JP2012124167A - Method of manufacturing composite substrate and method of manufacturing solid oxide fuel cell - Google Patents

Method of manufacturing composite substrate and method of manufacturing solid oxide fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2012124167A
JP2012124167A JP2012001993A JP2012001993A JP2012124167A JP 2012124167 A JP2012124167 A JP 2012124167A JP 2012001993 A JP2012001993 A JP 2012001993A JP 2012001993 A JP2012001993 A JP 2012001993A JP 2012124167 A JP2012124167 A JP 2012124167A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrolyte layer
composite substrate
fuel cell
solid oxide
forming sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012001993A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5412534B2 (en
Inventor
Hiroyuki Yoshida
洋之 吉田
Toru Inagaki
亨 稲垣
Hideyuki Nagahara
秀行 長原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kansai Electric Power Co Inc
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kansai Electric Power Co Inc filed Critical Kansai Electric Power Co Inc
Priority to JP2012001993A priority Critical patent/JP5412534B2/en
Publication of JP2012124167A publication Critical patent/JP2012124167A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5412534B2 publication Critical patent/JP5412534B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a composite substrate in which a dense electrolyte layer can be formed thin and the characteristics of a solid oxide fuel cell can be enhanced, and to provide a method of manufacturing a solid oxide fuel cell.SOLUTION: The method of manufacturing a composite substrate includes a step for preparing a sheet for forming a dense electrolyte layer, a step for preparing a sheet for forming a porous electrolyte layer, a step for forming a sheet laminate by superimposing the sheet for forming a dense electrolyte layer and the sheet for forming a porous electrolyte layer, and a step for firing the sheet laminate. The powder that is heat treated in order to progress the sintering is contained more in the sheet for forming a porous electrolyte layer than in the sheet for forming a dense electrolyte layer. A method of manufacturing a solid oxide fuel cell is also provided.

Description

本発明は、複合基板の製造方法および固体酸化物形燃料電池セルの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a composite substrate and a method for manufacturing a solid oxide fuel cell.

近年、環境問題および資源問題などに起因して、クリーンなエネルギ源が求められている。そのようなエネルギ源としては、たとえば燃料電池が期待されている。燃料電池は、燃料を電気化学的に酸化することによって、燃焼によって生じるはずのエネルギを熱エネルギとしてではなく電気エネルギとして取り出すことに特徴がある。   In recent years, clean energy sources have been demanded due to environmental problems and resource problems. For example, a fuel cell is expected as such an energy source. A fuel cell is characterized in that energy that should be generated by combustion is extracted as electric energy instead of heat energy by electrochemically oxidizing fuel.

このような燃料電池の中でも固体酸化物形燃料電池は、約1000℃という極めて高温で作動させるものであるため、たとえば排熱を有効利用できるなどの利点を有している。   Among such fuel cells, the solid oxide fuel cell is operated at an extremely high temperature of about 1000 ° C., and thus has an advantage that, for example, exhaust heat can be effectively used.

図7に、従来の固体酸化物形燃料電池に用いられる固体酸化物形燃料電池セルの一例の模式的な構成図を示す。ここで、固体酸化物形燃料電池セル100は、酸化物イオン伝導体である緻密電解質層112の両側にそれぞれ空気極114および燃料極113を配置してなる構造を有している。そして、空気極114側に酸素または空気を導入し、燃料極113側に水素を導入して、約1000℃で固体酸化物形燃料電池セル100を作動させる。   In FIG. 7, the typical block diagram of an example of the solid oxide fuel cell used for the conventional solid oxide fuel cell is shown. Here, the solid oxide fuel cell 100 has a structure in which an air electrode 114 and a fuel electrode 113 are respectively disposed on both sides of a dense electrolyte layer 112 that is an oxide ion conductor. Then, oxygen or air is introduced to the air electrode 114 side, hydrogen is introduced to the fuel electrode 113 side, and the solid oxide fuel cell 100 is operated at about 1000 ° C.

すると、空気極114では(1/2)O2+2e-→O2-の反応によって酸化物イオン(O2-)が生じ、酸化物イオン(O2-)は緻密電解質層112を伝導して燃料極113に向かって移動する。そして、酸化物イオン(O2-)が燃料極113に到達すると、H2+O2-→H2O+2e-の反応によって電子(e-)が放出されて水(H2O)が生じ、電子(e-)は外部回路を通って空気極114に流れる。 Then, oxide ions (O 2− ) are generated by the reaction of (1/2) O 2 + 2e → O 2− at the air electrode 114, and the oxide ions (O 2− ) are conducted through the dense electrolyte layer 112. It moves toward the fuel electrode 113. When the oxide ions (O 2− ) reach the fuel electrode 113, electrons (e ) are released by the reaction of H 2 + O 2− → H 2 O + 2e , and water (H 2 O) is generated. (E ) flows to the air electrode 114 through an external circuit.

ここで、従来の固体酸化物形燃料電池セル100において、緻密電解質層112は、その両側に流れているガス同士が接触しないような構成とする必要があるために緻密な電解質セラミックから構成されている。一般に、緻密な電解質セラミックは機械的強度が大きいことから、従来の固体酸化物形燃料電池セル100は、緻密電解質層112で固体酸化物形燃料電池セルの強度を保つ電解質支持構造の固体酸化物形燃料電池セルとされていることが多い。   Here, in the conventional solid oxide fuel cell 100, the dense electrolyte layer 112 is made of a dense electrolyte ceramic because it needs to be configured so that the gases flowing on both sides thereof do not contact each other. Yes. In general, since a dense electrolyte ceramic has high mechanical strength, the conventional solid oxide fuel cell 100 is a solid oxide having an electrolyte support structure that maintains the strength of the solid oxide fuel cell with a dense electrolyte layer 112. Often referred to as a fuel cell.

図8に、図7に示す従来の固体酸化物形燃料電池セル100の等価電気回路図を示す。図8に示すように、従来の固体酸化物形燃料電池セル100に発生する電圧Vcellは、起電力E0(空気中の酸素のポテンシャルと燃料中の酸素のポテンシャルとの差)から空気極114の過電圧(ηc)と緻密電解質層112の抵抗に起因する電圧(iRel)と燃料極113の過電圧(ηa)とをそれぞれ差し引いたものに相当する。 FIG. 8 shows an equivalent electric circuit diagram of the conventional solid oxide fuel cell 100 shown in FIG. As shown in FIG. 8, the voltage V cell generated in the conventional solid oxide fuel cell 100 is determined from the electromotive force E 0 (difference between the oxygen potential in the air and the oxygen potential in the fuel). This corresponds to a value obtained by subtracting the overvoltage (η c ) of 114, the voltage (iR el ) resulting from the resistance of the dense electrolyte layer 112, and the overvoltage (η a ) of the fuel electrode 113.

ここで、緻密電解質層112の抵抗に起因する電圧(iRel)は電流iに比例して大きくなるが、空気極114の過電圧(ηc)および燃料極113の過電圧(ηa)はそれぞれ電流iの対数(logi)に比例して大きくなる。したがって、固体酸化物形燃料電池セル100においては、発電時の電流密度が高くなるにつれて緻密電解質層112の抵抗成分により電圧Vcellが低下する割合が増加することになる。 Here, the voltage due to the resistance of the dense electrolyte layer 112 (iR el) is increased in proportion to the current i, overvoltage overvoltage of the air electrode 114 (eta c) and the fuel electrode 113 (η a) each current It increases in proportion to the logarithm (logi) of i. Therefore, in the solid oxide fuel cell 100, the rate at which the voltage Vcell decreases due to the resistance component of the dense electrolyte layer 112 increases as the current density during power generation increases.

そこで、たとえば図9に示すように、緻密電解質層112を薄く形成する一方で、燃料極113で固体酸化物形燃料電池セルの強度を保つ燃料極支持構造の固体酸化物形燃料電池セル101も作製されている(たとえば、非特許文献1〜3参照)。   Therefore, for example, as shown in FIG. 9, while the dense electrolyte layer 112 is formed thin, the solid oxide fuel cell 101 having a fuel electrode support structure that maintains the strength of the solid oxide fuel cell at the fuel electrode 113 is also provided. (For example, refer nonpatent literatures 1-3.).

このような燃料極支持構造の固体酸化物形燃料電池セル101は、以下のようにして作製される。まず、図10(a)の模式的斜視図に示すように、緻密電解質層用セラミック粉末とバインダー等とを混合してテープ状に成形した緻密電解質層形成用シート112aと、燃料極用セラミック粉末とバインダー等とを混合してテープ状に成形した燃料極形成用シート113aとを重ね合わせる。   The solid oxide fuel cell 101 having such a fuel electrode support structure is manufactured as follows. First, as shown in the schematic perspective view of FIG. 10 (a), a dense electrolyte layer forming sheet 112a formed by mixing a ceramic powder for a dense electrolyte layer and a binder or the like into a tape shape, and a ceramic powder for a fuel electrode And a fuel electrode forming sheet 113a formed in a tape shape by mixing a binder and the like.

次に、緻密電解質層形成用シート112aと燃料極形成用シート113aとを重ね合わせた積層体を焼成することによって緻密電解質層形成用シート112aおよび燃料極形成用シート113aを共焼結して、図10(b)の模式的斜視図に示す構成の複合基板110を形成する。ここで、複合基板110は、多孔の電解質セラミックから形成された厚みのある燃料極113上に緻密な電解質セラミックから形成された薄い緻密電解質層112が接合された構成を有している。   Next, the dense electrolyte layer forming sheet 112a and the fuel electrode forming sheet 113a are co-sintered by firing a laminate in which the dense electrolyte layer forming sheet 112a and the fuel electrode forming sheet 113a are overlapped, A composite substrate 110 having the configuration shown in the schematic perspective view of FIG. Here, the composite substrate 110 has a configuration in which a thin dense electrolyte layer 112 made of a dense electrolyte ceramic is bonded to a thick fuel electrode 113 made of a porous electrolyte ceramic.

その後、図10(c)の模式的斜視図に示すように、複合基板110の緻密電解質層112側の表面に空気極114を形成することによって、燃料極支持構造の固体酸化物形燃料電池セル101が形成される。   Thereafter, as shown in the schematic perspective view of FIG. 10C, the air electrode 114 is formed on the surface of the composite substrate 110 on the dense electrolyte layer 112 side, so that the solid oxide fuel cell having the fuel electrode support structure is formed. 101 is formed.

上記のような燃料極支持構造の固体酸化物形燃料電池セル101の緻密電解質層112としてはイットリア安定化ジルコニア(YSZ)などのジルコニア系の電解質セラミックが用いられ、燃料極113としてはNiOが用いられることが多い。   A zirconia-based electrolyte ceramic such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) is used as the dense electrolyte layer 112 of the solid oxide fuel cell 101 having the fuel electrode support structure as described above, and NiO is used as the fuel electrode 113. It is often done.

一方、近年では、ランタンガレート(LSGM)系の電解質セラミックが発見されており、このLSGM系の電解質セラミックは、800℃以下の中温領域でYSZの数倍という良好な酸化物イオン伝導性を示すことが報告されている(たとえば、非特許文献4参照)。   On the other hand, in recent years, a lanthanum gallate (LSGM) -based electrolyte ceramic has been discovered, and this LSGM-based electrolyte ceramic exhibits a good oxide ion conductivity of several times that of YSZ in an intermediate temperature region of 800 ° C. or lower. Has been reported (for example, see Non-Patent Document 4).

また、LSGM系の電解質セラミックから形成された緻密電解質層を用いた場合には、800℃以下で非常に高い出力の固体酸化物形燃料電池セルが得られることも報告されている(たとえば、非特許文献5参照)。   It has also been reported that when a dense electrolyte layer formed from an LSGM-based electrolyte ceramic is used, a solid oxide fuel cell having a very high output at 800 ° C. or lower can be obtained (for example, (See Patent Document 5).

また、LSGM系の電解質セラミックから形成された薄い緻密電解質層を用いた燃料極支持構造の固体酸化物形燃料電池セルは極めて良好な特性を示すことが期待されている(たとえば、非特許文献6参照)。   In addition, a solid oxide fuel cell having a fuel electrode support structure using a thin dense electrolyte layer formed of an LSGM electrolyte ceramic is expected to exhibit extremely good characteristics (for example, Non-Patent Document 6). reference).

Subhasish Mukerjee et al., “Solid Oxide Fuel Cell Development:Latest Results”, ECS Transactions, Vol.7, No.1, 2007, pp.59-65Subhasish Mukerjee et al., “Solid Oxide Fuel Cell Development: Latest Results”, ECS Transactions, Vol.7, No.1, 2007, pp.59-65 M.Lang et al., “Characterization of SOFC Short Stacks and Stacks for Mobile Applications”, ECS Transactions, Vol.7, No.1, 2007, pp.85-94M. Lang et al., “Characterization of SOFC Short Stacks and Stacks for Mobile Applications”, ECS Transactions, Vol.7, No.1, 2007, pp.85-94 E.Tang et al., “THE STATUS OF SOFC DEVELOPMENT AT VERSA POWER SYSTEMS”, Electrochemical Society Proceedings Volume 2005-07, pp.89-97E. Tang et al., “THE STATUS OF SOFC DEVELOPMENT AT VERSA POWER SYSTEMS”, Electrochemical Society Proceedings Volume 2005-07, pp.89-97 石原 達己、「ペロブスカイト系酸化物イオン伝導体」、セラミックデータブック’98、工学製品技術協会編、1998年、p.50-53Tatsumi Ishihara, “Perovskite Oxide Ion Conductor”, Ceramic Data Book '98, edited by Engineering Products Technology Association, 1998, p. 50-53 Jun Akikusa et al., “SOFC Module and System Development by Means of Sealless Metallic Separators with Lanthanum Gallate Electrolyte”, Journal of The Electrochemical Society, 153(3), 2006, pp.A589-A594Jun Akikusa et al., “SOFC Module and System Development by Means of Sealless Metallic Separators with Lanthanum Gallate Electrolyte”, Journal of The Electrochemical Society, 153 (3), 2006, pp.A589-A594 Yuanbo Lin et al., “Co-Firing of Anode-Supported SOFCs withThin La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δElectrolytes”, Electrochemical and Solid-State Letters, 9(6), 2006, pp.A285-A288Yuanbo Lin et al., “Co-Firing of Anode-Supported SOFCs with Thin La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δElectrolytes”, Electrochemical and Solid-State Letters, 9 (6), 2006, pp.A285-A288

燃料極支持構造の固体酸化物形燃料電池セルを作製するためには、上述したように、緻密電解質層用セラミック粉末とバインダー等とを混合してテープ状に成形した緻密電解質層形成用シートと、燃料極用セラミック粉末とバインダー等とを混合してテープ状に成形した燃料極形成用シートとを重ね合わせて同時に焼成するという共焼結という手法が用いられる。   In order to produce a solid oxide fuel cell having a fuel electrode support structure, as described above, a dense electrolyte layer forming sheet formed by mixing ceramic powder for a dense electrolyte layer with a binder or the like and forming into a tape shape, and A method called co-sintering is used in which fuel electrode ceramic powder and a binder or the like are mixed and formed into a tape-like shape and stacked together and fired simultaneously.

たとえば、従来のように、YSZからなる緻密電解質層用セラミック粉末を用いて形成された緻密電解質層形成用シートと、NiOを含む燃料極用セラミック粉末を用いて形成された燃料極形成用シートとを共焼結した場合には、これらのシートが反応して別の相が形成されることはなかった。   For example, as in the past, a dense electrolyte layer forming sheet formed using a ceramic powder for a dense electrolyte layer made of YSZ, and a fuel electrode forming sheet formed using a ceramic powder for a fuel electrode containing NiO, When these were co-sintered, these sheets did not react to form another phase.

しかしながら、LSGM系の緻密電解質層用セラミック粉末を有する緻密電解質層形成用シートと、NiOを含む燃料極用セラミック粉末を有する燃料極形成用シートとを共焼結して燃料極支持構造の固体酸化物形燃料電池セルを作製した場合に、1350℃以上という高温で共焼結を行なったときにはLaNiO3やLa2NiO4などの高抵抗相が形成されてほとんど発電しないという問題があり、1350℃未満の低温で共焼結を行なったときには緻密電解質層が緻密にならないという問題があった。 However, a solid electrolyte of a fuel electrode support structure is obtained by co-sintering a dense electrolyte layer forming sheet having a ceramic powder for a dense electrolyte layer of LSGM and a fuel electrode forming sheet having a ceramic powder for a fuel electrode containing NiO. When a solid fuel cell is manufactured, when co-sintering is performed at a high temperature of 1350 ° C. or higher, a high resistance phase such as LaNiO 3 or La 2 NiO 4 is formed, and there is a problem that almost no power is generated. When co-sintering is performed at a low temperature of less than, there is a problem that the dense electrolyte layer does not become dense.

また、非特許文献6には、高抵抗相の形成を抑制するため、緻密電解質層と燃料極との間に中間層を挿入することによって、緻密電解質層と燃料極とが直接反応するのを抑制する方法が記載されている。   Non-Patent Document 6 discloses that the dense electrolyte layer and the fuel electrode react directly by inserting an intermediate layer between the dense electrolyte layer and the fuel electrode in order to suppress the formation of a high resistance phase. A method of suppression is described.

しかしながら、この非特許文献6の方法においても、実際には燃料極中のNiの一部が緻密電解質層の内部に拡散していることから、本来期待されるレベルの固体酸化物形燃料電池セルの特性が得られていない。   However, even in the method of Non-Patent Document 6, a part of Ni in the fuel electrode is actually diffused inside the dense electrolyte layer. The characteristics are not obtained.

また、LSGM系以外のYSZ等の電解質セラミックから形成された緻密電解質層を用いた固体酸化物形燃料電池セルについてもさらなる特性の向上が求められている。   Further, further improvement in characteristics is demanded for solid oxide fuel cells using a dense electrolyte layer formed of an electrolyte ceramic such as YSZ other than LSGM.

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、緻密電解質層を薄く形成することができるとともに固体酸化物形燃料電池の特性も向上させることができる複合基板の製造方法および固体酸化物形燃料電池セルの製造方法を提供することにある。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a composite substrate manufacturing method and a solid oxide fuel cell that can form a dense electrolyte layer thinly and improve the characteristics of the solid oxide fuel cell. The object is to provide a method for manufacturing a cell.

本発明は、緻密電解質層形成用シートを作製する工程と、多孔電解質層形成用シートを作製する工程と、緻密電解質層形成用シートと多孔電解質層形成用シートとを重ね合わせてシート積層体を形成する工程と、シート積層体を焼成する工程とを含み、多孔電解質層形成用シートは、熱処理することによって焼結を進行させた粉末を、緻密電解質層形成用シートよりも多く含む、複合基板の製造方法である。   The present invention provides a sheet laminate by stacking a step of producing a dense electrolyte layer forming sheet, a step of producing a porous electrolyte layer forming sheet, a dense electrolyte layer forming sheet and a porous electrolyte layer forming sheet. A composite substrate comprising: a step of forming; and a step of firing the sheet laminate, wherein the porous electrolyte layer forming sheet contains more powder that has been sintered by heat treatment than the dense electrolyte layer forming sheet. It is a manufacturing method.

ここで、本発明の複合基板の製造方法において、緻密電解質層形成用シートは、La1-x1(A1)x1Ga1-y1-z1Mgy1(B1)z13-d1(ただし、0≦x1≦0.2、0.05≦y1≦0.25、0≦z1≦0.1、0.05≦y1+z1≦0.3、−0.025≦d1≦0.25)の式で表わされる金属酸化物を主成分として含み、多孔電解質層形成用シートは、La1-x2(A2)x2Ga1-y2-z2Mgy2(B2)z23-d2(ただし、0≦x2≦0.2、0.05≦y2≦0.25、0≦z2≦0.1、0.05≦y2+z2≦0.3、−0.025≦d2≦0.25)の式で表わされる金属酸化物を主成分として含んでおり、A1およびA2はそれぞれ独立に、Ba、SrおよびCaからなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属を示し、B1およびB2はそれぞれ独立に、Fe、CoおよびMnからなる群から選択される少なくとも1種の遷移金属を示していることが好ましい。 Here, in the method for producing a composite substrate of the present invention, the dense electrolyte layer forming sheet is La 1-x1 (A1) x1 Ga 1-y1-z1 Mg y1 (B1) z1 O 3-d1 (where 0 ≦ x1 ≦ 0.2, 0.05 ≦ y1 ≦ 0.25, 0 ≦ z1 ≦ 0.1, 0.05 ≦ y1 + z1 ≦ 0.3, −0.025 ≦ d1 ≦ 0.25). comprises a metal oxide as a main component, the porous electrolyte layer forming sheet, La 1-x2 (A2) x2 Ga 1-y2-z2 Mg y2 (B2) z2 O 3-d2 ( although, 0 ≦ x2 ≦ 0. 2, 0.05 ≦ y2 ≦ 0.25, 0 ≦ z2 ≦ 0.1, 0.05 ≦ y2 + z2 ≦ 0.3, −0.025 ≦ d2 ≦ 0.25) As a main component, A1 and A2 are each independently at least one alkali selected from the group consisting of Ba, Sr and Ca It indicates metalloid, in each B1 and B2 independently, Fe, it is preferable that represents at least one transition metal selected from the group consisting of Co and Mn.

また、本発明は、緻密電解質層形成用シートを作製する工程と、多孔電解質層形成用シートを作製する工程と、緻密電解質層形成用シートと多孔電解質層形成用シートとを重ね合わせてシート積層体を形成する工程と、シート積層体を焼成することによって複合基板を作製する工程と、複合基板に電極を形成する工程と、を含み、多孔電解質層形成用シートは、熱処理することによって焼結を進行させた粉末を、緻密電解質層形成用シートよりも多く含む、固体酸化物形燃料電池セルの製造方法である。   In addition, the present invention provides a sheet lamination process in which a dense electrolyte layer forming sheet, a porous electrolyte layer forming sheet, a dense electrolyte layer forming sheet, and a porous electrolyte layer forming sheet are overlaid. And forming a composite substrate by firing the sheet laminate, and forming an electrode on the composite substrate. The porous electrolyte layer forming sheet is sintered by heat treatment. Is a method for producing a solid oxide fuel cell, which contains more powder than the dense electrolyte layer forming sheet.

また、本発明の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法は、複合基板に燃料極を形成する工程を含むことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the solid oxide fuel cell of this invention includes the process of forming a fuel electrode in a composite substrate.

なお、本発明において、「主成分」とは、50質量%以上を占める成分のことを意味する。   In the present invention, “main component” means a component occupying 50% by mass or more.

本発明によれば、緻密電解質層を薄く形成することができるとともに固体酸化物形燃料電池の特性も向上させることができる複合基板の製造方法および固体酸化物形燃料電池セル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 composite substrate which can form a dense electrolyte layer thinly, and can also improve the characteristic of a solid oxide fuel cell, and the manufacturing method of a solid oxide fuel cell are provided. be able to.

本発明の複合基板の一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of an example of the composite substrate of this invention. 図1に示す複合基板を用いて作製した本発明の固体酸化物形燃料電池セルの一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of an example of the solid oxide fuel cell of this invention produced using the composite substrate shown in FIG. (a)〜(d)は、図2に示す固体酸化物形燃料電池セルの製造方法の一例を図解する模式的な斜視図である。(A)-(d) is a typical perspective view illustrating an example of the manufacturing method of the solid oxide fuel cell shown in FIG. (a)〜(d)は、金属酸化物の粉末の理想的な焼結過程を図解する模式的な拡大平面図である。(A)-(d) is a typical enlarged plan view illustrating the ideal sintering process of the powder of a metal oxide. 燃料極形成前の実施例1の複合基板のSEM写真である。It is a SEM photograph of the composite substrate of Example 1 before fuel electrode formation. 燃料極形成後の実施例1の複合基板のSEM写真である。It is a SEM photograph of the composite substrate of Example 1 after fuel electrode formation. 従来の固体酸化物形燃料電池セルの一例の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of an example of the conventional solid oxide fuel cell. 図7に示す従来の固体酸化物形燃料電池セルの等価電気回路図である。FIG. 8 is an equivalent electric circuit diagram of the conventional solid oxide fuel cell shown in FIG. 7. 従来の固体酸化物形燃料電池セルの他の一例の模式的な構成図である。It is a typical block diagram of another example of the conventional solid oxide fuel cell. (a)〜(c)は、図9に示す固体酸化物形燃料電池セルの製造方法の一例を図解する模式的な斜視図である。(A)-(c) is a typical perspective view illustrating an example of the manufacturing method of the solid oxide fuel cell shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。   Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

図1に、本発明の複合基板の一例の模式的な断面図を示す。図1に示す複合基板1は、多孔電解質層11と緻密電解質層12とが接合された構成を有している。ここで、多孔電解質層11は、気孔率が6%よりも大きい電解質層であり、緻密電解質層12は、気孔率が6%以下の電解質層である。なお、本発明において、気孔率は下記の式(1)により求められる。また、下記の式(1)において、相対密度(%)は、従来から公知の方法により求めることができる。   FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an example of the composite substrate of the present invention. The composite substrate 1 shown in FIG. 1 has a configuration in which a porous electrolyte layer 11 and a dense electrolyte layer 12 are joined. Here, the porous electrolyte layer 11 is an electrolyte layer having a porosity higher than 6%, and the dense electrolyte layer 12 is an electrolyte layer having a porosity of 6% or less. In the present invention, the porosity is determined by the following formula (1). In the following formula (1), the relative density (%) can be determined by a conventionally known method.

気孔率(%)=100(%)−相対密度(%) …(1)
緻密電解質層12としては、たとえば固体酸化物形燃料電池セルの電解質層として従来から用いられている公知のものを用いることができるが、なかでも下記の式(I)で表わされる金属酸化物の焼結体を主成分として含むことが好ましい。この場合には、複合基板1を用いて形成した固体酸化物形燃料電池セルを従来よりも低温で駆動させることができるとともに高い出力を有するものとすることができる傾向にある。なお、下記の式(I)において、A1は、Ba(バリウム)、Sr(ストロンチウム)およびCa(カルシウム)からなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属を示している。また、B1は、Fe(鉄)、Co(コバルト)およびMn(マンガン)からなる群から選択される少なくとも1種の遷移金属を示している。
Porosity (%) = 100 (%) − relative density (%) (1)
As the dense electrolyte layer 12, for example, a known one that has been conventionally used as an electrolyte layer of a solid oxide fuel cell can be used. Among them, a metal oxide represented by the following formula (I) can be used. It is preferable to include a sintered body as a main component. In this case, the solid oxide fuel cell formed using the composite substrate 1 tends to be able to be driven at a lower temperature than before and to have a high output. In the following formula (I), A1 represents at least one alkaline earth metal selected from the group consisting of Ba (barium), Sr (strontium), and Ca (calcium). B1 represents at least one transition metal selected from the group consisting of Fe (iron), Co (cobalt), and Mn (manganese).

La1-x1(A1)x1Ga1-y1-z1Mgy1(B1)z13-d1(ただし、0≦x1≦0.2、0.05≦y1≦0.25、0≦z1≦0.1、0.05≦y1+z1≦0.3、−0.025≦d1≦0.25) …(I)
上記の式(I)において、1−x1はLa(ランタン)の組成比を示し、x1は上記のアルカリ土類金属A1の組成比を示し、1−y1−z1はGa(ガリウム)の組成比を示し、y1はMg(マグネシウム)の組成比を示し、z1は上記の遷移金属B1の組成比を示し、3−d1はO(酸素)の組成比を示している。
La 1-x1 (A1) x1 Ga 1-y1-z1 Mg y1 (B1) z1 O 3-d1 (However, 0 ≦ x1 ≦ 0.2, 0.05 ≦ y1 ≦ 0.25, 0 ≦ z1 ≦ 0 .1, 0.05 ≦ y1 + z1 ≦ 0.3, −0.025 ≦ d1 ≦ 0.25) (I)
In the above formula (I), 1-x1 represents the composition ratio of La (lanthanum), x1 represents the composition ratio of the alkaline earth metal A1, and 1-y1-z1 represents the composition ratio of Ga (gallium). , Y1 represents the composition ratio of Mg (magnesium), z1 represents the composition ratio of the transition metal B1, and 3-d1 represents the composition ratio of O (oxygen).

ここで、上記の式(I)において、x1が0≦x1≦0.2の関係を満たす場合には、緻密電解質層12が単一相となって不純物が生成しにくくなる傾向にある。   Here, in the above formula (I), when x1 satisfies the relationship of 0 ≦ x1 ≦ 0.2, the dense electrolyte layer 12 tends to be a single phase and it is difficult to generate impurities.

また、上記の式(I)において、y1が0.05≦y1≦0.25の関係を満たす場合には、緻密電解質層12の導電率が向上するとともに、緻密電解質層12が単一相となる傾向にある。   Further, in the above formula (I), when y1 satisfies the relationship of 0.05 ≦ y1 ≦ 0.25, the conductivity of the dense electrolyte layer 12 is improved and the dense electrolyte layer 12 has a single phase. Tend to be.

また、上記の式(I)において、z1が0≦z1≦0.1の関係を満たす場合には、緻密電解質層12の電子輸率が高くなりすぎず、内部短絡が起こりにくくなる傾向にある。   Further, in the above formula (I), when z1 satisfies the relationship of 0 ≦ z1 ≦ 0.1, the electron transport number of the dense electrolyte layer 12 does not become too high and internal short circuit tends not to occur. .

また、上記の式(I)において、y1+z1が0.05≦y1+z1≦0.3の関係を満たす場合には、緻密電解質層12が単一相となる傾向にある。   In the above formula (I), when y1 + z1 satisfies the relationship of 0.05 ≦ y1 + z1 ≦ 0.3, the dense electrolyte layer 12 tends to be a single phase.

また、上記の式(I)において、x1、y1およびz1がそれぞれ上記の関係を満たす場合には、d1は−0.025≦d1≦0.25の関係を満たすことになる。   In the above formula (I), when x1, y1, and z1 satisfy the above relationship, d1 satisfies the relationship of −0.025 ≦ d1 ≦ 0.25.

なお、緻密電解質層12の材質としては、上記以外にも、たとえば、従来から公知のイットリア安定化ジルコニア(YSZ)等の電解質セラミックを用いることも可能である。   As the material for the dense electrolyte layer 12, in addition to the above, for example, a conventionally known electrolyte ceramic such as yttria stabilized zirconia (YSZ) can also be used.

また、多孔電解質層11としては、たとえば固体酸化物形燃料電池セルの電解質層として従来から用いられている公知のものを用いることができるが、なかでも下記の式(II)で表わされる金属酸化物の焼結体を主成分として含むことが好ましい。この場合には、複合基板1を用いて形成した固体酸化物形燃料電池セルを従来よりも低温で駆動させることができるとともに高い出力を有するものとすることができる傾向にある。なお、下記の式(II)において、A2は、Ba、SrおよびCaからなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属を示している。また、B2は、Fe、CoおよびMnからなる群から選択される少なくとも1種の遷移金属を示している。   As the porous electrolyte layer 11, for example, a well-known material conventionally used as an electrolyte layer of a solid oxide fuel cell can be used. Among them, a metal oxide represented by the following formula (II) can be used. It is preferable to include a sintered body of the product as a main component. In this case, the solid oxide fuel cell formed using the composite substrate 1 tends to be able to be driven at a lower temperature than before and to have a high output. In the following formula (II), A2 represents at least one alkaline earth metal selected from the group consisting of Ba, Sr and Ca. B2 represents at least one transition metal selected from the group consisting of Fe, Co, and Mn.

La1-x2(A2)x2Ga1-y2-z2Mgy2(B2)z23-d2(ただし、0≦x2≦0.2、0.05≦y2≦0.25、0≦z2≦0.1、0.05≦y2+z2≦0.3、−0.025≦d2≦0.25) …(II)
上記の式(II)において、1−x2はLaの組成比を示し、x2は上記のアルカリ土類金属A2の組成比を示し、1−y2−z2はGaの組成比を示し、y2はMgの組成比を示し、z2は上記の遷移金属B2の組成比を示し、3−d2はOの組成比を示している。
La 1-x2 (A2) x2 Ga 1-y2-z2 Mg y2 (B2) z2 O 3-d2 (where 0 ≦ x2 ≦ 0.2, 0.05 ≦ y2 ≦ 0.25, 0 ≦ z2 ≦ 0 .1, 0.05 ≦ y2 + z2 ≦ 0.3, −0.025 ≦ d2 ≦ 0.25) (II)
In the above formula (II), 1-x2 represents the composition ratio of La, x2 represents the composition ratio of the alkaline earth metal A2, 1-y2-z2 represents the composition ratio of Ga, and y2 represents Mg. Z2 represents the composition ratio of the transition metal B2, and 3-d2 represents the O composition ratio.

ここで、上記の式(II)において、x2が0≦x2≦0.2の関係を満たす場合には、多孔電解質層11が単一相となって不純物が生成しにくくなる傾向にある。   Here, in the above formula (II), when x2 satisfies the relationship of 0 ≦ x2 ≦ 0.2, the porous electrolyte layer 11 tends to be a single phase and it is difficult to generate impurities.

また、上記の式(II)において、y2が0.05≦y2≦0.25の関係を満たす場合には、多孔電解質層11の導電率が向上するとともに、多孔電解質層11が単一相となる傾向にある。   Moreover, in said Formula (II), when y2 satisfy | fills the relationship of 0.05 <= y2 <= 0.25, while the electrical conductivity of the porous electrolyte layer 11 improves, the porous electrolyte layer 11 becomes single phase and Tend to be.

また、上記の式(II)において、z2が0≦z2≦0.1の関係を満たす場合には、多孔電解質層11の電子輸率が高くなりすぎず、内部短絡が起こりにくくなる傾向にある。   In the above formula (II), when z2 satisfies the relationship of 0 ≦ z2 ≦ 0.1, the electron transport number of the porous electrolyte layer 11 does not become too high, and internal short circuit tends not to occur. .

また、上記の式(II)において、y2+z2が0.05≦y2+z2≦0.3の関係を満たす場合には、多孔電解質層11が単一相となる傾向にある。   In the above formula (II), when y2 + z2 satisfies the relationship of 0.05 ≦ y2 + z2 ≦ 0.3, the porous electrolyte layer 11 tends to be a single phase.

また、上記の式(II)において、x2、y2およびz2がそれぞれ上記の関係を満たす場合には、d2は−0.025≦d2≦0.25の関係を満たすことになる。   In the above formula (II), when x2, y2, and z2 each satisfy the above relationship, d2 satisfies the relationship -0.025 ≦ d2 ≦ 0.25.

なお、多孔電解質層11の材質としては、上記以外にも、たとえば、従来から公知のYSZ等の電解質セラミックを用いることも可能である。   As the material of the porous electrolyte layer 11, in addition to the above, for example, a conventionally known electrolyte ceramic such as YSZ can be used.

なお、多孔電解質層11と緻密電解質層12とは同一の材料を用いて形成されていてもよく、異なる材料を用いて形成されていてもよいが、多孔電解質層11と緻密電解質層12とは同一の材料を用いて形成されていることが好ましい。多孔電解質層11と緻密電解質層12とが同一の材料を用いて形成されている場合には、多孔電解質層11と緻密電解質層12との接合力が向上し、さらには高温で熱処理した場合でも多孔電解質層11と緻密電解質層12との間で化学反応が起こりにくく、変質しにくくなる利点がある。   The porous electrolyte layer 11 and the dense electrolyte layer 12 may be formed using the same material, or may be formed using different materials, but the porous electrolyte layer 11 and the dense electrolyte layer 12 are It is preferable to form using the same material. When the porous electrolyte layer 11 and the dense electrolyte layer 12 are formed using the same material, the bonding force between the porous electrolyte layer 11 and the dense electrolyte layer 12 is improved, and even when heat treatment is performed at a high temperature. There is an advantage that a chemical reaction is unlikely to occur between the porous electrolyte layer 11 and the dense electrolyte layer 12, and the alteration is difficult.

ここで、多孔電解質層11と緻密電解質層12とが同一の材料を用いて形成されているとは、多孔電解質層11を構成する主成分の組成と緻密電解質層12を構成する主成分の組成とを対比して、これらの主成分の構成元素および構成元素の組成比がそれぞれ同一であることを意味しており、多孔電解質層11と緻密電解質層12との間で主成分以外の成分については同一であってもよく、異なっていてもよい。   Here, that the porous electrolyte layer 11 and the dense electrolyte layer 12 are formed using the same material means that the composition of the main component constituting the porous electrolyte layer 11 and the composition of the main component constituting the dense electrolyte layer 12 are used. In contrast, the constituent elements of these main components and the composition ratios of the constituent elements are the same, and the components other than the main components between the porous electrolyte layer 11 and the dense electrolyte layer 12 May be the same or different.

多孔電解質層11と緻密電解質層12とが同一の材料を用いて形成されている場合としては、たとえば、緻密電解質層12が上記の式(I)で表わされる金属酸化物の焼結体からなり、多孔電解質層11が上記の式(II)で表わされる金属酸化物の焼結体からなる場合に、A1とA2とが同一元素のアルカリ土類金属元素を示し、B1とB2とが同一元素の遷移金属元素を示すとともに、x1=x2、y1=y2、z1=z2およびd1=d2である場合が挙げられる。   As the case where the porous electrolyte layer 11 and the dense electrolyte layer 12 are formed using the same material, for example, the dense electrolyte layer 12 is made of a sintered metal oxide represented by the above formula (I). When the porous electrolyte layer 11 is made of a sintered metal oxide represented by the above formula (II), A1 and A2 indicate the same alkaline earth metal element, and B1 and B2 indicate the same element. The transition metal element is shown, and x1 = x2, y1 = y2, z1 = z2, and d1 = d2.

図2に、図1に示す複合基板1を用いて作製した本発明の固体酸化物形燃料電池セルの一例の模式的な断面図を示す。図2に示す固体酸化物形燃料電池セル10は、図1に示す複合基板1の多孔電解質層11の内部に燃料極用材料を付着させることによって形成された燃料極13を緻密電解質層12の一方の表面に備えるとともに、緻密電解質層12の他方の表面に空気極14を備えた構成を有している。   FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of an example of the solid oxide fuel cell of the present invention produced using the composite substrate 1 shown in FIG. The solid oxide fuel cell 10 shown in FIG. 2 has a fuel electrode 13 formed by adhering a fuel electrode material inside the porous electrolyte layer 11 of the composite substrate 1 shown in FIG. In addition to being provided on one surface, the air electrode 14 is provided on the other surface of the dense electrolyte layer 12.

ここで、燃料極13を構成する燃料極用材料としては、たとえば固体酸化物形燃料電池セルの燃料極用材料として従来から用いられている公知のものを用いることができる。また、空気極14としては、たとえば固体酸化物形燃料電池セルの空気極として従来から用いられている公知のものを用いることができる。   Here, as the fuel electrode material constituting the fuel electrode 13, for example, a known material conventionally used as a fuel electrode material of a solid oxide fuel cell can be used. Moreover, as the air electrode 14, the well-known thing conventionally used, for example as an air electrode of a solid oxide fuel cell can be used.

以下、図3(a)〜図3(d)の模式的斜視図を参照して、図2に示す固体酸化物形燃料電池セル10の製造方法の一例について説明する。まず、図3(a)に示すように、多孔電解質層形成用シート11a上に緻密電解質層形成用シート12aを重ね合わせてシート積層体を形成する。   Hereinafter, an example of a method for manufacturing the solid oxide fuel cell 10 shown in FIG. 2 will be described with reference to schematic perspective views of FIGS. 3 (a) to 3 (d). First, as shown in FIG. 3A, a dense electrolyte layer forming sheet 12a is superposed on a porous electrolyte layer forming sheet 11a to form a sheet laminate.

多孔電解質層形成用シート11aとしては、たとえば、図1に示す多孔電解質層11を構成する金属酸化物の粉末とその粉末を結合するためのバインダと増孔剤を含むスラリーをシート状に成形したものなどを用いることができる。なお、増孔剤は空隙を形成するための材料であり、増孔剤としてはたとえばカーボンなどを用いることができる。   As the porous electrolyte layer forming sheet 11a, for example, a metal oxide powder constituting the porous electrolyte layer 11 shown in FIG. 1 and a slurry containing a binder and a pore-forming agent for binding the powder are formed into a sheet shape. Things can be used. Note that the pore expander is a material for forming voids, and for example, carbon can be used as the pore expander.

また、緻密電解質層形成用シート12aとしては、たとえば、緻密電解質層12を構成する金属酸化物の粉末とその粉末を結合するためのバインダとを含むスラリーをシート状に成形したものなどを用いることができる。   Further, as the dense electrolyte layer forming sheet 12a, for example, a sheet formed from a slurry containing a metal oxide powder constituting the dense electrolyte layer 12 and a binder for binding the powder is used. Can do.

ここで、多孔電解質層形成用シート11aは、高温で処理された粉末を、緻密電解質層形成用シート12aよりも多く含んでいることが好ましい。多孔電解質層形成用シート11aには空隙を形成するための増孔剤などが含まれており、単位体積当たりの粉末量が緻密電解質層形成用シート12aよりも小さくなることがあるため、何ら処理することなく、上記のシート積層体を同一の温度で焼成した場合には、多孔電解質層形成用シート11aの収縮量が緻密電解質層形成用シート12aの収縮量よりも大きくなって割れてしまうことがある。   Here, it is preferable that the porous electrolyte layer forming sheet 11a contains more powder processed at a high temperature than the dense electrolyte layer forming sheet 12a. The porous electrolyte layer forming sheet 11a contains a pore-forming agent for forming voids, and the amount of powder per unit volume may be smaller than that of the dense electrolyte layer forming sheet 12a. Without firing, when the above-mentioned sheet laminate is fired at the same temperature, the shrinkage amount of the porous electrolyte layer forming sheet 11a is larger than the shrinkage amount of the dense electrolyte layer forming sheet 12a and cracks. There is.

図4(a)〜図4(d)の模式的な拡大平面図に、金属酸化物の粉末の理想的な焼結過程を示す。ここで、まず、図4(a)に示す金属酸化物等の粉末41は、たとえば図4(b)に示すように粉末41の接触面ができるだけ多くなるように再配列する。そして、図4(c)に示すように、粉末41の接触面同士が繋がってネック形成が進行し、最後に図4(d)に示すように、ネック形成において発生した粉末41間の空隙が塞がって焼結体42が形成される。このような焼結過程においては、焼結の進行に伴って粉末41間の空隙が少なくなっていくとともに、焼結過程の際の温度が高温になるにつれて焼結の進行が速くなる。   4A to 4D are schematic enlarged plan views showing an ideal sintering process of the metal oxide powder. Here, first, the powder 41 such as a metal oxide shown in FIG. 4A is rearranged so that the contact surface of the powder 41 is as large as possible, for example, as shown in FIG. 4B. And as shown in FIG.4 (c), the contact surfaces of the powder 41 are connected, and neck formation progresses, and finally, as shown in FIG.4 (d), the space | gap between the powder 41 which generate | occur | produced in neck formation exists. The sintered body 42 is formed by closing. In such a sintering process, the gap between the powders 41 decreases with the progress of sintering, and the progress of the sintering becomes faster as the temperature during the sintering process becomes higher.

したがって、たとえば、緻密電解質層形成用シート12aに用いられる金属酸化物の粉末については何ら処理することなく、多孔電解質層形成用シート11aに用いられる金属酸化物の粉末の少なくとも一部を高温で処理して上記の焼結を進行させておくことによってシート積層体の焼成時における多孔電解質層形成用シート11aの収縮量を低減することができる。   Therefore, for example, at least a part of the metal oxide powder used for the porous electrolyte layer forming sheet 11a is treated at a high temperature without any treatment for the metal oxide powder used for the dense electrolyte layer forming sheet 12a. By proceeding with the above-described sintering, the amount of shrinkage of the porous electrolyte layer forming sheet 11a during firing of the sheet laminate can be reduced.

したがって、多孔電解質層形成用シート11aに高温で処理された粉末を緻密電解質層形成用シート12aよりも多く含ませることによって、シート積層体の焼成時における多孔電解質層形成用シート11aと緻密電解質層形成用シート12aとの収縮量差を低減することができるため、その収縮量差に起因する割れの発生を有効に抑止することができる。   Therefore, the porous electrolyte layer forming sheet 11a and the dense electrolyte layer when the sheet laminate is fired by including more powder processed at a high temperature than the dense electrolyte layer forming sheet 12a in the porous electrolyte layer forming sheet 11a. Since the difference in shrinkage from the forming sheet 12a can be reduced, the occurrence of cracks due to the difference in shrinkage can be effectively suppressed.

次に、図3(a)に示すシート積層体を焼成することによって、図3(b)に示す構成の複合基板1を形成する。ここで、図3(b)に示す複合基板1は、図1に示す複合基板1と同一の構成となっており、上記のシート積層体の焼成により、たとえば多孔電解質層形成用シート11aに含まれる金属酸化物の粉末が焼結して多孔電解質層11が形成されるとともに、たとえば緻密電解質層形成用シート12aに含まれる金属酸化物の粉末が焼結して緻密電解質層12が形成されて、多孔電解質層11と緻密電解質層12とが接合する。   Next, the composite substrate 1 having the configuration shown in FIG. 3B is formed by firing the sheet laminate shown in FIG. Here, the composite substrate 1 shown in FIG. 3B has the same configuration as the composite substrate 1 shown in FIG. 1 and is included in, for example, the porous electrolyte layer forming sheet 11a by firing the above-mentioned sheet laminate. The metal oxide powder is sintered to form the porous electrolyte layer 11, and for example, the metal oxide powder contained in the dense electrolyte layer forming sheet 12 a is sintered to form the dense electrolyte layer 12. The porous electrolyte layer 11 and the dense electrolyte layer 12 are joined.

ここで、上記のシート積層体の焼成は、たとえば1400℃〜1500℃の空気雰囲気にたとえば6時間〜12時間シート積層体を曝すことによって実施することができる。   Here, baking of said sheet | seat laminated body can be implemented by exposing a sheet | seat laminated body to a 1400 degreeC-1500 degreeC air atmosphere, for example for 6 hours-12 hours.

次に、上記のシート積層体の焼成により形成された多孔電解質層11の内部に燃料極用材料を付着させることによって、図3(c)に示すように、緻密電解質層12の一方の表面に燃料極13を形成する。ここで、燃料極13は、たとえば、燃料極用材料を分散させたスラリーに多孔電解質層11を浸漬させることによって、燃料極用材料を多孔電解質層11の気孔から内部に導入して多孔電解質層11の内部に付着させることにより形成することができる。   Next, by attaching a fuel electrode material to the inside of the porous electrolyte layer 11 formed by firing the above-mentioned sheet laminate, as shown in FIG. 3 (c), on one surface of the dense electrolyte layer 12 A fuel electrode 13 is formed. Here, the fuel electrode 13 introduces the fuel electrode material from the pores of the porous electrolyte layer 11 into the porous electrolyte layer 11 by immersing the porous electrolyte layer 11 in a slurry in which the fuel electrode material is dispersed, for example. 11 can be formed by adhering to the inside.

次に、図3(d)に示すように、緻密電解質層12の燃料極13の形成側とは反対側の表面に空気極14を形成することによって、固体酸化物形燃料電池セル10が作製される。ここで、空気極14は、たとえば、緻密電解質層12の表面に従来から公知の空気極用材料を塗布した後に焼成することによって形成することができる。   Next, as shown in FIG. 3D, the solid oxide fuel cell 10 is produced by forming the air electrode 14 on the surface of the dense electrolyte layer 12 opposite to the side on which the fuel electrode 13 is formed. Is done. Here, the air electrode 14 can be formed by, for example, applying a conventionally known air electrode material to the surface of the dense electrolyte layer 12 and then baking it.

なお、上記においては、燃料極用材料を多孔電解質層11の内部に導入して燃料極13を形成したが、本発明においては空気極用材料を多孔電解質層11の内部に導入して空気極14を形成するとともに、緻密電解質層12の空気極14の形成側とは反対側の表面に燃料極用材料を塗布した後に焼成することによって燃料極13を形成してもよい。   In the above, the fuel electrode material is introduced into the porous electrolyte layer 11 to form the fuel electrode 13 in the above. However, in the present invention, the air electrode material is introduced into the porous electrolyte layer 11 to form the air electrode 13. In addition, the fuel electrode 13 may be formed by applying a fuel electrode material to the surface of the dense electrolyte layer 12 opposite to the side on which the air electrode 14 is formed and then firing it.

すなわち、本発明の固体酸化物形燃料電池セル10においては、上記の複合基板1の多孔電解質層11側に燃料極13を設置するとともに緻密電解質層12側に空気極14を設置した構成とすることもでき、上記の複合基板1の多孔電解質層11側に空気極14を設置するとともに緻密電解質層12側に燃料極13を設置した構成とすることもできる。   That is, in the solid oxide fuel cell 10 of the present invention, the fuel electrode 13 is installed on the porous electrolyte layer 11 side of the composite substrate 1 and the air electrode 14 is installed on the dense electrolyte layer 12 side. In addition, the air electrode 14 may be installed on the porous electrolyte layer 11 side of the composite substrate 1 and the fuel electrode 13 may be installed on the dense electrolyte layer 12 side.

以上のようにして作製された本発明の固体酸化物形燃料電池セル10は、上記の構成の本発明の複合基板1を用いて形成されていることから、緻密電解質層12を薄く形成した場合でも緻密電解質層12よりも厚い多孔電解質層11で固体酸化物形燃料電池セル10の強度を保つことができる。   Since the solid oxide fuel cell 10 of the present invention produced as described above is formed using the composite substrate 1 of the present invention having the above-described configuration, the dense electrolyte layer 12 is formed thin. However, the strength of the solid oxide fuel cell 10 can be maintained by the porous electrolyte layer 11 thicker than the dense electrolyte layer 12.

また、本発明の固体酸化物形燃料電池セルは、多孔電解質層の内部に電極用材料(燃料極用材料、空気極用材料)を分散させて付着させるために電極反応活性が向上し、さらには電極(燃料極、空気極)を従来のように1350℃以上の高温で形成するのを抑止できるために電解質と電極用材料との反応を抑制できる。それゆえ、本発明の固体酸化物形燃料電池セルの特性が向上するものと考えられる。   The solid oxide fuel cell of the present invention has electrode reaction activity improved because the electrode material (fuel electrode material, air electrode material) is dispersed and adhered inside the porous electrolyte layer. Can suppress the formation of electrodes (fuel electrode, air electrode) at a high temperature of 1350 ° C. or higher as in the prior art, and thus can suppress the reaction between the electrolyte and the electrode material. Therefore, it is considered that the characteristics of the solid oxide fuel cell of the present invention are improved.

さらに、たとえば、上記の複合基板1を用いて形成された固体酸化物形燃料電池セル10の燃料極13と、上記の複合基板1を用いて形成された他の固体酸化物形燃料電池セル10の空気極14とを電気的に接続すること等によって本発明の固体酸化物形燃料電池セル10の複数が電気的に接続された構成の本発明の固体酸化物形燃料電池を作製することができる。本発明の固体酸化物形燃料電池には、特性が向上した本発明の固体酸化物形燃料電池セル10が複数含まれており、特性の向上分を重畳的に組み合わせた特性が得られることから、従来の固体酸化物形燃料電池セルを用いて作製された固体酸化物形燃料電池と比較して大幅に特性を向上させることができる。   Further, for example, the fuel electrode 13 of the solid oxide fuel cell 10 formed using the composite substrate 1 and another solid oxide fuel cell 10 formed using the composite substrate 1. A solid oxide fuel cell of the present invention having a configuration in which a plurality of solid oxide fuel cells 10 of the present invention are electrically connected can be manufactured by electrically connecting the air electrode 14 to the air electrode 14. it can. The solid oxide fuel cell according to the present invention includes a plurality of solid oxide fuel cells 10 according to the present invention with improved characteristics, and characteristics obtained by combining the improved characteristics in a superimposed manner are obtained. As compared with a solid oxide fuel cell produced using a conventional solid oxide fuel cell, the characteristics can be greatly improved.

なお、本発明の固体酸化物形燃料電池において、固体酸化物形燃料電池セル10の燃料極13と、他の固体酸化物形燃料電池セル10の空気極14との電気的な接続は、たとえば、従来から公知のインターコネクタ等の導電性部材を用いて行なうことができるが、これに限定されないことは言うまでもなく、固体酸化物形燃料電池セル10の燃料極13と他の固体酸化物形燃料電池セル10の空気極14とが何らかの形で電気的に接続されていればよい。   In the solid oxide fuel cell of the present invention, the electrical connection between the fuel electrode 13 of the solid oxide fuel cell 10 and the air electrode 14 of another solid oxide fuel cell 10 is, for example, Although it can be performed using a conventionally known conductive member such as an interconnector, it goes without saying that the present invention is not limited to this, and the fuel electrode 13 of the solid oxide fuel cell 10 and other solid oxide fuels. What is necessary is just to be electrically connected with the air electrode 14 of the battery cell 10 in some form.

(緻密電解質層形成用シートの作製)
La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.22.85の式で表わされる金属酸化物(以下、この式で表わされる組成の金属酸化物のことを「LSGM」という。)の粉末を一般的な固相反応法にて合成した。すなわち、まず、酸化ランタン(La23)粉末、炭酸ストロンチウム(SrCO3)粉末、酸化ガリウム(Ga23)粉末および酸化マグネシウム(MgO)粉末をそれぞれ金属元素のモル比が9:1:8:2となるように秤量し、エタノールとともにボールミルに加えて24時間湿式混合粉砕して混合物を得た。そして、その湿式混合粉砕後の混合物からエタノールを除去した後に、1200℃で10時間熱処理して反応させることによって上記の式で表わされる組成のLSGM粉末を得た。
(Preparation of dense electrolyte layer forming sheet)
A powder of a metal oxide represented by a formula of La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 2.85 (hereinafter, a metal oxide having a composition represented by this formula is referred to as “LSGM”) is used in a general solid-phase reaction method. Was synthesized. That is, first, lanthanum oxide (La 2 O 3 ) powder, strontium carbonate (SrCO 3 ) powder, gallium oxide (Ga 2 O 3 ) powder, and magnesium oxide (MgO) powder each have a molar ratio of metal elements of 9: 1: The mixture was weighed to 8: 2, added to a ball mill together with ethanol, and wet mixed and ground for 24 hours to obtain a mixture. And after removing ethanol from the mixture after the wet mixing and pulverization, LSGM powder having the composition represented by the above formula was obtained by heat treatment at 1200 ° C. for 10 hours to react.

このLSGM粉末の結晶構造をX線回折装置で確認したところ、ほとんどのX線回折ピークがLSGMの結晶構造に対応するX線回折ピークであったが、わずかにLaSrGa37などの不純物に対応するX線回折ピークも含まれていた。 When the crystal structure of this LSGM powder was confirmed with an X-ray diffractometer, most X-ray diffraction peaks were X-ray diffraction peaks corresponding to the crystal structure of LSGM, but slightly corresponding to impurities such as LaSrGa 3 O 7 X-ray diffraction peaks were also included.

このLSGM粉末240gに、分散剤としてマリアリム(日油株式会社製)を2.4g、バインダーとしてポリビニルブチラール(PVB、平均重合度700)を24g、可塑剤としてフタル酸ジnブチルを8.4g、溶媒として70.8gのn−ブタノールおよび70.8gのトルエンをそれぞれ混練機に加え、その混練機にて攪拌および脱泡して、スラリーを作製した。   To 240 g of this LSGM powder, 2.4 g of Marialim (manufactured by NOF Corporation) as a dispersant, 24 g of polyvinyl butyral (PVB, average polymerization degree 700) as a binder, 8.4 g of di-n-butyl phthalate as a plasticizer, As a solvent, 70.8 g of n-butanol and 70.8 g of toluene were added to a kneader, respectively, and stirred and degassed with the kneader to prepare a slurry.

そして、上記のようにして作製したスラリーをドクターブレード装置に流し込んでシート状に成形した後、16時間乾燥させることによって、緻密電解質層形成用シートを得た。   And after pouring the slurry produced as mentioned above into a doctor blade apparatus and shape | molding in the sheet form, the sheet | seat for dense electrolyte layer formation was obtained by making it dry for 16 hours.

(多孔電解質層形成用シートの作製)
LSGM粉末を得るところまでは、上記の緻密電解質層形成用シートの作製と同様の工程を行なった。
(Preparation of porous electrolyte layer forming sheet)
Until the LSGM powder was obtained, the same steps as those for producing the dense electrolyte layer forming sheet were performed.

次に、上記のようにして得られたLSGM粉末をさらに1450℃で10時間熱処理して焼結を進行させた。   Next, the LSGM powder obtained as described above was further heat-treated at 1450 ° C. for 10 hours to advance the sintering.

そして、上記の焼結を進行させた後のLSGM粉末160gに、増孔剤として活性炭(和光純薬工業株式会社製)を90g、分散剤としてマリアリム(日油株式会社製)を2.5g、バインダーとしてポリビニルブチラール(PVB、平均重合度700)を26g、可塑剤としてフタル酸ジnブチルを9g、溶媒として75.75gのn−ブタノールおよび75.75gのトルエンをそれぞれ混練機に加え、その混練機にて攪拌および脱泡して、緻密電解質層シート形成用のスラリーを作製した。   And, to 160 g of LSGM powder after the above-described sintering, 90 g of activated carbon (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a pore-increasing agent, 2.5 g of Marialim (manufactured by NOF Corporation) as a dispersing agent, 26 g of polyvinyl butyral (PVB, average polymerization degree 700) as a binder, 9 g of di-n-butyl phthalate as a plasticizer, 75.75 g of n-butanol and 75.75 g of toluene as solvents are added to a kneader, and the kneading is performed. A slurry for forming a dense electrolyte layer sheet was prepared by stirring and defoaming with a machine.

その後は、上記の緻密電解質層形成用シートの作製と同様の工程を行なって、多孔電解質層形成用シートを得た。   After that, the same process as the production of the dense electrolyte layer forming sheet was performed to obtain a porous electrolyte layer forming sheet.

(実施例1〜2の複合基板の作製)
上記の緻密電解質層形成用シートと多孔電解質層形成用シートとを重ね合わせた後に円柱状に切り抜いて得られたシート積層体を1450℃の空気雰囲気に6時間放置して焼成することによって、緻密電解質層形成用シートから緻密電解質層を形成し、多孔電解質層形成用シートから多孔電解質層を形成して、緻密電解質層と多孔電解質層とが接合した構成の実施例1の複合基板を作製した。
(Production of composite substrates of Examples 1 and 2)
The sheet laminate obtained by stacking the above-mentioned dense electrolyte layer forming sheet and porous electrolyte layer forming sheet and then cutting out into a cylindrical shape is left in an air atmosphere at 1450 ° C. for 6 hours to be fired. A dense electrolyte layer was formed from the electrolyte layer forming sheet, a porous electrolyte layer was formed from the porous electrolyte layer forming sheet, and a composite substrate of Example 1 having a configuration in which the dense electrolyte layer and the porous electrolyte layer were joined was produced. .

上記の緻密電解質層形成用シートと多孔電解質層形成用シートとを重ね合わせた後に円柱状に切り抜いて得られたシート積層体を1500℃の空気雰囲気に6時間放置して焼成することによって、緻密電解質層形成用シートから緻密電解質層を形成し、多孔電解質層形成用シートから多孔電解質層を形成して、緻密電解質層と多孔電解質層とが接合した構成の実施例2の複合基板を作製した。   The sheet laminate obtained by stacking the above-mentioned dense electrolyte layer forming sheet and the porous electrolyte layer forming sheet and then cutting out into a cylindrical shape is left in an air atmosphere at 1500 ° C. for 6 hours to be fired. A dense electrolyte layer was formed from the electrolyte layer forming sheet, a porous electrolyte layer was formed from the porous electrolyte layer forming sheet, and a composite substrate of Example 2 having a configuration in which the dense electrolyte layer and the porous electrolyte layer were joined was produced. .

(実施例1〜2の複合基板の評価)
(i)実施例1の複合基板
実施例1の複合基板の作製においては、上記の焼成前のシート積層体の円形状の表面の直径が平均で41.31mmであったのに対し、上記の焼成後の実施例1の複合基板の円形状の表面の直径は平均で35.90mmであった。したがって、実施例1の複合基板においては、円形状の表面の直径方向の平均の線収縮率は13.1%であった。
(Evaluation of composite substrates of Examples 1 and 2)
(I) Composite substrate of Example 1 In the preparation of the composite substrate of Example 1, the diameter of the circular surface of the sheet laminate before firing was 41.31 mm on average, whereas The diameter of the circular surface of the composite substrate of Example 1 after firing was 35.90 mm on average. Therefore, in the composite substrate of Example 1, the average linear shrinkage rate in the diameter direction of the circular surface was 13.1%.

また、実施例1の複合基板の作製においては、上記の焼成前のシート積層体の厚さが平均で1.232mmであったのに対し、上記の焼成後の実施例1の複合基板の厚さは平均で0.850mmであった。したがって、実施例1の複合基板においては、厚さ方向の平均の線収縮率は31.0%であった。   In the production of the composite substrate of Example 1, the thickness of the sheet laminate before firing was 1.232 mm on average, whereas the thickness of the composite substrate of Example 1 after firing was as described above. The average thickness was 0.850 mm. Therefore, in the composite substrate of Example 1, the average linear shrinkage rate in the thickness direction was 31.0%.

また、透過型電子顕微鏡を用いて、実施例1の複合基板の積層構造を調査したところ、実施例1の複合基板の緻密電解質層は緻密な焼結体から構成されており、多孔電解質層は多孔の焼結体から構成されていることが確認された。   Moreover, when the laminated structure of the composite substrate of Example 1 was investigated using a transmission electron microscope, the dense electrolyte layer of the composite substrate of Example 1 was composed of a dense sintered body, and the porous electrolyte layer was It was confirmed that it was composed of a porous sintered body.

また、実施例1の複合基板について、上記の円形状の表面の直径と厚さとの測定結果により体積を計算するとともに実施例1の複合基板の質量を測定することによって、これらの体積と質量の値から実施例1の複合基板の密度を算出した。そして、算出した密度をLSGMの理論密度で割ることによって相対密度(%)を求め、その相対密度(%)を100(%)から差し引くことによって、実施例1の複合基板の見かけ上の気孔率(%)を求めた。   Moreover, about the composite substrate of Example 1, by calculating the volume from the measurement results of the diameter and thickness of the circular surface described above, and measuring the mass of the composite substrate of Example 1, these volumes and masses The density of the composite substrate of Example 1 was calculated from the value. Then, the apparent density of the composite substrate of Example 1 is obtained by dividing the calculated density by the theoretical density of LSGM to obtain a relative density (%) and subtracting the relative density (%) from 100 (%). (%) Was calculated.

この方法により求めた実施例1の複合基板の見かけ上の気孔率は76.9%であった。実施例1の複合基板は緻密電解質層を有していることから、実施例1の複合基板の多孔電解質層は76.9%よりもさらに気孔率が大きくなるものと考えられる。   The apparent porosity of the composite substrate of Example 1 obtained by this method was 76.9%. Since the composite substrate of Example 1 has a dense electrolyte layer, it is considered that the porosity of the porous electrolyte layer of the composite substrate of Example 1 is higher than 76.9%.

したがって、このような実施例1の複合基板の多孔電解質層を、たとえば、電極用材料(燃料極用材料、空気極用材料)を含むスラリーに浸漬させることによって、良好なミクロ構造を有する電極(燃料極、空気極)を形成することができる。   Therefore, the porous electrolyte layer of the composite substrate of Example 1 is immersed in a slurry containing an electrode material (fuel electrode material, air electrode material), for example. Fuel electrode, air electrode) can be formed.

(ii)実施例2の複合基板
実施例2の複合基板の作製においては、上記の焼成前のシート積層体の円形状の表面の直径が平均で41.45mmであったのに対し、上記の焼成後の実施例2の複合基板の円形状の表面の直径は平均で35.75mmであった。したがって、実施例2の複合基板においては、円形状の表面の直径方向の平均の線収縮率は13.8%であった。
(Ii) Composite substrate of Example 2 In the production of the composite substrate of Example 2, the diameter of the circular surface of the sheet laminate before firing was 41.45 mm on the average, whereas The diameter of the circular surface of the composite substrate of Example 2 after firing was 35.75 mm on average. Therefore, in the composite substrate of Example 2, the average linear shrinkage rate in the diameter direction of the circular surface was 13.8%.

また、実施例2の複合基板の作製においては、上記の焼成前のシート積層体の厚さが平均で1.138mmであったのに対し、上記の焼成後の実施例2の複合基板の厚さは平均で0.680mmであった。したがって、実施例2の複合基板においては、厚さ方向の平均の線収縮率は40.2%であった。   In the production of the composite substrate of Example 2, the thickness of the sheet laminate before firing was 1.138 mm on average, whereas the thickness of the composite substrate of Example 2 after firing was as described above. The average length was 0.680 mm. Therefore, in the composite substrate of Example 2, the average linear shrinkage rate in the thickness direction was 40.2%.

また、透過型電子顕微鏡を用いて、実施例1の複合基板の積層構造を調査したところ、実施例1の複合基板の緻密電解質層は緻密な焼結体から構成されており、多孔電解質層は多孔の焼結体から構成されていることが確認された。   Moreover, when the laminated structure of the composite substrate of Example 1 was investigated using a transmission electron microscope, the dense electrolyte layer of the composite substrate of Example 1 was composed of a dense sintered body, and the porous electrolyte layer was It was confirmed that it was composed of a porous sintered body.

また、実施例2の複合基板について、実施例1の複合基板と同様にして、実施例2の複合基板の見かけ上の気孔率(%)を求めたところ、その気孔率は81.0%であった。実施例2の複合基板も緻密電解質層を有していることから、実施例2の複合基板の多孔電解質層は81.0%よりもさらに気孔率(%)が大きくなるものと考えられる。   For the composite substrate of Example 2, the apparent porosity (%) of the composite substrate of Example 2 was determined in the same manner as the composite substrate of Example 1, and the porosity was 81.0%. there were. Since the composite substrate of Example 2 also has a dense electrolyte layer, it is considered that the porosity (%) of the porous electrolyte layer of the composite substrate of Example 2 is larger than 81.0%.

したがって、このような実施例2の複合基板の多孔電解質層を、たとえば、電極用材料(燃料極用材料、空気極用材料)を含むスラリーに浸漬させることによって、良好なミクロ構造を有する電極(燃料極、空気極)を形成することができる。   Therefore, by immersing the porous electrolyte layer of the composite substrate of Example 2 in a slurry containing, for example, an electrode material (fuel electrode material, air electrode material), an electrode having a good microstructure ( Fuel electrode, air electrode) can be formed.

(実施例1〜2の複合基板への燃料極の作製)
実施例1〜2の複合基板の多孔電解質層を浸漬させるための燃料極形成用のスラリーを作製した。ここで、燃料極形成用のスラリーは、酸化ニッケル(NiO)粉末とガドリニア添加セリア(GDC)粉末とを質量比で8:2の割合で混合し、これらの粉末の混合物からなる燃料極用材料をその燃料極用材料の3倍量の有機溶剤に添加して作製した。
(Fabrication of fuel electrode on composite substrates of Examples 1 and 2)
The slurry for fuel electrode formation for immersing the porous electrolyte layer of the composite substrate of Examples 1-2 was produced. Here, the slurry for forming the fuel electrode is a material for a fuel electrode comprising a mixture of nickel oxide (NiO) powder and gadolinia-added ceria (GDC) powder in a mass ratio of 8: 2, and a mixture of these powders. Was added to an organic solvent three times as much as the fuel electrode material.

そして、上記のようにして作製した燃料極形成用のスラリーに実施例1〜2の複合基板の多孔電解質層を浸漬させた後に120℃で1時間加熱することによって有機溶剤を乾燥させた。そして、この実施例1〜2の複合基板の多孔電解質層の燃料極形成用のスラリーへの浸漬と有機溶剤との乾燥とを交互に3回繰り返すことによって、実施例1〜2の複合基板の多孔電解質層の内部に上記の燃料極用材料を付着させて燃料極を形成した。   And after immersing the porous electrolyte layer of the composite board | substrate of Examples 1-2 in the slurry for fuel electrode formation produced as mentioned above, the organic solvent was dried by heating at 120 degreeC for 1 hour. And by immersing the porous electrolyte layer of the composite substrate of Examples 1-2 in the slurry for fuel electrode formation and drying with the organic solvent alternately three times, the composite substrate of Examples 1-2 The fuel electrode was formed by adhering the above fuel electrode material to the inside of the porous electrolyte layer.

その後、燃料極の形成後の複合基板を1200℃の空気中で3時間熱処理し、その後750℃の水素雰囲気で1時間還元した後の複合基板のミクロ構造を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。   After that, the composite substrate after the formation of the fuel electrode was heat-treated in air at 1200 ° C. for 3 hours, and then reduced in a hydrogen atmosphere at 750 ° C. for 1 hour, and the microstructure of the composite substrate was observed with a scanning electron microscope (SEM). did.

図5に燃料極形成前の実施例1の複合基板のSEM写真を示し、図6に燃料極形成後の実施例1の複合基板のSEM写真を示す。図5および図6に示すように、実施例1の複合基板の多孔電解質層の内部にはNiおよびGDCが均一に分散して付着していることが確認された。   FIG. 5 shows an SEM photograph of the composite substrate of Example 1 before forming the fuel electrode, and FIG. 6 shows an SEM photograph of the composite substrate of Example 1 after forming the fuel electrode. As shown in FIGS. 5 and 6, it was confirmed that Ni and GDC were uniformly dispersed and adhered to the inside of the porous electrolyte layer of the composite substrate of Example 1.

また、燃料極形成前の実施例2の複合基板のSEM写真は図5に示すものと同様であり、燃料極形成後の実施例2の複合基板のSEM写真は図6に示すものと同様であったため、実施例2の複合基板の多孔電解質層の内部にもNiおよびGDCが均一に分散して付着していることが確認された。   Further, the SEM photograph of the composite substrate of Example 2 before the formation of the fuel electrode is the same as that shown in FIG. 5, and the SEM photograph of the composite substrate of Example 2 after the formation of the fuel electrode is the same as that shown in FIG. Therefore, it was confirmed that Ni and GDC were uniformly dispersed and adhered to the inside of the porous electrolyte layer of the composite substrate of Example 2.

したがって、実施例1〜2の複合基板を用いて形成された固体酸化物形燃料電池セルおよびこれらの固体酸化物形燃料電池セルの複数を電気的に接続した構成の固体酸化物形燃料電池は良好な発電特性を示すものと考えられる。   Therefore, a solid oxide fuel cell formed using the composite substrate of Examples 1 and 2 and a solid oxide fuel cell having a configuration in which a plurality of these solid oxide fuel cells are electrically connected are provided. It is considered that it shows good power generation characteristics.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明によれば、緻密電解質層を薄く形成することができるとともに固体酸化物形燃料電池の特性も向上させることができる複合基板の製造方法およびその固体酸化物形燃料電池セル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 composite substrate which can form the dense electrolyte layer thinly, and can also improve the characteristic of a solid oxide fuel cell, and the manufacturing method of the solid oxide fuel cell are provided. can do.

1,110 複合基板、10,100,101 固体酸化物形燃料電池セル、11 多孔電解質層、11a 多孔電解質層形成用シート、12,112 緻密電解質層、12a,112a 緻密電解質層形成用シート、13,113 燃料極、113a 燃料極形成用シート、14,114 空気極、41 粉末、42 焼結体。   1,110 Composite substrate, 10,100,101 Solid oxide fuel cell, 11 Porous electrolyte layer, 11a Porous electrolyte layer forming sheet, 12,112 Dense electrolyte layer, 12a, 112a Dense electrolyte layer forming sheet, 13 , 113 Fuel electrode, 113a Fuel electrode forming sheet, 14, 114 Air electrode, 41 Powder, 42 Sintered body.

Claims (4)

緻密電解質層形成用シートを作製する工程と、
多孔電解質層形成用シートを作製する工程と、
前記緻密電解質層形成用シートと前記多孔電解質層形成用シートとを重ね合わせてシート積層体を形成する工程と、
前記シート積層体を焼成する工程とを含み、
前記多孔電解質層形成用シートは、熱処理することによって焼結を進行させた粉末を、前記緻密電解質層形成用シートよりも多く含む、複合基板の製造方法。
Producing a dense electrolyte layer forming sheet;
Producing a porous electrolyte layer forming sheet;
A step of superposing the dense electrolyte layer forming sheet and the porous electrolyte layer forming sheet to form a sheet laminate;
Firing the sheet laminate,
The said porous electrolyte layer forming sheet is a manufacturing method of a composite substrate containing more powder which sintered by heat-processing than the said dense electrolyte layer forming sheet.
前記緻密電解質層形成用シートは、La1-x1(A1)x1Ga1-y1-z1Mgy1(B1)z13-d1(ただし、0≦x1≦0.2、0.05≦y1≦0.25、0≦z1≦0.1、0.05≦y1+z1≦0.3、−0.025≦d1≦0.25)の式で表わされる金属酸化物を主成分として含み、
前記多孔電解質層形成用シートは、La1-x2(A2)x2Ga1-y2-z2Mgy2(B2)z23-d2(ただし、0≦x2≦0.2、0.05≦y2≦0.25、0≦z2≦0.1、0.05≦y2+z2≦0.3、−0.025≦d2≦0.25)の式で表わされる金属酸化物を主成分として含んでおり、
A1およびA2はそれぞれ独立に、Ba、SrおよびCaからなる群から選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属を示し、
B1およびB2はそれぞれ独立に、Fe、CoおよびMnからなる群から選択される少なくとも1種の遷移金属を示していることを特徴とする、請求項1に記載の複合基板の製造方法。
The dense electrolyte layer forming sheet is composed of La 1-x1 (A1) x1 Ga 1-y1-z1 Mg y1 (B1) z1 O 3-d1 (where 0 ≦ x1 ≦ 0.2, 0.05 ≦ y1 ≦ 0.25, 0 ≦ z1 ≦ 0.1, 0.05 ≦ y1 + z1 ≦ 0.3, −0.025 ≦ d1 ≦ 0.25) as a main component,
The porous electrolyte layer forming sheet is composed of La 1-x2 (A2) x2 Ga 1-y2-z2 Mg y2 (B2) z2 O 3-d2 (where 0 ≦ x2 ≦ 0.2, 0.05 ≦ y2 ≦ 0.25, 0 ≦ z2 ≦ 0.1, 0.05 ≦ y2 + z2 ≦ 0.3, −0.025 ≦ d2 ≦ 0.25) as a main component,
A1 and A2 each independently represent at least one alkaline earth metal selected from the group consisting of Ba, Sr and Ca;
The method for producing a composite substrate according to claim 1, wherein B1 and B2 each independently represent at least one transition metal selected from the group consisting of Fe, Co, and Mn.
緻密電解質層形成用シートを作製する工程と、
多孔電解質層形成用シートを作製する工程と、
前記緻密電解質層形成用シートと前記多孔電解質層形成用シートとを重ね合わせてシート積層体を形成する工程と、
前記シート積層体を焼成することによって複合基板を作製する工程と、
前記複合基板に電極を形成する工程と、を含み、
前記多孔電解質層形成用シートは、熱処理することによって焼結を進行させた粉末を、前記緻密電解質層形成用シートよりも多く含む、固体酸化物形燃料電池セルの製造方法。
Producing a dense electrolyte layer forming sheet;
Producing a porous electrolyte layer forming sheet;
A step of superposing the dense electrolyte layer forming sheet and the porous electrolyte layer forming sheet to form a sheet laminate;
Producing a composite substrate by firing the sheet laminate;
Forming an electrode on the composite substrate,
The method for producing a solid oxide fuel cell, wherein the porous electrolyte layer forming sheet contains a larger amount of powder that has been sintered by heat treatment than the dense electrolyte layer forming sheet.
前記電極を形成する工程は、前記複合基板に燃料極を形成する工程を含む、請求項3に記載の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法。   The method for producing a solid oxide fuel cell according to claim 3, wherein the step of forming the electrode includes a step of forming a fuel electrode on the composite substrate.
JP2012001993A 2012-01-10 2012-01-10 Method for producing composite substrate and method for producing solid oxide fuel cell Active JP5412534B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012001993A JP5412534B2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Method for producing composite substrate and method for producing solid oxide fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012001993A JP5412534B2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Method for producing composite substrate and method for producing solid oxide fuel cell

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008149541A Division JP2009295497A (en) 2008-06-06 2008-06-06 Composite substrate and manufacturing method of composite substrate, solid oxide fuel battery cell, solid oxide fuel cell and manufacturing method of solid oxide fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012124167A true JP2012124167A (en) 2012-06-28
JP5412534B2 JP5412534B2 (en) 2014-02-12

Family

ID=46505354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012001993A Active JP5412534B2 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Method for producing composite substrate and method for producing solid oxide fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5412534B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018073653A (en) * 2016-10-31 2018-05-10 日本特殊陶業株式会社 Electrochemical cell, electrochemical stack, and method for manufacturing electrochemical cell

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008519404A (en) * 2004-10-29 2008-06-05 フランクリン・フュエル・セルズ・インコーポレーテッド Electrochemical cell structure and its manufacturing method by controlled powder method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008519404A (en) * 2004-10-29 2008-06-05 フランクリン・フュエル・セルズ・インコーポレーテッド Electrochemical cell structure and its manufacturing method by controlled powder method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018073653A (en) * 2016-10-31 2018-05-10 日本特殊陶業株式会社 Electrochemical cell, electrochemical stack, and method for manufacturing electrochemical cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP5412534B2 (en) 2014-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6658754B2 (en) Solid oxide fuel cell and method for producing electrolyte layer-anode assembly
CN107210466B (en) Method for producing electrode, electrode structure, fuel cell or metal-air secondary cell, cell module, and composition
JP2015088284A (en) Solid oxide fuel cell
JP5336207B2 (en) Solid oxide fuel cell
WO2011093328A1 (en) Fuel battery cell, fuel battery cell device, fuel battery module, and fuel battery device
KR20120140476A (en) Material for solid oxide fuel cell, cathode including the material and solid oxide fuel cell including the material
EP3343682B1 (en) Flat plate-shaped solid oxide fuel cell and cell module comprising same
JP4828104B2 (en) Fuel cell
JPWO2013180299A1 (en) Cell and cell stack device, electrochemical module, and electrochemical device
CN110088965B (en) Single cell, single cell stack device, module, and module housing device
JP5412534B2 (en) Method for producing composite substrate and method for producing solid oxide fuel cell
JP2017157553A (en) Fuel cell
JP2012185928A (en) Manufacturing method of fuel electrode support type power generation cell
KR101871349B1 (en) Cathode for solid oxide fuel cells and electrolysis cells, method for fabricating the same
KR102109730B1 (en) Method for fabricating solid oxide fuel cell
JP2012142241A (en) Method for manufacturing single cell for solid oxide fuel cell
JP4913257B1 (en) Solid oxide fuel cell
CN110088952B (en) Anode for an electrochemical cell and method for manufacturing an electrochemical cell comprising such an anode
JP2009295497A (en) Composite substrate and manufacturing method of composite substrate, solid oxide fuel battery cell, solid oxide fuel cell and manufacturing method of solid oxide fuel cell
KR102026502B1 (en) Solid oxide fuel cell, battery module comprising the same and method for manufacturing solid oxide fuel cell
JP2009087539A (en) Fuel battery cell and fuel battery cell stack, as well as fuel battery
JP2005085522A (en) Supporting membrane type solid oxide fuel cell
JP7114555B2 (en) Electrodes for water vapor electrolysis
KR101927306B1 (en) Oxide particle, electrode comprising the same and fuel cell comprising the electrode
JP6063368B2 (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130820

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131007

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131029

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131111

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5412534

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250