JP2012209152A - Method for manufacturing anode support type solid oxide fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアノード支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an anode-supported solid oxide fuel cell.
固体酸化物形燃料電池が提供されている。固体酸化物形燃料電池は、厚み方向において、カソードと固体酸化物形の電解質膜とアノードとをもつ。このものでは、アノードの厚みが電解質膜、カソードよりもかなり厚い構造をもつアノード支持型燃料電池が、近年、提供されている。このものによれば、アノードが厚いため、電解質膜の厚みを薄くでき、電解質膜の厚み方向における酸素イオン伝導率を高めるのに貢献できる。 A solid oxide fuel cell is provided. The solid oxide fuel cell has a cathode, a solid oxide electrolyte membrane, and an anode in the thickness direction. In recent years, anode-supported fuel cells having a structure in which the thickness of the anode is considerably thicker than the electrolyte membrane and the cathode have been provided. According to this structure, since the anode is thick, the thickness of the electrolyte membrane can be reduced, which can contribute to increasing the oxygen ion conductivity in the thickness direction of the electrolyte membrane.
上記したアノードの製造にあたり、特許文献1は一般的なスクリーン印刷を用いる。特許文献2はドクターブレード法を用いる。特許文献3,4は一般的なプレス成形法を用いる。
In manufacturing the anode described above,
特許文献1によれば、スクリーン印刷は薄膜成形に有利であるものの、厚みが厚いアノードを形成するには好ましくない。特許文献2によれば、ドクターブレード法を採用しているが、厚みが厚いアノードを形成するには好ましくない。更に原料粉末をスラリー化させるため、多量の溶剤を使用するが、成形されたアノードを焼成前に乾燥させるとき、溶剤の蒸散に伴い亀裂がアノードに生成するおそれがある。これを回避するため、雰囲気制御された長い時間の乾燥工程を必要とする問題があり、生産性が低下する。特許文献3,4はプレス型への原料の型充填性を高めるべく、原料を造粒化させる工程が必要となる。更に、型充填性を考慮すると、アノードの強度向上には限界があり、ハンドリング時にアノードに亀裂が生成し易いおそれがある。更にプレス成形では、セルの大型化に伴い、高価なプレス機の能力増加は避けられない。
According to
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、亀裂の発生を抑制させつつ、アノードの厚みがカソードの厚みおよび電解質膜の厚みよりも厚いアノード支持型の固体酸化物形燃料電池を容易に製造できるアノード支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is easy to provide an anode-supported solid oxide fuel cell in which the thickness of the anode is larger than the thickness of the cathode and the thickness of the electrolyte membrane while suppressing the occurrence of cracks. It is an object of the present invention to provide a method for producing an anode-supported solid oxide fuel cell that can be produced easily.
様相1に係る本発明に係るアノード支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法は、カソードと、固体酸化物形の電解質膜と、カソードおよび電解質膜の厚みよりも厚肉のアノードとをもち、電解質膜をカソードおよびアノードにより挟むように積層された固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、アノードの形成にあたり、(i)低融点有機物で形成された結合材とアノード用粉末材料とを混合した混合物と、貫通開口をもつ成形マスクとを準備する工程と、(ii)混合物に含まれる低融点有機物の融点以上に混合物を加熱させて低融点有機物を液相化させて混合物を流動物とし、更に、電解質膜の表面に設置した成形マスクの貫通開口に流動物を流入させて固化させることにより電解質膜の表面にグリーン状態のアノードを成形する工程と、(iii)少なくともグリーン状態のアノードを焼成温度領域において焼成させることにより、アノードを電解質膜の表面に形成させる工程とを含む。グリーン状態とは、生成形体として成形されているものの、未焼成状態をいう。 A method for producing an anode-supported solid oxide fuel cell according to the first aspect of the present invention includes a cathode, a solid oxide electrolyte membrane, and an anode thicker than the cathode and the electrolyte membrane, A method of manufacturing a solid oxide fuel cell in which an electrolyte membrane is sandwiched between a cathode and an anode. In forming the anode, (i) a binder formed of a low-melting-point organic substance and an anode powder material A step of preparing a mixed mixture and a molding mask having a through-opening; and (ii) heating the mixture to a temperature higher than the melting point of the low-melting-point organic substance contained in the mixture to make the low-melting-point organic substance into a liquid phase, And forming a green anode on the surface of the electrolyte membrane by allowing the fluid to flow into a through-opening of a molding mask placed on the surface of the electrolyte membrane and solidifying it. , And a step of forming on the (iii) by baking at the anode the firing temperature region of at least the green state, the surface of the anode electrolyte membrane. The green state refers to an unfired state although it is molded as a generated shape.
本様相によれば、アノードの厚みがカソードの厚みおよび電解質膜の厚みよりも厚いため、電解質膜の保持性が高く、電解質膜の厚みを薄くでき、電解質膜の厚み方向における酸素イオン伝導率を高めるのに貢献できる。 According to this aspect, since the thickness of the anode is thicker than the thickness of the cathode and the thickness of the electrolyte membrane, the electrolyte membrane has high retention, the thickness of the electrolyte membrane can be reduced, and the oxygen ion conductivity in the thickness direction of the electrolyte membrane can be reduced. Can contribute to increase.
本様相によれば、グリーン状態のアノードとなる混合物は、溶剤の代わりに、熱可塑性をもつ低融点有機物で形成された結合材を含む。このため、混合物に含まれる低融点有機物の融点以上に混合物を加熱させれば、低融点有機物を液相化させて混合物を流動物とすることができる。低融点有機物の融点は常温よりも高温であれば良く、200℃以下、150℃以下、更には、100℃以下、90℃以下にできる。更に、電解質膜の表面に設置した成形マスクの貫通開口に流動物を流入させて固化させることにより、電解質膜の表面にグリーン状態のアノードを形成することができる。本様相によれば、低融点有機物が液相化されると、流動物は流動性を示すため、その流動物を成形マスクの貫通開口に充填させる充填性を高めることができる。また、貫通開口をもつ成形マスクを用いるため、成形マスクの厚みに応じて、グリーン状態のアノードの厚みを厚くできる。その後の冷却に伴い、液相化された低融点有機物は固化するため、グリーン状態のアノードの厚みが厚いときであっても、グリーン状態のアノードの強度が確保され、グリーン状態のアノードの保形性が維持される。固化は、マスク成形後の冷却または室温放置により実施できる。 According to this aspect, the mixture that becomes the green anode includes a binder formed of a thermoplastic low-melting-point organic substance instead of the solvent. For this reason, if a mixture is heated more than the melting | fusing point of the low melting-point organic substance contained in a mixture, a low-melting-point organic substance can be made into a liquid phase and a mixture can be made into a fluid. The melting point of the low melting point organic material may be higher than room temperature, and can be 200 ° C. or lower, 150 ° C. or lower, and further 100 ° C. or lower, 90 ° C. or lower. Furthermore, a green state anode can be formed on the surface of the electrolyte membrane by allowing a fluid to flow into a through-opening of a molding mask placed on the surface of the electrolyte membrane and solidifying the fluid. According to this aspect, when the low-melting-point organic substance is converted into a liquid phase, the fluid exhibits fluidity, so that the filling property of filling the fluid into the through-opening of the molding mask can be improved. In addition, since a molding mask having a through-opening is used, the thickness of the green anode can be increased according to the thickness of the molding mask. Since the low-melting-point organic substance in liquid phase is solidified with the subsequent cooling, the strength of the green-state anode is ensured even when the thickness of the green-state anode is thick, and the shape of the green-state anode is maintained. Sex is maintained. Solidification can be performed by cooling after mask formation or standing at room temperature.
本様相によれば、低融点有機物を液相化させるものの、常温領域においても蒸散する溶剤が使用されない。このため、形成されたグリーン状態のアノードを保持または保管している状態において、成形後で焼成前のグリーン状態のアノードからの溶剤の蒸散が抑えられる。従って、成形後で焼成前において、グリーン状態のアノードを保持または保管している状態において、溶剤の蒸散に伴う亀裂がグリーン状態のアノードに発生したりアノードが変形したりすることが抑えられる。更に乾燥収縮によるグリーン状態のアノードの破損が抑えられる。このようなグリーン状態のアノードを焼成雰囲気において焼成温度領域において焼成させれば、焼成されたアノードを良好に形成できる。更に、テープ成形とは異なり、グリーン状態のアノードを厚膜化させても、材料の過剰流れが抑えられ、グリーン状態のアノードを所望の形状に成形できるため、材料ロスが抑えられる。また、混合物を加熱させた流動物が成形マスクの貫通開口に流入しきらず、余ったときであっても、余って固化した混合物を低融点有機物の融点以上に再び加熱させれば、混合物および流動物を再利用することができる。 According to this aspect, although the low-melting-point organic substance is made into a liquid phase, a solvent that evaporates even in the normal temperature region is not used. For this reason, in the state where the formed green state anode is held or stored, the evaporation of the solvent from the green state anode after molding and before firing is suppressed. Therefore, in the state where the green state anode is held or stored after molding and before firing, it is possible to prevent cracks due to solvent evaporation from occurring in the green state anode or deformation of the anode. Furthermore, damage to the green anode due to drying shrinkage can be suppressed. If such a green anode is fired in a firing temperature region in a firing atmosphere, the fired anode can be satisfactorily formed. Furthermore, unlike tape molding, even when the anode in the green state is made thicker, the excessive flow of the material can be suppressed and the anode in the green state can be molded into a desired shape, so that material loss can be suppressed. In addition, even when the fluid that has heated the mixture does not flow into the through-opening of the molding mask and remains, if the excessively solidified mixture is heated again above the melting point of the low-melting organic material, the mixture and the flow Animals can be reused.
様相2に係る本発明に係る固体酸化物形燃料電池の製造方法によれば、上記様相において、低融点有機物の融点は40〜90℃の範囲である。上記した様相1の作用を容易に実現できる。
According to the method for producing a solid oxide fuel cell according to
本発明方法によれば、電解質膜の表面に設置した成形マスクの貫通開口に流動物を流入させて電解質膜の表面にグリーン状態のアノードを成形する。冷却に伴い、液相化された低融点有機物は速やかに固化するため、グリーン状態のアノードの厚みが厚いときであっても、グリーン状態のアノードの強度および保形性を維持できる。 According to the method of the present invention, a fluid is allowed to flow into a through-opening of a molding mask placed on the surface of the electrolyte membrane to form a green anode on the surface of the electrolyte membrane. As the low-melting-point organic substance in liquid phase is rapidly solidified with cooling, the strength and shape retention of the green anode can be maintained even when the green anode is thick.
本発明方法によれば、常温領域においても蒸散する溶剤が使用されないため、成形されたグリーン状態のアノードを保持または保管している状態において、グリーン状態のアノードからの溶剤の蒸散が抑えられる。従って、グリーン状態のアノードを焼成前において保持または保管している状態において、溶剤の蒸散に伴う亀裂がグリーン状態で焼成前のアノードに発生することが抑えられる。このようなグリーン状態のアノードを焼成温度領域において焼成させれば、焼成されたアノードを良好に形成できる。
を提供できる。
According to the method of the present invention, since the solvent that evaporates even in the normal temperature region is not used, the evaporation of the solvent from the green state anode can be suppressed while the molded green state anode is held or stored. Therefore, in a state where the green state anode is held or stored before firing, it is possible to suppress the occurrence of cracks due to the evaporation of the solvent in the green state before firing. If such a green state anode is fired in the firing temperature range, the fired anode can be satisfactorily formed.
Can provide.
固体酸化物形燃料電池は、アノード支持型の平板セルであり、焼成されている。アノードは厚肉であり、燃料電池支持体を構成するため、酸素イオン伝導性をもつ電解質膜の厚みを薄くでき、電解質膜の厚み方向のイオン伝導率を高めるのに有利である。アノード支持型の平板セルは、カソードと、固体酸化物形の電解質膜と、カソードおよび電解質膜の厚みよりも厚肉のアノードとをもつ。電解質膜はカソードおよびアノードにより挟まれる。カソードとしてはペロブスカイト型酸化物が挙げられ、具体的には、ランタンマンガナイト系、ランタンフェライト系、ランタンコバルタイト系、ストロンチウムコバルタイト系、ランタンニッケル系が挙げられる。 The solid oxide fuel cell is an anode-supported flat cell and is fired. Since the anode is thick and constitutes a fuel cell support, the thickness of the electrolyte membrane having oxygen ion conductivity can be reduced, which is advantageous for increasing the ionic conductivity in the thickness direction of the electrolyte membrane. An anode-supported flat cell has a cathode, a solid oxide electrolyte membrane, and an anode that is thicker than the cathode and electrolyte membrane. The electrolyte membrane is sandwiched between the cathode and the anode. Examples of the cathode include perovskite oxides, and specific examples include lanthanum manganite, lanthanum ferrite, lanthanum cobaltite, strontium cobaltite, and lanthanum nickel.
アノードの形成にあたり、低融点有機物で形成された結合材とアノード用粉末材料とを混合した混合物と、貫通開口をもつ成形マスクとを準備する工程を実施する。混合物に流動性をもたせるように、混合物に含まれている低融点有機物を液相化させる。液相化させるのは成形マスクの貫通開口に効率よく流動させ、流動物の充填性を高めるためである。アノード用粉末材料としては安定化ジルコニア系および/またはドープドセリア系(例えばGDC,SDC,LDC等)を含む混合粉末や複合粉末が挙げられる。アノード用粉末材料は金属酸化物を含むことができる。金属酸化物としては酸化ニッケルが例示できる。この場合、アノード用粉末材料を100%とするとき、質量比で、安定化剤を含む安定化ジルコニア系は30〜50%、触媒となる金属の酸化物(酸化ニッケル等)は70〜50%にできる。安定化剤としては、イットリア(Y2O3)、カルシア(CaO)、マグネシア(MgO)、セリア(CeO2)、スカンジア(Sc2O3)のうちの少なくとも1種が挙げられる。安定化剤としてはモル比で0.1〜15%の範囲、0.2〜13%の範囲、0.5〜10%が挙げられるが、これに限定されるものではない。 In forming the anode, a step of preparing a mixture obtained by mixing a binder formed of a low-melting-point organic material and an anode powder material and a molding mask having a through opening is performed. The low melting point organic substance contained in the mixture is made into a liquid phase so that the mixture has fluidity. The reason for making the liquid phase is to efficiently flow into the through-opening of the molding mask and improve the filling property of the fluid. Examples of the powder material for the anode include mixed powders and composite powders containing a stabilized zirconia system and / or a doped ceria system (for example, GDC, SDC, LDC, etc.). The anode powder material may include a metal oxide. An example of the metal oxide is nickel oxide. In this case, when the anode powder material is 100%, the mass ratio of the stabilized zirconia system containing the stabilizer is 30 to 50%, and the catalyst metal oxide (such as nickel oxide) is 70 to 50%. Can be. Examples of the stabilizer include at least one of yttria (Y 2 O 3 ), calcia (CaO), magnesia (MgO), ceria (CeO 2 ), and scandia (Sc 2 O 3 ). Stabilizers include, but are not limited to, a molar ratio of 0.1 to 15%, 0.2 to 13%, and 0.5 to 10%.
貫通開口をもつ成形マスクを使用する理由は、アノードの厚みが電解質膜およびカソードよりもかなり厚いため、スクリーン印刷よりもマスク印刷が好ましいためである。アノードの厚みは電解質膜の厚みの5〜200倍、または、10〜100倍が例示される。このため電解質膜の厚みを薄くさせるのに有利である。成形マスクの厚みはアノードの厚みに対応するため、成形マスクの厚みを調整すれば、アノードの厚みを調整できる。低融点有機物の融点は30〜150℃、40〜90℃の範囲、50〜80℃の範囲であることが好ましい。融点の上限値としては120℃、90℃、85℃、80℃のいずれかが例示できる。その上限値と組み合わせ得る融点の下限値としては常温よりも高温であれば良く、40℃、45℃、50℃のいずれかが例示できる。融点とは、融点温度の幅が有るときには、昇温により液相の生成を開始させる温度と定義できる。 The reason for using a shaped mask with a through opening is that mask printing is preferred over screen printing because the thickness of the anode is much thicker than the electrolyte membrane and cathode. The thickness of the anode is 5 to 200 times or 10 to 100 times the thickness of the electrolyte membrane. This is advantageous in reducing the thickness of the electrolyte membrane. Since the thickness of the molding mask corresponds to the thickness of the anode, the thickness of the anode can be adjusted by adjusting the thickness of the molding mask. The melting point of the low-melting organic substance is preferably 30 to 150 ° C, 40 to 90 ° C, and 50 to 80 ° C. Examples of the upper limit of the melting point include 120 ° C., 90 ° C., 85 ° C., and 80 ° C. The lower limit of the melting point that can be combined with the upper limit is only required to be higher than room temperature, and any of 40 ° C., 45 ° C., and 50 ° C. can be exemplified. The melting point can be defined as a temperature at which generation of a liquid phase is started by increasing the temperature when there is a range of melting point temperatures.
低融点有機物は次の性質を有することが好ましい。
(1)炭素、酸素、水素、窒素などからなり、熱分解性が良く、金属、硫黄、ハロゲンを含まないことが好ましい。
(2)低融点有機物の融点については50〜90℃であることが好ましい。
(3)低融点有機物の揮発性については、常温から融点近くまで著しい揮発性がないことが好ましい。グリーン状態のアノードにおける亀裂発生を抑えるためである。
(4)低融点有機物の結晶性については、凝固固化時に結晶化しないことが好ましい。
(5)低融点有機物の分散性については、結合材が液相状態または固化状態であっても、アノード粉末材料が偏在しないことが好ましい。
(6)低融点有機物の粘度については、マスク印刷を考慮すると、液相時に糸引き等の現象がないことが好ましい。
(7)低融点有機物の膨張収縮性については、液相および固相間の相転移時において体積変化が少ないことが好ましい。
(8)水酸基、カルボキシル基、エーテル基、エステル基等の極性基を有することにより、電解質膜との密着性を向上できることが好ましい。
The low melting point organic substance preferably has the following properties.
(1) It is preferably made of carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, etc., has good thermal decomposability, and does not contain metal, sulfur, or halogen.
(2) The melting point of the low melting point organic substance is preferably 50 to 90 ° C.
(3) Regarding the volatility of the low-melting-point organic substance, it is preferable that there is no significant volatility from room temperature to near the melting point. This is in order to suppress cracks in the green anode.
(4) Regarding the crystallinity of the low-melting-point organic substance, it is preferable not to crystallize during solidification.
(5) Regarding the dispersibility of the low melting point organic substance, it is preferable that the anode powder material is not unevenly distributed even if the binder is in a liquid phase state or a solidified state.
(6) Regarding the viscosity of the low melting point organic substance, it is preferable that there is no phenomenon such as stringing in the liquid phase in consideration of mask printing.
(7) Regarding the expansion / contraction property of the low-melting-point organic substance, it is preferable that the volume change is small during the phase transition between the liquid phase and the solid phase.
(8) It is preferable that adhesiveness with an electrolyte membrane can be improved by having polar groups such as a hydroxyl group, a carboxyl group, an ether group, and an ester group.
上記した結合材となる低融点有機物としては、ポリマー、直鎖炭化水素、エステル、高級アルコール、脂肪酸、混合系が挙げられ、融点は40〜90℃の範囲内が好ましい。融点が低温すぎると、室温で固化せず形状を維持できない、融点が高温過ぎると、溶融温度が高くなり大がかりな加熱・保温機構が必要となる。融点は、融点幅が存在するときには、昇温に伴い液化が開始される温度とすることができる。ポリマーとしてはポリエチレングリコールが挙げられる。ポリエチレングリコールとしては、ポリエチレングリコール2000(融点:45〜55℃)、ポリエチレングリコール1000(融点:30〜40℃)、ポリエチレングリコール6000(融点:50〜65℃)が挙げられる。2000等の数字は平均分子量を意味する。直鎖炭化水素としてはパラフィン(融点:56〜58℃)が挙げられる。エステルとしては蜜ろう(融点:60〜66℃)が挙げられる。高級アルコールとしてはヘキサデカノール(1−ヘキサデカノール(融点:49〜53℃))、オクタデカノール(1−オクタデカノール(融点:57〜60℃))が挙げられる。脂肪酸としてはヒドロキシステアリン酸(12−ヒドロキシステアリン酸(融点:74〜79℃))、ミリスチン酸(融点:53〜56℃)、パルミチン酸(融点:60〜63℃)、ステアリン酸(融点:56〜72℃)が挙げられる。低融点有機物の混合系としては、複数の低融点有機物を混合させたものである。低融点有機物の混合系としては、蜜ろう(融点:60〜66℃)とパラフィン(融点:56〜58℃)とを混合させた材料が挙げられる。この場合、蜜ろうおよびパラフィンの混合比率は適宜設定できる。質量比で、蜜ろう:パラフィン=(1〜5):1にできる。例えば、蜜ろう:パラフィン=3:1にできる。 Examples of the low-melting-point organic substance that serves as the binder include polymers, linear hydrocarbons, esters, higher alcohols, fatty acids, and mixed systems. The melting point is preferably in the range of 40 to 90 ° C. If the melting point is too low, it will not solidify at room temperature and the shape cannot be maintained. If the melting point is too high, the melting temperature will be high and a large-scale heating / warming mechanism will be required. When the melting point width exists, the melting point can be a temperature at which liquefaction starts as the temperature rises. Examples of the polymer include polyethylene glycol. Examples of the polyethylene glycol include polyethylene glycol 2000 (melting point: 45 to 55 ° C.), polyethylene glycol 1000 (melting point: 30 to 40 ° C.), and polyethylene glycol 6000 (melting point: 50 to 65 ° C.). Numbers such as 2000 mean average molecular weight. Examples of the linear hydrocarbon include paraffin (melting point: 56 to 58 ° C.). Examples of the ester include beeswax (melting point: 60 to 66 ° C.). Examples of the higher alcohol include hexadecanol (1-hexadecanol (melting point: 49 to 53 ° C.)) and octadecanol (1-octadecanol (melting point: 57 to 60 ° C.)). Examples of fatty acids include hydroxystearic acid (12-hydroxystearic acid (melting point: 74 to 79 ° C)), myristic acid (melting point: 53 to 56 ° C), palmitic acid (melting point: 60 to 63 ° C), and stearic acid (melting point: 56). ~ 72 ° C). The mixed system of low melting point organic substances is a mixture of a plurality of low melting point organic substances. Examples of the mixed system of low melting point organic materials include a material in which beeswax (melting point: 60 to 66 ° C.) and paraffin (melting point: 56 to 58 ° C.) are mixed. In this case, the mixing ratio of beeswax and paraffin can be set as appropriate. By mass ratio, beeswax: paraffin = (1-5): 1. For example, beeswax: paraffin = 3: 1.
本発明方法によれば、混合物に含まれる低融点有機物の融点以上に混合物を加熱させて低融点有機物を液相化させて混合物を流動物とさせる。更に、電解質膜の表面に設置した成形マスクの貫通開口に流動物を流入させて電解質膜の表面にグリーン状態のアノードを成形する。グリーンとは、未焼成の生成形体という意味である。低融点有機物の融点以上に混合物を加熱させるとき、成形マスクが過剰に変形したり軟質化したりしないように、成形マスクは耐熱性をもつ。耐熱性を考慮すると、マスクとしては、樹脂マスクよりもメタルマスク、セラミックスマスクが好ましい。場合によっては、耐熱性が低融点有機物の融点以上に高い樹脂で成形されたマスクとしても良い。 According to the method of the present invention, the mixture is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the low-melting-point organic substance contained in the mixture, and the low-melting-point organic substance is liquid-phased to make the mixture a fluid. Further, a fluid is caused to flow into a through-opening of a molding mask installed on the surface of the electrolyte membrane, thereby forming a green anode on the surface of the electrolyte membrane. Green means an unfired formed form. When the mixture is heated above the melting point of the low-melting organic substance, the molding mask has heat resistance so that the molding mask does not deform excessively or become soft. Considering heat resistance, the mask is preferably a metal mask or a ceramic mask rather than a resin mask. Depending on the case, it is good also as a mask shape | molded with resin whose heat resistance is higher than melting | fusing point of a low melting-point organic substance.
更に、少なくともグリーン状態のアノードを焼成温度領域において焼成させることにより、アノードを電解質膜の表面に形成させる工程を実施する。焼成時の加熱により、低融点有機物がアノードから除去される。加熱制御により低融点有機物をアノードから良好に除去できる。焼成は、単数の焼成工程で実施しても良いし、あるいは、複数の焼成工程を実施しても良い。即ち、予備焼成と本焼成とを連続して実施しても良いし、あるいは、予備焼成と本焼成とを分けて不連続状態で実施しても良い。焼成温度領域はグリーン状態のアノードの材質に応じて相違するが、一般的には1000〜1500℃、1100〜1400℃が例示される。焼成雰囲気としては酸化雰囲気が例示される。酸化雰囲気は、酸素を含んでいるガス雰囲気であり、大気雰囲気でも、酸素富化雰囲気でも、不活性ガスと酸素との混合ガス雰囲気でも良く、結合材として用いた低融点有機物が分解し、固形物が残存しない、または、残存しにくい雰囲気である。 Furthermore, a step of forming the anode on the surface of the electrolyte membrane is performed by firing at least the green anode in the firing temperature region. The low melting point organic substance is removed from the anode by the heating at the time of firing. By controlling the heating, the low melting point organic substance can be removed well from the anode. Firing may be performed in a single firing step, or a plurality of firing steps may be performed. That is, the preliminary baking and the main baking may be performed continuously, or the preliminary baking and the main baking may be separately performed in a discontinuous state. The firing temperature range varies depending on the material of the anode in the green state, but generally 1000 to 1500 ° C and 1100 to 1400 ° C are exemplified. An example of the firing atmosphere is an oxidizing atmosphere. The oxidizing atmosphere is a gas atmosphere containing oxygen, and may be an air atmosphere, an oxygen-enriched atmosphere, or a mixed gas atmosphere of an inert gas and oxygen, and the low-melting-point organic substance used as the binder is decomposed and solidified. It is an atmosphere in which no object remains or hardly remains.
(実施形態1)
図1は実施形態1を模式的に示す。本実施形態によれば、図1の(A)に示すように、テーブル50の設置面50uの上の離型用のフィルム53(例えばPETフィルム)に設置し、フィルム53の上にグリーン状態の反応防止層1(厚み:tr)とグリーン状態の電解質膜2(厚み:te)とからなる2層構造をもつグリーン状態の積層体3を成形する。また、低融点有機物で形成された結合材とアノード用粉末材料とを混合させた混合物を予め準備しておく。同様に、厚み方向に貫通する貫通開口40をもつメタルマスク4(材質:アルミニウム,成形マスク)を予め準備しておく。メタルマスク4の上面4u,下面4dは平坦面である。メタルマスク4の厚みtmは、グリーン状態の反応防止層1の厚みtr、グリーン状態の電解質膜2の厚みteよりも厚く設定されており、例えば0.5〜3ミリメートル、0.5〜2ミリメートルにできるが、これに限定されるものではない。低融点有機物としては、上記した低融点有機物のうちの少なくとも1種を用いることができる。即ち、ポリエチレングリコール、パラフィン、蜜ろう、高級アルコール(1−ヘキサデカノール、1−オクタデカノール、ヒドロキシステアリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸のうちの少なくとも1種を用いることができる。なお、複数の低融点有機物を混合させれば、低融点有機物の融点を調整でき、流動物の流動性を調整できることを期待できる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 schematically shows the first embodiment. According to the present embodiment, as shown in FIG. 1A, it is installed on a release film 53 (for example, a PET film) on the
アノード用粉末材料としては、安定化剤を含有する安定化ジルコニア系が挙げられ、更に触媒となるニッケル等の金属の化合物(酸化物)を含む。上記した安定化剤(イットリア(Y2O3)、カルシア(CaO)、マグネシア(MgO)、セリア(CeO2)、スカンジア(Sc2O3)等)のうちの少なくとも1種を上記の割合で含むジルコニア粉末が挙げられる。 Examples of the powder material for the anode include a stabilized zirconia-based material containing a stabilizer, and further includes a metal compound (oxide) such as nickel serving as a catalyst. At least one of the above-mentioned stabilizers (yttria (Y 2 O 3 ), calcia (CaO), magnesia (MgO), ceria (CeO 2 ), scandia (Sc 2 O 3 ), etc.) in the above proportion. The zirconia powder containing is mentioned.
上記した混合物において、混合物を100%とするとき、質量比で、アノード用粉末材料(アノード触媒となる酸化ニッケルなども含む)は70〜95%、殊に80〜90%が好ましく、低融点有機物で形成された結合材は5〜30%、殊に10〜20%が好ましい。 In the above-mentioned mixture, when the mixture is 100%, the anode powder material (including nickel oxide and the like serving as the anode catalyst) is preferably 70 to 95%, particularly 80 to 90%, and the low melting point organic substance. The binder formed by 5 to 30%, especially 10 to 20% is preferable.
次に、図1の(B)に示すように、メタルマスク4をグリーン状態の電解質膜2の表面に接触させた状態で設置する。そして、混合物に含まれる低融点有機物の融点Tm以上の温度領域Tw(Tw=45〜90℃の範囲内)に混合物を加熱要素で加熱させた状態で、スキージ55(掻き取り部材)を横方向(矢印H方向)に沿って移動させる。これによりメタルマスク4の貫通開口40に流動物を流入させてグリーン状態の電解質膜2に載せ、グリーン状態のアノード6を成形する。ここで、低融点有機物の融点をTmとするとき、混合物の加熱温度TはT=Tm+ΔTとする。ΔTは適宜設定できるが、5〜20℃とすることが好ましい。ΔTが高いと、Twが高くなり、加熱および保温が大がかりとなる。ΔTが低いと、温度ばらつきによる部分的な固化が問題となる。
Next, as shown in FIG. 1B, the
混合物を加熱させる加熱タイミングとしては、メタルマスク4をグリーン状態の電解質膜2の表面に設置する前でも良いし、あるいは、メタルマスク4をグリーン状態の電解質膜2の表面に設置した後でも良いし、あるいは、メタルマスク4をグリーン状態の電解質膜2の表面に設置させる途中でも良い。加熱要素としては、混合物に含まれる低融点有機物の融点Tm以上の温度領域に加熱できるものであれば、何でも良い。スキージ55およびメタルマスク4のうちの少なくとも一方を融点Tm以上の温度領域に加熱させて実施しても良い。上記した操作を加熱炉において実施することにしても良い。これにより低融点有機物を液相化させて混合物を流動物100とさせる。
The heating timing for heating the mixture may be before the
上記したように成形マスク4の貫通開口40に流動物を100流入させる。その後の冷却に伴い、温度は低融点有機物の融点Tm未満となるため、メタルマスク4の貫通開口40内における流動物100は固化される。これによりグリーン状態の電解質膜2(電解質膜)の表面にグリーン状態のアノード6を成形する(図1の(C)参照)。メタルマスク4の厚み、つまり、貫通開口40の深さによって、グリーン状態のアノード6の厚み、ひいては焼結後アノード6の厚みを制御できる。
As described above, 100 of the fluid is caused to flow into the through opening 40 of the
その後、グリーン状態のアノード6の固化が進行する前に、成形マスク4を電解質膜2上のアノード6から取り外すと共に、余剰の部分を切断させる。この場合、流動物100は、冷却に伴い固化する低融点有機物を含むものの、常温領域においても蒸散し易い溶剤を含んでいないため、グリーン状態のアノード6が厚肉であっても、グリーン状態のアノード6は高い強度および保形性を有する。更に、流動物100は流動性を有するものの、溶剤を含んでおらず、常温領域における溶剤の蒸散が無いため、グリーン状態のアノード6においては、焼成前において亀裂が生成することは抑えられる。
Thereafter, before the solidification of the
これにより3層構造をもつグリーン状態の積層体8が形成される(図1の(D)参照)。図1の(C)(D)に示すように、グリーン状態の積層体8は、これの厚み方向において順に、グリーン状態の反応防止層1と、グリーン状態の電解質膜2と、グリーン状態のアノード6とをもつ。
As a result, a
グリーン状態のアノード6の厚みtaは、グリーン状態の反応防止層1の厚みtr、グリーン状態の電解質膜2の厚みteよりも厚肉とされている。例えば、グリーン状態のアノード6の厚みtaは200〜2000マイクロメートル、殊に400〜700マイクロメートルにできる。グリーン状態の反応防止層1の厚みtrは5〜40マイクロメートル、殊に10〜20マイクロメートルにできる。グリーン状態の電解質膜2の厚みteは5〜40マイクロメートル、殊に10〜20マイクロメートルにできる。ta/te=10〜400の範囲、殊に、20〜100の範囲が挙げられる。但し、これらに限定されるものではない。
The thickness ta of the green-
次に、グリーン状態の積層体8を大気雰囲気(酸化雰囲気)の焼成炉において焼成温度領域(1300〜1400℃)において一体的に焼成させる。これにより、3層構造をもつ焼成積層体9が形成される(図1の(E)参照)。焼成積層体9は、図1の(E)に示すように、これの厚み方向において順に、焼成された反応防止層1と、焼成された電解質膜2と、焼成されたアノード6とをもつ。焼成されたアノード6は、焼成された反応防止層1、焼成された電解質膜2の厚みよりも厚肉とされている。その後、焼成積層体9のうちアノード6と反対側にグリーン状態のカソード7を形成し、大気雰囲気において一体的に焼成する。これにより燃料電池セル10が形成される(図1の(F))。なお、アノードガスとして水素ガス(水素含有ガス)が供給される発電運転により、セル10は還元処理される。
Next, the
以上説明したように本実施形態によれば、グリーン状態のアノード6となる混合物は、常温領域においても蒸散する溶剤の代わりに、低融点有機物で形成された結合材を含む。このため、混合物に含まれる低融点有機物の融点以上に混合物を加熱させれば、低融点有機物を液相化させて混合物を流動物100とすることができる。更に、電解質膜2の表面に設置したメタルマスク4の貫通開口40に流動物100を流入させて電解質膜2の表面にグリーン状態のアノード6を成形することができる。冷却に伴い、液相化された低融点有機物は固化するため、グリーン状態のアノード6の強度および保形性を維持できる。このような本実施形態によれば、流動部100は溶剤を含有していない。このため成形されたグリーン状態のアノード6を焼成前に保持または保管している状態において、グリーン状態のアノード6からの溶剤の蒸散が抑えられる。従って、グリーン状態のアノード6を焼成前に保持または保管している状態において、溶剤の蒸散に伴う亀裂がグリーン状態で焼成前のアノード6に発生することが抑えられる。このようなグリーン状態のアノード6を大気雰囲気において焼成温度領域(温度:例えば1300〜1400℃,時間:例えば2〜5時間)において焼成させれば、焼成されたアノード6を良好に形成できる。焼成されたアノード6は、低融点有機物が除去されて形成された多数の細孔をもつ多孔質体とされている。低融点有機物の配合形態によって、焼成されたアノード6における細孔を制御できる。
As described above, according to the present embodiment, the mixture that becomes the
(実施形態2)
図2は実施形態2を模式的に示す。本実施形態によれば、図2の(A)に示すように、グリーン状態の電解質膜2(厚み:te2)を成形する。また、低融点有機物で形成された結合材とアノード用粉末材料とを混合させた混合物を準備しておく。同様に、貫通開口40をもつメタルマスク4(材質:アルミニウム,成形マスク)を準備しておく。低融点有機物、アノード用粉末材料、それらを混合させた混合物としては、実施形態1と同様のものを使用する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 schematically shows the second embodiment. According to the present embodiment, as shown in FIG. 2A, the
次に、図2の(A)に示すように、テーブル50の設置面50uに設置された離型用のフィルム53上に、グリーン状態の電解質膜2を成形する。次に、図2の(B)に示すように、メタルマスク4をグリーン状態の電解質膜2の表面に設置する。そして、混合物に含まれる低融点有機物の融点Tm以上の温度領域Tw(Tw=例えば45〜90℃の範囲内)に混合物を加熱要素で加熱させた状態で、スキージ55(掻き取り部材)を移動させる。これによりメタルマスク4の貫通開口40に流動物100を流入させてグリーン状態の電解質膜2に載せ、グリーン状態のアノード6を成形する。ここで、低融点有機物の融点をTmとするとき、混合物の加熱温度TはT=Tm+ΔTとする。ΔTは適宜設定できるが、5〜20℃とすることが好ましい。前述同様に、加熱タイミングとしては、メタルマスク4をグリーン状態の電解質膜2の表面に設置する前でも良いし、あるいは、メタルマスク4をグリーン状態の電解質膜2の表面に設置した後でも良いし、あるいは、メタルマスク4をグリーン状態の電解質膜2の表面に設置させる途中でも良い。加熱要素としては、混合物に含まれる低融点有機物の融点Tm以上の温度領域に加熱できるものであれば、何でも良い。スキージ50およびメタルマスク4のうちの少なくとも一方を融点Tm以上の温度領域に加熱させて実施しても良い。これにより低融点有機物を液相化させて混合物を流動物100とさせる。
Next, as shown in FIG. 2A, the
上記したようにメタルマスク4の貫通開口40に流動物100を流入させる。その後の冷却に伴い、温度は低融点有機物の融点Tm未満となるため、メタルマスク4の貫通開口40内における流動物100は固化される。固化したら、メタルマスク4を取り外す。これによりグリーン状態の電解質膜2の表面にグリーン状態のアノード6を成形する(図2の(C)参照)。その後、余剰の部分を切断させる。この場合、流動物100は、冷却に伴い固化する低融点有機物を含むものの、常温領域においても蒸散し易い溶剤を含んでいないため、グリーン状態のアノード6は高い強度および保形性を有する。更に、常温領域における溶剤の蒸散が無いため、グリーン状態のアノード6においては、焼成前における亀裂生成は抑えられる。これにより2層構造をもつグリーン状態の積層体8が成形される。
As described above, the fluid 100 is caused to flow into the through opening 40 of the
図2の(D)に示すように、グリーン状態の積層体8は、これの厚み方向において順に、グリーン状態の電解質膜2と、グリーン状態のアノード6(厚み:ta2)とをもつ。グリーン状態のアノード6は、グリーン状態の電解質膜2の厚みよりもかなり厚肉とされている。次に、グリーン状態の積層体8を大気雰囲気(酸化雰囲気)の焼成炉において焼成温度領域(1300〜1400℃)において一体的に焼成させる。これにより、2層構造をもつ焼成積層体9が形成される(図2の(E)参照)。焼成積層体9は、図2の(E)に示すように、これの厚み方向において順に、焼成された電解質膜2と、焼成されたアノード6とをもつ。焼成されたアノード6は、焼成された電解質膜2の厚みよりも厚肉とされている。次に、焼成された電解質膜2のうちアノード6と反対側の表面に、グリーン状態のカソード7を成形し、一体的に焼成させる。これにより3層構造の燃料電池セル10が形成される(図2の(F)参照)。
As shown in FIG. 2D, the
以上説明したように本実施形態によれば、グリーン状態のアノード6となる混合物は、常温領域においても蒸散する溶剤の代わりに、低融点有機物で形成された結合材を含む。このため、混合物に含まれる低融点有機物の融点以上に混合物を加熱させれば、低融点有機物を液相化させて混合物を流動物100とすることができる。更に、電解質膜2の表面に設置したメタルマスク4の貫通開口40に流動物100を流入させて電解質膜2の表面にグリーン状態のアノード6を成形することができる。その後の冷却に伴い、液相化された低融点有機物は固化するため、グリーン状態のアノード6の強度および保形性は維持される。このような本実施形態によれば、溶剤が使用されないため、成形されたグリーン状態のアノード6を焼成前に保持または保管している状態において、グリーン状態のアノード6からの溶剤の蒸散が抑えられる。従って、グリーン状態のアノード6を焼成前に保持または保管している状態において、溶剤の蒸散に伴う亀裂がグリーン状態のアノード6に発生することが抑えられる。このようなグリーン状態のアノード6を酸化雰囲気において焼成温度領域(温度:例えば1300〜1400℃,時間:例えば2〜5時間)において焼成させれば、焼成されたアノード6を良好に形成できる。
As described above, according to the present embodiment, the mixture that becomes the
(試験例1)
アノード触媒となる酸化ニッケルの粉末とジルコニアの粉末とを混合してアノード用粉末材料とした。即ち、酸化ニッケル(NiO)と8YSZ[(Y2O3)0.08(ZrO2)0.92]を混合してアノード用粉末材料とした。数字はモル比を示す。これに、結合材として低融点有機物(ポリエチレングリコール2000,融点45〜55℃)を添加して混合物を成形した。混合物を100%とするとき、質量比で、アノード用粉末材料が84%、低融点有機物が16%とした。
(Test Example 1)
Nickel oxide powder to be the anode catalyst and zirconia powder were mixed to obtain an anode powder material. That is, nickel oxide (NiO) and 8YSZ [(Y 2 O 3 ) 0.08 (ZrO 2 ) 0.92 ] were mixed to obtain an anode powder material. Numbers indicate molar ratios. A low melting point organic substance (polyethylene glycol 2000, melting point 45 to 55 ° C.) was added thereto as a binder to form a mixture. When the mixture was 100%, the anode powder material was 84% and the low-melting-point organic substance was 16% by mass ratio.
上記した混合物を80℃(低融点有機物の融点以上,低融点有機物の融点プラス25〜35℃の温度)に加熱して結合材を溶融させた状態で、混合物を攪拌脱泡してスラリー状の流動物を成形した。そして、貫通開口をもつメタルマスク、テーブル、スキージが70℃に加熱された状態で、離型剤が塗布されたフィルム(PET)上にメタルマスクを載せた状態とする。この状態で、スキージをメタルマスクに沿って横方向に移動させて流動物を貫通開口に流入させてメタルマスク印刷を実施する。これによりグリーン状態のアノードをフィルム上に成形した。ここで、メタルマスクの厚みは1ミリメートル、貫通開口の直径は43ミリメートルとした。メタルマスク印刷後にグリーン状態のアノードを速やかに冷却させた。これによりグリーン状態のアノードの形状および強度は維持された。この場合、厚み1ミリメートルのグリーン状態のアノードが成形された。グリーン状態のアノードを酸化雰囲気において1300℃×5時間焼成して焼成積層体を形成した。焼成後のアノードについて、その断面をSEM観察したところ、均質な内部構造が得られていたことが確認された。焼成後のアノードは、低融点有機物が除去された多数の細孔をもつ多孔質体であった。 The above mixture is heated to 80 ° C. (above the melting point of the low melting point organic substance, the melting point of the low melting point organic substance plus a temperature of 25 to 35 ° C.) to melt the binder, and the mixture is stirred and degassed to form a slurry. A fluid was formed. Then, a metal mask, a table, and a squeegee having a through-opening are heated to 70 ° C., and the metal mask is placed on a film (PET) coated with a release agent. In this state, the squeegee is moved laterally along the metal mask, and the fluid is caused to flow into the through opening to perform metal mask printing. This formed a green anode on the film. Here, the thickness of the metal mask was 1 millimeter, and the diameter of the through opening was 43 millimeters. After printing the metal mask, the green anode was quickly cooled. This maintained the shape and strength of the green anode. In this case, an anode in a green state having a thickness of 1 mm was formed. The green anode was fired in an oxidizing atmosphere at 1300 ° C. for 5 hours to form a fired laminate. When the cross section of the fired anode was observed with an SEM, it was confirmed that a homogeneous internal structure was obtained. The anode after firing was a porous body having a large number of pores from which low melting point organic substances were removed.
(試験例2)
試験例2について図2を参照しつつ説明する。アノード触媒となる酸化ニッケルの粉末とジルコニアの粉末とを混合してアノード用粉末材料とした。即ち、酸化ニッケル(NiO)と8YSZ[(Y2O3)0.08(ZrO2)0.92]を混合してアノード用粉末材料とした。これに、結合材として低融点有機物(蜜ろうとパラフィンとの混合系の低融点有機物,融点70℃)を添加して混合物を成形した。この場合、低融点有機物を100%とすると、蜜ろうを12%、パラフィンを4%とした。この混合物を95℃(低融点有機物の融点以上)に加熱して結合材を溶融させた状態で、混合物を攪拌脱泡してスラリー状の流動物を成形した。
(Test Example 2)
Test Example 2 will be described with reference to FIG. Nickel oxide powder to be the anode catalyst and zirconia powder were mixed to obtain an anode powder material. That is, nickel oxide (NiO) and 8YSZ [(Y 2 O 3 ) 0.08 (ZrO 2 ) 0.92 ] were mixed to obtain an anode powder material. A low melting point organic substance (low melting point organic substance in a mixed system of beeswax and paraffin, melting point 70 ° C.) was added as a binder to form a mixture. In this case, assuming that the low melting point organic substance is 100%, beeswax is 12% and paraffin is 4%. In a state where the mixture was heated to 95 ° C. (above the melting point of the low-melting organic material) to melt the binder, the mixture was stirred and degassed to form a slurry-like fluid.
そして、図2に示すように、貫通開口40をもつメタルマスク4、テーブル50、スキージ55が90℃(低融点有機物の融点以上)に加熱された状態で、離型剤が塗布されたフィルム53(PET)上に電解質膜2を載せた。その電解質膜2にメタルマスク4を載せた状態で、スキージ55をメタルマスク4に沿って横方向に移動させた。これにより流動物100をメタルマスク4の貫通開口40に流入させて充填し、メタルマスク印刷を実施した。これによりグリーン状態のアノード6を電解質膜2の表面に積層させた(図2(C)参照)。ここで、メタルマスク4の厚みtmは1ミリメートル、貫通開口40の直径dは43ミリメートルとした。
Then, as shown in FIG. 2, a
ここで、上記したグリーン状態の電解質膜2については、市販の8YSZ粉末[(Y2O3)0.08(ZrO2)0.92]に、溶剤(エタノール)、分散剤(マリアリム,日本油脂株式会社)、可塑剤(フタル酸ベンジルブチル)、結合材(ポリビニルブチラール)を添加し、ドクタブレード法により成形した。得られたアノード6および電解質2が積層されたグリーン状態の2層積層体8を酸化雰囲気において1300℃×5時間の条件で共焼成し、焼成積層体9を形成した。焼成積層体9の焼成後のアノード6についてその断面をSEM観察したところ、均質な内部構造が得られていたことが確認された。焼成後のアノード6は、低融点有機物が除去された多数の細孔をもつ多孔質体であった。この細孔にはアノードガスが流入できる。
Here, regarding the above-described
この共焼成した焼成積層体9の上に、市販のLSM粉末(La0.8Sr0.2MnO3)にポリエチレングリコール400を添加してスラリー状の第2流動物を形成した。この第2流動物を電解質膜のうちアノード6と反対側にスクリーン印刷してカソード7を成形し、積層体を形成した。この積層体を酸化雰囲気において所定の焼成条件(1100℃×2時間)で焼成することにより、アノード支持型の燃料電池セル10を形成した。このように形成した燃料電池セル10のアノード6に水素ガス(アノードガス)をカソード7に空気(カソードガス)を供給させつつ発電試験を実施した。作動温度を700℃において最大出力は0.20W/cm2が得られた。なお、燃料電池セル10において、焼成後のアノード6の厚みは、焼成後の電解質膜2の厚みの50倍であった。
On the fired
(試験例3)
試験例3について図1を参照しつつ説明する。試験例3は試験例2と基本的には同一である。但し、試験例2に係る電解質膜の代わりに、2層積層シートを用いた。2層積層シートは、1層目に相当する反応防止層1と、2層目に相当する電解質膜2とからなる(図1の(A)参照)。反応防止層はGDC[(Gd2O3)X(CeO2)1−X(X=0.1〜0.2)]である。電解質膜は8YSZ[(Y2O3)0.08(ZrO2)0.92]である。数字はモル比を意味する。
(Test Example 3)
Test Example 3 will be described with reference to FIG. Test Example 3 is basically the same as Test Example 2. However, instead of the electrolyte membrane according to Test Example 2, a two-layer laminated sheet was used. The two-layer laminated sheet includes a
試験例3では、貫通開口40をもつメタルマスク4を用いて、2層積層シート上にアノード6をマスク印刷した積層体8を形成した(図1の(D))。その積層体を共焼成し、焼成積層体9を形成した(図1の(E)。焼成積層体9の焼成後のアノード6についてその断面をSEM観察したところ、均質な内部構造が得られたことが確認された。
In Test Example 3, a
その後、カソード7としてLSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3)を焼成積層体9にスクリーン印刷して焼成することにより、燃料電池セル10を形成した(図1の(F))。このように形成した燃料電池セル10のアノード6に水素ガス(アノードガス)をカソード7に空気(カソードガス)を供給させつつ発電試験を実施した。作動温度を700℃において最大出力は0.47W/cm2が得られた。なお、燃料電池セル10において、焼成後のアノード6の厚みは、焼成後の電解質膜2の厚みの50倍であった。
Thereafter, LSCF (La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 ) was screen printed on the fired
(その他)
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。メタルマスク4については、貫通開口40の数および形状に特に限定されるものではなく、適宜選択できる。成形マスクの材質もメタルに限定されるものではない。なお、本発明に係るアノードが支持基体となるアノード支持型燃料電池セルにおいて、焼成後のアノードの厚みは焼成後の電解質膜およびカソードよりも厚いものであり、例えば、焼成後の電解質膜の厚みの3〜300倍の範囲内、5〜200倍の範囲内に納めることができる。
(Other)
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications within the scope not departing from the gist. The
1は反応防止層、2は電解質膜、3は積層体、4はメタルマスク(成形マスク)、40は貫通開口、50はテーブル、53はフィルム、55はスキージ、6はアノード、7はカソード、8は積層体、9は焼成積層体、10は燃料電池セルを示す。 1 is a reaction preventing layer, 2 is an electrolyte membrane, 3 is a laminate, 4 is a metal mask (molded mask), 40 is a through opening, 50 is a table, 53 is a film, 55 is a squeegee, 6 is an anode, 7 is a cathode, 8 is a laminate, 9 is a fired laminate, and 10 is a fuel cell.
Claims (2)
前記アノードの形成にあたり、
低融点有機物で形成された結合材とアノード用粉末材料とを混合した混合物と、貫通開口をもつ成形マスクとを準備する工程と、
前記混合物に含まれる前記低融点有機物の融点以上に前記混合物を加熱させて前記低融点有機物を液相化させて前記混合物を流動物とし、更に、前記電解質膜の表面に設置した前記成形マスクの前記貫通開口に前記流動物を流入させて固化させることにより前記電解質膜の表面にグリーン状態の前記アノードを成形する工程と、
少なくともグリーン状態の前記アノードを焼成温度領域において焼成させることにより、前記アノードを前記電解質膜の表面に形成させる工程とを含むアノード支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法。 An anode-supported solid having a cathode, a solid oxide electrolyte membrane, and an anode thicker than the cathode and the electrolyte membrane, and laminated such that the electrolyte membrane is sandwiched between the cathode and the anode A method for manufacturing an oxide fuel cell, comprising:
In forming the anode,
Preparing a mixture of a binder formed of a low-melting-point organic material and a powder material for an anode, and a molding mask having a through-opening;
The molding mask disposed on the surface of the electrolyte membrane further comprises heating the mixture to a temperature higher than the melting point of the low-melting-point organic substance contained in the mixture to make the low-melting-point organic substance into a liquid phase, and turning the mixture into a fluid. Forming the anode in a green state on the surface of the electrolyte membrane by allowing the fluid to flow into the through-opening and solidifying the fluid;
A method of manufacturing an anode-supported solid oxide fuel cell, comprising: firing the anode in a green state at a firing temperature range to form the anode on a surface of the electrolyte membrane.
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