JP2014191944A - Thin-film electrolytic sheet for solid oxide fuel battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film electrolytic sheet for a solid oxide fuel battery which enables the reduction in occurrence of fracture or crack when a thin-film electrolytic sheet is exposed to oxidative and reducing atmospheres repeatedly or exposed to an oxidative atmosphere abruptly as an electrolyte-support type cell, and which is uniform in thickness in a range of 50-180 μm, and has at least one hole in a sheet plane, and whose crystal structure is mainly of a cubic zirconia, and to provide a cell for a solid oxide fuel battery including such an electrolytic sheet.SOLUTION: An electrolytic sheet for a solid oxide fuel battery has at least one hole in a sheet plane. The electrolytic sheet is uniform in thickness in a range of 50-180 μm. The crystal structure of the sheet is mainly of a cubic zirconia. At least a part of a peripheral portion of the sheet is mainly of a tetragonal zirconia.

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池用薄膜電解質シート、特に、電解質支持型セルの固体電解質膜として好適な50μm以上180μm以下の範囲で均一な厚さで、当該該シート平面内に少なくとも1つ以上の穴を有し、その結晶構造が主として立方晶系ジルコニアである薄膜電解質シートに関するものである。   The present invention relates to a thin film electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell, in particular, at least one in the plane of the sheet having a uniform thickness in a range of 50 μm or more and 180 μm or less suitable as a solid electrolyte membrane of an electrolyte supporting cell. The present invention relates to a thin film electrolyte sheet having the above holes and whose crystal structure is mainly cubic zirconia.

従来、固体酸化物形燃料電池(以下、SOFCとも称することがある)の固体電解質として、酸素イオン伝導体であるイットリアなどで安定化されたジルコニアが広く使用されている。特に、電解質支持型セル(以下、ESCとも称することがある)は、電解質膜の一方の面に燃料極を、他方の面に空気極が形成された3層構造を基本とするもので、電解質自体でセルを保持する強度が必要なため、強度特性にすぐれた正方晶系ジルコニアシートが電解質膜として好ましい。しかし、正方晶系ジルコニアは酸素イオン伝導率が立方晶系ジルコニアに比べて低いためセル発電性能が劣る傾向にある。   Conventionally, zirconia stabilized with yttria, which is an oxygen ion conductor, has been widely used as a solid electrolyte of a solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as SOFC). In particular, an electrolyte-supporting cell (hereinafter sometimes referred to as ESC) is based on a three-layer structure in which a fuel electrode is formed on one surface of an electrolyte membrane and an air electrode is formed on the other surface. Since the strength for holding the cell itself is required, a tetragonal zirconia sheet having excellent strength characteristics is preferable as the electrolyte membrane. However, since tetragonal zirconia has lower oxygen ion conductivity than cubic zirconia, cell power generation performance tends to be inferior.

一方、立方晶系ジルコニアは強度特性が正方晶系ジルコニアに劣るため、立方晶系ジルコニアは厚膜にすることによってセル強度の保持が図られている。しかしながら、電解質が厚くなると電解質での抵抗が大きくなりセル発電性能が低下する問題がある。そこで、ESCの電解質として強度特性に優れた薄膜の立方晶系ジルコニアシートが求められている。   On the other hand, since cubic zirconia has inferior strength characteristics to tetragonal zirconia, cell strength is maintained by making cubic zirconia thick. However, when the electrolyte is thick, there is a problem that the resistance in the electrolyte increases and the cell power generation performance decreases. Therefore, a thin-film cubic zirconia sheet having excellent strength characteristics is required as an electrolyte for ESC.

それに加えて、SOFCシステムは作動・停止が繰り返し行われることによって、また、緊急シャットダウン等によって燃料極側に酸化性ガスが流入する場合があり、ESCの発電性能の低下や破損につながることがある。   In addition, the SOFC system is repeatedly activated and deactivated, and an oxidizing gas may flow into the fuel electrode due to an emergency shutdown, etc., which may lead to a decrease in the power generation performance or damage to the ESC. .

燃料極材料としてはNiジルコニアサーメットが広く使用されているので、通常、発電時の燃料極側には常に水素、炭化水素やアンモニア等の還元性ガスが供給されているため、燃料極中のNiは金属Niの状態で存在する。しかし、燃料極側に酸化性ガス雰囲気に晒されると、サーメット中のNiがNiOに酸化されることに伴う体積膨張によって電解質シートに応力がかかるためと考えられている。この破損の問題は、強度特性が劣る立方晶系ジルコニアシートでは大きな問題となっている。   Since Ni zirconia cermet is widely used as a fuel electrode material, normally, reducing gas such as hydrogen, hydrocarbons and ammonia is always supplied to the fuel electrode side during power generation. Exists in the state of metallic Ni. However, it is considered that when the fuel electrode side is exposed to an oxidizing gas atmosphere, stress is applied to the electrolyte sheet due to volume expansion accompanying Ni in the cermet being oxidized to NiO. This problem of breakage is a major problem in cubic zirconia sheets having poor strength characteristics.

しかしながら、立方晶系ジルコニアシートの高強度化については、シート中の残留ポアを低減して緻密化し電解質シートの機械的強度を高めるスカンジア安定化ジルコニアシートの製造方法(特許文献1)などの検討がなされているが、立方晶系ジルコニアシートで厚さが200μm以下の薄膜化についての検討はほとんどなされていない。   However, with regard to increasing the strength of the cubic zirconia sheet, there is a study of a method for producing a scandia-stabilized zirconia sheet (Patent Document 1) that reduces the residual pores in the sheet and densifies it to increase the mechanical strength of the electrolyte sheet. However, there has been almost no study on thinning a cubic zirconia sheet with a thickness of 200 μm or less.

また、上記ESCに代わって、電解質膜を例えば30μm以下の超薄膜にして燃料極支持基板でセル強度を保持する燃料極支持型セル(以下、ASCとも称することがある)も開発されている。この燃料極支持基板を構成材料は上記燃料極材料とほぼ同様であるため、上記と同様に酸化性雰囲気と還元性雰囲気に交互に晒される場合があり、Ni等の組成物の酸化・還元など起因するクラックや割れの発生を可及的に抑えた燃料極支持基板(特許文献2)などが開示されているが、ESC用の薄膜電解質シートについてはほとんど検討されていない。   In place of the ESC, a fuel electrode support type cell (hereinafter also referred to as ASC) in which the electrolyte membrane is made an ultra-thin film of, for example, 30 μm or less and the cell strength is maintained by the fuel electrode support substrate has been developed. Since the constituent material of this fuel electrode support substrate is almost the same as that of the above fuel electrode material, it may be alternately exposed to an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere in the same manner as described above, such as oxidation / reduction of a composition such as Ni. A fuel electrode support substrate (Patent Document 2) that suppresses the occurrence of cracks and cracks as much as possible has been disclosed, but a thin-film electrolyte sheet for ESC has hardly been studied.

特開2011−204398号公報JP 2011-204398 A 特開2005−327512号公報JP 2005-327512 A

一般的に、立方晶系ジルコニアシートの曲げ強度は、JIS規格(JIS R1601)に準拠して測定するとシートの厚さに係りなくほとんどが0.3〜0.4GPaの範囲の値になるが、シートが破壊した時の最大荷重値はシートの厚さによって大きく異なり、シートの厚さの2乗に反比例することになる。   In general, the bending strength of a cubic zirconia sheet is mostly in the range of 0.3 to 0.4 GPa regardless of the thickness of the sheet when measured according to JIS standard (JIS R1601). The maximum load value when the sheet breaks greatly varies depending on the thickness of the sheet, and is inversely proportional to the square of the thickness of the sheet.

従って、厚さが50μm以上180μm以下の薄膜立方晶系ジルコニアシートでは、ESC中で当該シートに少しの外力、例えば、燃料極のNiの酸化による体積膨張による応力、がかかっただけで割れや欠けが生じやすくなるのでESCの発電性能の低下やESCの寿命に係る大きな問題があった。特に、シート面積が50cm以上の大きさでシート面内に穴のある薄膜立方晶系ジルコニアシートを用いたESCでは、酸化・還元雰囲気や酸化雰囲気に晒されても破損が起こりにくいような条件(例えば、作動停止時や緊急シャットダウン時に非酸化ガスの導入)で運転・保持しなければならずSOFCシステムの運用性やコストパーフォーマンスが低下することになる。 Therefore, in a thin-film cubic zirconia sheet having a thickness of 50 μm or more and 180 μm or less, cracking or chipping occurs only when a small external force is applied to the sheet in the ESC, for example, stress due to volume expansion due to Ni oxidation of the fuel electrode. Therefore, there is a big problem related to a decrease in the power generation performance of the ESC and the life of the ESC. In particular, in ESC using a thin-film cubic zirconia sheet with a sheet area of 50 cm 2 or more and a hole in the sheet surface, it is difficult to break even when exposed to an oxidizing / reducing atmosphere or an oxidizing atmosphere. It must be operated and maintained (for example, when non-oxidizing gas is introduced at the time of operation stop or emergency shutdown), and the operability and cost performance of the SOFC system are reduced.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、緻密(相対密度が99%以上)で厚さが50μm以上180μm以下の薄膜立方晶系ジルコニアシートであって、ESCとして繰り返し酸化・還元雰囲気や急激に酸化雰囲気に晒されても当該シートに割れやクラックの発生が低減される固体酸化物形燃料電池用薄膜電解質シートを提供することを目的とする。さらに、そのような当該電解質シートを含んだ固体酸化物形燃料電池用セルを提供することも目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a thin-film cubic zirconia sheet having a denseness (relative density of 99% or more) and a thickness of 50 μm or more and 180 μm or less, which is repeatedly oxidized and reduced as ESC, An object of the present invention is to provide a thin film electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell in which cracks and occurrence of cracks are reduced even if the sheet is rapidly exposed to an oxidizing atmosphere. It is another object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell including such an electrolyte sheet.

本発明者は、シート平面内に穴のある薄膜立方晶系ジルコニアシートを電解質膜とし、電解質の一方の面に燃料極を形成し他方の面には空気極を形成したESCと、電解質の一方の面に燃料極を形成し他方の面には空気極を形成せずに得た電解質支持型半セル(以下、ESHCとも称することがある)を酸化・還元雰囲気に繰り返し晒した時と急激に酸化雰囲気に晒した時のジルコニアシートの割れ・クラックの発生状況を観察した。   The inventor of the present invention is an ESC in which a thin film cubic zirconia sheet having a hole in a sheet plane is used as an electrolyte membrane, a fuel electrode is formed on one surface of the electrolyte, and an air electrode is formed on the other surface, and one of the electrolytes The electrolyte-supported half-cell (hereinafter sometimes referred to as ESHC) obtained without forming the fuel electrode on the other side and the air electrode on the other side is rapidly exposed to repeated exposure to an oxidizing / reducing atmosphere. The occurrence of cracks and cracks in the zirconia sheet when exposed to an oxidizing atmosphere was observed.

その結果、薄膜立方晶系ジルコニアシートの割れ・クラックはシート周縁部に発生する傾向があること、特に、シート面内の穴の周縁部の方に発生しやすい傾向があること、その対策として、周縁部の少なくとも1部を強度特性に優れた主として正方晶系ジルコニアでフレーム化することによって割れ・クラックの発生が抑制されることを見出して本発明を完成した。   As a result, cracks and cracks in the thin film cubic zirconia sheet tend to occur at the peripheral edge of the sheet, in particular, it tends to occur near the peripheral edge of the hole in the sheet surface, The present invention was completed by finding that cracking and crack generation were suppressed by forming at least one part of the peripheral portion into a frame mainly of tetragonal zirconia having excellent strength characteristics.

上記課題を解決することができた本発明の固体酸化物形燃料電池用の、50μm以上180μm以下の範囲で均一な厚さで、当該該シート平面内に少なくとも1つ以上の穴を有し、その結晶構造が主として立方晶系ジルコニアである電解質シートは、当該シートの周縁部の少なくとも一部が主として正方晶系ジルコニアであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用薄膜電解質シートである。   The solid oxide fuel cell of the present invention that has solved the above problems, has a uniform thickness in the range of 50 μm to 180 μm, and has at least one hole in the plane of the sheet, The electrolyte sheet whose crystal structure is mainly cubic zirconia is a thin film electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell, characterized in that at least a part of the peripheral edge of the sheet is mainly tetragonal zirconia.

前記シートの主として正方晶系ジルコニアである領域が、少なくとも1方のシート平面において、周縁と周縁から多くとも10mm内側の範囲の領域であること、前記シートの主として正方晶系ジルコニアである領域が、少なくとも1つの厚さ方向の断面において、前記均一な厚さの50%〜100%の範囲の領域であることが、割れ・クラックの発生がさらに抑制されESCセルの信頼性が向上する。   The region that is mainly tetragonal zirconia of the sheet is a region that is at most 10 mm inward from the peripheral edge and the peripheral edge in at least one sheet plane, and the region that is mainly tetragonal zirconia of the sheet, In at least one cross section in the thickness direction, an area in the range of 50% to 100% of the uniform thickness further suppresses the generation of cracks and cracks and improves the reliability of the ESC cell.

さらには、前記シート平面内にあるすべての穴の位置が、シートの周縁から少なくとも4mmを超える箇所にあること、前記シート平面内にあるすべての穴の総面積が、前記シートのすべての穴を含む平面面積の10%以下であることが、穴周縁部からの割れ・クラックの発生がさらに抑制され好ましい。   Further, the positions of all the holes in the sheet plane are at least 4 mm from the periphery of the sheet, and the total area of all the holes in the sheet plane is equal to all the holes in the sheet. It is preferable that it is 10% or less of the plane area to be included, since the generation of cracks and cracks from the hole peripheral portion is further suppressed.

また、前記立方晶系ジルコニアは、安定化剤としてスカンジウム、イットリウム、セリウム、イッテルビウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素の酸化物を7〜15モル%含む安定化ジルコニアからなること、前記正方晶系ジルコニアは、安定化剤としてスカンジウム、イットリウム、セリウム、イッテルビウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素の酸化物を3〜6モル%含む安定化ジルコニアからなることが好ましい。   The cubic zirconia is made of stabilized zirconia containing 7 to 15 mol% of an oxide of at least one element selected from the group consisting of scandium, yttrium, cerium and ytterbium as a stabilizer, The tetragonal zirconia is preferably composed of stabilized zirconia containing 3 to 6 mol% of an oxide of at least one element selected from the group consisting of scandium, yttrium, cerium and ytterbium as a stabilizer.

本発明の上記薄膜立方晶系ジルコニアシートを含んだ固体酸化物形燃料電池用セル、当該セルを含んだ固体酸化物形燃料電池は、SOFCとしての信頼性が大きく向上するとともに、コストパーフォーマンスも改善される。   The solid oxide fuel cell including the thin-film cubic zirconia sheet of the present invention and the solid oxide fuel cell including the cell greatly improve the reliability as the SOFC and also have a cost performance. Improved.

本発明によれば、電解質支持型セルとして繰り返し酸化・還元雰囲気に晒される条件や急激に酸化雰囲気に晒される条件でも、シート面内に少なくとも1つ以上の穴を有する電解質シートに割れ・クラックが発生するのを抑制できる薄膜立方晶系ジルコニアシートを提供できる。さらに、当該シートを用いた信頼性に優れた電解質支持型セルを提供できる。   According to the present invention, an electrolyte sheet having at least one or more holes in the sheet surface is cracked or cracked even under conditions where the electrolyte-supported cell is repeatedly exposed to an oxidizing / reducing atmosphere or rapidly exposed to an oxidizing atmosphere. It is possible to provide a thin film cubic zirconia sheet capable of suppressing the generation. Furthermore, the electrolyte support type cell excellent in the reliability using the said sheet | seat can be provided.

穴のある電解質シートの模式図Schematic diagram of electrolyte sheet with holes 穴のある電解質支持型セルの模式図Schematic diagram of electrolyte-supported cell with holes 穴のある電解質支持型ハーフセルの模式図Schematic diagram of electrolyte-supported half cell with holes 本発明の一実施形態に係る電解質シート(Asに該当)の模式図と断面図Schematic diagram and cross-sectional view of an electrolyte sheet (corresponding to As) according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シートの模式図と断面図Schematic diagram and cross-sectional view of an electrolyte sheet according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シートの模式図と断面図Schematic diagram and cross-sectional view of an electrolyte sheet according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シート(Bsに該当)の模式図と断面図Schematic diagram and sectional view of an electrolyte sheet (corresponding to Bs) according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シート(Csに該当)の模式図と断面図Schematic diagram and sectional view of an electrolyte sheet (corresponding to Cs) according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シート(Dsに該当)の模式図と断面図Schematic diagram and sectional view of an electrolyte sheet (corresponding to Ds) according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シートの模式図と断面図Schematic diagram and cross-sectional view of an electrolyte sheet according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シートの模式図と断面図Schematic diagram and cross-sectional view of an electrolyte sheet according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シート(Esに該当)の模式図と断面図Schematic diagram and sectional view of an electrolyte sheet (corresponding to Es) according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シート(Fsに該当)の模式図と断面図Schematic diagram and sectional view of an electrolyte sheet (corresponding to Fs) according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シートの模式図と断面図Schematic diagram and cross-sectional view of an electrolyte sheet according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シートの模式図と断面図Schematic diagram and cross-sectional view of an electrolyte sheet according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シート(Gsに該当)の模式図と断面図Schematic diagram and cross-sectional view of an electrolyte sheet (corresponding to Gs) according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シート(Hsに該当)の模式図と断面図Schematic diagram and sectional view of an electrolyte sheet (corresponding to Hs) according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シートの模式図と断面図Schematic diagram and cross-sectional view of an electrolyte sheet according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る電解質シートの模式図と断面図Schematic diagram and cross-sectional view of an electrolyte sheet according to an embodiment of the present invention 本発明の電解質シートを用いた電解質支持型ハーフセルの評価試験装置の概略図Schematic of an electrolyte-supported half-cell evaluation test apparatus using the electrolyte sheet of the present invention

A:電解質シート
B:穴
C:電解質支持型(ハーフ)セル
D:燃料極
E:空気極
F:主として立方晶系ジルコニア
G:主として正方晶系ジルコニア
H:上側マニホールド
I:下側マニホールド
J:ガス導入管
K:ガス排出管
A: Electrolyte sheet B: Hole C: Electrolyte support type (half) cell D: Fuel electrode E: Air electrode F: Mainly cubic zirconia G: Mainly tetragonal zirconia H: Upper manifold I: Lower manifold J: Gas Introduction pipe K: Gas discharge pipe

本発明の固体酸化物形燃料電池用薄膜電解質シートは、当該シート平面内に少なくとも1つ以上の穴を有し、当該シート厚さは50μm以上180μm以下の範囲の均一な厚さであり、当該シートの結晶構造が主として立方晶系ジルコニアであり、当該シートの周縁部の少なくとも一部が主として正方晶系ジルコニアであることを特徴とする。以下、薄膜電解質シートについて詳細に説明する。   The thin film electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell of the present invention has at least one or more holes in the plane of the sheet, and the sheet thickness is a uniform thickness in the range of 50 μm to 180 μm, The crystal structure of the sheet is mainly cubic zirconia, and at least a part of the peripheral portion of the sheet is mainly tetragonal zirconia. Hereinafter, the thin film electrolyte sheet will be described in detail.

本発明の電解質シート(図1)の代表的な実施形態の概略を図4〜19に示す。電解質シートは主として立方晶系ジルコニア(F)からなるものであるが、当該シートの周縁部の少なくとも一部がフレーム状の主として正方晶系ジルコニア(G)となっている。なお、本発明の電解質シートの周縁部とは、シート面内の穴の周りの内周縁部とシート外側の外周縁部とのことであり、それぞれ周縁部にはシート平面方向とシート厚さ方向の表面がある。   The outline of typical embodiment of the electrolyte sheet (FIG. 1) of this invention is shown to FIGS. The electrolyte sheet is mainly composed of cubic zirconia (F), but at least a part of the peripheral portion of the sheet is mainly tetragonal zirconia (G) having a frame shape. The peripheral edge of the electrolyte sheet of the present invention is an inner peripheral edge around a hole in the sheet surface and an outer peripheral edge on the outer side of the sheet, and the peripheral edge has a sheet plane direction and a sheet thickness direction, respectively. There is no surface.

具体的なシート形態としては、
1)すべての内周縁部と、すべての外周縁部がリング状に主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図4、5、6)、
2)すべての内周縁部と、一方の平面方向のすべての外周縁部が主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図7)
3)すべての内周縁部と、両方の平面方向のすべての外周縁部が主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図8)
4)すべての内周縁部と、平面方向の一部の外周縁部が主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図9)
5)すべての内周縁部のみが主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図10)
6)両方の平面方向のすべての内周縁部のみが主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図11)
7)一方の平面方向のすべての内周縁部と、すべての外周縁部が主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図12)
8)一方の平面方向のすべての内周縁部と、一方の平面方向のすべての外周縁部が主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図13、14)
9)一方の平面方向のすべての内周縁部と、平面方向の一部の外周縁部が主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図15)
10)両方の平面方向のすべての内周縁部と、すべての外周縁部が主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図16)
11)両方の平面方向のすべての内周縁部と、両方の平面方向のすべての外周縁部が主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図17)
12)両方の平面方向のすべての内周縁部と、平面方向の一部の外周縁部が主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図18)
13)すべての外周縁部のみが主として正方晶系ジルコニアとなっている電解質シート(図19)
などが挙げられる。
As a specific sheet form,
1) An electrolyte sheet (FIGS. 4, 5, and 6) in which all inner peripheral edge portions and all outer peripheral edge portions are mainly tetragonal zirconia in a ring shape,
2) An electrolyte sheet in which all inner peripheral edge portions and all outer peripheral edge portions in one planar direction are mainly tetragonal zirconia (FIG. 7).
3) Electrolyte sheet in which all inner peripheral edge portions and all outer peripheral edge portions in both plane directions are mainly tetragonal zirconia (FIG. 8).
4) Electrolyte sheet in which all inner peripheral edge portions and some outer peripheral edge portions in the planar direction are mainly tetragonal zirconia (FIG. 9).
5) Electrolyte sheet in which all the inner peripheral edge is mainly tetragonal zirconia (FIG. 10).
6) Electrolyte sheet in which only all inner peripheral edges in both planar directions are mainly tetragonal zirconia (FIG. 11).
7) Electrolyte sheet in which all inner peripheral edge portions in one plane direction and all outer peripheral edge portions are mainly tetragonal zirconia (FIG. 12).
8) An electrolyte sheet in which all inner peripheral edge portions in one plane direction and all outer peripheral edge portions in one plane direction are mainly tetragonal zirconia (FIGS. 13 and 14).
9) Electrolyte sheet in which all inner peripheral edge portions in one planar direction and some outer peripheral edge portions in the planar direction are mainly tetragonal zirconia (FIG. 15)
10) Electrolyte sheet in which all inner peripheral edge portions in both planar directions and all outer peripheral edge portions are mainly tetragonal zirconia (FIG. 16)
11) Electrolyte sheet in which all inner peripheral edges in both plane directions and all outer peripheral edges in both plane directions are mainly tetragonal zirconia (FIG. 17).
12) Electrolyte sheet in which all inner peripheral edges in both planar directions and some outer peripheral edges in the planar direction are mainly tetragonal zirconia (FIG. 18).
13) Electrolyte sheet in which all outer peripheral edges are mainly tetragonal zirconia (FIG. 19)
Etc.

これらの中でも、シート平面内にある穴の内周縁部の平面方向と厚さ方向の両方で、内周縁部のすべてのみあるいは内周縁部の一部のみが正方晶系ジルコニアである形態が穴周縁からの割れクラックの発生を抑制できるので好ましく、内周縁部のすべてが正方晶系ジルコニアであることがより好ましい。   Among these, in both the planar direction and the thickness direction of the inner peripheral edge of the hole in the sheet plane, only the inner peripheral edge or only a part of the inner peripheral edge is tetragonal zirconia. It is preferable because the generation of cracking cracks can be suppressed, and it is more preferable that all of the inner peripheral edge portion is tetragonal zirconia.

さらに、シート平面内にある穴の内周縁部および外周縁部の平面方向と厚さ方向の両方で、内周縁部および外周縁部のすべて、あるいは内周縁部の一部および外周縁部の一部のみが正方晶系ジルコニアである形態がさらに好ましく、すべての内周縁部とすべての外周縁部がリング状に主として正方晶系ジルコニアとなっている図4の形態が特に好ましい。   Further, all of the inner peripheral edge and the outer peripheral edge, or part of the inner peripheral edge and one of the outer peripheral edges in both the planar direction and the thickness direction of the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the hole in the sheet plane. A form in which only the portion is tetragonal zirconia is further preferable, and a form in FIG. 4 in which all inner peripheral edges and all outer peripheral edges are mainly tetragonal zirconia in a ring shape is particularly preferable.

なお、複数の穴を平面内に有しているシートの場合少なくとも1つの穴の周縁部が主として正方晶系ジルコニアとなっている上記形態の電解質シートであればよいが、より確実に酸化・還元雰囲気に繰り返し晒される場合に周縁部からのクラック発生を抑制するには、複数個の穴すべてが上記形態であることが好ましい。   In the case of a sheet having a plurality of holes in a plane, the electrolyte sheet of the above-described form in which the peripheral part of at least one hole is mainly tetragonal zirconia may be used. In order to suppress the occurrence of cracks from the peripheral edge when repeatedly exposed to the atmosphere, it is preferable that all of the plurality of holes have the above-described form.

なお、上記シートの周縁部とは、外周縁および内周縁のシート平面方向の周縁端と周縁端から10mm内側の範囲の領域面と、外周縁および内周縁のシート厚さ方向の全領域面を合わせた領域面のこと、つまりシート周縁(端)の表面部分のことを言う。   The peripheral edge of the sheet includes the peripheral edge in the sheet plane direction of the outer peripheral edge and the inner peripheral edge, the area surface in the range 10 mm inside from the peripheral edge, and the entire area surface in the sheet thickness direction of the outer peripheral edge and the inner peripheral edge. It refers to the combined area surface, that is, the surface portion of the sheet periphery (edge).

本発明ではこの周縁部の少なくとも一部が主として正方晶系ジルコニアでクレーム化されていることを要旨としている。つまり、正方晶系ジルコニアは平面方向の周縁端と周縁端から10mm内側の範囲の全領域であっても、周縁端と周縁端から多くとも10mm未満の内側の範囲の一部の領域であってもよい。また、シート外周縁と内周縁の厚さ方向の断面の全領域であっても、外周縁と内周縁の厚さ方向の少なくとも1つの厚さ方向の断面において、該厚さの50%〜100%未満の範囲の領域であってもよい。   The gist of the present invention is that at least a part of the peripheral portion is mainly made of tetragonal zirconia. That is, tetragonal zirconia is the entire region in the range 10 mm inside from the peripheral edge and the peripheral edge in the planar direction, or a partial region in the inner range at most less than 10 mm from the peripheral edge and the peripheral edge. Also good. Further, even in the entire region of the cross section in the thickness direction of the outer peripheral edge and the inner peripheral edge of the sheet, 50% to 100% of the thickness in the cross section in the thickness direction of the outer peripheral edge and the inner peripheral edge. The range may be less than%.

主として正方晶系ジルコニアである領域が周縁端から10mmを超えると立方晶系ジルコニアの平面面積が少なくなるので薄膜電解質シートのハンドリング強度は向上するが、逆に酸素イオン伝導性が低下してESCの発電性能が低下する傾向となる。より好ましくは、周縁端と周縁端から多くとも8mm内側の範囲の領域、さらに好ましくは周縁端と周縁端から多くとも6mm内側の範囲の領域、特に好ましくは周縁端と周縁端から多くとも5mm内側の範囲の領域である。   When the area mainly composed of tetragonal zirconia exceeds 10 mm from the peripheral edge, the plane area of cubic zirconia is reduced, so that the handling strength of the thin film electrolyte sheet is improved. The power generation performance tends to decrease. More preferably, the peripheral edge and the area in the range of at least 8 mm inside from the peripheral edge, more preferably the area in the range of at least 6 mm inward from the peripheral edge and the peripheral edge, particularly preferably at least 5 mm inward from the peripheral edge and the peripheral edge. It is the area of the range.

また、前記シートの主として正方晶系ジルコニアである領域が、少なくとも1つの厚さ方向の断面において、前記均一なシート厚さの50%〜100%の範囲の領域である。前記均一な厚さの50%を下回ると、周縁部厚さ方向での立方晶系ジルコニアの領域が多くなり、酸化・還元雰囲気に繰り返し晒される場合に周縁部からのクラック発生が多くなる傾向となる。より好ましくはシート厚さの60%以上、さらに好ましくはシート厚さの80%以上、特に好ましくはシート厚さの100%、つまり厚さ方向の断面領域がすべて正方晶系ジルコニアであることである。   In addition, the region mainly composed of tetragonal zirconia in the sheet is a region in the range of 50% to 100% of the uniform sheet thickness in at least one cross section in the thickness direction. When the thickness is less than 50% of the uniform thickness, the area of cubic zirconia in the peripheral thickness direction increases, and cracking from the peripheral edge tends to increase when repeatedly exposed to an oxidizing / reducing atmosphere. Become. More preferably 60% or more of the sheet thickness, further preferably 80% or more of the sheet thickness, particularly preferably 100% of the sheet thickness, that is, the cross-sectional area in the thickness direction is all tetragonal zirconia. .

前記シート平面内にある穴は、ESCセルをスタック化したとき、燃料となる水素、炭化水素など還元性ガスや空気などの酸化性ガスの導入路、あるいは燃料の燃焼排ガス、未燃焼ガスや未利用酸化性ガスの排出路を形成するものであり、多くの場合、SOFCスタックシステムの設計から穴の位置や穴の面積が規定された少なくとも1つ以上の穴、多くの場合は1つから4つの穴が電解質シート面内に設計されている。なお、上記穴の形状は円形、楕円形、角形、Rを持った角形等いずれでもよく、1つの穴の面積は0.5cm〜10cmの範囲、好ましくは1cm〜5cmの範囲である。 When the ESC cell is stacked, the hole in the plane of the seat is an introduction path for a reducing gas such as hydrogen or hydrocarbon, or an oxidizing gas such as air, or a combustion exhaust gas, an unburned gas or an unburned gas. It forms a discharge path for the oxidizing gas used, and in many cases, at least one or more holes whose positions and areas are defined from the design of the SOFC stack system, and in many cases one to four Two holes are designed in the electrolyte sheet surface. The shape of the holes is circular, oval, rectangular, it may be any polygon with R and the like, one hole in the area range of 0.5cm 2 ~10cm 2, preferably in the range of 1 cm 2 to 5 cm 2 is there.

本発明の電解質シートでは、前記シート平面内にあるすべての穴の位置は、シートの周縁から少なくとも4mm以上である箇所、つまりシート外周縁と穴の内周縁との最短距離が4mm以上である。4mm未満では、電解質シートの製造過程で割れやクラックが発生しやすくなる。製造過程での電解質シートの割れやクラック発生を防ぐためには、より好ましくは6mm以上、さらに好ましく8mm以上、特に好ましくは10mm以上である。   In the electrolyte sheet of the present invention, the positions of all the holes in the sheet plane are at least 4 mm from the periphery of the sheet, that is, the shortest distance between the outer periphery of the sheet and the inner periphery of the hole is 4 mm or more. If it is less than 4 mm, cracks and cracks are likely to occur during the manufacturing process of the electrolyte sheet. In order to prevent cracking and cracking of the electrolyte sheet during the production process, the thickness is more preferably 6 mm or more, further preferably 8 mm or more, and particularly preferably 10 mm or more.

なお、本発明のその結晶構造が主として立方晶系ジルコニアである電解質シートとは、X線回折法で求められた電解質シートの回折ピークの強度のうち、立方晶ジルコニアに起因するピークを主体とするジルコニアである。具体的には、ジルコニアシートにおけるジルコニア結晶のX線回折パターンから各ピーク強度を求め、各強度値と下記式から立方晶比率(%)を求め、当該立方晶比率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい、95%以上がさらに好ましい。立方晶比率を80%以上に定めているのは、80%未満では得られるジルコニアシートの酸素イオン電導性と曲げ強度が損なわれる傾向にあるからである。   In addition, the electrolyte sheet whose crystal structure of the present invention is mainly cubic zirconia is mainly composed of a peak due to cubic zirconia among the diffraction peak intensities of the electrolyte sheet obtained by the X-ray diffraction method. It is zirconia. Specifically, each peak intensity is obtained from the X-ray diffraction pattern of the zirconia crystal in the zirconia sheet, a cubic ratio (%) is obtained from each intensity value and the following formula, and the cubic ratio is 80% or more. Preferably, it is 90% or more, more preferably 95% or more. The reason why the cubic crystal ratio is set to 80% or more is that if it is less than 80%, the oxygen ion conductivity and bending strength of the obtained zirconia sheet tend to be impaired.

立方晶比率(%)=(100−単斜晶比率)x(c(400))÷(t(400)+t(004)+c(400))・・・・式1
単斜晶比率(%)=(m(111)+m(-111))÷(m(111)+m(-111)+tc(111))x100・・・・式2
(式中、c(400)は立方晶(400)面のピーク強度を示し、t(400)とt(004)は正方晶(400)面と(004)のピーク強度を示し、m(111)とm(-111)は単斜晶(111)面と(-111)面のピーク強度を示し、tc(111)は重なった正方晶と立方晶との(111)面のピーク強度を示す。)
また、当該シートの周縁部の少なくとも1部が主として正方晶系ジルコニアであるとは、シート周縁部の回折ピークの強度のうち、正方晶ジルコニアに起因するピークを主体とするジルコニアである。具体的には、X線回折パターンから各ピーク強度を求め、各強度値と下記式から正方晶比率(%)を求め、当該正方晶比率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい、95%以上がさらに好ましい。正方晶比率を80%以上に定めているのは、80%未満では得られるジルコニアシートが繰り返し酸化・還元雰囲気に晒された時の割れ、クラックの発生が効果的に抑制される傾向にあるからである。
Cubic crystal ratio (%) = (100−monoclinic crystal ratio) × (c (400)) ÷ (t (400) + t (004) + c (400)).
Monoclinic crystal ratio (%) = (m (111) + m (−111)) ÷ (m (111) + m (−111) + tc (111)) × 100 Equation 2
(Where c (400) indicates the peak intensity of the cubic (400) plane, t (400) and t (004) indicate the peak intensity of the tetragonal (400) plane and (004), and m (111 ) And m (-111) indicate the peak intensities of the monoclinic (111) plane and (-111) plane, and tc (111) indicates the peak intensity of the (111) plane of the superimposed tetragonal and cubic crystals. .)
Further, that at least one part of the peripheral edge of the sheet is mainly tetragonal zirconia is zirconia mainly composed of a peak due to tetragonal zirconia in the intensity of the diffraction peak at the peripheral edge of the sheet. Specifically, each peak intensity is obtained from the X-ray diffraction pattern, and a tetragonal crystal ratio (%) is obtained from each intensity value and the following formula, and the tetragonal crystal ratio is preferably 80% or more, preferably 90% or more. More preferably, it is more preferably 95% or more. The reason why the tetragonal ratio is set to 80% or more is that when it is less than 80%, the resulting zirconia sheet tends to effectively suppress cracking and cracking when exposed to an oxidizing / reducing atmosphere. It is.

正方晶比率(%)=(100−単斜晶比率)x(t(400))+t(004))÷(t(400)+t(004)+c(400))・・・・式3
さらに、本発明の立方晶系ジルコニアシートは50μm以上180μm以下の範囲で均一な厚さを有する。薄膜シートとしてのより好ましい厚さは60μm以上150μm以下の範囲、さらに好ましくは70μm以上130μm以下の範囲であり、80μm以上120μm以下の範囲が特に好ましい。上記のシート厚さとは、両球面のマイクロメータで測定したシート周縁部の任意の5箇所の厚さと、周縁部以外の立方晶系ジルコニアの単独領域の任意の10箇所の厚さの計15箇所の平均値のことを言う。
Tetragonal crystal ratio (%) = (100−monoclinic crystal ratio) × (t (400)) + t (004)) ÷ (t (400) + t (004) + c (400)).
Furthermore, the cubic zirconia sheet of the present invention has a uniform thickness in the range of 50 μm to 180 μm. A more preferable thickness as the thin film sheet is in the range of 60 μm to 150 μm, more preferably in the range of 70 μm to 130 μm, and particularly preferably in the range of 80 μm to 120 μm. The above-mentioned sheet thickness is a total of 15 locations including the thickness of any 5 locations on the periphery of the sheet measured with a micrometer of both spherical surfaces and the thickness of any 10 locations in a single region of cubic zirconia other than the periphery. It means the average value.

また均一な厚さとは、上記各箇所の測定値が上記平均値の±10%以内に範囲に入ることを言う。ここで、±10%以内と特定しているのは、セラミックシートはセラミック粉末の焼結により形成されるが、一般に、個々のセラミック粉末は単一物性でなく焼結による収縮にフレがあるのでシートの厚さも不可避的に±10%以内のフレが生じているからである。より好ましくは±8%以内、さらに好ましくは±7%以内であり、特に好ましくは±6%以内である。シート厚さの平均値に対して1箇所でも測定値が±10%を超える不均一な厚さの場合は、そのシートをESCの電解質シートとして使用するとESCの量産化に支障をきたすようになる。さらに、電解質シートの不均一厚さの凸凹の頂点部に応力がかりやすくなって、ESCに割れやクラックが発生しやすくなる大きな問題となる。   Moreover, uniform thickness means that the measured value of each said place enters into the range within +/- 10% of the said average value. Here, it is specified that it is within ± 10%. Ceramic sheets are formed by sintering ceramic powders, but generally, individual ceramic powders are not monophysical and have shrinkage due to sintering. This is because the thickness of the sheet inevitably causes a flare within ± 10%. More preferably, it is within ± 8%, further preferably within ± 7%, and particularly preferably within ± 6%. If the measured value is more than ± 10% even at one location relative to the average value of the sheet thickness, use of the sheet as an ESC electrolyte sheet will hinder mass production of ESC. . Furthermore, stress is likely to be applied to the peak portions of the unevenness of the electrolyte sheet, resulting in a serious problem that the ESC is likely to be cracked or cracked.

また、前記の立方晶系ジルコニアは、安定化剤としてスカンジウム、イットリウム、セリウム、イッテルビウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素の酸化物を7〜15モル%含む安定化ジルコニアであり、これらの中でも、スカンジア安定化ジルコニア(以下、「ScSZ」と称することがある。)の場合は、スカンジアの含有量が7〜12モル%、好ましくは8〜11モル%であり、スカンジアセリア安定化ジルコニア(以下、「ScCeSZ」と称することがある。)の場合は、スカンジアとセリアの含有量はスカンジア7〜12モル%セリア0.5〜3モル%、好ましくはスカンジア8〜11モル%、セリア1〜2モル%である。また、イットリア安定化ジルコニア(以下、「YSZ」と称することがある。)の場合は、イットリア含有量は7〜12モル%、好ましくは8〜10モル%であり、イッテルビア安定化ジルコニア(以下、「YbSZ」と称することがある。)の場合は、イッテルビア含有量は8〜15モル%、好ましくは9〜12モル%である。なお、これら安定化剤と共に、Al、Ga、In、TiO、Bi、In等を0.03〜3モル%添加された立方晶系ジルコニアであってもよい。 The cubic zirconia is a stabilized zirconia containing 7 to 15 mol% of an oxide of at least one element selected from the group consisting of scandium, yttrium, cerium and ytterbium as a stabilizer. Among these, in the case of scandia-stabilized zirconia (hereinafter sometimes referred to as “ScSZ”), the content of scandia is 7 to 12 mol%, preferably 8 to 11 mol%, and scandia ceria-stabilized zirconia. (Hereinafter sometimes referred to as “ScCeSZ”), the content of scandia and ceria is 7 to 12 mol% of scandia 0.5 to 3 mol% of ceria, preferably 8 to 11 mol% of scandia, and ceria 1 ~ 2 mol%. In the case of yttria stabilized zirconia (hereinafter sometimes referred to as “YSZ”), the yttria content is 7 to 12 mol%, preferably 8 to 10 mol%. In the case of “YbSZ”), the ytterbia content is 8 to 15 mol%, preferably 9 to 12 mol%. A cubic system in which 0.02 to 3 mol% of Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , TiO 2 , Bi 2 O 3 , In 2 O 3 and the like are added together with these stabilizers. It may be zirconia.

前記正方晶系ジルコニアは、安定化剤としてスカンジウム、イットリウム、イッテルビウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素の酸化物を3〜7モル%含む安定化ジルコニアであり、これらの中でも、ScSZの場合は、スカンジアの含有量は3〜7モル%、好ましくは4〜6モル%である。また、YSZの場合は、イットリア含有量は2〜6モル%、好ましくは3〜5モル%であり、YbSZの場合は、イッテルビア含有量は3〜7モル%、好ましくは4〜6モル%である。なお、これら安定化剤と共に、Al、Ga、In、TiO、Bi、In、CeO等を0.03〜3モル%添加、あるいは前記の立方晶系ジルコニアが20モル%を上限として、好ましくは10モル%を上限として添加された立方晶系ジルコニアであってもよい。 The tetragonal zirconia is a stabilized zirconia containing 3 to 7 mol% of an oxide of at least one element selected from the group consisting of scandium, yttrium, and ytterbium as a stabilizer, and among these, ScSZ In this case, the scandia content is 3 to 7 mol%, preferably 4 to 6 mol%. In the case of YSZ, the yttria content is 2 to 6 mol%, preferably 3 to 5 mol%. In the case of YbSZ, the ytterbia content is 3 to 7 mol%, preferably 4 to 6 mol%. is there. In addition, 0.03 to 3 mol% of Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , TiO 2 , Bi 2 O 3 , In 2 O 3 , CeO 2 and the like are added together with these stabilizers, or Cubic zirconia to which the above-mentioned cubic zirconia is added up to 20 mol%, preferably up to 10 mol%, may be used.

本発明のジルコニアシートの形状は円形、楕円形、角形、R(アール)を持った角形等何れでもよく、これらのシート平面内に同様の円形、楕円形、角形、Rを持った角形等の穴を1つもしくは2つ以上有するものである。また、その大きさは、0.5kWレベル以上の発電量のSOFCシステムに適応する電解質として、シートの平面面積が50cm以上、より好ましくは70cm以上、さらに好ましくは90cm以上であり、特に好ましくは100cm以上である。またシート平面面積は900cm以下、より好ましくは600cm以下、さらに好ましくは500cm以下であり、特に好ましくは400cm以下である。この場合、シート平面内に有する穴の面積もシート平面面積に含まれる。 The shape of the zirconia sheet of the present invention may be any of a circle, an ellipse, a square, a square having R (R), etc., and a similar circle, an ellipse, a square, a square having R, etc. in these sheet planes. It has one or more holes. Further, the size of the sheet is 50 cm 2 or more, more preferably 70 cm 2 or more, more preferably 90 cm 2 or more, particularly as an electrolyte suitable for a SOFC system with a power generation amount of 0.5 kW level or more. Preferably it is 100 cm 2 or more. The plane area of the sheet is 900 cm 2 or less, more preferably 600 cm 2 or less, further preferably 500 cm 2 or less, and particularly preferably 400 cm 2 or less. In this case, the area of the hole in the sheet plane is also included in the sheet plane area.

また、前記シート平面内にあるすべての穴の総面積は、前記シートのすべての穴を含む平面面積の10%以下である。平面面積の10%を上回ると、ESCの電極有効面積が減少してESC1枚あたりの発電性能が低下することになる。穴の総面積は、より好ましくは8%以下、さらに好ましく6%以下、特に好ましくは5%以下である。   The total area of all the holes in the sheet plane is 10% or less of the plane area including all the holes of the sheet. If it exceeds 10% of the plane area, the electrode effective area of the ESC decreases, and the power generation performance per ESC decreases. The total area of the holes is more preferably 8% or less, further preferably 6% or less, and particularly preferably 5% or less.

本発明の電解質シートの製造方法は特に制限されず、従来のドクターブレード法、スクリーン印刷法やそれらを組み合わせることによって製造できる。   The method for producing the electrolyte sheet of the present invention is not particularly limited, and can be produced by a conventional doctor blade method, a screen printing method, or a combination thereof.

以下に、本発明の電解質シートおよび当該電解質シートを用いたESC、ESHCの製造方法を工程別に例示する。また、ESHCの評価方法も例示する。   Below, the manufacturing method of ESC and ESHC using the electrolyte sheet of this invention and the said electrolyte sheet is illustrated according to process. Moreover, the evaluation method of ESHC is also illustrated.

1.スラリーの調整
本工程では、立方晶系ジルコニア粉末もしくは正方晶系ジルコニア粉末、溶媒、バインダー、必要に応じて可塑剤や分散剤等をボールミルやビーズミル等で混合してスラリーを調製する。
1. Preparation of slurry In this step, a slurry is prepared by mixing cubic zirconia powder or tetragonal zirconia powder, a solvent, a binder, and, if necessary, a plasticizer or a dispersant with a ball mill or a bead mill.

前記ジルコニア粉末としては、BET比表面積が5m/g以上15m/g以下であり、且つ 50体積%径(D50)が0.25μm以上0.8μm以下の粉末を用いる。 As the zirconia powder, a powder having a BET specific surface area of 5 m 2 / g or more and 15 m 2 / g or less and a 50 volume% diameter (D 50 ) of 0.25 μm or more and 0.8 μm or less is used.

立方晶系ジルコニア粉末とは、粉末X線回折法で求められた回折ピークの強度のうち、立方晶を主体とするジルコニア粉末である。具体的には、ジルコニア粉末におけるジルコニア結晶のX線回折パターンから各ピーク強度を求め、各強度値と上記式(1)から立方晶比率(%)を求め、当該立方晶比率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい、95%以上がさらに好ましい。立方晶比率を80%以上に定めているのは、80%未満では得られるジルコニアシートの酸素イオン電導性と曲げ強度が損なわれる傾向にあるからである。同じく正方晶系ジルコニア粉末とは、正方晶を主体とするジルコニア粉末である。具体的には、ジルコニア粉末におけるジルコニア結晶のX線回折パターンから各ピーク強度を求め、各強度値と上記式(3)から立方晶比率(%)を求め、当該立方晶比率が70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい、90%以上がさらに好ましい。正方晶比率を70%以上に定めているのは、70%未満では得られるジルコニアシートのESCとして繰り返し晒される酸化・還元雰囲気において、正方晶系ジルコニアでフレーム化されたシート周縁部からの割れ・クラックの発生を抑制する効果が低減する傾向にあるからである。   The cubic zirconia powder is a zirconia powder mainly composed of cubic crystals among the intensities of diffraction peaks obtained by the powder X-ray diffraction method. Specifically, each peak intensity is obtained from the X-ray diffraction pattern of the zirconia crystal in the zirconia powder, a cubic ratio (%) is obtained from each intensity value and the above formula (1), and the cubic ratio is 80% or more. It is preferably 90% or more, more preferably 95% or more. The reason why the cubic crystal ratio is set to 80% or more is that if it is less than 80%, the oxygen ion conductivity and bending strength of the obtained zirconia sheet tend to be impaired. Similarly, the tetragonal zirconia powder is a zirconia powder mainly composed of tetragonal crystals. Specifically, each peak intensity is obtained from the X-ray diffraction pattern of the zirconia crystal in the zirconia powder, a cubic ratio (%) is obtained from each intensity value and the above formula (3), and the cubic ratio is 70% or more. It is preferably 80% or more, more preferably 90% or more. The reason why the tetragonal ratio is set to 70% or more is that cracking from the periphery of the sheet framed with tetragonal zirconia in an oxidizing / reducing atmosphere repeatedly exposed as ESC of the zirconia sheet obtained when the ratio is less than 70%. This is because the effect of suppressing the occurrence of cracks tends to be reduced.

前記結晶構造を有する立方晶系ジルコニア粉末は、安定化剤としてSc、Y、La、CeO、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb等の希土類金属酸化物;MgO、CaO、SrO、BaO等のアルカリ土類金属酸化物が使用されるが、特に、スカンジウム、イットリウム、セリウム、イッテルビウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素の酸化物を7〜15モル%含む安定化ジルコニア粉末が好ましい。 The cubic zirconia powder having the above crystal structure is Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Pr 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu as stabilizers. Rare earth metal oxides such as 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 ; alkalis such as MgO, CaO, SrO, BaO An earth metal oxide is used. In particular, a stabilized zirconia powder containing 7 to 15 mol% of an oxide of at least one element selected from the group consisting of scandium, yttrium, cerium, and ytterbium is preferable.

これらの中でも、ScSZ粉末の場合は、スカンジアの含有量は7〜12モル%、好ましくは8〜11モル%であり、ScCeSZ粉末の場合は、スカンジアとセリアの含有量はスカンジア7〜12モル%セリア0.5〜3モル%、好ましくはスカンジア8〜11モル%、セリア1〜2モル%である。また、YSZ粉末の場合は、イットリア含有量は7〜12モル%、好ましくは8〜10モル%であり、YbSZ粉末の場合は、イッテルビア含有量は8〜15モル%、好ましくは9〜12モル%である。なお、これら安定化剤と共に、Al、Ga、In、TiO、Bi、In等を0.03〜3モル%添加することも可能である。 Among these, in the case of ScSZ powder, the content of scandia is 7 to 12 mol%, preferably 8 to 11 mol%, and in the case of ScCeSZ powder, the content of scandia and ceria is 7 to 12 mol% of scandia. Ceria is 0.5 to 3 mol%, preferably scandia is 8 to 11 mol%, and ceria is 1 to 2 mol%. In the case of YSZ powder, the yttria content is 7 to 12 mol%, preferably 8 to 10 mol%. In the case of YbSZ powder, the ytterbia content is 8 to 15 mol%, preferably 9 to 12 mol%. %. In addition, it is also possible to add 0.03 to 3 mol% of Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , TiO 2 , Bi 2 O 3 , In 2 O 3 and the like together with these stabilizers. is there.

また、前記結晶構造を有する正方晶系ジルコニア粉末は、安定化剤としてSc、Y、La、CeO、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Yb等の希土類金属酸化物;MgO、CaO、SrO、BaO等のアルカリ土類金属酸化物が使用されるが、特に、スカンジウム、イットリウム、イッテルビウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素の酸化物を3〜6モル%含む安定化ジルコニア粉末が好ましい。 Further, the tetragonal zirconia powder having the crystal structure is Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , CeO 2 , Pr 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 as a stabilizer. , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 and other rare earth metal oxides; MgO, CaO, SrO, BaO, etc. In particular, a stabilized zirconia powder containing 3 to 6 mol% of an oxide of at least one element selected from the group consisting of scandium, yttrium and ytterbium is preferable.

これらの中でも、ScSZ粉末の場合は、スカンジアの含有量は3〜6モル%、好ましくは4〜6モル%であり、また、YSZ粉末の場合は、イットリア含有量は3〜6モル%、好ましくは3〜5モル%であり、YbSZ粉末の場合は、イッテルビア含有量は3〜6モル%、好ましくは4〜6モル%である。なお、これら安定化剤と共に、Al、Ga、In、TiO、Bi、In等を0.03〜3モル%添加することも可能である。 Among these, in the case of ScSZ powder, the content of scandia is 3 to 6 mol%, preferably 4 to 6 mol%, and in the case of YSZ powder, the yttria content is 3 to 6 mol%, preferably Is 3 to 5 mol%, and in the case of YbSZ powder, the ytterbia content is 3 to 6 mol%, preferably 4 to 6 mol%. In addition, it is also possible to add 0.03 to 3 mol% of Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , TiO 2 , Bi 2 O 3 , In 2 O 3 and the like together with these stabilizers. is there.

前記立方晶系ジルコニア粉末および正方晶系ジルコニア粉末のBET比表面積は、3m/g以上であり、好ましくは4m/g以上であり、より好ましくは5m/g以上が好ましい。また、15m/g以下であり、好ましくは12m/g以下であり、より好ましくは10m/g以下が好ましい。BET比表面積が上記範囲内であれば、グリーンテープ成形のためのバインダー必要量が少なくなるので、グリーンシート中の粉体充填率が高められて得られる薄膜ジルコニアシート中の残留ポアをより低減でき、相対密度が99%以上、好ましく99.3%以上の緻密なシートを得ることができる。 The cubic zirconia powder and tetragonal zirconia powder have a BET specific surface area of 3 m 2 / g or more, preferably 4 m 2 / g or more, more preferably 5 m 2 / g or more. Moreover, it is 15 m < 2 > / g or less, Preferably it is 12 m < 2 > / g or less, More preferably, 10 m < 2 > / g or less is preferable. If the BET specific surface area is within the above range, the necessary amount of binder for green tape molding is reduced, so that the residual pores in the thin zirconia sheet obtained by increasing the powder filling rate in the green sheet can be further reduced. A dense sheet having a relative density of 99% or more, preferably 99.3% or more can be obtained.

前記立方晶系ジルコニア粉末および正方晶系ジルコニア粉末の50体積%径(D50)は、0.25μm以上、0.8μm以下である。D50が0.8μmを超えると、ジルコニア粉末の凝集体が大きくなって、得られる薄膜ジルコニアシートの強度が低下する。一方、D50が0.25μm未満では、ジルコニア粉末中にナノサイズの微細粒子が多くなるため、バインダー量が逆に多く必要になり、前記のように一体化したグリーンシートを焼成するとシートに大きな反りやシート周縁部に大きなバリが発生しやすくなる。前記D50はより好ましくは0.3μm以上、さらに好ましくは0.35μm以上、特に好ましくは0.4μm以上であり、より好ましくは0.7μm以下、さらに好ましくは0.65μm以下、特に好ましくは0.6μm以下である。 The 50 volume% diameter (D 50 ) of the cubic zirconia powder and the tetragonal zirconia powder is 0.25 μm or more and 0.8 μm or less. If D 50 exceeds 0.8 [mu] m, the aggregate of the zirconia powder is increased, the strength of the resulting thin film zirconia sheet is lowered. On the other hand, when D 50 is less than 0.25 μm, the amount of nano-sized fine particles increases in the zirconia powder, so that a large amount of binder is required, and when the integrated green sheet is fired as described above, the sheet is large. Warp and large burrs are likely to occur at the periphery of the sheet. The D 50 is more preferably 0.3 μm or more, further preferably 0.35 μm or more, particularly preferably 0.4 μm or more, more preferably 0.7 μm or less, still more preferably 0.65 μm or less, particularly preferably 0. .6 μm or less.

本発明において、50体積%径とは、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(堀場製作所製、商品名「LA−920」)により測定し、各々粒子径が小さいほうから粒子体積を積算して全粒子体積に対して50体積%となる粒子径の値である。   In the present invention, the 50 volume% diameter is measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (trade name “LA-920”, manufactured by Horiba, Ltd.), and the particle volume is integrated from the smaller particle diameter. The particle diameter is 50% by volume with respect to the total particle volume.

なお、本発明で使用される立方晶系ジルコニア粉末および正方晶系ジルコニア粉末は、市販の粉末が用いられるが、比表面積や粒度分布(D50やD90)が大きく異なると一体化したグリーンシートを焼成するとシートに大きな反りやシート周縁部に発生するバリが大きく、厚さが不均一になる傾向がある。そのため、グリーンシートのX方向、Y方向、Z方向の焼成収縮率を調整して均一な厚さの電解質シートを作製するために、市販のジルコニア粉末を1000〜1400℃で熱処理後、粉砕することによって、立方晶系ジルコニア粉末と正方晶系ジルコニア粉末の比表面積や粒度分布(D50やD90)をなるべく揃える必要がある。そのため、市販のジルコニア粉末を成形後、仮焼もしくは焼結等によって熱処理して得た焼成体を粉砕したものを単独で、あるいは市販のジルコニア粉末と混合して用いることもできる。 Incidentally, the green sheet cubic zirconia powder and tetragonal zirconia powder used in the present invention is commercially available powder is used, the specific surface area and particle size distribution (D 50 and D 90) are integrated differs greatly When the material is fired, there is a tendency that the sheet is greatly warped and burrs generated at the periphery of the sheet are large, and the thickness becomes non-uniform. Therefore, in order to adjust the firing shrinkage rate in the X direction, Y direction, and Z direction of the green sheet to produce an electrolyte sheet having a uniform thickness, a commercially available zirconia powder is heat treated at 1000 to 1400 ° C. and then pulverized. Therefore, it is necessary to make the specific surface area and particle size distribution (D 50 and D 90 ) of the cubic zirconia powder and the tetragonal zirconia powder as uniform as possible. Therefore, a product obtained by pulverizing a fired body obtained by heat treatment by calcining or sintering after molding a commercially available zirconia powder can be used alone or mixed with a commercially available zirconia powder.

スラリー原料粉末には、本発明の効果を損なわない程度に、立方晶系安定化ジルコニア粉末の他にアルミナ、チタニア、シリカ、酸化ニオブ、酸化タリウム等からなるセラミックス粉末を添加してもよい。かかるセラミックス粉末の使用量は、原料粉末の総和に対して0.01質量%以上、5質量%以下が好ましく、0.05質量%以上、3質量%以下がより好ましい。   To the slurry raw material powder, ceramic powder made of alumina, titania, silica, niobium oxide, thallium oxide or the like may be added in addition to the cubic stabilized zirconia powder to the extent that the effects of the present invention are not impaired. The amount of the ceramic powder used is preferably 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or more and 3% by mass or less with respect to the total of the raw material powders.

スラリーに用いられるバインダーの種類は特に制限されず、従来公知の有機質バインダーを適宜選択して使用することができる。有機質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、(メタ)ア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例示される。   The kind in particular of binder used for a slurry is not restrict | limited, A conventionally well-known organic binder can be selected suitably and can be used. Examples of organic binders include ethylene copolymers, styrene copolymers, (meth) acrylate copolymers, vinyl acetate copolymers, maleic acid copolymers, vinyl butyral resins, and vinyl acetal resins. And vinyl formal resins, vinyl alcohol resins, waxes, celluloses such as ethyl cellulose, and the like.

これらの中でも、ジルコニアグリーンシートの成形性や打抜き加工性、強度、焼成時の収縮率バラツキを抑制する観点から、熱可塑性で且つ数平均分子量が20000〜250000、より好ましくは50000〜200000の(メタ)アクリレート系共重合体が好ましいものとして推奨される。   Among these, from the viewpoint of suppressing the moldability, punching processability, strength, and shrinkage ratio variation during firing of the zirconia green sheet, it is thermoplastic and has a number average molecular weight of 20000 to 250,000, more preferably 50000 to 200000 (meta ) Acrylate copolymers are recommended as preferred.

バインダーの使用量は、原料および/またはスラリー中の立方晶系ジルコニア粉末の粒子径、粒度分布によって異なるが、原料粉末100質量部に対して5質量部以上が好ましく、より好ましくは7質量部以上であり、さらに好ましくは8質量部以上であり、16質量部以下が好ましく、より好ましくは15質量部以下であり、さらに好ましくは14質量部以下である。バインダーの使用量が不足すると、ジルコニアグリーンシートの成形性が低下し、また、強度や柔軟性が不十分となり得る。逆に多過ぎる場合は、スラリーの粘度調節が困難になるばかりでなく、脱脂・焼結時のバインダー成分の分解放出が多く且つ激しくなってX方向、Y方向、Z方向の線収縮率のバラツキも大きくなり、周縁部と中央部で厚さが大きく異なる不均一な厚さのシートとなる。   The amount of the binder used varies depending on the particle size and particle size distribution of the cubic zirconia powder in the raw material and / or slurry, but is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 7 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the raw material powder. More preferably, it is 8 mass parts or more, 16 mass parts or less are preferable, More preferably, it is 15 mass parts or less, More preferably, it is 14 mass parts or less. If the amount of the binder used is insufficient, the moldability of the zirconia green sheet is lowered, and the strength and flexibility may be insufficient. On the other hand, if the amount is too large, not only will it be difficult to adjust the viscosity of the slurry, but there will be a lot of decomposition and release of the binder component during degreasing and sintering, and the linear shrinkage will vary in the X, Y, and Z directions. And the sheet has a non-uniform thickness that differs greatly between the peripheral edge and the center.

スラリー用の溶媒としては、水;メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1−ヘキサノール等のアルコール類;アセトンや2−ブタノン等のケトン類;ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸エステル類等が挙げられ、これらから適宜選択して使用する。これら溶媒は単独で使用し得る他、2種以上を適宜混合して使用することができる。これら溶媒の使用量は、ジルコニアグリーンシート成形時におけるスラリーの粘度と固形分濃度を加味して調節するのがよい。   Solvents for slurry include water; alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol and 1-hexanol; ketones such as acetone and 2-butanone; aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and ethylbenzene; and acetates such as methyl acetate, ethyl acetate, and butyl acetate, and the like. These solvents can be used alone or in combination of two or more. The amount of these solvents to be used is preferably adjusted in consideration of the viscosity of the slurry and the solid content concentration at the time of forming the zirconia green sheet.

スラリーの粘度は1Pa・s以上、50Pa・s以下の範囲、より好ましくは2Pa・s以上、20Pa・s以下に調整される。また、固形分濃度は60〜90質量%の範囲、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは75質量%、特に好ましくは80質量%以上に調整される。スラリーの粘度と固形分濃度とを上記範囲に調整することによって、スラリーの流動性を保ちつつ、グリーンテープ中の溶剤量が少なくなり、グリーンテープの粉体充填密度が高められ焼成後のジルコニアシートの厚さの不均一低減することができる。なお、本発明で言う固形分濃度とは、以下式で表される。   The viscosity of the slurry is adjusted to a range of 1 Pa · s to 50 Pa · s, more preferably 2 Pa · s to 20 Pa · s. The solid content concentration is adjusted to a range of 60 to 90% by mass, more preferably 70% by mass or more, further preferably 75% by mass, and particularly preferably 80% by mass or more. By adjusting the viscosity and solid content concentration of the slurry to the above range, the amount of solvent in the green tape is reduced while maintaining the fluidity of the slurry, the powder packing density of the green tape is increased, and the zirconia sheet after firing The thickness can be reduced non-uniformly. In addition, solid content concentration said by this invention is represented by a following formula.

固形分濃度(%)=(ジルコニア粉末質量+バインダー固形分の質量)÷全組成の質量x100・・・・式4。   Solid content concentration (%) = (mass of zirconia powder + mass of binder solid content) ÷ mass of total composition × 100.

スラリーの調製に当たっては、ジルコニア原料粉末の分散を促進するため、分散剤を用いることが好ましい。分散剤としては、ポリアクリル酸やポリアクリル酸アンモニウム等の高分子電解質;α−オレフィン・無水マレイン酸共重合物の部分エステル;クエン酸や酒石酸等の有機酸;イソブチレンまたはスチレンと無水マレイン酸との共重合体およ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およびそのアンモニウム塩等を挙げることができる。   In preparing the slurry, it is preferable to use a dispersant in order to promote dispersion of the zirconia raw material powder. Dispersants include polyelectrolytes such as polyacrylic acid and ammonium polyacrylate; partial esters of α-olefin / maleic anhydride copolymers; organic acids such as citric acid and tartaric acid; isobutylene or styrene and maleic anhydride And a copolymer of butadiene and maleic anhydride and an ammonium salt thereof.

また、スラリーの成形性を高めるために、可塑剤を添加することが好ましい。可塑剤としては、フタル酸ジブチルやフタル酸ジオクチ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、セバシン酸系ポリエステル等のポリエステル類を挙げることができる。さらに、界面活性剤や消泡剤等を必要に応じて添加することができる。   Moreover, it is preferable to add a plasticizer in order to improve the moldability of the slurry. Examples of plasticizers include phthalates such as dibutyl phthalate and dioctyl phthalate; glycols such as propylene glycol and glycol ethers; polyesters such as phthalic polyester, adipic acid polyester, and sebacic acid polyester. be able to. Furthermore, a surfactant, an antifoaming agent, etc. can be added as needed.

また、本発明の製造方法においては、スラリー原料として、安定化ジルコニア粉末を含有する回収体グリーン体を使用することも好ましい態様である。前記立方晶系安定化ジルコニア粉末は高価なため、実際の製造工程では、原料のコスト低減のために回収グリーン体を使用することは必須となっている。   Moreover, in the manufacturing method of this invention, it is also a preferable aspect to use the collection body green body containing the stabilized zirconia powder as a slurry raw material. Since the cubic stabilized zirconia powder is expensive, it is indispensable to use the recovered green body in the actual manufacturing process in order to reduce the cost of the raw material.

前記回収グリーン体の使用量は、該回収グリーン体に含まれる安定化ジルコニア粉末の質量に換算し、前記スラリー中に含まれる全安定化ジルコニア粉末中5質量%以上とすることが好ましく、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは15質量%以上であり、50質量%以下とすることが好ましく、より好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは40質量%以下である。   The amount of the recovered green body used is preferably 5% by mass or more in the total stabilized zirconia powder contained in the slurry in terms of the mass of the stabilized zirconia powder contained in the recovered green body, and more preferably. Is 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and preferably 50% by mass or less, more preferably 50% by mass or less, and still more preferably 40% by mass or less.

スラリーは、上記成分を適量混合することにより調製する。その際、各粒子の微細化や粒子径を均一化するために、ボールミルやビーズミル等により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。   The slurry is prepared by mixing appropriate amounts of the above components. At that time, in order to make each particle finer and to make the particle diameter uniform, the particles may be mixed while being pulverized by a ball mill or a bead mill. Moreover, the order of addition of each component is not particularly limited, and may be according to a conventional method.

2.グリーンシートの製造
次に、上記で得たスラリーを用いてグリーンシートを製造する工程について説明する。本発明の製造方法においては、得られたスラリーを用いてテープキャスティング法により連続的に高分子フィルム上にテープ状に塗工し、乾燥してグリーンテープとする。
2. Production of Green Sheet Next, a process for producing a green sheet using the slurry obtained above will be described. In the production method of the present invention, the obtained slurry is continuously coated on a polymer film in a tape shape by a tape casting method, and dried to obtain a green tape.

ここで、テープキャスティング法とは、原料粉末を含んだスラリーをシート状に塗工する方法であり、例えば、ドクターブレード法が挙げられる。ドクターブレード法は、一般的にはスラリータンク中へと原料スラリーを供給して、ここへ圧力をかけ、配管を介してスラリーを塗工ダムへ輸送し、ドクターブレードによりスラリーの厚さが均一となるように、高分子フィルム上に塗工する。前記高分子フィルムの材料は特に制限されず、従来公知のプラスチックフィルムを使用することができる。高分子フィルムには、可撓性のみならず、グリーンテープの支持体として十分な剛性および強度も要求される。そのためポリエチレンテレフタレートを素材とする厚さが、50μm〜180μmのPETフィルムを使用することが好ましい。   Here, the tape casting method is a method in which a slurry containing raw material powder is applied in a sheet form, and examples thereof include a doctor blade method. In the doctor blade method, in general, a raw material slurry is supplied into a slurry tank, pressure is applied to the slurry, and the slurry is transported to a coating dam via a pipe. It coats on a polymer film so that it may become. The material of the polymer film is not particularly limited, and a conventionally known plastic film can be used. The polymer film is required to have not only flexibility but also sufficient rigidity and strength as a support for the green tape. Therefore, it is preferable to use a PET film having a thickness of 50 μm to 180 μm made of polyethylene terephthalate.

その後、キャリアーフィルム上に塗工されたスラリーを乾燥することにより、テープ状成形体、即ちグリーンテープとする。乾燥条件は特に制限されず、例えば室温〜150℃の一定温度で乾燥してもよいし、50℃、80℃、120℃のように順次連続的に昇温して加熱乾燥してもよい。乾燥後のグリーンテープの厚さは、10μm以上、より好ましくは20μm以上、さらに好ましくは60μm以上であり、210μm以下、より好ましくは180μm以下、さらに好ましくは150μm以下、特に好ましくは130μm以下の範囲に調整される。   Thereafter, the slurry coated on the carrier film is dried to obtain a tape-shaped molded product, that is, a green tape. Drying conditions are not particularly limited, and for example, drying may be performed at a constant temperature of room temperature to 150 ° C., or heating may be performed by sequentially raising the temperature sequentially such as 50 ° C., 80 ° C., and 120 ° C. The thickness of the green tape after drying is 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, more preferably 60 μm or more, 210 μm or less, more preferably 180 μm or less, further preferably 150 μm or less, particularly preferably 130 μm or less. Adjusted.

次いで、得られたグリーンテープを所定形状に打ち抜き・切断して、グリーンシートを得る。打ち抜き・切断は特に制限はなく、金型、レーザー、トムソン刃などを用いる公知で実施される。切断加工後はグリーンシートの形状は、円形、楕円形、角形、R(アール)を持った角形、ドーナツ形、リング形、弓型形等の何れの形状でもよく、これらのシート内に同様の円形、楕円形、角形、Rを持った角形等の穴を1つもしくは2つ以上形状のグリーンシート有するものである。また、平面面積は1cm以上、より好ましくは2cm以上、さらに好ましくは3cm以上であり、1000cm以下、より好ましくは700cm以下、さらに好ましくは600cm以下の範囲に調整される。本発明の電解質シートの主体を形成する立方晶系ジルコニアグリーンシートの穴を含めた平面面積は60cm以上、より好ましくは70cm以上、さらに好ましくは100cm以上であり、1000cm以下、より好ましくは700cm以下、さらに好ましくは600cm以下の範囲に調整される。 Next, the obtained green tape is punched and cut into a predetermined shape to obtain a green sheet. The punching / cutting is not particularly limited, and is performed in a known manner using a mold, a laser, a Thomson blade or the like. After cutting, the green sheet may have any shape such as a circle, ellipse, square, square with R (R), donut shape, ring shape, bow shape, etc. It has a green sheet having one or two or more holes such as a circle, an ellipse, a square, and a square having an R shape. The plane area is 1 cm 2 or more, more preferably 2 cm 2 or more, further preferably 3 cm 2 or more, and is adjusted to a range of 1000 cm 2 or less, more preferably 700 cm 2 or less, and even more preferably 600 cm 2 or less. The plane area including the hole of the cubic zirconia green sheet forming the main body of the electrolyte sheet of the present invention is 60 cm 2 or more, more preferably 70 cm 2 or more, more preferably 100 cm 2 or more, more preferably 1000 cm 2 or less. Is adjusted to a range of 700 cm 2 or less, more preferably 600 cm 2 or less.

3.一体化グリーンシートの作製
本発明の電解質シートを製造するためには、前記で得られた所定形状の立方晶系ジルコニアグリーンシートと正方晶系ジルコニアグリーンシートとを図4〜17などのように配置した後、加圧、接合、融着等によって均一な厚さの一体化グリーンシートに加工される。また、正方晶系ジルコニアグリーンシートが配置される箇所は、正方晶系ジルコニア粉末を含むスラリーでスクリーン印刷等によって塗布して、正方晶系ジルコニアグリーン層として形成することも可能である。
3. Production of integrated green sheet In order to produce the electrolyte sheet of the present invention, the cubic zirconia green sheet and tetragonal zirconia green sheet of the predetermined shape obtained above are arranged as shown in FIGS. Then, it is processed into an integrated green sheet having a uniform thickness by pressurization, bonding, fusion, or the like. Further, the tetragonal zirconia green sheet can be formed as a tetragonal zirconia green layer by applying a slurry containing tetragonal zirconia powder by screen printing or the like.

なお、立方晶系ジルコニアグリーンシートと正方晶系ジルコニアグリーンシートとの界面が剥離することを防止するために、一体化グリーンシートを室温〜80℃、好ましくは30〜60℃の温度範囲で保持しながら、10〜150MPa、好ましくは20〜120MPaの範囲で、1〜180秒間、好ましくは2〜120秒間加圧する。このとき、一体化グリーンシートの形状を保ち、立方晶層と正方晶層との界面に気泡等が入らずに均一な厚さとするために、テフロン製の型、テフロンがコートされた型や、離型処理したポリエチレンテレフタレート(PET)製などの高分子フィルムを貼り付けた型などに一体化グリーンシートを減圧しながら配置して加圧することが好ましい。   In order to prevent the interface between the cubic zirconia green sheet and the tetragonal zirconia green sheet from peeling off, the integrated green sheet is held at a temperature range of room temperature to 80 ° C, preferably 30 to 60 ° C. However, the pressure is applied in the range of 10 to 150 MPa, preferably 20 to 120 MPa for 1 to 180 seconds, preferably 2 to 120 seconds. At this time, in order to maintain the shape of the integrated green sheet and make the thickness uniform without bubbles or the like entering the interface between the cubic layer and the tetragonal layer, a type made of Teflon, a type coated with Teflon, It is preferable to place and pressurize the integrated green sheet while reducing the pressure on a mold or the like on which a polymer film made of polyethylene terephthalate (PET) or the like having been subjected to a mold release treatment is attached.

4.一体化グリーンシートの焼成
前記のようにして作製された一体化グリーンシートを焼成し、本発明の薄膜立方晶系ジルコニアシートとする。
4). Firing of the integrated green sheet The integrated green sheet produced as described above is fired to obtain the thin film cubic zirconia sheet of the present invention.

一体化グリーンシートの焼成方法は特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。例えば、一体化グリーンシートを1枚ずつ棚板に載置して焼成することも可能であるが、量産化のために一体化グリーンシートと多孔質スペーサーシートとを交互に積み重ねた積層体を棚板に載置して焼結することが好ましい。   The method for firing the integrated green sheet is not particularly limited, and a conventionally known method can be employed. For example, integrated green sheets can be placed and fired on a shelf board one by one, but for the purpose of mass production, a stack of alternately stacked integrated green sheets and porous spacer sheets is placed on a shelf. It is preferable to place it on a plate and sinter.

積層体の構成は、最下段にスペーサーシートを置き、その上に一体化グリーンシートとスペーサーシートを交互に積み重ね、最上段にはスペーサーシートを載せたものからなる。最下段のスペーサーシートは一体化グリーンシートと棚板との接合を防ぎまた、最上段のスペーサーシートは重しとなりシートの反りやうねりを低減する。   The structure of the laminate consists of a spacer sheet placed at the bottom, an integrated green sheet and a spacer sheet stacked alternately, and a spacer sheet placed on the top. The lowermost spacer sheet prevents the integrated green sheet and the shelf board from being joined, and the uppermost spacer sheet serves as a weight to reduce sheet warpage and undulation.

具体的な焼成の条件は特に制限されず、常法によればよい。例えば、一体化グリーンシートからバインダーや可塑剤等の有機成分を除去するために100℃〜400℃、好ましくは150℃〜300℃で2時間〜50時間程度処理する。次いで、1300℃〜1600℃、好ましくは1350℃〜1550℃で2時間〜10時間保持焼成することによりジルコニア粉末が焼結され、本発明の電解質シートが得られる。   Specific firing conditions are not particularly limited, and may be based on a conventional method. For example, in order to remove organic components such as a binder and a plasticizer from the integrated green sheet, the treatment is performed at 100 ° C. to 400 ° C., preferably 150 ° C. to 300 ° C. for about 2 hours to 50 hours. Subsequently, the zirconia powder is sintered by holding and firing at 1300 ° C. to 1600 ° C., preferably 1350 ° C. to 1550 ° C. for 2 hours to 10 hours, and the electrolyte sheet of the present invention is obtained.

また、本発明方法により製造される薄膜立方晶系ジルコニアシートは、50μm以上180μm以下の範囲で均一な厚さを有し、相対密度(アルキメデス法で測定した密度/理論密度)が、99%以上、より好ましくは99.3%以上の緻密体である。   Further, the thin film cubic zirconia sheet produced by the method of the present invention has a uniform thickness in the range of 50 μm or more and 180 μm or less, and the relative density (density / theoretical density measured by Archimedes method) is 99% or more. More preferably, it is a dense body of 99.3% or more.

5.電解質支持型セル、電解質支持型ハーフセルの作製
本発明の立方晶系ジルコニアシートを電解質として用いたSOFC用の電解質支持型セルとするには、常法を用いることができる。即ち、ジルコニアシートの一方の面に燃料極、他方の面に空気極を形成し、また、必要に応じて、電解質材料と燃料極材料または空気極材料との反応を防止するために、電解質の一方の面または両方の面に中間層を形成する。よって、電解質シートと燃料極、空気極または中間層との接合力を高め電解質からの剥離を防止するために、電解質シートの表面にアンカー効果を付与する適度の表面粗さをもたせることが好ましい。
5. Preparation of Electrolyte-Supported Cell and Electrolyte-Supported Half Cell Conventional methods can be used to obtain an SOFC-supported cell for SOFC using the cubic zirconia sheet of the present invention as an electrolyte. That is, a fuel electrode is formed on one surface of the zirconia sheet, an air electrode is formed on the other surface, and, if necessary, in order to prevent a reaction between the electrolyte material and the fuel electrode material or the air electrode material, An intermediate layer is formed on one or both sides. Therefore, in order to increase the bonding strength between the electrolyte sheet and the fuel electrode, air electrode, or intermediate layer and prevent peeling from the electrolyte, it is preferable to provide the surface of the electrolyte sheet with an appropriate surface roughness that imparts an anchor effect.

燃料極材料としては、一般的に、Ni、Co、Ru等と安定化ジルコニアおよびセリア酸化物のサーメットが好適に使用される。特に好ましくは、Niと9〜12モル%スカンジア安定化ジルコニアからなるサーメットである。これら燃料極材料を、エチルセルロース等のバインダー、α−テルピネオール等の溶剤とともに混練して燃料極ペーストとするか、或いはミリングして燃料極スラリーとし、これをスクリーン印刷法、コーティング法等で被覆・乾燥後、1200〜1400℃で焼成して電解質シートの一方の面上に燃料極を形成して電解質支持型ハーフセルを作製する。   As the fuel electrode material, generally, cermets of Ni, Co, Ru, etc., stabilized zirconia, and ceria oxide are preferably used. Particularly preferred is a cermet comprising Ni and 9 to 12 mol% scandia-stabilized zirconia. These fuel electrode materials are kneaded with a binder such as ethyl cellulose and a solvent such as α-terpineol to form a fuel electrode paste, or milled to form a fuel electrode slurry, which is coated and dried by a screen printing method, a coating method, or the like. Then, it bakes at 1200-1400 degreeC, a fuel electrode is formed on one surface of an electrolyte sheet, and an electrolyte support type half cell is produced.

空気極材料としては、LaMnO、LaCoOやLaFeOを基本構造とするペロブスカイト型構造酸化物、さらには、これらペロブスカイト型構造酸化物に安定化ジルコニアおよび/またはセリア酸化物が添加された混合物を挙げることができる。特に好ましくは、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8またはLaNi0.6Fe0.4に9〜12モル%ScSZを加えた混合物が好適に使用される。上記燃料極の場合と同様に、空気極ペーストあるいは空気極スラリーを調製し、上記電解質支持型ハーフセルの燃料極と反対の面に、スクリーン印刷法、コーティング法等で被覆・乾燥後、900〜1350℃で焼成して空気極を形成して電解質支持型セルを作製する。 As an air electrode material, a perovskite structure oxide having a basic structure of LaMnO 3 , LaCoO 3 or LaFeO 3 , and a mixture obtained by adding stabilized zirconia and / or ceria oxide to these perovskite structure oxides are used. Can be mentioned. Particularly preferably, a mixture obtained by adding 9 to 12 mol% ScSZ to La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 or LaNi 0.6 Fe 0.4 O 3 is suitably used. . As in the case of the fuel electrode, an air electrode paste or an air electrode slurry is prepared, and the surface opposite to the fuel electrode of the electrolyte-supporting half cell is coated and dried by a screen printing method, a coating method, etc., and then 900 to 1350 An electrolyte-supported cell is fabricated by firing at 0 ° C. to form an air electrode.

燃料極と空気極の形成の順序は特には限定されるものではない。また、固体電解質と空気極との間に、これらの固相反応防止のために、上記セリア酸化物からなる中間層を形成していてもよい。さらには、燃料極の上に燃料極コンタクト層や、空気極の上に空気極コンタクト層を形成してもよい。   The order of formation of the fuel electrode and the air electrode is not particularly limited. Further, an intermediate layer made of the above ceria oxide may be formed between the solid electrolyte and the air electrode in order to prevent these solid phase reactions. Furthermore, a fuel electrode contact layer may be formed on the fuel electrode, and an air electrode contact layer may be formed on the air electrode.

6.電解質支持型ハーフセルの評価試験
本発明の電解質シートを用いた電解質支持型セル(ESC)の酸化・還元試験と酸化試験は、ESCをスタッキングした実機レベルのスタック発電装置の中で実施するのが好ましい。しかしながら、本発明では、電解質シートの一方の面に燃料極が、他方の面に空気極が形成されたESCよりも、電解質シートの割れ・クラックの発生状況をより正確に確認できる他方の面がジルコニアシートのままである電解質支持型ハーフセル(ESHC)で代用した。また、酸化・還元試験と酸化試験もSOFCシステムの実機に即した条件で行うことが好ましいが、簡便な方法でより過酷な条件によって電解質シートに与える影響を促進できる条件を選択することが好ましい。そこで、評価に供するESHCは、単なる評価用の小型テストピースでなく実機レベルの寸法のものである。
6). Evaluation Test of Electrolyte-Supported Half Cell It is preferable that the oxidation / reduction test and the oxidation test of the electrolyte-supported cell (ESC) using the electrolyte sheet of the present invention are carried out in a stack power generator of an actual machine level in which ESCs are stacked. . However, in the present invention, the other surface on which the occurrence of cracks / cracks in the electrolyte sheet can be confirmed more accurately than the ESC in which the fuel electrode is formed on one surface of the electrolyte sheet and the air electrode is formed on the other surface. An electrolyte-supported half cell (ESHC) that remained as a zirconia sheet was substituted. In addition, the oxidation / reduction test and the oxidation test are preferably performed under conditions suitable for the actual machine of the SOFC system, but it is preferable to select conditions that can promote the influence on the electrolyte sheet by more severe conditions by a simple method. Therefore, the ESHC used for evaluation is not a small test piece for evaluation, but has a size of an actual machine level.

具体的な試験方法として、実機レベルの寸法のESHCを700〜900℃で保持しながら燃料極を酸化雰囲気と還元雰囲気に繰り返し晒すこと、燃料極を急激に酸化雰囲気に晒すことができる図20の試験装置の模式図に示すようなマニホードにハーフセルを組み込んで、燃料極に水素などを導入して還元性雰囲気に晒した後、空気などを導入して酸化性雰囲気に晒す方法が例示される。この場合、水素等と空気等が直接混じり合わないように、窒素などの不活性ガスの導入や減圧による排気することが好ましい。   As a specific test method, it is possible to repeatedly expose the fuel electrode to an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere while maintaining the ESHC of the actual machine level at 700 to 900 ° C., and to rapidly expose the fuel electrode to the oxidizing atmosphere of FIG. A method of incorporating a half cell into a manifold as shown in the schematic diagram of the test apparatus, introducing hydrogen or the like into the fuel electrode and exposing it to a reducing atmosphere, and then introducing air or the like and exposing it to an oxidizing atmosphere is exemplified. In this case, it is preferable to exhaust by introducing an inert gas such as nitrogen or reducing the pressure so that hydrogen or the like does not directly mix with air or the like.

また、空気極が形成されていない側はガスを導入する必要はなく、図20に示す上側マニホールド(H)は配置してもしなくても良い。上記試験は各5枚のESHCについて実施し、各試験後の電解質シートの割れ・クラックの発生状況は、空気極が形成されていない電解質シート表面、特に周縁部は内周縁と外周縁に分けて目視や染色試験で観察され、一箇所でも割れ・クラックが認められたものは、そのESHCは割れ・クラック有りと判定した。   Further, it is not necessary to introduce gas to the side where the air electrode is not formed, and the upper manifold (H) shown in FIG. The above test was conducted for each of five ESHCs, and the state of occurrence of cracks / cracks in the electrolyte sheet after each test was determined by dividing the surface of the electrolyte sheet on which the air electrode was not formed, particularly the peripheral part into an inner peripheral edge and an outer peripheral edge. Those that were observed visually or by a dyeing test and were found to be cracked or cracked even at one location were judged to have an ESHC cracked or cracked.

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and may be appropriately modified and implemented within a range that can meet the purpose described above and below. All of which are within the scope of the present invention.

(i)ジルコニアグリーンシート作製
(立方晶系ジルコニアグリーンシートの作製)
市販の10モル%スカンジア1モル%セリアで安定化されたScCeSZ粉末(第一稀元素化学工業製、商品名「10Sc1CeSZ」、比表面積:11m/g、D50:0.6μm)を炉芯管材質がアルミナのロータリーキルンを用いて1200℃の温度で熱処理した後、ビーズミルで粉砕し、比表面積:9m/g、D50:0.5μmのScCeSZ粉末を調製した。
(I) Preparation of zirconia green sheet (production of cubic zirconia green sheet)
A commercially available ScCeSZ powder stabilized with 1 mol% scandia 1 mol% ceria (manufactured by Daiichi Elemental Chemicals, trade name “10Sc1CeSZ”, specific surface area: 11 m 2 / g, D 50 : 0.6 μm) After heat-treating at a temperature of 1200 ° C. using a rotary kiln made of alumina, a ScCeSZ powder having a specific surface area of 9 m 2 / g and D 50 of 0.5 μm was prepared.

原料粉末として上記ScCeSZ粉末100質量部に対して、溶媒としてトルエン60質量部、および分散剤としてソルビタン脂肪酸エステル系界面活性剤1.5量部からなる混合物を、ボールミルにより粉砕しつつ混合した。当該混合物へ、バインダーとしてメタクリレート系共重合体(数平均分子量:55000、ガラス転移温度:−8℃、固形分濃度:50質量%)を固形分濃度で14質量部、可塑剤としてジブチルフタレート2質量部を添加し、ボールミルにより20時間混合してスラリーとした。得られたスラリーを濃縮脱泡することにより、25℃での粘度を2〜13Pa・sに調整し、塗工用スラリーとした。   A mixture of 60 parts by mass of toluene as a solvent and 1.5 parts by mass of a sorbitan fatty acid ester surfactant as a dispersant was mixed with 100 parts by mass of the ScCeSZ powder as a raw material powder while being pulverized by a ball mill. To the mixture, a methacrylate copolymer (number average molecular weight: 55000, glass transition temperature: −8 ° C., solid content concentration: 50 mass%) as a binder is 14 mass parts as a solid content concentration, and dibutyl phthalate is 2 mass as a plasticizer. Part was added and mixed with a ball mill for 20 hours to form a slurry. By concentrating and defoaming the obtained slurry, the viscosity at 25 ° C. was adjusted to 2 to 13 Pa · s to obtain a coating slurry.

上記各塗工用スラリーを、ドクターブレード法により0.2m/分の速度で走行しているPETフィルム上に塗工した。当該PETフィルムを、50℃、80℃および110℃の3つの温度域を有する乾燥機中に通過させた後、スリッターで切断し、幅150mm、長さ60mで厚さが約40、80μmと120μmの長尺グリーンテープを得た。   Each of the coating slurries was coated on a PET film running at a speed of 0.2 m / min by the doctor blade method. The PET film is passed through a dryer having three temperature ranges of 50 ° C., 80 ° C., and 110 ° C., and then cut with a slitter. The width is 150 mm, the length is 60 m, and the thickness is about 40, 80 μm and 120 μm. The long green tape was obtained.

得られたグリーンテープを、外径が約120mm、内径が約20μmで厚さが120μmの一体化グリーンシートを形成できるように立方晶系ジルコニアの所定の形状に、金型を用いてドーナツ状に切断して立方晶系ジルコニアグリーンシートを作製した。   The obtained green tape is formed into a predetermined shape of cubic zirconia so that an integrated green sheet having an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 20 μm, and a thickness of 120 μm can be formed. Cubic zirconia green sheets were prepared by cutting.

(正方晶系ジルコニアグリーンシートの作製)
市販の3モル%YSZ粉末(第一稀元素化学工業製、商品名「HSY−3」、比表面積:9m/g、D50:0.5μm)を用いて、前記立方晶系ジルコニアグリーンシートの作製の時と同様にスラリー調製、テープ成形して幅150mm、長さ40mで厚さが約40、80μmと120μmの長尺グリーンテープを得た。
(Preparation of tetragonal zirconia green sheet)
Using a commercially available 3 mol% YSZ powder (manufactured by Daiichi rare element chemical industry, trade name “HSY-3”, specific surface area: 9 m 2 / g, D 50 : 0.5 μm), the cubic zirconia green sheet In the same manner as in the preparation of the above, slurry preparation and tape molding were performed to obtain long green tapes having a width of 150 mm, a length of 40 m, and a thickness of about 40, 80 μm and 120 μm.

さらに、前記立方晶系ジルコニアグリーンシートの作製と同様にして得られたグリーンテープを、外径が約120mm、内径が約20μmで厚さが120μmの一体化グリーンシートを形成できるように正方晶系ジルコニアの所定の形状に、金型を用いてリング状や円弧状に切断して正方晶系ジルコニアグリーンシートを作製した。   Further, the green tape obtained in the same manner as the production of the cubic zirconia green sheet is tetragonal so that an integrated green sheet having an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 20 μm and a thickness of 120 μm can be formed. A tetragonal zirconia green sheet was produced by cutting the zirconia into a predetermined shape of zirconia into a ring shape or an arc shape using a mold.

(ii)一体化グリーンシート作製
(図4の一体化グリーンシートの作製)
外径が約110mm、内径が約30μmのドーナツ状に切断した厚さが約120μmの立方晶系ジルコニアグリーンシートの外周縁に、外径が約120mm、内径が約110μmリング状に切断した厚さ120μmの正方晶系ジルコニアグリーンシートと、内周縁に外径が約30mm、内径が約20mmリング状に切断した厚さが約120μmの正方晶系ジルコニアグリーンシートをはめ込み、その上下面に離型処理したPETフィルムを配置して外径が120mmで内径が20mmの型に入れて35℃の温度範囲で保持しながら、40MPaで20秒間加圧して図4の構成の一体化グリーンシートAgを作製した。
(Ii) Production of integrated green sheet (production of integrated green sheet in FIG. 4)
Thickness cut into a ring shape with an outer diameter of about 120 mm and an inner diameter of about 110 μm on the outer peripheral edge of a cubic zirconia green sheet having an outer diameter of about 110 mm and an inner diameter of about 30 μm cut into a donut shape. A 120 μm tetragonal zirconia green sheet and a tetragonal zirconia green sheet with an outer diameter of about 30 mm and an inner diameter of about 20 mm cut into a ring shape on the inner periphery are fitted into a ring shape, and release treatment is performed on the upper and lower surfaces thereof. The PET film was placed and placed in a mold having an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 20 mm and held at a temperature range of 35 ° C., and was pressed at 40 MPa for 20 seconds to produce an integrated green sheet Ag having the configuration of FIG. .

(図7の一体化グリーンシートの作製)
外径が約120mm、内径が約30mmで厚さ約80μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートの一方の面に、中心点が一致するように外径が約110mm、内径が約30mmで厚さ約40μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートを配置した。このグリーンシートの外周縁に外径が約120mm、内径が約110mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートと、内周縁に外径が30mmで内径が約20mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートをはめ込み、前記と同様にその上下面にPETフィルムを配置して外径が120mmで内径が20mmの型に入れて加圧して図7の構成の2層構造の一体化グリーンシートDgを作製した。
(Production of integrated green sheet in FIG. 7)
The outer diameter is about 110 mm and the inner diameter is about 30 mm so that the center point coincides with one surface of a doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 30 mm, and a thickness of about 80 μm. A doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having a thickness of about 40 μm was arranged. This green sheet has a ring-shaped tetragonal zirconia green sheet with an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 110 mm and a thickness of about 40 μm, and an inner circumference with an outer diameter of 30 mm and an inner diameter of about 20 mm. A ring-shaped tetragonal zirconia green sheet having a diameter of 40 μm is fitted, and PET films are arranged on the upper and lower surfaces in the same manner as described above, put into a mold having an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 20 mm, and pressurized to form 2 in the configuration of FIG. An integrated green sheet Dg having a layer structure was produced.

(図8の一体化グリーンシートの作製)
外径が約120mm、内径が約30mmで厚さ約40μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートの両方の面に、中心点が一致するように外径が約110mm、内径が約30mmで厚さ約40μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートを配置した。このグリーンシートの両面の外周縁に外径が約120mm、内径が約110mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートと、内周縁に外径が約30mm、内径が約20mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートをはめ込み、前記と同様にその上下面にPETフィルムを配置して外径が120mmで内径が20mmの型に入れて加圧して図8の構成の3層構造の一体化グリーンシートEgを作製した。
(Preparation of integrated green sheet in FIG. 8)
The outer diameter is about 110 mm and the inner diameter is about 30 mm so that the center point coincides with both faces of a doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 30 mm and a thickness of about 40 μm. A doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having a thickness of about 40 μm was arranged. A ring-shaped tetragonal zirconia green sheet having an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 110 mm, and a thickness of about 40 μm on the outer peripheral edges of both sides of the green sheet, and an inner diameter of about 30 mm and an inner diameter of about 20 mm. A ring-shaped tetragonal zirconia green sheet having a thickness of about 40 μm is fitted, and PET films are arranged on the upper and lower surfaces in the same manner as described above, placed in a mold having an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 20 mm, and pressurized to obtain the one shown in FIG. An integrated green sheet Eg having a three-layer structure was produced.

(図9の一体化グリーンシートの作製)
外径が約120mmで4箇所に約10mm幅の円弧状の切込みがあり、内径が約30mmで厚さ約120μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートの外周縁の円弧状切込み箇所に、外径が約120mm、内径が約110μmで厚さ約120μmの円弧状に切断した正方晶系ジルコニアグリーンシートと、内周縁に外径が約30mm、内径が約20mmで厚さ約120μmリング状に切断した正方晶系ジルコニアグリーンシートをはめ込み、その上下面に離型処理したPETフィルムを配置して外径が120mmで内径が20mmの型に入れて35℃の温度範囲で保持しながら、40MPaで20秒間加圧して図9の構成の一体化グリーンシートFgを作製した。
(Production of integrated green sheet in FIG. 9)
There are arc-shaped cuts with an outer diameter of about 120 mm and four arcs with a width of about 10 mm, and the outer periphery of the doughnut-shaped cubic zirconia green sheet with an inner diameter of about 30 mm and a thickness of about 120 μm A tetragonal zirconia green sheet with a diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 110 μm, and a thickness of about 120 μm, and an inner periphery with an outer diameter of about 30 mm, an inner diameter of about 20 mm, and a thickness of about 120 μm. The tetragonal zirconia green sheet was inserted, and the PET film subjected to the mold release treatment was placed on the upper and lower surfaces thereof, placed in a mold having an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 20 mm, and kept at a temperature range of 35 ° C. The integrated green sheet Fg of the structure of FIG. 9 was produced by pressurizing for 2 seconds.

(図12の一体化グリーンシートの作製)
外径が約110mm、内径が約20mmで厚さ約80μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートの一方の面に、中心点が一致するように外径が約110mm、内径が約30mmで厚さ約40μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートを配置した。このグリーンシートの外周縁に外径が約120mm、内径が約110mmで厚さ約120μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートと、内周縁に外径が約30mm、内径が約20mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートをはめ込み、前記と同様にその上下面にPETフィルムを配置して外径が120mmで内径が20mmの型に入れて加圧して図12の構成の2層構造の一体化グリーンシートIgを作製した。
(Preparation of integrated green sheet in FIG. 12)
Thickness with an outer diameter of about 110 mm and an inner diameter of about 30 mm so that the center point coincides with one surface of a doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having an outer diameter of about 110 mm, an inner diameter of about 20 mm, and a thickness of about 80 μm. A doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having a thickness of about 40 μm was arranged. A ring-shaped tetragonal zirconia green sheet having an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 110 mm, and a thickness of about 120 μm at the outer peripheral edge of the green sheet, and an outer diameter of about 30 mm and an inner diameter of about 20 mm at the inner peripheral edge. A ring-shaped tetragonal zirconia green sheet having a diameter of about 40 μm is fitted, and a PET film is arranged on the upper and lower surfaces in the same manner as described above, put into a mold having an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 20 mm, and pressurized to form the structure shown in FIG. An integrated green sheet Ig having a two-layer structure was produced.

(図13の一体化グリーンシートの作製)
外径が約120mm、内径が約20mmで厚さ約80μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートの一方の面に、中心点が一致するように外径が約110mm、内径が約30mmで厚さ約40μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートを配置した。このグリーンシートの外周縁に外径が約120mm、内径が約110mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートと、内周縁に外径が約30mm、内径が約20mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートをはめ込み、前記と同様にその上下面にPETフィルムを配置して外径が120mmで内径が20mmの型に入れて加圧して図13の構成の2層構造の一体化グリーンシートJgを作製した。
(Preparation of integrated green sheet in FIG. 13)
Thickness with an outer diameter of about 110 mm and an inner diameter of about 30 mm so that the center point coincides with one surface of a doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 20 mm, and a thickness of about 80 μm. A doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having a thickness of about 40 μm was arranged. This green sheet has a ring-shaped tetragonal zirconia green sheet with an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 110 mm and a thickness of about 40 μm, and an inner circumference with an outer diameter of about 30 mm and an inner diameter of about 20 mm. A ring-shaped tetragonal zirconia green sheet of about 40 μm is fitted, and PET films are arranged on the upper and lower surfaces thereof in the same manner as described above, put in a mold having an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 20 mm, and pressurized to form the structure shown in FIG. An integrated green sheet Jg having a two-layer structure was produced.

(図16の一体化グリーンシートの作製)
外径が約110mm、内径が約20mmで厚さ約40μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートの両方の面に、中心点が一致するように外径が約110mm、内径が約30mmで厚さ約40μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートを配置した。このグリーンシートの外周縁に外径が約120mm、内径が約110mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートと、内周縁に外径が約30mm、内径が約20mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートをはめ込み、前記と同様にその上下面にPETフィルムを配置して外径が120mmで内径が20mmの型に入れて加圧して図16の構成の3層構造の一体化グリーンシートMgを作製した。
(Preparation of integrated green sheet in FIG. 16)
The outer diameter is about 110 mm and the inner diameter is about 30 mm so that the center point coincides with both faces of a doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having an outer diameter of about 110 mm, an inner diameter of about 20 mm, and a thickness of about 40 μm. A doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having a thickness of about 40 μm was arranged. This green sheet has a ring-shaped tetragonal zirconia green sheet with an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 110 mm and a thickness of about 40 μm, and an inner circumference with an outer diameter of about 30 mm and an inner diameter of about 20 mm. A ring-shaped tetragonal zirconia green sheet having a diameter of about 40 μm is fitted, and PET films are arranged on the upper and lower surfaces in the same manner as described above, put into a mold having an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 20 mm, and pressurized to form the structure shown in FIG. An integrated green sheet Mg having a three-layer structure was produced.

(図17の一体化グリーンシートの作製)
外径が約120mm、内径が約20mmで厚さ約40μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートの両方の面に、中心点が一致するように外径が約110mm、内径が約30mmで厚さ約40μmのドーナツ状の立方晶系ジルコニアグリーンシートを配置した。このグリーンシートの外周縁に外径が約120mm、内径が約110mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートと、内周縁に外径が約30mm、内径が約20mmで厚さ約40μmのリング状の正方晶系ジルコニアグリーンシートをはめ込み、前記と同様にその上下面にPETフィルムを配置して外径が120mmで内径が20mmの型に入れて加圧して図17の構成の3層構造の一体化グリーンシートNgを作製した。
(Preparation of integrated green sheet in FIG. 17)
The outer diameter is about 110 mm and the inner diameter is about 30 mm so that the center point coincides with both faces of a doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 20 mm, and a thickness of about 40 μm. A doughnut-shaped cubic zirconia green sheet having a thickness of about 40 μm was arranged. This green sheet has a ring-shaped tetragonal zirconia green sheet with an outer diameter of about 120 mm, an inner diameter of about 110 mm and a thickness of about 40 μm, and an inner circumference with an outer diameter of about 30 mm and an inner diameter of about 20 mm. A ring-shaped tetragonal zirconia green sheet having a diameter of about 40 μm is fitted, and a PET film is arranged on the upper and lower surfaces thereof in the same manner as described above, placed in a mold having an outer diameter of 120 mm and an inner diameter of 20 mm, and pressurized to form the structure shown in FIG. An integrated green sheet Ng having a three-layer structure was produced.

(iii)一体化グリーンシート焼成
一辺150mm角のアルミナ多孔質シート(気孔率:45%,厚さ:0.2mm)を2枚重ね、その上に前記のように作製した一体化グリーンシートAg〜Ngを1枚載置し、さらにその上にスペーサーとして多孔質シートを載置し、さらに一体化グリーンシートと多孔質シートを交互に3枚ずつ重ねて積層体とした。この積層体を焼成用棚板(厚さ20mm,400mm×400mm)の上に4セット載置し、各積層体の最上部に、ムライト・アルミナ製の重し用治具(気孔率:60%,嵩比重:1.3)を載せた。大気雰囲気下、1420℃で3時間焼結することにより、外径が約100mm、内径約18mmで、厚さが約100μmの周縁部の少なくとも1部が主として正方晶系ジルコニアである立方晶系ジルコニアの薄膜電解質シートAs〜Nsを各64枚作製した。
(Iii) Integrated green sheet firing Two sheets of 150 mm square alumina porous sheets (porosity: 45%, thickness: 0.2 mm) are stacked on top of each other, and the integrated green sheets Ag ~ One piece of Ng was placed thereon, and a porous sheet was placed thereon as a spacer, and three integrated green sheets and porous sheets were alternately stacked to form a laminate. Four sets of this laminate are placed on a baking shelf (thickness 20 mm, 400 mm × 400 mm), and a mullite / alumina weight jig (porosity: 60%) is placed on the top of each laminate. , Bulk specific gravity: 1.3). Cubic zirconia having an outer diameter of about 100 mm, an inner diameter of about 18 mm, and a thickness of about 100 μm, at least one part of which is mainly tetragonal zirconia by sintering in air at 1420 ° C. for 3 hours. 64 thin film electrolyte sheets As to Ns were prepared.

また、外径が約120mm、内径が約20μmのドーナツ状に切断した厚さが約120μmの立方晶系ジルコニアグリーンシートRgも同様に焼成し、正方晶系ジルコニアを含まない薄膜立方晶系ジルコニアシートRsを32枚作製した。   In addition, a cubic zirconia green sheet Rg having an outer diameter of about 120 mm and an inner diameter of about 20 μm cut into a donut shape is fired in the same manner, and a thin film cubic zirconia sheet containing no tetragonal zirconia Thirty-two Rs were produced.

(iv)立方晶系ジルコニアの薄膜電解質シートの物性
本発明の周縁部の少なくとも1部が主として正方晶系ジルコニアである立方晶系ジルコニアの薄膜電解質シートAs〜Nsと、比較用の立方晶系ジルコニアの薄膜電解質シートRsの相対密度、厚さを測定した。相対密度は任意の10枚のシートをアルキメデス法で密度を測定し3YSZと10Sc1CeSZの理論密度から算出した。
(Iv) Physical Properties of Cubic Zirconia Thin Film Electrolyte Sheets Cubic Zirconia Thin Film Electrolyte Sheets As to Ns in which at least one part of the peripheral edge of the present invention is mainly tetragonal zirconia, and comparative cubic zirconia The relative density and thickness of the thin film electrolyte sheet Rs were measured. The relative density was calculated from the theoretical density of 3YSZ and 10Sc1CeSZ by measuring the density of any 10 sheets by the Archimedes method.

さらに、相対密度を測定した任意の10枚のシートについて、立方晶系ジルコニアと正方晶系ジルコニアの平面方向の領域の長さと断面の厚さ方向の領域の長さをマイクロメータで測定し、その割合の平均値を算出した。なお、正方晶系ジルコニアである平面方向の領域の長さと厚さ方向の領域は、一体化グリーンシート中の立方晶系ジルコニアグリーンシートと正方晶系ジルコニアグリーンシートとの界面に溝状の印を付け、焼成後のジルコニアシートに認められる溝の位置を立方晶系ジルコニアと正方晶系ジルコニアの境界とした。結果を表1に示す。   Further, for any 10 sheets whose relative density was measured, the length of the region in the plane direction of cubic zirconia and tetragonal zirconia and the length of the region in the thickness direction of the cross section were measured with a micrometer. The average value of the ratio was calculated. In addition, the length of the region in the planar direction and the region in the thickness direction of the tetragonal zirconia are indicated by a groove-like mark at the interface between the cubic zirconia green sheet and the tetragonal zirconia green sheet in the integrated green sheet. The position of the groove observed in the zirconia sheet after the baking was defined as the boundary between cubic zirconia and tetragonal zirconia. The results are shown in Table 1.

(v)電解質支持型ハーフセルの作製
前記電解質シートAs〜NsとRsを用い、各電解質シートの一方の面に燃料極を形成して電解質支持型ハーフセル(ESHC)を20枚作製した。詳しくは、各電解質シートの一方の面に、塩基性炭酸ニッケルを熱分解して得た平均粒子径0.9μmの酸化ニッケル粉末60質量部と市販の8YSZ系粉末(第一稀元素社製)40質量部とからなる燃料極ペーストを、スクリーン印刷で各電解質シートの外周縁から5mm幅と内周縁から5mm幅の周縁部を除いて塗布し、乾燥させた。次いで、1350℃で2時間焼成して燃料極層の厚さが約40μmのESHC(Ahc〜Nhc、Rhc)を各32枚作製した。また、ESHCの電解質シート側の面に、市販のストロンチウムドープドランタンマンガネート(La0.6Sr0.4MnO)粉末80質量部と市販の20モル%ガドリニアドープセリア粉末20質量部とからなる空気極ペーストを、燃料極ペーストの場合と同様にスクリーン印刷で塗布し、乾燥させた。次いで、1300℃で3時間焼成して、空気極層の厚さが約30μmのESCを各16枚作製した。
(V) Production of Electrolyte-Supported Half Cell Using the electrolyte sheets As to Ns and Rs, a fuel electrode was formed on one surface of each electrolyte sheet to produce 20 electrolyte-supported half cells (ESHC). Specifically, on one surface of each electrolyte sheet, 60 parts by mass of nickel oxide powder having an average particle size of 0.9 μm obtained by thermally decomposing basic nickel carbonate and a commercially available 8YSZ-based powder (manufactured by Daiichi Rare Element Co., Ltd.) A fuel electrode paste composed of 40 parts by mass was applied by screen printing except for a peripheral part having a width of 5 mm from the outer peripheral edge and a peripheral edge of 5 mm from the inner peripheral edge, and dried. Next, it was calcined at 1350 ° C. for 2 hours to produce 32 pieces of ESHC (Ahc to Nhc, Rhc) each having a fuel electrode layer thickness of about 40 μm. Further, on the surface of the ESHC electrolyte sheet, from 80 parts by mass of commercially available strontium-doped lanthanum manganate (La 0.6 Sr 0.4 MnO 3 ) powder and 20 parts by mass of commercially available 20 mol% gadolinia-doped ceria powder. The resulting air electrode paste was applied by screen printing in the same manner as the fuel electrode paste, and dried. Subsequently, it fired at 1300 degreeC for 3 hours, and produced each 16 pieces of ESC whose thickness of an air electrode layer is about 30 micrometers.

(vi)電解質支持型ハーフセルの酸化・還元試験
前記ESHC(Ahc〜Nhc、Rhc)を用い、図20の酸化・還元試験と酸化試験用装置の模式図にあるように、セルを水平に保持できるアルミナ製の下側マニホールド(I)に燃料極が下になるように電解質周縁部を固定し、上側マニホールド(H)を載置した。下側マニホールドのガス導入管(J)から750mL/分の水素を導入しながら800℃まで昇温して燃料極を還元雰囲気下で1時間保持した後に水素を停止し、1500mL/分の空気を導入して燃料極を酸化雰囲気下で1時間保持した。これを交互に合計5回繰り返す酸化・還元試験を5枚のESHCを用いて行った。なお、空気と水素のガス切換え時には窒素を流し、直接空気と水素が混じり合わないようにした。その後、室温まで冷却してから上側マニホールド(H)を外して、当該ハーフセル上面側の電解質シートの割れ・クラックの発生状況を目視観察で確認した。なお、電解質周縁部は耐熱性のシリコーン系接着シール剤(スリーボンド社製)を用いて下側マニホールドに固定した。結果を表1に示す。
(Vi) Oxidation / Reduction Test of Electrolyte-Supported Half Cell Using the ESHC (Ahc to Nhc, Rhc), the cell can be held horizontally as shown in the schematic diagram of the oxidation / reduction test and oxidation test apparatus in FIG. The peripheral edge of the electrolyte was fixed to the lower manifold (I) made of alumina so that the fuel electrode was below, and the upper manifold (H) was mounted. While introducing 750 mL / min of hydrogen from the gas inlet pipe (J) of the lower manifold, the temperature was raised to 800 ° C. and the fuel electrode was held in a reducing atmosphere for 1 hour. Then, the hydrogen was stopped and air of 1500 mL / min was supplied. The fuel electrode was introduced and held in an oxidizing atmosphere for 1 hour. This oxidation / reduction test was repeated 5 times in total using 5 ESHCs. Nitrogen was flown at the time of gas switching between air and hydrogen so that air and hydrogen were not mixed directly. Then, after cooling to room temperature, the upper manifold (H) was removed, and the occurrence of cracks / cracks in the electrolyte sheet on the upper surface side of the half cell was confirmed by visual observation. The peripheral edge of the electrolyte was fixed to the lower manifold using a heat-resistant silicone adhesive sealant (manufactured by ThreeBond). The results are shown in Table 1.

(vii)電解質支持型ハーフセルの酸化試験
前記ESHC(Ahc〜Nhc、Rhc)を用い、酸化・還元試験と同様にして下側マニホールドに燃料極が下になるように電解質周縁部を固定し、上側マニホールドを載置した。下側マニホールドのガス導入管(J)から750mL/分の水素を導入しながら800℃まで昇温して燃料極を還元雰囲気下で1時間保持した後に水素を停止し、下側マニホールド内を減圧して水素をガス排出管(K)からすばやく排出後に、1500mL/分の空気を導入して燃料極を酸化雰囲気下で1時間保持する酸化試験を5枚のESHCを用いて行った。なお、水素を停止後、その後室温まで冷却してから上側マニホールド(H)を外して、当該ハーフセル上面側の電解質シートの割れ・クラックの発生状況を目視観察で確認した。結果を表1に示す。
(Vii) Oxidation test of electrolyte-supported half-cell Using ESHC (Ahc to Nhc, Rhc), the periphery of the electrolyte was fixed to the lower manifold in the same manner as in the oxidation / reduction test. A manifold was placed. While introducing 750 mL / min of hydrogen from the gas inlet pipe (J) of the lower manifold, the temperature was raised to 800 ° C. and the fuel electrode was held in a reducing atmosphere for 1 hour, after which hydrogen was stopped and the pressure in the lower manifold was reduced. Then, after the hydrogen was quickly discharged from the gas discharge pipe (K), an oxidation test was performed using five ESHCs by introducing 1500 mL / min of air and holding the fuel electrode in an oxidizing atmosphere for 1 hour. In addition, after stopping hydrogen, it cooled to room temperature after that, the upper manifold (H) was removed, and the cracking state of the electrolyte sheet on the upper surface side of the half cell was confirmed by visual observation. The results are shown in Table 1.

表1から、本発明の薄膜電解質シートを用いた実機レベルの寸法のESHCは、酸化・還元雰囲気に繰り返し晒されたり、急激に酸化雰囲気に晒される過酷な設定条件下でも割れやクラックの発生が低減されている。一方、周縁部が正方晶系ジルコニアでフレーム化されていない単に立方晶系の薄膜ジルコニアシートを用いたESHCは、ほとんどすべてのESHCに割れ・クラックが認められた。   From Table 1, ESHC of actual machine level using the thin film electrolyte sheet of the present invention is repeatedly exposed to an oxidizing / reducing atmosphere, or cracks and cracks are generated even under severe setting conditions where it is rapidly exposed to an oxidizing atmosphere. Has been reduced. On the other hand, almost all ESHC cracks were observed in the ESHC using a simple cubic zirconia sheet whose peripheral part was not framed with tetragonal zirconia.

Figure 2014191944
Figure 2014191944

本発明の固体酸化物形燃料電池用の薄膜立方晶系ジルコニアシートは、市場要望の薄膜化に対応するものであり、特に、電解質支持型セルが繰り返し酸化・還元雰囲気に晒された時や急に酸化雰囲気に晒された場合にも割れやクラックの発生が低減されるので、厚さが50μm以上180μm以下の信頼性に優れた立方晶系ジルコニアシートを提供するものである。   The thin-film cubic zirconia sheet for solid oxide fuel cells of the present invention responds to market demands for thin films, particularly when an electrolyte-supported cell is repeatedly exposed to an oxidizing / reducing atmosphere or suddenly. Since the occurrence of cracks and cracks is reduced even when exposed to an oxidizing atmosphere, a cubic zirconia sheet having a thickness of 50 μm or more and 180 μm or less and excellent reliability is provided.

Claims (5)

固体酸化物形燃料電池用の電解質シートであって、
当該シート平面内に少なくとも1つ以上の穴を有し、
当該シート厚さは50μm以上180μm以下の範囲の均一な厚さであり、
当該シートの結晶構造が主として立方晶系ジルコニアであり、当該シートの周縁部の少なくとも一部が主として正方晶系ジルコニアである
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池用薄膜電解質シート。
An electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell,
Having at least one hole in the sheet plane;
The sheet thickness is a uniform thickness in the range of 50 μm to 180 μm,
A thin film electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell, wherein the crystal structure of the sheet is mainly cubic zirconia, and at least a part of the peripheral edge of the sheet is mainly tetragonal zirconia.
前記シートの主として正方晶系ジルコニアである領域が、
少なくとも一方のシート平面において、周縁端と周縁端から多くとも10mm内側の範囲の領域であり、且つ、外周縁と内周縁の少なくとも1つの厚さ方向の断面において、該厚さの50%〜100%の範囲の領域である請求項1に記載の薄膜電解質シート。
The region of the sheet that is primarily tetragonal zirconia,
In at least one sheet plane, it is a region in the range of at least 10 mm inside from the peripheral edge and the peripheral edge, and at least one cross section in the thickness direction of the outer peripheral edge and the inner peripheral edge is 50% to 100% of the thickness The thin film electrolyte sheet according to claim 1, wherein the thin film electrolyte sheet is in a range of%.
前記シート平面内にあるすべての穴の位置は、シートの周縁端から少なくとも4mmを超える箇所に配置され、且つ、前記シート面内にあるすべての穴の総面積が、前記シートのすべての穴を含む平面面積の10%以下である請求項1または2に記載の薄膜電解質シート。   The positions of all the holes in the plane of the sheet are arranged at least 4 mm from the peripheral edge of the sheet, and the total area of all the holes in the sheet surface The thin film electrolyte sheet according to claim 1 or 2, which is 10% or less of a planar area to be included. 前記立方晶系ジルコニアは、安定化剤としてスカンジウム、イットリウム、セリウム、イッテルビウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素の酸化物を7〜15モル%含む安定化ジルコニアであり、且つ、前記正方晶系ジルコニアは、安定化剤としてスカンジウム、イットリウム、イッテルビウムからなる群より選択される少なくとも1種の元素の酸化物を3〜6モル%含む安定化ジルコニアである請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜電解質シート。   The cubic zirconia is a stabilized zirconia containing 7 to 15 mol% of an oxide of at least one element selected from the group consisting of scandium, yttrium, cerium and ytterbium as a stabilizer, and the square The crystalline zirconia is a stabilized zirconia containing 3 to 6 mol% of an oxide of at least one element selected from the group consisting of scandium, yttrium and ytterbium as a stabilizer. The thin film electrolyte sheet according to item. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電解質シートを含んだ固体酸化物形燃料電池用セル。   The cell for solid oxide fuel cells containing the electrolyte sheet of any one of Claims 1-4.
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