JP2013077396A - Anode support substrate and anode support type cell using the same - Google Patents

Anode support substrate and anode support type cell using the same Download PDF

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Kazuki Kosho
和樹 古性
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anode support substrate capable of further enhancing mechanical strength of a cell while suppressing deterioration of power generation performance of the cell, and to provide an anode support type cell using the same.SOLUTION: An anode support type cell 1 comprises: an anode 11 including an anode support substrate 111; a cathode 12; and an electrolyte layer 13 arranged between the anode support substrate 111 and the cathode 12. The electrolyte layer 13 and the cathode 12 are supported by the anode support substrate 111. The anode support substrate 111 contains a conductive component and a skeleton component containing zirconia. The zirconia contains 2-11 mol% of a rare-earth metal oxide or alkaline earth metal oxide as a stabilizer, and further contains an Al atom so that a molar ratio (Al/Zr) of the Al atom with respect to a Zr atom becomes 0.10-2.50.

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池用のアノード支持基板と、当該アノード支持基板を用いたアノード支持型セルとに関する。   The present invention relates to an anode support substrate for a solid oxide fuel cell and an anode support cell using the anode support substrate.

近年、燃料電池は、クリーンエネルギー源として注目されている。燃料電池のうち、電解質に固体のセラミックを使用している固体酸化物形燃料電池(以下、「SOFC」と記載する。)は、作動温度が高いため排熱を利用でき、さらに高効率で電力を得ることができる等の長所を有しており、家庭用電源から大規模発電まで幅広い分野での活用が期待されている。   In recent years, fuel cells have attracted attention as clean energy sources. Among the fuel cells, solid oxide fuel cells (hereinafter referred to as “SOFC”) that use solid ceramics as the electrolyte can utilize exhaust heat because of their high operating temperature, and are more efficient and power efficient. It is expected to be used in a wide range of fields from household power sources to large-scale power generation.

SOFCは、基本構造として、カソード(空気極)とアノード(燃料極)との間にセラミックからなる電解質層が配置された構造を有する。例えば平型のSOFCは、カソード、電解質層及びアノードを重ね合わせたものを単セルとし、この単セルがインターコネクタを挟んで複数積み重ねられることによって高出力を得る。ここで、SOFCの発電性能を高めるためには、電解質層を緻密且つ薄肉化することが有効である。これは、電解質層には、発電源となる燃料ガスと空気との混合を確実に阻止する緻密性と、導電ロスを極力抑えることのできる優れたイオン伝導性が求められるためである。しかし、電解質層が薄いほど、セルを多数積層した場合の積層荷重によってセルが割れやすくなる。そこで、電解質層をより薄くするために、アノードを支持基板(アノード支持基板)としてセルの強度を維持するアノード支持型セルが提案されている。   The SOFC has a structure in which an electrolyte layer made of ceramic is disposed between a cathode (air electrode) and an anode (fuel electrode) as a basic structure. For example, in a flat SOFC, a single cell is formed by stacking a cathode, an electrolyte layer, and an anode, and a high output is obtained by stacking a plurality of the single cells with an interconnector interposed therebetween. Here, in order to improve the power generation performance of SOFC, it is effective to make the electrolyte layer dense and thin. This is because the electrolyte layer is required to have a denseness that reliably prevents mixing of the fuel gas serving as a power generation source and air and an excellent ionic conductivity that can suppress a conductive loss as much as possible. However, the thinner the electrolyte layer, the easier the cell breaks due to the stacking load when many cells are stacked. Accordingly, in order to make the electrolyte layer thinner, an anode-supporting cell has been proposed in which the anode is used as a support substrate (anode support substrate) and the strength of the cell is maintained.

アノード支持型セルの良好な発電性能を確保するために、アノード支持基板には、導電性に加えて、十分なガス透過性が要求される。これは、アノード支持基板は、発電源となる燃料ガス及び空気と、燃料の酸化によって生成する排ガス(炭酸ガス及び水蒸気等)とを通過及び拡散させる必要があるからである。そこで、アノード支持基板は、多孔質のセラミック材料で形成されることによって、十分なガス透過性を確保している。他方、アノード支持基板には、高い機械的強度も要求される。しかし、多孔質材料で高い機械的強度を確保することは難しい。そこで、十分なガス透過性と高い機械的強度とを両立できるアノード支持基板の開発が進められている。例えば特許文献1には、アノード支持基板の材料を改良することによって得られる、十分なガス透過性と高い機械的強度とを備えたアノード支持基板が提案されている。   In order to ensure good power generation performance of the anode-supported cell, the anode support substrate is required to have sufficient gas permeability in addition to conductivity. This is because the anode support substrate needs to pass and diffuse the fuel gas and air serving as the power generation source and the exhaust gas (such as carbon dioxide and water vapor) generated by the oxidation of the fuel. Therefore, the anode support substrate is made of a porous ceramic material to ensure sufficient gas permeability. On the other hand, the anode support substrate is also required to have high mechanical strength. However, it is difficult to ensure high mechanical strength with a porous material. Therefore, development of an anode support substrate that can achieve both sufficient gas permeability and high mechanical strength is underway. For example, Patent Document 1 proposes an anode support substrate having sufficient gas permeability and high mechanical strength, which is obtained by improving the material of the anode support substrate.

特許第4580681号公報Japanese Patent No. 4580681

しかし、近年、SOFCの薄型化がさらに要求されており、アノード支持型セルにおいてもアノード支持基板の厚さを低減することが求められている。しかし、アノード支持基板の厚さを低減するとアノード支持基板自体の強度が低下するので、例えばセル組立時にアノード支持基板が割れてしまうという不具合が生じる。割れを有するアノード支持基板によって構成されたセルで発電が行われると、酸素と燃料(水素)とが燃焼反応に使用されてしまうので、出力が低下してしまう。したがって、アノード支持基板の厚さを低減するためには、アノード支持基板自体の強度をさらに向上させる必要がある。   However, in recent years, there has been a further demand for thinner SOFC, and it is also required to reduce the thickness of the anode support substrate in the anode support cell. However, since the strength of the anode support substrate itself is reduced when the thickness of the anode support substrate is reduced, there arises a problem that, for example, the anode support substrate is cracked during cell assembly. When power generation is performed in a cell constituted by a cracked anode support substrate, oxygen and fuel (hydrogen) are used for the combustion reaction, so the output decreases. Therefore, in order to reduce the thickness of the anode support substrate, it is necessary to further improve the strength of the anode support substrate itself.

そこで、本発明は、ガス透過性等の重要な特性は維持してセルの発電性能の低下を抑制しつつ、さらなるセルの機械的強度の向上が可能なアノード支持基板を提供することを目的とする。また、本発明は、そのアノード支持基板を用いたアノード支持型セルを提供することも目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an anode support substrate capable of further improving the mechanical strength of a cell while maintaining important characteristics such as gas permeability and suppressing a decrease in power generation performance of the cell. To do. Another object of the present invention is to provide an anode supporting cell using the anode supporting substrate.

本発明は、
SOFC用のアノード支持基板であって、
導電成分と骨格成分とを含み、
前記骨格成分がジルコニアを含み、
前記ジルコニアが、2〜11モル%の希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物を安定化剤として含み、さらにAl原子を、Zr原子に対するAl原子のモル比(Al/Zr)が0.10〜2.50となるように含む、
アノード支持基板を提供する。
The present invention
An anode support substrate for SOFC,
Including a conductive component and a skeleton component;
The skeletal component comprises zirconia,
The zirconia contains 2 to 11 mol% of a rare earth metal oxide or an alkaline earth metal oxide as a stabilizer, and further contains Al atoms in a molar ratio of Al atoms to Zr atoms (Al / Zr) of 0.10. Including to be ~ 2.50,
An anode support substrate is provided.

また、本発明は、
上記本発明のアノード支持基板と、
カソードと、
前記アノード支持基板と前記カソードとの間に配置された電解質層と、
を備え、
前記電解質層及び前記カソードが、当該アノード支持基板によって支持されている、
アノード支持型セルも提供する。
The present invention also provides:
The anode support substrate of the present invention,
A cathode,
An electrolyte layer disposed between the anode support substrate and the cathode;
With
The electrolyte layer and the cathode are supported by the anode support substrate,
An anode supported cell is also provided.

本発明のアノード支持基板は、骨格成分として、希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物で安定化されたジルコニアを含んでいる。このジルコニアには、Al原子が、Zr原子に対するAl原子のモル比(Al/Zr)が0.10〜2.50となるように、含まれている。このような骨格成分を含むことにより、本発明のアノード支持基板は、従来のアノード支持基板よりも高い機械的強度を実現できる。また、本発明のアノード支持基板では、アノード支持基板に必要な他の特性が維持できるので、セルの発電性能の低下も抑制できる。   The anode support substrate of the present invention contains zirconia stabilized with a rare earth metal oxide or an alkaline earth metal oxide as a skeleton component. This zirconia contains Al atoms such that the molar ratio of Al atoms to Zr atoms (Al / Zr) is 0.10 to 2.50. By including such a skeleton component, the anode support substrate of the present invention can realize higher mechanical strength than the conventional anode support substrate. In addition, in the anode support substrate of the present invention, other characteristics necessary for the anode support substrate can be maintained, so that a decrease in the power generation performance of the cell can also be suppressed.

本発明のアノード支持型セルは、上記のような高い機械的強度を有するアノード支持基板を用いている。したがって、本発明のアノード支持型セルは、アノード支持基板の厚さを従来のものよりも低減した場合であっても、高いセル強度を維持できる。すなわち、本発明のアノード支持型セルによれば、セルの機械的強度を低下させることなく、薄型化を実現できる。   The anode supporting cell of the present invention uses the anode supporting substrate having the high mechanical strength as described above. Therefore, the anode-supported cell of the present invention can maintain high cell strength even when the thickness of the anode support substrate is reduced as compared with the conventional one. That is, according to the anode-supported cell of the present invention, it is possible to reduce the thickness without reducing the mechanical strength of the cell.

本発明のアノード支持型セルの一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the anode support type cell of this invention. 実施例1のセル及び比較例1のセルについて、電池性能評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows a battery performance evaluation result about the cell of Example 1, and the cell of the comparative example 1.

本発明のアノード支持型セル及びアノード支持基板の実施の形態について、具体的に説明する。   Embodiments of the anode-supported cell and anode support substrate of the present invention will be specifically described.

図1に、本実施の形態のアノード支持型セルの断面図を示す。本実施の形態のアノード支持型セル1は、アノード11と、カソード12と、アノード11とカソード12との間に配置された電解質層13と、を備えている。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of the anode-supported cell of the present embodiment. The anode supported cell 1 of the present embodiment includes an anode 11, a cathode 12, and an electrolyte layer 13 disposed between the anode 11 and the cathode 12.

アノード11は、アノード支持基板111と、アノード支持基板111の電解質層13側の面上に配置されたアノード層112と、によって形成されている。なお、アノード支持基板111自体がアノードとして十分に作用し得る場合には、アノード層112が設けられない場合もある。電解質層13及びカソード12は、アノード支持基板111によって支持されている。   The anode 11 is formed by an anode support substrate 111 and an anode layer 112 disposed on the surface of the anode support substrate 111 on the electrolyte layer 13 side. Note that the anode layer 112 may not be provided when the anode support substrate 111 itself can sufficiently function as an anode. The electrolyte layer 13 and the cathode 12 are supported by an anode support substrate 111.

アノード支持基板111は、導電成分と骨格成分とを含む材料によって形成されている。導電成分は、アノード支持基板111に導電性を付与するための成分である。骨格成分は、アノード支持基板111の骨格を形成する成分であり、アノード支持基板111として必要な強度を確保する上で重要な成分である。   The anode support substrate 111 is formed of a material containing a conductive component and a skeleton component. The conductive component is a component for imparting conductivity to the anode support substrate 111. The skeletal component is a component that forms the skeleton of the anode support substrate 111 and is an important component in securing the strength necessary for the anode support substrate 111.

アノード支持基板111の骨格成分は、ジルコニアを含む。このジルコニアは、2〜11モル%の希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物を安定化剤として含む安定化ジルコニアであって、さらにAl原子を含んでいる。このジルコニアに含まれるAl原子の量は、Zr原子に対するAl原子のモル比(Al/Zr)が0.10〜2.50を満たす範囲内である。   The skeletal component of the anode support substrate 111 includes zirconia. This zirconia is a stabilized zirconia containing 2 to 11 mol% of a rare earth metal oxide or an alkaline earth metal oxide as a stabilizer, and further contains Al atoms. The amount of Al atoms contained in the zirconia is within a range where the molar ratio of Al atoms to Zr atoms (Al / Zr) satisfies 0.10 to 2.50.

例えば、Sc、Y及びCe等の希土類金属の酸化物2.5〜15モル%を安定化剤として含む安定化ジルコニア、及び、Mg及びCa等のアルカリ土類金属の酸化物5〜20モル%を安定化剤として含む安定化ジルコニアが例示される。これらは、必要に応じて2種類以上を併用されることも可能である。これらの安定化ジルコニアの中で特に好ましいのは、3〜6モル%のイットリアで安定化されたジルコニア(YSZ)、及び、3〜6モル%のスカンジアで安定化されたジルコニア(ScSZ)である。   For example, stabilized zirconia containing 2.5 to 15 mol% of a rare earth metal oxide such as Sc, Y and Ce as a stabilizer, and 5 to 20 mol% of an alkaline earth metal oxide such as Mg and Ca. Is exemplified by stabilized zirconia containing as a stabilizer. These may be used in combination of two or more as required. Particularly preferred among these stabilized zirconia are 3-6 mol% yttria stabilized zirconia (YSZ) and 3-6 mol% scandia stabilized zirconia (ScSZ). .

この安定化ジルコニアに含まれるAl原子の量は、上記のとおり、Zr原子に対するAl原子のモル比(Al/Zr)が0.10〜2.50となる範囲内であり、好ましくは0.25〜2.00となる範囲内であり、より好ましくは0.50〜1.50となる範囲内である。安定化ジルコニアに添加されるAl原子源としては、アルミナ、水酸化アルミ及び塩化アルミ等が例示できる。例えば、アルミナが添加剤として使用される場合は、骨格成分全体に対してアルミナが5〜40質量%となるように添加されることが好ましく、7.5〜30質量%となるように添加されることがより好ましく、10〜25質量%となるように添加されることがさらに好ましい。   As described above, the amount of Al atoms contained in the stabilized zirconia is within a range where the molar ratio of Al atoms to Zr atoms (Al / Zr) is 0.10 to 2.50, preferably 0.25. It is in the range which becomes -2.00, More preferably, it exists in the range which becomes 0.50-1.50. Examples of the Al atom source added to the stabilized zirconia include alumina, aluminum hydroxide, and aluminum chloride. For example, when alumina is used as an additive, it is preferable to add 5 to 40% by mass of alumina with respect to the entire skeletal component, and to add 7.5 to 30% by mass. More preferably, it is more preferable to add so that it may become 10-25 mass%.

特に好ましい例は、アノード支持基板111に含まれるジルコニアが、20質量%のアルミナが均一に分散された3〜6モル%のイットリアで安定化されたジルコニアである。   A particularly preferable example is zirconia in which the zirconia contained in the anode support substrate 111 is stabilized with 3 to 6 mol% yttria in which 20 mass% of alumina is uniformly dispersed.

本実施の形態のアノード支持基板111は、上記のような範囲でアルミナが添加された安定化ジルコニアを含むことにより、セルの高い機械的強度を実現できる。アルミナは、安定化ジルコニア中で均一に分散していることが望ましい。したがって、アルミナが均一に分散された安定化ジルコニア粉末を原料として用い、当該ジルコニウム粉末の焼結体によって、本実施の形態のアノード支持基板111が形成されることが好ましい。なお、アノード支持基板111においては、骨格成分の5質量%以上が、上記のような範囲でAl原子を含む安定化ジルコニアであることが好ましい。より好ましくは、アノード支持基板111の骨格成分が、上記のような範囲でAl原子を含む安定化ジルコニアからなることである。骨格成分は、Al原子を含む安定化ジルコニアの他に、Gd、Sm、Y等の希土類元素の酸化物等をドープしたセリア等を含んでいてもよい。   By including stabilized zirconia to which alumina is added in the above-described range, anode support substrate 111 of the present embodiment can realize high mechanical strength of the cell. It is desirable that the alumina is uniformly dispersed in the stabilized zirconia. Therefore, it is preferable that the stabilized zirconia powder in which alumina is uniformly dispersed is used as a raw material, and the sintered body of the zirconium powder forms the anode support substrate 111 of the present embodiment. In the anode support substrate 111, 5% by mass or more of the skeletal component is preferably stabilized zirconia containing Al atoms in the above range. More preferably, the skeletal component of the anode support substrate 111 is made of stabilized zirconia containing Al atoms in the above range. The skeletal component may contain ceria doped with oxides of rare earth elements such as Gd, Sm, and Y in addition to stabilized zirconia containing Al atoms.

アノード支持基板111の導電成分としては、ニッケル、コバルト、鉄、白金、パラジウム、ルテニウム等の金属;酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄のように燃料電池稼動時の還元性雰囲気で導電性金属に変化する金属酸化物;あるいはこれらの酸化物を2種以上含有するニッケルフェライトやコバルトフェライトのような複合金属酸化物、が挙げられる。これらは単独で使用されてもよいし、必要により2種以上を適宜組み合わせて使用されてもよい。これらの中でも、金属ニッケル、金属コバルト、金属鉄及びこれらの酸化物が好ましい。   The conductive component of the anode support substrate 111 is a metal such as nickel, cobalt, iron, platinum, palladium, ruthenium, etc .; changes to a conductive metal in a reducing atmosphere during fuel cell operation, such as nickel oxide, cobalt oxide, and iron oxide. Or a composite metal oxide such as nickel ferrite or cobalt ferrite containing two or more of these oxides. These may be used alone or in combination of two or more as necessary. Among these, metallic nickel, metallic cobalt, metallic iron, and oxides thereof are preferable.

導電成分と骨格成分との比率は、これらの合計を100質量%としたとき、導電成分と骨格成分との比(導電成分/骨格成分)を、30質量%/70質量%以上、80質量%/20質量%以下とすることが好ましく、40質量%/60質量%以上、70質量%/30質量%以下とすることがより好ましい。なお、ここでの導電成分の量は、導電成分が酸化物として存在するときの量に換算した量である。   The ratio of the conductive component to the skeletal component is 30% by mass / 70% by mass or more and 80% by mass when the sum of these is 100% by mass. / 20% by mass or less, more preferably 40% by mass / 60% by mass or more and 70% by mass / 30% by mass or less. In addition, the quantity of a conductive component here is the quantity converted into the quantity when a conductive component exists as an oxide.

アノード支持基板111の厚さは、特に限定されないが、例えば100μm以上が好ましく、120μm以上がより好ましく、150μm以上がさらに好ましい。また、アノード支持基板111の厚さは、3mm以下が好ましく、2mm以下がより好ましく、1mm以下がさらに好ましく、500μm以下が特に好ましい。アノード支持基板111の厚さが上記範囲内であれば、アノード支持基板111の機械的強度とガス通過性とをバランス良く両立しやすくなる。   The thickness of the anode support substrate 111 is not particularly limited, but is preferably, for example, 100 μm or more, more preferably 120 μm or more, and further preferably 150 μm or more. The thickness of the anode support substrate 111 is preferably 3 mm or less, more preferably 2 mm or less, still more preferably 1 mm or less, and particularly preferably 500 μm or less. When the thickness of the anode support substrate 111 is within the above range, the mechanical strength and gas permeability of the anode support substrate 111 are easily balanced and balanced.

アノード支持基板111の気孔率は、特に限定されないが、還元処理した後の気孔率としては、例えば10%以上が好ましく、15%以上がより好ましく、20%以上がさらに好ましい。また、アノード支持基板111の気孔率は、50%以下が好ましく、45%以下がより好ましく、40%以下がさらに好ましい。アノード支持基板111の気孔率が上記範囲内であれば、アノード支持基板111の機械的強度とガス通過性とをバランス良く両立しやすくなる。   The porosity of the anode support substrate 111 is not particularly limited, but the porosity after the reduction treatment is, for example, preferably 10% or more, more preferably 15% or more, and further preferably 20% or more. Further, the porosity of the anode support substrate 111 is preferably 50% or less, more preferably 45% or less, and further preferably 40% or less. When the porosity of the anode support substrate 111 is within the above range, the mechanical strength and gas permeability of the anode support substrate 111 can be easily balanced.

なお、ここでいう気孔率とは、JIS R2205の「耐火れんがの見掛気孔率の測定方法」に準拠して求められる気孔率のことである。以降の気孔率も同様である。試料の見掛気孔率(P0)は、乾燥試料の質量(W1)、飽水試料の水中の質量(W2)、飽水試料の質量(W3)から、下記式(1)で算出される。
0={(W3−W1)/(W3−W2)}×100 ・・・(1)
In addition, the porosity here is the porosity calculated | required based on "The measuring method of the apparent porosity of a refractory brick" of JISR2205. The subsequent porosity is also the same. The apparent porosity (P 0 ) of the sample is expressed by the following formula (1) from the mass of the dry sample (W 1 ), the mass of the saturated sample in water (W 2 ), and the mass of the saturated sample (W 3 ). Calculated.
P 0 = {(W 3 −W 1 ) / (W 3 −W 2 )} × 100 (1)

アノード層112は、アノード支持基板111と同様に、導電成分と骨格成分とを含む。アノード層112の導電成分は、アノード支持基板111の導電成分として例示された物質の中から適宜選択できる。アノード層112の骨格成分として用いることができる物質は、ジルコニア、アルミナ、マグネシア、チタニア、窒化アルミニウム及びムライト等である。これらの中でも、安定化剤として希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物が用いられた安定化ジルコニアが好適である。アノード支持基板111に用いられるアルミナが添加された安定化ジルコニアは、アノード層112の骨格成分としても使用可能である。   Similar to the anode support substrate 111, the anode layer 112 includes a conductive component and a skeleton component. The conductive component of the anode layer 112 can be appropriately selected from the materials exemplified as the conductive component of the anode support substrate 111. Materials that can be used as the skeleton component of the anode layer 112 are zirconia, alumina, magnesia, titania, aluminum nitride, mullite, and the like. Among these, stabilized zirconia using a rare earth metal oxide or an alkaline earth metal oxide as a stabilizer is preferable. The stabilized zirconia to which alumina used for the anode support substrate 111 is added can also be used as a skeleton component of the anode layer 112.

アノード層112の厚さは、特に限定されないが、例えば5μm以上が好ましく、7μm以上がより好ましく、10μm以上がさらに好ましい。また、アノード層112の厚さは、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましい。アノード層112の厚さが上記範囲内であれば、電極反応が効率的に行われ、アノード支持型セルとした場合に、発電性能がより良好となる。   Although the thickness of the anode layer 112 is not specifically limited, For example, 5 micrometers or more are preferable, 7 micrometers or more are more preferable, and 10 micrometers or more are further more preferable. The thickness of the anode layer 112 is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, and even more preferably 30 μm or less. When the thickness of the anode layer 112 is within the above range, the electrode reaction is efficiently performed, and the power generation performance is better when the anode-supported cell is formed.

電解質層13には、一般的なSOFCの電解質層が適用できるので、その材料は特に限定されない。詳しくは、電解質層13は、セラミック質を主成分として含む。セラミック質としては、通常、SOFCの電解質層の材料として用いられるものであれば特に限定されない。例えば、イットリア、セリア、スカンジア、イッテルビア等で安定化されたジルコニア;イットリア、サマリア、ガドリニア等でドープされたセリア;ランタンガレート、及びランタンガレートのランタン又はガリウムの一部がストロンチウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、コバルト、鉄、ニッケル、銅等で置換されたランタンガレート型ペロブスカイト構造酸化物、等を使用することができる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、イットリア、スカンジア、イッテルビア等で安定化されたジルコニアが好適である。   Since a general SOFC electrolyte layer can be applied to the electrolyte layer 13, the material is not particularly limited. Specifically, the electrolyte layer 13 contains ceramic as a main component. The ceramic material is not particularly limited as long as it is normally used as a material for the SOFC electrolyte layer. For example, zirconia stabilized with yttria, ceria, scandia, ytterbia, etc .; ceria doped with yttria, samaria, gadolinia, etc .; lanthanum gallate and lanthanum gallium in lanthanum or gallium are part of strontium, calcium, barium, magnesium A lanthanum gallate perovskite structure oxide substituted with aluminum, indium, cobalt, iron, nickel, copper, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, zirconia stabilized with yttria, scandia, ytterbia and the like is preferable.

特に、セラミック質として、3モル%以上10モル%以下のイットリアで安定化されたジルコニア、4モル%以上12モル%以下のスカンジアで安定化されたジルコニア、8モル%以上12モル%以下のスカンジアで安定化されたジルコニア、4モル%以上15モル%以下のイッテルビアで安定化されたジルコニア、8〜12モル%のスカンジアと0.5〜5モル%のセリアで安定化されたジルコニアを用いることが好ましい。また、これらの安定化ジルコニアに、アルミナ、シリカ、チタニア等を焼結助剤や分散強化剤として添加した材料も好適に用いることができる。   Particularly, zirconia stabilized with 3 to 10 mol% yttria stabilized as a ceramic material, zirconia stabilized with 4 to 12 mol% scandia, and 8 to 12 mol% scandia. Zirconia stabilized with zirconia, zirconia stabilized with 4 mol% or more and 15 mol% or less of ytterbia, zirconia stabilized with 8 to 12 mol% scandia and 0.5 to 5 mol% ceria Is preferred. A material obtained by adding alumina, silica, titania or the like as a sintering aid or dispersion strengthening agent to these stabilized zirconia can also be suitably used.

電解質層13の厚さは、特に限定されないが、例えば3μm以上が好ましく、4μm以上がより好ましく、5μm以上がさらに好ましい。また、電解質層13の厚さは、50μm以下が好ましく、30μm以下がより好ましく、20μm以下がさらに好ましい。電解質層13の厚さが上記範囲内であれば、アノード支持型セルとした場合に、ガスのクロスリークを防ぎつつも、発電性能がより良好となる。   Although the thickness of the electrolyte layer 13 is not specifically limited, For example, 3 micrometers or more are preferable, 4 micrometers or more are more preferable, and 5 micrometers or more are further more preferable. Further, the thickness of the electrolyte layer 13 is preferably 50 μm or less, more preferably 30 μm or less, and further preferably 20 μm or less. If the thickness of the electrolyte layer 13 is within the above range, when an anode-supported cell is used, power generation performance is improved while preventing gas cross-leakage.

電解質層13の気孔率は、特に限定されないが、例えば10%以下が好ましく、7%以下がより好ましく、5%以下がさらに好ましい。電解質層13の気孔率が上記範囲内であれば、電解質層13の機械的強度が十分となるとともに、燃料ガスや空気のガスタイト性も良好となる。   The porosity of the electrolyte layer 13 is not particularly limited, but is preferably 10% or less, more preferably 7% or less, and still more preferably 5% or less. If the porosity of the electrolyte layer 13 is within the above range, the mechanical strength of the electrolyte layer 13 will be sufficient, and the gas tightness of fuel gas and air will be good.

カソード12は、一般に、電子伝導性に優れ、酸化雰囲気下でも安定な、ペロブスカイト形酸化物が用いられる。具体的には、La0.8Sr0.2MnO3、La0.6Sr0.4CoO3、La0.6Sr0.4FeO3及びLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.83等のランタンの一部をストロンチウムで置換したランタンマンガナイト、ランタンフェライト及びランタンコバルタイト等が好適に用いられる。また、カソード12にイオン伝導性を付与するために、Sc、Y及びCe等の希土類金属の酸化物やアルカリ土類金属酸化物を安定化剤として2.5〜15モル%で含む安定化ジルコニアや、希土類元素酸化物等をドープしたセリアを適宜混合することも可能である。 The cathode 12 is generally made of a perovskite oxide that has excellent electron conductivity and is stable even in an oxidizing atmosphere. Specifically, lanthanum manganite in which a part of lanthanum such as La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 , La 0.6 Sr 0.4 CoO 3 , La 0.6 Sr 0.4 FeO 3 and La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 is substituted with strontium. Lanthanum ferrite, lanthanum cobaltite and the like are preferably used. Further, in order to impart ion conductivity to the cathode 12, a stabilized zirconia containing 2.5 to 15 mol% of a rare earth metal oxide such as Sc, Y and Ce or an alkaline earth metal oxide as a stabilizer. Alternatively, ceria doped with a rare earth element oxide or the like can be appropriately mixed.

カソード12の厚さは、特に限定されないが、例えば5μm以上が好ましく、7μm以上がより好ましく、10μm以上がさらに好ましい。また、カソード12の厚さは、80μm以下が好ましく、70μm以下がより好ましく、60μm以下がさらに好ましい。カソード12の厚さが上記範囲内であれば、電極反応が効率的に行われ、アノード支持型セルとした場合に、発電性能がより良好となる。   Although the thickness of the cathode 12 is not specifically limited, For example, 5 micrometers or more are preferable, 7 micrometers or more are more preferable, and 10 micrometers or more are further more preferable. Further, the thickness of the cathode 12 is preferably 80 μm or less, more preferably 70 μm or less, and further preferably 60 μm or less. When the thickness of the cathode 12 is within the above range, the electrode reaction is efficiently performed, and the power generation performance is improved when the anode-supported cell is used.

なお、本実施の形態のアノード支持型セル1は、電解質層13とカソード12とが隣接する構成を有する。しかし、本発明のアノード支持型セル1は、この構成に限定されず、電解質層13とカソード12との間にさらに別の層を含んでいてもよい。例えば、カソード12に用いられる材料によっては、電解質層13とカソード12との間にバリア層が設けられる場合がある。このバリア層は、セル作製時又は発電中の高温雰囲気下において、電解質層13とカソード12との間で起こる絶縁物質の生成を抑える効果、あるいは、発電を促進させる効果を期待できるものである。一般には、酸化物イオン伝導性を有する材料であり、Gd、Sm及びY等の希土類元素の酸化物等がドープされたセリアが用いられる。   The anode-supported cell 1 of the present embodiment has a configuration in which the electrolyte layer 13 and the cathode 12 are adjacent to each other. However, the anode supported cell 1 of the present invention is not limited to this configuration, and may further include another layer between the electrolyte layer 13 and the cathode 12. For example, depending on the material used for the cathode 12, a barrier layer may be provided between the electrolyte layer 13 and the cathode 12. This barrier layer can be expected to have an effect of suppressing the generation of an insulating material occurring between the electrolyte layer 13 and the cathode 12 or an effect of promoting power generation in a high temperature atmosphere during cell production or during power generation. In general, a ceria doped with an oxide of rare earth elements such as Gd, Sm, and Y is used as a material having oxide ion conductivity.

次に、アノード支持型セル1の製造方法について説明する。アノード支持型セル1を製造する方法の一例は、アノード11と電解質層13とを含む多層焼成体を作製する工程と、得られた多層焼成体を所定の形状に切断及び/又は打ち抜きする工程と、所定の形状に切断された多層焼成体において、アノード11と反対側の面にカソード12を作製する工程と、を含む方法である。   Next, a method for manufacturing the anode supported cell 1 will be described. An example of a method for manufacturing the anode-supported cell 1 includes a step of producing a multilayer fired body including the anode 11 and the electrolyte layer 13, and a step of cutting and / or punching the obtained multilayer fired body into a predetermined shape. And a step of producing a cathode 12 on a surface opposite to the anode 11 in the multilayer fired body cut into a predetermined shape.

多層焼成体は、
(1)アノード支持基板111用のグリーンシート上に、アノード層112用のグリーン層(アノード層112を設けない構成の場合は不要)と、電解質層13用のグリーン層と、バリア層を設ける構成の場合はバリア層用のグリーン層と、が順に積み重ねられた積層体を形成した後、これら全体を一括して焼成する方法、
又は、
(2)アノード支持基板111用のグリーンシートを焼成してアノード支持基板111を作製し、その上にアノード層112用のグリーン層(アノード層112を設けない構成の場合は不要)と、電解質層13用のグリーン層と、バリア層を設ける構成の場合はバリア層用のグリーン層と、が順に積み重ねられた積層体を形成した後、これらを焼成する方法、
を用いて作製できる。ここでは、(1)の方法を例に挙げて、多層焼成体の作製方法を説明する。
The multilayer fired body
(1) A configuration in which a green layer for the anode layer 112 (not required in the case where the anode layer 112 is not provided), a green layer for the electrolyte layer 13, and a barrier layer are provided on the green sheet for the anode support substrate 111. In the case of, after forming a laminate in which the green layer for the barrier layer and the layer are sequentially stacked, a method of firing these whole at once,
Or
(2) A green sheet for the anode support substrate 111 is baked to produce the anode support substrate 111, and a green layer for the anode layer 112 (not necessary in the case of the configuration without the anode layer 112) thereon, and an electrolyte layer In the case of a configuration in which a green layer for 13 and a barrier layer are provided, a green body for a barrier layer is formed in order, and then a method of firing them,
Can be used. Here, the method for producing a multilayer fired body will be described by taking the method (1) as an example.

まず、アノード支持基板111用のグリーンシートを準備する。アノード支持基板111用のグリーンシートは、原料粉末(導電成分の粉末及び骨格成分の粉末)と、気孔形成剤と、バインダー及び溶剤とを混合し、さらに必要に応じて分散剤及び可塑剤等を添加してスラリーを調製し、このスラリーをドクターブレード法、カレンダーロール法、押出し法等の任意の方法で所定の厚さを有するシート状に成形し、これを乾燥させて溶剤を揮発除去することによって、得られる。   First, a green sheet for the anode support substrate 111 is prepared. The green sheet for the anode support substrate 111 is prepared by mixing a raw material powder (conductive component powder and skeletal component powder), a pore-forming agent, a binder and a solvent, and further adding a dispersant, a plasticizer, and the like as necessary. Add slurry to prepare a slurry, and form the slurry into a sheet having a predetermined thickness by any method such as doctor blade method, calender roll method, extrusion method, etc., and dry this to volatilize and remove the solvent. Is obtained by

導電成分として使用可能な物質の例は、上記のとおりである。導電成分の粉末のサイズ等は、特に限定されない。しかし、導電成分の粉末は、平均粒径が0.2μm以上5μm以下であり、且つ、90体積%径が15μm以下であることが好ましく、平均粒径が0.3μm以上3μm以下であり、且つ、90体積%径が10μm以下であることがより好ましく、平均粒径が0.4μm以上2μm以下であり、且つ、90体積%径が8μm以下であることがさらに好ましい。なお、本明細書における平均粒径とは、粒度分布から求められるメジアン径、すなわち体積累積が50%に相当する粒径(D50)のことである。また、90体積%径とは、粒度分布において、粒径が小さい側からの体積粒径が90%に相当する粒径(D90)のことである。ここで、本明細書において特定される粉末の粒径とは、レーザ回折散乱法に基づいて測定される粒径のことである。   Examples of substances that can be used as the conductive component are as described above. The size of the conductive component powder is not particularly limited. However, the conductive component powder preferably has an average particle size of 0.2 μm or more and 5 μm or less, a 90% by volume diameter of 15 μm or less, an average particle size of 0.3 μm or more and 3 μm or less, and More preferably, the 90 volume% diameter is 10 μm or less, the average particle diameter is 0.4 μm or more and 2 μm or less, and the 90 volume% diameter is 8 μm or less. In addition, the average particle diameter in this specification is a median diameter calculated | required from particle size distribution, ie, the particle diameter (D50) equivalent to 50% of volume accumulation. The 90 volume% diameter is a particle diameter (D90) corresponding to 90% of the volume particle diameter from the smaller particle diameter side in the particle size distribution. Here, the particle size of the powder specified in this specification is a particle size measured based on a laser diffraction scattering method.

骨格成分には、例えば、2〜11モル%の希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物を安定化剤として含み、さらに、5〜40質量%のアルミナを添加剤として含む安定化ジルコニアの粉末を用いることができる。このようなアルミナを含む安定化ジルコニアの粉末は、例えば、共沈法又はPechini法等の方法によって作製できる。このような方法によって得られる安定化ジルコニアの粉末では、アルミナがより均一に分散されるので好ましい。   The skeletal component contains, for example, 2 to 11 mol% of rare earth metal oxide or alkaline earth metal oxide as a stabilizer, and further stabilized zirconia powder containing 5 to 40 mass% of alumina as an additive. Can be used. Such stabilized zirconia powder containing alumina can be produced by a method such as a coprecipitation method or a Pecini method. The stabilized zirconia powder obtained by such a method is preferable because alumina is more uniformly dispersed.

骨格成分の粉末のサイズは、特に限定されない。しかし、骨格成分の粉末は、平均粒径が0.1μm以上3μm以下であり、且つ、90体積%径が6μm以下であることが好ましく、平均粒径が0.1μm以上1.5μm以下であって、且つ、90体積%径が3μm以下であることがより好ましく、平均粒径が0.2μm以上1μm以下であり、且つ、90体積%径が2μm以下であることがさらに好ましい。   The size of the powder of the skeleton component is not particularly limited. However, the powder of the skeleton component preferably has an average particle size of 0.1 μm or more and 3 μm or less, a 90% by volume diameter of 6 μm or less, and an average particle size of 0.1 μm or more and 1.5 μm or less. More preferably, the 90 volume% diameter is 3 μm or less, the average particle diameter is 0.2 μm or more and 1 μm or less, and the 90 volume% diameter is 2 μm or less.

気孔形成剤は、グリーンシート焼成時に焼失するものであればよく、その種類は限定されない。例えば、アクリル系樹脂等からなる架橋微粒子集合体;小麦粉、トウモロコシ澱粉(コーンスターチ)、甘藷澱粉、馬鈴薯澱粉、タピオカ澱粉等の天然有機質粉体;メラミンシアヌレート等の熱分解性もしくは昇華性の樹脂粉体;カーボンブラック及び活性炭等の炭素質粉体、等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   The pore forming agent is not particularly limited as long as it burns away when the green sheet is fired. For example, cross-linked fine particle aggregates made of acrylic resin, etc .; natural organic powders such as wheat flour, corn starch (corn starch), sweet potato starch, potato starch, tapioca starch; thermal decomposable or sublimable resin powder such as melamine cyanurate Body: Carbonaceous powder such as carbon black and activated carbon, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

気孔形成剤の平均粒径は、0.5μm以上100μm以下が好ましく、3μm以上50μm以下がより好ましい。また。気孔形成剤の10体積%径(粒度分布において、粒径が小さい側からの体積粒径が10%に相当する粒径)は、0.1μm以上10μm以下が好ましく、1μm以上5μm以下がより好ましい。   The average particle diameter of the pore forming agent is preferably 0.5 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 3 μm or more and 50 μm or less. Also. The pore-forming agent has a 10% by volume diameter (a particle diameter corresponding to 10% of the volume particle diameter from the smaller particle size distribution in the particle size distribution), preferably 0.1 μm to 10 μm, and more preferably 1 μm to 5 μm. .

気孔形成剤の添加量は、導電成分の粉末と骨格成分の粉末との合計100質量部に対して、2質量部以上が好ましく、5質量部以上がより好ましい。また、気孔形成剤の添加量は、導電成分の粉末と骨格成分の粉末との合計100質量部に対して、40質量部以下が好ましく、30質量部以下がより好ましい。気孔形成剤の使用量を上記範囲内とすることにより、焼成時の熱分解によって適度に気孔が形成され、アノード支持基板111のガス透過性及び機械的強度がより良好となる。   The amount of the pore-forming agent added is preferably 2 parts by mass or more, and more preferably 5 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass in total of the conductive component powder and the skeleton component powder. The amount of the pore-forming agent added is preferably 40 parts by mass or less, and more preferably 30 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass in total of the conductive component powder and the skeleton component powder. By setting the use amount of the pore forming agent within the above range, pores are appropriately formed by thermal decomposition during firing, and the gas permeability and mechanical strength of the anode support substrate 111 become better.

バインダーは、特に限定されず、従来のアノード支持型セルの製造方法で公知となっている有機バインダーの中から適宜選択できる。有機バインダーとしては、例えば、エチレン系共重合体、スチレン系共重合体、アクリレート系及びメタクリレート系共重合体、酢酸ビニル系共重合体、マレイン酸系共重合体、ビニルブチラール系樹脂、ビニルアセタール系樹脂、ビニルホルマール系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、ワックス類、エチルセルロース等のセルロース類等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   The binder is not particularly limited, and can be appropriately selected from organic binders known in conventional production methods for anode-supported cells. Examples of organic binders include ethylene copolymers, styrene copolymers, acrylate and methacrylate copolymers, vinyl acetate copolymers, maleic acid copolymers, vinyl butyral resins, and vinyl acetal series. Examples thereof include resins, vinyl formal resins, vinyl alcohol resins, waxes, and celluloses such as ethyl cellulose. These may be used alone or in combination of two or more.

溶媒は、特に限定されず、アルコール類、グリコールエーテル類、脂肪族炭化水素類、ケトン類、エステル類、芳香族炭化水素類等の多種の有機溶剤を使用できる。有機溶剤としては、具体的には、α−テルピネオール、ジヒドロターピネオール、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、1−ヘキサノール、グリセリン、ポリエチレングリコール等のアルコール類;ブチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトール等のグリコールエーテル類;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ケロシン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類;アセトン、2−ブタノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、ターピネオールアセテート、ジヒドロターピネオールアセテート等のエステル類;トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素類、が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、塗工後の乾燥を早めるために、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、メタノール、エタノール、アセトン、キシレン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等が好ましい。   The solvent is not particularly limited, and various organic solvents such as alcohols, glycol ethers, aliphatic hydrocarbons, ketones, esters, and aromatic hydrocarbons can be used. Specific examples of the organic solvent include α-terpineol, dihydroterpineol, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, 1-butanol, 1-hexanol, glycerin, polyethylene glycol and other alcohols; butyl carbitol acetate, butyl carbitol and the like. Glycol ethers; aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, kerosene and cyclohexane; ketones such as acetone and 2-butanone; esters such as ethyl acetate, methyl acetate, butyl acetate, terpineol acetate and dihydroterpineol acetate And aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, ethyl acetate, methyl acetate, butyl acetate, methanol, ethanol, acetone, xylene, pentane, hexane, heptane and the like are preferable in order to accelerate drying after coating.

分散剤は、セラミック粉末の解膠や分散を促進するものである。分散剤としては、例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム等の高分子電解質;クエン酸、酒石酸等の有機酸;イソブチレン又はスチレンと無水マレイン酸との共重合体及びそのアンモニウム塩あるいはアミン塩;ブタジエンと無水マレイン酸との共重合体及びそのアンモニウム塩、等が挙げられる。   The dispersant promotes peptization and dispersion of the ceramic powder. Examples of the dispersant include polyelectrolytes such as polyacrylic acid and ammonium polyacrylate; organic acids such as citric acid and tartaric acid; copolymers of isobutylene or styrene and maleic anhydride and ammonium salts or amine salts thereof; Examples thereof include a copolymer of butadiene and maleic anhydride, and an ammonium salt thereof.

可塑剤は、アノード支持基板111に柔軟性を付与するものである。可塑剤としては、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジトリデシル等のフタル酸エステル類;プロピレングリコール等のグリコール類やグリコールエーテル類;フタル酸系ポリエステル、アジピン酸系ポリエステル、セバチン酸系ポリエステル等のポリエステル類、が挙げられる。   The plasticizer imparts flexibility to the anode support substrate 111. Plasticizers include phthalates such as dibutyl phthalate, dioctyl phthalate, and ditridecyl phthalate; glycols and glycol ethers such as propylene glycol; phthalic polyesters, adipic acid polyesters, sebacic acid polyesters, etc. Polyesters.

アノード支持基板111用のグリーンシート上に、アノード層112用のペーストを用いて、アノード層112用のグリーン層が形成される。アノード層112用のペーストは、原料粉末(導電成分の粉末及び骨格成分の粉末)と、気孔形成剤と、バインダー及び溶剤とを混合し、さらに必要に応じて分散剤及び可塑剤等を添加することによって、調製される。このペーストをアノード支持基板111用のグリーンシート上に、スクリーン印刷等の方法を用いて塗布し、これを乾燥させることによって、アノード層112用のグリーン層が形成される。なお、導電成分の粉末、骨格成分の粉末、気孔形成剤、バインダー、溶剤、分散剤及び可塑剤等については、アノード支持基板111用のグリーンシートを作製する際に用いられるものとして例示された物質の中から選択できるので、ここでは説明を省略する。   A green layer for the anode layer 112 is formed on the green sheet for the anode support substrate 111 using the paste for the anode layer 112. The paste for the anode layer 112 is a mixture of raw material powder (conductive component powder and skeletal component powder), a pore-forming agent, a binder and a solvent, and a dispersant, a plasticizer and the like are added as necessary. To be prepared. This paste is applied onto a green sheet for the anode support substrate 111 by using a method such as screen printing, and dried to form a green layer for the anode layer 112. The conductive component powder, the skeleton component powder, the pore forming agent, the binder, the solvent, the dispersing agent, the plasticizer, and the like are exemplified as materials used when producing a green sheet for the anode support substrate 111. The description can be omitted here.

アノード層112用のグリーン層の上に、電解質層13用のペーストを用いて、電解質層13用のグリーン層が形成される。電解質層13用のペーストは、少なくともセラミック質の原料となるセラミック粉末と溶媒とを混合して作製される。   A green layer for the electrolyte layer 13 is formed on the green layer for the anode layer 112 by using the paste for the electrolyte layer 13. The paste for the electrolyte layer 13 is prepared by mixing at least a ceramic powder as a ceramic raw material and a solvent.

セラミック粉末は、特に限定されないが、例えば平均粒径が0.3μm以上0.7μm以下のものを用いることが好ましい。また、セラミック粉末としては、粒径分布の小さいものが好適である。具体的には、平均粒径が0.3μm以上0.7μm以下であり、且つ、90体積%径が1.2μm以下であるものが好ましく、平均粒径が0.4μm以上、0.6μm以下であり、且つ、90体積%径が1.0μm以下であるものがより好ましい。   The ceramic powder is not particularly limited. For example, it is preferable to use a ceramic powder having an average particle size of 0.3 μm or more and 0.7 μm or less. Moreover, as ceramic powder, the thing with a small particle size distribution is suitable. Specifically, it is preferable that the average particle size is 0.3 μm or more and 0.7 μm or less, and the 90% by volume diameter is 1.2 μm or less, and the average particle size is 0.4 μm or more and 0.6 μm or less. More preferably, the 90% by volume diameter is 1.0 μm or less.

電解質層13用のペーストに用いられる溶媒は、特に限定されず、アノード支持基板111用のスラリーに用いられる溶媒として例示された物質の中から選択して使用することができる。溶媒は単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   The solvent used for the paste for the electrolyte layer 13 is not particularly limited, and can be selected and used from the substances exemplified as the solvent used for the slurry for the anode support substrate 111. A solvent may be used independently and may use 2 or more types together.

電解質層13用のペーストには、セラミック粉末及び溶媒に加えて、バインダー、分散剤、可塑剤、界面活性剤、消泡剤等を添加してもよい。バインダー、分散剤及び可塑剤は、成膜する電解質層13の材料に合わせて、アノード支持基板111用のスラリーの材料として例示された物質の中から選択して使用することができる。電解質層13用のペーストは、上記成分を適量混合することにより調製される。その際、各粒子を細かくしたり粒径を均一化したりするために、ボールミル等を用いて粉砕しつつ混合してもよい。また、各成分の添加の順番は特に制限されず、従来方法に従えばよい。   In addition to the ceramic powder and the solvent, a binder, a dispersant, a plasticizer, a surfactant, an antifoaming agent, and the like may be added to the paste for the electrolyte layer 13. The binder, the dispersant, and the plasticizer can be selected from substances exemplified as the slurry material for the anode support substrate 111 according to the material of the electrolyte layer 13 to be formed. The paste for the electrolyte layer 13 is prepared by mixing an appropriate amount of the above components. At that time, in order to make each particle fine or to make the particle size uniform, the particles may be mixed while being pulverized using a ball mill or the like. Moreover, the order of addition of each component is not particularly limited, and may be according to a conventional method.

電解質層13用のグリーン層上に、必要であればバリア層用のグリーン層を形成する。バリア層用のグリーン層も、アノード層112及び電解質層13と同様に、バリア層を構成する原料粉末を含むペーストを調製し、それを電解質層13用のグリーン層上に塗布し、乾燥させることによって形成できる。   If necessary, a green layer for a barrier layer is formed on the green layer for the electrolyte layer 13. Similarly to the anode layer 112 and the electrolyte layer 13, the green layer for the barrier layer is prepared by preparing a paste containing the raw material powder constituting the barrier layer, and applying the paste onto the green layer for the electrolyte layer 13 and drying it. Can be formed.

アノード支持基板111用のグリーンシート上に、アノード層112用のグリーン層と、電解質層13用のグリーン層と、バリア層を設ける構成の場合はバリア層用のグリーン層と、が順に積み重ねられることによって形成された積層体が、一括して焼成される。積層体の焼成温度は、特に限定されないが、1100℃以上が好ましく、1200℃以上がより好ましく、1250℃以上がさらに好ましい。また、焼成温度は、1500℃以下が好ましく、1400℃以下がより好ましく、1350℃以下がさらに好ましい。また、焼成時の焼成時間は、特に限定されないが、0.1時間以上が好ましく、0.5時間以上がより好ましく、1時間以上がさらに好ましい。また、焼成時間は、10時間以下が好ましく、7時間以下がより好ましく、5時間以下がさらに好ましい。   On the green sheet for the anode support substrate 111, the green layer for the anode layer 112, the green layer for the electrolyte layer 13, and the green layer for the barrier layer in the case where the barrier layer is provided are sequentially stacked. The laminated body formed by the above is fired all at once. The firing temperature of the laminate is not particularly limited, but is preferably 1100 ° C. or higher, more preferably 1200 ° C. or higher, and further preferably 1250 ° C. or higher. The firing temperature is preferably 1500 ° C. or lower, more preferably 1400 ° C. or lower, and further preferably 1350 ° C. or lower. The firing time during firing is not particularly limited, but is preferably 0.1 hours or longer, more preferably 0.5 hours or longer, and even more preferably 1 hour or longer. The firing time is preferably 10 hours or less, more preferably 7 hours or less, and even more preferably 5 hours or less.

以上のような方法によって、多層焼成体が得られる。次に、得られた多層焼成体を所定の形状に切断及び/又は打ち抜きする。   A multilayer fired body is obtained by the method as described above. Next, the obtained multilayer fired body is cut and / or punched into a predetermined shape.

次に、所定の形状に切断された多層焼成体において、アノード11と反対側の面上に、カソード12を作製する。カソード12用のペーストを用いてカソード12用のグリーン層を形成し、それを焼成することによってカソード12が作製される。カソード12用のペーストは、カソード12を構成する原料粉末、バインダー及び溶媒と、必要により分散剤及び可塑剤等とを共に均一に混合することによって、調製される。バインダー、溶媒、分散剤及び可塑剤等は、アノード支持基板111用のスラリーの材料として例示された物質の中から選択して使用することができる。調製したペーストを、多層焼成体上にスクリーン印刷等により塗布し、乾燥させることによって、カソード12用のグリーン層が形成される。これを焼成することによって、カソード12が作製される。焼成温度は、特に限定されないが、800℃以上が好ましく、850℃以上がより好ましく、950℃以上がさらに好ましい。また、焼成温度は、1300℃以下が好ましく、1250℃以下がより好ましく、1200℃以下がさらに好ましい。また、焼成時の焼成時間は、特に限定されないが、0.1時間以上が好ましく、0.5時間以上がより好ましく、1時間以上がさらに好ましい。また、焼成時間は、10時間以下が好ましく、7時間以下がより好ましく、5時間以下がさらに好ましい。   Next, the cathode 12 is produced on the surface opposite to the anode 11 in the multilayer fired body cut into a predetermined shape. The cathode 12 is produced by forming a green layer for the cathode 12 using the paste for the cathode 12 and firing the green layer. The paste for the cathode 12 is prepared by uniformly mixing together the raw material powder, the binder and the solvent constituting the cathode 12 and, if necessary, the dispersant and the plasticizer. A binder, a solvent, a dispersant, a plasticizer, and the like can be selected from substances exemplified as the material for the slurry for the anode support substrate 111 and used. The prepared paste is applied onto the multilayer fired body by screen printing or the like and dried to form a green layer for the cathode 12. By baking this, the cathode 12 is produced. Although a calcination temperature is not specifically limited, 800 degreeC or more is preferable, 850 degreeC or more is more preferable, and 950 degreeC or more is further more preferable. The firing temperature is preferably 1300 ° C. or lower, more preferably 1250 ° C. or lower, and further preferably 1200 ° C. or lower. The firing time during firing is not particularly limited, but is preferably 0.1 hours or longer, more preferably 0.5 hours or longer, and even more preferably 1 hour or longer. The firing time is preferably 10 hours or less, more preferably 7 hours or less, and even more preferably 5 hours or less.

以上のような方法によって、高い機械的強度を有するアノード支持型セル1を製造することができる。   By the method as described above, the anode-supported cell 1 having high mechanical strength can be manufactured.

次に、本発明について、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例によって何ら限定されるものではない。   Next, the present invention will be specifically described using examples. In addition, this invention is not limited at all by the Example shown below.

(実施例1)
1. アノード支持型セルの製造
1−1.アノード支持基板用のグリーンシートの作製
導電成分として、酸化ニッケル(NiO、正同化学工業株式会社製)60質量部、
骨格成分として、20質量%のアルミナが添加されている3モル%イットリウム安定化ジルコニアの粉末(東ソー株式会社製、商品名「TZ3Y−20A」)40質量部、
気孔形成剤として、カーボンブラック(SECカーボン株式会社製、商品名「SGP−3」)10質量部、
バインダーとして、メタクリレート系共重合体(分子量:30,000、ガラス転移温度:−8℃、固形分濃度:50質量%)30質量部、
可塑剤として、ジブチルフタレート2質量部、
溶媒として、トルエン/イソプロピルアルコール(質量比=3/2)の混合溶媒80質量部、
をボールミルにより混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーを使用し、ドクターブレード法によりシート状に成形し、70℃で5時間乾燥させた。これにより、厚さ300μmのアノード支持基板用のグリーンシートが得られた。
Example 1
1. 1. Production of anode-supported cell 1-1. Production of Green Sheet for Anode Support Substrate As a conductive component, nickel oxide (NiO, manufactured by Shodo Chemical Industry Co., Ltd.) 60 parts by mass,
40 parts by mass of 3 mol% yttrium-stabilized zirconia powder (trade name “TZ3Y-20A”, manufactured by Tosoh Corporation) to which 20% by mass of alumina is added as a skeleton component;
As a pore forming agent, 10 parts by mass of carbon black (trade name “SGP-3” manufactured by SEC Carbon Co., Ltd.),
As a binder, 30 parts by mass of a methacrylate copolymer (molecular weight: 30,000, glass transition temperature: −8 ° C., solid content concentration: 50% by mass),
As a plasticizer, 2 parts by mass of dibutyl phthalate,
As a solvent, 80 parts by mass of a mixed solvent of toluene / isopropyl alcohol (mass ratio = 3/2),
Were mixed by a ball mill to prepare a slurry. The obtained slurry was used, formed into a sheet by the doctor blade method, and dried at 70 ° C. for 5 hours. As a result, a green sheet for an anode support substrate having a thickness of 300 μm was obtained.

1−2.アノード層用のペーストの作製
導電成分として、酸化ニッケル(NiO、キシダ化学株式会社製)36質量部、
骨格成分として、8モル%イットリウム安定化ジルコニア粉末(第一稀元素化学工業株式会社製、商品名「HSY−8.0」)24質量部、
気孔形成剤として、カーボンブラック(SECカーボン株式会社製、商品名「SGP−3」)2質量部、
溶媒として、α−テルピネオール(和光純薬工業株式会社製)36質量部と、
バインダーとして、エチルセルロース(和光純薬工業株式会社製)4質量部、
可塑剤として、ジブチルフタレート(和光純薬工業株式会社製)6質量部、
分散剤として、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤4質量部、
を乳鉢を用いて混合した後、3本ロールミル(EXAKT technologies社製、型式「M−80S」、ロール材質;アルミナ)を用いて解砕した。これにより、アノード層用のペーストが得られた。
1-2. Production of paste for anode layer As conductive component, 36 parts by mass of nickel oxide (NiO, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.)
As a skeleton component, 24 parts by mass of 8 mol% yttrium-stabilized zirconia powder (manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd., trade name “HSY-8.0”),
As a pore forming agent, 2 parts by mass of carbon black (trade name “SGP-3” manufactured by SEC Carbon Co., Ltd.),
As a solvent, 36 parts by mass of α-terpineol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
As a binder, 4 parts by mass of ethyl cellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
As a plasticizer, 6 parts by mass of dibutyl phthalate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
As a dispersant, 4 parts by mass of a sorbitan fatty acid ester surfactant,
Were mixed using a mortar, and then crushed using a three-roll mill (EXAKT technologies, model “M-80S”, roll material: alumina). As a result, a paste for the anode layer was obtained.

1−3.電解質層用のペーストの作製
セラミック粉末として、8モル%イットリウム安定化ジルコニア粉末(第一稀元素化学工業株式会社製、商品名「HSY−8.0」)60質量部、
バインダーとして、エチルセルロース(和光純薬工業株式会社製)5質量部、
溶媒として、α−テルピネオール(和光純薬工業株式会社製)40質量部、
可塑剤として、ジブチルフタレート(和光純薬工業社製)6質量部、
分散剤として、ソルビタン酸エステル系界面活性剤(三洋化成工業株式会社製、商品名「イオネットS−80」)5質量部、
を乳鉢を用いて混合した後、3本ロールミル(EXAKT technologies社製、型式「M−80S」、ロール材質;アルミナ)を用いて解砕した。これにより、電解質層用のペーストが得られた。
1-3. Preparation of paste for electrolyte layer As ceramic powder, 8 parts by mass of yttrium-stabilized zirconia powder (trade name “HSY-8.0”, manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd.), 60 parts by mass,
As a binder, 5 parts by mass of ethyl cellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
As a solvent, 40 parts by mass of α-terpineol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
As a plasticizer, 6 parts by mass of dibutyl phthalate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
As a dispersant, 5 parts by mass of a sorbitan acid ester surfactant (manufactured by Sanyo Kasei Kogyo Co., Ltd., trade name “Ionet S-80”),
Were mixed using a mortar, and then crushed using a three-roll mill (EXAKT technologies, model “M-80S”, roll material: alumina). Thereby, the paste for electrolyte layers was obtained.

1−4.バリア層用のペーストの作製
セラミック粉末として、10モル%ガドリニアがドープされているセリア粉末(阿南化成株式会社製)60質量部、
バインダーとして、エチルセルロース(和光純薬工業株式会社製)5質量部、
溶媒として、α−テルピネオール(和光純薬工業株式会社製)40質量部、
可塑剤として、ジブチルフタレート(和光純薬工業株式会社製)6質量部、
分散剤として、ソルビタン酸エステル系界面活性剤(三洋化成工業株式会社製、商品名「イオネットS−80」)5質量部、
を乳鉢を用いて混合した後、3本ロールミル(EXAKT technologies社製、型式「M−80S」、ロール材質;アルミナ)を用いて解砕した。これにより、バリア層用のペーストが得られた。
1-4. Preparation of paste for barrier layer 60 parts by mass of ceria powder (manufactured by Anan Kasei Co., Ltd.) doped with 10 mol% gadolinia as ceramic powder,
As a binder, 5 parts by mass of ethyl cellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
As a solvent, 40 parts by mass of α-terpineol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
As a plasticizer, 6 parts by mass of dibutyl phthalate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
As a dispersant, 5 parts by mass of a sorbitan acid ester surfactant (manufactured by Sanyo Kasei Kogyo Co., Ltd., trade name “Ionet S-80”),
Were mixed using a mortar, and then crushed using a three-roll mill (EXAKT technologies, model “M-80S”, roll material: alumina). As a result, a barrier layer paste was obtained.

1−5.アノード層用のグリーン層の形成
上記1−1で得られたアノード支持基板用のグリーンシート上に、上記1−2で得られた解砕後のアノード層用のペーストを、スクリーン印刷により厚さ20μmとなるように印刷した。これを100℃で30分間乾燥させることによって、アノード層用のグリーン層を形成した。
1-5. Formation of Green Layer for Anode Layer On the green sheet for the anode support substrate obtained in 1-1 above, the paste for the pulverized anode layer obtained in 1-2 above is thickened by screen printing. It printed so that it might become 20 micrometers. This was dried at 100 ° C. for 30 minutes to form a green layer for the anode layer.

1−6.電解質層用のグリーン層の形成
上記1−5で形成されたアノード層用のグリーン層上に、上記1−3で得られた解砕後の電解質層用のペーストを、スクリーン印刷により厚さ15μmとなるように印刷した。これを100℃で30分間乾燥させることによって、電解質層用のグリーン層を形成した。
1-6. Formation of Green Layer for Electrolyte Layer On the green layer for the anode layer formed in 1-5 above, the paste for the crushed electrolyte layer obtained in 1-3 above is formed by screen printing to a thickness of 15 μm. It was printed as follows. This was dried at 100 ° C. for 30 minutes to form a green layer for an electrolyte layer.

1−7.バリア層用のグリーン層の形成
上記1−6で形成された電解質層用のグリーン層上に、上記1−4で得られ解砕後のバリア層用のペーストを、スクリーン印刷により厚さ3μm以下となるように印刷した。これを100℃で30分間乾燥させることによって、バリア層用のグリーン層を形成した。
1-7. Formation of Green Layer for Barrier Layer On the green layer for electrolyte layer formed in 1-6 above, the paste for barrier layer after pulverization obtained in 1-4 above is 3 μm or less in thickness by screen printing. It was printed as follows. This was dried at 100 ° C. for 30 minutes to form a green layer for the barrier layer.

1−8.焼成
バリア層用のペーストの乾燥後、上記で得たバリア層用のグリーン層、電解質層用のグリーン層、アノード層用のグリーン層が形成されたアノード支持基板用のグリーンシートを、強度試験用のセル作製用として焼成後の直径がφ50mmになるように打ち抜いた。電池性能評価用のセル作製用として焼成後の1辺が60mmの正方形になるように打ち抜いた。打ち抜いた後、それぞれを1300℃で2時間焼成して、以下の(1)及び(2)のハーフセルを作製した。
(1)φ50mmのアノード支持型ハーフセル(円形、強度試験用)10枚
(2)1辺60mmのアノード支持型ハーフセル(正方形、電池性能評価用)3枚
1-8. After drying the paste for the barrier layer, the green sheet for the anode support substrate on which the green layer for the barrier layer, the green layer for the electrolyte layer, and the green layer for the anode layer obtained above are formed is used for the strength test. For cell preparation, punching was performed so that the diameter after firing would be φ50 mm. For cell production for battery performance evaluation, punching was performed so that one side after firing was a square of 60 mm. After punching, each was fired at 1300 ° C. for 2 hours to prepare the following half cells (1) and (2).
(1) φ50 mm anode supported half cell (round, for strength test) 10 sheets (2) Anode supported half cell (square, battery performance evaluation) 3 sheets of 60 mm per side

1−9.カソード用のペーストの作製
ペロブスカイト型酸化物粉末La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.83(アルドリッチ社製)60質量部、
溶媒として、α−テルピネオール(和光純薬工業株式会社製)36質量部、
バインダーとして、エチルセルロース(和光純薬工業株式会社製)4質量部、
可塑剤として、ジブチルフタレート(和光純薬工業株式会社社製)6質量部、
分散剤として、ソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤4質量部、
を乳鉢を用いて混合した後、3本ロールミル(EXAKT technologies社製、型式「M−80S」、ロール材質;アルミナ)を用いて解砕した。これにより、カソード用のペーストが得られた。
1-9. Preparation of cathode paste Perovskite oxide powder La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 (Aldrich) 60 parts by mass,
As a solvent, 36 parts by mass of α-terpineol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
As a binder, 4 parts by mass of ethyl cellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.),
As a plasticizer, 6 parts by mass of dibutyl phthalate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
As a dispersant, 4 parts by mass of a sorbitan fatty acid ester surfactant,
Were mixed using a mortar, and then crushed using a three-roll mill (EXAKT technologies, model “M-80S”, roll material: alumina). As a result, a paste for the cathode was obtained.

1−10.カソードの形成
上記1−8.で得られた(1)及び(2)のハーフセルのバリア層上に、スクリーン印刷により、
(1)強度試験用のセルには、直径がφ46mmの円形
(2)電池性能評価用のセルには、1辺1cmの正方形
となるように、上記1−9で得られたカソード用のペーストを塗布した。これを90℃で1時間乾燥させ、その後1000℃で2時間焼成した。これにより、アノード支持型セルが得られた。
1-10. Formation of cathode 1-8. On the barrier layer of the half cell obtained in (1) and (2) by screen printing,
(1) The strength test cell is a circle having a diameter of 46 mm. (2) The battery performance evaluation cell is a cathode paste obtained in the above 1-9 so as to be a square having a side of 1 cm. Was applied. This was dried at 90 ° C. for 1 hour and then calcined at 1000 ° C. for 2 hours. As a result, an anode-supported cell was obtained.

2. 強度試験
上記1−10の(1)で得られたφ50mmのアノード支持型セル10枚について、それぞれ、ASTM C1499−03に準ずる方法で強度試験を実施した。アノード支持型セル10枚について得られた強度試験結果の平均値を、強度として、表1に示す。
2. Strength Test A strength test was carried out on each of the 10 φ50 mm anode-supported cells obtained in (1) of 1-10 above by a method according to ASTM C1499-03. Table 1 shows the average value of the strength test results obtained for 10 anode-supported cells as the strength.

3. 電池性能評価試験
アノード支持型セルの評価として、電流−電圧特性による電池性能評価試験を実施した。
上記1−10の(2)で得られたアノード支持型セル3枚を用いた。このアノード支持型セルに対し、先ず、アノードに100mL/分の窒素を、カソードに100mL/分の空気をそれぞれ供給しつつ、200℃/hの速度で測定温度(750℃)まで昇温した。昇温後、アノード及びカソードの出口側ガスについて、流量計を用いて流量を測定し、ガスの漏れが無いことを確認した。
次いで、水素6mL/分及び窒素194mL/分の加湿した混合ガスをアノードへ、400mL/分の空気をカソードへ供給した。10分以上経過後に起電力が発生し、漏れが無いことを再度確認した後、加湿水素を200mL/分の流量でアノードへ供給して、電流−電圧特性(IV)、電流−出力特性(IP)による電池性能評価試験を実施した。アノード支持型セル3枚のうちの1枚の結果を図1に示す。
3. Battery performance evaluation test As an evaluation of the anode-supported cell, a battery performance evaluation test based on current-voltage characteristics was performed.
Three anode-supported cells obtained in the above 1-10 (2) were used. First, the anode-supported cell was heated to a measurement temperature (750 ° C.) at a rate of 200 ° C./h while supplying 100 mL / min of nitrogen to the anode and 100 mL / min of air to the cathode. After raising the temperature, the flow rate of the anode and cathode outlet gas was measured using a flow meter, and it was confirmed that there was no gas leakage.
Then, a humidified mixed gas of 6 mL / min hydrogen and 194 mL / min nitrogen was supplied to the anode, and 400 mL / min air was supplied to the cathode. After confirming again that an electromotive force is generated after 10 minutes or more and that there is no leakage, humidified hydrogen is supplied to the anode at a flow rate of 200 mL / min, and current-voltage characteristics (IV), current-output characteristics (IP ) Battery performance evaluation test was conducted. The result of one of the three anode-supported cells is shown in FIG.

(比較例1)
実施例1の1−1のアノード支持基板用のグリーンシートの作製において、骨格成分に、「20質量%のアルミナが添加されている3モル%イットリウム安定化ジルコニアの粉末」の代わりに「3モル%イットリウム安定化ジルコニアの粉末」を用いた点以外は、全て実施例1と同様の方法でアノード支持型セルを作製した。得られた比較例1のアノード支持型セルについても、実施例1と同様に、強度試験及び電池性能評価試験を行った。
(Comparative Example 1)
In the preparation of the green sheet for the anode support substrate of Example 1-1 of Example 1, “3 mol” was used instead of “3 mol% yttrium-stabilized zirconia powder to which 20 mass% alumina was added” as a skeleton component. An anode-supported cell was produced in the same manner as in Example 1 except that “% yttrium-stabilized zirconia powder” was used. The obtained anode-supported cell of Comparative Example 1 was subjected to a strength test and a battery performance evaluation test in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
実施例1の1−1のアノード支持基板用のグリーンシートの作製において、骨格成分に、「20質量%のアルミナが添加されている3モル%イットリウム安定化ジルコニアの粉末」の代わりに「アルミナの粉末」を用いた点以外は、全て実施例1と同様の方法でアノード支持型セルを作製した。得られた比較例2のアノード支持型セルについても、実施例1と同様に、強度試験を行った。その結果、表1に示すように、比較例2のセルの強度は、実施例1及び比較例1のセルと比較して大幅に低かった。
(Comparative Example 2)
In the preparation of the green sheet for the anode support substrate of Example 1 of Example 1, instead of “a 3 mol% yttrium-stabilized zirconia powder to which 20 mass% of alumina is added” as a skeleton component, “alumina An anode supported cell was produced in the same manner as in Example 1 except that “powder” was used. The obtained anode-supported cell of Comparative Example 2 was subjected to a strength test in the same manner as in Example 1. As a result, as shown in Table 1, the strength of the cell of Comparative Example 2 was significantly lower than that of the cells of Example 1 and Comparative Example 1.

Figure 2013077396
Figure 2013077396

表1に示された結果から、アノード支持基板の骨格成分に、20質量%のアルミナを添加剤として含むイットリア安定化ジルコニアが用いられた場合、アルミナが添加されないジルコニアを用いる場合及びアルミナのみを用いる場合よりも、セルの機械的強度が大幅に上昇することが確認された。また、図1に示すように、電池の性能は、実施例1のセルは、比較例1のセルとほぼ同じであった。なお、比較例1のセルは、アノード支持基板の骨格成分として一般的な安定化ジルコニアが用いられている。すなわち、比較例1のセルは、従来の一般的な発電性能を有するアノード支持型セルである。したがって、実施例1のセルは、従来のセルの発電性能を維持しつつ、セルの強度のみが従来のセルよりも大幅に改善された。   From the results shown in Table 1, when yttria-stabilized zirconia containing 20% by mass of alumina as an additive is used as the skeletal component of the anode support substrate, when using zirconia without adding alumina, or using only alumina. It was confirmed that the mechanical strength of the cell was significantly increased. As shown in FIG. 1, the battery performance of the cell of Example 1 was almost the same as the cell of Comparative Example 1. In the cell of Comparative Example 1, general stabilized zirconia is used as a skeletal component of the anode support substrate. That is, the cell of Comparative Example 1 is an anode-supported cell having conventional general power generation performance. Therefore, only the strength of the cell of the cell of Example 1 was significantly improved over the conventional cell while maintaining the power generation performance of the conventional cell.

本発明のアノード支持基板及びこれを用いたアノード支持型セルによれば、セルの発電性能低下を抑制しつつ、さらなる機械的強度の向上が可能となるので、例えばアノード支持基板の厚さを従来よりも低減した場合でも十分なセル強度を確保できる。したがって、本発明のアノード支持基板及びこれを用いたアノード支持型セルは、高い強度が要求されるSOFC及びさらなる厚さ低減が要求されるSOFCにも、好適に利用できる。   According to the anode support substrate of the present invention and the anode support cell using the same, it is possible to further improve the mechanical strength while suppressing a decrease in the power generation performance of the cell. Even when it is reduced more, sufficient cell strength can be secured. Therefore, the anode support substrate of the present invention and the anode support cell using the same can be suitably used for SOFCs that require high strength and SOFCs that require further thickness reduction.

1 アノード支持型セル
11 アノード
12 カソード
13 電解質層
111 アノード支持基板
112 アノード層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anode support type cell 11 Anode 12 Cathode 13 Electrolyte layer 111 Anode support substrate 112 Anode layer

Claims (2)

固体酸化物形燃料電池用のアノード支持基板であって、
導電成分と骨格成分とを含み、
前記骨格成分がジルコニアを含み、
前記ジルコニアが、2〜11モル%の希土類金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物を安定化剤として含み、さらにAl原子を、Zr原子に対するAl原子のモル比(Al/Zr)が0.10〜2.50となるように含む、
アノード支持基板。
An anode support substrate for a solid oxide fuel cell,
Including a conductive component and a skeleton component;
The skeletal component comprises zirconia,
The zirconia contains 2 to 11 mol% of a rare earth metal oxide or an alkaline earth metal oxide as a stabilizer, and further contains Al atoms in a molar ratio of Al atoms to Zr atoms (Al / Zr) of 0.10. Including to be ~ 2.50,
Anode support substrate.
請求項1に記載のアノード支持基板と、
カソードと、
前記アノード支持基板と前記カソードとの間に配置された電解質層と、
を備え、
前記電解質層及び前記カソードが、前記アノード支持基板によって支持されている、
アノード支持型セル。
An anode support substrate according to claim 1;
A cathode,
An electrolyte layer disposed between the anode support substrate and the cathode;
With
The electrolyte layer and the cathode are supported by the anode support substrate;
Anode-supported cell.
JP2011215398A 2011-09-29 2011-09-29 Anode support substrate and anode support type cell using the same Withdrawn JP2013077396A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015122288A (en) * 2013-12-25 2015-07-02 株式会社ノリタケカンパニーリミテド Solid oxide fuel cell, and method and material for manufacturing the same
CN114725454A (en) * 2022-04-06 2022-07-08 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 SOFC (solid oxide Fuel cell) and preparation method thereof

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