JP2015138683A - Metal support type solid oxide fuel battery, and method for manufacturing the same - Google Patents

Metal support type solid oxide fuel battery, and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2015138683A
JP2015138683A JP2014009997A JP2014009997A JP2015138683A JP 2015138683 A JP2015138683 A JP 2015138683A JP 2014009997 A JP2014009997 A JP 2014009997A JP 2014009997 A JP2014009997 A JP 2014009997A JP 2015138683 A JP2015138683 A JP 2015138683A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid oxide
metal
metal support
fuel cell
oxide fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014009997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
宋 東
Azuma So
東 宋
利春 大和
Toshiharu Yamato
利春 大和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2014009997A priority Critical patent/JP2015138683A/en
Publication of JP2015138683A publication Critical patent/JP2015138683A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal support type solid oxide fuel battery which is arranged so that even if a fuel electrode side goes into a condition such that a carbon component can be easily precipitated, the carbon component precipitation on a fuel electrode can be suppressed or prevented and consequently, the damage to the fuel electrode or solid electrolyte can be suppressed or prevented; and a method for manufacturing such a metal support type solid oxide fuel battery.SOLUTION: A metal support type solid oxide fuel battery comprises: a solid oxide fuel battery including a solid electrolyte, and a fuel electrode and an air electrode which sandwich the solid electrolyte therebetween; and a metal support provided adjacently to the fuel electrode and supporting the solid oxide fuel battery. The metal support has an open pore communicating from a fuel-supply flow path side face to a fuel electrode side face; a catalyst material capable of converting at least one of a hydrocarbon based fuel and carbon monoxide into carbon components is arranged in at least one of the inner surface of the open pore of the metal support and the inside thereof.

Description

本発明は、金属支持型固体酸化物形燃料電池及びその製造方法に関する。更に詳細には、本発明は、燃料極側に所定の金属支持体を備えた金属支持型固体酸化物形燃料電池及び金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a metal-supported solid oxide fuel cell and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a metal-supported solid oxide fuel cell provided with a predetermined metal support on the fuel electrode side and a method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell.

従来、電解質のイオン伝導性と厚みに起因する純抵抗及び電極反応に起因する電極抵抗が低く、出力特性が高い金属支持型固体酸化物形燃料電池が提案されている(特許文献1参照。)。   Conventionally, a metal-supported solid oxide fuel cell having a low output resistance due to a pure resistance and an electrode reaction due to an ionic conductivity and thickness of an electrolyte and a high output characteristic has been proposed (see Patent Document 1). .

この金属支持型固体酸化物形燃料電池は、金属支持体上に、順に、燃料極層、電解質層及び空気極層が形成されている金属支持型固体酸化物形燃料電池である。そして、電解質層の厚みが5〜30μmであり、電解質層と燃料極層との界面の表面粗さRaが0.5〜3.0μmであり、電解質層と空気極層との界面の表面粗さRaが0.5〜3.0μmである。   This metal-supported solid oxide fuel cell is a metal-supported solid oxide fuel cell in which a fuel electrode layer, an electrolyte layer, and an air electrode layer are sequentially formed on a metal support. The thickness of the electrolyte layer is 5 to 30 μm, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is 0.5 to 3.0 μm, and the surface roughness of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer. Ra is 0.5 to 3.0 μm.

特開2010−218759号公報JP 2010-218759 A

しかしながら、燃料極層側において炭素分が析出し易い条件となった場合、特許文献1に記載の金属支持型固体酸化物形燃料電池では、燃料極層のうちの金属支持体側の薄い領域に、多孔質構造や貫通孔を有する金属支持体を通り抜けた燃料等に由来する炭素分が集中的に析出し、燃料極層の体積膨張が生じる。そして、このような燃料極層の体積膨張に伴って、燃料極層や隣接する電解質層が損傷する可能性がある。   However, in the metal-supported solid oxide fuel cell described in Patent Document 1, when the carbon component is likely to precipitate on the fuel electrode layer side, the thin region on the metal support side of the fuel electrode layer Carbon components derived from the fuel and the like that have passed through the metal support having a porous structure and through-holes are concentrated and the volume expansion of the fuel electrode layer occurs. As the fuel electrode layer expands, the fuel electrode layer and the adjacent electrolyte layer may be damaged.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、燃料極側において炭素分が析出し易い条件となった場合であっても、燃料極での炭素分の析出を抑制ないし防止して、燃料極や固体電解質の損傷を抑制ないし防止し得る金属支持型固体酸化物形燃料電池及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art. Further, the present invention suppresses or prevents the deposition of carbon at the fuel electrode and suppresses damage to the fuel electrode and the solid electrolyte even when the carbon is easily deposited on the fuel electrode side. Another object of the present invention is to provide a metal-supported solid oxide fuel cell that can be prevented and a method for manufacturing the same.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、燃料極側に、燃料供給流路側面から燃料極側面に連通する開気孔を有し、開気孔の内表面及び内部の少なくとも一方に、炭化水素系燃料及び一酸化炭素の少なくとも一方を炭素分に転換する触媒材料が配設されている金属支持体を具備する構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, the fuel electrode side has open pores that communicate from the fuel supply channel side surface to the fuel electrode side surface, and at least one of a hydrocarbon-based fuel and carbon monoxide is provided on at least one of the inner surface and inside of the open pores. The present invention has been completed by finding that the above object can be achieved by providing a metal support provided with a catalyst material that converts to carbon.

すなわち、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池は、固体電解質、固体電解質を挟持する燃料極及び空気極を備える固体酸化物形燃料電池と、燃料極に隣接して配設され、固体酸化物形燃料電池を支持する金属支持体と、を具備するものである。
そして、金属支持体は、燃料供給流路側面から燃料極側面に連通する開気孔を有する。
また、金属支持体の開気孔の内表面及び内部の少なくとも一方には、炭化水素系燃料及び一酸化炭素の少なくとも一方を炭素分に転換する触媒材料が配設されている。
That is, the metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention includes a solid electrolyte, a solid oxide fuel cell including a fuel electrode and an air electrode that sandwich the solid electrolyte, and a solid electrode disposed adjacent to the fuel electrode. And a metal support that supports the oxide fuel cell.
The metal support has open pores that communicate from the fuel supply channel side surface to the fuel electrode side surface.
In addition, a catalyst material that converts at least one of a hydrocarbon fuel and carbon monoxide into a carbon component is disposed on at least one of the inner surface and the inside of the open pores of the metal support.

また、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法は、上記本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池を製造する方法であって、燃料供給流路側面から燃料極側面に連通する開気孔を有する金属支持体の該開気孔の内表面及び内部の少なくとも一方に、炭化水素系燃料及び一酸化炭素の少なくとも一方を炭素分に転換する触媒材料を配設するに際して、湿式含浸法及びスプレー塗布法の少なくとも一方を利用する製造方法である。   The method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell according to the present invention is a method for producing the metal-supported solid oxide fuel cell according to the present invention, wherein the fuel supply channel side surface is disposed on the fuel electrode side surface. When a catalyst material for converting at least one of a hydrocarbon-based fuel and carbon monoxide into a carbon content is disposed on at least one of the inner surface and the inside of a metal support having open pores that communicate with each other, wet impregnation It is a manufacturing method using at least one of the method and the spray coating method.

本発明によれば、固体電解質、固体電解質を挟持する燃料極及び空気極を備える固体酸化物形燃料電池と、燃料極に隣接して配設され、固体酸化物形燃料電池を支持する金属支持体とを具備する金属支持型固体酸化物形燃料電池における金属支持体を、燃料供給流路側面から燃料極側面に連通する開気孔を有し、開気孔の内表面及び内部の少なくとも一方に、炭化水素系燃料及び一酸化炭素の少なくとも一方を炭素分に転換する触媒材料が配設されている構成とした。
そのため、燃料極側において炭素分が析出し易い条件となった場合であっても、燃料極での炭素分の析出を抑制ないし防止して、燃料極や固体電解質の損傷を抑制ないし防止し得る金属支持型固体酸化物形燃料電池及びその製造方法を提供することができる。
According to the present invention, a solid oxide, a solid oxide fuel cell that includes a fuel electrode and an air electrode that sandwich the solid electrolyte, and a metal support that is disposed adjacent to the fuel electrode and supports the solid oxide fuel cell. A metal support in a metal-supported solid oxide fuel cell comprising a body, and having open pores communicating from the fuel supply flow path side surface to the fuel electrode side surface, on at least one of the inner surface and the inside of the open pores, A catalyst material for converting at least one of a hydrocarbon fuel and carbon monoxide into a carbon component is provided.
Therefore, even if it becomes a condition in which carbon is likely to deposit on the fuel electrode side, it is possible to suppress or prevent carbon deposition on the fuel electrode and to suppress or prevent damage to the fuel electrode or the solid electrolyte. A metal-supported solid oxide fuel cell and a method for manufacturing the same can be provided.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a metal-supported solid oxide fuel cell according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第2の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a metal-supported solid oxide fuel cell according to the second embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第2の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の他の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing another example of the metal-supported solid oxide fuel cell according to the second embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池及びその製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, a metal-supported solid oxide fuel cell and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

まず、本発明の一実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池について詳細に説明する。
本実施形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池は、固体電解質、固体電解質を挟持する燃料極及び空気極を備える固体酸化物形燃料電池と、燃料極に隣接して配設され、固体酸化物形燃料電池を支持する金属支持体とを具備するものである。そして、金属支持体は、燃料供給流路側面から燃料極側面に連通する開気孔を有する。また、金属支持体の開気孔の内表面及び内部のいずれか一方又は双方には、炭化水素系燃料及び一酸化炭素のいずれか一方又は双方を炭素分に転換する触媒材料が配設されている。
First, a metal-supported solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
The metal-supported solid oxide fuel cell according to this embodiment includes a solid oxide, a solid oxide fuel cell including a fuel electrode and an air electrode that sandwich the solid electrolyte, and a solid oxide fuel cell that is disposed adjacent to the fuel electrode. And a metal support for supporting the physical fuel cell. The metal support has open pores that communicate from the fuel supply channel side surface to the fuel electrode side surface. In addition, a catalyst material that converts one or both of a hydrocarbon-based fuel and carbon monoxide into a carbon component is disposed on one or both of the inner surface and the inner surface of the open pores of the metal support. .

このような構成とすることにより、例えば、システム異常が発生し、燃料極側において炭素分が析出し易い条件となった場合であっても、金属支持体の開気孔に配設されている炭化水素系燃料及び一酸化炭素のいずれか一方又は双方を炭素分に転換する触媒材料において炭素分を析出させることにより、燃料極での炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。これにより、燃料極の体積膨張が抑制ないし防止され、燃料極や固体電解質の損傷を抑制ないし防止することができる。その結果、固体酸化物形燃料電池のより安定的な発電が可能となる。   By adopting such a configuration, for example, even when a system abnormality occurs and the carbon electrode is easily deposited on the fuel electrode side, the carbonization disposed in the open pores of the metal support is performed. By precipitating carbon in the catalyst material that converts one or both of the hydrogen-based fuel and carbon monoxide into carbon, it is possible to suppress or prevent the carbon from precipitating at the fuel electrode. Thereby, the volume expansion of the fuel electrode is suppressed or prevented, and damage to the fuel electrode or the solid electrolyte can be suppressed or prevented. As a result, more stable power generation of the solid oxide fuel cell becomes possible.

ここで、「炭化水素系燃料」としては、代表的には、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素や、メタノール、エタノール等のアルコールを挙げることができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、ガソリン、軽油などの各種燃料から改質された炭素及び水素を構成元素として含む有機化合物や、炭素、水素及びヘテロ原子(例えば、酸素、窒素、リン、硫黄などがある。)を構成元素として含む有機化合物を適用することもできる。   Here, representative examples of the “hydrocarbon fuel” include hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and butane, and alcohols such as methanol and ethanol. However, it is not limited to these, and organic compounds containing carbon and hydrogen reformed from various fuels such as gasoline and light oil as constituent elements, carbon, hydrogen and hetero atoms (for example, oxygen, nitrogen, phosphorus, Organic compounds containing sulfur as a constituent element can also be applied.

また、ここで、「システム異常」としては、例えば、燃料の過剰供給、水の供給不足、改質器の温度変動(例えば、炭素数2以上の燃料が発生することである。通常、正常である場合には、炭素数2以上の燃料が発生しないように調整されている。)、燃料電池スタックの温度変動等を挙げることができる。   Here, the “system abnormality” means, for example, excessive supply of fuel, insufficient supply of water, temperature change of the reformer (for example, generation of fuel having 2 or more carbon atoms. Usually, normal. In some cases, the fuel cell is adjusted so as not to generate fuel having 2 or more carbon atoms.), Temperature variation of the fuel cell stack, and the like.

なお、燃料極側において炭素分が析出し易い条件としては、例えば、燃料極側における水蒸気モル数/炭素モル数(S/C)が定常状態より低下した場合を挙げることができる。   An example of a condition in which carbon is likely to precipitate on the fuel electrode side is, for example, the case where the number of moles of water vapor / number of moles of carbon (S / C) on the fuel electrode side is lower than the steady state.

また、本実施形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池においては、開気孔の内表面の全面又は一部に、触媒材料が被覆されて配設されていることが好適である。このような構成とすることにより、例えば、システム異常が発生し、燃料極側において炭素分が析出し易い条件となった場合であっても、金属支持体の開気孔の内表面に被覆されて配設されている炭化水素系燃料及び一酸化炭素のいずれか一方又は双方を炭素分に転換する触媒材料において炭素分を析出させることにより、燃料極での炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。これにより、燃料極の体積膨張が抑制ないし防止され、燃料極や固体電解質の損傷を抑制ないし防止することができる。その結果、固体酸化物形燃料電池のより安定的な発電が可能となる。また、触媒材料の使用量を低減することができるという利点がある。   Further, in the metal-supported solid oxide fuel cell of the present embodiment, it is preferable that the whole or part of the inner surface of the open pores is covered with a catalyst material. By adopting such a configuration, for example, even when a system abnormality occurs and the carbon electrode is easily deposited on the fuel electrode side, the inner surface of the open pores of the metal support is covered. Suppressing or preventing carbon deposition at the fuel electrode by precipitating carbon in the catalyst material that converts either or both of the hydrocarbon-based fuel and carbon monoxide disposed to carbon. Can do. Thereby, the volume expansion of the fuel electrode is suppressed or prevented, and damage to the fuel electrode or the solid electrolyte can be suppressed or prevented. As a result, more stable power generation of the solid oxide fuel cell becomes possible. Further, there is an advantage that the amount of the catalyst material used can be reduced.

更に、本実施形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池においては、少なくとも一部の開気孔の内部に、開気孔が未封止状態となるように触媒材料が充填されて配設されていることが好適である。このような構成とすることにより、例えば、システム異常が発生し、燃料極側において炭素分が析出し易い条件となった場合であっても、金属支持体の開気孔の内部に、開気孔が未封止状態となるように充填されて配設されている炭化水素系燃料及び一酸化炭素のいずれか一方又は双方を炭素分に転換する触媒材料において炭素分を析出させることにより、燃料極での炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。これにより、燃料極の体積膨張が抑制ないし防止され、燃料極や固体電解質の損傷を抑制ないし防止することができる。その結果、固体酸化物形燃料電池のより安定的な発電が可能となる。また、配設される触媒材料の仕様を調整し易いという利点がある。   Furthermore, in the metal-supported solid oxide fuel cell of this embodiment, at least some of the open pores are filled with a catalyst material so that the open pores are not sealed. Is preferred. With such a configuration, for example, even when a system abnormality occurs and the carbon electrode is likely to precipitate on the fuel electrode side, open pores are formed inside the open pores of the metal support. By depositing carbon in a catalyst material that converts either or both of hydrocarbon-based fuel and carbon monoxide, which are filled and arranged so as to be in an unsealed state, into carbon, The precipitation of carbon can be suppressed or prevented. Thereby, the volume expansion of the fuel electrode is suppressed or prevented, and damage to the fuel electrode or the solid electrolyte can be suppressed or prevented. As a result, more stable power generation of the solid oxide fuel cell becomes possible. Further, there is an advantage that it is easy to adjust the specifications of the catalyst material provided.

また、本実施形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池においては、金属支持体が、開気孔の内表面又は内部に、触媒材料が配設されている触媒材料配設領域と、開気孔の内表面及び内部に、触媒材料が配設されていない触媒材料未配設領域と、を有し、触媒材料未配設領域が、金属支持体の燃料供給流路側と燃料極側とに位置することが好適である。このような構成とすることにより、例えば、システム異常が発生し、燃料極側において炭素分が析出し易い条件となった場合であっても、金属支持体の開気孔の内表面に、被覆されて配設されている、若しくは、開気孔の内部に、開気孔が未封止状態となるように充填されて配設されている炭化水素系燃料及び一酸化炭素のいずれか一方又は双方を炭素分に転換する触媒材料において炭素分を析出させることにより、燃料極での炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。これにより、燃料極の体積膨張が抑制ないし防止され、燃料極や固体電解質の損傷を抑制ないし防止することができる。その結果、固体酸化物形燃料電池のより安定的な発電が可能となる。また、金属支持体の燃料供給流路側及び燃料極側でない金属支持体の中間部において、炭素分を析出させることにより、体積膨張を緩和し易い金属支持体において炭素分の析出による体積膨張を抑制することができるという利点がある。   Further, in the metal-supported solid oxide fuel cell of the present embodiment, the metal support includes a catalyst material disposition region in which the catalyst material is disposed on the inner surface or inside of the open pores, and the open pores. A catalyst material non-arrangement region in which no catalyst material is arranged on the inner surface and inside, and the catalyst material non-arrangement region is located on the fuel supply flow path side and the fuel electrode side of the metal support. Is preferred. By adopting such a configuration, for example, even when a system abnormality occurs and the carbon electrode is likely to precipitate on the fuel electrode side, the inner surface of the open pores of the metal support is coated. Or a hydrocarbon-based fuel and carbon monoxide or both of which are filled in the open pores so that the open pores are not sealed. By precipitating the carbon content in the catalyst material converted into the minute, it is possible to suppress or prevent the carbon content from precipitating at the fuel electrode. Thereby, the volume expansion of the fuel electrode is suppressed or prevented, and damage to the fuel electrode or the solid electrolyte can be suppressed or prevented. As a result, more stable power generation of the solid oxide fuel cell becomes possible. In addition, by precipitating carbon in the middle of the metal support that is not on the fuel supply flow path side and the fuel electrode side of the metal support, the volume expansion due to carbon deposition is suppressed in the metal support that easily relaxes the volume expansion. There is an advantage that you can.

更に、本実施形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池においては、触媒材料が、ニッケル及びコバルトの少なくとも一方を含むことが好適である。このような構成とすることにより、例えば、システム異常が発生し、燃料極側において炭素分が析出し易い条件となった場合であっても、金属支持体の開気孔の内表面に、被覆されて配設されている、若しくは、開気孔の内部に、開気孔が未封止状態となるように充填されて配設されている炭化水素系燃料及び一酸化炭素のいずれか一方又は双方を炭素分に転換するニッケルやコバルトを含む触媒材料において炭素分を析出させることにより、燃料極での炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。これにより、燃料極の体積膨張が抑制ないし防止され、燃料極や固体電解質の損傷を抑制ないし防止することができる。その結果、固体酸化物形燃料電池のより安定的な発電が可能となる。   Furthermore, in the metal-supported solid oxide fuel cell of this embodiment, it is preferable that the catalyst material contains at least one of nickel and cobalt. By adopting such a configuration, for example, even when a system abnormality occurs and the carbon electrode is likely to precipitate on the fuel electrode side, the inner surface of the open pores of the metal support is coated. Or a hydrocarbon-based fuel and carbon monoxide or both of which are filled in the open pores so that the open pores are not sealed. By precipitating the carbon content in the catalyst material containing nickel or cobalt that is converted into a minute amount, it is possible to suppress or prevent the carbon content from precipitating at the fuel electrode. Thereby, the volume expansion of the fuel electrode is suppressed or prevented, and damage to the fuel electrode or the solid electrolyte can be suppressed or prevented. As a result, more stable power generation of the solid oxide fuel cell becomes possible.

以下、本発明の若干の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a metal-supported solid oxide fuel cell according to some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池について詳細に説明する。
図1は、第1の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の一例を模式的に示す断面図である。図1に示すように、本例の金属支持型固体酸化物形燃料電池1Aは、固体酸化物形燃料電池10と金属支持体20とを具備する。そして、固体酸化物形燃料電池10は、固体電解質11と燃料極層12と空気極層13とを備え、固体電解質層11が燃料極層12と空気極層13とで挟持された構造を有する。また、金属支持体20は、燃料極層11に隣接して配設され、固体酸化物形燃料電池10を支持する。
更に、金属支持体20は、燃料供給流路側面20aから燃料極側面20bに連通する開気孔20cを有し、開気孔20cの内表面20dに、触媒材料22が被覆されて配設されている。なお、本例においては、金属支持体20が、粒状の支持体構成材料21の集合体によって構成されている。また、図中のUは燃料供給流路を示す。
(First embodiment)
First, the metal-supported solid oxide fuel cell according to the first embodiment will be described in detail.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a metal-supported solid oxide fuel cell according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the metal-supported solid oxide fuel cell 1 </ b> A of this example includes a solid oxide fuel cell 10 and a metal support 20. The solid oxide fuel cell 10 includes a solid electrolyte 11, a fuel electrode layer 12, and an air electrode layer 13, and the solid electrolyte layer 11 is sandwiched between the fuel electrode layer 12 and the air electrode layer 13. . The metal support 20 is disposed adjacent to the fuel electrode layer 11 and supports the solid oxide fuel cell 10.
Further, the metal support 20 has open pores 20c that communicate from the fuel supply flow channel side surface 20a to the fuel electrode side surface 20b, and the inner surface 20d of the open pores 20c is covered with the catalyst material 22 and disposed. . In this example, the metal support 20 is constituted by an aggregate of granular support constituting materials 21. U in the figure indicates a fuel supply channel.

このような構成とすることにより、例えば、システム異常が発生し、燃料極側において炭素分が析出し易い条件となった場合であっても、金属支持体の開気孔の内表面に被覆されて配設されている炭化水素系燃料及び一酸化炭素のいずれか一方又は双方を炭素分に転換する触媒材料において炭素分を析出させることにより、燃料極での炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。これにより、燃料極の体積膨張が抑制ないし防止され、燃料極や固体電解質の損傷を抑制ないし防止することができる。その結果、固体酸化物形燃料電池のより安定的な発電が可能となる。また、触媒材料の使用量を低減することができるという利点がある。例えば、触媒材料は全面に被覆されている必要はなく、一部に被覆されていればよい。   By adopting such a configuration, for example, even when a system abnormality occurs and the carbon electrode is easily deposited on the fuel electrode side, the inner surface of the open pores of the metal support is covered. Suppressing or preventing carbon deposition at the fuel electrode by precipitating carbon in the catalyst material that converts either or both of the hydrocarbon-based fuel and carbon monoxide disposed to carbon. Can do. Thereby, the volume expansion of the fuel electrode is suppressed or prevented, and damage to the fuel electrode or the solid electrolyte can be suppressed or prevented. As a result, more stable power generation of the solid oxide fuel cell becomes possible. Further, there is an advantage that the amount of the catalyst material used can be reduced. For example, the catalyst material does not need to be coated on the entire surface, and may be coated on a part.

ここで、各構成について更に詳細に説明する。   Here, each configuration will be described in more detail.

まず、上記固体酸化物形燃料電池10における上記固体電解質層11としては、ガス不透過性と、電子を通さずに酸化物イオンを通す性能を有するものを好適に用いることができる。固体電解質層の構成材料としては、例えば、イットリア(Y)や酸化ネオジム(Nd)、サマリア(Sm)、ガドリア(Gd)、スカンジア(Sc)などを固溶した安定化ジルコニアを適用することができる。また、サマリアドープセリア(SDC)やイットリアドープセリア(YDC)、ガドリアドープセリア(GDC)のようなセリア固溶体や、酸化ビスマス(Bi)、ランタンストロンチウムマグネシウムガレート(La1−xSrGa1−yMg:LSMG)などを適用することもできる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、従来公知の固体電解質層材料を適用することができる。なお、これらは1種を単独で又は複数種を組み合わせて適用することができる。 First, as the solid electrolyte layer 11 in the solid oxide fuel cell 10, a material having gas impermeability and ability to pass oxide ions without passing electrons can be suitably used. As a constituent material of the solid electrolyte layer, for example, yttria (Y 2 O 3 ), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), samaria (Sm 2 O 3 ), gadria (Gd 2 O 3 ), scandia (Sc 2 O 3). ) Or the like can be applied as stabilized zirconia. In addition, ceria solid solutions such as samaria doped ceria (SDC), yttria doped ceria (YDC), gadria doped ceria (GDC), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), lanthanum strontium magnesium gallate (La 1-x Sr x Ga 1-y Mg y O 3 : LSMG) or the like may be applied. However, it is not limited to these, and conventionally known solid electrolyte layer materials can be applied. In addition, these can be applied individually by 1 type or in combination of multiple types.

また、上記燃料極層12としては、還元雰囲気に強く、燃料ガスを透過し、電気伝導度が高く、水素分子をプロトンに変換する触媒作用を有するものを好適に用いることができる。燃料極層の構成材料としては、例えば、ニッケル(Ni)などの金属が単独で適用される場合もあるが、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)に代表される酸化物イオン伝導体を混在させたサーメットを適用することが好ましく、これによって反応エリアが増加し、電極性能を向上させることができる。このとき、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)に替えて、サマリアドープセリア(SDC)やガドリアドープセリア(GDC)のようなセリア固溶体を適用することもできる。また、セラミック製の酸化物イオン伝導体は割れ易いため、燃料極層がサーメットである場合には、本発明の効果が特に顕著に発揮される。しかしながら、これらに限定されるものではなく、従来公知の燃料極層材料を適用することができる。なお、これらは1種を単独で又は複数種を組み合わせて適用することができる。   Further, as the fuel electrode layer 12, one that is strong in a reducing atmosphere, permeates the fuel gas, has high electrical conductivity, and has a catalytic action for converting hydrogen molecules into protons can be suitably used. As a constituent material of the fuel electrode layer, for example, a metal such as nickel (Ni) may be applied alone, but a cermet in which an oxide ion conductor typified by yttria stabilized zirconia (YSZ) is mixed. Is preferably applied, which increases the reaction area and improves the electrode performance. At this time, a ceria solid solution such as samaria doped ceria (SDC) or gadria doped ceria (GDC) can be applied instead of yttria stabilized zirconia (YSZ). In addition, since the oxide oxide conductor made of ceramic is easily broken, the effect of the present invention is particularly remarkable when the fuel electrode layer is a cermet. However, it is not limited to these, and conventionally known fuel electrode layer materials can be applied. In addition, these can be applied individually by 1 type or in combination of multiple types.

更に、上記空気極層13としては、酸化雰囲気に強く、酸化剤ガスを透過し、電気伝導度が高く、酸素分子を酸化物イオンに変換する触媒作用を有するものを好適に用いることができる。空気極層の構成材料としては、例えば、電極触媒からなるものであっても、電極触媒と電解質材料とのサーメットからなるものであってもよい。電極触媒としては、例えば、銀(Ag)や白金(Pt)などの金属が適用される場合もあるが、ランタンストロンチウムコバルタイト(La1−xSrCoO:LSC)やランタンストロンチウムコバルトフェライト(La1−xSrCo1−yFe:LSCF)、サマリウムストロンチウムコバルタイト(SmSr1−xCoO:SSC)、ランタンストロンチウムマンガナイト(La1−xSrMnO:LSM)などのペロブスカイト型酸化物を適用することが好ましい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、従来公知の空気極層材料を適用することができる。なお、これらは1種を単独で又は複数種を組み合わせて適用することができる。また、電解質材料としては、例えば、酸化セリウム(CeO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化チタン(TiO)、酸化ランタン(La)などを挙げることができるが、これに限定されるものではなく、上述した各種の安定化ジルコニアやセリア固溶体などの酸化物との混合体を好適に用いることもできる。 Furthermore, as the air electrode layer 13, a material that is strong in an oxidizing atmosphere, permeates the oxidant gas, has high electrical conductivity, and has a catalytic action to convert oxygen molecules into oxide ions can be suitably used. The constituent material of the air electrode layer may be composed of, for example, an electrode catalyst or a cermet of an electrode catalyst and an electrolyte material. For example, a metal such as silver (Ag) or platinum (Pt) may be used as the electrode catalyst, but lanthanum strontium cobaltite (La 1-x Sr x CoO 3 : LSC) or lanthanum strontium cobalt ferrite ( La 1-x Sr x Co 1 -y Fe y O 3: LSCF), samarium strontium cobaltite (Sm x Sr 1-x CoO 3: SSC), lanthanum strontium manganite (La 1-x Sr x MnO 3: LSM It is preferable to apply a perovskite oxide such as However, it is not limited to these, and a conventionally known air electrode layer material can be applied. In addition, these can be applied individually by 1 type or in combination of multiple types. Examples of the electrolyte material include, but are not limited to, cerium oxide (CeO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and lanthanum oxide (La 2 O 3 ). Instead, a mixture with the above-mentioned various stabilized zirconia and oxides such as ceria solid solution can also be suitably used.

また、上記金属支持体20としては、ガス透過性を確保し得る、燃料供給流路側面から燃料極側面に連通する開気孔を有し、支持体としての十分な強度を有するものであれば、特に限定されるものではない。また、金属支持体は、電気伝導度が高いものを好適に用いることができる。例えば、ニッケルやクロムを含有する耐食合金や耐食鋼、ステンレス鋼などからなり、複数の開気孔を有する板状のものを適用することができる。具体的には、上記支持体構成材料21により構成された、パンチングメタル基板、エッチングメタル基板、エキスパンドメタル基板、発泡金属体、金属(粒子)粉末焼結体、金網等の金属メッシュ、金属不織布などを用いることができる。また、これらは、必要に応じて同種又は異種のものを積層してもよい。   In addition, the metal support 20 has an open pore that communicates from the side of the fuel supply channel to the side of the fuel electrode that can ensure gas permeability, and has sufficient strength as a support. It is not particularly limited. In addition, a metal support having a high electrical conductivity can be suitably used. For example, a plate-shaped member made of a corrosion-resistant alloy, corrosion-resistant steel, stainless steel, or the like containing nickel or chromium and having a plurality of open pores can be applied. Specifically, a punching metal substrate, an etching metal substrate, an expanded metal substrate, a foamed metal body, a metal (particle) powder sintered body, a metal mesh such as a wire mesh, a metal nonwoven fabric, etc., constituted by the support member constituting material 21. Can be used. Moreover, these may laminate | stack the same kind or a different kind as needed.

なお、本発明において、金属支持体における「燃料供給流路側面から燃料極側面に連通する開気孔」とは、例えば、金属支持体がパンチングメタル基板やエッチングメタル基板、エキスパンドメタル基板などの場合には貫通孔、発泡金属体や金属粉末焼結体などの場合には開気孔(連続気孔)、金属メッシュの場合には素線間の目開き、金属不織布の場合には金属繊維間の隙間をそれぞれ意味する。   In the present invention, the “open pores communicating from the fuel supply channel side surface to the fuel electrode side surface” in the metal support means, for example, when the metal support is a punching metal substrate, an etching metal substrate, an expanded metal substrate, or the like. Open pores (continuous pores) in the case of through-holes, metal foams and sintered metal powders, open pores between strands in the case of metal mesh, and gaps between metal fibers in the case of metal nonwoven fabrics. Each means.

更に、上記触媒材料22としては、炭化水素系燃料及び一酸化炭素のいずれか一方又は双方を炭素分に転換し得るものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ニッケルやコバルトを挙げることができる。なお、これらは単独で又は組み合わせて適用することもできる。また、金属支持体20の骨格となる支持体構成材料21とは別に、この触媒材料22が開気孔の内表面(若しくは内部)に配設されているため、炭素分が析出した場合であっても、金属支持体の機械的強度は損なわれ難い。   Further, the catalyst material 22 is not particularly limited as long as either one or both of a hydrocarbon fuel and carbon monoxide can be converted into a carbon content. For example, nickel and cobalt can be mentioned. In addition, these can also be applied individually or in combination. In addition, since the catalyst material 22 is disposed on the inner surface (or inside) of the open pores separately from the support component 21 that is the skeleton of the metal support 20, the carbon component is deposited. However, the mechanical strength of the metal support is hardly impaired.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池について詳細に説明する。なお、第1の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the metal-supported solid oxide fuel cell according to the second embodiment will be described in detail. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in 1st Embodiment, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図2は、第2の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の一例を模式的に示す断面図である。図2に示すように、本例の金属支持型固体酸化物形燃料電池1Bは、全部の開気孔20cの内部20eに、開気孔20cが未封止状態となるように触媒材料22が充填されて配設されている構成が、上述した実施形態と相違している。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a metal-supported solid oxide fuel cell according to the second embodiment. As shown in FIG. 2, in the metal-supported solid oxide fuel cell 1B of this example, the inside 20e of all the open pores 20c is filled with the catalyst material 22 so that the open pores 20c are not sealed. Is different from the above-described embodiment.

また、図3は、第2の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の他の一例を模式的に示す断面図である。図3に示すように、本例の固体酸化物形燃料電池1Cは、金属支持体20が、開気孔20cの内表面20d又は内部20eに、触媒材料22が配設されている触媒材料配設領域20Aと、開気孔20cの内表面20d及び内部20eに、触媒材料22が配設されていない触媒材料未配設領域20Bと、を有し、触媒材料未配設領域20Bが、金属支持体20の燃料供給流路側と燃料極側とに位置する構成が、上述した実施形態と相違している。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing another example of the metal-supported solid oxide fuel cell according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, in the solid oxide fuel cell 1C of this example, the metal support 20 is provided with a catalyst material 22 on the inner surface 20d or the inside 20e of the open pore 20c. There is a region 20A and a catalyst material non-arranged region 20B in which the catalyst material 22 is not disposed on the inner surface 20d and the inside 20e of the open pore 20c, and the catalyst material non-arranged region 20B is a metal support. The structure located in the fuel supply flow path side and the fuel electrode side of 20 is different from the embodiment described above.

上述したように、本実施形態においては、開気孔の内部に、開気孔が未封止状態となるように触媒材料が充填されて配設されている構成とすることにより、例えば、システム異常が発生し、燃料極側において炭素分が析出し易い条件となった場合であっても、金属支持体の開気孔の内部に、開気孔が未封止状態となるように充填されて配設されている触媒材料において炭素分を析出させることにより、燃料極での炭素分の析出を抑制ないし防止することができる。これにより、燃料極の体積膨張が抑制ないし防止され、燃料極や固体電解質の損傷を抑制ないし防止することができる。その結果、固体酸化物形燃料電池のより安定的な発電が可能となる。また、金属支持体の燃料供給流路側及び燃料極側でない金属支持体の中間部において、炭素分を析出させることにより、体積膨張を緩和し易い金属支持体において炭素分の析出による体積膨張を抑制することができるという利点がある。   As described above, in the present embodiment, by adopting a configuration in which the open pores are filled and arranged so that the open pores are in an unsealed state, for example, a system abnormality is caused. Even when the condition is such that carbon is likely to precipitate on the fuel electrode side, the open pores of the metal support are filled and disposed so that the open pores are not sealed. By precipitating carbon content in the catalyst material, it is possible to suppress or prevent carbon content precipitation at the fuel electrode. Thereby, the volume expansion of the fuel electrode is suppressed or prevented, and damage to the fuel electrode or the solid electrolyte can be suppressed or prevented. As a result, more stable power generation of the solid oxide fuel cell becomes possible. In addition, by precipitating carbon in the middle of the metal support that is not on the fuel supply flow path side and the fuel electrode side of the metal support, the volume expansion due to carbon deposition is suppressed in the metal support that easily relaxes the volume expansion. There is an advantage that you can.

次に、本発明の一実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法について詳細に説明する。
なお、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池は、上述した構成を有するものであれば、後述する本発明の一実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法により製造されたものに限定されるものではない。
Next, a method for manufacturing a metal-supported solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
In addition, if the metal support type solid oxide fuel cell of this invention has the structure mentioned above, it manufactures with the manufacturing method of the metal support type solid oxide fuel cell which concerns on one Embodiment of this invention mentioned later. It is not limited to what was done.

(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法は、上述した本発明の一実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法の好適形態であって、燃料供給流路側面から燃料極側面に連通する開気孔を有する金属支持体の開気孔の内表面及び内部の少なくとも一方に、炭化水素系燃料及び一酸化炭素の少なくとも一方を炭素分に転換する触媒材料を配設するに際して、湿式含浸法及びスプレー塗布法の少なくとも一方を利用する製造方法である。
(Third embodiment)
The method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell according to the third embodiment is a preferred embodiment of the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell according to one embodiment of the present invention described above. A catalyst for converting at least one of a hydrocarbon fuel and carbon monoxide into a carbon component on at least one of an inner surface and an inner surface of an open pore of a metal support having an open pore communicating from a fuel supply channel side surface to a fuel electrode side surface This is a manufacturing method using at least one of a wet impregnation method and a spray coating method when disposing the material.

このように湿式含浸法やスプレー塗布法を適用すると、金属支持体の開気孔の内表面及び内部の少なくとも一方に触媒材料を容易に配設することができる。なお、特に限定されるものではないが、上述した第1の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造においては、湿式含浸法を適用することが好ましく、上述した第2の実施形態に係る金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造においては、湿式含浸法及びスプレー塗布法のいずれを適用してもよい。   When the wet impregnation method or the spray coating method is applied in this way, the catalyst material can be easily disposed on at least one of the inner surface and the inside of the open pores of the metal support. Although not particularly limited, it is preferable to apply the wet impregnation method in the manufacture of the metal-supported solid oxide fuel cell according to the first embodiment described above, and the second implementation described above. In manufacturing the metal-supported solid oxide fuel cell according to the embodiment, either a wet impregnation method or a spray coating method may be applied.

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples.

(実施例1)
まず、金属支持体(基板)を得るため、金属支持体形成用のグリーンシートを作成した。具体的には以下のように作成した。
SUS430と同様の組成(Cr:18質量%)の粉末を主体とした基板材料に、バインダとしての水溶性アクリル系バインダと、造孔剤としてのポリエチレングリコール(PEG)とを更に添加し、混合し、テープ・キャスト法により、金属支持体形成用のグリーンシートを得た。なお、金属支持体形成用のグリーンシートの厚みは600μmであり、基板材料とバインダと造孔剤の割合は、基板材料:バインダ:造孔剤=60:20:20(体積比)である。
Example 1
First, in order to obtain a metal support (substrate), a green sheet for forming a metal support was prepared. Specifically, it was created as follows.
A substrate material mainly composed of powder having the same composition as SUS430 (Cr: 18% by mass) is further added with a water-soluble acrylic binder as a binder and polyethylene glycol (PEG) as a pore former, and mixed. A green sheet for forming a metal support was obtained by a tape casting method. In addition, the thickness of the green sheet for metal support formation is 600 micrometers, and the ratio of board | substrate material, a binder, and a pore making material is board | substrate material: binder: pore forming agent = 60: 20: 20 (volume ratio).

次に、燃料極層を得るため、燃料極層形成用のグリーンシートを作成した。具体的には以下のように作成した。
平均粒径0.5μmの酸化ニッケル(NiO)と平均粒径1μmのイットリア安定化ジルコニア(YSZ)とをニッケル(Ni)と(YSZ)との割合が、Ni:YSZ=7:3(質量比)となるように秤量し、これらを混合して、燃料極層材料を得た。これに、バインダとしての水溶性アクリル系バインダと、造孔剤としてのポリエチレングリコール(PEG)とを更に添加し、混合し、テープ・キャスト法により、NiOとYSZを含む燃料極層形成用のグリーンシートを得た。なお、燃料極層材料とバインダと造孔剤の割合は、燃料極層材料:バインダ:造孔剤=80:10:10(体積比)である。
Next, in order to obtain a fuel electrode layer, a green sheet for forming a fuel electrode layer was prepared. Specifically, it was created as follows.
The ratio of nickel (Ni) and (YSZ) to nickel oxide (NiO) having an average particle diameter of 0.5 μm and yttria stabilized zirconia (YSZ) having an average particle diameter of 1 μm is Ni: YSZ = 7: 3 (mass ratio) ), And these were mixed to obtain a fuel electrode layer material. To this, a water-soluble acrylic binder as a binder and polyethylene glycol (PEG) as a pore-forming agent are further added, mixed, and formed into a fuel electrode layer containing NiO and YSZ by a tape-cast method. A sheet was obtained. Note that the ratio of the fuel electrode layer material, the binder, and the pore former is fuel electrode layer material: binder: pore former = 80: 10: 10 (volume ratio).

燃料極層形成用のグリーンシートを金属支持体形成用のグリーンシート上に積層し、1000℃、50%H(Arベース)の電気炉中で、2時間焼成を行って、一体化された金属支持体/燃料極層を得た。 The green sheet for forming the fuel electrode layer was laminated on the green sheet for forming the metal support, and was baked for 2 hours in an electric furnace of 1000 ° C. and 50% H 2 (Ar base) to be integrated. A metal support / fuel electrode layer was obtained.

得られた基板/燃料極層からレーザカットより、直径:30mmの円板を切り出した。円板の厚みは500μmであり、燃料極層の厚みは50μmであり、金属支持体の気孔率は35体積%である。   A disc having a diameter of 30 mm was cut out from the obtained substrate / fuel electrode layer by laser cutting. The thickness of the disc is 500 μm, the thickness of the fuel electrode layer is 50 μm, and the porosity of the metal support is 35% by volume.

次いで、円板の燃料極層上に、スパッタリング法によりイットリア安定化ジルコニア(YSZ)からなる固体電解質層を形成した。具体的には、スパッタリングターゲットとしてイットリアの含有量が8モル%であるイットリア安定化ジルコニア(8YSZ)を用い、スパッタリングガスとしてアルゴンガス(ガス圧:0.2Pa)を用い、室温(25℃)、出力300Wで固体電解質層を形成した。更に、固体電解質層上に、スパッタリング法によりランタンストロンチウムコバルトフェライト(LSCF)からなる空気極層を形成した。具体的には、スパッタリングターゲットとしてランタンストロンチウムコバルトフェライト(LSCF)を用い、スパッタリングガスとしてアルゴンガス(ガス圧:0.2Pa)を用い、室温(25℃)、出力300Wで空気極層を形成して、触媒材料が未配設の金属支持型固体酸化物形燃料電池を得た。しかる後、触媒材料が未配設の金属支持型固体酸化物形燃料電池の金属支持体(基板)の燃料極層が形成された面と反対側の面に、ニッケル(Ni)含有溶剤(高純度化学社製、MODコート剤)を用いて調製した溶液を垂らし、浸漬し、乾燥する工程を3回繰り返して、図1に示すように触媒材料を配設して、本例の金属支持型固体酸化物形燃料電池を得た。   Next, a solid electrolyte layer made of yttria-stabilized zirconia (YSZ) was formed on the disk fuel electrode layer by sputtering. Specifically, yttria-stabilized zirconia (8YSZ) having a yttria content of 8 mol% is used as a sputtering target, argon gas (gas pressure: 0.2 Pa) is used as a sputtering gas, room temperature (25 ° C.), A solid electrolyte layer was formed at an output of 300 W. Further, an air electrode layer made of lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) was formed on the solid electrolyte layer by sputtering. Specifically, lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF) is used as a sputtering target, argon gas (gas pressure: 0.2 Pa) is used as a sputtering gas, an air electrode layer is formed at room temperature (25 ° C.) and an output of 300 W. Thus, a metal-supported solid oxide fuel cell in which no catalyst material was disposed was obtained. After that, a nickel (Ni) -containing solvent (high) is formed on the surface opposite to the surface on which the fuel electrode layer is formed of the metal support (substrate) of the metal support solid oxide fuel cell in which the catalyst material is not disposed. The solution prepared by using a MOD coating agent (manufactured by Junsei Kagaku Co., Ltd.) is dripped, dipped and dried three times, and the catalyst material is disposed as shown in FIG. A solid oxide fuel cell was obtained.

(比較例1)
実施例1で得られた触媒材料が未配設の金属支持型固体酸化物形燃料電池の金属支持体(基板)の燃料極層が形成された面と反対側の面に、ニッケル(Ni)含有溶剤(高純度化学社製、MODコート剤)を用いて調製した溶液を垂らすことなく、乾燥する工程を3回繰り返して、触媒材料が未配設である、本例の金属支持型固体酸化物形燃料電池を得た。
(Comparative Example 1)
Nickel (Ni) is formed on the surface opposite to the surface on which the fuel electrode layer is formed of the metal support (substrate) of the metal support solid oxide fuel cell in which the catalyst material obtained in Example 1 is not disposed. The metal-supported solid oxidation of the present example in which the catalyst material is not disposed by repeating the drying step three times without dripping the solution prepared using the solvent containing (high purity chemical, MOD coating agent) A physical fuel cell was obtained.

(実施例2)
実施例1で得られた触媒材料が未配設の金属支持型固体酸化物形燃料電池の金属支持体(基板)の燃料極層が形成された面と反対側の面に、酸化ニッケル(NiO)微粒子と酢酸ブチルカルビトールとの混合液(NiOの含有量:10質量%)を垂らし、浸漬し、乾燥する工程を10回繰り返して、図2に示すように触媒材料を配設して、本例の金属支持型固体酸化物形燃料電池を得た。
(Example 2)
Nickel oxide (NiO) is formed on the surface opposite to the surface on which the fuel electrode layer is formed of the metal support (substrate) of the metal support solid oxide fuel cell in which the catalyst material obtained in Example 1 is not disposed. ) The process of hanging a mixed liquid of fine particles and butyl carbitol acetate (NiO content: 10% by mass), dipping, and drying was repeated 10 times to dispose the catalyst material as shown in FIG. A metal-supported solid oxide fuel cell of this example was obtained.

(比較例2)
実施例1で得られた触媒材料が未配設の金属支持型固体酸化物形燃料電池の金属支持体(基板)の燃料極層が形成された面と反対側の面に、酸化ニッケル(NiO)微粒子と酢酸ブチルカルビトールとの混合液(NiOの含有量:10質量%)を垂らすことなく、乾燥する工程を10回繰り返して、触媒材料が未配設である、本例の金属支持型固体酸化物形燃料電池を得た。
(Comparative Example 2)
Nickel oxide (NiO) is formed on the surface opposite to the surface on which the fuel electrode layer is formed of the metal support (substrate) of the metal support solid oxide fuel cell in which the catalyst material obtained in Example 1 is not disposed. ) The metal-supported mold of this example, in which the catalyst material is not disposed by repeating the drying step 10 times without dripping the mixed liquid of fine particles and butyl carbitol acetate (NiO content: 10 mass%) A solid oxide fuel cell was obtained.

(実施例3)
実施例1で得られた触媒材料が未配設の金属支持型固体酸化物形燃料電池の金属支持体(基板)の燃料極層が形成された面と反対側の面に、酸化ニッケル(NiO)微粒子と酢酸ブチルカルビトールとの混合液(NiOの含有量:5質量%)をスプレーし、支持体内へ染み込ませるため10分間待機し、乾燥する工程を5回繰り返して、図3に示すように触媒材料を配設して、本例の金属支持型固体酸化物形燃料電池を得た。
(Example 3)
Nickel oxide (NiO) is formed on the surface opposite to the surface on which the fuel electrode layer is formed of the metal support (substrate) of the metal support solid oxide fuel cell in which the catalyst material obtained in Example 1 is not disposed. 3) Spray a mixed solution of fine particles and butyl carbitol acetate (NiO content: 5% by mass), soak into the support, wait for 10 minutes, and repeat the drying process 5 times, as shown in FIG. A catalyst material was disposed on the metal-supported solid oxide fuel cell of this example.

(比較例3)
実施例1で得られた触媒材料が未配設の金属支持型固体酸化物形燃料電池の金属支持体(基板)の燃料極層が形成された面と反対側の面に、酸化ニッケル(NiO)微粒子と酢酸ブチルカルビトールとの混合液(NiOの含有量:5質量%)をスプレーすることなく、乾燥する工程を5回繰り返して、触媒材料が未配設である、本例の金属支持型固体酸化物形燃料電池を得た。
(Comparative Example 3)
Nickel oxide (NiO) is formed on the surface opposite to the surface on which the fuel electrode layer is formed of the metal support (substrate) of the metal support solid oxide fuel cell in which the catalyst material obtained in Example 1 is not disposed. ) The metal support of this example in which the catalyst material is not disposed by repeating the drying process 5 times without spraying a mixed liquid of fine particles and butyl carbitol acetate (NiO content: 5 mass%) Type solid oxide fuel cell was obtained.

[性能評価]
(開回路電圧測定)
上記各例の金属支持型固体酸化物形燃料電池を評価機に設置して、下記測定条件下、開回路状態を15分間保持した後の開回路電圧(OCV)の低下値を測定した。得られた結果を表1に示す。なお、評価機の燃料供給流路には、ロジウム主体の改質触媒を有する改質器が配設されている。
[Performance evaluation]
(Open circuit voltage measurement)
The metal-supported solid oxide fuel cell of each of the above examples was installed in an evaluation machine, and the decrease value of the open circuit voltage (OCV) after maintaining the open circuit state for 15 minutes under the following measurement conditions was measured. The obtained results are shown in Table 1. A reformer having a rhodium-based reforming catalyst is disposed in the fuel supply channel of the evaluator.

<測定条件>
・固体酸化物形燃料電池温度:750℃
・改質器入口ガソリン流量:0.64cc/min
・改質器供給水(HO)量:0.22g/min
・改質器温度(出口):700℃
<Measurement conditions>
-Solid oxide fuel cell temperature: 750 ° C
-Reformer inlet gasoline flow rate: 0.64cc / min
-Reformer feed water (H 2 O) amount: 0.22 g / min
-Reformer temperature (outlet): 700 ° C

Figure 2015138683
Figure 2015138683

(目視観察)
上記開回路電圧測定後の実施例1及び比較例1の金属支持型固体酸化物形燃料電池を目視により観察した。得られた結果を表1に併記する。なお、実施例1における「燃料極層において炭素分未検出」とは、金属支持型固体酸化物形燃料電池を切断し、燃料極層の断面に対して顕微鏡ラマン分光分析を行った結果である。
(Visual observation)
The metal-supported solid oxide fuel cells of Example 1 and Comparative Example 1 after the open circuit voltage measurement were visually observed. The obtained results are also shown in Table 1. The “carbon content not detected in the fuel electrode layer” in Example 1 is a result of cutting the metal-supported solid oxide fuel cell and performing microscopic Raman spectroscopic analysis on the cross section of the fuel electrode layer. .

表1の開回路電圧測定の結果より、本発明の範囲に属する実施例1〜実施例3は、本発明外の比較例1〜比較例3と比較して、安定的な発電が可能であることが分かる。
また、表1の目視観察等の結果より、本発明の範囲に属する実施例1は、燃料極での炭素炭素分の析出が抑制ないし防止され、燃料極層等の損傷が抑制ないし防止されていることが分かる。
From the results of open circuit voltage measurement in Table 1, Examples 1 to 3 belonging to the scope of the present invention are capable of stable power generation as compared with Comparative Examples 1 to 3 outside the present invention. I understand that.
In addition, from the results of visual observation in Table 1, in Example 1 belonging to the scope of the present invention, carbon carbon deposition at the fuel electrode is suppressed or prevented, and damage to the fuel electrode layer or the like is suppressed or prevented. I understand that.

以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated with some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.

すなわち、上記実施形態及び実施例においては、金属支持型固体酸化物形燃料電池として金属支持型の単セルを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、複数の金属支持型の単セルが積層された構造、すなわちスタック構造を有する金属支持型固体酸化物形燃料電池に本発明を適用することもできる。   That is, in the above-described embodiments and examples, the metal-supported solid oxide fuel cell has been described by taking a metal-supported single cell as an example, but the present invention is not limited to this, and a plurality of metal-supported-type fuel cells The present invention can also be applied to a metal-supported solid oxide fuel cell having a structure in which single cells are stacked, that is, a stack structure.

1A,1B,1C 金属支持型固体酸化物形燃料電池
10 固体酸化物形燃料電池
11 固体電解質層
12 燃料極層
13 空気極層
20 金属支持体
20A 触媒材料配設領域
20B 触媒材料未配設領域
20a 燃料供給流路側面
20b 燃料極側面
20c 開気孔
20d 内表面
20e 内部
21 支持体構成材料
22 触媒材料
U 燃料供給流路
1A, 1B, 1C Metal-supported solid oxide fuel cell 10 Solid oxide fuel cell 11 Solid electrolyte layer 12 Fuel electrode layer 13 Air electrode layer 20 Metal support 20A Catalyst material disposition region 20B Catalyst material disposition region 20a Fuel supply channel side surface 20b Fuel electrode side surface 20c Open pore 20d Inner surface 20e Interior 21 Support member constituting material 22 Catalyst material U Fuel supply channel

Claims (6)

固体電解質、該固体電解質を挟持する燃料極及び空気極を備える固体酸化物形燃料電池と、
上記燃料極に隣接して配設され、上記固体酸化物形燃料電池を支持する金属支持体と、を具備し、
上記金属支持体が、燃料供給流路側面から上記燃料極側面に連通する開気孔を有し、該開気孔の内表面及び内部の少なくとも一方に、炭化水素系燃料及び一酸化炭素の少なくとも一方を炭素分に転換する触媒材料が配設されている
ことを特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池。
A solid oxide, a solid oxide fuel cell comprising a fuel electrode and an air electrode sandwiching the solid electrolyte; and
A metal support that is disposed adjacent to the fuel electrode and supports the solid oxide fuel cell;
The metal support has open pores communicating from the fuel supply channel side surface to the fuel electrode side surface, and at least one of a hydrocarbon-based fuel and carbon monoxide is provided on at least one of the inner surface and the inside of the open pores. A metal-supported solid oxide fuel cell, characterized in that a catalyst material that converts to carbon is disposed.
上記開気孔の内表面の全面又は一部に、上記触媒材料が被覆されて配設されていることを特徴とする請求項1に記載の金属支持型固体酸化物形燃料電池。   2. The metal-supported solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the catalyst material is coated on the entire or part of the inner surface of the open pores. 少なくとも一部の上記開気孔の内部に、該開気孔が未封止状態となるように上記触媒材料が充填されて配設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属支持型固体酸化物形燃料電池。   3. The metal support according to claim 1 or 2, wherein at least a part of the open pores is filled with the catalyst material so that the open pores are not sealed. Type solid oxide fuel cell. 上記金属支持体が、上記開気孔の内表面又は内部に、上記触媒材料が配設されている触媒材料配設領域と、上記開気孔の内表面及び内部に、上記触媒材料が配設されていない触媒材料未配設領域と、を有し、
上記触媒材料未配設領域が、上記金属支持体の燃料供給流路側と燃料極側とに位置する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の金属支持型固体酸化物形燃料電池。
The metal support has a catalyst material disposition region where the catalyst material is disposed on the inner surface or inside of the open pores, and the catalyst material is disposed on the inner surface and inside of the open pores. And no catalyst material non-arranged region,
4. The metal-supported solid oxidation according to claim 1, wherein the catalyst material non-arranged regions are located on a fuel supply flow path side and a fuel electrode side of the metal support. Physical fuel cell.
上記触媒材料が、ニッケル及びコバルトの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の金属支持型固体酸化物形燃料電池。   The metal-supported solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the catalyst material contains at least one of nickel and cobalt. 請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
燃料供給流路側面から燃料極側面に連通する開気孔を有する金属支持体の該開気孔の内表面及び内部の少なくとも一方に、炭化水素系燃料及び一酸化炭素の少なくとも一方を炭素分に転換する触媒材料を配設するに際して、湿式含浸法及びスプレー塗布法の少なくとも一方を利用する
ことを特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法。
A method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
At least one of a hydrocarbon-based fuel and carbon monoxide is converted into a carbon component on at least one of the inner surface and the inner surface of the open pores of the metal support having open pores communicating from the fuel supply flow path side surface to the fuel electrode side surface. A method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell, wherein at least one of a wet impregnation method and a spray coating method is used when disposing the catalyst material.
JP2014009997A 2014-01-23 2014-01-23 Metal support type solid oxide fuel battery, and method for manufacturing the same Pending JP2015138683A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014009997A JP2015138683A (en) 2014-01-23 2014-01-23 Metal support type solid oxide fuel battery, and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014009997A JP2015138683A (en) 2014-01-23 2014-01-23 Metal support type solid oxide fuel battery, and method for manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015138683A true JP2015138683A (en) 2015-07-30

Family

ID=53769551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014009997A Pending JP2015138683A (en) 2014-01-23 2014-01-23 Metal support type solid oxide fuel battery, and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015138683A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020095983A (en) * 2020-03-23 2020-06-18 大阪瓦斯株式会社 Electrochemical element, electrochemical module, electrochemical device, energy system, solid oxide fuel cell, and method of manufacturing electrochemical element
JP2021026947A (en) * 2019-08-07 2021-02-22 日産自動車株式会社 Method for forming metal support cell catalyst layer, and metal support cell
JP2022156005A (en) * 2021-03-31 2022-10-14 森村Sofcテクノロジー株式会社 Fuel battery single cell and fuel battery stack

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021026947A (en) * 2019-08-07 2021-02-22 日産自動車株式会社 Method for forming metal support cell catalyst layer, and metal support cell
JP7331547B2 (en) 2019-08-07 2023-08-23 日産自動車株式会社 METHOD FOR FORMING METAL SUPPORT CELL CATALYST LAYER
JP2020095983A (en) * 2020-03-23 2020-06-18 大阪瓦斯株式会社 Electrochemical element, electrochemical module, electrochemical device, energy system, solid oxide fuel cell, and method of manufacturing electrochemical element
JP7089543B2 (en) 2020-03-23 2022-06-22 大阪瓦斯株式会社 Electrochemical elements, electrochemical modules, electrochemical devices, energy systems, solid oxide fuel cells, and methods for manufacturing electrochemical elements
JP2022156005A (en) * 2021-03-31 2022-10-14 森村Sofcテクノロジー株式会社 Fuel battery single cell and fuel battery stack
JP7402193B2 (en) 2021-03-31 2023-12-20 森村Sofcテクノロジー株式会社 Fuel cell single cell and fuel cell stack

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7740772B2 (en) Ceramic anodes and method of producing the same
Jiang et al. Novel structured mixed ionic and electronic conducting cathodes of solid oxide fuel cells
JP5260052B2 (en) Solid oxide fuel cell
TWI761479B (en) Electrochemical element, electrochemical module, electrochemical device, energy system, solid oxide fuel cell and manufacturing method for electrochemical element
JP5208518B2 (en) Method for producing a reversible solid oxide fuel cell
US11316169B2 (en) Methods for forming electrocatalyst structures and electrodes comprising same
US8021799B2 (en) High-performance ceramic anodes for use with strategic and other hydrocarbon fuels
US10505196B2 (en) Solid oxide fuel cell and method for producing electrolyte layer-anode assembly
CN107112564B (en) Battery structure, method for manufacturing same, and fuel cell
JP2006351405A (en) Sofc fuel electrode, and its manufacturing method
JP2015153467A (en) Metal-supported solid oxide fuel cell
JP2015138683A (en) Metal support type solid oxide fuel battery, and method for manufacturing the same
JP2018055946A (en) Anode for solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same, and solid oxide fuel cell
CN110431698B (en) Method for manufacturing electrochemical element and electrochemical element
Gil et al. Cathode-supported hybrid direct carbon fuel cells
US20040185327A1 (en) High performance ceramic anodes and method of producing the same
DK2669984T3 (en) Layered anode system for electrochemical applications and processes for their preparation
JP5687501B2 (en) Single cell for direct flame fuel cell
US10637070B2 (en) Highly porous anode catalyst layer structures for fuel flexible solid oxide fuel cells
Itagaki et al. Solid Oxide Fuel Cells: Electrode Materials and Membrane Formations
JP2006147207A (en) Solid oxide fuel cell and its manufacturing method
Babaei A mechanistic investigation of fuel oxidation reactions on the solid oxide fuel cell electrodes by using palladium catalyst nanoparticles
JP2005276534A (en) Solid oxide fuel cell
JP2005276535A (en) Solid oxide fuel cell and manufacturing method thereof