JP2017188442A - セラミックス積層体 - Google Patents
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Abstract
【課題】緻密度を向上可能なセラミックス積層体を提供する。
【解決手段】燃料電池1は、多孔な燃料極3、緻密なインターコネクタ8及び中間層9によって構成されるセラミックス積層体を備える。燃料極3は、NiOを含む。インターコネクタ8は、Ca,Mg,Al及びSrから選択される少なくとも1種類の元素がドープされたランタンクロマイトを主成分として含む。中間層9は、セラミックス材料と、インターコネクタ8を構成するランタンクロマイトにドープされている元素とNiOとの固溶体又は/及び化合物とを含む。
【選択図】図2
【解決手段】燃料電池1は、多孔な燃料極3、緻密なインターコネクタ8及び中間層9によって構成されるセラミックス積層体を備える。燃料極3は、NiOを含む。インターコネクタ8は、Ca,Mg,Al及びSrから選択される少なくとも1種類の元素がドープされたランタンクロマイトを主成分として含む。中間層9は、セラミックス材料と、インターコネクタ8を構成するランタンクロマイトにドープされている元素とNiOとの固溶体又は/及び化合物とを含む。
【選択図】図2
Description
ここに開示される技術は、セラミックス積層体に関する。
従来、電気化学セルの一種として、燃料極、空気極及び固体電解質層を有する発電部と、燃料極上に形成される中間層と、中間層上に形成されるインターコネクタとを備える燃料電池が知られている(例えば、特許文献1参照)。インターコネクタを構成する材料としては、ランタンクロマイトを用いることができる。中間層を構成する材料としては、Y2O3(イットリア)、GDC(ガドリニアドープセリア)、LaCrO3などのセラミックス材料とNiOとの混合材料を用いることができる。
ここで、Ca,Mg及びSrがドープされたランタンクロマイトによってインターコネクタを構成することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。Ca,Mg及びSrは、ランタンクロマイトの焼結を促進して緻密度を高めるためにドープされている。
しかしながら、インターコネクタの成形体と中間層の成形体を共焼成すると、インターコネクタを構成するランタンクロマイトにドープされたCa,Mg及びSrの一部が中間層に拡散してしまうため、インターコネクタの緻密度を高めるにも限界がある。このような問題は、燃料電池や電解セルを含む電気化学セルだけでなく、酸素透過性セラミックスにおいても同様である。
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、緻密度を向上可能なセラミックス積層体を提供することを目的とする。
セラミックス積層体は、多孔な第1セラミックス層と、緻密な第2セラミックス層と、第3セラミックス層とを備える。第1セラミックス層は、NiOを含む。第2セラミックス層は、Ca,Mg,Al及びSrから選択される少なくとも1種類の元素がドープされたランタンクロマイトを主成分として含む。第3セラミックス層は、第1セラミックス層と第2セラミックス層の間に配置される。第3セラミックス層は、セラミックス材料と、第2セラミックス層を構成するランタンクロマイトにドープされている元素とNiOとの固溶体又は/及び化合物とを含む。
本発明によれば、緻密度を向上可能なセラミックス積層体を提供することができる。
(燃料電池1の構成)
本実施形態に係る燃料電池1の構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、燃料電池1の斜視図である。図2は、図1のII−II断面図である。
本実施形態に係る燃料電池1の構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、燃料電池1の斜視図である。図2は、図1のII−II断面図である。
燃料電池1は、固体酸化物型燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)である。燃料電池1は、電気絶縁性の支持基板2上に形成される複数の発電部を備えた、いわゆる横縞型の燃料電池である。ただし、燃料電池1の形態は、横縞型に限られるものではなく、縦縞型、燃料極支持型、電解質平板型、或いは円筒型などであってもよい。
燃料電池1は、支持基板2と、第1発電部10と、第2発電部11とを備える。第1発電部10及び第2発電部11それぞれは、燃料極3、固体電解質層4、反応防止層5、空気極6、空気極集電層7、インターコネクタ8及び中間層9を備える。燃料極3、インターコネクタ8及び中間層9は、本実施形態に係る「セラミックス積層体」を構成する。なお、図1では、空気極集電層7が図示されていない。
支持基板2は、扁平かつ一方向に長い形状である。支持基板2の厚さは特に制限されないが、1mm〜5mmとすることができる。支持基板2の気孔率は特に制限されないが、還元雰囲気において20%〜60%とすることができる。
支持基板2は、電気絶縁性の多孔質材料を主成分として含有する。支持基板2を構成する材料としては、MgO(酸化マグネシウム)、MgAl2O4(マグネシアアルミナスピネル)とMgO(酸化マグネシウム)の混合物、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)、8YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、Y2O3(イットリア)、CZO(カルシウムジルコネート)などの絶縁性セラミックスを用いることができる。なお、本明細書において、「主成分として含有する」とは、対象成分を80重量%以上含有することを意味する。
支持基板2は、燃料ガスの改質反応を促す触媒として機能する遷移金属又は当該遷移金属の酸化物を含んでいてもよい。遷移金属としては、Ni(ニッケル)が好適である。
支持基板2の内部には、5本の流路21が設けられる。各流路21は、支持基板2の長手方向に沿って延びる。発電時、各流路21に流される燃料ガスは、支持基板2の細孔を通って燃料極3に供給される。流路21の本数は、5本に限られない。
燃料極3は、アノードとして機能する。第1発電部10の燃料極3は、第2発電部11の燃料極3から離れている。燃料極3は、燃料極集電層31と燃料極活性層32とを有する。
燃料極集電層31は、支持基板2上に配置される。燃料極集電層31は、NiOを含み、電子伝導性を有する物質によって構成される。燃料極集電部31は、酸素イオン伝導性を有する物質を含んでいてもよい。燃料極集電層31は、例えば、NiO−8YSZ、NiO−Y2O3、NiO−CSZなどによって構成することができる。燃料極集電部31の厚さは特に制限されないが、50μm〜500μmとすることができる。燃料極集電部31は多孔質であればよく、その気孔率は特に制限されないが、25%〜50%とすることができる。
本実施形態において、燃料極集電層31は、NiOを含む多孔な「第1セラミックス層」の一例である。また、本実施形態において、「多孔」とは、気孔率が25%以上であることを意味するものとする。燃料極集電層31の気孔率は、燃料極集電層31の断面上の10箇所においてSEM(走査型電子顕微鏡)の2次電子像を取得し、各2次電子像を解析することによって算出される気孔率を算術平均することによって得られる。SEMで観察する10箇所は、燃料極集電層31を面方向に11等分する位置に設定するものとする。
燃料極活性層32は、燃料極集電層31上に配置される。燃料極活性層32は、電子伝導性を有する物質と酸素イオン伝導性を有する物質とによって構成される。燃料極活性層32は、例えば、NiO−8YSZやNiO−GDC(ガドリニウムドープセリア)などによって構成することができる。燃料極活性層32における酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部31における酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きいことが好ましい。燃料極活性層32の厚さは特に制限されないが、5μm〜30μmとすることができる。燃料極活性層32の気孔率は特に制限されないが、25%〜50%とすることができる。
固体電解質層4は、燃料極3と空気極6の間に配置される。固体電解質層4は、支持基板2及び燃料極3を覆うように配置される。図2に示す例では、第1発電部10の固体電解質層4は、第1発電部10のインターコネクタ8に接続され、第2発電部11の固体電解質層4も、第1発電部10のインターコネクタ8に接続されている。固体電解質層4は、ジルコニアを主成分として含むことができる。固体電解質層4を構成する材料としては、例えば、3YSZ、8YSZ、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)などを用いることができる。固体電解質層4の厚さは特に制限されないが、3μm〜50μmとすることができる。
反応防止層5は、固体電解質層4上に配置される。反応防止層5を構成する材料としては、例えば、セリア及びセリアに固溶した希土類金属酸化物を含むセリア系材料を用いることができる。このようなセリア系材料としては、GDC、SDC(サマリウムドープセリア)などが挙げられる。反応防止膜5の厚さは特に制限されないが、3μm〜50μmとすることができる。
空気極6は、反応防止層5上に配置される。空気極6を構成する材料としては、例えば、(La,Sr)(Co,Fe)O3(LSCF、ランタンストロンチウムコバルトフェライト)、(La,Sr)FeO3(LSF、ランタンストロンチウムフェライト)、La(Ni,Fe)O3(LNF、ランタンニッケルフェライト)、(La,Sr)CoO3(LSC、ランタンストロンチウムコバルタイト)などが挙げられる。空気極6の厚さは特に制限されないが、10〜100μmとすることができる。
空気極集電層7は、空気極6上に形成される。図2に示す例では、第2発電部11の空気極集電層7が、第1発電部10のインターコネクタ8に接続されている。空気極集電層7は、電子伝導性を有する多孔質材料によって構成される。空気極集電層7は、例えば、LSCF、LSC、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)などによって構成することができる。空気極集電層7の厚さは特に制限されないが、50μm〜500μmとすることができる。
インターコネクタ8は、中間層9上に配置される。図2に示す例では、第1発電部10のインターコネクタ8が、第1発電部10の燃料極3と第2発電部11の空気極集電層7に接続されている。第1発電部10のインターコネクタ8の両端部には、第1発電部10及び第2発電部11それぞれの固体電解質層4が連結されている。
インターコネクタ8は、支持基板2や燃料極3に比べて緻密な層である。インターコネクタ8は燃料極3よりも緻密であればよく、その気孔率は特に制限されないが、20%以下が好ましく、10%以下がより好ましく、5%以下が特に好ましい。すなわち、インターコネクタ8の緻密度は、80%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上が特に好ましい。インターコネクタ8の厚さは特に制限されないが、10μm〜100μmとすることができる。
インターコネクタ8は、Ca,Mg,Al及びSrから選択される少なくとも1種類の元素がドープされたランタンクロマイト(以下、「焼結促進元素ドープランタンクロマイト」という。)を主成分として含む。焼結促進元素ドープランタンクロマイトは、一般式La1-XAXCr1−Y−ZBYO3(AはCa,Srから選択される少なくとも1種類の元素であり、BはTi,V,Mn,Fe,Co,Cu,Ni,Zn,MgおよびAlから選択される少なくとも1種類の元素であり、0.025≦X≦0.3,0≦Y≦0.22,0≦Z≦0.15である。)で表すことができる。
本実施形態において、インターコネクタ8は、焼結促進元素ドープランタンクロマイトによって構成される緻密な「第2セラミックス層」の一例である。なお、本実施形態において、「緻密」とは、緻密度が80%以上であることを意味するものとする。インターコネクタ8の緻密度は、100%からインターコネクタ8の気孔率(%)を引いた値である。インターコネクタ8の気孔率は、燃料極集電層31の気孔率と同じ手法によって算出される。
中間層9は、燃料極3(具体的には、燃料極集電層31)とインターコネクタ8の間に配置される。中間層9は、燃料極3上に形成される。中間層9上には、インターコネクタ8が形成される。本実施形態において、中間層9は、燃料極3とインターコネクタ8の間の全域に形成されているが、燃料極3とインターコネクタ8の間の一部の領域のみに形成されていてもよい。中間層9の気孔率は特に制限されないが、10%以上60%以下とすることができる。中間層9の厚さは特に制限されないが、2μm〜200μmとすることができる。
中間層9は、Y2O3、GDC、CaZrO3、クロマイト系材料などのセラミックス材料を含む。クロマイト系材料は、一般式Ln1-XAXCr1−Y−ZBYO3(LnはY及びランタノイドから選択される少なくとも1種類の元素であり、AはCa,Srから選択される少なくとも1種類の元素であり、BはTi,V,Mn,Fe,Co,Cu,Ni,Zn,MgおよびAlから選択される少なくとも1種類の元素であり、0.025≦X≦0.3,0≦Y≦0.22,0≦Z≦0.15である。)で表すことができる。中間層9に含まれるクロマイト系材料は、インターコネクタ8の主成分である焼結促進元素ドープランタンクロマイトと同一であってもよいし異なっていてもよい。
中間層9におけるセラミックス材料の含有割合は、30vol%以上70vol%以下とすることができる。中間層9におけるセラミックス材料の含有割合は、中間層9の断面上の10箇所においてEPMA(Electron Probe Micro Analyser)を用いて分析し、10箇所において測定されるセラミックス材料の含有率を算術平均することによって得られる。EPMAで分析する10箇所は、中間層9を面方向に11等分する位置に設定するものとする。
中間層9は、インターコネクタ8を構成するランタンクロマイトにドープされた元素と同種の元素(以下、「ドープ元素」という。)とNiOとの固溶体又は/及び化合物を含む。ドープ元素とNiOとの固溶体又は/及び化合物を中間層9が含有することによって、インターコネクタ8と中間層9の成形体を共焼成する際に、インターコネクタ8を構成するランタンクロマイトにドープされた元素(Ca,Mg,Al及びSrの少なくとも1種類)が中間層9に拡散することを抑制できる。その結果、インターコネクタ8の焼結性が高まるため、インターコネクタ8の緻密度を高めることができる。このように、本実施形態に係る中間層9は、インターコネクタ8から焼結促進元素が抜け出してしまうことを抑えるバリア層として機能する。
例えば、インターコネクタ8がCaOのドープされたランタンクロマイトを主成分として含む場合、中間層9は、CaOとNiOの固溶体を含んでいてもよい。CaOとNiOの固溶体におけるCaOの含有量は特に制限されないが、7mol%以下であることが好ましい。これによって、インターコネクタ8又は/及び中間層9から燃料極3へのCa元素の拡散が抑制されるため、燃料極3の耐久性を向上させることができる。中間層9が含有するNiOの全部が、CaOと固溶体を形成していてもよい。中間層9がCaOとNiOの固溶体を含んでいることは、EPMA分析によって確認することができる。また、CaOとNiOの固溶体におけるCaOの含有量は、EPMA分析によって測定することができる。
また、インターコネクタ8がMgOのドープされたランタンクロマイトを主成分として含む場合、中間層9は、MgOとNiOの固溶体を含んでいてもよい。MgOとNiOの固溶体におけるMgOの含有量は特に制限されないが、50mol%以下であることが好ましい。これによって、インターコネクタ8又は/及び中間層9から燃料極3へのMg元素の拡散が抑制されるため、燃料極3の耐久性を向上させることができる。中間層9が含有するNiOの全部が、MgOと固溶体を形成していてもよい。中間層9がMgOとNiOの固溶体を含んでいることは、EPMA分析によって確認することができる。また、MgOとNiOの固溶体におけるMgOの含有量は、EPMA分析によって測定することができる。
また、インターコネクタ8がAl2O3のドープされたランタンクロマイトを主成分として含む場合、中間層9は、NiAl2O4を含んでいてもよい。これによって、インターコネクタ8又は/及び中間層9から燃料極3へのAl元素の拡散が抑制されるため、燃料極3の耐久性を向上させることができる。中間層9が含有するNiOの全部が、NiAl2O4を構成していてもよい。
また、インターコネクタ8がSrOのドープされたランタンクロマイトを主成分として含む場合、中間層9は、Sr9Ni7O21を含んでいてもよい。これによって、インターコネクタ8又は/及び中間層9から燃料極3へのSr元素の拡散が抑制されるため、燃料極3の耐久性を向上させることができる。中間層9が含有するNiOの全部が、Sr9Ni7O21を構成していてもよい。
インターコネクタ8を構成するランタンクロマイトに複数種の焼結促進元素がドープされている場合、中間層9が含む固溶体又は/及び化合物には、それらのうち1種類の元素が含有されていればよい。例えば、インターコネクタ8がCa,Mg,Al及びSrの全てをドープされたランタンクロマイトを主成分として含む場合、中間層9が含む固溶体又は/及び化合物には、Ca,Mg,Al及びSrのいずれか1種類が含有されていればよい。この場合であっても、少なくとも1種類の焼結促進元素がインターコネクタ8から中間層9に拡散することを抑制できる。
中間層9におけるドープ元素とNiOとの固溶体又は/及び化合物の合計含有割合は特に制限されないが、10vol%以上60vol%以下とすることができる。中間層9における固溶体又は/及び化合物の含有割合は、中間層9の断面上の10箇所においてEPMAを用いて分析し、10箇所において測定される固溶体又は/及び化合物の含有率を算術平均することによって得られる。SEMで観察する10箇所は、中間層9を面方向に11等分する位置に設定するものとする。
本実施形態において、中間層9は、「第3セラミックス層」の一例である。
(燃料電池1の製造方法)
次に、燃料電池1の製造方法の一例について説明する。
次に、燃料電池1の製造方法の一例について説明する。
まず、上述の支持基板材料を押出成形することによって、5本の流路21を有する支持基板2の成形体を形成する。次に、上述の燃料極材料をペースト化して支持基板2の成形体上にスクリーン印刷することによって、燃料極3の成形体を形成する。
次に、インターコネクタ8に用いる焼結促進元素(ドープ元素)とNiO粉末を固溶(又は、反応)させる。その際、調合比によりドープ元素の含有量を調整することによって、固溶体におけるドープ元素の含有量(すなわち、CaOやMgOなどの含有量)が制御できる。
次に、焼結促進元素とNiO粉末の固溶体(又は、化合物)と、Y2O3、GDC、CaZrO3、クロマイト系材料などのインターコネクタ8に用いるセラミックス材料粉末とを混合してペースト化する。この際、固溶体(又は、化合物)とセラミックス材料の調合比を調整することによって、中間層9におけるそれぞれの含有割合を調整することができる。次に、ペーストを燃料極3の成形体上にスクリーン印刷することによって、中間層9の成形体を形成する。
次に、焼結促進元素ドープランタンクロマイト材料をペースト化して中間層9の成形体上にスクリーン印刷することによって、インターコネクタ8の成形体を形成する。
次に、支持基板2及び燃料極3の成形体上に固体電解質材料をディップ成形することによって、固体電解質層4の成形体を形成する。次に、固体電解質層4の成形体上に反応防止層材料をディップ成形することによって、反応防止層5の成形体を形成する。
次に、支持基板2、燃料極3、固体電解質層4、反応防止層5及びインターコネクタ8それぞれの成形体を共焼成(1300〜1600℃、2〜20時間)する。
次に、空気極材料をペースト化して反応防止層5上にスクリーン印刷することによって、空気極6の成形体を形成する。次に、空気極集電層材料をペースト化して空気極6の成形体上にスクリーン印刷することによって、空気極集電層7の成形体を形成する。次に、空気極6及び空気極集電層7の成形体を焼成(900〜1100℃、1〜20時間)する。
(他の実施形態)
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
上記実施形態では、本発明にかかるセラミックス積層体を固体酸化物型燃料電池に適用した場合について説明したが、本発明にかかるセラミックス積層体は、固体酸化物型燃料電池のほか、固体酸化物型電解セルを含む固体酸化物型電気化学セルに適用可能である。また、本発明にかかるセラミックス積層体は、酸素透過性セラミックスにも適用可能である。一般的に、酸素透過性セラミックスは、上記実施形態に係るセラミックス積層体と、第1セラミックス層の表面上に形成される第1酸素吸着膜と、第2セラミックス層の表面上に形成される第2酸素吸着膜とを備える。このような酸素透過性セラミックスの構成及び製法は、特開2009-6205号公報に詳細が記載されている。本明細書では、特開2009-6205号公報の記載を援用する。
(サンプルNo.1〜9の作製)
以下のようにして、実施例としてのサンプルNo.1〜9を作製した。なお、本実施例では、セラミックス積層体として、燃料極(第1セラミックス層)と中間層(第3セラミックス層)とインターコネクタ(第2セラミックス層)との共焼成体を作製した。
以下のようにして、実施例としてのサンプルNo.1〜9を作製した。なお、本実施例では、セラミックス積層体として、燃料極(第1セラミックス層)と中間層(第3セラミックス層)とインターコネクタ(第2セラミックス層)との共焼成体を作製した。
まず、NiO−Y2O3粉末(混合比60vol%:40vol%)を30MPaで一軸加圧成形した後に、100MPaでCIP成形することによって、燃料極の成形体を形成した。
次に、サンプルNo.1〜7において、インターコネクタに用いる焼結促進元素(ドープ元素)とNiO粉末を固溶させることによって、表1に示す固溶体を形成した。この際、NiO粉末に対するドープ元素の調合比を調整することによって、表1に示すように、固溶体におけるドープ元素(すなわち、CaOやMgO)の含有量を制御した。また、サンプルNo.8,9において、インターコネクタに用いる焼結促進元素(ドープ元素)とNiO粉末を反応させることによって、表1に示す化合物を形成した。
次に、インターコネクタに用いるセラミックス材料粉末と固溶体(又は、化合物)とを混合(混合比55vol%:45vol%)してペースト化した。そして、当該ペーストを燃料極の成形体上にスクリーン印刷して乾燥させることによって、中間層の成形体を形成した。
次に、表1に示すように、Ca,Mg,Al及びSrをドープがドープされたインターコネクタ用のランタンクロマイト粉末をペースト化した。そして、当該ペーストを中間層の成形体上にスクリーン印刷して乾燥させることによって、インターコネクタの成形体を形成した。
次に、燃料極、中間層及びインターコネクタの成形体を共焼成(1400℃、2hr)した。こうして得られたサンプルは,総厚み約3mm(燃料極約3mm、中間層2〜200μm、インターコネクタ20μm)、直径20mmの円盤形であった。
(サンプルNo.10の作製)
ドープ元素とNiOとの固溶体及び化合物を用いずに中間層の成形体を形成した以外はサンプルNo.1〜9と同じ工程にてサンプルNo.10を作製した。
ドープ元素とNiOとの固溶体及び化合物を用いずに中間層の成形体を形成した以外はサンプルNo.1〜9と同じ工程にてサンプルNo.10を作製した。
(中間層の成分分析)
各サンプルについて、中間層が含有する固溶体におけるドープ元素の含有率を、中間層の断面上においてEPMAを用いて分析した。中間層の固溶体におけるドープ元素の含有率を表1にまとめて示す。なお、EPMAによる分析は、中間層を面方向に11等分する10箇所において実施した。
各サンプルについて、中間層が含有する固溶体におけるドープ元素の含有率を、中間層の断面上においてEPMAを用いて分析した。中間層の固溶体におけるドープ元素の含有率を表1にまとめて示す。なお、EPMAによる分析は、中間層を面方向に11等分する10箇所において実施した。
(インターコネクタの緻密度)
樹脂埋めした各サンプルの断面を研磨し、同断面についてのSEMによる画像(2次電子像)を解析することによって、インターコネクタの気孔率を測定した。SEMの加速電圧は5kV、SEMの倍率は5000倍、又は7500倍に設定された。気孔率の測定は、サンプルの10箇所の断面について行われ、それらの平均値が気孔率の値として採用された。気孔率より算出した緻密度を表1にまとめて示す。なお、インターコネクタをSEMで観察した10箇所は、インターコネクタを面方向に11等分する位置に設定した。
樹脂埋めした各サンプルの断面を研磨し、同断面についてのSEMによる画像(2次電子像)を解析することによって、インターコネクタの気孔率を測定した。SEMの加速電圧は5kV、SEMの倍率は5000倍、又は7500倍に設定された。気孔率の測定は、サンプルの10箇所の断面について行われ、それらの平均値が気孔率の値として採用された。気孔率より算出した緻密度を表1にまとめて示す。なお、インターコネクタをSEMで観察した10箇所は、インターコネクタを面方向に11等分する位置に設定した。
表1に示すように、中間層がドープ元素とNiOとの固溶体又は化合物を含有するサンプルNo.1〜9では、インターコネクタの緻密度を向上させることができた。これは、インターコネクタを構成するランタンクロマイトにドープされた焼結促進元素が中間層に拡散することを抑制できたためである。
本実施例では、表1に示す材料の組み合わせにおいて、インターコネクタの緻密度が向上することを確認したが、この効果は、インターコネクタのランタンクロマイトにおけるドープ元素と同種の元素を中間層が含有する限りにおいて得られるものである。そのため、燃料極(第1セラミックス層)は、Y2O3以外の酸素イオン伝導性を含んでいてもよいし、NiOを主成分としていてもよい。また、インターコネクタ(第2セラミックス層)は、所定元素がドープされたランタンクロマイトを主成分としていればよい。また、中間層(第3セラミックス層)は、クロマイト系以外のセラミックス材料を含んでいてもよい。さらに、中間層(第3セラミックス層)に含まれる、ドープ元素とNiOとの固溶体又は化合物は、表1に示す物質に限られるものではない。
また、CaOとNiOの固溶体におけるCaOの含有量を8%としたサンプルNo.4では、燃料極全域へのCa元素の拡散が確認された。一方、CaOとNiOの固溶体におけるCaOの含有量を7%以下としたサンプルNo.1〜3では、燃料極へのCa元素の拡散は一部しか確認されなかった。従って、CaOとNiOの固溶体におけるCaOの含有量を7%以下とすることによって、燃料極の耐久性を向上させられることが分かった。なお、サンプルNo.5〜7では、いずれにおいても燃料極へのMg元素の拡散は一部しか確認されなかった。
1 燃料電池
2 支持基板
3 燃料極
4 固体電解質層
5 反応防止層
6 空気極
7 空気極集電層
8 インターコネクタ
9 中間層
10 第1発電部
11 第2発電部
21 流路
2 支持基板
3 燃料極
4 固体電解質層
5 反応防止層
6 空気極
7 空気極集電層
8 インターコネクタ
9 中間層
10 第1発電部
11 第2発電部
21 流路
Claims (5)
- NiOを含む多孔な第1セラミックス層と、
Ca,Mg,Al及びSrから選択される少なくとも1種類の元素がドープされたランタンクロマイトを主成分として含む緻密な第2セラミックス層と、
前記第1セラミックス層と前記第2セラミックス層の間に配置され、セラミックス材料と、前記第2セラミックス層を構成するランタンクロマイトにドープされている元素とNiOとの固溶体又は/及び化合物とを含む第3セラミックス層と、
を備えるセラミックス積層体。 - 前記第2セラミックス層は、CaOがドープされたランタンクロマイトによって構成され、
前記第3セラミックス層は、前記固溶体としてCaOとNiOの固溶体を含み、
前記固溶体におけるCaOの含有量は、7mol%以下である、
請求項1に記載のセラミックス積層体。 - 前記第2セラミックス層は、MgOがドープされたランタンクロマイトによって構成され、
前記第3セラミックス層は、前記固溶体としてMgOとNiOの固溶体を含み、
前記固溶体におけるMgOの含有量は、50mol%以下である、
請求項1に記載のセラミックス積層体。 - 前記第3セラミックス層は、前記化合物としてNiAl2O4を含む、
請求項1に記載のセラミックス積層体。 - 前記第3セラミックス層の前記副成分の少なくとも一部は、前記化合物としてSr9Ni7O21を含む、
請求項1に記載のセラミックス積層体。
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