。例えば、酸化物電解質30がGdCeOの場合、アノード電極40は(GdCeO+NiO)であり、酸化物電解質30がYSZ(ZrYO)の場合、アノード電極40は(YSZ(ZrYO)+NiO)であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the oxide electrolyte 30 and the anode electrode 40 contain the same ceramics. In this case, since the crystal structure of the oxide electrolyte 30 and the crystal structure of the anode electrode 40 are close to each other, the bond between the oxide electrolyte 30 and the anode electrode 40 is strengthened. For example, when the oxide electrolyte 30 is GdCeO 2 , the anode electrode 40 is (GdCeO 2 + NiO), and when the oxide electrolyte 30 is YSZ (ZrYO 2 ), the anode electrode 40 is (YSZ (ZrYO 2 ) + NiO). Preferably there is.

本実施例において、図1(b)の保護層配置工程が請求項1記載の第1配置工程に相当し、図1(c)の電解質配置工程が請求項1記載の第2配置工程に相当し、図1(d)の焼成工程が請求項1記載の焼成工程に相当する。   In this embodiment, the protective layer arranging step of FIG. 1B corresponds to the first arranging step according to claim 1, and the electrolyte arranging step of FIG. 1C corresponds to the second arranging step of claim 1. The firing step in FIG. 1D corresponds to the firing step described in claim 1.

また、本実施例において、燃料電池用支持体を製造する場合には、図1(a)および図1(b)の工程を実行した後に、図1(d)の工程を実行すればよい。この場合、図1(b)の保護層配置工程が請求項6記載の配置工程に相当し、図1(d)の焼成工程が請求項6記載の焼成工程に相当する。   In this embodiment, when manufacturing a fuel cell support, the process of FIG. 1 (d) may be performed after the processes of FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b) are performed. In this case, the protective layer arranging step of FIG. 1B corresponds to the arranging step described in claim 6, and the baking step of FIG. 1D corresponds to the baking step of claim 6.

続いて、本発明の実施例2に係る燃料電池100aの製造方法について説明する。図2(a)〜図2(f)は、実施例2に係る燃料電池100aの製造方法を示す製造工程図である。図2(a)〜図2(f)においては、断面図が示されている。まず、図2(a)に示すように、金属支持体10を準備する。図2(a)の工程は図1(a)の工程と同様のため、説明を省略する。   Then, the manufacturing method of the fuel cell 100a which concerns on Example 2 of this invention is demonstrated. FIG. 2A to FIG. 2F are manufacturing process diagrams illustrating a method of manufacturing the fuel cell 100a according to the second embodiment. 2A to 2F, cross-sectional views are shown. First, as shown in FIG. 2A, a metal support 10 is prepared. The process of FIG. 2A is the same as the process of FIG.

次いで、図2(b)に示す保護層配置工程が実行される。保護層配置工程は、金属支持体10上に保護層20aを配置する工程である。保護層20aは、酸化物電解質30の構成金属からなる点において、図1(b)の保護層20と異なる。その他の構成は図1(b)の保護層20と同様のため、説明を省略する。   Next, the protective layer arranging step shown in FIG. The protective layer arranging step is a step of arranging the protective layer 20 a on the metal support 10. The protective layer 20a is different from the protective layer 20 of FIG. 1B in that it is made of a constituent metal of the oxide electrolyte 30. Other configurations are the same as those of the protective layer 20 in FIG.

酸化物電解質30の構成金属は、例えば酸化物電解質30がGdCeOの場合には、GdおよびCeである。つまり、この場合、保護層20aは、GdCe合金からなる。 For example, when the oxide electrolyte 30 is GdCeO 2 , the constituent metals of the oxide electrolyte 30 are Gd and Ce. That is, in this case, the protective layer 20a is made of a GdCe alloy.

保護層20aの配置方法としては、例えば、スクリーン印刷、コロイドスプレーによる吹き付け、スパッタ、イオンプレーティング、溶射、EB蒸着、ゾルゲル法、めっき等の方法が用いられる。   As a method for arranging the protective layer 20a, for example, methods such as screen printing, spraying with a colloid spray, sputtering, ion plating, thermal spraying, EB deposition, sol-gel method, plating, and the like are used.

次いで、図2(c)に示す電解質配置工程が実行される。電解質配置工程は、保護層20a上に酸化物電解質30を配置する工程である。図2(c)の電解質配置工程は、図1(c)の電解質配置工程と同様のため、説明を省略する。   Next, the electrolyte placement step shown in FIG. The electrolyte disposing step is a step of disposing the oxide electrolyte 30 on the protective layer 20a. The electrolyte arrangement process in FIG. 2C is the same as the electrolyte arrangement process in FIG.

次いで、図2(d)に示すカソード電極形成処理工程が実行される。カソード電極形成処理工程は、金属支持体10の下面に対して、カソード電極50を形成する処理を行う工程である。本実施例においては、カソード電極50として、例えば、LaSrCoOが形成処理される。カソード電極50の形成処理方法としては、例えば、スクリーン印刷、コロイドスプレーによる吹き付け、スパッタ、イオンプレーティング、溶射、EB蒸着、ゾルゲル法、めっき等の方法が用いられる。本実施例においては、図2(d)の工程によって、金属支持体10の孔部12にカソード電極50が形成される。 Next, the cathode electrode forming process shown in FIG. The cathode electrode forming process is a process for forming the cathode electrode 50 on the lower surface of the metal support 10. In the present embodiment, for example, LaSrCoO 3 is formed as the cathode electrode 50. Examples of the method for forming the cathode electrode 50 include screen printing, spraying with colloid spray, sputtering, ion plating, thermal spraying, EB deposition, sol-gel method, plating, and the like. In the present embodiment, the cathode electrode 50 is formed in the hole 12 of the metal support 10 by the process of FIG.

次いで、図2(e)に示す焼成工程が実行される。焼成工程は、酸化雰囲気で、保護層20aおよび酸化物電解質30を焼成する工程である。焼成工程によって、保護層20aを構成するGdCe合金が酸化してGdCeOになるとともに、酸化物電解質30および保護層20aを構成するGdCeOが緻密化する。本実施例においては、雰囲気は大気雰囲気であり、温度は1200℃〜1400℃程度であり、時間は約3時間程度である。 Next, the firing step shown in FIG. The firing step is a step of firing the protective layer 20a and the oxide electrolyte 30 in an oxidizing atmosphere. By the firing step, the GdCe alloy constituting the protective layer 20a is oxidized to GdCeO 2 and the oxide electrolyte 30 and GdCeO 2 constituting the protective layer 20a are densified. In this embodiment, the atmosphere is an air atmosphere, the temperature is about 1200 ° C. to 1400 ° C., and the time is about 3 hours.

図2(e)の工程によって、保護層20aは酸化してイオン伝導性を発揮できるようになる。つまり、図2(e)の工程によって、保護層20aは酸化物電解質としての機能を発揮できるようになる。図2(e)の工程後の保護層20aを酸化物電解質30aと称する。この場合、酸化物電解質30aと酸化物電解質30とが一体となって、燃料電池100aの電解質として機能する。   2E, the protective layer 20a is oxidized to exhibit ionic conductivity. That is, the protective layer 20a can exhibit a function as an oxide electrolyte by the process of FIG. The protective layer 20a after the step of FIG. 2 (e) is referred to as an oxide electrolyte 30a. In this case, the oxide electrolyte 30a and the oxide electrolyte 30 are integrated to function as the electrolyte of the fuel cell 100a.

次いで、図2(f)に示すアノード電極成膜工程が実行される。アノード電極成膜工程は、図2(c)の電解質配置工程で配置された酸化物電解質30上にアノード電極40を配置する工程である。図2(f)の第2電極配置工程は、図1(e)のアノード電極成膜工程と同様のため、説明を省略する。以上の製造方法により、燃料電池100aは製造される。   Next, the anode electrode film forming step shown in FIG. The anode electrode film forming step is a step of disposing the anode electrode 40 on the oxide electrolyte 30 disposed in the electrolyte disposing step of FIG. The second electrode placement step in FIG. 2F is the same as the anode electrode film formation step in FIG. The fuel cell 100a is manufactured by the above manufacturing method.

本実施例に係る燃料電池100aの製造方法によれば、保護層20aが配置された後に焼成工程が行われることから、金属支持体10の酸化が抑制される。それにより、燃料電池100aの電気抵抗増大を抑制することができる。また、焼成工程において酸化雰囲気を用いることができることから、酸化物電解質30,30a中の酸素不足を抑制することができる。その結果、酸化物電解質30,30aに高いイオン伝導性が得られる。   According to the manufacturing method of the fuel cell 100a according to the present embodiment, since the firing step is performed after the protective layer 20a is disposed, the oxidation of the metal support 10 is suppressed. Thereby, an increase in electric resistance of the fuel cell 100a can be suppressed. In addition, since an oxidizing atmosphere can be used in the firing step, oxygen deficiency in the oxide electrolytes 30 and 30a can be suppressed. As a result, high ionic conductivity is obtained in the oxide electrolytes 30 and 30a.

なお、図2(d)の工程において、カソード電極50が形成処理されるが、これに限定されない。例えば、図2(d)の工程において、アノード電極40が形成処理されてもよい。この場合、図2(f)の工程では、アノード電極40の代わりにカソード電極50が成膜される。   In the step of FIG. 2D, the cathode electrode 50 is formed, but the present invention is not limited to this. For example, the anode electrode 40 may be formed in the process of FIG. In this case, in the step of FIG. 2 (f), the cathode electrode 50 is formed instead of the anode electrode 40.

また、図2(d)のカソード電極形成処理工程は、図2(e)の焼成工程の前に実行されているが、これに限られない。カソード電極形成処理工程の実行時期は、特に限定されない。   Moreover, although the cathode electrode formation process of FIG.2 (d) is performed before the baking process of FIG.2 (e), it is not restricted to this. The execution time of the cathode electrode forming process is not particularly limited.

本実施例において、図2(b)の保護層配置工程が請求項1記載の第1配置工程に相当し、図2(c)の電解質配置工程が請求項1記載の第2配置工程に相当し、図2(d)のカソード電極形成処理工程が請求項2記載の形成処理工程に相当し、図2(e)の焼成工程が請求項1記載の焼成工程に相当する。   In this embodiment, the protective layer arranging step in FIG. 2B corresponds to the first arranging step according to claim 1, and the electrolyte arranging step in FIG. 2C corresponds to the second arranging step according to claim 1. 2 (d) corresponds to the forming process described in claim 2, and the baking process in FIG. 2 (e) corresponds to the baking process described in claim 1.

また、本実施例において、燃料電池用支持体を製造する場合には、図2(a)および図2(b)の工程を実行した後に、図2(e)の工程を実行すればよい。この場合、図2(b)の保護層配置工程が請求項6記載の配置工程に相当し、図2(e)の焼成工程が請求項6記載の焼成工程に相当する。   Further, in the present embodiment, when the fuel cell support is manufactured, the step of FIG. 2 (e) may be executed after the steps of FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b) are executed. In this case, the protective layer arranging step in FIG. 2B corresponds to the arranging step described in claim 6, and the baking step in FIG. 2E corresponds to the baking step described in claim 6.

続いて、本発明の実施例3に係る燃料電池スタック200の製造方法について説明する。図3(a)〜図3(c)は、実施例3に係る燃料電池スタック200の製造方法を示す製造工程図である。図3(a)〜図3(c)においては、断面図が示されている。まず、図3(a)に示すように、燃料電池100bを準備する。燃料電池100bとして、実施例1に係る製造方法で製造された燃料電池100および実施例2に係る製造方法で製造された燃料電池100aのいずれかを用いることができる。本実施例において、燃料電池100bとして、実施例1に係る燃料電池100を用いる。   Then, the manufacturing method of the fuel cell stack 200 which concerns on Example 3 of this invention is demonstrated. FIG. 3A to FIG. 3C are manufacturing process diagrams illustrating a method for manufacturing the fuel cell stack 200 according to the third embodiment. 3A to 3C are cross-sectional views. First, as shown in FIG. 3A, a fuel cell 100b is prepared. As the fuel cell 100b, either the fuel cell 100 manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment or the fuel cell 100a manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment can be used. In the present embodiment, the fuel cell 100 according to the first embodiment is used as the fuel cell 100b.

次いで、図3(b)に示す酸化皮膜除去工程が実行される。金属支持体10が金属からなる場合には、燃料電池100bの金属支持体10のカソード電極50と反対側の面には、図1(d)の焼成工程によって、酸化皮膜が形成されている。そこで、酸化皮膜除去工程において、燃料電池100bの金属支持体10のカソード電極50と反対側の面に形成された酸化皮膜を除去する。酸化皮膜除去方法としては、機械研磨、ケミカルエッチング等の酸化皮膜除去方法を用いることができる。   Next, the oxide film removal step shown in FIG. In the case where the metal support 10 is made of metal, an oxide film is formed on the surface of the metal support 10 of the fuel cell 100b opposite to the cathode electrode 50 by the firing process of FIG. Therefore, in the oxide film removal step, the oxide film formed on the surface opposite to the cathode electrode 50 of the metal support 10 of the fuel cell 100b is removed. As the oxide film removal method, an oxide film removal method such as mechanical polishing or chemical etching can be used.

次いで、図3(c)に示すように、セパレータ60を介して複数の燃料電池100bを積層する。以上の製造方法により、燃料電池スタック200は製造される。本実施例に係る燃料電池スタック200の製造方法によれば、酸化皮膜による電気抵抗増大を抑制することができる。   Next, as shown in FIG. 3C, a plurality of fuel cells 100 b are stacked via the separator 60. The fuel cell stack 200 is manufactured by the above manufacturing method. According to the manufacturing method of the fuel cell stack 200 according to the present embodiment, an increase in electric resistance due to the oxide film can be suppressed.

図1(a)〜図1(e)は、実施例1に係る燃料電池の製造方法を示す製造工程図である。FIG. 1A to FIG. 1E are manufacturing process diagrams illustrating a method of manufacturing a fuel cell according to the first embodiment. 図2(a)〜図2(f)は、実施例2に係る燃料電池の製造方法を示す製造工程図である。FIG. 2A to FIG. 2F are manufacturing process diagrams illustrating a method of manufacturing a fuel cell according to the second embodiment. 図3(a)〜図3(c)は、実施例3に係る燃料電池スタックの製造方法を示す製造工程図である。FIG. 3A to FIG. 3C are manufacturing process diagrams illustrating a method for manufacturing a fuel cell stack according to the third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 金属支持体
12 孔部
20 保護層
30 酸化物電解質
40 アノード電極
50 カソード電極
60 セパレータ
100 燃料電池
200 燃料電池スタック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Metal support body 12 Hole part 20 Protective layer 30 Oxide electrolyte 40 Anode electrode 50 Cathode electrode 60 Separator 100 Fuel cell 200 Fuel cell stack

Claims (7)

ガス透過性を有する金属支持体上に酸化物電極の構成金属または酸化物電解質の構成金属からなる保護層を配置する第1配置工程と、
前記保護層上に酸化物電解質を配置する第2配置工程と、
酸化雰囲気において前記酸化物電解質および前記保護層を焼成する焼成工程と、を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。
A first disposing step of disposing a protective layer made of a constituent metal of an oxide electrode or a constituent metal of an oxide electrolyte on a metal support having gas permeability;
A second disposing step of disposing an oxide electrolyte on the protective layer;
And a firing step of firing the oxide electrolyte and the protective layer in an oxidizing atmosphere.
前記金属支持体の下面に対して、電極形成処理を行う形成処理工程をさらに含み、
前記保護層は、前記酸化物電解質の構成金属であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池の製造方法。
Further comprising a forming process step of performing an electrode forming process on the lower surface of the metal support,
The method for manufacturing a fuel cell according to claim 1, wherein the protective layer is a constituent metal of the oxide electrolyte.
前記焼成工程後に前記金属支持体の下面の酸化皮膜を除去する除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池の製造方法。   3. The method of manufacturing a fuel cell according to claim 1, further comprising a removing step of removing an oxide film on a lower surface of the metal support after the firing step. 4. 前記酸化物電解質上に電極を成膜する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池の製造方法。   The method for producing a fuel cell according to claim 1, further comprising a step of forming an electrode on the oxide electrolyte. 前記金属支持体は、フェライト系ステンレスからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池の製造方法。   The method of manufacturing a fuel cell according to claim 1, wherein the metal support is made of ferritic stainless steel. ガス透過性を有する金属支持体上に酸化物電極の構成金属または酸化物電解質の構成金属からなる保護層を配置する配置工程と、
酸化雰囲気において前記保護層を焼成する焼成工程と、を含むことを特徴とする燃料電池用支持体の製造方法。
A disposing step of disposing a protective layer made of a constituent metal of an oxide electrode or a constituent metal of an oxide electrolyte on a metal support having gas permeability;
And a firing step of firing the protective layer in an oxidizing atmosphere.
前記金属支持体は、フェライト系ステンレスからなることを特徴とする請求項6記載の燃料電池用支持体の製造方法。   The method of manufacturing a fuel cell support according to claim 6, wherein the metal support is made of ferritic stainless steel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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