JP2013197036A - Fuel cell and method for manufacturing laminated sintered body - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of improving power generation characteristics and long-term reliability even if the fuel cell includes an intermediate layer.SOLUTION: A fuel cell 1 comprises: an electrolyte layer 2 formed of a solid electrolyte; a cathode layer 6 provided on one surface of the electrolyte layer 2 via an intermediate layer 3; and an anode layer 7 provided on the other surface of the electrolyte layer 2. The intermediate layer 3 includes a compact intermediate layer 4 arranged on the electrolyte layer 2 side and formed to be compact, and a porous intermediate layer 5 arranged on the cathode layer 6 side of the compact intermediate layer 4 and formed to be more porous than the compact intermediate layer 4. The compact intermediate layer 4 and the porous intermediate layer 5 are formed of the same material. A relative density of the compact intermediate layer 4 is preferably not less than 80%, and a relative density of the porous intermediate layer 5 is preferably in a range from 40% to 75%. The intermediate layer 3 can be formed of a cerium oxide-based oxide. The electrolyte layer 2 can be formed of a zirconium oxide-based oxide or a lanthanum gallate-based oxide.

Description

本発明は、燃料電池および積層焼結体の製造方法に関し、さらに詳しくは、電解質として固体電解質を利用する固体電解質型の燃料電池、当該燃料電池の製造に用いられる積層焼結体の製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell and a method for producing a laminated sintered body, and more particularly to a solid electrolyte fuel cell that uses a solid electrolyte as an electrolyte, and a method for producing a laminated sintered body used for producing the fuel cell. .

従来、電解質として安定化ジルコニア等の固体電解質を用いた燃料電池が知られている。上記燃料電池は、その基本構成として、固体電解質より形成された電解質層と、電解質層の一方面に設けられたカソード層と、電解質層の他方面に設けられたアノード層とを有している。また、電解質層とカソード層との間に中間層を挟持させた燃料電池も知られている。   Conventionally, a fuel cell using a solid electrolyte such as stabilized zirconia as an electrolyte is known. The fuel cell has, as its basic structure, an electrolyte layer formed of a solid electrolyte, a cathode layer provided on one surface of the electrolyte layer, and an anode layer provided on the other surface of the electrolyte layer. . A fuel cell in which an intermediate layer is sandwiched between an electrolyte layer and a cathode layer is also known.

先行する特許文献1は、上記中間層を有する燃料電池とは異なるが、酸化セリウムを含む酸化物イオン伝導体からなる電解質層と、この電解質層を挟持するアノード層およびカソード層とを有する燃料電池を開示する。上記電解質層は、アノード層側に配置された緻密性電解質層と、カソード層側に配置された多孔性電解質層とを有している。   Prior art document 1, which is different from the fuel cell having the intermediate layer, has a fuel cell having an electrolyte layer made of an oxide ion conductor containing cerium oxide, and an anode layer and a cathode layer sandwiching the electrolyte layer. Is disclosed. The electrolyte layer has a dense electrolyte layer disposed on the anode layer side and a porous electrolyte layer disposed on the cathode layer side.

特開2009−259746号公報JP 2009-259746 A

しかしながら、従来技術は以下の点で問題がある。
中間層を有する燃料電池の場合、中間層の微構造が、発電特性や長期信頼性に大きな影響を及ぼす。すなわち、カソード層との接合性や反応点を確保する観点から、中間層は多孔質であることが望ましい。その一方、中間層が過度に多孔質になると、電解質との接合性が低下する。上記接合性の低下は、オーミック抵抗を増加させるため、燃料電池の発電特性の低下につながる。また、中間層が多孔質になると、空隙を介してカソード成分が電解質層まで拡散し、絶縁性の反応生成物を形成する。そのため、燃料電池の長期信頼性が低下する。よって、中間層を有する燃料電池は、接合によるオーミック抵抗の低減と反応生成物の抑制とを両立させることが困難であり、発電特性の向上、長期信頼性の向上を図ることが難しいという問題がある。
However, the prior art has the following problems.
In the case of a fuel cell having an intermediate layer, the microstructure of the intermediate layer greatly affects the power generation characteristics and long-term reliability. That is, it is desirable that the intermediate layer be porous from the viewpoint of securing the bonding property with the cathode layer and the reaction point. On the other hand, when the intermediate layer becomes excessively porous, the bondability with the electrolyte is lowered. Since the decrease in the bonding property increases the ohmic resistance, the power generation characteristics of the fuel cell are deteriorated. Further, when the intermediate layer becomes porous, the cathode component diffuses to the electrolyte layer through the voids to form an insulating reaction product. Therefore, the long-term reliability of the fuel cell is reduced. Therefore, it is difficult for a fuel cell having an intermediate layer to achieve both reduction of ohmic resistance by bonding and suppression of reaction products, and it is difficult to improve power generation characteristics and long-term reliability. is there.

なお、特許文献1の燃料電池は、緻密性電解質層と多孔性電解質層との接合性が悪く、オーミック抵抗が増加し、発電性能が低下することが懸念される。また、この燃料電池は、長期使用時に、多孔性電解質層の空隙を介してカソード成分が緻密性電解質層まで拡散し、絶縁性の反応生成物を形成しやすい。そのため、長期信頼性の低下が懸念される。よって、この技術を、中間層を有する燃料電池に適用することは困難である。   In addition, the fuel cell of patent document 1 is anxious about the joining property of a dense electrolyte layer and a porous electrolyte layer being bad, ohmic resistance increasing, and power generation performance falling. Further, in this fuel cell, the cathode component diffuses to the dense electrolyte layer through the voids of the porous electrolyte layer during long-term use, and an insulating reaction product is easily formed. For this reason, there is a concern about deterioration of long-term reliability. Therefore, it is difficult to apply this technique to a fuel cell having an intermediate layer.

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、中間層を有する場合でも、発電特性の向上および長期信頼性の向上を図ることが可能な燃料電池を提供しようとするものである。また、上記燃料電池の製造に用いて好適な積層焼結体の製造方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and intends to provide a fuel cell capable of improving power generation characteristics and improving long-term reliability even when an intermediate layer is provided. . Another object of the present invention is to provide a method for producing a laminated sintered body suitable for use in the production of the fuel cell.

本発明の一態様は、固体電解質より形成された電解質層と、該電解質層の一方面に中間層を介して設けられたカソード層と、上記電解質層の他方面に設けられたアノード層とを有する燃料電池であって、
上記中間層は、上記電解質層側に配置され、かつ緻密質に形成された緻密性中間層と、該緻密性中間層の上記カソード層側に配置され、かつ上記緻密性中間層よりも多孔質に形成された多孔性中間層とを有しており、
上記緻密性中間層と上記多孔性中間層とは、同種材料から形成されていることを特徴とする燃料電池にある(請求項1)。
One embodiment of the present invention includes an electrolyte layer formed of a solid electrolyte, a cathode layer provided on one surface of the electrolyte layer via an intermediate layer, and an anode layer provided on the other surface of the electrolyte layer. A fuel cell comprising:
The intermediate layer is disposed on the electrolyte layer side and is densely formed, and the intermediate layer is disposed on the cathode layer side of the dense intermediate layer and is more porous than the dense intermediate layer. A porous intermediate layer formed on
In the fuel cell, the dense intermediate layer and the porous intermediate layer are formed of the same kind of material (claim 1).

本発明の他の態様は、上記燃料電池の製造に用いられ、上記電解質層、上記緻密性中間層および上記多孔性中間層がこの順に積層されてなる積層構造を含む積層焼結体の製造方法であって、
上記電解質層の原料粉と有機材料とを含んでシート状に形成された未焼成の電解質層形成用シートの一方面に、上記緻密性中間層の原料粉と有機材料とを含んでシート状に形成された未焼成の緻密性中間層形成用シートを積層し、圧着した後、同時焼成することにより、上記電解質層と該電解質層の一方面に接合された上記緻密性中間層とを含む同時焼成体を得る工程と、
上記同時焼成体の上記緻密性中間層の表面に、上記多孔性中間層の原料粉と有機材料とを含む多孔性中間層形成用ペーストを塗工した後、上記同時焼成時の焼成温度以下の温度にて焼成する工程とを有することを特徴とする積層焼結体の製造方法にある(請求項6)。
Another aspect of the present invention is a method for producing a laminated sintered body that is used in the production of the fuel cell and includes a laminated structure in which the electrolyte layer, the dense intermediate layer, and the porous intermediate layer are laminated in this order. Because
On one side of the unfired electrolyte layer forming sheet formed into a sheet shape containing the raw material powder of the electrolyte layer and the organic material, into a sheet shape containing the raw material powder of the dense intermediate layer and the organic material Simultaneously including the electrolyte layer and the dense intermediate layer bonded to one surface of the electrolyte layer by laminating the formed unfired dense intermediate layer forming sheets, press-bonding, and co-firing. Obtaining a fired body;
After applying the porous intermediate layer forming paste containing the raw material powder of the porous intermediate layer and the organic material on the surface of the dense intermediate layer of the co-fired body, the temperature is equal to or lower than the firing temperature at the time of the co-firing. And a step of firing at a temperature. A method for producing a laminated sintered body according to claim 6.

本発明のさらに他の態様は、上記燃料電池の製造に用いられ、上記電解質層、上記緻密性中間層および上記多孔性中間層がこの順に積層されてなる積層構造を含む積層焼結体の製造方法であって、
上記電解質層の表面に、上記緻密性中間層の原料粉と有機材料とを含む緻密性中間層形成用ペースト、上記多孔性中間層の原料粉と有機材料とを含む多孔性中間層形成用ペーストをこの順に塗工した後、焼成する工程を有することを特徴とする積層焼結体の製造方法にある(請求項7)。
Still another embodiment of the present invention is used for manufacturing the fuel cell, and manufacturing a laminated sintered body including a laminated structure in which the electrolyte layer, the dense intermediate layer, and the porous intermediate layer are laminated in this order. A method,
A dense intermediate layer forming paste containing the raw material powder of the dense intermediate layer and an organic material on the surface of the electrolyte layer, and a porous intermediate layer forming paste containing the raw material powder of the porous intermediate layer and an organic material In this method of manufacturing a laminated sintered body, the method includes a step of firing after coating in this order (claim 7).

電解質として固体電解質を利用する燃料電池において、固体電解質より形成された電解質層は、通常、緻密質である。そして上記燃料電池では、中間層の電解質層側に、緻密質に形成された緻密性中間層が配置されている。そのため、上記燃料電池は、電解質層および緻密性中間層の緻密な面同士が接触することにより接合点が増加し、接合性が向上する。一方、電解質として固体電解質を利用する燃料電池において、カソード層は、通常、多孔質である。上記燃料電池では、緻密性中間層のカソード層側に、多孔性中間層が配置されている。そのため、上記燃料電池は、カソード層および多孔性中間層の粗い面同士が噛み合うことにより接合点が増加し、接合性が向上する。さらに、緻密性中間層と多孔性中間層とは、同種材料より形成されている。そのため、緻密性中間層と多孔性中間層との間の接合性が向上する。したがって、上記燃料電池は、全体として良好な接合性を確保することができる。それ故、上記燃料電池は、電解質層とカソード層との間に中間層を有する場合であっても、接合によるオーミック抵抗を低減することができる。また、接合性向上により接合信頼性を向上させることができる。   In a fuel cell using a solid electrolyte as an electrolyte, the electrolyte layer formed from the solid electrolyte is usually dense. In the fuel cell, a dense intermediate layer formed densely is disposed on the electrolyte layer side of the intermediate layer. Therefore, in the fuel cell, when the dense surfaces of the electrolyte layer and the dense intermediate layer are in contact with each other, the junction point is increased and the bondability is improved. On the other hand, in a fuel cell that uses a solid electrolyte as an electrolyte, the cathode layer is usually porous. In the fuel cell, a porous intermediate layer is disposed on the cathode layer side of the dense intermediate layer. Therefore, in the fuel cell, when the rough surfaces of the cathode layer and the porous intermediate layer are engaged with each other, the junction point is increased and the bondability is improved. Further, the dense intermediate layer and the porous intermediate layer are made of the same material. Therefore, the bondability between the dense intermediate layer and the porous intermediate layer is improved. Therefore, the fuel cell can ensure good bondability as a whole. Therefore, even if the fuel cell has an intermediate layer between the electrolyte layer and the cathode layer, ohmic resistance due to the junction can be reduced. Further, the bonding reliability can be improved by improving the bonding property.

さらに、上記燃料電池は、中間層の電解質層側に緻密性中間層が形成されている。そのため、上記燃料電池は、長期間使用した場合であっても、電解質層へのカソード成分の拡散が抑制され、抵抗成分となる絶縁性の反応生成物の形成を抑制することができる。   Further, in the fuel cell, a dense intermediate layer is formed on the electrolyte layer side of the intermediate layer. Therefore, even when the fuel cell is used for a long period of time, diffusion of the cathode component into the electrolyte layer is suppressed, and formation of an insulating reaction product that becomes a resistance component can be suppressed.

以上、上記燃料電池によれば、接合によるオーミック抵抗の低減と反応生成物の抑制とを両立させることが可能となる。したがって、中間層を有する場合でも、発電特性の向上および長期信頼性の向上を図ることができる。   As mentioned above, according to the said fuel cell, it becomes possible to make the reduction of the ohmic resistance by joining, and suppression of a reaction product compatible. Therefore, even when the intermediate layer is provided, it is possible to improve power generation characteristics and long-term reliability.

上記積層焼結体の製造方法(他の態様)(以下、「第1の製造方法」ということがある。)では、電解質層形成用シートと緻密性中間層形成用シートとを重ね合わせて圧着した後、同時焼成する。そのため、得られる同時焼成体は、互いに材料の異なる電解質層と緻密性中間層との間の接合性を向上させることができる。また、各層の原料粉をシート化しているので、焼結性が向上する。そのため、得られる同時焼成体は、電解質層、緻密性中間層が緻密質になりやすい。そして、この同時焼成体の緻密性中間層の表面に、緻密性中間層と同種材料から形成される多孔性中間層を形成するための多孔性中間層形成用ペーストを塗工した後、これを同時焼成時の焼成温度以下の温度にて焼成する。そのため、緻密性中間層と多孔性中間層とを良好に接合することができる。また、この製造方法は、形成される緻密性中間層、多孔性中間層に含まれる空隙量を制御しやすい利点もある。   In the method for producing a laminated sintered body (another aspect) (hereinafter, also referred to as “first production method”), the electrolyte layer forming sheet and the dense intermediate layer forming sheet are superposed and pressure bonded. And co-firing. Therefore, the obtained co-fired body can improve the bondability between the electrolyte layer and the dense intermediate layer, which are made of different materials. Moreover, since the raw material powder of each layer is made into a sheet, the sinterability is improved. Therefore, in the obtained co-fired body, the electrolyte layer and the dense intermediate layer tend to be dense. And after applying the porous intermediate layer forming paste for forming the porous intermediate layer formed of the same kind of material as the dense intermediate layer on the surface of the dense intermediate layer of the co-fired body, Firing is performed at a temperature lower than the firing temperature at the time of simultaneous firing. Therefore, the dense intermediate layer and the porous intermediate layer can be satisfactorily bonded. In addition, this production method also has an advantage that the amount of voids contained in the formed dense intermediate layer and porous intermediate layer can be easily controlled.

一方、上記積層焼結体の製造方法(さらに他の態様)(以下、「第2の製造方法」ということがある。)では、焼結体である電解質層の一方面に、互いに同種材料から形成される緻密性中間層、多孔性中間層を形成するための緻密性中間層形成用ペースト、多孔性中間層形成用ペーストをこの順に塗工した後、これを焼成している。そのため、緻密性中間層と多孔性中間層とを良好に接合することができる。また、この製造方法は、形成される緻密性中間層、多孔性中間層の収縮率を制御しやすい利点もある。   On the other hand, in the above-described method for manufacturing a laminated sintered body (further other embodiment) (hereinafter, sometimes referred to as “second manufacturing method”), one surface of an electrolyte layer that is a sintered body is made of the same kind of material. The dense intermediate layer to be formed, the dense intermediate layer forming paste for forming the porous intermediate layer, and the porous intermediate layer forming paste are applied in this order, and then fired. Therefore, the dense intermediate layer and the porous intermediate layer can be satisfactorily bonded. In addition, this production method has an advantage that the shrinkage rate of the dense intermediate layer and the porous intermediate layer to be formed can be easily controlled.

したがって、いずれの積層焼結体の製造方法によっても、上記燃料電池の製造に好適に用いることが可能な積層焼結体を得ることができる。   Therefore, a laminated sintered body that can be suitably used for producing the fuel cell can be obtained by any method of producing the laminated sintered body.

実施例1にかかる燃料電池を模式的に示した説明図である。1 is an explanatory view schematically showing a fuel cell according to Example 1. FIG. 実施例1にかかる積層焼結体の製造方法の流れを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the flow of the manufacturing method of the laminated sintered compact concerning Example 1. FIG. 実施例2にかかる積層焼結体の製造方法の流れを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the flow of the manufacturing method of the laminated sintered compact concerning Example 2. FIG. 実験例1における、中間層の層構成の違いによる各燃料電池の出力密度を比較した説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram comparing the output density of each fuel cell according to the difference in the layer configuration of the intermediate layer in Experimental Example 1; 実験例2における、各燃料電池の出力密度を比較した説明図である。It is explanatory drawing which compared the output density of each fuel cell in Experimental example 2. FIG. 実験例3における、中間層の電解質層側およびカソード層側における相対密度と燃料電池のオーミック抵抗との関係を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the relative density of the intermediate layer on the electrolyte layer side and the cathode layer side and the ohmic resistance of the fuel cell in Experimental Example 3. 実験例4における、多孔性中間層の厚みと燃料電池のオーミック抵抗との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the thickness of the porous intermediate | middle layer in Example 4, and the ohmic resistance of a fuel cell. 実験例5における、緻密性中間層の原料粉末中に添加するCoを含む焼結助剤の添加量と緻密性中間層の相対密度との関係を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the addition amount of a sintering aid containing Co added to the raw material powder of the dense intermediate layer and the relative density of the dense intermediate layer in Experimental Example 5.

上記燃料電池について説明する。なお、必要に応じて、後述の第1の製造方法の説明、第2の製造方法の説明も参照することができる。   The fuel cell will be described. In addition, the description of the 1st manufacturing method mentioned later and the description of the 2nd manufacturing method can also be referred as needed.

上記燃料電池は、アノード層、電解質層、中間層およびカソード層がこの順に積層された電池構造を有している。なお、アノード層と電解質層、電解質層と中間層、中間層とカソード層は、それぞれ互いに接合されている。   The fuel cell has a battery structure in which an anode layer, an electrolyte layer, an intermediate layer, and a cathode layer are laminated in this order. The anode layer and the electrolyte layer, the electrolyte layer and the intermediate layer, and the intermediate layer and the cathode layer are bonded to each other.

上記燃料電池の形状は、特に限定されるものではなく、平板型、扁平型などの平面状、円筒状などの形状とすることができる。好ましくは、製造性に優れるなどの観点から、平面状とすることができる。上記燃料電池は、例えば、アノード層を支持体として機能させることができる。それ以外にも、電解質層またはカソード層を支持体として機能させることもできるし、発電主要素以外の層を別途支持体として含むこともできる。   The shape of the fuel cell is not particularly limited, and may be a flat shape such as a flat plate shape or a flat shape, or a cylindrical shape. Preferably, it can be made planar from the viewpoint of excellent productivity. In the fuel cell, for example, the anode layer can function as a support. In addition, the electrolyte layer or the cathode layer can function as a support, and a layer other than the main power generation element can be included as a support separately.

上記燃料電池において、電解質層は、固体電解質より形成されている。固体電解質としては、例えば、酸化ジルコニウム系酸化物、ランタンガレート系酸化物、酸化セリウム系酸化物等の酸素イオン導電性を示す固体酸化物セラミックスなどを例示することができる。なお、固体電解質として固体酸化物セラミックスを用いた燃料電池は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)と称される。   In the fuel cell, the electrolyte layer is formed of a solid electrolyte. Examples of the solid electrolyte include solid oxide ceramics exhibiting oxygen ion conductivity such as zirconium oxide-based oxide, lanthanum gallate-based oxide, and cerium oxide-based oxide. A fuel cell using solid oxide ceramics as a solid electrolyte is called a solid oxide fuel cell (SOFC).

上記固体電解質としては、酸化ジルコニウム系酸化物またはランタンガレート系酸化物を好適に用いることができる(請求項5)。上記固体電解質が酸化ジルコニウム系酸化物である場合には、強度、熱的安定性に優れるなどの利点がある。また、上記固体電解質がランタンガレート系酸化物である場合には、電池の低温動作化、電池の電気抵抗の低減などの利点がある。これらは1種または2種以上併用することができる。   As the solid electrolyte, a zirconium oxide-based oxide or a lanthanum gallate-based oxide can be suitably used. When the solid electrolyte is a zirconium oxide-based oxide, there are advantages such as excellent strength and thermal stability. Further, when the solid electrolyte is a lanthanum gallate oxide, there are advantages such as a low-temperature operation of the battery and a reduction in the electric resistance of the battery. These can be used alone or in combination of two or more.

上記酸化ジルコニウム系酸化物としては、例えば、Y、Sc、Gd、Sm、Yb、Nd等の希土類酸化物を1種または2種以上含む安定化ジルコニア等を例示することができる。また、上記ランタンガレート系酸化物としては、例えば、LaGaO、LaGaOのLaの一部をSr等、Gaの一部をMg等で置換したもの、さらにGaサイトにCo、Fe等を添加したものなどを例示することができる。より具体的には、La0.8Sr0.2Ga0.2Mg0.8等のLa1−sSrGa1−mMg、La0.8Sr0.2(Ga0.2Mg0.81-xCo等のLa1−sSr(Ga1−mMg1-xCo、La0.8Sr0.2(Ga0.2Mg0.8)1-xFe等のLa1−sSr(Ga1−mMg1-xFeなどを例示することができる。 Examples of the zirconium oxide-based oxide include one or two rare earth oxides such as Y 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , and Nd 2 O 3. Stabilized zirconia containing more than one species can be exemplified. Examples of the lanthanum gallate oxide include LaGaO 3 and LaGaO 3 in which part of La is replaced with Sr and the like, part of Ga is replaced with Mg and the like, and Co and Fe are added to the Ga site. The thing etc. can be illustrated. To be more specific, La 0.8 Sr 0.2 Ga 0.2 Mg 0.8 O 3 or the like of La 1-s Sr s Ga 1 -m Mg m O x, La 0.8 Sr 0.2 ( Ga 0.2 Mg 0.8) 1-x Co x O 3 or the like of La 1-s Sr s (Ga 1-m Mg m) 1-x Co x O y, La 0.8 Sr 0.2 (Ga 0.2 Mg 0.8) 1-x Fe x O 3 La 1-s Sr s (Ga 1-m Mg m such) 1-x Fe x O y or the like can be exemplified.

なお、電解質層の厚みは、電解質層を支持体とする場合には、例えば、100〜300μm程度、電解質層を支持体としない場合には、3〜30μm程度とすることができる。   The thickness of the electrolyte layer can be, for example, about 100 to 300 μm when the electrolyte layer is a support, and can be about 3 to 30 μm when the electrolyte layer is not a support.

上記燃料電池において、中間層は、緻密性中間層と多孔性中間層とを有しており、両層は互いに接合されている。緻密性中間層は緻密質に形成されており、多孔性中間層は緻密性中間層よりも空隙が多い多孔質に形成されている。つまり、両層は、互いの相対密度が異なっているといえる。具体的には、緻密性中間層の相対密度は、多孔性中間層の相対密度よりも大きい(多孔性中間層の相対密度は、緻密性中間層の相対密度よりも小さい)。   In the fuel cell, the intermediate layer has a dense intermediate layer and a porous intermediate layer, and both layers are bonded to each other. The dense intermediate layer is formed dense, and the porous intermediate layer is formed porous with more voids than the dense intermediate layer. That is, it can be said that the two layers have different relative densities. Specifically, the relative density of the dense intermediate layer is larger than the relative density of the porous intermediate layer (the relative density of the porous intermediate layer is smaller than the relative density of the dense intermediate layer).

なお、上記相対密度は、次のようにして測定することができる。すなわち、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、層表面に対して垂直方向で切断したときの断面画像を、層表面に沿った方向で5か所以上撮影(倍率10000倍)する。なお、この段階において、空隙量の明らかな違いから、緻密性中間層が多孔性中間層よりも緻密質に形成されている(多孔性中間層が緻密性中間層よりも多孔質に形成されている)と判断することができる場合もある。次いで、得られた断面画像を画像解析ソフト(三谷商事(株)製、「WinROOF」)にて画像解析し、コントラストの違いから層を形成する骨格と空隙の面積を算出し、以下の式より一面の骨格割合を算出する。
骨格割合(%)=(骨格の面積/(骨格の面積+空隙の面積))×100
同様にして各撮影箇所の骨格割合を算出し、それらの平均値を相対密度とする。
The relative density can be measured as follows. That is, using a scanning electron microscope (SEM), a cross-sectional image obtained by cutting in a direction perpendicular to the layer surface is photographed at five or more locations in the direction along the layer surface (magnification 10,000 times). At this stage, the dense intermediate layer is formed more densely than the porous intermediate layer due to the obvious difference in void volume (the porous intermediate layer is formed more porous than the dense intermediate layer). In some cases. Next, the obtained cross-sectional image is image-analyzed with image analysis software (“WinROOF” manufactured by Mitani Corporation), and the area of the skeleton and voids forming the layer is calculated from the difference in contrast. Calculate the skeletal ratio of one side.
Skeletal ratio (%) = (Area of skeleton / (Area of skeleton + Area of void)) × 100
Similarly, the skeleton ratio of each photographing location is calculated, and the average value thereof is set as the relative density.

上記緻密性中間層の相対密度は、具体的には80%以上、多孔性中間層の相対密度は、具体的には40〜75%の範囲内とすることができる(請求項2)。この場合には、オーミック抵抗をより低減させることができる。そのため、発電性能に一層優れた燃料電池が得られる。   Specifically, the relative density of the dense intermediate layer may be 80% or more, and the relative density of the porous intermediate layer may specifically be in the range of 40 to 75% (Claim 2). In this case, the ohmic resistance can be further reduced. As a result, a fuel cell with even better power generation performance can be obtained.

緻密性中間層の相対密度は、オーミック抵抗の低減、カソード成分の拡散抑制の効果を十分に得るなどの観点から、好ましくは83%以上、より好ましくは85%以上とすることができる。また、緻密性中間層の相対密度は、オーミック抵抗の低減、製造性などの観点から、好ましくは98%以下、より好ましくは95%以下とすることができる。一方、多孔性中間層の相対密度は、オーミック抵抗の低減などの観点から、好ましくは43%以上、より好ましくは45%以上とすることができる。また、多孔性中間層の相対密度は、オーミック抵抗の低減、カソード層との接合性向上などの観点から、好ましくは73%以下、より好ましくは70%以下とすることができる。   The relative density of the dense intermediate layer is preferably 83% or more, more preferably 85% or more, from the viewpoint of obtaining a sufficient effect of reducing ohmic resistance and suppressing the diffusion of the cathode component. In addition, the relative density of the dense intermediate layer is preferably 98% or less, more preferably 95% or less, from the viewpoint of reducing ohmic resistance, manufacturability, and the like. On the other hand, the relative density of the porous intermediate layer is preferably 43% or more, more preferably 45% or more, from the viewpoint of reducing ohmic resistance. Further, the relative density of the porous intermediate layer is preferably 73% or less, more preferably 70% or less, from the viewpoints of reducing ohmic resistance and improving the bonding property with the cathode layer.

緻密性中間層は、1層または2層以上(複数層)から形成することができる。また、多孔性中間層も、1層または2層以上(複数層)から形成することができる。緻密性中間層および/または多孔性中間層を2層以上から形成する場合、緻密性中間層、多孔性中間層を形成する各層の相対密度は、異なった値とすることができる。この場合には、緻密性中間層、多孔性中間層の相対密度を細かく制御することができるなどの利点がある。したがって、上記中間層は、具体的には、例えば、緻密性中間層が1層、多孔性中間層が1層からなる構成や、緻密性中間層が1層、多孔性中間層が相対密度の異なる2層以上からなる構成などとすることができる。なお、後者の場合、多孔性中間層を形成する各層は、カソード層側の相対密度がより小さくなるように、相対密度に傾斜をつけて配置することができる。カソード層との接合性向上、反応点の増大などの利点があるからである。   The dense intermediate layer can be formed of one layer or two or more layers (multiple layers). The porous intermediate layer can also be formed of one layer or two or more layers (multiple layers). When the dense intermediate layer and / or the porous intermediate layer is formed of two or more layers, the relative densities of the layers forming the dense intermediate layer and the porous intermediate layer can be different values. In this case, there is an advantage that the relative density of the dense intermediate layer and the porous intermediate layer can be finely controlled. Therefore, the intermediate layer specifically includes, for example, a configuration in which the dense intermediate layer is one layer and the porous intermediate layer is one layer, or the dense intermediate layer is one layer, and the porous intermediate layer has a relative density. It can be set as the structure which consists of two or more different layers. In the latter case, the layers forming the porous intermediate layer can be arranged with an inclination in relative density so that the relative density on the cathode layer side becomes smaller. This is because there are advantages such as improved bondability with the cathode layer and increased reaction points.

緻密性中間層と多孔性中間層とは同種材料から形成されている。ここで、同種材料とは、全く同一である材料のみならず、50mol%以上を占める主成分が略同じである材料を含む意味である。したがって、例えば、ドーパントの種類やドープ量が異なっていても、主成分であるドープされる側の物質が略同じであるといい得る材料は、同種材料に含まれる。   The dense intermediate layer and the porous intermediate layer are formed of the same material. Here, the same kind of material means not only a material that is exactly the same, but also a material that includes substantially the same main component that occupies 50 mol% or more. Therefore, for example, even if the kind of dopant and the amount of doping are different, a material that can be said to be substantially the same as the substance to be doped as the main component is included in the same kind of material.

上記燃料電池において、中間層は、具体的には、酸化セリウム系酸化物より形成することができる(請求項4)。つまり、緻密性中間層、多孔性中間層は、ともに酸化セリウム系酸化物より形成することができる。この場合には、酸素イオン導電性に優れる、電池の低温作動化などの利点がある。なお、緻密性中間層、多孔性中間層は、具体的には、同一の酸化セリウム系酸化物より形成されていてもよいし、ドーパントの種類および/またはドープ量が異なる酸化セリウム系酸化物から形成されていてもよい。   In the fuel cell, specifically, the intermediate layer can be formed of a cerium oxide-based oxide. That is, both the dense intermediate layer and the porous intermediate layer can be formed from a cerium oxide-based oxide. In this case, there are advantages such as excellent oxygen ion conductivity and low temperature operation of the battery. In addition, the dense intermediate layer and the porous intermediate layer may be specifically formed from the same cerium oxide-based oxide, or from cerium oxide-based oxides having different dopant types and / or different doping amounts. It may be formed.

上記酸化セリウム系酸化物としては、例えば、セリアや、Gd、Sm、Y、La、Nd、Yb、Ca、Dr、および、Hoから選択される1種または2種以上の元素がドープされたセリア系固溶体などを例示することができる。また、上記元素のドープ量は、5〜55mol%程度、好ましくは、10〜50mol%程度とすることができる。   Examples of the cerium oxide-based oxide include ceria and ceria doped with one or more elements selected from Gd, Sm, Y, La, Nd, Yb, Ca, Dr, and Ho. Examples thereof include system solid solutions. The doping amount of the above element can be about 5 to 55 mol%, preferably about 10 to 50 mol%.

なお、緻密性中間層、多孔性中間層は、焼結助剤等の添加物を含有することができる。例えば、緻密性中間層は、Ca、Mg、Co、Cu、Fe、NiおよびZnから選択される1種または2種以上の元素を含む焼結助剤を含有することができる。緻密性中間層の相対密度を高くしやすくなるからである。この場合、緻密性中間層中に含まれる上記添加剤の含有量は、好ましくは0.1〜1mol%程度、より好ましくは0.2〜0.7mol%程度とすることができる。   The dense intermediate layer and the porous intermediate layer can contain additives such as a sintering aid. For example, the dense intermediate layer can contain a sintering aid containing one or more elements selected from Ca, Mg, Co, Cu, Fe, Ni, and Zn. This is because the relative density of the dense intermediate layer can be easily increased. In this case, the content of the additive contained in the dense intermediate layer can be preferably about 0.1 to 1 mol%, more preferably about 0.2 to 0.7 mol%.

上記燃料電池において、中間層の総厚みは15μm以下、多孔性中間層の厚みは中間層の総厚みの2/3以下とすることができる(請求項3)。この場合には、オーミック抵抗をより低減させることができる。そのため、発電性能に一層優れた燃料電池が得られる。   In the fuel cell, the total thickness of the intermediate layer may be 15 μm or less, and the thickness of the porous intermediate layer may be 2/3 or less of the total thickness of the intermediate layer. In this case, the ohmic resistance can be further reduced. As a result, a fuel cell with even better power generation performance can be obtained.

中間層の総厚みは、電池の電気抵抗などの観点から、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下とすることができる。なお、中間層の総厚みは、中間層の確保、緻密性中間層、多孔性中間層の形成性などの観点から、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上とすることができる。また、多孔性中間層の厚みは、オーミック抵抗の低減効果の安定性などの観点から、好ましくは、中間層の総厚みの2/3以下、より好ましくは、中間層の総厚みの3/5以下とすることができる。なお、多孔性中間層の厚みは、多孔性中間層の確保、多孔性中間層の形成性などの観点から、好ましくは、中間層の総厚みの1/3以上、より好ましくは、中間層の総厚みの1/2以上とすることができる。   The total thickness of the intermediate layer is preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, from the viewpoint of the electric resistance of the battery. The total thickness of the intermediate layer is preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, from the viewpoints of securing the intermediate layer, forming a dense intermediate layer, and a porous intermediate layer. The thickness of the porous intermediate layer is preferably 2/3 or less of the total thickness of the intermediate layer, more preferably 3/5 of the total thickness of the intermediate layer, from the viewpoint of stability of the effect of reducing the ohmic resistance. It can be as follows. The thickness of the porous intermediate layer is preferably 1/3 or more of the total thickness of the intermediate layer, more preferably the intermediate layer, from the viewpoint of securing the porous intermediate layer, the formability of the porous intermediate layer, and the like. It can be set to 1/2 or more of the total thickness.

なお、上記燃料電池において、カソード層は、例えば、ランタン−マンガン系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、ランタン−鉄系酸化物等の導電性を有するペロブスカイト型酸化物などを例示することができる。カソード層の厚みは、例えば、30〜100μm程度とすることができる。また、アノード層は、例えば、金属ニッケル、酸化ニッケル、これらと固体電解質とのサーメットなどを例示することができる。この場合の固体電解質としては、酸化ジルコニウム系酸化物、酸化セリウム系酸化物、ランタンガレート系酸化物などを用いることができる。アノード層の厚みは、アノード層を支持体とする場合には、例えば、150〜800μm程度、アノード層を支持体としない場合には、30〜100μm程度とすることができる。   In the fuel cell, examples of the cathode layer include perovskite oxides having conductivity such as lanthanum-manganese oxide, lanthanum-cobalt oxide, and lanthanum-iron oxide. . The thickness of the cathode layer can be, for example, about 30 to 100 μm. The anode layer can be exemplified by, for example, metallic nickel, nickel oxide, and a cermet of these and a solid electrolyte. As the solid electrolyte in this case, zirconium oxide-based oxide, cerium oxide-based oxide, lanthanum gallate-based oxide, or the like can be used. The thickness of the anode layer can be, for example, about 150 to 800 μm when the anode layer is used as a support, and about 30 to 100 μm when the anode layer is not used as a support.

次に、上記積層焼結体の製造方法(他の態様)(第1の製造方法)について説明する。なお、必要に応じて、上記燃料電池の説明、後述の第2の製造方法の説明を参照することができる。   Next, the manufacturing method (other aspect) (1st manufacturing method) of the said laminated sintered body is demonstrated. In addition, the description of the said fuel cell and the description of the 2nd manufacturing method mentioned later can be referred to as needed.

上記第1の製造方法において、電解質層形成用シートの他方面には、アノード層の原料粉と有機材料とを含んでシート状に形成された未焼成のアノード層形成用シートを積層することができる。電解質層形成用シート、緻密性中間層形成用シート、アノード層形成用シートは、いずれも未焼成、つまり生状態のシートである。電解質層形成用シートは、焼成により電解質層になる。緻密性中間層形成用シートは、焼成により緻密性中間層になる。アノード層形成用シートは、焼成によりアノード層になる。   In the first manufacturing method, an unfired anode layer forming sheet formed into a sheet shape including the anode layer raw material powder and the organic material may be laminated on the other surface of the electrolyte layer forming sheet. it can. The electrolyte layer forming sheet, the dense intermediate layer forming sheet, and the anode layer forming sheet are all unfired, that is, raw sheets. The electrolyte layer forming sheet becomes an electrolyte layer by firing. The dense intermediate layer forming sheet becomes a dense intermediate layer by firing. The anode layer forming sheet becomes an anode layer by firing.

なお、電解質層の原料粉としては、上述した酸化ジルコニウム系酸化物、ランタンガレート系酸化物等の固体電解質を含む粉末を用いることができる。緻密性中間層の原料粉としては、上述した酸化セリウム系酸化物等を含む粉末を用いることができる。多孔性中間層の原料粉としては、上述した酸化セリウム系酸化物等を含む粉末を用いることができる。   In addition, as a raw material powder of an electrolyte layer, the powder containing solid electrolytes, such as a zirconium oxide type oxide mentioned above and a lanthanum gallate type oxide, can be used. As the raw material powder for the dense intermediate layer, a powder containing the above-described cerium oxide-based oxide or the like can be used. As the raw material powder for the porous intermediate layer, a powder containing the above-described cerium oxide-based oxide or the like can be used.

上記圧着時の圧着条件は、例えば、CIP(冷間静水圧加圧)成形法、HIP(熱間静水圧加圧)成形法等を用い、温度40〜120℃程度、好ましくは60〜100℃程度、加圧力5〜80MPa程度、好ましくは10〜60MPa程度、加圧時間5〜45分程度、好ましくは10〜30分程度という条件とすることができる。また、上記同時焼成の焼成条件は、例えば、焼成温度1200〜1500℃程度、好ましくは1250〜1400℃程度、焼成時間60〜300分程度、好ましくは90〜180分程度という条件とすることができる。   The pressure bonding conditions at the time of the pressure bonding include, for example, a CIP (cold isostatic pressing) molding method, a HIP (hot isostatic pressing) molding method, and the like, and a temperature of about 40 to 120 ° C, preferably 60 to 100 ° C. The pressure can be about 5 to 80 MPa, preferably about 10 to 60 MPa, and the pressing time is about 5 to 45 minutes, preferably about 10 to 30 minutes. The firing conditions for the simultaneous firing may be, for example, a firing temperature of about 1200 to 1500 ° C., preferably about 1250 to 1400 ° C., a firing time of about 60 to 300 minutes, and preferably about 90 to 180 minutes. .

上記ペーストの塗工方法は、特に限定されるものではなく、例えば、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、刷毛塗り法などの各種の塗工手段を用いることができる。   The paste coating method is not particularly limited, and various coating means such as a screen printing method, a doctor blade method, and a brush coating method can be used.

塗工された後の多孔性中間層形成用ペーストは、焼成により多孔性中間層になる。その焼成条件は、例えば、焼成温度1050〜1200℃程度、好ましくは1100〜1200℃程度、焼成時間60〜300分程度、好ましくは90〜180分程度という条件とすることができる。なお、ここでの焼成温度を、同時焼成時の焼成温度以下の温度とするのは、多孔性中間層の多孔性を確保しやすくするためである。   The porous intermediate layer forming paste that has been coated becomes a porous intermediate layer by firing. The firing conditions may be, for example, a firing temperature of about 1050 to 1200 ° C., preferably about 1100 to 1200 ° C., a firing time of about 60 to 300 minutes, and preferably about 90 to 180 minutes. The reason why the firing temperature here is set to a temperature equal to or lower than the firing temperature at the time of simultaneous firing is to facilitate ensuring the porosity of the porous intermediate layer.

上記有機材料は、各原料粉を結着するためのバインダー成分などを含み、焼成によって消失するものであり、従来知られるものを適宜選択して用いることができる。   The organic material contains a binder component for binding each raw material powder and disappears by firing, and conventionally known materials can be appropriately selected and used.

次に、上記積層焼結体の製造方法(さらに他の態様)(第2の製造方法)について説明する。なお、必要に応じて、上記燃料電池、上記第1の製造方法の説明を参照することができる。   Next, a method for manufacturing the laminated sintered body (another aspect) (second manufacturing method) will be described. In addition, the description of the said fuel cell and the said 1st manufacturing method can be referred as needed.

上記第2の製造方法において、電解質層は、例えば、上記電解質層形成用シートを焼成することにより準備することができる。また、電解質層の他方面には、アノード層が接合されていてもよい。この場合は、例えば、上記電解質層形成用シートの他方面に上記アノード層形成用シートを積層し、圧着した後、同時焼成することなどにより準備することができる。他にも、アノード層形成用シートを焼成し、アノード層を得た後、このアノード層の表面に、電解質層の原料粉と有機材料とを含む電解質層形成用スラリーを塗工、焼成する方法によっても準備することができる。さらに、電解質層形成用シートを焼成し、電解質層を得た後、この電解質層の表面に、アノード層形成用ペーストを塗工、焼成する方法によっても準備することができる。   In the second production method, the electrolyte layer can be prepared, for example, by firing the electrolyte layer forming sheet. An anode layer may be bonded to the other surface of the electrolyte layer. In this case, for example, the anode layer forming sheet can be laminated on the other surface of the electrolyte layer forming sheet, pressure-bonded, and then simultaneously fired. In addition, after the anode layer forming sheet is fired to obtain the anode layer, the electrolyte layer forming slurry containing the raw material powder of the electrolyte layer and the organic material is applied and fired on the surface of the anode layer. Can also be prepared. Furthermore, after the electrolyte layer forming sheet is fired to obtain the electrolyte layer, the anode layer forming paste can be applied to the surface of the electrolyte layer and then fired.

上記第2の製造方法において、上記焼成条件は、例えば、焼成温度1200〜1500℃程度、好ましくは1250〜1400℃程度、焼成時間60〜300分程度、好ましくは90〜180分程度という条件とすることができる。   In the second production method, the firing condition is, for example, a firing temperature of about 1200 to 1500 ° C., preferably about 1250 to 1400 ° C., a firing time of about 60 to 300 minutes, preferably about 90 to 180 minutes. be able to.

上述した第1、第2の製造方法において、緻密性中間層の原料粉の平均粒径d1と、多孔性中間層の原料粉の平均粒径d2は、d1<d2の関係を満たしているとよい(請求項8)。   In the first and second manufacturing methods described above, the average particle diameter d1 of the raw material powder of the dense intermediate layer and the average particle diameter d2 of the raw material powder of the porous intermediate layer satisfy the relationship of d1 <d2. Good (claim 8).

この場合には、上記焼成時における緻密性中間層の焼結性が、多孔性中間層に比べて向上する。そのため、緻密性中間層は緻密質に形成されやすく、かつ、多孔性中間層は多孔質に形成されやすい。それ故、上記構造を有する中間層を得やすくなる。したがって、発電特性の向上に有利である。   In this case, the sinterability of the dense intermediate layer at the time of firing is improved as compared with the porous intermediate layer. Therefore, the dense intermediate layer is easily formed densely, and the porous intermediate layer is easily formed porous. Therefore, it becomes easy to obtain an intermediate layer having the above structure. Therefore, it is advantageous for improving the power generation characteristics.

また、特に、中間層を酸化セリウム系酸化物より形成する場合には、酸化セリウム系酸化物は焼結性が悪いので、上記関係を満たしておれば、緻密性中間層を緻密質に形成しやすくなり有利である。また、第2の製造方法が上記関係を満たしている場合には、上記効果が大きくなる。第2の製造方法は、緻密性中間層をペーストから作製するので、緻密性中間層をシートから作製する第1の製造方法に比べ、焼結性が低いためである。   In particular, when the intermediate layer is formed of a cerium oxide-based oxide, the cerium oxide-based oxide has poor sinterability. Therefore, if the above relationship is satisfied, the dense intermediate layer is formed densely. It is easy and advantageous. Further, when the second manufacturing method satisfies the above relationship, the above effect is enhanced. This is because the second production method produces the dense intermediate layer from the paste, and therefore has lower sinterability than the first production method produces the dense intermediate layer from the sheet.

上記平均粒径d1は、具体的には、必要な温度で焼結性を向上でき、緻密性中間層を緻密質にしやすいなどの観点から、好ましくは0.5μm以下、より好ましくは0.3μm以下とすることができる。また、上記平均粒径d1は、結晶粒径の制御性などの観点から、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上とすることができる。一方、上記平均粒径d2は、具体的には、必要な温度で多孔性中間層を多孔質にしやすいなどの観点から、好ましくは0.8μm以上とすることができる。また、上記平均粒径d2は、カソード層との接合性向上などの観点から、好ましくは1.5μm以下、より好ましくは1.2μm以下とすることができる。   Specifically, the average particle diameter d1 is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.3 μm from the viewpoint of improving the sinterability at a necessary temperature and making the dense intermediate layer easily dense. It can be as follows. The average particle diameter d1 is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, from the viewpoint of controllability of the crystal particle diameter. On the other hand, specifically, the average particle diameter d2 is preferably 0.8 μm or more from the viewpoint of easily making the porous intermediate layer porous at a necessary temperature. The average particle diameter d2 is preferably 1.5 μm or less, more preferably 1.2 μm or less, from the viewpoint of improving the bondability with the cathode layer.

なお、上記平均粒径は、レーザ回折・散乱法による粒子径分布測定装置を用い、JIS
R1629に準拠して測定される、体積基準の積算分率における50%径の値のことである。
The average particle size is determined by JIS JIS using a particle size distribution measuring device by laser diffraction / scattering method.
It is a value of 50% diameter in a volume-based integrated fraction measured in accordance with R1629.

上述した第1、第2の製造方法において、緻密性中間層の原料粉中に、Ca、Mg、Co、Cu、Fe、NiおよびZnから選択される1種または2種以上の元素を含む焼結助剤を0.1〜1mol%の範囲内で添加することができる(請求項9)。   In the first and second manufacturing methods described above, a powder containing one or more elements selected from Ca, Mg, Co, Cu, Fe, Ni, and Zn in the raw material powder of the dense intermediate layer. A binder can be added in the range of 0.1 to 1 mol% (claim 9).

この場合には、形成される緻密性中間層の酸素イオン導電性に影響を与えることなく、緻密性中間層の焼結性を向上させることができる。そのため、緻密性中間層は緻密質に形成されやすく、かつ、多孔性中間層は多孔質に形成されやすい。それ故、上記構造を有する中間層を得やすくなる。また、緻密性中間層と多孔性中間層との接合性も向上する。これは、上記焼結性向上の効果が、緻密性中間層と多孔性中間層との界面にもあらわれるためであると考えられる。したがって、上記場合には、燃料電池の発電特性の向上に有利である。   In this case, the sinterability of the dense intermediate layer can be improved without affecting the oxygen ion conductivity of the formed dense intermediate layer. Therefore, the dense intermediate layer is easily formed densely, and the porous intermediate layer is easily formed porous. Therefore, it becomes easy to obtain an intermediate layer having the above structure. In addition, the bondability between the dense intermediate layer and the porous intermediate layer is improved. This is presumably because the effect of improving the sinterability also appears at the interface between the dense intermediate layer and the porous intermediate layer. Therefore, the above case is advantageous in improving the power generation characteristics of the fuel cell.

また、上記焼結助剤の添加は、第2の製造方法に適用すると効果が大きい。ペーストの塗工、焼成により緻密性中間層を形成するため、シートの焼成により緻密性中間層を形成する場合に比べ、通常であれば焼結性が悪くなる。ところが、上記焼結助剤の添加により焼結性が向上し、ペーストの塗工、焼成によっても緻密性中間層が緻密質になりやすいからである。   Further, the addition of the sintering aid has a great effect when applied to the second production method. Since the dense intermediate layer is formed by applying and baking the paste, the sinterability is usually worse than when the dense intermediate layer is formed by baking the sheet. However, the addition of the sintering aid improves the sinterability, and the dense intermediate layer tends to become dense even by applying and baking the paste.

上記燃料電池の製造方法は、上述した構造とすることができれば特に限定されるものではない。上記燃料電池は、例えば、第1の製造方法や第2の製造方法により得られた積層焼結体を用いて好適に製造することができる。具体的には、上記積層焼結体における電解質層の中間層側とは反対側にアノード層を、多孔性中間層の表面にカソード層をそれぞれ接合すればよい。なお、積層焼結体がアノード層を有する場合には、アノード層の接合を省略し、カソード層を接合すればよい。これにより燃料電池単セルが得られる。また、セパレータを介して複数の単セルを積層した場合には、燃料電池スタックを構成することができる。   The method for manufacturing the fuel cell is not particularly limited as long as the structure described above can be used. The fuel cell can be preferably manufactured using, for example, a laminated sintered body obtained by the first manufacturing method or the second manufacturing method. Specifically, the anode layer may be bonded to the side opposite to the intermediate layer side of the electrolyte layer in the laminated sintered body, and the cathode layer may be bonded to the surface of the porous intermediate layer. When the laminated sintered body has an anode layer, the anode layer may be omitted and the cathode layer may be bonded. Thereby, a fuel cell single cell is obtained. Further, when a plurality of single cells are stacked via separators, a fuel cell stack can be configured.

以下、実施例の燃料電池、積層焼結体の製造方法について、図面を用いて説明する。なお、同一部材については同一の符号を用いて説明する。   Hereinafter, the fuel cell of an Example and the manufacturing method of a laminated sintered compact are demonstrated using drawing. In addition, about the same member, it demonstrates using the same code | symbol.

(実施例1)
図1に示すように、実施例1の燃料電池1は、固体電解質より形成された電解質層2と、電解質層2の一方面に中間層3を介して設けられたカソード層6と、電解質層2の他方面に設けられたアノード層7とを有する。中間層3は、緻密性中間層4と多孔性中間層5とを有する。緻密性中間層4は、電解質層2側に配置され、かつ緻密質に形成されている。多孔性中間層5は、緻密性中間層4のカソード層6側に配置され、かつ緻密性中間層4よりも多孔質に形成されている。そして、緻密性中間層4と多孔性中間層5とは、同種材料から形成されている。
Example 1
As shown in FIG. 1, a fuel cell 1 of Example 1 includes an electrolyte layer 2 formed of a solid electrolyte, a cathode layer 6 provided on one surface of the electrolyte layer 2 via an intermediate layer 3, and an electrolyte layer. 2 and an anode layer 7 provided on the other surface. The intermediate layer 3 has a dense intermediate layer 4 and a porous intermediate layer 5. The dense intermediate layer 4 is disposed on the electrolyte layer 2 side and is densely formed. The porous intermediate layer 5 is disposed on the cathode layer 6 side of the dense intermediate layer 4 and is more porous than the dense intermediate layer 4. The dense intermediate layer 4 and the porous intermediate layer 5 are formed of the same material.

本例では、具体的には、電解質層2は、酸化ジルコニウム系酸化物である、8mol%のYを含むイットリア安定化ジルコニア(以下、8YSZ)より形成されており、その厚みは10μmである。中間層3は、酸化セリウム系酸化物である、10mol%のGdがドープされたセリア(以下、10GDC)より形成されている。より具体的には、緻密性中間層4と多孔性中間層5とは、相対密度が異なる10GDCより形成されている。上述した測定方法による緻密性中間層4の相対密度は、85%であり、多孔性中間層5の相対密度は、58%である。なお、相対密度の算出時には、画像解析ソフト(三谷商事(株)製、「WinROOF Ver.5.0」)を用いた。また、中間層3の総厚みは10μmであり、緻密性中間層4の厚みは4μm、多孔性中間層5の厚みは6μmである。カソード層6は、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8(以下、LSCF)より形成されており、その厚みは50μmである。アノード層7は、Ni−8YSZサーメットより形成されており、その厚みは800μmである。なお、本例の燃料電池1は、各層2、3、6、7がいずれも平面状に形成された平板型のセル構造を有しており、アノード層7を支持体とするものである。 In this example, specifically, the electrolyte layer 2 is formed of yttria-stabilized zirconia (hereinafter, 8YSZ) containing 8 mol% of Y 2 O 3 , which is a zirconium oxide-based oxide, and has a thickness of 10 μm. It is. The intermediate layer 3 is made of ceria (hereinafter, 10GDC) doped with 10 mol% of Gd, which is a cerium oxide-based oxide. More specifically, the dense intermediate layer 4 and the porous intermediate layer 5 are made of 10 GDC having different relative densities. The relative density of the dense intermediate layer 4 by the measurement method described above is 85%, and the relative density of the porous intermediate layer 5 is 58%. In calculating the relative density, image analysis software (manufactured by Mitani Corporation, “WinROOF Ver. 5.0”) was used. Further, the total thickness of the intermediate layer 3 is 10 μm, the thickness of the dense intermediate layer 4 is 4 μm, and the thickness of the porous intermediate layer 5 is 6 μm. The cathode layer 6 is made of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 (hereinafter referred to as LSCF) and has a thickness of 50 μm. The anode layer 7 is made of Ni-8YSZ cermet and has a thickness of 800 μm. The fuel cell 1 of this example has a flat plate cell structure in which each of the layers 2, 3, 6, and 7 is formed in a flat shape, and the anode layer 7 is used as a support.

また、実施例1にかかる積層焼結体12の製造方法は、実施例1にかかる燃料電池1の製造に用いられる積層焼結体の製造方法である。得られる積層焼結体12は、電解質層2、緻密性中間層4、多孔性中間層5がこの順に積層されてなる積層構造を含んでいる。   Moreover, the manufacturing method of the laminated sintered body 12 according to Example 1 is a manufacturing method of the laminated sintered body used for manufacturing the fuel cell 1 according to Example 1. The obtained laminated sintered body 12 includes a laminated structure in which the electrolyte layer 2, the dense intermediate layer 4, and the porous intermediate layer 5 are laminated in this order.

本例の積層焼結体12の製造方法は、図2に示すように、電解質層2の原料粉201と有機材料202とを含んでシート状に形成された未焼成の電解質層形成用シート20の一方面に、緻密性中間層4の原料粉401と有機材料402とを含んでシート状に形成された未焼成の緻密性中間層形成用シート40を積層し、圧着した後、同時焼成することにより、電解質層2と電解質層2の一方面に接合された緻密性中間層4とを含む同時焼成体11を得る工程と、同時焼成体11の緻密性中間層4の表面に、多孔性中間層5の原料粉501と有機材料512とを含む多孔性中間層形成用ペースト51を塗工した後、同時焼成時の焼成温度以下の温度にて焼成する工程とを有している。   As shown in FIG. 2, the method for manufacturing the laminated sintered body 12 of this example is a non-fired electrolyte layer forming sheet 20 formed into a sheet shape including the raw material powder 201 of the electrolyte layer 2 and the organic material 202. An unfired dense intermediate layer forming sheet 40 formed into a sheet shape including the raw material powder 401 of the dense intermediate layer 4 and the organic material 402 is laminated on one surface of the dense intermediate layer 4, pressed, and then simultaneously fired. Thus, the step of obtaining the co-fired body 11 including the electrolyte layer 2 and the dense intermediate layer 4 bonded to one surface of the electrolyte layer 2, and the surface of the dense intermediate layer 4 of the co-fired body 11 are porous. After the porous intermediate layer forming paste 51 including the raw material powder 501 of the intermediate layer 5 and the organic material 512 is applied, the method includes a step of baking at a temperature equal to or lower than the baking temperature at the time of simultaneous baking.

なお、本例では、具体的には、上記積層焼結体12が、さらに、電解質層2の緻密性中間層4とは反対側にアノード層7を有している場合について説明する。但し、積層焼結体12の積層構造は、これに限定されるものではなく、電解質層2、緻密性中間層4、多孔性中間層5がこの順に積層されてなる積層構造からなっていてもよい。本例では、電解質層形成用シート20、緻密性中間層形成用シート40の積層時に、さらに、アノード層7の原料粉701と有機材料702とを含んでシート状に形成された未焼成のアノード層形成用シート70を電解質層形成用シート20の他方面に積層し、上記圧着を行うことになる。以下、より具体的に説明する。   In this example, specifically, the case where the laminated sintered body 12 further includes an anode layer 7 on the side of the electrolyte layer 2 opposite to the dense intermediate layer 4 will be described. However, the laminated structure of the laminated sintered body 12 is not limited to this, and may be a laminated structure in which the electrolyte layer 2, the dense intermediate layer 4, and the porous intermediate layer 5 are laminated in this order. Good. In this example, when the electrolyte layer forming sheet 20 and the dense intermediate layer forming sheet 40 are laminated, the unfired anode formed into a sheet shape further including the raw material powder 701 of the anode layer 7 and the organic material 702 The layer forming sheet 70 is laminated on the other surface of the electrolyte layer forming sheet 20, and the above-described pressure bonding is performed. More specific description will be given below.

(各材料の準備)
8YSZ粉末(平均粒径:0.6μm)と、ポリビニルブチラール(有機材料)と、酢酸イソアミル、2−ブタノールおよびエタノール(混合溶媒)とをボールミルにて混合することにより、電解質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック基材上に層状に塗工し、乾燥させ、電解質層形成用シート20を作製した。なお、電解質層形成用シート20の厚みは、積層焼結体12を形成したときに上記電解質層2の厚みとなるように調節した。
(Preparation of each material)
8YSZ powder (average particle size: 0.6 μm), polyvinyl butyral (organic material), isoamyl acetate, 2-butanol and ethanol (mixed solvent) are mixed in a ball mill to prepare a slurry for forming an electrolyte layer. did. The slurry was applied in a layer form on a plastic substrate using a doctor blade method and dried to prepare an electrolyte layer forming sheet 20. The thickness of the electrolyte layer forming sheet 20 was adjusted so as to be the thickness of the electrolyte layer 2 when the laminated sintered body 12 was formed.

NiO粉末(平均粒径:0.6μm)と、8YSZ粉末(平均粒径:0.6μm)と、カーボンと、ポリビニルブチラール(有機材料)と、酢酸イソアミル、2−ブタノールおよびエタノール(混合溶媒)とをボールミルにて混合することにより、アノード層形成用スラリーを調製した。なお、NiO粉末と8YSZ粉末の質量比は、60:40とした。このスラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック基材上に層状に塗工し、乾燥させ、アノード層形成用シート70を作製した。なお、アノード層形成用シート70の厚みは、積層焼結体12を形成したときに上記アノード層7の厚みとなるように調節した。   NiO powder (average particle size: 0.6 μm), 8YSZ powder (average particle size: 0.6 μm), carbon, polyvinyl butyral (organic material), isoamyl acetate, 2-butanol and ethanol (mixed solvent) Were mixed by a ball mill to prepare an anode layer forming slurry. The mass ratio of NiO powder and 8YSZ powder was 60:40. The slurry was applied in a layer form on a plastic substrate using a doctor blade method and dried to prepare an anode layer forming sheet 70. The thickness of the anode layer forming sheet 70 was adjusted to be the thickness of the anode layer 7 when the laminated sintered body 12 was formed.

10GDC粉末(平均粒径d1:0.3μm)と、ポリビニルブチラール(有機材料)と、酢酸イソアミル、2−ブタノールおよびエタノール(混合溶媒)とをボールミルにて混合することにより、緻密性中間層形成用スラリー(1)を調製した。このスラリー(1)を、ドクターブレード法を用いて、プラスチック基材上に層状に塗工し、乾燥させ、緻密性中間層形成用シート40を作製した。なお、緻密性中間層形成用シート40の厚みは、積層焼結体12を形成したときに上記緻密性中間層4の厚みとなるように調節した。   10 GDC powder (average particle diameter d1: 0.3 μm), polyvinyl butyral (organic material), isoamyl acetate, 2-butanol and ethanol (mixed solvent) are mixed in a ball mill to form a dense intermediate layer A slurry (1) was prepared. This slurry (1) was applied in a layer form on a plastic substrate using a doctor blade method and dried to prepare a dense intermediate layer forming sheet 40. The thickness of the dense intermediate layer forming sheet 40 was adjusted to be the thickness of the dense intermediate layer 4 when the laminated sintered body 12 was formed.

10GDC粉末(平均粒径d2:0.8μm)と、エチルセルロース(有機材料)と、テルピネオール(溶媒)とをボールミルにて混合することにより、多孔性中間層形成用ペースト51を調製した。   A porous intermediate layer forming paste 51 was prepared by mixing 10 GDC powder (average particle diameter d2: 0.8 μm), ethyl cellulose (organic material), and terpineol (solvent) with a ball mill.

(同時焼成体の形成)
アノード層形成用シート70、電解質層形成用シート20、緻密性中間層形成用シート40をこの順に積層し、CIP成形法を用いて、各シートを圧着した。CIP成形条件は、温度80℃、加圧力50MPa、加圧時間10分という条件とした。その後、この圧着体を1350℃で2時間焼成した。これにより、電解質層2と、電解質層2の一方面に接合された緻密性中間層4と、電解質層2の他方面に接合されたアノード層7とからなる同時焼成体11(アノード層7/電解質層2/緻密性中間層4)を得た。
(Formation of co-fired body)
The anode layer forming sheet 70, the electrolyte layer forming sheet 20, and the dense intermediate layer forming sheet 40 were laminated in this order, and each sheet was pressure-bonded using the CIP molding method. The CIP molding conditions were a temperature of 80 ° C., a pressing force of 50 MPa, and a pressing time of 10 minutes. Thereafter, this pressure-bonded body was fired at 1350 ° C. for 2 hours. As a result, the co-fired body 11 (anode layer 7 / node) comprising the electrolyte layer 2, the dense intermediate layer 4 joined to one surface of the electrolyte layer 2, and the anode layer 7 joined to the other surface of the electrolyte layer 2 is obtained. Electrolyte layer 2 / dense intermediate layer 4) was obtained.

(積層焼結体の形成)
得られた同時焼成体11の緻密性中間層4の表面に、上記多孔性中間層形成用ペースト51をスクリーン印刷し、1200℃で2時間焼成した。なお、スクリーン印刷時のペーストの厚みは、積層焼結体12を形成したときに上記多孔性中間層5の厚みとなるように調節した。これにより、アノード層7、電解質層2、緻密性中間層4、多孔性中間層5がこの順に積層されてなる積層構造を有する積層焼結体12を得た。
(Formation of laminated sintered body)
The porous intermediate layer forming paste 51 was screen-printed on the surface of the dense intermediate layer 4 of the obtained co-fired body 11 and fired at 1200 ° C. for 2 hours. The thickness of the paste during screen printing was adjusted so as to be the thickness of the porous intermediate layer 5 when the laminated sintered body 12 was formed. Thus, a laminated sintered body 12 having a laminated structure in which the anode layer 7, the electrolyte layer 2, the dense intermediate layer 4, and the porous intermediate layer 5 are laminated in this order was obtained.

上述した実施例1の燃料電池1は、このようにして得られた積層焼結体12を用いて作製されたものである。具体的には、LSCF粉末(平均粒径:0.5μm)と、エチルセルロース(有機材料)と、テルピネオール(溶媒)とをボールミルにて混合することにより、カソード層形成用ペーストを調製した。そして、上記得られた積層焼結体12の多孔性中間層5の表面に、上記カソード層形成用ペーストをスクリーン印刷し、1000℃で2時間焼成した。なお、スクリーン印刷時のペーストの厚みは、焼成後に上記カソード層6の厚みとなるように調節した。これにより、上記積層焼結体12の多孔性中間層5の表面にカソード層6を接合し、実施例1の燃料電池1を得た。   The fuel cell 1 of Example 1 described above is manufactured using the laminated sintered body 12 obtained in this way. Specifically, a cathode layer forming paste was prepared by mixing LSCF powder (average particle size: 0.5 μm), ethyl cellulose (organic material), and terpineol (solvent) with a ball mill. Then, the cathode layer forming paste was screen-printed on the surface of the porous intermediate layer 5 of the obtained laminated sintered body 12 and fired at 1000 ° C. for 2 hours. In addition, the thickness of the paste at the time of screen printing was adjusted so that it might become the thickness of the said cathode layer 6 after baking. As a result, the cathode layer 6 was joined to the surface of the porous intermediate layer 5 of the laminated sintered body 12 to obtain the fuel cell 1 of Example 1.

(実施例2)
実施例2の燃料電池1は、基本的には、実施例1の燃料電池1と同様のセル構造を有する。但し、実施例2の燃料電池1は、後述する実施例2にかかる積層焼結体12の製造方法を用いて作製した積層焼結体12を用いて得たものである。したがって、実施例1の燃料電池1とは、中間層3の相対密度が異なっている。具体的には、実施例2の燃料電池1は、緻密性中間層4の相対密度が、94%であり、多孔性中間層5の相対密度が、56%である。以下、実施例2にかかる積層焼結体12の製造方法について説明する。
(Example 2)
The fuel cell 1 of Example 2 basically has the same cell structure as the fuel cell 1 of Example 1. However, the fuel cell 1 of Example 2 was obtained using the laminated sintered body 12 produced by using the method for producing the laminated sintered body 12 according to Example 2 described later. Therefore, the relative density of the intermediate layer 3 is different from that of the fuel cell 1 of the first embodiment. Specifically, in the fuel cell 1 of Example 2, the relative density of the dense intermediate layer 4 is 94%, and the relative density of the porous intermediate layer 5 is 56%. Hereinafter, the manufacturing method of the laminated sintered body 12 according to Example 2 will be described.

実施例2にかかる積層焼結体12の製造方法は、実施例2にかかる燃料電池1の製造に用いられる積層焼結体12の製造方法である。得られる積層焼結体12は、電解質層2、緻密性中間層4、多孔性中間層5がこの順に積層されてなる積層構造を含んでいる。   The method for producing the laminated sintered body 12 according to Example 2 is a method for producing the laminated sintered body 12 used for producing the fuel cell 1 according to Example 2. The obtained laminated sintered body 12 includes a laminated structure in which the electrolyte layer 2, the dense intermediate layer 4, and the porous intermediate layer 5 are laminated in this order.

本例の積層焼結体12の製造方法は、図3に示すように、電解質層2の一方面に、緻密性中間層4の原料粉401と有機材料412とを含む緻密性中間層形成用ペースト41、多孔性中間層5の原料粉501と有機材料512とを含む多孔性中間層形成用ペースト51をこの順に塗工した後、焼成する工程を有している。   As shown in FIG. 3, the method for manufacturing the laminated sintered body 12 of this example is for forming a dense intermediate layer including raw material powder 401 of the dense intermediate layer 4 and an organic material 412 on one surface of the electrolyte layer 2. After the paste 41, the porous intermediate layer forming paste 51 including the raw material powder 501 of the porous intermediate layer 5 and the organic material 512 are applied in this order, there is a step of baking.

なお、本例では、具体的には、上記積層焼結体12が、さらに、電解質層2の緻密性中間層4とは反対側にアノード層7を有している場合について説明する。但し、積層焼結体12の積層構造は、これに限定されるものではなく、電解質層2、緻密性中間層4、多孔性中間層5がこの順に積層されてなる積層構造からなっていてもよい。本例では、電解質層形成用シート20の他方面に、アノード層形成用シート70を積層し、圧着した後、同時焼成することにより、アノード層7が接合された電解質層2(アノード層7/電解質層2)を用いている。以下、より具体的に説明する。   In this example, specifically, the case where the laminated sintered body 12 further includes an anode layer 7 on the side of the electrolyte layer 2 opposite to the dense intermediate layer 4 will be described. However, the laminated structure of the laminated sintered body 12 is not limited to this, and may be a laminated structure in which the electrolyte layer 2, the dense intermediate layer 4, and the porous intermediate layer 5 are laminated in this order. Good. In this example, the anode layer forming sheet 70 is laminated on the other surface of the electrolyte layer forming sheet 20, pressure-bonded, and then co-fired, whereby the electrolyte layer 2 (anode layer 7 / An electrolyte layer 2) is used. More specific description will be given below.

(各材料の準備)
実施例1と同様にして電解質層形成用シート20、アノード層形成用シート70を作製した。その後、アノード層形成用シート70、電解質層形成用シート20をこの順に積層し、CIP成形法を用いて、各シートを圧着した。CIP成形条件は、温度80℃、加圧力50MPa、加圧時間10分という条件とした。次いで、この圧着体を1350℃で2時間焼成した。これにより、電解質層2と電解質層2の他方面に接合されたアノード層7とからなる焼結体(アノード層7/電解質層2)を準備した。
(Preparation of each material)
In the same manner as in Example 1, an electrolyte layer forming sheet 20 and an anode layer forming sheet 70 were produced. Thereafter, the anode layer forming sheet 70 and the electrolyte layer forming sheet 20 were laminated in this order, and each sheet was pressure-bonded using the CIP molding method. The CIP molding conditions were a temperature of 80 ° C., a pressing force of 50 MPa, and a pressing time of 10 minutes. Next, this pressure-bonded body was fired at 1350 ° C. for 2 hours. Thus, a sintered body (anode layer 7 / electrolyte layer 2) composed of the electrolyte layer 2 and the anode layer 7 joined to the other surface of the electrolyte layer 2 was prepared.

10GDC粉末(平均粒径d1:0.3μm)と、エチルセルロース(有機材料)と、テルピネオール(溶媒)とをボールミルにて混合することにより、緻密性中間層形成用ペースト(1)41を調製した。   A dense intermediate layer forming paste (1) 41 was prepared by mixing 10 GDC powder (average particle size d1: 0.3 μm), ethyl cellulose (organic material), and terpineol (solvent) with a ball mill.

10GDC粉末(平均粒径d2:0.8μm)と、エチルセルロース(有機材料)と、テルピネオール(溶媒)とをボールミルにて混合することにより、多孔性中間層形成用ペースト51を調製した。   A porous intermediate layer forming paste 51 was prepared by mixing 10 GDC powder (average particle diameter d2: 0.8 μm), ethyl cellulose (organic material), and terpineol (solvent) with a ball mill.

(積層焼結体の形成)
上記準備した焼結体における電解質層2の一方面に、上記緻密性中間層形成用ペースト(1)41、上記多孔性中間層形成用ペースト51をこの順にスクリーン印刷し、1200℃で2時間焼成した。なお、スクリーン印刷時の各ペーストの厚みは、積層焼結体12を形成したときにそれぞれ緻密性中間層4、多孔性中間層5の厚みとなるように調節した。これにより、アノード層7、電解質層2、緻密性中間層4、多孔性中間層5がこの順に積層されてなる積層構造からなる積層焼結体12を得た。
(Formation of laminated sintered body)
The dense intermediate layer forming paste (1) 41 and the porous intermediate layer forming paste 51 are screen-printed in this order on one surface of the electrolyte layer 2 in the prepared sintered body and fired at 1200 ° C. for 2 hours. did. In addition, the thickness of each paste at the time of screen printing was adjusted so that it might become the thickness of the dense intermediate | middle layer 4 and the porous intermediate | middle layer 5, respectively, when the laminated sintered compact 12 was formed. Thus, a laminated sintered body 12 having a laminated structure in which the anode layer 7, the electrolyte layer 2, the dense intermediate layer 4, and the porous intermediate layer 5 are laminated in this order was obtained.

上述した実施例2の燃料電池1は、このようにして得られた積層焼結体12を用い、実施例1と同様にして作製されたものである。   The fuel cell 1 of Example 2 described above was manufactured in the same manner as Example 1 using the laminated sintered body 12 thus obtained.

(実験例1)
実施例1の燃料電池に従う試料1、実施例2の燃料電池に従う試料2、比較例の燃料電池としての試料3、試料4を用いてセルの発電試験を行ったので、これについて説明する。
(Experimental example 1)
A cell power generation test was performed using Sample 1 according to the fuel cell of Example 1, Sample 2 according to the fuel cell of Example 2, Sample 3 as the fuel cell of the comparative example, and Sample 4, which will be described.

実施例1とほぼ同様の手順に従い、電解質層と、電解質層の一方面に接合された緻密性中間層と、電解質層の他方面に接合されたアノード層とからなる同時焼成体(アノード層/電解質層/緻密性中間層)を得た。但し、緻密性中間層の厚みが10μmとなるように、緻密性中間層形成用シートの厚みを調節した。その後、この同時焼成体をそのまま積層焼結体として用い、実施例1と同様にして緻密性中間層の表面にカソード層を接合した。これにより試料3の燃料電池を得た。つまり、試料3の燃料電池は、中間層が1層の緻密性中間層のみからなっている。   According to substantially the same procedure as in Example 1, a co-fired body (anode layer / electrode layer) comprising an electrolyte layer, a dense intermediate layer bonded to one surface of the electrolyte layer, and an anode layer bonded to the other surface of the electrolyte layer. Electrolyte layer / dense intermediate layer) was obtained. However, the thickness of the dense intermediate layer forming sheet was adjusted so that the thickness of the dense intermediate layer was 10 μm. Thereafter, the co-fired body was directly used as a laminated sintered body, and a cathode layer was bonded to the surface of the dense intermediate layer in the same manner as in Example 1. As a result, a fuel cell of Sample 3 was obtained. That is, the fuel cell of Sample 3 is composed only of a dense intermediate layer having one intermediate layer.

また、実施例2において、上記準備した焼結体における電解質層の一方面に、上記緻密性中間層形成用ペーストをスクリーン印刷することなく、多孔性中間層形成用ペーストをスクリーン印刷して同様に焼成した。但し、多孔性中間層の厚みが10μmとなるように、スクリーン印刷時のペーストの厚みを調節した。その後、実施例2と同様にして多孔性中間層の表面にカソード層を接合した。これにより試料4の燃料電池を得た。つまり、試料4の燃料電池は、中間層が1層の多孔性中間層のみからなっている。   Further, in Example 2, the porous intermediate layer forming paste was screen-printed on the one surface of the electrolyte layer in the prepared sintered body without screen-printing the dense intermediate layer forming paste. Baked. However, the thickness of the paste during screen printing was adjusted so that the thickness of the porous intermediate layer was 10 μm. Thereafter, a cathode layer was bonded to the surface of the porous intermediate layer in the same manner as in Example 2. As a result, a fuel cell of Sample 4 was obtained. That is, the fuel cell of Sample 4 is composed of only one porous intermediate layer.

なお、上記発電試験において、電池の作動温度は800℃または700℃とした。また、アノード層に対して、97vol%H−3vol%HOの燃料ガスを0.1L/分の流量にて供給した。また、カソード層に対して、酸化剤ガスとしての空気を0.1L/分の流量で供給した。 In the power generation test, the battery operating temperature was 800 ° C. or 700 ° C. Further, 97 vol% H 2 -3 vol% H 2 O fuel gas was supplied to the anode layer at a flow rate of 0.1 L / min. Further, air as an oxidant gas was supplied to the cathode layer at a flow rate of 0.1 L / min.

図4に示すように、試料3および試料4の燃料電池は、出力密度が低く、セルの発電特性が悪いことがわかる。これは、試料3の燃料電池については、多孔質のカソード層と緻密性中間層との接合性が悪く、オーミック抵抗が増加したためである。試料4の燃料電池については、緻密質の電解質層と多孔性中間層との接合性が悪く、オーミック抵抗が増加したためである。したがって、試料3および試料4の燃料電池は、接合性に劣るので、接合信頼性も低いといえる。また、試料4の燃料電池は、電解質層に多孔性中間層が接合されているので、長期使用時にカソード成分が多孔性中間層を通って電解質層へ拡散するおそれが強く、長期信頼性も低いといえる。   As shown in FIG. 4, it can be seen that the fuel cells of Sample 3 and Sample 4 have low output density and poor power generation characteristics of the cells. This is because the fuel cell of Sample 3 has poor bondability between the porous cathode layer and the dense intermediate layer, and the ohmic resistance has increased. This is because the fuel cell of Sample 4 has poor adhesion between the dense electrolyte layer and the porous intermediate layer, and has increased ohmic resistance. Therefore, it can be said that the fuel cells of Sample 3 and Sample 4 are inferior in bondability and therefore have low bonding reliability. In the fuel cell of Sample 4, since the porous intermediate layer is joined to the electrolyte layer, the cathode component is likely to diffuse to the electrolyte layer through the porous intermediate layer during long-term use, and the long-term reliability is also low. It can be said.

これらに対し、試料1および試料2の燃料電池は、出力密度が高く、セルの発電特性に優れていることがわかる。これは、試料1および試料2の燃料電池は、上記構成を採用したことにより、緻密質の電解質層と緻密性中間層との間、多孔質のカソード層と多孔性中間層との間、同種材料の緻密性中間層と多孔性中間層との間の接合性が向上し、接合によるオーミック抵抗が低減したためである。それ故、試料1および試料2の燃料電池は、接合性に優れるので、接合信頼性も高いといえる。   On the other hand, it can be seen that the fuel cells of Sample 1 and Sample 2 have high power density and excellent cell power generation characteristics. This is because the fuel cells of Sample 1 and Sample 2 adopt the above-described configuration, so that the same kind of fuel cell is formed between the dense electrolyte layer and the dense intermediate layer, between the porous cathode layer and the porous intermediate layer. This is because the bonding property between the dense intermediate layer and the porous intermediate layer of the material is improved, and the ohmic resistance due to the bonding is reduced. Therefore, it can be said that the fuel cells of Sample 1 and Sample 2 have high bonding reliability and high bonding reliability.

特に、試料1の燃料電池は、試料2の燃料電池に比べ、セルの発電性能に優れていた。これは、電解質層形成用シートと緻密性中間層形成用シートとを積層、圧着、同時焼成しているため、互いに材料の異なる電解質層と緻密性中間層との間の接合性が向上しやすかったためであると考えられる。また、同時焼成時の焼成温度以下の温度にて焼成し、同種材料の緻密性中間層と多孔性中間層とを接合しているので、両層間の接合性も向上しやすかったためであると考えられる。   In particular, the fuel cell of sample 1 was superior in the power generation performance of the cell as compared with the fuel cell of sample 2. This is because the electrolyte layer forming sheet and the dense intermediate layer forming sheet are laminated, pressure-bonded, and co-fired, so that the bondability between the electrolyte layer and the dense intermediate layer, which are different from each other, is easily improved. This is probably because In addition, it is considered that it was easy to improve the bonding property between the two layers because the dense intermediate layer and the porous intermediate layer of the same material were bonded together by baking at a temperature lower than the baking temperature at the time of simultaneous baking. It is done.

また、試料1および試料2の燃料電池は、電解質層とカソード層との間に緻密性中間層が介在している。そのため、長期間使用した場合であっても、電解質層へのカソード成分の拡散を抑制することができる。それ故、絶縁性の反応生成物の形成が抑制され、長期信頼性も向上させることができるといえる。   In the fuel cells of Sample 1 and Sample 2, a dense intermediate layer is interposed between the electrolyte layer and the cathode layer. Therefore, diffusion of the cathode component to the electrolyte layer can be suppressed even when used for a long time. Therefore, it can be said that formation of an insulating reaction product is suppressed and long-term reliability can be improved.

以上、上記燃料電池によれば、接合によるオーミック抵抗の低減と反応生成物の抑制とを両立させることが可能となり、中間層を有する場合でも、発電特性の向上および長期信頼性の向上を図ることができる。   As described above, according to the fuel cell, it is possible to achieve both reduction of ohmic resistance due to bonding and suppression of reaction products, and to improve power generation characteristics and long-term reliability even when an intermediate layer is provided. Can do.

(実験例2)
実施例1の燃料電池に従う試料1、実施例2の燃料電池に従う試料2、実施例1の燃料電池の変形例である試料5、実施例2の燃料電池の変形例である試料6を用いて、セルの発電試験を行ったので、これについて説明する。
(Experimental example 2)
Sample 1 according to the fuel cell of Example 1, Sample 2 according to the fuel cell of Example 2, Sample 5 which is a modification of the fuel cell of Example 1, and Sample 6 which is a modification of the fuel cell of Example 2 Since the cell power generation test was conducted, this will be described.

酸化コバルト(焼結助剤)が0.5mol%添加された10GDC粉末(平均粒径d1:0.3μm)と、ポリビニルブチラール(有機材料)と、酢酸イソアミル、2−ブタノールおよびエタノール(混合溶媒)とをボールミルにて混合することにより、緻密性中間層形成用スラリー(2)を調製した。なお、このスラリー(2)の10GDC粉末の平均粒径d1と、多孔性中間層形成用ペーストの10GDC粉末の平均粒径d2とは、d1<d2の関係を満たしている。   10GDC powder (average particle size d1: 0.3 μm) to which 0.5 mol% of cobalt oxide (sintering aid) is added, polyvinyl butyral (organic material), isoamyl acetate, 2-butanol and ethanol (mixed solvent) Were mixed with a ball mill to prepare a dense intermediate layer forming slurry (2). The average particle diameter d1 of the 10GDC powder of the slurry (2) and the average particle diameter d2 of the 10GDC powder of the porous intermediate layer forming paste satisfy the relationship d1 <d2.

実施例1において、緻密性中間層形成用スラリー(1)に代えて、緻密性中間層形成用スラリー(2)を用いた以外は同様にして、試料5の燃料電池を得た。   A fuel cell of Sample 5 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the dense intermediate layer forming slurry (2) was used instead of the dense intermediate layer forming slurry (1).

また、酸化コバルト(焼結助剤)が0.5mol%添加された10GDC粉末(平均粒径d1:0.3μm)と、エチルセルロース(有機材料)と、テルピネオール(溶媒)とをボールミルにて混合することにより、緻密性中間層形成用ペースト(2)を調製した。なお、このペースト(2)の10GDC粉末の平均粒径d1と、多孔性中間層形成用ペーストの10GDC粉末の平均粒径d2とは、d1<d2の関係を満たしている。   Further, 10 GDC powder (average particle diameter d1: 0.3 μm) to which 0.5 mol% of cobalt oxide (sintering aid) is added, ethyl cellulose (organic material), and terpineol (solvent) are mixed in a ball mill. Thus, a dense intermediate layer forming paste (2) was prepared. The average particle diameter d1 of the 10GDC powder of the paste (2) and the average particle diameter d2 of the 10GDC powder of the porous intermediate layer forming paste satisfy the relationship of d1 <d2.

実施例2において、緻密性中間層形成用ペースト(1)に代えて、緻密性中間層形成用ペースト(2)を用いた以外は同様にして、試料6の燃料電池を得た。   A fuel cell of Sample 6 was obtained in the same manner as in Example 2, except that the dense intermediate layer forming paste (2) was used instead of the dense intermediate layer forming paste (1).

なお、発電試験の条件は、実験例1と同様である。その結果、図5に示すように、試料5の燃料電池は、試料1の燃料電池に比べ、発電特性が向上することがわかる。また、試料6の燃料電池は、試料2の燃料電池に比べ、発電特性が向上することがわかる。これは、上記d1<d2の関係を採用したことや、緻密性中間層の原料粉に焼結助剤を添加する構成を採用したためである。   The conditions for the power generation test are the same as in Experimental Example 1. As a result, as shown in FIG. 5, it can be seen that the fuel cell of sample 5 has improved power generation characteristics compared to the fuel cell of sample 1. Further, it can be seen that the power generation characteristics of the fuel cell of sample 6 are improved as compared with the fuel cell of sample 2. This is because the relationship of d1 <d2 is adopted and a configuration in which a sintering aid is added to the raw material powder of the dense intermediate layer is adopted.

(実験例3)
二層構造からなる中間層を有する燃料電池の試料を複数作製し、相対密度とオーミック抵抗との関係を調査した。具体的には、作製した各試料の燃料電池の中間層は、電解質層側に配置された第1層と、カソード層側に配置された第2層とを有している。なお、中間層の総厚みは10μm、第1層の厚みは4μm、第2層の厚みは6μmとした。
(Experimental example 3)
A plurality of fuel cell samples having an intermediate layer having a two-layer structure were prepared, and the relationship between relative density and ohmic resistance was investigated. Specifically, the prepared fuel cell intermediate layer of each sample has a first layer disposed on the electrolyte layer side and a second layer disposed on the cathode layer side. The total thickness of the intermediate layer was 10 μm, the thickness of the first layer was 4 μm, and the thickness of the second layer was 6 μm.

作製した各試料は、第1試料群と第2試料群とに大別される。第1試料群は、カソード層側の第2層の相対密度が57%程度であり、電解質層側の第1層の相対密度がそれぞれ異なっている。一方、第2試料群は、電解質層側の第1層の相対密度が86%程度であり、カソード層側の第2層の相対密度がそれぞれ異なっている。なお、これら試料において、他の構成については、実施例1と同様の構成である。また、上記相対密度は、第1試料群、第2試料群ともに、原料粉の粒径および有機材料の使用量を変えることにより調節した。   Each prepared sample is roughly divided into a first sample group and a second sample group. In the first sample group, the relative density of the second layer on the cathode layer side is about 57%, and the relative density of the first layer on the electrolyte layer side is different. On the other hand, in the second sample group, the relative density of the first layer on the electrolyte layer side is about 86%, and the relative density of the second layer on the cathode layer side is different. In addition, about these samples, about another structure, it is the same structure as Example 1. FIG. The relative density was adjusted by changing the particle size of the raw material powder and the amount of organic material used in both the first sample group and the second sample group.

そして、上記各試料群の燃料電池を800℃にて作動させ、四端子法にて交流インピーダンス測定を行い、Cole−Coleプロットからオーミック抵抗を測定した。   And the fuel cell of each said sample group was operated at 800 degreeC, alternating current impedance measurement was performed by the four probe method, and ohmic resistance was measured from the Cole-Cole plot.

図6の第1試料群の結果から、中間層のうち、電解質層側に配置する層は、相対密度が大きくなる、すなわち、緻密質になるにつれ、オーミック抵抗を低下させる傾向がある。特に、相対密度が80%以上になるとオーミック抵抗の低減効果が大きく、かつ、ある程度安定することがわかる。一方、中間層のうち、カソード層側に配置する層は、相対密度が75%以下になると、オーミック抵抗が大きく低下する傾向が見られる。そして、相対密度が40%〜75%の範囲内の場合に、オーミック抵抗の低減効果が大きいことがわかる。なお、相対密度が40%を下回るとオーミック抵抗が再び増加する傾向が見られる。   From the results of the first sample group in FIG. 6, among the intermediate layers, the layer disposed on the electrolyte layer side tends to decrease the ohmic resistance as the relative density increases, that is, as it becomes dense. In particular, it can be seen that when the relative density is 80% or more, the effect of reducing the ohmic resistance is large and is stabilized to some extent. On the other hand, the layer disposed on the cathode layer side of the intermediate layer tends to have a large decrease in ohmic resistance when the relative density is 75% or less. It can be seen that the effect of reducing ohmic resistance is large when the relative density is in the range of 40% to 75%. When the relative density is less than 40%, the ohmic resistance tends to increase again.

以上の結果から、緻密性中間層の相対密度を80%以上、多孔性中間層の相対密度を40〜75%の範囲内とした場合には、オーミック抵抗をより低減させることができるといえる。そのため、中間層をこのような構成とした場合には、発電性能に一層優れた燃料電池が得られるといえる。   From the above results, it can be said that the ohmic resistance can be further reduced when the relative density of the dense intermediate layer is 80% or more and the relative density of the porous intermediate layer is in the range of 40 to 75%. Therefore, when the intermediate layer has such a configuration, it can be said that a fuel cell with further excellent power generation performance can be obtained.

(実験例4)
二層構造からなる中間層を有する燃料電池の試料を複数作製し、多孔性中間層の厚みとオーミック抵抗との関係を調査した。具体的には、作製した各試料の燃料電池における中間層の総厚みは15μmとし、多孔性中間層の厚みは、図7に示した通りとした。したがって、各試料における緻密性中間層の厚みは、それぞれ中間層の総厚みと図7に示した多孔性中間層の厚みとの差である。なお、これら試料において、他の構成については、実施例2と同様の構成である。また、上記緻密性中間層の厚み、多孔性中間層の厚みは、ともにペーストのスクリーン印刷時の条件を変えることにより調節した。そして、実験例3と同様にしてオーミック抵抗を測定した。
(Experimental example 4)
A plurality of fuel cell samples having an intermediate layer having a two-layer structure were prepared, and the relationship between the thickness of the porous intermediate layer and ohmic resistance was investigated. Specifically, the total thickness of the intermediate layer in the fuel cell of each prepared sample was 15 μm, and the thickness of the porous intermediate layer was as shown in FIG. Therefore, the thickness of the dense intermediate layer in each sample is the difference between the total thickness of the intermediate layer and the thickness of the porous intermediate layer shown in FIG. In these samples, the other configurations are the same as those in Example 2. The thickness of the dense intermediate layer and the thickness of the porous intermediate layer were both adjusted by changing the conditions during screen printing of the paste. Then, the ohmic resistance was measured in the same manner as in Experimental Example 3.

図7に示すように、中間層の総厚みを15μm以下とし、多孔性中間層の厚みを中間層の総厚みの2/3以下とした場合には、オーミック抵抗をより低減させることができるといえる。そのため、この場合には、発電性能に一層優れた燃料電池が得られるといえる。   As shown in FIG. 7, when the total thickness of the intermediate layer is 15 μm or less and the thickness of the porous intermediate layer is 2/3 or less of the total thickness of the intermediate layer, ohmic resistance can be further reduced. I can say that. Therefore, in this case, it can be said that a fuel cell having further excellent power generation performance can be obtained.

(実験例5)
緻密性中間層の原料粉への焼結助剤の添加量と緻密性中間層の相対密度との関係を調査した。
(Experimental example 5)
The relationship between the amount of sintering aid added to the raw powder of the dense intermediate layer and the relative density of the dense intermediate layer was investigated.

具体的には、Coを含む焼結助剤である酸化コバルトが、図8に示す割合(mol%)で添加された各10GDC粉末(平均粒径d1:0.3μm)を用いた以外は実施例2と同様にして、緻密性中間層形成用ペーストを複数調製した。次いで、実施例2と同様にして、電解質層の一方面に各ペーストをスクリーン印刷した後、焼成した。なお、焼成温度は、1200℃、1350℃、1500℃の三水準とした。これにより各緻密性中間層(厚み4μm)を有する各試料を得た。そして、得られた各試料について相対密度を測定した。   Specifically, cobalt oxide, which is a sintering aid containing Co, was used except that each 10 GDC powder (average particle diameter d1: 0.3 μm) added at a ratio (mol%) shown in FIG. 8 was used. In the same manner as in Example 2, a plurality of dense intermediate layer forming pastes were prepared. Next, in the same manner as in Example 2, each paste was screen-printed on one surface of the electrolyte layer and then baked. The firing temperature was set at three levels of 1200 ° C, 1350 ° C, and 1500 ° C. This obtained each sample which has each dense intermediate | middle layer (thickness 4 micrometers). And relative density was measured about each obtained sample.

図8に示すように、いずれの焼成温度の場合であっても、焼結助剤を添加することにより、緻密性中間層の焼結性を向上させることが可能である。そのため、緻密性中間層は緻密質に形成されやすくなる。特に、焼結助剤の添加量が0.1mol%以上でその効果が大きい。また、焼結助剤の添加量が1mol%を超えるとその効果も飽和するので、1mol%以下で十分であることがわかる。したがって、緻密性中間層の原料粉へ焼結助剤を添加することにより、上記構造を有する中間層を得やすくなるといえる。また、焼結性向上の効果が、緻密性中間層と多孔性中間層との界面にもあらわれ、緻密性中間層と多孔性中間層との接合性の向上にも寄与することができるといえる。したがって、発電特性の向上にも有利であるといえる。   As shown in FIG. 8, it is possible to improve the sinterability of the dense intermediate layer by adding a sintering aid at any firing temperature. Therefore, the dense intermediate layer is easily formed densely. In particular, the effect is great when the additive amount of the sintering aid is 0.1 mol% or more. Moreover, since the effect will be saturated when the addition amount of a sintering aid exceeds 1 mol%, it turns out that 1 mol% or less is enough. Therefore, it can be said that an intermediate layer having the above structure can be easily obtained by adding a sintering aid to the raw material powder of the dense intermediate layer. In addition, the effect of improving the sinterability also appears at the interface between the dense intermediate layer and the porous intermediate layer, and can be said to contribute to the improvement of the bondability between the dense intermediate layer and the porous intermediate layer. . Therefore, it can be said that it is advantageous for improvement of power generation characteristics.

なお、上記焼結助剤の添加によって、緻密性中間層の酸素イオン導電率が大きく低下することはなかった。また、本例では、Coを含む焼結助剤を用いたが、Ca、Mg、Cu、Fe、Ni、Znなどを含む焼結助剤もCoを含む焼結助剤と同等の焼結特性を有している。そのため、これら焼結助剤も上記効果を奏することが可能である。   The addition of the sintering aid did not significantly reduce the oxygen ion conductivity of the dense intermediate layer. In this example, a sintering aid containing Co is used. However, a sintering aid containing Ca, Mg, Cu, Fe, Ni, Zn, etc. is also equivalent to the sintering aid containing Co. have. Therefore, these sintering aids can also exhibit the above effects.

以上、実施例について説明したが、本発明は、上記実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。   Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

1 燃料電池
2 電解質層
3 中間層
4 緻密性中間層
5 多孔性中間層
6 カソード層
7 アノード層
20 電解質層形成用シート
201 電解質層の原料粉
202 有機材料
40 緻密性中間層形成用シート
401 緻密性中間層の原料粉
402 有機材料
41 緻密性中間層形成用ペースト
401 緻密性中間層の原料粉
412 有機材料
51 多孔性中間層形成用ペースト
501 多孔性中間層の原料粉
512 有機材料
11 同時焼成体
12 積層焼結体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Electrolyte layer 3 Intermediate layer 4 Dense intermediate layer 5 Porous intermediate layer 6 Cathode layer 7 Anode layer 20 Sheet for electrolyte layer formation 201 Raw material powder of electrolyte layer 202 Organic material 40 Sheet for dense intermediate layer 401 Dense Organic intermediate material raw material 402 Organic material 41 Dense intermediate layer forming paste 401 Dense intermediate layer raw material powder 412 Organic material 51 Porous intermediate layer forming paste 501 Porous intermediate layer raw material powder 512 Organic material 11 Simultaneous firing Body 12 Laminated sintered body

Claims (9)

固体電解質より形成された電解質層(2)と、該電解質層(2)の一方面に中間層(3)を介して設けられたカソード層(6)と、上記電解質層(2)の他方面に設けられたアノード層(7)とを有する燃料電池(1)であって、
上記中間層(3)は、上記電解質層(2)側に配置され、かつ緻密質に形成された緻密性中間層(4)と、該緻密性中間層(4)の上記カソード層(6)側に配置され、かつ上記緻密性中間層(4)よりも多孔質に形成された多孔性中間層(5)とを有しており、
上記緻密性中間層(4)と上記多孔性中間層(5)とは、同種材料から形成されていることを特徴とする燃料電池(1)。
An electrolyte layer (2) formed of a solid electrolyte, a cathode layer (6) provided on one surface of the electrolyte layer (2) via an intermediate layer (3), and the other surface of the electrolyte layer (2) A fuel cell (1) having an anode layer (7) provided on the substrate,
The intermediate layer (3) is disposed on the electrolyte layer (2) side and is densely formed, and the cathode layer (6) of the dense intermediate layer (4). A porous intermediate layer (5) disposed on the side and formed more porous than the dense intermediate layer (4),
The fuel cell (1), wherein the dense intermediate layer (4) and the porous intermediate layer (5) are made of the same material.
請求項1に記載の燃料電池(1)において、
上記緻密性中間層(4)の相対密度は、80%以上であり、
上記多孔性中間層(5)の相対密度は、40〜75%の範囲内にあることを特徴とする燃料電池(1)。
The fuel cell (1) according to claim 1,
The relative density of the dense intermediate layer (4) is 80% or more,
The fuel cell (1), wherein the porous intermediate layer (5) has a relative density in the range of 40 to 75%.
請求項1または2に記載の燃料電池(1)において、
上記中間層(3)の総厚みは、15μm以下であり、
上記多孔性中間層(5)の厚みは、上記中間層(3)の総厚みの2/3以下であることを特徴とする燃料電池(1)。
The fuel cell (1) according to claim 1 or 2,
The total thickness of the intermediate layer (3) is 15 μm or less,
The fuel cell (1), wherein the thickness of the porous intermediate layer (5) is 2/3 or less of the total thickness of the intermediate layer (3).
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池(1)において、
上記中間層(3)は、酸化セリウム系酸化物より形成されていることを特徴とする燃料電池(1)。
The fuel cell (1) according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell (1), wherein the intermediate layer (3) is formed of a cerium oxide-based oxide.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池(1)において、
上記固体電解質は、酸化ジルコニウム系酸化物またはランタンガレート系酸化物であることを特徴とする燃料電池(1)。
The fuel cell (1) according to any one of claims 1 to 4,
The fuel cell (1), wherein the solid electrolyte is a zirconium oxide-based oxide or a lanthanum gallate-based oxide.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池(1)の製造に用いられ、上記電解質層(2)、上記緻密性中間層(4)および上記多孔性中間層(5)がこの順に積層されてなる積層構造を含む積層焼結体(12)の製造方法であって、
上記電解質層(2)の原料粉(201)と有機材料(202)とを含んでシート状に形成された未焼成の電解質層形成用シート(20)の一方面に、上記緻密性中間層(4)の原料粉(401)と有機材料(402)とを含んでシート状に形成された未焼成の緻密性中間層形成用シート(40)を積層し、圧着した後、同時焼成することにより、上記電解質層(2)と該電解質層(2)の一方面に接合された上記緻密性中間層(4)とを含む同時焼成体(11)を得る工程と、
上記同時焼成体(11)の上記緻密性中間層(4)の表面に、上記多孔性中間層(5)の原料粉(501)と有機材料(512)とを含む多孔性中間層形成用ペースト(51)を塗工した後、上記同時焼成時の焼成温度以下の温度にて焼成する工程とを有することを特徴とする積層焼結体(12)の製造方法。
The fuel cell (1) according to any one of claims 1 to 5, wherein the electrolyte layer (2), the dense intermediate layer (4) and the porous intermediate layer (5) A method for producing a laminated sintered body (12) including a laminated structure laminated in order,
On one surface of an unfired electrolyte layer forming sheet (20) formed into a sheet shape containing the raw material powder (201) and the organic material (202) of the electrolyte layer (2), the dense intermediate layer ( By laminating the unfired dense intermediate layer forming sheet (40) formed into a sheet shape containing the raw material powder (401) and the organic material (402) of 4), press-bonding, and co-firing Obtaining a co-fired body (11) comprising the electrolyte layer (2) and the dense intermediate layer (4) bonded to one surface of the electrolyte layer (2);
Porous intermediate layer forming paste containing raw powder (501) and organic material (512) of porous intermediate layer (5) on the surface of dense intermediate layer (4) of co-fired body (11) (51), and then firing at a temperature equal to or lower than the firing temperature at the time of the co-firing. A method for producing a laminated sintered body (12), comprising:
請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池(1)の製造に用いられ、上記電解質層(2)、上記緻密性中間層(4)および上記多孔性中間層(5)がこの順に積層されてなる積層構造を含む積層焼結体(12)の製造方法であって、
上記電解質層(2)の一方面に、上記緻密性中間層(4)の原料粉(411)と有機材料(412)とを含む緻密性中間層形成用ペースト(41)、上記多孔性中間層(5)の原料粉(501)と有機材料(512)とを含む多孔性中間層形成用ペースト(51)をこの順に塗工した後、焼成する工程を有することを特徴とする積層焼結体(12)の製造方法。
The fuel cell (1) according to any one of claims 1 to 5, wherein the electrolyte layer (2), the dense intermediate layer (4) and the porous intermediate layer (5) A method for producing a laminated sintered body (12) including a laminated structure laminated in order,
A dense intermediate layer forming paste (41) containing the raw material powder (411) and the organic material (412) of the dense intermediate layer (4) on one surface of the electrolyte layer (2), the porous intermediate layer A laminated sintered body comprising a step of applying a porous intermediate layer forming paste (51) containing the raw material powder (501) and the organic material (512) of (5) in this order, followed by firing. (12) The manufacturing method.
請求項6または7に記載の積層焼結体(12)の製造方法であって、
上記緻密性中間層(4)の原料粉(401)の平均粒径d1と、上記多孔性中間層(5)の原料粉(501)の平均粒径d2は、d1<d2の関係を満たすことを特徴とする積層焼結体(12)の製造方法。
A method for producing a laminated sintered body (12) according to claim 6 or 7,
The average particle diameter d1 of the raw material powder (401) of the dense intermediate layer (4) and the average particle diameter d2 of the raw material powder (501) of the porous intermediate layer (5) satisfy the relationship of d1 <d2. A method for producing a laminated sintered body (12) characterized by the following.
請求項6〜8のいずれか1項に記載の積層焼結体(12)の製造方法であって、
上記緻密性中間層(4)の原料粉(401)中に、Ca、Mg、Co、Cu、Fe、NiおよびZnから選択される1種または2種以上の元素を含む焼結助剤が0.1〜1mol%の範囲内で添加されていることを特徴とする積層焼結体(12)の製造方法。
A method for producing a laminated sintered body (12) according to any one of claims 6 to 8,
The sintering aid containing one or more elements selected from Ca, Mg, Co, Cu, Fe, Ni and Zn in the raw material powder (401) of the dense intermediate layer (4) is 0. The method for producing a laminated sintered body (12), wherein the additive is added in the range of 1 to 1 mol%.
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