JP2015128024A - Method of manufacturing solid electrolyte type fuel battery - Google Patents

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雄一 草野
Yuichi Kusano
雄一 草野
坂本 禎章
Sadaaki Sakamoto
禎章 坂本
石川 達也
Tatsuya Ishikawa
石川  達也
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a solid electrolyte type fuel battery preventing variation in pressure loss at an oxidant gas flow path and a fuel gas flow path, being hard to cause degradation.SOLUTION: A method of manufacturing a solid electrolyte type fuel battery includes a lamination press-bonding step for press-bonding components of a solid electrolyte type fuel battery 100 by lamination, and a sintering step in which the components are co-sintered for integration. In the lamination press-bonding step, a flow path formation disappearance material 70 that does not substantially change in thickness at the time of press-bonding is disposed between materials 12, 52 forming side wall parts of an oxidant gas flow path 12a and a fuel gas flow path 52a. As the flow path formation disappearance material 70, a material that disappears under heating at the time of co-sintering in the sintering step is used.

Description

この発明は、固体電解質形燃料電池の製造方法に関し、詳しくは、ガス流路を有する固体電解質形燃料電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a solid oxide fuel cell, and more particularly to a method for manufacturing a solid oxide fuel cell having a gas flow path.

固体電解質形燃料電池(固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)ともいう)は、燃料極(アノード):H+O2−→HO+2e、空気極(カソード):(1/2)O+2e→O2−の反応により、電気エネルギーを取り出す装置である。電気エネルギーを連続的に取り出すため、反応を連続的に行う必要があり、そのため、アノードガスとしての燃料ガス(例えばH)およびカソードに供給されるカソードガスとしての空気(O)等の酸化剤ガスを連続して供給する。 A solid electrolyte fuel cell (also referred to as a solid oxide fuel cell (SOFC)) has a fuel electrode (anode): H 2 + O 2− → H 2 O + 2e , an air electrode (cathode): (1 / 2) A device that extracts electrical energy by the reaction of O 2 + 2e → O 2− . In order to continuously extract electric energy, it is necessary to perform the reaction continuously. Therefore, oxidation of fuel gas (for example, H 2 ) as an anode gas and air (O 2 ) as a cathode gas supplied to the cathode is performed. The agent gas is continuously supplied.

このような燃料電池では、両極にガスを供給するガス流路が必要である。ガス流路の形成方法としては、燃料電池セルを形成する各部材を積層した積層体を一体焼結させて固体電解質形燃料電池を作製する際に、ガス流路を形成する箇所にカーボン粉末からなるシートを配置して、焼成により消失させて酸化剤ガス流路および燃料ガス流路を形成することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In such a fuel cell, a gas flow path for supplying gas to both electrodes is necessary. As a method for forming a gas flow path, when a solid electrolyte fuel cell is manufactured by integrally sintering a laminate in which each member forming a fuel battery cell is laminated, carbon powder is formed at a position where the gas flow path is formed. It has been proposed to form an oxidant gas flow path and a fuel gas flow path by disposing a sheet to be eliminated by firing (see, for example, Patent Document 1).

また、連通した気孔を有する多孔質体によって流路を形成することで、燃料電池の機械的強度を高めることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, it has been proposed to increase the mechanical strength of a fuel cell by forming a flow path with a porous body having communicating pores (see, for example, Patent Document 2).

特開2009−252474号公報JP 2009-252474 A 特開2000−294267号公報JP 2000-294267 A

燃料電池において、反応速度は温度が高いほど速くなる依存性があり、また反応は発熱反応であることが知られている。したがって、燃料ガスや酸化剤ガスの供給量が、燃料電池内の位置に依存してばらつきがあると、燃料電池内部に温度ばらつきが発生する。温度ばらつきがあると、温度が高い部分ほど、早く材質の劣化が発生する。その結果、劣化していない部分が劣化部分を補う形で反応を加速するため、劣化していない部分も温度が上昇して劣化しやすくなるという劣化の連鎖が発生する。この連鎖を発生させないためには、ガスの供給量のばらつき、すなわち、流路における圧力損失のばらつきを少なくすることが重要になる。   In a fuel cell, it is known that the reaction rate has a dependency that the higher the temperature, the faster the reaction rate, and the reaction is an exothermic reaction. Accordingly, if the supply amount of the fuel gas or the oxidant gas varies depending on the position in the fuel cell, temperature variation occurs in the fuel cell. If there is temperature variation, the higher the temperature, the faster the material will deteriorate. As a result, the non-deteriorated portion compensates for the deteriorated portion to accelerate the reaction, so that a deterioration chain occurs in which the non-deteriorated portion is likely to deteriorate due to the temperature rise. In order not to generate this chain, it is important to reduce the variation in the gas supply amount, that is, the variation in the pressure loss in the flow path.

しかし、特許文献1の技術では、前記積層体はプレス成形等の方法により圧着して形成されるが、カーボン粉末からなるシートは、プレス圧によって変形が生じる場合がある。また、固体電解質形燃料電池の内部抵抗を小さくするために固体電解質層を薄くすると、前記積層体に反りが生じやすくなる。このようにして流路に形状のばらつきや変形が生じると、圧力損失にもばらつきが発生することとなる。また、特許文献2の技術では、流路に多孔質体が存在するため、燃料極および空気極におけるガスの接触効率は低下し、また、圧力損失が生じる。ここで、多孔質体の気孔径にばらつきがあると、圧力損失にばらつきが生じることとなる。   However, in the technique of Patent Document 1, the laminate is formed by press-bonding by a method such as press molding. However, a sheet made of carbon powder may be deformed by press pressure. Further, if the solid electrolyte layer is made thin in order to reduce the internal resistance of the solid oxide fuel cell, the laminate is likely to warp. When the shape variation or deformation occurs in the flow path in this way, the pressure loss also varies. Further, in the technique of Patent Document 2, since a porous body is present in the flow path, the gas contact efficiency at the fuel electrode and the air electrode is reduced, and pressure loss occurs. Here, if the pore diameter of the porous body varies, the pressure loss varies.

本発明は上記問題点を解決するものであり、酸化剤ガス流路および燃料ガス流路における圧力損失のばらつきを防ぎ、劣化を起こしにくい固体電解質形燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a method for manufacturing a solid oxide fuel cell that prevents variation in pressure loss in an oxidant gas flow channel and a fuel gas flow channel and is unlikely to cause deterioration. To do.

上記目的を達成するために、本発明の固体電解質形燃料電池の製造方法は、順に積層された空気極層、固体電解質層および燃料極層の積層体から構成される発電要素と、前記空気極層の表面に酸化剤ガスを供給するために、第1の方向に延びるように配置された、複数の酸化剤ガス流路と、前記燃料極層の表面に燃料ガスを供給するために、前記第1の方向と交差する第2の方向に延びるように配置された、複数の燃料ガス流路とを備える固体電解質形燃料電池の製造方法であって、前記固体電解質形燃料電池の構成部材を積層して圧着する積層圧着工程と、前記構成部材を共焼結することによって一体化する焼成工程とを含み、前記積層圧着工程において、実質的に圧着時に厚みが変化しない流路形成用消失材を、前記酸化剤ガス流路および前記燃料ガス流路の側壁部を形成する材料の間に配置し、前記流路形成用消失材として、前記焼成工程において共焼結時の加熱により消失する材料を用いることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to the present invention includes an air electrode layer, a solid electrolyte layer, and a stack of fuel electrode layers that are sequentially stacked, and the air electrode. A plurality of oxidant gas flow paths arranged to extend in a first direction for supplying oxidant gas to the surface of the layer; and for supplying fuel gas to the surface of the fuel electrode layer, A solid oxide fuel cell manufacturing method comprising a plurality of fuel gas passages arranged to extend in a second direction intersecting with a first direction, wherein the constituent members of the solid oxide fuel cell are A laminating material for forming a flow path, which includes a laminating and crimping step of laminating and crimping, and a firing step of integrating the constituent members by co-sintering, wherein the thickness does not substantially change during crimping in the laminating and crimping step. The oxidant gas flow path and Wherein arranged between the material forming the side wall portion of the fuel gas channel, as the channel formation loss material, characterized by using a material that disappears by heating during co-sintering in the firing step.

本発明の固体電解質形燃料電池の製造方法において、流路形成用消失材として樹脂フィルムを用いることが好ましい。   In the method for producing a solid oxide fuel cell of the present invention, it is preferable to use a resin film as the flow path forming disappearing material.

また、前記流路形成用消失材として、800℃未満の温度で消失する材料を用いることが好ましい。   Moreover, it is preferable to use a material that disappears at a temperature lower than 800 ° C. as the flow path forming disappearance material.

本発明の固体電解質形燃料電池の製造方法によれば、酸化剤ガス流路および燃料ガス流路における圧力損失のばらつきを防ぐことができ、その結果、劣化を起こしにくい固体電解質形燃料電池を提供することができる。   According to the method for manufacturing a solid oxide fuel cell of the present invention, it is possible to prevent variations in pressure loss in the oxidant gas flow channel and the fuel gas flow channel, and as a result, to provide a solid electrolyte fuel cell that is unlikely to deteriorate. can do.

この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。   The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.

図1は、本発明の固体電解質形燃料電池の製造方法によって得られる固体電解質形燃料電池の一例であって、固体電解質形燃料電池を構成する部材の積み重ねられた状態を分解して示す分解斜視図である。FIG. 1 is an example of a solid electrolyte fuel cell obtained by the method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to the present invention, and is an exploded perspective view showing an exploded state of members constituting the solid electrolyte fuel cell. FIG. 図2は、ガス流路の形成方法を説明する分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a method for forming a gas flow path. 図3は、ガス流路の形成時における流路形成用消失材の配置位置を説明する平面図である。FIG. 3 is a plan view for explaining an arrangement position of the flow path forming vanishing material when the gas flow path is formed.

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定および制限されない。なお、以下で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited or limited to the following examples. The drawings referred to below are schematically described, and the ratio of the dimensions of objects drawn in the drawings may be different from the ratio of dimensions of actual objects. The dimensional ratio of the object may be different between the drawings.

図1は、本発明の固体電解質形燃料電池の製造方法によって得られる固体電解質形燃料電池の一例であって、固体電解質形燃料電池を構成する部材の積み重ねられた状態を分解して示す分解斜視図である。   FIG. 1 is an example of a solid electrolyte fuel cell obtained by the method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to the present invention, and is an exploded perspective view showing an exploded state of members constituting the solid electrolyte fuel cell. FIG.

固体電解質形燃料電池100は、例えば、第1のセパレータ10と、発電要素30と、第2のセパレータ50とを有する。発電要素30は、順に積層された空気極層32、固体電解質層31および燃料極層33の積層体から構成される。空気極層32は空気極32aを、燃料極層33は燃料極33aを有している。第1のセパレータ10には、空気極32aに酸化剤ガスを供給するための複数の酸化剤ガス流路12aが形成されている。また、第2のセパレータ50には、燃料極33aに燃料ガスを供給するための複数の燃料ガス流路52aが形成されている。固体電解質形燃料電池100では、第1のセパレータ10と、発電要素30と、第2のセパレータ50とがこの順番で積層されている。   The solid oxide fuel cell 100 includes, for example, a first separator 10, a power generation element 30, and a second separator 50. The power generation element 30 includes a laminated body of an air electrode layer 32, a solid electrolyte layer 31, and a fuel electrode layer 33 that are sequentially stacked. The air electrode layer 32 has an air electrode 32a, and the fuel electrode layer 33 has a fuel electrode 33a. The first separator 10 is formed with a plurality of oxidant gas flow paths 12a for supplying an oxidant gas to the air electrode 32a. The second separator 50 is formed with a plurality of fuel gas passages 52a for supplying fuel gas to the fuel electrode 33a. In the solid oxide fuel cell 100, the first separator 10, the power generation element 30, and the second separator 50 are stacked in this order.

なお、本実施形態の固体電解質形燃料電池100は、発電要素30をひとつのみ有している。ただし、本発明においては、この構成に限定されない。本発明の燃料電池は、例えば、発電要素を複数有していてもよい。その場合、隣り合う発電要素は、セパレータにより隔離される。   Note that the solid oxide fuel cell 100 of this embodiment has only one power generation element 30. However, the present invention is not limited to this configuration. The fuel cell of the present invention may have, for example, a plurality of power generation elements. In that case, adjacent power generation elements are separated by a separator.

本発明の固体電解質形燃料電池の製造方法は、前記の固体電解質形燃料電池の構成部材を積層して圧着する積層圧着工程と、前記構成部材を共焼結することによって一体化する焼成工程とを含む。そして、前記積層圧着工程において、実質的に圧着時に厚みが変化しない流路形成用消失材を、酸化剤ガス流路12aおよび燃料ガス流路52aの側壁部を形成する材料の間に配置する。このとき、前記流路形成用消失材として、前記焼成工程において共焼結時の加熱により消失する材料を用いることで、酸化剤ガス流路12aおよび燃料ガス流路52aを形成する。   The method for producing a solid oxide fuel cell according to the present invention includes a lamination pressure bonding step of laminating and pressing the constituent members of the solid electrolyte fuel cell, and a firing step of integrating the constituent members by co-sintering including. And in the said lamination | stacking crimping | compression-bonding process, the loss | disappearance material for flow path formation in which thickness does not change substantially at the time of crimping | bonding is arrange | positioned between the materials which form the side wall part of the oxidizing gas flow path 12a and the fuel gas flow path 52a. At this time, the oxidant gas flow path 12a and the fuel gas flow path 52a are formed by using a material that disappears due to heating during co-sintering in the firing step as the flow path forming disappearance material.

図2は、ガス流路の形成方法を説明する分解斜視図であり、図3は、ガス流路の形成時における流路形成用消失材の配置位置を説明する平面図である。図2および図3においては、図1の固体電解質形燃料電池100における第2の流路形成部材52の燃料ガス流路52aの形成方法を例示しているが、第1の流路形成部材12の燃料ガス流路12aの形成方法も同様である。   FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining a method for forming a gas flow path, and FIG. 3 is a plan view for explaining an arrangement position of the flow path forming vanishing material when the gas flow path is formed. 2 and 3 exemplify a method of forming the fuel gas flow path 52a of the second flow path forming member 52 in the solid oxide fuel cell 100 of FIG. 1, the first flow path forming member 12 is illustrated. The method of forming the fuel gas channel 12a is the same.

図2および図3において、(a)に流路形成用消失材70、(b)および(c)に第2の流路形成部材52を示す。図2は斜視図、図3は平面図であり、各図の(a)〜(c)は、対応する部材を示している。流路形成用消失材70は、第2の流路形成部材52を構成する線状凸部52cを囲むように、燃料ガス流路52aに対応する形状となっている。流路形成用消失材70および第2の流路形成部材52を、1枚のシート状となるように組み合わせた状態の斜視図を、図2(d)に示す。この1枚のシート状となった流路形成用消失材70を含む第2の流路形成部材52のグリーンシートを、発電要素30のグリーンシートと第2のセパレータ本体51のグリーンシートとの間となるように、また、同様にして1枚のシート状としたた流路形成用消失材70を含む第1の流路形成部材12のグリーンシートを、発電要素30のグリーンシートと第1のセパレータ本体11のグリーンシートとの間となるようにして、各部材を図1に示す順に積層して圧着する。圧着後の積層体を焼成して、共焼結させることで一体化する。流路形成用消失材70は共焼結時の加熱により消失する材料を用いているので、図2(d)のシートは、焼成後には、図2(e)で示すように、流路形成部材52のみが残った状態となる。同様に、流路形成用消失材70を含む第1の流路形成部材12のグリーンシートも、流路形成部材52のみが残った状態となる。   2 and 3, (a) shows a flow path forming disappearing material 70, and (b) and (c) show a second flow path forming member 52. FIG. 2 is a perspective view, FIG. 3 is a plan view, and (a) to (c) of each figure show corresponding members. The flow path forming disappearing material 70 has a shape corresponding to the fuel gas flow path 52 a so as to surround the linear convex portion 52 c constituting the second flow path forming member 52. FIG. 2D shows a perspective view of a state in which the flow path forming disappearing material 70 and the second flow path forming member 52 are combined into a single sheet. The green sheet of the second flow path forming member 52 including the flow path forming disappearing material 70 in the form of one sheet is interposed between the green sheet of the power generation element 30 and the green sheet of the second separator body 51. In addition, the green sheet of the first flow path forming member 12 including the flow path forming disappearing material 70 that is similarly formed into a single sheet is used as the green sheet of the power generation element 30 and the first sheet. Each member is laminated and pressure-bonded in the order shown in FIG. 1 so as to be between the green sheets of the separator body 11. The laminated body after pressure bonding is fired and co-sintered to integrate. Since the flow path forming disappearance material 70 uses a material that disappears by heating during co-sintering, the sheet of FIG. 2D is formed with a flow path as shown in FIG. 2E after firing. Only the member 52 remains. Similarly, the green sheet of the first flow path forming member 12 including the flow path forming disappearing material 70 is also in a state where only the flow path forming member 52 remains.

流路形成用消失材70としては、実質的に圧着時に厚みが変化しないことが重要である。圧着時のプレス圧で厚みに実質的に変化が起こらない材料を用いると、焼成前の段階において、流路の形状に歪みやうねりが発生しにくい。このように歪み等が見られない状態で焼成することで、焼成後に形成されるガス流路を均質にすることができる。そのため、ガスを流した際の圧力損失ばらつきを小さくすることができ、燃料電池の劣化を起こりにくくすることができる。ここで、「実質的に」圧着時に厚みが変化しないとは、プレス圧による厚みの変化が±1%以内であることをいう。   It is important for the flow path forming disappearing material 70 that the thickness does not substantially change during pressure bonding. When a material that does not substantially change in thickness due to the press pressure at the time of pressure bonding is used, distortion and undulation are unlikely to occur in the shape of the flow path at the stage before firing. By firing in such a state where no distortion or the like is seen, the gas flow path formed after firing can be made homogeneous. Therefore, the pressure loss variation when the gas is flowed can be reduced, and the fuel cell can be hardly deteriorated. Here, “substantially” that the thickness does not change during pressure bonding means that the change in thickness due to the pressing pressure is within ± 1%.

流路形成用消失材70としては、樹脂フィルムを用いることが好ましい。樹脂フィルムとしては、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド等のフィルムを用いることができる。   As the flow path forming disappearing material 70, it is preferable to use a resin film. As the resin film, films such as PET (polyethylene terephthalate), polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, and polyimide can be used.

また、流路形成用消失材70としては、800℃未満の温度で消失する材料を用いることが好ましい。より好ましくは、600℃未満で消失する材料であるとよい。固体電解質形燃料電池を構成するセラミックス材料は、焼成時、800℃付近で収縮が始まる。そのため、800℃付近で流路形成用消失材70が消失していると、収縮にムラが起こりにくくなるため好ましい。   Moreover, as the flow path forming disappearing material 70, it is preferable to use a material that disappears at a temperature of less than 800 ° C. More preferably, the material disappears at less than 600 ° C. The ceramic material constituting the solid oxide fuel cell starts to shrink around 800 ° C. during firing. Therefore, it is preferable that the flow path forming disappearing material 70 disappears at around 800 ° C., since unevenness is less likely to occur in the shrinkage.

なお、前記積層圧着工程における圧着のプレス圧は、例えば、1200〜1800kgf/cmの範囲で行われ、また、前記焼成工程における焼成温度は、例えば、1100〜1400℃の範囲で行われる。 In addition, the press pressure of the crimping | compression-bonding in the said lamination | stacking crimping | compression-bonding process is performed in the range of 1200-1800 kgf / cm < 2 >, for example, and the calcination temperature in the said baking process is performed in the range of 1100-1400 degreeC, for example.

固体電解質形燃料電池100の構成部材は、以下のものを用いることができる。各構成部材を、以下に示す材料をバインダーおよび溶媒と混合、成形して、所定の形状のグリーンシートとして準備する。これらグリーンシートを積層して圧着する積層圧着工程と、得られた積層体を共焼結することによって一体化する焼成工程を経て、固体電解質形燃料電池を得ることができる。   The following can be used for the constituent members of the solid oxide fuel cell 100. Each component is prepared as a green sheet having a predetermined shape by mixing and molding the following materials with a binder and a solvent. A solid electrolyte fuel cell can be obtained through a lamination pressure bonding process in which these green sheets are laminated and pressure-bonded, and a firing process in which the obtained laminated body is integrated by co-sintering.

[発電要素30]
発電要素30は、酸化剤ガス流路(酸化剤ガス用マニホールド)61から供給される酸化剤ガスと、燃料ガス流路(燃料ガス用マニホールド)62から供給される燃料ガスとが反応し、発電が行われる部分である。ここで、酸化剤ガスは、例えば、空気や酸素ガス等の有酸素ガスにより構成することができる。また、燃料ガスは、水素ガスや、一酸化炭素ガスなどの炭化水素ガス等を含むガスとすることができる。
[Power generation element 30]
In the power generation element 30, the oxidant gas supplied from the oxidant gas flow path (oxidant gas manifold) 61 and the fuel gas supplied from the fuel gas flow path (fuel gas manifold) 62 react to generate power. Is the part where Here, the oxidant gas can be composed of, for example, an aerobic gas such as air or oxygen gas. The fuel gas may be a gas containing hydrogen gas or hydrocarbon gas such as carbon monoxide gas.

[固体電解質層31]
発電要素30は、固体電解質層31を備えている。固体電解質層31は、イオン導電性が高いものであることが好ましい。固体電解質層31は、例えば、安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニアなどにより形成することができる。安定化ジルコニアの具体例としては、10mol%イットリア安定化ジルコニア(10YSZ)、11mol%スカンジア安定化ジルコニア(11ScSZ)等が挙げられる。部分安定化ジルコニアの具体例としては、3mol%イットリア部分安定化ジルコニア(3YSZ)、等が挙げられる。また、固体電解質層31は、例えば、SmやGd等がドープされたセリア系酸化物や、LaGaOを母体とし、LaとGaとの一部をそれぞれSrおよびMgで置換したLa0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2(3−δ)などのペロブスカイト型酸化物などにより形成することもできる。
[Solid electrolyte layer 31]
The power generation element 30 includes a solid electrolyte layer 31. It is preferable that the solid electrolyte layer 31 has high ionic conductivity. The solid electrolyte layer 31 can be formed of, for example, stabilized zirconia or partially stabilized zirconia. Specific examples of the stabilized zirconia include 10 mol% yttria stabilized zirconia (10YSZ), 11 mol% scandia stabilized zirconia (11ScSZ), and the like. Specific examples of the partially stabilized zirconia include 3 mol% yttria partially stabilized zirconia (3YSZ). In addition, the solid electrolyte layer 31 is, for example, a ceria-based oxide doped with Sm, Gd, or the like, or La 0.8 Sr in which LaGaO 3 is used as a base and a part of La and Ga is substituted with Sr and Mg, respectively. It can also be formed of a perovskite oxide such as 0.2 Ga 0.8 Mg 0.2 O (3-δ) .

固体電解質層31は、空気極層32と燃料極層33とにより挟持されている。すなわち、固体電解質層31の一主面の上に空気極層32が形成されており、他主面の上に燃料極層33が形成されている。   The solid electrolyte layer 31 is sandwiched between the air electrode layer 32 and the fuel electrode layer 33. That is, the air electrode layer 32 is formed on one main surface of the solid electrolyte layer 31, and the fuel electrode layer 33 is formed on the other main surface.

[空気極層32]
空気極層32は、空気極32aを有する。空気極32aは、カソードである。空気極32aにおいては、酸素が電子を取り込んで、酸素イオンが形成される。空気極32aは、多孔質で、伝導率が高く、かつ、高温において固体電解質層31等と固体間反応を起こしにくいものであることが好ましい。空気極32aは、例えば、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)、Snをドープした酸化インジウム、PrCoO系酸化物、LaCoO系酸化物、LaMnO系酸化物などにより形成することができる。LaMnO系酸化物の具体例としては、例えば、La0.8Sr0.2MnO(通称:LSM)、La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8(通称:LSCF)や、La0.6Ca0.4MnO(通称:LCM)等が挙げられる。空気極32aは、上記材料の2種以上を混合した混合材料により構成されていてもよい。
[Air electrode layer 32]
The air electrode layer 32 has an air electrode 32a. The air electrode 32a is a cathode. In the air electrode 32a, oxygen takes in electrons and oxygen ions are formed. The air electrode 32a is preferably porous, has high conductivity, and is less likely to cause a solid-solid reaction with the solid electrolyte layer 31 and the like at high temperatures. The air electrode 32a can be formed of, for example, scandia-stabilized zirconia (ScSZ), Sn-doped indium oxide, PrCoO 3 oxide, LaCoO 3 oxide, LaMnO 3 oxide, or the like. Specific examples of LaMnO 3 -based oxides include, for example, La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 (common name: LSM), La 0.8 Sr 0.2 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 (common name: LSCF) and La 0.6 Ca 0.4 MnO 3 (common name: LCM). The air electrode 32a may be made of a mixed material in which two or more of the above materials are mixed.

[燃料極層33]
燃料極層33は、燃料極33aを有する。燃料極33aは、アノードである。燃料極33aにおいては、酸素イオンと燃料ガスとが反応して電子を放出する。燃料極33aは、多孔質で、電子伝導性が高く、かつ、高温において固体電解質層31等と固体間反応を起こしにくいものであることが好ましい。燃料極33aは、例えば、NiO、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)・ニッケル金属の多孔質サーメットや、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)・ニッケル金属の多孔質サーメット等により構成することができる。燃料極層33は、上記材料の2種以上を混合した混合材料により構成されていてもよい。
[Fuel electrode layer 33]
The fuel electrode layer 33 has a fuel electrode 33a. The fuel electrode 33a is an anode. In the fuel electrode 33a, oxygen ions and the fuel gas react to emit electrons. The fuel electrode 33a is preferably porous, has high electron conductivity, and does not easily cause a solid-solid reaction with the solid electrolyte layer 31 and the like at a high temperature. The fuel electrode 33a can be made of, for example, NiO, yttria stabilized zirconia (YSZ) / nickel metal porous cermet, scandia stabilized zirconia (ScSZ) / nickel metal porous cermet, or the like. The fuel electrode layer 33 may be made of a mixed material obtained by mixing two or more of the above materials.

[第1のセパレータ10]
発電要素30の空気極層32の上には、第1のセパレータ本体11と、第1の流路形成部材12とにより構成されている第1のセパレータ10が配置されている。第1のセパレータ10には、空気極32aに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路12aが形成されている。この酸化剤ガス流路12aは、酸化剤ガス用マニホールド61からx方向のx1側からx2側に向かって延びている。酸化剤ガス流路12aは、x方向に沿って延びる複数の線状凸部12cによって、酸化剤ガス流路12aの幅方向であるy方向において複数に区画されている。
[First separator 10]
On the air electrode layer 32 of the power generation element 30, the first separator 10 constituted by the first separator body 11 and the first flow path forming member 12 is disposed. The first separator 10 is formed with an oxidant gas passage 12a for supplying an oxidant gas to the air electrode 32a. The oxidant gas flow path 12a extends from the oxidant gas manifold 61 from the x1 side in the x direction toward the x2 side. The oxidant gas flow path 12a is partitioned into a plurality in the y direction, which is the width direction of the oxidant gas flow path 12a, by a plurality of linear protrusions 12c extending along the x direction.

第1のセパレータ本体11および第1の流路形成部材12の材料は、特に限定されない。第1のセパレータ本体11および第1の流路形成部材12のそれぞれは、例えば、イットリア安定化ジルコニアなどの安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニア等により形成することができる。また、第1のセパレータ本体11および第1の流路形成部12のそれぞれは、例えば、希土類金属が添加されたランタンクロマイトやチタン酸ストロンチウムなどの導電性セラミックスやアルミナやケイ酸ジルコニウムなどの絶縁性セラミックスなどによっても形成することができる。   The materials of the first separator body 11 and the first flow path forming member 12 are not particularly limited. Each of the first separator body 11 and the first flow path forming member 12 can be formed of, for example, stabilized zirconia such as yttria stabilized zirconia, partially stabilized zirconia, or the like. Further, each of the first separator body 11 and the first flow path forming portion 12 is made of, for example, a conductive ceramic such as lanthanum chromite or strontium titanate to which a rare earth metal is added, or an insulating property such as alumina or zirconium silicate. It can also be formed from ceramics.

複数の線状凸部12cのそれぞれには、複数のビアホール電極12c1が埋設されている。複数のビアホール電極12c1は、複数の線状凸部12cをz方向に貫通するように形成されている。また、第1のセパレータ本体11には、複数のビアホール電極12c1の位置に対応して複数のビアホール電極11cが形成されている。複数のビアホール電極11cは、第1のセパレータ本体11を貫通するように形成されている。これら複数のビアホール電極11cおよび複数のビアホール電極12c1により、線状凸部12cの第1のセパレータ本体11とは反対側の表面から第1のセパレータ本体11の線状凸部12cとは反対側の表面にまで至る複数のビアホール電極が構成されている。   A plurality of via-hole electrodes 12c1 are embedded in each of the plurality of linear protrusions 12c. The plurality of via-hole electrodes 12c1 are formed so as to penetrate the plurality of linear protrusions 12c in the z direction. The first separator body 11 has a plurality of via hole electrodes 11c corresponding to the positions of the plurality of via hole electrodes 12c1. The plurality of via-hole electrodes 11 c are formed so as to penetrate the first separator body 11. By the plurality of via-hole electrodes 11c and the plurality of via-hole electrodes 12c1, the surface on the opposite side of the linear separator 12c from the first separator body 11 is opposite to the linear protrusion 12c of the first separator body 11. A plurality of via-hole electrodes reaching the surface are formed.

ビアホール電極11cおよびビアホール電極12c1の材質は、特に限定されない。ビアホール電極11cおよびビアホール電極12c1のそれぞれは、例えば、Ag−Pd合金、Ag−Pt合金、アルカリ土類金属を添加したランタンクロマイト(LaCrO)、ランタンフェレート(LaFeO)や、ランタンストロンチウムマンガナイト(LSM:Lanthanum Strontium Manganite)等により形成することができる。 The material of the via hole electrode 11c and the via hole electrode 12c1 is not particularly limited. Each of the via-hole electrode 11c and the via-hole electrode 12c1 includes, for example, an Ag—Pd alloy, an Ag—Pt alloy, lanthanum chromite (LaCrO 3 ) added with alkaline earth metal, lanthanum ferrate (LaFeO 3 ), lanthanum strontium manganite. (LSM: Lanthanum Strontium Manganite) or the like.

[第2のセパレータ50]
発電要素30の燃料極層33の上には、第2のセパレータ本体51と、第2の流路形成部材52とにより構成されている第2のセパレータ50が配置されている。第2のセパレータ50には、燃料極33aに燃料ガスを供給するための燃料ガス流路52aが形成されている。この燃料ガス流路52aは、燃料ガス用マニホールド62からy方向のy1側からy2側に向かって延びている。燃料ガス流路52aは、y方向に沿って延びる複数の線状凸部52cによって、燃料ガス流路52aの幅方向であるx方向において複数に区画されている。
[Second separator 50]
On the fuel electrode layer 33 of the power generation element 30, a second separator 50 configured by a second separator body 51 and a second flow path forming member 52 is disposed. The second separator 50 is formed with a fuel gas passage 52a for supplying fuel gas to the fuel electrode 33a. The fuel gas flow path 52a extends from the fuel gas manifold 62 from the y1 side in the y direction toward the y2 side. The fuel gas flow path 52a is divided into a plurality in the x direction, which is the width direction of the fuel gas flow path 52a, by a plurality of linear protrusions 52c extending along the y direction.

第2のセパレータ本体51および第2の流路形成部材52の材料は、特に限定されない。第2のセパレータ本体51および第2の流路形成部材52のそれぞれは、例えば、安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニア等により形成することができる。また、第2のセパレータ本体51および第2の流路形成部材52のそれぞれは、例えば、希土類金属が添加されたランタンクロマイトやチタン酸ストロンチウムなどの導電性セラミックス、アルミナやケイ酸ジルコニウムなどの絶縁性セラミックスなどによっても形成することができる。   The materials of the second separator body 51 and the second flow path forming member 52 are not particularly limited. Each of the second separator main body 51 and the second flow path forming member 52 can be formed of, for example, stabilized zirconia, partially stabilized zirconia, or the like. Each of the second separator main body 51 and the second flow path forming member 52 includes, for example, conductive ceramics such as lanthanum chromite and strontium titanate to which rare earth metals are added, and insulating properties such as alumina and zirconium silicate. It can also be formed from ceramics.

複数の線状凸部52cのそれぞれには、複数のビアホール電極52c1が埋設されている。複数のビアホール電極52c1は、複数の線状凸部52cをz方向に貫通するように形成されている。また、第2のセパレータ本体51には、複数のビアホール電極52c1の位置に対応して複数のビアホール電極51cが形成されている。複数のビアホール電極51cは、第2のセパレータ本体51を貫通するように形成されている。これら複数のビアホール電極51cおよび複数のビアホール電極52c1により、線状凸部52cの第2のセパレータ本体51とは反対側の表面から第2のセパレータ本体51の線状凸部52cとは反対側の表面にまで至る複数のビアホール電極が構成されている。   A plurality of via-hole electrodes 52c1 are embedded in each of the plurality of linear protrusions 52c. The plurality of via-hole electrodes 52c1 are formed so as to penetrate the plurality of linear protrusions 52c in the z direction. The second separator main body 51 has a plurality of via hole electrodes 51c corresponding to the positions of the plurality of via hole electrodes 52c1. The plurality of via hole electrodes 51 c are formed so as to penetrate the second separator body 51. By the plurality of via hole electrodes 51c and the plurality of via hole electrodes 52c1, the surface of the linear convex portion 52c opposite to the second separator main body 51 from the surface opposite to the linear convex portion 52c of the second separator main body 51 is provided. A plurality of via-hole electrodes reaching the surface are formed.

ビアホール電極51cおよびビアホール電極52c1の材質は、特に限定されない。ビアホール電極51cおよびビアホール電極52c1のそれぞれは、例えば、Ag−Pd合金、Ag−Pt合金、ニッケル金属、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)・ニッケル金属や、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)・ニッケル金属等により形成することができる。   The material of the via hole electrode 51c and the via hole electrode 52c1 is not particularly limited. Each of the via-hole electrode 51c and the via-hole electrode 52c1 is made of, for example, Ag—Pd alloy, Ag—Pt alloy, nickel metal, yttria stabilized zirconia (YSZ) / nickel metal, scandia stabilized zirconia (ScSZ), nickel metal, or the like. Can be formed.

(実施例1)
図1に示す形状の第2の流路形成部材52を形成するために、流路形成用消失材70として、燃料ガス流路52aに対応する形状(図2(a)参照)のPETフィルム(厚み50μm)を用意した。
Example 1
In order to form the second flow path forming member 52 having the shape shown in FIG. 1, a PET film having a shape corresponding to the fuel gas flow path 52 a (see FIG. 2A) as the flow path forming disappearing material 70 (see FIG. 2A). A thickness of 50 μm) was prepared.

固体電解質形燃料電池支持構造体100において、第2のセパレータ50は、次の材料粉末を用いたグリーンシートを用いて形成した。   In the solid oxide fuel cell support structure 100, the second separator 50 was formed using a green sheet using the following material powder.

添加量12モル%のセリア(CeO)で安定化されたジルコニア(ZrO)(セリ
ア安定化ジルコニア:CeSZ)に10重量%のジルコン(ZrSiO)を添加したも
の(電気絶縁材料)。
10% by weight of zircon (ZrSiO 4 ) added to zirconia (ZrO 2 ) (ceria stabilized zirconia: CeSZ) stabilized with 12 mol% of ceria (CeO 2 ) (electrical insulating material).

前記の材料粉末を用いて、図2(b)および(c)に示す部材で形成される線状凸部52cを含む流路形成部材52について、グリーンシートを以下のように作製した。   Using the material powder, a green sheet was produced as follows for the flow path forming member 52 including the linear convex portion 52c formed by the members shown in FIGS. 2B and 2C.

流路形成部材52については、前記材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物(重量比率で混合比が1:4)とを各々の体積分率が、材料粉末15vol%、バインダー15vol%、有機溶媒70vol%となるように混合した。混合した後、ドクターブレード法によりグリーンシートを作製した。グリーンシートの厚みは60μmとした。   For the flow path forming member 52, the volume fraction of each of the material powder, the polyvinyl butyral binder, and a mixture of ethanol and toluene as the organic solvent (weight ratio is 1: 4) It mixed so that it might become 15 vol% of powder, 15 vol% of binders, and 70 vol% of organic solvents. After mixing, a green sheet was prepared by a doctor blade method. The thickness of the green sheet was 60 μm.

線状凸部52cを形成するグリーンシートでは、図2(b)に示すように複数のビアホール電極52c1を形成するための貫通孔を形成した。形成された貫通孔には、50重量%の銀と50重量%のパラジウムとからなるペーストを充填することにより、ビアホール電極52c1を形成するための導電性ペースト充填層を作製した。この線状凸部52cを形成するグリーンシートは、前記PETフィルムの空隙部分に配置した。   In the green sheet on which the linear protrusions 52c are formed, through holes for forming a plurality of via hole electrodes 52c1 are formed as shown in FIG. 2 (b). The formed through hole was filled with a paste composed of 50% by weight of silver and 50% by weight of palladium, thereby preparing a conductive paste filling layer for forming the via-hole electrode 52c1. The green sheet which forms this linear convex part 52c was arrange | positioned in the space | gap part of the said PET film.

第2の流路部材52の他の部分については、図2(c)に示す形状のグリーンシートを用い、図2(a)、(b)および(c)の各部材を組み合わせて、図2(d)に示すシート(流路形成部材用グリーンシート)を作製した。図2(d)のシートを焼成すると、図2(a)に示すの流路形成用消失材70(PETフィルム)が消失し、図2(e)の部材が形成されて、第2の流路形成部材52が作製される。第1の流路形成部材12用のグリーンシートも、同様にして作製した。ここで、流路間の間隔(線状凸部と隣り合う線状凸部との間の距離)は、1mmとなるようにした。   As for other parts of the second flow path member 52, a green sheet having the shape shown in FIG. 2 (c) is used, and the members shown in FIGS. A sheet (green sheet for a flow path forming member) shown in (d) was produced. When the sheet of FIG. 2D is baked, the flow path forming disappearing material 70 (PET film) shown in FIG. 2A disappears, and the member of FIG. A path forming member 52 is produced. A green sheet for the first flow path forming member 12 was produced in the same manner. Here, the interval between the flow paths (the distance between the linear convex portion and the adjacent linear convex portion) was set to 1 mm.

発電要素30を構成する各部材については、材料粉末を以下のとおり準備した。   About each member which comprises the electric power generation element 30, material powder was prepared as follows.

固体電解質層31:添加量10モル%のスカンジア(Sc)と添加量1モル%のセリア(CeO)で安定化されたジルコニア(ZrO)(スカンジアセリア安定化ジルコニア:ScCeSZ)。 Solid electrolyte layer 31: zirconia (ZrO 2 ) (scandiaceria stabilized zirconia: ScCeSZ) stabilized with scandia (Sc 2 O 3 ) added in an amount of 10 mol% and ceria (CeO 2 ) added in an amount of 1 mol%.

空気極層32:La0.8Sr0.2MnO60重量%と、添加量10モル%のスカンジア(Sc)と添加量1モル%のセリア(CeO)で安定化されたジルコニア(ZrO)(スカンジアセリア安定化ジルコニア:ScCeSZ)40重量%との混合物。 Air electrode layer 32: stabilized with 60% by weight of La 0.8 Sr 0.2 MnO 3 , 10 mol% of scandia (Sc 2 O 3 ) and 1 mol% of ceria (CeO 2 ). Mixture with 40% by weight of zirconia (ZrO 2 ) (scandiaceria stabilized zirconia: ScCeSZ).

燃料極層33:酸化ニッケル(NiO)60重量%と、添加量10モル%のスカンジア(Sc)と添加量1モル%のセリア(CeO)で安定化されたジルコニア(ZrO)(スカンジアセリア安定化ジルコニア:ScCeSZ)40重量%との混合物。 Fuel electrode layer 33: Zirconia (ZrO 2 ) stabilized with 60% by weight of nickel oxide (NiO), scandia (Sc 2 O 3 ) with an addition amount of 10 mol% and ceria (CeO 2 ) with an addition amount of 1 mol% (Scandiaceria stabilized zirconia: ScCeSZ) A mixture with 40% by weight.

固体電解質層31、空気極層32、および燃料極層33のグリーンシートを以下のようにして作製した。   Green sheets of the solid electrolyte layer 31, the air electrode layer 32, and the fuel electrode layer 33 were produced as follows.

焼成後にガス拡散に必要な気孔が十分に形成されるように、空気極層32および燃料極層33のそれぞれの材料粉末100重量部に対してカーボン粉末を20〜40重量部添加した。この混合粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物(重量比率で混合比が1:4)とを各々の体積分率が、材料粉末15vol%、バインダー15vol%、有機溶媒70vol%となるように混合した。混合した後、ドクターブレード法により、空気極層32および燃料極層33のグリーンシートを作製した。   20 to 40 parts by weight of carbon powder was added to 100 parts by weight of the material powder of each of the air electrode layer 32 and the fuel electrode layer 33 so that pores necessary for gas diffusion were sufficiently formed after firing. Each volume fraction of this mixed powder, a polyvinyl butyral binder, and a mixture of ethanol and toluene as an organic solvent (mixing ratio is 1: 4 by weight) has a material volume of 15 vol%, a binder of 15 vol%, It mixed so that it might become 70 vol% of organic solvents. After mixing, green sheets of the air electrode layer 32 and the fuel electrode layer 33 were produced by the doctor blade method.

固体電解質層31の材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物(重量比率で混合比が1:4)とを各々の体積分率が、材料粉末15vol%、バインダー15vol%、有機溶媒70vol%となるように混合した。混合した後、ドクターブレード法により固体電解質層31のグリーンシートを作製した。   The volume fraction of each of the material powder of the solid electrolyte layer 31, the polyvinyl butyral binder, and a mixture of ethanol and toluene as an organic solvent (weight ratio is 1: 4) is 15 vol% of the material powder, It mixed so that it might become 15 vol% of binders and 70 vol% of organic solvents. After mixing, a green sheet of the solid electrolyte layer 31 was produced by a doctor blade method.

以上のようにして作製された、固体電解質形燃料電池100を構成するグリーンシートを図1に示す順に積層した。この積層体を1500kgf/cmの圧力、80℃の温度にて5分間、冷間静水圧成形(CIP)することにより圧着した。この圧着体を温度400〜500℃の範囲内で脱脂処理を施した後、温度1100℃〜1400℃の範囲内で6時間保持することにより焼成した。この焼成により、上記のPETフィルム(流路形成用消失材70)は消失した。これにより、酸化剤ガス流路12aおよび燃料ガス流路52aを有する実施例1の固体電解質形燃料電池100を形成することができた。 The green sheets constituting the solid oxide fuel cell 100 produced as described above were laminated in the order shown in FIG. This laminate was pressure bonded by cold isostatic pressing (CIP) at a pressure of 1500 kgf / cm 2 and a temperature of 80 ° C. for 5 minutes. The pressure-bonded body was degreased within a temperature range of 400 to 500 ° C., and then fired by holding for 6 hours within a temperature range of 1100 to 1400 ° C. By this baking, the above PET film (flow-path forming lost material 70) disappeared. Thereby, the solid oxide fuel cell 100 of Example 1 having the oxidant gas channel 12a and the fuel gas channel 52a could be formed.

実施例1の固体電解質形燃料電池100において、第1のセパレータ10の第1のセパレータ本体11の焼成後の厚みは、190μmであり、第1の流路形成部材12の焼成後の厚み(酸化剤ガス流路12aの高さ)は、120μmであった。第2のセパレータ50の第2のセパレータ本体51の焼成後の厚みは、180μmであり、第2の流路形成部材52の焼成後の厚み(燃料ガス流路52aの高さ)は120μmであった。また、発電要素30は、空気極層32(焼成後の厚み:300μm)/固体電解質層31(焼成後の厚み:50μm)/燃料極層33(焼成後の厚み:300μm)の構成であった。   In the solid oxide fuel cell 100 of Example 1, the thickness of the first separator body 11 of the first separator 10 after firing is 190 μm, and the thickness of the first flow path forming member 12 after firing (oxidation). The height of the agent gas passage 12a) was 120 μm. The thickness of the second separator body 51 of the second separator 50 after firing was 180 μm, and the thickness of the second flow path forming member 52 after firing (the height of the fuel gas flow path 52a) was 120 μm. It was. The power generation element 30 has a configuration of an air electrode layer 32 (thickness after firing: 300 μm) / solid electrolyte layer 31 (thickness after firing: 50 μm) / fuel electrode layer 33 (thickness after firing: 300 μm). .

(比較例1)
比較例1として、実施例1のPETフィルムに替えて、カーボン粉末とバインダーとからなるシートを用いたほかは、実施例1と同様に固体電解質形燃料電池を作製した。本例においては、焼成により前記カーボン粉末は消失し、これにより、酸化剤ガス流路12aおよび燃料ガス流路52aを形成することができた。前記シートは、カーボン粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと有機溶媒としてのエタノールとトルエンの混合物とを各々の体積分率が、材料粉末15vol%、バインダー15vol%、有機溶媒70vol%となるように混合し、作製したシートである。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a solid electrolyte fuel cell was produced in the same manner as in Example 1 except that a sheet made of carbon powder and a binder was used instead of the PET film of Example 1. In this example, the carbon powder disappeared by firing, whereby the oxidant gas passage 12a and the fuel gas passage 52a could be formed. The sheet is prepared by mixing carbon powder, a polyvinyl butyral binder, and a mixture of ethanol and toluene as an organic solvent such that the respective volume fractions are 15 vol% of material powder, 15 vol% of binder, and 70 vol% of organic solvent. This is a manufactured sheet.

(比較例2)
比較例2として、実施例1のPETフィルムに替えて、アクリル樹脂ビーズとジルコニア粉末とバインダーとからなるシートを用いたほかは、実施例1と同様に固体電解質形燃料電池を作製した。本例においては、焼成により前記アクリル樹脂ビーズは消失し、これにより、酸化剤ガス流路12aおよび燃料ガス流路52aを形成することができた。前記シートは、アクリル樹脂ビーズとジルコニア粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと有機溶媒としてのエタノールとトルエンの混合物とを、各々の体積分率が、材料粉末15vol%、バインダー15vol%、有機溶媒70vol%となるように混合し、作製したシートである。
(Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, a solid oxide fuel cell was produced in the same manner as in Example 1 except that instead of the PET film of Example 1, a sheet made of acrylic resin beads, zirconia powder, and a binder was used. In this example, the acrylic resin beads disappeared by firing, whereby the oxidant gas channel 12a and the fuel gas channel 52a could be formed. The sheet comprises acrylic resin beads, zirconia powder, a polyvinyl butyral binder, and a mixture of ethanol and toluene as an organic solvent, each having a volume fraction of 15 vol% of material powder, 15 vol% of binder, and 70 vol% of organic solvent. It is the sheet | seat produced by mixing so that it may become.

実施例および比較例において得られた固体電解質形燃料電池のガス流路に、ガスを流して圧力損失のばらつきを評価した結果を表1に示す。圧力損失のばらつきは、マニホールドに4×10−3/minのNガスを流した際に、各流路から出てくるガス量を測定し、その流量のばらつきを、圧力損失ばらつきと定義した。 Table 1 shows the results of evaluating the variation in pressure loss by flowing gas through the gas flow paths of the solid oxide fuel cells obtained in Examples and Comparative Examples. The variation in pressure loss is measured by measuring the amount of gas coming out of each flow path when 4 × 10 −3 m 3 / min N 2 gas is allowed to flow through the manifold. Defined.

Figure 2015128024
Figure 2015128024

流路形成用消失材としてPETフィルムを用いた実施例1では、比較例に比べて圧力損失のばらつきが極めて小さくなっていることがわかる。これは、PETフィルムは、積層グリーンシートの圧着時のプレス圧による変形は生じず、焼成前段階において流路形状に変形が生じなかったためであると考えられる。それに対して、比較例1で用いたカーボン粉末とバインダーとからなるシート、および比較例2で用いたアクリル樹脂ビーズとジルコニア粉末とバインダーとからなるシートの場合には、積層体を圧着する際のプレス圧によって、これらシートに変形が生じてしまい、流路に変形が生じた状態で焼成されたために圧力損失に大きなばらつきが生じたものと考えられる。   In Example 1 using a PET film as the flow path forming disappearance material, it can be seen that the variation in pressure loss is extremely small compared to the comparative example. This is presumably because the PET film was not deformed by the press pressure when the laminated green sheet was pressure-bonded, and the flow path shape was not deformed in the pre-firing stage. On the other hand, in the case of the sheet made of carbon powder and binder used in Comparative Example 1 and the sheet made of acrylic resin beads, zirconia powder and binder used in Comparative Example 2, It is considered that these sheets were deformed by the press pressure, and the pressure loss was greatly varied because the sheets were fired in a state where the flow path was deformed.

このように、実質的に圧着時に厚みが変化しないPETフィルム等の流路消失材を用いて固体電解質形燃料電池の製造を行うことで、酸化剤ガス流路および燃料ガス流路における圧力損失のばらつきの少ない固体電解質形燃料電池を得ることができることがわかる。このような製造方法を採用することにより、劣化を起こしにくい固体電解質形燃料電池を得ることができる。   Thus, by manufacturing a solid oxide fuel cell using a flow path disappearing material such as a PET film whose thickness does not substantially change during pressure bonding, pressure loss in the oxidant gas flow path and the fuel gas flow path is reduced. It can be seen that a solid electrolyte fuel cell with little variation can be obtained. By adopting such a manufacturing method, it is possible to obtain a solid oxide fuel cell that is unlikely to deteriorate.

100 固体電解質形燃料電池
10 第1のセパレータ
11 第1のセパレータ本体
11c ビアホール電極
12 第1の流路形成部材
12a 酸化剤ガス流路
12c 線状凸部
12c1 ビアホール電極
30 発電要素
31 固体電解質層
32 空気極層
32a 空気極
33 燃料極層
33a 燃料極
50 第2のセパレータ
51 第2のセパレータ本体
51c ビアホール電極
52 第2の流路形成部材
52a 燃料ガス流路
52c 線状凸部
52c1 ビアホール電極
61 酸化剤ガス用マニホールド
62 燃料ガス用マニホールド
70 流路形成用消失材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Solid electrolyte fuel cell 10 1st separator 11 1st separator main body 11c Via-hole electrode 12 1st flow-path formation member 12a Oxidant gas flow path 12c Linear convex part 12c1 Via-hole electrode 30 Electric power generation element 31 Solid electrolyte layer 32 Air electrode layer 32a Air electrode 33 Fuel electrode layer 33a Fuel electrode 50 Second separator 51 Second separator body 51c Via hole electrode 52 Second flow path forming member 52a Fuel gas flow path 52c Linear protrusion 52c1 Via hole electrode 61 Oxidation Agent gas manifold 62 Fuel gas manifold 70 Flow path forming vanishing material

Claims (3)

順に積層された空気極層、固体電解質層および燃料極層の積層体から構成される発電要素と、
前記空気極層の表面に酸化剤ガスを供給するために、第1の方向に延びるように配置された、複数の酸化剤ガス流路と、
前記燃料極層の表面に燃料ガスを供給するために、前記第1の方向と交差する第2の方向に延びるように配置された、複数の燃料ガス流路と
を備える固体電解質形燃料電池の製造方法であって、
前記固体電解質形燃料電池の構成部材を積層して圧着する積層圧着工程と、
前記構成部材を共焼結することによって一体化する焼成工程とを含み、
前記積層圧着工程において、実質的に圧着時に厚みが変化しない流路形成用消失材を、前記酸化剤ガス流路および前記燃料ガス流路の側壁部を形成する材料の間に配置し、
前記流路形成用消失材として、前記焼成工程において共焼結時の加熱により消失する材料を用いることを特徴とする固体電解質形燃料電池の製造方法。
A power generation element composed of a laminate of an air electrode layer, a solid electrolyte layer, and a fuel electrode layer, which are sequentially stacked;
A plurality of oxidant gas flow paths arranged to extend in a first direction to supply oxidant gas to the surface of the air electrode layer;
A solid oxide fuel cell comprising: a plurality of fuel gas flow paths arranged to extend in a second direction intersecting the first direction to supply fuel gas to the surface of the fuel electrode layer A manufacturing method comprising:
A lamination crimping step of laminating the components of the solid oxide fuel cell and crimping;
And a firing step in which the constituent members are integrated by co-sintering,
In the laminating pressure bonding step, a flow path forming disappearing material whose thickness does not substantially change at the time of pressure bonding is disposed between the materials forming the side walls of the oxidant gas flow path and the fuel gas flow path,
A method for producing a solid oxide fuel cell, wherein a material that disappears by heating during co-sintering in the firing step is used as the flow path forming disappearance material.
前記流路形成用消失材として樹脂フィルムを用いる、請求項1記載の固体電解質形燃料電池の製造方法。   The method for producing a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a resin film is used as the flow path forming disappearing material. 前記流路形成用消失材として、800℃未満の温度で消失する材料を用いる、請求項1または2記載の固体電解質形燃料電池の製造方法。


The method for producing a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a material that disappears at a temperature of less than 800 ° C. is used as the flow path forming disappearance material.


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