JP2013511795A - 高温燃料電池のためのアノードならびにその製造 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)基板の高い電子伝導性、
(2)酸化性雰囲気中でも還元性雰囲気中でも高い基板の耐食性、
(3)金属基板の、セラミックス層に適合した熱膨張率、好ましくは10〜12×10−6K−1の間、
(4)基板の、使用される燃料ガスに対する十分なガス透過性、つまり少なくとも30〜50Vol%の気孔率、
(5)平坦で隙間のないコーティングを可能にするための、基板の表面粗さの低減。
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Claims (21)
- 金属基板(S)上に少なくとも3層のアノード層複合体(A1、A2、A3)が配置されており、
アノード層複合体の個々の層が、それぞれ酸化イットリウム安定化二酸化ジルコニウム(YSZ)およびニッケルを含んでおり、
アノード層複合体の層が、基板からの間隔が増すにつれてより小さい平均粒径のニッケル含有粉末を含んでおり、
アノード層複合体の最後の、電解質との接触のために設けられた層が、4μm未満の平均表面粗さRqを示すことを特徴とする、高温燃料電池のための基板支持されたアノード。 - アノード層複合体の最後の層が、ニッケル相での平均孔径4μm未満または全体の平均孔径1.5μm未満を有する、請求項1に記載のアノード。
- クロム含有率が65重量%超のクロム基合金から成るか、またはクロム含有率が20〜30重量%で、Mxが希土類金属、Sc、Ti、Al、Mn、Mo、もしくはCoの群の少なくとも1種の元素もしくは酸化物であるフェライトFeCrMx合金から成る金属基板を備えた、請求項1または2に記載のアノード。
- 平均孔径が5〜60μmの間、特に20〜50μmの間の金属基板を備えた、請求項1〜3のいずれか一つに記載のアノード。
- 金属基板とアノード層複合体の第1の層との間に配置された拡散バリアを備えた、請求項1〜4のいずれか一つに記載のアノード。
- アノード層複合体の第1の層が、ニッケル相での平均孔径4〜15μm、または全体の平均孔径1〜8μmを有する、請求項1〜5のいずれか一つに記載のアノード。
- アノード層複合体の第2の層が、ニッケル相での平均孔径2〜7μm、または全体の平均孔径0.5〜4μmを有する、請求項1〜6のいずれか一つに記載のアノード。
- 金属基板上に少なくとも3層のアノード層複合体が施与され、
その際、アノード層複合体の個々の層が、それぞれ酸化イットリウム安定化二酸化ジルコニウム(YSZ)およびニッケルを含んでおり、
原料粉末が、アノード層複合体の少なくとも第1および第2の層では二峰性の粒径分布を有しており、
少なくとも、使用されるニッケル含有粉末の平均粒径が、層ごとに小さくなり、これによりアノード層複合体の最後の層に関しては表面粗さRqが4μm未満になることを特徴とする、高温燃料電池のための基板支持されたアノードの製造方法。 - アノード層複合体の最後の層でのニッケル含有粉末の平均粒径が最大0.5μmである、請求項8に記載の方法。
- 使用される金属基板が、7〜15μmの間の平均表面粗さRqを示す、請求項8または9に記載の方法。
- 金属基板上にアノード層複合体を施与する前に拡散バリアが施与される、請求項8〜10のいずれか一つに記載の方法。
- アノード層複合体の第1の層のために、平均粒径が0.5〜1.5μmの間の8YSZ粉末、および平均粒径が3〜20μmの間のニッケル含有粉末が使用される、請求項8〜11のいずれか一つに記載の方法。
- アノード層複合体の第1の層のために、8YSZ粉末が20〜40重量%の割合で使用される、請求項8〜12のいずれか一つに記載の方法。
- アノード層複合体の第1の層が、2〜8μmの間の平均表面粗さRqを示す、請求項8〜13のいずれか一つに記載の方法。
- アノード層複合体の第2の層のために、平均粒径が0.5〜1.5μmの間の8YSZ粉末、および平均粒径が0.7〜4μmの間のニッケル含有粉末が使用される、請求項8〜14のいずれか一つに記載の方法。
- アノード層複合体の第2の層のために、8YSZ粉末が20〜40重量%の割合で使用される、請求項8〜15のいずれか一つに記載の方法。
- アノード層複合体の最後の層のために、平均粒径が約0.1〜0.3μmの8YSZ粉末、および平均粒径が約0.1〜0.5μmのニッケル含有粉末が使用される、請求項8〜16のいずれか一つに記載の方法。
- アノード層複合体の最後の層のために、8YSZ粉末が5〜20重量%の割合で使用される、請求項8〜17のいずれか一つに記載の方法。
- アノード層複合体の第2の層が、5μm未満の二乗平均平方根粗さRqを示す、請求項8〜18のいずれか一つに記載の方法。
- 薄膜電解質(E)がアノード層複合体(A1、A2、A3)上に施与され、特にPVD法またはゾル・ゲル法により施与される、請求項8〜19のいずれか一つに記載の方法。
- カソード(K)が薄膜電解質上に施与され、かつその場(in situ)焼結される、請求項20に記載の方法。
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