JP2016100305A - 燃料電池単セルおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池単セル1は、ジルコニア系の固体電解質層10と、固体電解質層10の第1の面に積層されたアノード11と、固体電解質層10の第2の面に積層されたSrを含有するカソード12とを有している。固体電解質層10は、カソード12側の表面に、平坦面101を備える平坦部102と、平坦面101よりも内方に窪んだ窪み部103とが多数混在している。平坦部102の表面には、ZrとCeとを含む複合酸化物よりなる被膜13が積層されている。カソード12は、窪み部103の表面と被膜13の表面とに接合されている。
【選択図】図1
Description
上記固体電解質層は、上記カソード側の表面に、平坦面を備える平坦部と、平坦面よりも内方に窪んだ窪み部とが多数混在しており、
上記平坦部の表面には、ZrとCeとを含む複合酸化物よりなる被膜が積層されており、
上記カソードは、上記窪み部の表面と上記被膜の表面とに接合されていることを特徴とする燃料電池単セルにある。
焼成により上記固体電解質層になる固体電解質層形成用材料と、該固体電解質層形成用材料の第1の面に積層されており、焼成により上記アノードになるアノード形成用材料と、上記固体電解質層形成用材料の第2の面に積層されており、酸化セリウム粉末を含む被膜形成用材料とを含む第1積層体を準備する第1工程と、
上記酸化セリウム粉末が焼結しない温度で上記第1積層体を焼成することにより、上記固体電解質層と、上記アノードと、上記固体電解質層を構成する固体電解質の一部と上記被膜形成用材料に含まれる酸化セリウム粉末の一部とが固相反応して生じた固相反応層と、未焼結の上記被膜形成用材料とを含む焼成体を得る第2工程と、
未焼結の上記被膜形成用材料を除去するとともに、上記固相反応層の一部と上記固体電解質層の一部とを除去することにより、上記被膜および上記窪み部を形成する第3工程と、
上記被膜および上記窪み部の形成面上に、焼成によりカソードになるカソード形成用材料を積層し、第2積層体を得る第4工程と、
上記第2積層体を焼成する第5工程と、
を有することを特徴とする燃料電池単セルの製造方法にある。
実施例1の燃料電池単セルについて、図1を用いて説明する。図1に示されるように、本例の燃料電池単セル1は、ジルコニア系の固体電解質層10と、固体電解質層10の第1の面に積層されたアノード11と、固体電解質層10の第2の面に積層されたSrを含有するカソード12とを有している。本例では、燃料電池単セル1は、アノード11を支持体とする平板形の単セルである。なお、第2の面は、第1の面の反対側にある面である。
実施例2の燃料電池単セルの製造方法について、図2を用いて説明する。本例の燃料電池単セルの製造方法は、実施例1の燃料電池単セル1を製造する方法であって、第1工程と、第2工程と、第3工程と、第4工程と、第5工程とを有している。
<実験例>
(材料準備)
シート状の拡散層形成用材料上にシート状の活性層形成用材料を積層した。次いで、シート状の活性層形成用材料上にシート状の固体電解質層形成用材料を積層した。これにより積層体(1)を得た。次いで、得られた積層体(1)を、2つのシート状の被膜形成用材料により挟持することにより、積層体(2)を得た。次いで、5000kg/cm2の静水圧プレスにより積層体(2)を圧着し、各層を一体化させた。これにより第1積層体を得た。なお、上記圧着後、第1積層体を脱脂した。
10 固体電解質層
101 平坦面
102 平坦部
103 窪み部
11 アノード
12 カソード
13 被膜
100 固体電解質層形成用材料
110 アノード形成用材料
120 カソード形成用材料
130 被膜形成用材料
131 固相反応層
1A 第1積層体
1B 焼成体
1D 第2積層体
Claims (6)
- ジルコニア系の固体電解質層(10)と、該固体電解質層(10)の第1の面に積層されたアノード(11)と、上記固体電解質層(10)の第2の面に積層されたSrを含有するカソード(12)とを有する燃料電池単セル(1)であって、
上記固体電解質層(10)は、上記カソード(12)側の表面に、平坦面(101)を備える平坦部(102)と、平坦面(101)よりも内方に窪んだ窪み部(103)とが多数混在しており、
上記平坦部(102)の表面には、ZrとCeとを含む複合酸化物よりなる被膜(13)が積層されており、
上記カソード(12)は、上記窪み部(103)の表面と上記被膜(13)の表面とに接合されていることを特徴とする燃料電池単セル(1)。 - 上記固体電解質層(10)に垂直な断面で見て、上記被膜(13)を含めた上記固体電解質層(10)の断面曲線の最大断面高さPtは、1〜8μmの範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池単セル(1)。
- 上記固体電解質層(10)に垂直な断面で見て、上記固体電解質層(10)の層方向における上記被膜(13)の存在率は、80〜95%の範囲内にあることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池単セル(1)。
- 上記固体電解質層(10)を構成する固体電解質は、イットリア安定化ジルコニアであり、上記複合酸化物は、さらにYを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池単セル(1)。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池単セルの製造方法であって、
焼成により上記固体電解質層(10)になる固体電解質層形成用材料(100)と、該固体電解質層形成用材料(100)の第1の面に積層されており、焼成により上記アノード(11)になるアノード形成用材料(110)と、上記固体電解質層形成用材料(100)の第2の面に積層されており、酸化セリウム粉末を含む被膜形成用材料(130)とを含む第1積層体(1A)を準備する第1工程と、
上記酸化セリウム粉末が焼結しない温度で上記第1積層体(1A)を焼成することにより、上記固体電解質層(12)と、上記アノード(11)と、上記固体電解質層(10)を構成する固体電解質の一部と上記被膜形成用材料(130)に含まれる酸化セリウム粉末の一部とが固相反応して生じた固相反応層(131)と、未焼結の上記被膜形成用材料(13)とを含む焼成体(1B)を得る第2工程と、
未焼結の上記被膜形成用材料(130)を除去するとともに、上記固相反応層(131)の一部と上記固体電解質層(10)の一部とを除去することにより、上記被膜(13)および上記窪み部(103)を形成する第3工程と、
上記被膜(13)および上記窪み部(103)の形成面上に、焼成によりカソード(12)になるカソード形成用材料(120)を積層し、第2積層体(1D)を得る第4工程と、
上記第2積層体(1D)を焼成する第5工程と、
を有することを特徴とする燃料電池単セルの製造方法。 - 上記第3工程において、上記被膜形成用材料(130)、上記固相反応層(131)の一部、および、上記固体電解質層(10)の一部の除去は、湿式ホーニング法により行われることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池単セルの製造方法。
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