JP2016126883A - 固体酸化物形燃料電池用電解質シート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも片面に2以上の陥没2及び/又は凸起を有し、陥没2及び凸起の基底面形状が、円形、楕円形、又は頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、及び/又は、その立体形状が、半球形、半楕円球形、又は頂点及び稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、陥没2および凸起の基底面の平均円相当径、陥没2の平均深さ及び上記凸起の平均高、陥没2及び凸起の表面粗さ、且つ、平均厚さを所定範囲に規定した固体酸化物形燃料電池用電解質シート1。
【選択図】図1
Description
上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、
上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.5μm以上250μm以下であり、
上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが0.3μm以上50μm以下であり、
上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上3μm以下であり、且つ、
平均厚さが30μm以上400μm以下であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用電解質シート。
2以上の陥没および/または凸起を有し、
上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、
上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.8μm以上380μm以下であり、
上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが1.1μm以上186μm以下であり、且つ、
上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上10μm以下であることを特徴とするスタンパ。
電解質グリーンシートの片面または両面に上記[5]〜[7]のいずれかに記載のスタンパを押圧することにより陥没および/または凸起が形成された表面修飾電解質グリーンシートを得る工程、および、
上記表面修飾電解質グリーンシートを焼成する工程を含むことを特徴とする方法。
本発明に係る固体酸化物形燃料電池用電解質シート(以下、単に「電解質シート」と略記する)は、少なくとも片面に2以上の陥没および/または凸起を有し、上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.5μm以上250μm以下であり、上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが0.3μm以上50μm以下であり、上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上3μm以下であり、且つ、平均厚さが30μm以上400μm以下であることを特徴とする。電解質シートに上記陥没および/または凸起を形成することにより、電極層との界面面積が大きく、電極層との密着性も高く、且つ機械的強度に優れる上に、製造効率に優れる電解質シートとなる。
特に制限されるものではないが、本発明に係る電解質シートは、例えば、
少なくとも電解質シート材料粉末、溶媒およびバインダーを混合することによりスラリーを得る工程、
上記スラリーをシート状に成形した後に乾燥することにより電解質グリーンシートを得る工程、
上記電解質グリーンシートの片面または両面にスタンパを押圧することにより陥没および/または凸起が形成された表面修飾電解質グリーンシートを得る工程、および、
上記表面修飾電解質グリーンシートを焼成する工程を含む方法により製造することができる。以下、各工程につき説明する。
電解質シート材料粉末としては、上述した電解質シート材料の粉末を用いることができる。電解質シート材料粉末は、電解質シートの所望の組成が決定されれば、その組成に従って、共沈法、均一沈殿法、ゾルゲル法、噴霧熱分解法、クエン酸溶解法、粉末混合法などの常法により製造することが可能である。
次に、スラリーをシート状に成形した後に乾燥することにより電解質グリーンシートを得る。
次に、電解質グリーンシートの片面または両面にスタンパを押圧することにより陥没および/または凸起が形成された表面修飾電解質グリーンシートを得る。
次に、上記のようにして得られた陥没および/または凸起が形成された表面修飾電解質グリーンシートを焼成することにより、本発明に係る電解質シートとすることができる。
次いで、固体酸化物形燃料電池用単セルについて説明する。本発明の固体酸化物形燃料電池用セルは、上記の本発明に係る電解質シートを固体電解質として含むことを特徴とする。
(1) スタンパの製造
音楽用CDなどの作製に用いられるフォトリソグラフィーと電鋳技術によって、スタンパを作製した。具体的には、清浄なガラス基板の上に、光硬化性のフォトレジストを塗布し、予め用意しておいた1cm2当たり約62000個の円のあるフォトマスクでカバーし、露光した。現像後、未硬化のレジストを流し出した後、エッチングしレジストの角を取った。次いで、電鋳により厚さ0.3mmのNiメッキ層を形成し、ガラス基板からそのNi板を剥離し、フォトレジストを除去することにより凸起を有するスタンパNo.1を得た。
6モル%スカンジウム安定化ジルコニア粉末(第一稀元素社製,商品名「6ScSZ」,比表面積:11m2/g,平均粒子径:0.5μm)(以下、6モル%スカンジウム安定化ジルコニアを「6ScSZ」と記す)100質量部に対して、メタアクリレート系共重合体(数平均分子量:100,000,ガラス転移温度:−8℃,固形分濃度:50質量%)からなるバインダーを固形分換算で17質量部と、可塑剤としてジブチルフタレート3質量部を、トルエン/イソプロパノール(質量比:3/2)の混合溶剤と共にナイロンポットに投入し、60rpmで20時間ミリングして原料スラリーを調製した。このスラリーを減圧脱泡容器へ移し、3.99kPa〜21.3kPa(30Torr〜160Torr)に減圧して濃縮・脱泡し、粘度が2.5Pa・sの塗工用スラリーとした。
上記実施例1(1)において、フォトマスクの円の大きさを大きくし、当該円の数を1cm2当たり約8000個とした以外は同様にしてスタンパNo.2を作製した。当該スタンパNo.2の凸起の表面粗さRaは3.1μmでRzは14.2μmであった。スタンパNo.1のかわりにNo.2を用いた以外は上記実施例1(2)と同様にして、10cm角、厚さ160μmの6ScSZ電解質シートを得た。得られた6ScSZ電解質シートの粗さ曲線に認められる陥没内の一部の凹部先端は全て鋭角ではなかった。
上記スタンパNo.1の凸起部をブラスト加工により粗化してRaを11.6μm、Rzを25.8μmの表面粗さに調整することにより、スタンパNo.3を得た。スタンパNo.1のかわりにNo.3を用いた以外は上記実施例1(2)と同様にして、10cm角、厚さ160μmの6ScSZ電解質シートを得た。得られた6ScSZ電解質シートの粗さ曲線に認められる陥没内の一部の凹部先端は鋭角になっていた。
Claims (8)
- 少なくとも片面に2以上の陥没および/または凸起を有し、
上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、
上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.5μm以上250μm以下であり、
上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが0.3μm以上50μm以下であり、
上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上3μm以下であり、且つ、
平均厚さが30μm以上400μm以下であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用電解質シート。 - 上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上500,000個/cm2以下有する請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シート。
- 少なくとも片面が、上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上50,000個/cm2未満有する領域と、50,000個/cm2以上500,000個/cm2以下有する領域とを有する請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シート。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シートを含むことを特徴とする固体酸化物形燃料電池用単セル。
- 電解質グリーンシートに陥没および/または凸起を形成するためのスタンパであって、
2以上の陥没および/または凸起を有し、
上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、
上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.8μm以上380μm以下であり、
上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが1.1μm以上186μm以下であり、且つ、
上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上10μm以下であることを特徴とするスタンパ。 - 上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上500,000個/cm2以下有する請求項5に記載のスタンパ。
- 上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上50,000個/cm2未満有する領域と、50,000個/cm2以上500,000個/cm2以下有する領域とを有する請求項5に記載のスタンパ。
- 固体酸化物形燃料電池用電解質シートを製造するための方法であって、
電解質グリーンシートの片面または両面に請求項5〜7のいずれかに記載のスタンパを押圧することにより陥没および/または凸起が形成された表面修飾電解質グリーンシートを得る工程、および、
上記表面修飾電解質グリーンシートを焼成する工程を含むことを特徴とする方法。
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