JP2020071987A - Solid oxide fuel cell and current collector forming material used therein - Google Patents

Solid oxide fuel cell and current collector forming material used therein Download PDF

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Abstract

To provide a solid oxide fuel cell (SOFC) including a current collecting unit which has high current collecting efficiency and can suppress an increase in resistance due to use.SOLUTION: A solid oxide fuel cell (SOFC) according to the present invention includes a power generator 40 in which a fuel electrode 10 and an air electrode 30 face each other via a solid electrolyte layer 20, and a current collector 30e disposed on the surface of at least one of the fuel electrode 10 and the air electrode 30. The current collector 30e is a sintered body including a silver-containing material of at least one of silver and a silver alloy, and a perovskite type oxide, and the electrical conductivity exceeds 8000 S/cm, and the average equivalent-circle diameter of the sintered silver-containing material based on electron microscope observation is 2.9 μm or less.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池とこれに用いる集電部形成用材料に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid oxide fuel cell and a material for forming a current collector used therein.

固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell,以下、単に「SOFC」という。)は、種々のタイプの燃料電池の中でも発電効率が高く、環境への負荷も低いことから、次世代のエネルギー供給源として開発が進められている。SOFCは、燃料極(アノード)と空気極(カソード)とが固体電解質層を介して対向した構造の発電体を有している。発電体で生成された電力は、空気極および燃料極の集電端子を介して外部に取り出される。これに関連して、特許文献1〜6には、空気極および/または燃料極の表面に集電部を設け、当該集電部を介して発電体から電力を取り出すことが開示されている。例えば特許文献1には、銀含有材料とペロブスカイト型酸化物粉体とを含んだ空気極用の集電部形成用材料、およびこれを用いてなる空気極集電部が開示されている。   Solid oxide fuel cells (SOFCs) are next-generation fuel cells of the next generation because of their high power generation efficiency and low environmental impact among various types of fuel cells. It is being developed as an energy source. The SOFC has a power generator having a structure in which a fuel electrode (anode) and an air electrode (cathode) face each other via a solid electrolyte layer. The electric power generated by the power generator is taken out to the outside via the collector terminals of the air electrode and the fuel electrode. In this regard, Patent Documents 1 to 6 disclose that a current collector is provided on the surface of the air electrode and / or the fuel electrode, and electric power is taken out from the power generator via the current collector. For example, Patent Document 1 discloses an air electrode current collector forming material containing a silver-containing material and perovskite type oxide powder, and an air electrode current collector using the same.

特開2005−050636号公報JP, 2005-050636, A 特開2010−140895号公報JP, 2010-140895, A 特開2004−355814号公報JP, 2004-355814, A 特開2004−165074号公報JP 2004-165074 A 特開2006−139966号公報JP, 2006-139966, A 特開2010−118338号公報JP, 2010-118338, A

SOFCの集電部に対しては、より一層抵抗を低減して、集電効率を高めることが求められている。加えて、SOFCでは、例えば10万時間を超える長期の使用も見込まれる。このため、使用に伴う経時劣化、例えば、空気極、燃料極および集電部の少なくとも1つの抵抗の増加を抑えて、高い発電性能を安定的に維持することも求められている。   For the SOFC current collector, it is required to further reduce the resistance and improve the current collection efficiency. In addition, SOFC is expected to be used for a long period of time, for example, exceeding 100,000 hours. Therefore, it is also required to stably maintain high power generation performance by suppressing deterioration over time due to use, for example, an increase in the resistance of at least one of the air electrode, the fuel electrode, and the current collector.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、集電効率が高く、かつ使用に伴う抵抗増加を抑制することのできる集電部を備えたSOFCを提供することである。また、本発明の他の目的は、このようなSOFCの集電部を形成するための集電部形成用材料を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an SOFC having a current collector that has high current collection efficiency and can suppress an increase in resistance due to use. Further, another object of the present invention is to provide a material for forming a current collecting portion for forming such a current collecting portion of an SOFC.

本発明により、燃料極と、空気極とが、固体電解質層を介して対向している発電体と、上記燃料極および上記空気極のうちの少なくとも一方の表面に配置された集電部と、を備える固体酸化物形燃料電池が提供される。上記集電部は、銀および銀合金のうちの少なくとも一方の銀含有材料と、ペロブスカイト型酸化物と、を含む焼結体であり、導電率が8000S/cmを超えており、焼結されている上記銀含有材料の電子顕微鏡観察に基づく平均円相当径が、2.9μm以下である。   According to the present invention, a fuel electrode and an air electrode, a power generator facing each other via a solid electrolyte layer, a current collector arranged on the surface of at least one of the fuel electrode and the air electrode, There is provided a solid oxide fuel cell comprising: The current collector is a sintered body containing at least one silver-containing material of silver and a silver alloy and a perovskite type oxide, and has a conductivity of more than 8000 S / cm and is sintered. The average equivalent-circle diameter of the above silver-containing material observed by an electron microscope is 2.9 μm or less.

上記集電部では、Ag粒子間のネットワークが良好に発達し、所定値以上の導電率が実現されている。また、上記集電部では、焼結状態における銀含有材料の平均円相当径が小さく抑えられている。このことにより、上記集電部を備えるSOFCでは、オーミック抵抗が小さく抑えられると共に、SOFCの使用に伴う抵抗増加を抑制して、電力損失を抑えることができる。したがって、ここに開示されるSOFCは、良好な発電特性を長期にわたって発揮することができる。   In the current collector, the network between Ag particles is well developed and the electrical conductivity of a predetermined value or more is realized. Further, in the current collector, the average equivalent circle diameter of the silver-containing material in the sintered state is kept small. As a result, in the SOFC including the current collector, the ohmic resistance can be suppressed small, and the resistance increase due to the use of the SOFC can be suppressed to suppress the power loss. Therefore, the SOFC disclosed herein can exhibit good power generation characteristics for a long period of time.

ここに開示される好適な一態様では、上記集電部において、上記銀含有材料の割合が、50質量%を超えている。これにより、集電部の導電率を一層向上して、電力損失をより良く抑えることができる。   In a preferred aspect disclosed herein, the proportion of the silver-containing material in the current collector is more than 50% by mass. As a result, the conductivity of the current collector can be further improved, and power loss can be further suppressed.

ここに開示される好適な一態様では、上記集電部の平均厚みTが、100μm以下であり、かつ、上記導電率(S/cm)と上記平均厚みT(cm)との積が、30(S/cm)・cm以上である。これにより、例えば円筒型のSOFCのように集電部を厚めに形成する場合においても、集電部の導電率を向上して、集電効率をより良く高めることができる。   In a preferred aspect disclosed herein, the average thickness T of the current collector is 100 μm or less, and the product of the conductivity (S / cm) and the average thickness T (cm) is 30. (S / cm) · cm or more. Thereby, even when the current collector is formed thicker, as in a cylindrical SOFC, the conductivity of the current collector can be improved and the current collection efficiency can be improved.

ここに開示される好適な一態様では、上記銀含有材料の上記平均円相当径をDs1(μm)とし、上記ペロブスカイト型酸化物の電子顕微鏡観察に基づく個数基準の平均粒子径をDs2(μm)としたときに、上記Ds1と上記Ds2とが、次の関係:10≦(Ds1/Ds2)≦20;を満たしている。これにより、SOFCの初期特性と耐久特性とをより高いレベルでバランスすることができる。   In a preferred embodiment disclosed herein, the average circle equivalent diameter of the silver-containing material is Ds1 (μm), and the number-based average particle diameter of the perovskite oxide based on electron microscope observation is Ds2 (μm). Then, the Ds1 and the Ds2 satisfy the following relationship: 10 ≦ (Ds1 / Ds2) ≦ 20. Thereby, the initial characteristics and the durability characteristics of the SOFC can be balanced at a higher level.

ここに開示される好適な一態様では、上記ペロブスカイト型酸化物が、一般式:ABO;で表され、AサイトにLaおよびSrを含み、BサイトにCoを含む、酸化物である。これにより、ここに開示される技術の効果をより良く発揮することができる。 In a preferred embodiment disclosed herein, the perovskite-type oxide is an oxide represented by the general formula: ABO 3 ; containing A and Sr at the A site and containing Co at the B site. Thereby, the effect of the technique disclosed here can be exhibited more effectively.

ここに開示される好適な一態様では、上記空気極がペロブスカイト型酸化物を含み、上記空気極の表面に上記集電部が配置されている。これにより、空気極と集電部との熱膨張率の整合性や一体性を高めることができ、SOFCの耐久性、例えばヒートサイクル耐性をより良く向上することができる。   In a preferred aspect disclosed herein, the air electrode contains a perovskite oxide, and the current collector is arranged on the surface of the air electrode. As a result, it is possible to enhance the consistency and integrity of the coefficient of thermal expansion between the air electrode and the current collector, and to improve the durability of the SOFC, for example, the heat cycle resistance.

ここに開示される好適な一態様では、上記発電体が、円筒形状の上記燃料極の表面に、上記固体電解質層と上記空気極とがこの順に積層されて構成されており、上記空気極の表面に、上記集電部が配置されている。   In a preferred aspect disclosed herein, the power generator is configured such that the solid electrolyte layer and the air electrode are laminated in this order on the surface of the cylindrical fuel electrode, The current collector is arranged on the surface.

また、本発明により、銀および銀合金のうちの少なくとも一方の銀含有材料と、ペロブスカイト型酸化物と、を含む固体酸化物形燃料電池の集電部形成用材料が提供される。上記銀含有材料の電子顕微鏡観察に基づく個数基準の平均粒子径をD1(μm)とし、上記ペロブスカイト型酸化物の電子顕微鏡観察に基づく個数基準の平均粒子径をD2(μm)としたときに、上記D1と上記D2とが、次の関係:D2≦0.5μm;4≦(D1/D2);をいずれも満たしている。   Further, according to the present invention, there is provided a material for forming a current collector of a solid oxide fuel cell, which contains at least one silver-containing material of silver and a silver alloy and a perovskite oxide. When the number-based average particle diameter of the silver-containing material based on electron microscope observation is D1 (μm), and the number-based average particle diameter of the perovskite oxide based on electron microscope observation is D2 (μm), The above D1 and D2 both satisfy the following relationships: D2 ≦ 0.5 μm; 4 ≦ (D1 / D2).

上記集電部形成用材料では、ペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2が小さく抑えられ、かつ、当該平均粒子径D2に対する銀含有材料の平均粒子径D1の比(D1/D2)が所定値以上に調整されている。この集電部形成用材料を用いてSOFCの集電部を形成することで、集電部のオーム抵抗を低減することができ、かつ、より高い発電性能を長期にわたって実現することができる。   In the material for forming the current collecting portion, the average particle diameter D2 of the perovskite type oxide is suppressed small, and the ratio (D1 / D2) of the average particle diameter D1 of the silver-containing material to the average particle diameter D2 is equal to or more than a predetermined value. Has been adjusted to. By forming the SOFC current collecting portion using this current collecting portion forming material, the ohmic resistance of the current collecting portion can be reduced and higher power generation performance can be realized for a long period of time.

ここに開示される好適な一態様では、上記銀含有材料と上記ペロブスカイト型酸化物との合計を100質量%としたときに、上記銀含有材料の割合が、50質量%を超えている。これにより、集電効率がより良く高められた集電部を実現することができる。   In a preferred aspect disclosed herein, the ratio of the silver-containing material exceeds 50 mass% when the total of the silver-containing material and the perovskite oxide is 100 mass%. As a result, it is possible to realize a current collecting unit with improved current collecting efficiency.

ここに開示される好適な一態様では、上記銀含有材料と上記ペロブスカイト型酸化物との配合比率が、70:30〜80:20である。これにより、オーム抵抗の低減と、SOFCの発電性能の維持とをより高いレベルでバランスすることができる。   In a preferred aspect disclosed herein, the compounding ratio of the silver-containing material and the perovskite type oxide is 70:30 to 80:20. As a result, the reduction of ohmic resistance and the maintenance of the SOFC power generation performance can be balanced at a higher level.

ここに開示される好適な一態様では、上記D1/D2が、次の関係:4≦(D1/D2)≦6;を満たしている。これにより、導電性とガス透過性とが高いレベルでバランスされた集電部を実現することができる。   In a preferred aspect disclosed herein, the above D1 / D2 satisfies the following relationship: 4 ≦ (D1 / D2) ≦ 6; As a result, it is possible to realize a current collecting unit in which the conductivity and the gas permeability are balanced at a high level.

ここに開示される好適な一態様では、上記ペロブスカイト型酸化物が、一般式:ABO;で表され、AサイトにLaおよびSrを含み、BサイトにCoを含む、酸化物である。これにより、ここに開示される技術の効果をより良く発揮することができる。 In a preferred embodiment disclosed herein, the perovskite-type oxide is an oxide represented by the general formula: ABO 3 ; containing A and Sr at the A site and containing Co at the B site. Thereby, the effect of the technique disclosed here can be exhibited more effectively.

ここに開示される好適な一態様では、分散媒およびバインダを含み、ペースト状に調製されている。これにより、所望の位置に所望のサイズで集電部を簡便に形成し得る。   In a preferred embodiment disclosed herein, a dispersion medium and a binder are included and prepared in a paste form. Thereby, the current collector can be easily formed at a desired position and in a desired size.

ここに開示される好適な一態様では、固体酸化物形燃料電池の空気極の表面に空気極集電部を形成するために用いられる。   In a preferred embodiment disclosed herein, it is used to form an air electrode current collector on the surface of the air electrode of a solid oxide fuel cell.

一実施形態に係るSOFCを模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically SOFC which concerns on one Embodiment. 図1の(II)の部分を模式的に示す部分断面図である。FIG. 2 is a partial sectional view schematically showing a portion (II) of FIG. 1. 他の一実施形態に係るSOFCを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically SOFC which concerns on another embodiment. 集電部のSEM観察画像であり、(A)は例1、(B)は比較例2、(C)は比較例4のものである。It is an SEM observation image of a current collection part, (A) is an example 1, (B) is a comparative example 2, (C) is a comparative example 4. 平均円相当径の求め方を説明するための説明図であって、(A)は、SEM観察画像の一例、(B)〜(D)は解析結果の一例である。It is explanatory drawing for demonstrating how to calculate | require an average circle equivalent diameter, (A) is an example of an SEM observation image, (B)-(D) is an example of an analysis result. 平均円相当径の算出式の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining an example of a calculation formula of the average equivalent circle diameter. インピーダンス測定で得られたBode Plotであり、(A)は例1、(B)は比較例6のものである。It is a Bode Plot obtained by impedance measurement, (A) is of Example 1 and (B) is of Comparative Example 6.

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、SOFCの製造プロセス等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。なお、本明細書において数値範囲を示す「X〜Y(ただし、X,Yは、任意の値。)」との表記は、「X以上Y以下」を意味するものとする。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. It should be noted that matters other than matters particularly referred to in the present specification and matters necessary for carrying out the present invention (for example, a manufacturing process of SOFC, etc.) are design matters for those skilled in the art based on conventional techniques in the field. Can be grasped. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and the common general technical knowledge in the field. Further, in the following drawings, members / sites having the same action will be described with the same reference numerals, and redundant description may be omitted or simplified. In this specification, the notation “X to Y (where X and Y are arbitrary values)” indicating a numerical range means “X or more and Y or less”.

<固体酸化物形燃料電池>
まず、本実施形態の固体酸化物形燃料電池(SOFC)について説明する。
図1は、一実施形態に係るSOFC50を模式的に示す側面図である。図2は、図1の(II)の部分を模式的に示す部分断面図である。なお、図1,2において、符号Lは、SOFC50の長軸方向を表し、符号Dは、長軸方向Lに直交する方向であって、SOFC50の径方向を表すものとする。ただし、これは説明の便宜上の方向であって、設置形態等を何ら限定するものではない。
<Solid oxide fuel cell>
First, the solid oxide fuel cell (SOFC) of this embodiment will be described.
FIG. 1 is a side view schematically showing an SOFC 50 according to one embodiment. FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically showing the portion (II) of FIG. 1 and 2, the symbol L represents the major axis direction of the SOFC 50, and the symbol D represents the direction orthogonal to the major axis direction L and represents the radial direction of the SOFC 50. However, this is a direction for convenience of description and does not limit the installation form or the like.

SOFC50は、全体形状が円筒型である。SOFC50は、燃料極(アノード)10と、固体電解質層20と、空気極(カソード)30と、を備えた発電体40と、燃料極10の表面に配置された燃料極集電部10eと、空気極30の表面に配置された空気極集電部30eと、を有している。発電体40は、燃料極10と空気極30とが固体電解質層20を介して対向された構造を有する。なお、発電体40は、上記以外の層をさらに備えていてもよい。発電体40は、物理的に一体化されている。SOFC50では、燃料極10が、固体電解質層20や空気極30に比べて厚めに形成されている。SOFC50は、所謂、燃料極支持型(ASC:Anode-Supported Cell)である。   The SOFC 50 has a cylindrical shape as a whole. The SOFC 50 includes a fuel electrode (anode) 10, a solid electrolyte layer 20, an air electrode (cathode) 30, a power generator 40, a fuel electrode current collector 10e disposed on the surface of the fuel electrode 10, The air electrode current collector 30e disposed on the surface of the air electrode 30. The power generator 40 has a structure in which the fuel electrode 10 and the air electrode 30 are opposed to each other with the solid electrolyte layer 20 in between. The power generator 40 may further include layers other than the above. The power generation body 40 is physically integrated. In the SOFC 50, the fuel electrode 10 is formed thicker than the solid electrolyte layer 20 and the air electrode 30. The SOFC 50 is a so-called fuel electrode supported type (ASC: Anode-Supported Cell).

燃料極10は、SOFC50を支持する支持体としての役割と、電極として役割とを併せ持っている。燃料極10は、ここでは中空の円筒形状である。中空の部分は、SOFC50の発電時に、燃料ガスの流路となる。なお、燃料極10の形状は、SOFC50の形状に応じて適宜選択することができる。燃料極10は、発電体40に供給される燃料ガスの流通が可能なように多孔質構造とされている。燃料極10は、ここでは径方向Dにおいて気孔率が均質な単層構造である。ただし、燃料極10は、2層構造、あるいは3層以上の構造であってもよい。燃料極10の平均厚み(径方向Dの長さ)は、取扱い性や耐久性(強度保持性)を向上する観点から、例えば、0.1mm以上、0.5mm以上、1mm以上であってもよい。また、ガス拡散性を向上する観点や、抵抗を低減する観点から、例えば、10mm以下、5mm以下であってもよい。   The fuel electrode 10 has both a role as a support for supporting the SOFC 50 and a role as an electrode. The fuel electrode 10 has a hollow cylindrical shape here. The hollow portion serves as a flow path for fuel gas when the SOFC 50 generates electric power. The shape of the fuel electrode 10 can be appropriately selected according to the shape of the SOFC 50. The fuel electrode 10 has a porous structure so that the fuel gas supplied to the power generator 40 can flow. Here, the fuel electrode 10 has a single-layer structure having a uniform porosity in the radial direction D. However, the fuel electrode 10 may have a two-layer structure or a structure having three or more layers. The average thickness (length in the radial direction D) of the fuel electrode 10 may be, for example, 0.1 mm or more, 0.5 mm or more, and 1 mm or more from the viewpoint of improving handleability and durability (strength retention). Good. Further, from the viewpoint of improving the gas diffusibility and reducing the resistance, it may be, for example, 10 mm or less and 5 mm or less.

燃料極10の構成材料は特に限定されず、従来この種のSOFCの燃料極に用いられる材料のうちの1種または2種以上であってよい。一例として、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、コバルト(Co)、ランタン(La)、ストロンチウム(Sr)、チタン(Ti)等の金属や、これらの金属の1種以上を含む金属酸化物が挙げられる。なかでもNiは、他の金属に比べて安価であり、且つ高い触媒活性を示す(燃料ガスとの反応性が十分に大きい)ことから好ましい。   The constituent material of the fuel electrode 10 is not particularly limited, and may be one kind or two or more kinds of materials conventionally used for the fuel electrode of this type of SOFC. As an example, nickel (Ni), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru), cobalt (Co), lanthanum (La), strontium (Sr), titanium ( Examples thereof include metals such as Ti) and metal oxides containing one or more of these metals. Among them, Ni is preferable because it is cheaper than other metals and exhibits high catalytic activity (reactivity with fuel gas is sufficiently large).

さらに、例えば、上述のような金属または金属酸化物と、後述する固体電解質層20の構成材料(典型的には酸化物イオン伝導体)とを混合した複合材料を用いることもできる。一例として、ニッケル系の金属材料(例えばNiO)と安定化ジルコニア(例えば、イットリア安定化ジルコニア(YSZ))とのサーメットが挙げられる。金属または金属酸化物と、酸化物イオン伝導体複合材料との混合比は、特に限定されないが、質量比で、概ね90:10〜40:60、例えば80:20〜45:55としてもよい。これにより、電気伝導性と耐久性とをより高いレベルで両立することができる。   Furthermore, for example, a composite material in which the above-mentioned metal or metal oxide is mixed with a constituent material (typically an oxide ion conductor) of the solid electrolyte layer 20 described later can be used. An example is a cermet of a nickel-based metal material (for example, NiO) and stabilized zirconia (for example, yttria-stabilized zirconia (YSZ)). The mixing ratio of the metal or metal oxide and the oxide-ion conductor composite material is not particularly limited, but may be approximately 90:10 to 40:60, for example, 80:20 to 45:55 by mass ratio. Thereby, electrical conductivity and durability can be compatible at a higher level.

燃料極集電部10eは、燃料極10の長軸方向Lの両端にそれぞれ配置されている。発電体40からの電力の取り出しは、燃料極集電部10eを介して行われる。燃料極集電部10eは、複数個のSOFC50を相互に電気的に接続して、高出力なスタック等を形成する場合にも用いられる。燃料極集電部10eは、例えば、燃料極10の露出した部分に金属製のキャップを被せることによって形成されている。ただし、燃料極集電部10eは、例えば、後述する空気極集電部30eと同じ材料で形成されていてもよい。   The fuel electrode current collectors 10e are arranged at both ends of the fuel electrode 10 in the major axis direction L, respectively. The electric power is taken out from the power generator 40 via the fuel electrode current collector 10e. The fuel electrode current collector 10e is also used when a plurality of SOFCs 50 are electrically connected to each other to form a high output stack or the like. The fuel electrode current collector 10e is formed, for example, by covering the exposed portion of the fuel electrode 10 with a metal cap. However, the fuel electrode current collector 10e may be made of the same material as the air electrode current collector 30e described later, for example.

固体電解質層20は、燃料極10の少なくとも一部の表面に配置されている。固体電解質層20の形状は、例えば燃料極10の形状に応じて適宜変更することができる。固体電解質層20は、酸素イオンを伝導させる役割と、燃料ガスと酸素含有ガスとを分離する役割とを併せ持っている。固体電解質層20は、燃料極10を流通する燃料ガスと空気極30を流通する酸素含有ガスとの隔壁となるように、緻密に構成されている。固体電解質層20は、燃料極10および空気極30に比べて相対的に薄膜状に形成されている。固体電解質層20の平均厚み(径方向Dの長さ)は、ガスのリークやクラック等の不具合の発生を抑制する観点から、例えば、0.1μm以上、1μm以上、5μm以上であってもよい。また、抵抗を低減する観点から、例えば、50μm以下、40μm以下、20μm以下であってもよい。   The solid electrolyte layer 20 is arranged on the surface of at least a part of the fuel electrode 10. The shape of the solid electrolyte layer 20 can be appropriately changed depending on, for example, the shape of the fuel electrode 10. The solid electrolyte layer 20 has both the role of conducting oxygen ions and the role of separating the fuel gas and the oxygen-containing gas. The solid electrolyte layer 20 is densely configured so as to form a partition wall between the fuel gas flowing through the fuel electrode 10 and the oxygen-containing gas flowing through the air electrode 30. The solid electrolyte layer 20 is formed in a relatively thin film shape as compared with the fuel electrode 10 and the air electrode 30. The average thickness (length in the radial direction D) of the solid electrolyte layer 20 may be, for example, 0.1 μm or more, 1 μm or more, 5 μm or more from the viewpoint of suppressing the occurrence of defects such as gas leaks and cracks. .. From the viewpoint of reducing the resistance, the thickness may be, for example, 50 μm or less, 40 μm or less, or 20 μm or less.

固体電解質層20の構成材料は特に限定されず、従来この種のSOFCの固体電解質層に用いられる材料のうちの1種または2種以上であってよい。一例として、酸化物イオン伝導体が挙げられる。酸化物イオン伝導体としては、例えば、ジルコニウム(Zr)、セリウム(Ce)、マグネシウム(Mg)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、イットリウム(Y)、カルシウム(Ca)、ガドリニウム(Gd)、サマリウム(Sm)、バリウム(Ba)、ランタン(La)、ストロンチウム(Sr)、ガリウム(Ga)、ビスマス(Bi)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)等の元素を含む酸化物が挙げられる。   The constituent material of the solid electrolyte layer 20 is not particularly limited, and may be one kind or two or more kinds of materials conventionally used for the solid electrolyte layer of this kind of SOFC. An example is an oxide ion conductor. Examples of the oxide ion conductor include zirconium (Zr), cerium (Ce), magnesium (Mg), scandium (Sc), titanium (Ti), aluminum (Al), yttrium (Y), calcium (Ca), Oxidation containing elements such as gadolinium (Gd), samarium (Sm), barium (Ba), lanthanum (La), strontium (Sr), gallium (Ga), bismuth (Bi), niobium (Nb) and tungsten (W). Things can be mentioned.

より具体的には、例えば、イットリア(Y)、カルシア(CaO)、スカンジア(Sc)、マグネシア(MgO)、イッテルビア(Yb)、エルビア(Er)等の安定化剤で結晶構造を安定化させたジルコニア(ZrO)や、ガドリニア(Gd)、ランタニア(La)、サマリア(Sm)、イットリア(Y)等のドープ剤をドープしたセリウム酸化物(CeO)等が挙げられる。なかでも、YSZ(Yttria stabilized zirconia)やGDC(Gadolinium doped Ceria)が好ましい。安定化剤やドープ剤の含有割合は特に限定されないが、酸化物イオン伝導体全体を100mol%としたときに、凡そ5〜20mol%であることが好ましい。 More specifically, for example, yttria (Y 2 O 3), calcia (CaO), scandia (Sc 2 O 3), magnesia (MgO), ytterbia (Yb 2 O 3), erbia (Er 2 O 3), etc. Zirconia (ZrO 2 ) whose crystal structure has been stabilized by a stabilizer, gadolinia (Gd 2 O 3 ), lanthanum (La 2 O 3 ), Samaria (Sm 2 O 3 ), yttria (Y 2 O 3 ). Cerium oxide (CeO 2 ) doped with a doping agent such as Of these, YSZ (Yttria stabilized zirconia) and GDC (Gadolinium doped Ceria) are preferable. The content of the stabilizer or the dopant is not particularly limited, but it is preferably about 5 to 20 mol% when the entire oxide ion conductor is 100 mol%.

空気極30は、固体電解質層20の少なくとも一部の表面に配置されている。空気極30の形状は、例えば固体電解質層20の形状に応じて適宜変更することができる。空気極30は、ここでは外気に露出した構造となるように構成されている。空気極30は、発電体40に供給される酸素含有ガス(典型的には空気)の流通が可能なように多孔質構造とされている。空気極30の気孔率は、ガス拡散性を向上する観点から、例えば、5体積%以上、10体積%以上、15体積%以上であってもよい。また、強度を高める観点から、例えば、50体積%以下、40体積%以下、30体積%以下であってもよい。空気極30の平均厚み(径方向Dの長さ)は、高い触媒活性を得る観点から、例えば、1μm以上、5μm以上、10μm以上であってもよい。また、ガス拡散性を向上する観点や、抵抗を低減する観点から、例えば、200μm以下、100μm以下であってもよい。   The air electrode 30 is arranged on the surface of at least a part of the solid electrolyte layer 20. The shape of the air electrode 30 can be appropriately changed depending on, for example, the shape of the solid electrolyte layer 20. Here, the air electrode 30 is configured to have a structure exposed to the outside air. The air electrode 30 has a porous structure so that an oxygen-containing gas (typically air) supplied to the power generation body 40 can flow. The porosity of the air electrode 30 may be, for example, 5% by volume or more, 10% by volume or more, and 15% by volume or more from the viewpoint of improving gas diffusibility. Further, from the viewpoint of enhancing the strength, it may be, for example, 50% by volume or less, 40% by volume or less, and 30% by volume or less. The average thickness (the length in the radial direction D) of the air electrode 30 may be, for example, 1 μm or more, 5 μm or more, and 10 μm or more from the viewpoint of obtaining high catalytic activity. Further, from the viewpoint of improving the gas diffusibility and reducing the resistance, it may be, for example, 200 μm or less and 100 μm or less.

空気極30の構成材料は特に限定されず、従来この種のSOFCの空気極に用いられる材料のうちの1種または2種以上であってよい。一例として、一般式:ABO;で表されるペロブスカイト型酸化物が挙げられる。Aサイトは、ランタノイド元素(Ln)の1種または2種以上、例えば、ランタン(La)、セリウム(Ce)、サマリウム(Sm)、ネオジウム(Nd)、ガドリニウム(Gd)等、を含んでいる。Aサイトは、Ln以外の元素、例えば、1価のアルカリ金属元素や、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)等の2価のアルカリ土類金属元素(Ae)等、をさらに含んでもよい。Bサイトは、遷移金属元素の1種または2種以上、例えば、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)等、を含んでいる。Bサイトは、遷移金属元素以外の元素、例えば、3価以上の金属元素であって、典型金属や希土類に分類される金属元素等、をさらに含んでもよい。 The constituent material of the air electrode 30 is not particularly limited, and may be one kind or two or more kinds of materials conventionally used for the air electrode of this kind of SOFC. An example is a perovskite type oxide represented by the general formula: ABO 3 . The A site contains one or more kinds of lanthanoid elements (Ln), for example, lanthanum (La), cerium (Ce), samarium (Sm), neodymium (Nd), gadolinium (Gd) and the like. The A site is an element other than Ln, for example, a monovalent alkali metal element or a divalent alkaline earth metal element (Ae) such as magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba). ) And the like may be further included. The B site is one or more kinds of transition metal elements, for example, titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu). ) Etc. are included. The B site may further contain an element other than a transition metal element, for example, a metal element having a valence of 3 or more and a metal element classified into a typical metal or a rare earth.

ペロブスカイト型酸化物の具体例としては、例えば、LaCoO、(LaSr)CoO、(LaSr)(CoFe)O等のランタンコバルタイト系材料;(LaSr)(CoFe);(LaSr)MnO、(LaCa)MnO等のランタンマンガネート系材料;(LaSr)(TiFe)O等のランタンチタネート系材料;等が挙げられる。なかでも、Aサイトにランタン(La)およびストロンチウム(Sr)を含み、Bサイトに少なくともコバルト(Co)を含むランタンストロンチウムコバルタイト系材料が好ましく、特には、Aサイトにランタン(La)およびストロンチウム(Sr)を含み、Bサイトにコバルト(Co)およびフェライト(Fe)を含むランタンストロンチウムコバルトフェライト系材料が好ましい。 Specific examples of the perovskite type oxide include, for example, lanthanum cobaltite-based materials such as LaCoO 3 , (LaSr) CoO 3 , and (LaSr) (CoFe) O 3 ; (LaSr) (CoFe); (LaSr) MnO 3 ; Lanthanum manganate-based materials such as (LaCa) MnO 3 ; lanthanum titanate-based materials such as (LaSr) (TiFe) O 3 ; and the like. Of these, a lanthanum strontium cobaltite-based material containing lanthanum (La) and strontium (Sr) at the A site and at least cobalt (Co) at the B site is preferable, and particularly, lanthanum (La) and strontium (A) at the A site are preferable. A lanthanum strontium cobalt ferrite based material containing Sr) and containing cobalt (Co) and ferrite (Fe) at the B site is preferable.

空気極集電部30eは、空気極30の少なくとも一部の表面に配置されている。空気極集電部30eは、SOFC50の外表面の一部を構成している。空気極集電部30eは、空気極30に沿って長軸方向Lに長く形成されている。空気極集電部30eは、ここでは空気極30よりも長軸方向Lの長さが短く、空気極30の一部の表面に配置されている。発電体40からの電力の取り出しは、空気極集電部30eを介して行われる。また、空気極集電部30eは、複数個のSOFC50を相互に電気的に接続して、高出力なスタック等を形成する場合にも用いられる。   The air electrode current collector 30e is arranged on the surface of at least part of the air electrode 30. The air electrode current collector 30e constitutes a part of the outer surface of the SOFC 50. The air electrode current collector 30e is formed long along the air electrode 30 in the major axis direction L. The air electrode current collector 30e is shorter than the air electrode 30 in the major axis direction L here, and is arranged on a part of the surface of the air electrode 30. The electric power is extracted from the power generator 40 via the air electrode current collector 30e. The air electrode current collector 30e is also used when a plurality of SOFCs 50 are electrically connected to each other to form a high output stack or the like.

空気極集電部30eは、発電体40に供給される酸素含有ガス(典型的には空気)の流通が可能なように多孔質構造とされている。空気極集電部30eの気孔率は、空気極30の気孔率より高くてもよく、空気極30の気孔率と同じであってもよく、空気極30の気孔率より低くてもよい。空気極集電部30eの平均厚み(径方向Dの長さ)は、抵抗を低減する観点から、例えば、10μm以上、20μm以上、25μm以上であってもよい。空気極集電部30eの平均厚みは、空気極30の平均厚みよりも厚くてもよい。また、空気極集電部30eの平均厚みは、ガス透過性を向上する観点から、例えば、300μm以下、200μm以下、150μm以下、100μm以下、さらには90μm以下であってもよい。本実施形態の空気極集電部30eは、銀含有材料とペロブスカイト型酸化物とを含んでいる。銀含有材料とペロブスカイト型酸化物とは一体的に焼結されており、焼結体の形態をなしている。   The air electrode current collector 30e has a porous structure so that the oxygen-containing gas (typically air) supplied to the power generator 40 can flow. The porosity of the air electrode current collector 30e may be higher than that of the air electrode 30, may be the same as that of the air electrode 30, or may be lower than that of the air electrode 30. The average thickness (the length in the radial direction D) of the air electrode current collector 30e may be, for example, 10 μm or more, 20 μm or more, and 25 μm or more from the viewpoint of reducing resistance. The average thickness of the air electrode current collector 30e may be thicker than the average thickness of the air electrode 30. The average thickness of the air electrode current collector 30e may be, for example, 300 μm or less, 200 μm or less, 150 μm or less, 100 μm or less, and further 90 μm or less from the viewpoint of improving gas permeability. The air electrode current collector 30e of the present embodiment contains a silver-containing material and a perovskite type oxide. The silver-containing material and the perovskite type oxide are integrally sintered to form a sintered body.

銀含有材料は、銀および銀合金のうちの少なくとも一方である。銀含有材料は、銀と銀合金との混合物であってもよい。銀合金としては、例えば、銀−パラジウム(Ag−Pd)合金、銀−白金(Ag−Pt)合金、銀−銅(Ag−Cu)合金等が挙げられる。銀合金は複合体であってもよい。銀含有材料は、例えば、銀以外の銅や銀合金等の金属から構成されるコアと、当該コアを覆う銀からなるシェルと、を備えるコアシェル粒子であってもよい。銀含有材料は、その全体を100質量%としたときに、銀が50質量%を超えていることが好ましく、なかでも、銀が80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、例えば98質量%以上であることが好ましい。これにより、空気極集電部30eの抵抗を一層低減して、SOFC50の電力損失をより良く抑えることができる。   The silver-containing material is at least one of silver and silver alloy. The silver-containing material may be a mixture of silver and silver alloy. Examples of silver alloys include silver-palladium (Ag-Pd) alloys, silver-platinum (Ag-Pt) alloys, and silver-copper (Ag-Cu) alloys. The silver alloy may be a composite. The silver-containing material may be, for example, core-shell particles including a core made of a metal other than silver, such as copper or a silver alloy, and a shell made of silver, which covers the core. The silver-containing material preferably contains silver in an amount of more than 50% by mass based on 100% by mass as a whole, and particularly, 80% by mass or more, 90% by mass or more, 95% by mass or more of silver, for example, It is preferably 98% by mass or more. Thereby, the resistance of the air electrode current collector 30e can be further reduced, and the power loss of the SOFC 50 can be further suppressed.

空気極集電部30eに含まれる銀含有材料は、焼結前の状態(例えば、集電部形成用材料に含まれる状態)に比べて、粒子間の間隙が小さくなるように形状が変化している。銀含有材料は、例えば焼結に伴って複数の粒子同士が融合し、一体化された状態であり得る。言い換えれば、複数の粒子がシンタリングやネッキングして、1つの粒子を構成している状態であり得る。このため、空気極集電部30eに含まれる銀含有材料は、典型的には焼結前の状態に比べて相対的にサイズが大きくなっている。ここに開示される技術において、銀含有材料は、電子顕微鏡観察に基づく平均円相当径(以下、焼結前の粒径と区別するために、「焼結粒径」という。)Ds1が2.9μm以下である。このことにより、SOFC50の抵抗増加を抑制して、良好な発電特性を長期にわたって実現することができる。   The shape of the silver-containing material contained in the air electrode current collector 30e changes so that the gaps between the particles are smaller than in the state before sintering (for example, the state contained in the material for forming the current collector). ing. The silver-containing material may be in a state in which a plurality of particles are fused and integrated with each other due to, for example, sintering. In other words, a plurality of particles may be sintered or necked to form one particle. Therefore, the silver-containing material contained in the air electrode current collector 30e typically has a relatively large size compared to the state before sintering. In the technology disclosed herein, the silver-containing material has an average equivalent circle diameter (hereinafter, referred to as “sintered particle size”, Ds1) based on an electron microscope observation of 2. It is 9 μm or less. As a result, it is possible to suppress an increase in the resistance of the SOFC 50 and realize good power generation characteristics for a long period of time.

銀含有材料の焼結粒径Ds1は、例えば、2.7μm以下であってもよい。これにより、空気極集電部30eで銀含有材料がより良く分散される結果、銀含有材料の粒子間のネットワークが一層良好に発達して、空気極集電部30eの導電率をより良く向上することができる。また、銀含有材料の焼結粒径Ds1は、概ねミクロンオーダー、例えば、1μmを超えて、2μm以上、2.1μm以上、2.2μm以上であってもよい。これにより、上記した抵抗増加を抑制する効果をより良く発揮することができる。   The sintered grain size Ds1 of the silver-containing material may be 2.7 μm or less, for example. As a result, the silver-containing material is better dispersed in the air electrode current collector 30e, and as a result, the network between particles of the silver-containing material is further developed and the conductivity of the air electrode current collector 30e is improved. can do. The sintered grain size Ds1 of the silver-containing material may be on the order of micron, for example, more than 1 μm and 2 μm or more, 2.1 μm or more and 2.2 μm or more. As a result, the effect of suppressing the increase in resistance described above can be better exhibited.

なお、銀含有材料の焼結粒径Ds1は、電子顕微鏡観察で得られた画像を解析することによって求めることができる。詳細な算出方法については、実施例の欄で後述する。また、銀含有材料の焼結粒径Ds1は、後述する集電部形成用材料の調整、例えば、(a)集電部形成用材料における銀含有材料とペロブスカイト型酸化物との配合割合、(b)集電部形成用材料として用いる銀含有材料の平均粒子径D1、(c)集電部形成用材料として用いるペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2、(d)集電部形成用材料として用いる銀含有材料の平均粒子径D1とペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2との比、(e)集電部形成用材料として用いるペロブスカイト型酸化物の結晶子径、等を調整することによって実現することができる。   The sintered grain size Ds1 of the silver-containing material can be obtained by analyzing the image obtained by electron microscope observation. The detailed calculation method will be described later in the example section. Further, the sintered particle diameter Ds1 of the silver-containing material is adjusted by the material for forming the current collecting portion described later, for example, (a) the mixing ratio of the silver-containing material and the perovskite type oxide in the material for forming the current collecting portion, ( b) average particle diameter D1 of the silver-containing material used as the current collecting portion forming material, (c) average particle diameter D2 of the perovskite type oxide used as the current collecting portion forming material, (d) current collecting portion forming material Achieved by adjusting the ratio of the average particle diameter D1 of the silver-containing material used and the average particle diameter D2 of the perovskite oxide, (e) the crystallite diameter of the perovskite oxide used as the material for forming the current collector, and the like. can do.

ペロブスカイト型酸化物は、次のうちの少なくとも1つ:(1)空気極30と熱膨張率を整合して、一体性を高める機能;(2)銀含有材料の凝集やシンタリングを抑制して、銀含有材料の粒子サイズを均質に維持する機能;(3)供給ガスに含まれる不純物をトラップして、空気極30の構成材料に組成のずれが生じることを抑制する機能;を有する。上記(3)に関し、SOFC50の使用温度域において、供給ガスに含まれる不純物は、酸素含有ガスと固体電解質層20と空気極30との三相界面に拡散することがある。これにより、空気極30のペロブスカイト型酸化物が不純物と反応し、組成がずれる(変化する)ことがある。その結果、空気極30の触媒活性が低下して、SOFC50の発電効率が低下することがある。空気極集電部30eにペロブスカイト型酸化物を含むことで、銀含有材料の不純物が三相界面に拡散する前に捕捉することができ、このような不具合を未然防止することができる。   The perovskite oxide is at least one of the following: (1) a function of matching the coefficient of thermal expansion with the air electrode 30 to enhance the integrity; (2) suppressing aggregation and sintering of the silver-containing material. , (3) a function of keeping the particle size of the silver-containing material uniform, and (3) a function of trapping impurities contained in the supply gas and suppressing the composition deviation of the constituent material of the air electrode 30. Regarding the above (3), in the operating temperature range of the SOFC 50, impurities contained in the supply gas may diffuse into the three-phase interface between the oxygen-containing gas, the solid electrolyte layer 20, and the air electrode 30. As a result, the perovskite-type oxide of the air electrode 30 may react with impurities and the composition may shift (change). As a result, the catalytic activity of the air electrode 30 may decrease, and the power generation efficiency of the SOFC 50 may decrease. By including the perovskite type oxide in the air electrode current collector 30e, the impurities of the silver-containing material can be captured before they diffuse to the three-phase interface, and such a problem can be prevented.

ペロブスカイト型酸化物としては、特に限定されず、空気極30に使用し得るものとして例示した材料の中から、1種または2種以上を適宜用いることができる。空気極30との熱膨張率の整合性や一体性を高める観点からは、空気極集電部30eに、空気極30と同種のペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。一例として、空気極30がランタンコバルタイト系材料を含む場合、例えば、空気極30におけるランタンコバルタイト系材料の含有割合が、概ね50質量%以上、例えば80質量%以上の場合、空気極集電部30eにもランタンコバルタイト系材料を含むことが好ましい。このことにより、SOFC50の耐久性(例えばヒートサイクル耐性)をより良く向上することができる。   The perovskite type oxide is not particularly limited, and one kind or two or more kinds can be appropriately used from the materials exemplified as those that can be used for the air electrode 30. From the viewpoint of enhancing the matching and the integration of the coefficient of thermal expansion with the air electrode 30, the air electrode current collector 30e preferably contains the same type of perovskite oxide as the air electrode 30. As an example, when the air electrode 30 contains a lanthanum cobaltite material, for example, when the content ratio of the lanthanum cobaltite material in the air electrode 30 is approximately 50 mass% or more, for example 80 mass% or more, the air electrode current collector It is preferable that the portion 30e also contains a lanthanum cobaltite material. As a result, the durability of the SOFC 50 (for example, heat cycle resistance) can be further improved.

ランタンコバルタイト系材料の一好適例として、次の一般式(1):
(LaαAe1−α)(Coβ 1−β)O3−δ ・・・(1);
で表される複合酸化物が挙げられる。なお、上記一般式(1)のδは、電荷の中性条件を満たすように定まる値、典型的には−1.2≦δ≦1.2、例えば−1≦δ≦1である。
また、αは、0<α≦1を満たす実数である。αは、典型的には0.3≦α≦0.9であり、好ましくは0.4≦α≦0.8、例えば0.5≦α≦0.7である。0<αのとき、Aeは、アルカリ土類金属元素の1種または2種以上である。なかでも、Srを含むことが好ましい。言い換えれば、一般式ABOの、AサイトにLaおよびSrを含み、BサイトにCoを含む酸化物、すなわち、ランタンストロンチウムコバルタイト系材料が好ましい。
As a preferable example of the lanthanum cobaltite material, the following general formula (1):
(La α Ae 1-α ) (Co β B I 1-β ) O 3-δ (1);
A complex oxide represented by In addition, δ in the general formula (1) is a value determined to satisfy the neutral condition of charge, typically −1.2 ≦ δ ≦ 1.2, for example, −1 ≦ δ ≦ 1.
Further, α is a real number that satisfies 0 <α ≦ 1. α is typically 0.3 ≦ α ≦ 0.9, preferably 0.4 ≦ α ≦ 0.8, for example 0.5 ≦ α ≦ 0.7. When 0 <α, Ae is one or more alkaline earth metal elements. Among them, it is preferable to contain Sr. In other words, an oxide of the general formula ABO 3 containing La and Sr at the A site and Co at the B site, that is, a lanthanum strontium cobaltite-based material is preferable.

また、βは、0<β≦1を満たす実数である。βは、典型的には0.01≦β≦0.9であり、好ましくは0.05≦β≦0.8、例えば0.1≦β≦0.3である。β<1のとき、Bは、上記Bサイトに含まれ得る元素として例示したなかで、Co以外の元素の1種または2種以上である。なかでも、Ni、Ti、Feのうちの少なくとも1種を含むことが好ましく、特にはFeを含むことが好ましい。例えば、一般式ABOの、AサイトにLaおよびSrを含み、BサイトにCoおよびFeを含む酸化物、すなわち、ランタンストロンチウムコバルトフェライト系材料が好ましい。 Further, β is a real number that satisfies 0 <β ≦ 1. β is typically 0.01 ≦ β ≦ 0.9, preferably 0.05 ≦ β ≦ 0.8, for example 0.1 ≦ β ≦ 0.3. When β <1, B I is one or more of the elements other than Co among the elements exemplified as the elements that can be contained in the B site. Among them, it is preferable to contain at least one of Ni, Ti and Fe, and it is particularly preferable to contain Fe. For example, an oxide of the general formula ABO 3 containing La and Sr at the A site and containing Co and Fe at the B site, that is, a lanthanum strontium cobalt ferrite material is preferable.

空気極集電部30eに含まれるペロブスカイト型酸化物の平均粒子径(以下、焼結前の粒径と区別するために、「焼結粒径」という。)は、空気極集電部30eで銀含有材料の粒子間のネットワークを良好に発達させる観点から、典型的には、銀含有材料の焼結粒径Ds1よりも小さい。ペロブスカイト型酸化物の焼結粒径Ds2は、空気極集電部30eの集電効率を高める観点から、空気極30に含まれるペロブスカイト型酸化物の平均粒子径よりも小さくてもよい。ペロブスカイト型酸化物の焼結粒径Ds2は、焼結前の状態と概ね同様である。ペロブスカイト型酸化物の焼結粒径Ds2は、例えば、0.05μm以上、0.1μm以上、0.15μm以上であって、0.3μm以下、0.25μm以下、0.21μm以下であってもよい。ペロブスカイト型酸化物の焼結粒径Ds2を所定値以上とすることで、空気極集電部30eのガス透過性を高めることができる。ペロブスカイト型酸化物の焼結粒径Ds2を所定値以下とすることで、上記した銀含有材料の粒子サイズを均質に維持する機能および不純物をトラップする機能のうちの少なくとも一方をより良く発揮することができる。   The average particle diameter of the perovskite type oxide contained in the air electrode current collector 30e (hereinafter, referred to as "sintered particle size" in order to distinguish from the particle size before sintering) is determined by the air electrode current collector 30e. From the viewpoint of favorably developing a network between particles of the silver-containing material, it is typically smaller than the sintered particle size Ds1 of the silver-containing material. The sintered particle size Ds2 of the perovskite type oxide may be smaller than the average particle size of the perovskite type oxide contained in the air electrode 30 from the viewpoint of increasing the current collection efficiency of the air electrode current collector 30e. The sintered particle size Ds2 of the perovskite type oxide is almost the same as that before the sintering. The sintered particle diameter Ds2 of the perovskite oxide is, for example, 0.05 μm or more, 0.1 μm or more, 0.15 μm or more, and even if 0.3 μm or less, 0.25 μm or less, 0.21 μm or less. Good. By setting the sintered particle size Ds2 of the perovskite type oxide to a predetermined value or more, the gas permeability of the air electrode current collector 30e can be increased. By setting the sintered particle size Ds2 of the perovskite type oxide to be a predetermined value or less, it is possible to better exhibit at least one of the function of uniformly maintaining the particle size of the silver-containing material and the function of trapping impurities. You can

銀含有材料の焼結粒径Ds1(μm)と、ペロブスカイト型酸化物の焼結粒径Ds2(μm)との比(Ds1/Ds2)は、銀含有材料の粒子間のネットワークを良好に発達させて、集電効率を高める観点から、例えば、9.5以上、10以上、11以上、例えば12以上であってもよい。また、Ds1/Ds2は、空気極集電部30eのガス透過性を高める観点から、例えば、50以下、30以下、20以下であってもよい。このような比の範囲とすることで、SOFC50の初期特性と耐久特性とを高いレベルでバランスすることができる。   The ratio (Ds1 / Ds2) between the sintered grain size Ds1 (μm) of the silver-containing material and the sintered grain size Ds2 (μm) of the perovskite-type oxide allows the network between grains of the silver-containing material to be well developed. Then, from the viewpoint of improving current collection efficiency, for example, it may be 9.5 or more, 10 or more, 11 or more, for example, 12 or more. Further, Ds1 / Ds2 may be, for example, 50 or less, 30 or less, or 20 or less, from the viewpoint of enhancing gas permeability of the air electrode current collector 30e. By setting such a ratio range, the initial characteristics and the durability characteristics of the SOFC 50 can be balanced at a high level.

空気極集電部30eは、銀含有材料を主体として(言い換えれば、質量割合が最も大きな成分として)構成されていることが好ましい。このことにより、空気極集電部30eの導電率を向上して、集電効率をより良く高めることができる。特に限定されるものではないが、空気極集電部30eの全体を100質量%としたときに、銀含有材料の割合は、例えば、50質量%を超え、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上であって、95質量%以下、90質量%以下、85質量%以下であるとよい。また、空気極集電部30eの全体を100質量%としたときに、ペロブスカイト型酸化物の割合は、5質量%以上、10質量%以上、15質量%以上であって、40質量%以下、30質量%以下、20質量%以下であるとよい。また、空気極集電部30eは、上記した銀含有材料とペロブスカイト型酸化物とに加えて、さらに他の材料を含んでいてもよい。   The air electrode current collector 30e is preferably composed mainly of a silver-containing material (in other words, as a component having the largest mass ratio). As a result, the conductivity of the air electrode current collector 30e can be improved and the current collection efficiency can be improved. Although not particularly limited, the ratio of the silver-containing material is, for example, more than 50% by mass, 60% by mass or more, and 70% by mass or more when the total amount of the air electrode current collector 30e is 100% by mass. , 80% by mass or more and 95% by mass or less, 90% by mass or less, and 85% by mass or less. Further, when the entire air electrode current collector 30e is set to 100% by mass, the ratio of the perovskite oxide is 5% by mass or more, 10% by mass or more, 15% by mass or more, and 40% by mass or less, The content is preferably 30% by mass or less and 20% by mass or less. In addition to the silver-containing material and the perovskite-type oxide described above, the air electrode current collector 30e may further include another material.

また、銀含有材料とペロブスカイト型酸化物との合計を100質量%としたときに、銀含有材料の割合は、50質量%を超えているとよい。銀含有材料とペロブスカイト型酸化物との含有比率は、例えば、銀含有材料:ペロブスカイト型酸化物=60:40〜95:5、65:35〜90:10、70:30〜80:20であってもよい。これにより、空気極集電部30eにおいて、高い集電効率を長期にわたってより良く維持することができる。したがって、SOFC50の初期特性と耐久特性とを高いレベルでバランスすることができる。   Further, when the total amount of the silver-containing material and the perovskite type oxide is 100% by mass, the ratio of the silver-containing material is preferably more than 50% by mass. The content ratio of the silver-containing material and the perovskite-type oxide is, for example, silver-containing material: perovskite-type oxide = 60: 40 to 95: 5, 65:35 to 90:10, 70:30 to 80:20. May be. Thereby, in the air electrode current collector 30e, high current collection efficiency can be better maintained over a long period of time. Therefore, the initial characteristics and the durability characteristics of the SOFC 50 can be balanced at a high level.

空気極集電部30eは、700℃における直流4端子法に基づく導電率が、8000S/cmを超えており、例えば、9000S/cm以上、9500S/cm以上、10000S/cm以上であるとよい。導電率はより高い方が好ましく、その上限は特に限定されないが、一例では、100000S/cm以下、50000S/cm以下、例えば20000S/cm以下であってもよい。また、空気極集電部30eは、導電率(S/cm)と平均厚みT(cm)との積((S/cm)・cm)が、例えば、30以上、35以上、40以上、50以上であるとよい。これにより、空気極集電部30eの集電効率をより良く高めることができる。上限は特に限定されないが、一例では、1000以下、500以下、例えば200以下であってもよい。   The air electrode current collector 30e has a conductivity of more than 8000 S / cm based on the DC four-terminal method at 700 ° C., and is preferably 9000 S / cm or more, 9500 S / cm or more, and 10,000 S / cm or more, for example. The conductivity is preferably higher, and the upper limit thereof is not particularly limited, but in one example, it may be 100,000 S / cm or less, 50,000 S / cm or less, for example, 20,000 S / cm or less. The product ((S / cm) · cm) of the electric conductivity (S / cm) and the average thickness T (cm) of the air electrode current collector 30e is, for example, 30 or more, 35 or more, 40 or more, 50. It is good that it is above. Thereby, the current collection efficiency of the air electrode current collector 30e can be further improved. The upper limit is not particularly limited, but in one example, it may be 1000 or less, 500 or less, for example 200 or less.

なお、上記した導電率、および/または、導電率(S/cm)と平均厚みT(cm)との積は、後述する集電部形成用材料の調整、例えば、(a)集電部形成用材料における銀含有材料とペロブスカイト型酸化物との配合割合、(b)集電部形成用材料として用いる銀含有材料の平均粒子径D1、(c)集電部形成用材料として用いるペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2、(d)集電部形成用材料として用いる銀含有材料の平均粒子径D1とペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2との比、(e)集電部形成用材料として用いるペロブスカイト型酸化物の結晶子径、等を調整することによって実現することができる。   In addition, the above-mentioned conductivity and / or the product of the conductivity (S / cm) and the average thickness T (cm) is adjusted by a material for forming a current collector described later, for example, (a) formation of the current collector. Of the silver-containing material and the perovskite-type oxide in the material for use in manufacturing, (b) average particle diameter D1 of the silver-containing material used as the material for forming the current collecting portion, and (c) perovskite-type oxidation used as the material for forming the current collecting portion The average particle diameter D2 of the product, (d) the ratio of the average particle diameter D1 of the silver-containing material used as the material for forming the current collecting portion to the average particle diameter D2 of the perovskite oxide, and (e) as the material for forming the current collecting portion. It can be realized by adjusting the crystallite size of the perovskite type oxide used.

SOFC50は、発電時には、600℃以上、例えば600〜900℃程度の高温域にまで昇温される。かかる温度域において、SOFC50の燃料極10の中空の部分には、燃料ガス、例えば水素(H)が供給される。また、空気極30は、酸素(O)を含む気体、例えば空気に曝される。このように、固体電解質層20の一方の表面と他方の表面とに酸素分圧の異なるガスが供給されることにより、発電体40の燃料極10側と空気極30側とで酸素濃度差が生じる。すると、空気極30では酸素が分解されて、酸素イオンが形成される。酸素イオンは空気極30から燃料極10に向けて、固体電解質層20の内部を移動する。燃料極10では、酸素イオンと燃料ガスとが反応して水(HO)が生成されるとともに、電子が放出される。これにより、電気エネルギーが生成される。 The SOFC 50 is heated to a high temperature range of 600 ° C. or higher, for example, about 600 to 900 ° C. during power generation. In this temperature range, the fuel gas, for example, hydrogen (H 2 ) is supplied to the hollow portion of the fuel electrode 10 of the SOFC 50. Further, the air electrode 30 is exposed to a gas containing oxygen (O 2 ), for example, air. In this way, by supplying gases having different oxygen partial pressures to one surface and the other surface of the solid electrolyte layer 20, the difference in oxygen concentration between the fuel electrode 10 side and the air electrode 30 side of the power generator 40 is reduced. Occurs. Then, in the air electrode 30, oxygen is decomposed and oxygen ions are formed. The oxygen ions move inside the solid electrolyte layer 20 from the air electrode 30 toward the fuel electrode 10. In the fuel electrode 10, oxygen ions react with the fuel gas to generate water (H 2 O) and electrons are emitted. This produces electrical energy.

以上のように、SOFC50の空気極集電部30eでは、Ag粒子間のネットワークが良好に発達し、所定値以上の導電率が実現されている。また、空気極集電部30eでは、銀含有材料の平均円相当径が小さく抑えられている。このことにより、SOFC50では、空気極集電部30eの形成によってオーミック抵抗が小さく抑えられると共に、耐久後も抵抗が増加し難くなり、電力損失を抑制することができる。したがって、SOFC50は、良好な発電特性を長期にわたって発揮することができる。   As described above, in the air electrode current collector 30e of the SOFC 50, the network between Ag particles is well developed, and the electric conductivity of a predetermined value or more is realized. Further, in the air electrode current collector 30e, the average equivalent circle diameter of the silver-containing material is kept small. As a result, in the SOFC 50, the ohmic resistance is suppressed to be small due to the formation of the air electrode current collector 30e, and the resistance hardly increases even after the endurance, so that the power loss can be suppressed. Therefore, the SOFC 50 can exhibit good power generation characteristics for a long time.

なお、本実施形態では、ここに開示される集電部が空気極30のみの表面に設けられている。しかし、これには限定されない。ここに開示される集電部は、例えば、燃料極10および空気極30の表面にそれぞれ設けられていてもよく、燃料極10のみの表面に設けられていてもよい。   In this embodiment, the current collector disclosed here is provided on the surface of only the air electrode 30. However, it is not limited to this. The current collectors disclosed herein may be provided on the surfaces of the fuel electrode 10 and the air electrode 30, respectively, or may be provided on the surface of only the fuel electrode 10.

また、本実施形態では、SOFC50の全体形状が円筒型である。また、SOFC50が、燃料極支持型である。しかし、SOFCの全体形状や支持体についてはこれに限定されない。SOFCは、例えば、従来公知の平板型(Planar)、MOLB型、縦縞円筒型(Tubular)、あるいは円筒型の周側面を垂直に押し潰した扁平円筒型(Flat tubular)、一体積層型等であってもよい。また、SOFCは、例えば、空気極を厚めに形成した、所謂、空気極支持型(CSC:Cathode-Supported Cell)であってもよく、固体電解質層を厚めに形成した、所謂、電解質支持型(ESC:Electrolyte-Supported Cell)等であってよい。また、SOFCは、燃料極の固体電解質層と反対側の表面に多孔質な金属シートを備えたメタルサポート型(MSC:Metal-Supported Cell)であってもよい。   In addition, in the present embodiment, the overall shape of the SOFC 50 is cylindrical. Further, the SOFC 50 is a fuel electrode supporting type. However, the overall shape of the SOFC and the support are not limited to this. The SOFC is, for example, a conventionally known flat plate type (Planar), MOLB type, vertical striped cylinder type (Tubular), flat cylindrical type (Flat tuber) in which the peripheral side surface of the cylindrical type is vertically crushed, or integral laminated type. May be. Further, the SOFC may be, for example, a so-called cathode-supported cell (CSC) in which the air electrode is formed thick, and a so-called electrolyte-supported type (CSC: Cathode-Supported Cell) in which the solid electrolyte layer is formed thick. ESC: Electrolyte-Supported Cell) or the like. Further, the SOFC may be a metal-supported cell (MSC) having a porous metal sheet on the surface of the fuel electrode opposite to the solid electrolyte layer.

図3は、他の一実施形態に係るSOFC50Aを模式的に示す断面図である。SOFC50Aは、全体形状が平板型である。SOFC50Aは、発電体40Aを備えている。発電体40Aは、燃料極10Aと、固体電解質層20Aと、空気極30Aと、を備えている。燃料極10Aは、相対的に固体電解質層20Aから遠い側に配置されている燃料極支持体12Aと、相対的に固体電解質層20に近い側に配置される燃料極活性層14Aと、を備えた2層構造である。燃料極活性層14Aには、図示しない燃料極集電部が配置されている。また、固体電解質層20Aと空気極30Aとの間には、両者の界面を安定化するための反応抑止層22Aが配置されている。空気極30Aには、空気極集電部30eAが配置されている。このようなSOFC50Aもまた、好適に用いることができる。   FIG. 3 is a sectional view schematically showing an SOFC 50A according to another embodiment. The SOFC 50A has a flat plate shape as a whole. The SOFC 50A includes a power generator 40A. The power generation body 40A includes a fuel electrode 10A, a solid electrolyte layer 20A, and an air electrode 30A. The fuel electrode 10A includes a fuel electrode support 12A arranged relatively far from the solid electrolyte layer 20A, and a fuel electrode active layer 14A arranged relatively close to the solid electrolyte layer 20. It has a two-layer structure. A fuel electrode current collector (not shown) is arranged in the fuel electrode active layer 14A. Further, a reaction suppressing layer 22A for stabilizing the interface between the solid electrolyte layer 20A and the air electrode 30A is arranged. An air electrode current collector 30eA is arranged on the air electrode 30A. Such SOFC50A can also be used suitably.

<集電部形成用材料>
上記した空気極集電部30eの形成には、以下に示すような集電部形成用材料を好適に用いることができる。ここに開示される集電部形成用材料は、粉末状の銀含有材料と、粉末状のペロブスカイト型酸化物と、を含んでいる。
<Material for forming current collector>
For forming the air electrode current collector 30e described above, the following current collector forming materials can be preferably used. The current collector forming material disclosed herein includes a powdery silver-containing material and a powdery perovskite type oxide.

銀含有材料は、銀および銀合金のうちの少なくとも一方であればよい。銀含有材料の種類については、空気極集電部30eで既に述べているため、ここでは説明を省略する。銀含有材料の平均粒子径D1は、上記した焼結粒径Ds1の範囲を満たす観点から、2.9μm以下であり、例えば、1.5μm以下、1μm以下であるとよい。銀含有材料の平均粒子径D1は、空気極集電部30eにおいて銀含有材料の粒子間のネットワークを良好に発達させる観点から、ペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2よりも大きくてもよい。銀含有材料の平均粒子径D1は、例えば、0.1μm以上、0.3μm以上、0.5μm以上であってもよい。   The silver-containing material may be at least one of silver and silver alloy. The type of the silver-containing material has already been described in the air electrode current collector 30e, and thus the description thereof is omitted here. The average particle diameter D1 of the silver-containing material is preferably 2.9 μm or less, for example, 1.5 μm or less and 1 μm or less, from the viewpoint of satisfying the above-described range of the sintered particle diameter Ds1. The average particle diameter D1 of the silver-containing material may be larger than the average particle diameter D2 of the perovskite-type oxide from the viewpoint of favorably developing a network between particles of the silver-containing material in the air electrode current collector 30e. The average particle diameter D1 of the silver-containing material may be, for example, 0.1 μm or more, 0.3 μm or more, and 0.5 μm or more.

ペロブスカイト型酸化物の種類については、空気極集電部30eで既に述べているため、ここでは説明を省略する。ペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2は、空気極集電部30eにおいて銀含有材料の粒子間のネットワークを良好に発達させる観点から、銀含有材料の平均粒子径D1よりも小さくてもよい。ペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2は、集電効率を高める観点から、空気極30の形成用材料として用いられるペロブスカイト型酸化物の平均粒子径よりも小さくてもよい。ペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2は、空気極集電部30eにおいて、上記した銀含有材料の粒子サイズを均質に維持する機能および不純物をトラップする機能のうちの少なくとも一方をより良く発揮する観点から、0.5μm以下であり、例えば、0.4μm以下、0.3μm以下、0.25μm以下、0.21μm以下であってもよい。ペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2は、空気極集電部30eのガス透過性を高める観点から、例えば、0.01μm以上、0.05μm以上、0.1μm以上であってもよい。   The type of perovskite-type oxide has already been described in the air electrode current collector 30e, and thus the description thereof is omitted here. The average particle diameter D2 of the perovskite type oxide may be smaller than the average particle diameter D1 of the silver-containing material from the viewpoint of favorably developing a network between particles of the silver-containing material in the air electrode current collector 30e. The average particle diameter D2 of the perovskite-type oxide may be smaller than the average particle diameter of the perovskite-type oxide used as the material for forming the air electrode 30 from the viewpoint of improving current collection efficiency. The average particle diameter D2 of the perovskite oxide is such that, in the air electrode current collector 30e, at least one of the function of uniformly maintaining the particle size of the silver-containing material and the function of trapping impurities is better exhibited. Therefore, it may be 0.5 μm or less, for example, 0.4 μm or less, 0.3 μm or less, 0.25 μm or less, 0.21 μm or less. The average particle diameter D2 of the perovskite type oxide may be, for example, 0.01 μm or more, 0.05 μm or more, and 0.1 μm or more from the viewpoint of enhancing the gas permeability of the air electrode current collector 30e.

銀含有材料の平均粒子径D1(μm)と、ペロブスカイト型酸化物の平均粒子径D2(μm)との比(D1/D2)は、空気極集電部30eにおいて銀含有材料の粒子間のネットワークを良好に発達させる観点から、4以上であり、例えば5以上であってもよい。D1/D2は、空気極集電部30eの均質性を高める観点や、空気極集電部30eが緻密になり過ぎることを抑制する観点から、例えば、10以下、6以下であってもよい。このような比の範囲とすることで、導電性とガス透過性とが高いレベルでバランスされた空気極集電部30eを形成することができる。   The ratio (D1 / D2) of the average particle diameter D1 (μm) of the silver-containing material and the average particle diameter D2 (μm) of the perovskite oxide is a network between particles of the silver-containing material in the air electrode current collector 30e. From the viewpoint of satisfactorily developing, it may be 4 or more, for example, 5 or more. D1 / D2 may be, for example, 10 or less or 6 or less from the viewpoint of enhancing the homogeneity of the air electrode current collector 30e and suppressing the air electrode current collector 30e from becoming too dense. By setting the ratio within such a range, it is possible to form the air electrode current collector 30e in which the conductivity and the gas permeability are balanced at a high level.

ペロブスカイト型酸化物の結晶子径は、例えば、5以上、10以上、14以上であって、50以下、30以下、24以下であってもよい。これにより、導電性と耐久性とが高いレベルでバランスされた空気極集電部30eを形成することができる。なお、ペロブスカイト型酸化物の結晶子径は、X線回折で得られたX線回折パターンの半値幅から、シェラーの式に基づいて求めることができる。詳細な算出方法については、実施例の欄で後述する。   The crystallite diameter of the perovskite type oxide may be, for example, 5 or more, 10 or more, 14 or more, and 50 or less, 30 or less, 24 or less. This makes it possible to form the air electrode current collector 30e in which the conductivity and the durability are balanced at a high level. The crystallite diameter of the perovskite type oxide can be obtained from the half-width of the X-ray diffraction pattern obtained by X-ray diffraction based on Scherrer's formula. The detailed calculation method will be described later in the example section.

銀含有材料とペロブスカイト型酸化物との合計を100質量%としたときに、銀含有材料の割合は、50質量%を超えているとよい。銀含有材料とペロブスカイト型酸化物との含有比率は、例えば、銀含有材料:ペロブスカイト型酸化物=60:40〜95:5、65:35〜90:10、70:30〜80:20であってもよい。これにより、導電性と耐久性とが高いレベルでバランスされた空気極集電部30eを形成することができる。   When the total amount of the silver-containing material and the perovskite type oxide is 100% by mass, the proportion of the silver-containing material is preferably more than 50% by mass. The content ratio of the silver-containing material and the perovskite-type oxide is, for example, silver-containing material: perovskite-type oxide = 60: 40 to 95: 5, 65:35 to 90:10, 70:30 to 80:20. May be. This makes it possible to form the air electrode current collector 30e in which the conductivity and the durability are balanced at a high level.

集電部形成用材料は、上記した銀含有材料とペロブスカイト型酸化物とに加えて、さらに他の材料を含んでいてもよい。例えば、分散媒およびバインダを含み、ペースト状(インク状、スラリー状、サスペンション状を包含する。)に調製されていてもよい。分散媒としては、従来この種の用途に用いられている溶媒を特に制限なく使用することができる。一例として、ターピネオール、メンタノール、ジヒドロターピネオール等のアルコール系溶媒;エチレングリコール、ジエチレングリコール誘導体等のグリコールエーテル系溶媒;トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒;等の有機溶媒が挙げられる。バインダとしては、従来この種の用途に用いられている化合物を特に制限なく使用することができる。一例として、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース系高分子化合物;アクリル系樹脂;エポキシ系樹脂;フェノール系樹脂;等が挙げられる。集電部形成用材料は、さらに、例えば、造孔材(気孔形成材)、可塑剤、酸化防止剤、増粘剤、分散剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。   The material for forming the current collector may further contain other material in addition to the above-mentioned silver-containing material and perovskite type oxide. For example, it may be prepared in a paste form (including an ink form, a slurry form, and a suspension form) containing a dispersion medium and a binder. As the dispersion medium, a solvent conventionally used for this type of application can be used without particular limitation. Examples thereof include organic solvents such as alcoholic solvents such as terpineol, menthanol and dihydroterpineol; glycol ether solvents such as ethylene glycol and diethylene glycol derivatives; hydrocarbon solvents such as toluene and xylene. As the binder, compounds conventionally used for this type of application can be used without particular limitation. Examples thereof include cellulosic polymer compounds such as methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose and hydroxypropyl cellulose; acrylic resins; epoxy resins; phenolic resins. The material for forming the current collector may further contain various additives such as a pore former (pore forming material), a plasticizer, an antioxidant, a thickener, and a dispersant.

空気極集電部30eは、上述の集電部形成用材料を用いて、例えば以下のように形成することができる。すなわち、まず、上記した銀含有材料とペロブスカイト型酸化物と分散媒とバインダとを混合して、ペースト状に調製する。ペースト状に調製する際には、例えば、従来公知のボールミルやロールミル等を用いることができる。次に、ペースト状に調製した集電部形成用材料を、塗布または印刷等の手法によって、空気極30の表面の所望の位置に付与する。次に、これを銀含有材料が焼結可能な温度、例えば800〜1000℃で焼成する。このことによって、分散媒とバインダとを焼きとばす。以上のようにして、空気極30の表面に、銀含有材料とペロブスカイト型酸化物との焼結体からなる空気極集電部30eを形成することができる。   The air electrode current collector 30e can be formed, for example, as follows using the above-described current collector forming material. That is, first, the above-described silver-containing material, the perovskite oxide, the dispersion medium, and the binder are mixed to prepare a paste. When the paste is prepared, for example, a conventionally known ball mill or roll mill can be used. Next, the current collector forming material prepared in paste form is applied to a desired position on the surface of the air electrode 30 by a method such as coating or printing. Next, this is fired at a temperature at which the silver-containing material can be sintered, for example, 800 to 1000 ° C. As a result, the dispersion medium and the binder are burned out. As described above, the air electrode current collector 30e made of a sintered body of the silver-containing material and the perovskite type oxide can be formed on the surface of the air electrode 30.

以下、本発明に関する幾つかの試験例を説明するが、本発明をかかる試験例に示すものに限定することを意図したものではない。   Hereinafter, some test examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the test examples.

[集電部形成用材料の用意]
まず、Ag粉末(平均粒子径D1:0.9μm)と、一般式:La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8(以下、単に「LSCF」と記載する。)で示されるペロブスカイト型酸化物の粉末(平均粒子径D2:0.15〜0.48μm)と、を用意した。なお、LSCFの平均粒子径は、φ5mmのジルコニアボールを用いたボールミルで一次粉砕した後、φ1mmのビーズを用いたビーズミルで二次粉砕することによって調整した。そして、Ag粉末とペロブスカイト型酸化物とを表1に示す配合比率(質量比)で混合して、粉末状の集電部形成用材料(例1〜5、比較例1〜4)を得た。また、比較例5では、上記Ag粉末のみを集電部形成用材料とした。
[Preparation of material for forming current collector]
First, Ag powder (average particle diameter D1: 0.9 μm) and a general formula: La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 (hereinafter, simply referred to as “LSCF”). The powder of the perovskite type oxide shown (average particle diameter D2: 0.15 to 0.48 μm) was prepared. The average particle diameter of LSCF was adjusted by first pulverizing with a ball mill using φ5 mm zirconia balls and then secondary pulverizing with a bead mill using φ1 mm beads. Then, the Ag powder and the perovskite type oxide were mixed at the compounding ratio (mass ratio) shown in Table 1 to obtain powdery current collector forming materials (Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4). .. In Comparative Example 5, only the Ag powder was used as the material for forming the current collector.

表1には、Ag粉末の平均粒子径D1とLSCFの平均粒子径D2との比(D1/D2)、および、LSCFの結晶子径Sをあわせて示す。なお、平均粒子径D1,D2と結晶子径Sについては、下記に示す方法で測定・算出した。   Table 1 also shows the ratio (D1 / D2) of the average particle diameter D1 of the Ag powder and the average particle diameter D2 of the LSCF, and the crystallite diameter S of the LSCF. The average particle diameters D1 and D2 and the crystallite diameter S were measured and calculated by the methods described below.

(1)平均粒子径D1,D2
まず、Ag粉末およびLSCF粉末を、それぞれ、電界放出型走査電子顕微鏡(Field Emission - Scanning Electron Microscope:FE−SEM)で観察した。なお、SEM観察は、日立ハイテクノロジーズ製のSU8200を用い、加速電圧を10kVとして、1万倍の倍率で行った。そして、得られたSEM観察画像から、画像解析によって複数(ここでは100個以上)の粒子の円相当径を求め、個数基準の平均粒子径を算出した。
(1) Average particle size D1, D2
First, each of the Ag powder and the LSCF powder was observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). In addition, SEM observation was performed at a magnification of 10,000 times using an SU8200 manufactured by Hitachi High-Technologies Co., Ltd. with an accelerating voltage of 10 kV. Then, from the obtained SEM observation images, the equivalent circle diameters of a plurality of particles (here, 100 or more) were obtained by image analysis, and the number-based average particle diameter was calculated.

(2)結晶子径
各例のLSCFについて、X線回折分析を行った。粉末X線回折装置は、株式会社リガク製のRINT−TTRIIIを用い、分析条件は以下のとおりとした。
励起X線:CuKα(波長λ=1.54056Å),50kV,50mA
測定範囲:2θ=10〜60°、ステップ幅:0.01°
スキャンスピード:5°/min
(2) Crystallite size The LSCF of each example was subjected to X-ray diffraction analysis. As the powder X-ray diffractometer, RINT-TTRIII manufactured by Rigaku Corporation was used, and the analysis conditions were as follows.
Excited X-ray: CuKα (wavelength λ = 1.54056Å), 50 kV, 50 mA
Measuring range: 2θ = 10 to 60 °, step width: 0.01 °
Scan speed: 5 ° / min

そして、得られたXRD回折パターンの2θ=43°付近にみられるLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8のメインピークの半値全幅(FWHM)から、次のシェラー(Scherrer)の式:S=Kλ/(β×cosθ);に基づき、LSCF相の平均結晶子径を算出した。なお、式中、Sは平均結晶子径を、KはScherrer定数(0.92)を、λは使用X線の波長を、βは回折線(回折ピーク)の半値全幅を、θは回折角を表している。 Then, from the full width at half maximum (FWHM) of the main peak of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 seen near 2θ = 43 ° in the obtained XRD diffraction pattern, the following Scherrer ( The average crystallite diameter of the LSCF phase was calculated based on the Scherrer's formula: S = Kλ / (β × cos θ); In the formula, S is the average crystallite diameter, K is the Scherrer constant (0.92), λ is the wavelength of the X-ray used, β is the full width at half maximum of the diffraction line (diffraction peak), and θ is the diffraction angle. Is represented.

[SOFCの作製]
上記で用意した集電部形成用材料を用いて、図3に示すような評価用のSOFCを作製した。具体的には、まず、酸化ニッケル(NiO,平均粒子径:0.5μm)粉末と、8%イットリア安定化ジルコニア(8YSZ,平均粒子径:0.5μm)粉末とを、60:40の質量比で混合して、燃料極形成用の混合粉末を用意した。そして、この混合粉末と、造孔材(炭素成分)と、バインダ(ポリビニルブチラール;PVB)と、可塑剤と、分散媒(キシレン)とを、48〜58:5〜15:8.5:4.5:24の質量比で混練することにより、ペースト状の燃料極支持体形成用の組成物を調製した。次に、この組成物を、ドクターブレード法によりキャリアシート上に塗布し、乾燥することを繰り返して、厚みが0.5〜1.0mmの燃料極支持体グリーンシートを成形した。次に、上記NiO粉末と、上記8YSZ粉末と、バインダ(エチルセルロース;EC)と、分散媒(ターピネオール;TE)とを、48:32:2:18の質量比で混合することにより、燃料極形成用の組成物を調製した。次に、この組成物を燃料極支持体グリーンシートの上にスクリーン印刷し、乾燥させて、厚み10μmの燃料極グリーンシートを形成した。
[Production of SOFC]
An SOFC for evaluation as shown in FIG. 3 was produced using the material for forming the current collecting portion prepared above. Specifically, first, nickel oxide (NiO, average particle size: 0.5 μm) powder and 8% yttria-stabilized zirconia (8YSZ, average particle size: 0.5 μm) powder were mixed at a mass ratio of 60:40. To prepare a mixed powder for forming the fuel electrode. Then, the mixed powder, the pore-forming material (carbon component), the binder (polyvinyl butyral; PVB), the plasticizer, and the dispersion medium (xylene) are mixed in a proportion of 48 to 58: 5 to 15: 8.5: 4. By kneading the mixture at a mass ratio of 5:24, a paste-like composition for forming a fuel electrode support was prepared. Next, this composition was applied onto a carrier sheet by a doctor blade method and dried repeatedly to form a fuel electrode support green sheet having a thickness of 0.5 to 1.0 mm. Next, the NiO powder, the 8YSZ powder, the binder (ethyl cellulose; EC), and the dispersion medium (terpineol; TE) are mixed in a mass ratio of 48: 32: 2: 18 to form a fuel electrode. A composition for use was prepared. Next, this composition was screen-printed on the fuel electrode support green sheet and dried to form a fuel electrode green sheet having a thickness of 10 μm.

次に、固体電解質材料としての8YSZ(平均粒子径:0.5μm)粉末と、バインダ(EC)と、分散媒(TE)とを、65:4:31の質量比で混練することにより、固体電解質層形成用の組成物を調製した。次に、この組成物を燃料極グリーンシートの上にスクリーン印刷し、乾燥させて、厚み10μmの固体電解質層グリーンシートを形成した。次に、反応抑止層材料としての10%ガドリニウムドープセリア粉末(10GDC,平均粒子径:0.5μm)と、バインダ(EC)と、分散媒(TE)とを、65:4:31の質量比で混練することにより、反応抑止層用の組成物を調製した。次に、この組成物を固体電解質層グリーンシートの上にスクリーン印刷し、乾燥させることで、厚み5μmの反応抑止層グリーンシートを形成した。   Next, 8YSZ (average particle diameter: 0.5 μm) powder as a solid electrolyte material, a binder (EC), and a dispersion medium (TE) are kneaded at a mass ratio of 65: 4: 31 to give a solid. A composition for forming an electrolyte layer was prepared. Next, this composition was screen-printed on the fuel electrode green sheet and dried to form a solid electrolyte layer green sheet having a thickness of 10 μm. Then, a 10% gadolinium-doped ceria powder (10 GDC, average particle size: 0.5 μm) as a reaction suppressing layer material, a binder (EC), and a dispersion medium (TE) were mixed at a mass ratio of 65: 4: 31. The composition for the reaction suppressing layer was prepared by kneading with. Next, this composition was screen-printed on the solid electrolyte layer green sheet and dried to form a reaction-inhibiting layer green sheet having a thickness of 5 μm.

次に、上記で積層成形したグリーンシート(燃料極支持体/燃料極/固体電解質層/反応抑止層グリーンシート)を円形に切り抜き、1350℃で共焼成することで、燃料極支持体と燃料極と固体電解質層と反応抑止層とがこの順に積層され一体化されたSOFCのハーフセル(焼成体)を得た。なお、焼成後のハーフセルの形状は、直径20mmの円形とした。   Next, the green sheet (fuel electrode support / fuel electrode / solid electrolyte layer / reaction suppression layer green sheet) laminated and formed as described above is cut into a circle and co-fired at 1350 ° C. An SOFC half cell (calcined body) in which the solid electrolyte layer and the reaction suppressing layer were laminated in this order and integrated was obtained. The shape of the half cell after firing was a circle with a diameter of 20 mm.

次に、空気極材料としてのLSCF粉末(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8)と、バインダ(EC)と、分散媒(TE)とを、80:3:17の質量比で混合することにより、空気極形成用の組成物を調製した。次に、この組成物を上記ハーフセルの反応抑止層上にスクリーン印刷法で円形のシート状に供給し、乾燥させることで、空気極グリーンシートを形成した。次に、空気極グリーンシートをハーフセルと共に1100℃で焼成して、空気極を形成した。 Next, a LSCF powder as an air electrode material (La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3), a binder (EC), and a dispersion medium (TE), 80: 3: A composition for forming an air electrode was prepared by mixing in a mass ratio of 17. Next, this composition was supplied onto the half-cell reaction-inhibiting layer in a circular sheet shape by a screen printing method, and dried to form an air electrode green sheet. Next, the air electrode green sheet was fired at 1100 ° C. together with the half cell to form an air electrode.

次に、上記で用意した集電部形成用材料(例1〜5、比較例1〜5)と、バインダ(EC)と、分散媒(TE)とを、80:3:17の質量比で混合することにより、集電部形成用の組成物を調製した。次に、この組成物を空気極の上にスクリーン印刷し、乾燥させた後、850℃で焼成して、空気極集電部を形成した。これにより、各例のSOFC(例1〜5、比較例1〜5)を作成した。なお、表1には、焼成後の空気極集電部の平均厚み(μm)を示す。また比較用として、空気極集電部を有しないSOFC(比較例6)をあわせて作製した。   Next, the current collector forming materials (Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5) prepared above, the binder (EC), and the dispersion medium (TE) were mixed at a mass ratio of 80: 3: 17. By mixing, a composition for forming a current collector was prepared. Next, this composition was screen-printed on the air electrode, dried, and then fired at 850 ° C. to form an air electrode current collector. As a result, SOFCs of each example (Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5) were created. Table 1 shows the average thickness (μm) of the air electrode current collector after firing. For comparison, an SOFC (Comparative Example 6) having no air electrode current collector was also prepared.

[空気極集電部の物性測定]
(1)FE−SEM観察
上記したFE−SEMを用い、加速電圧を10kVとして、1万倍の倍率で空気極集電部の表面を観察し、その微構造を確認した。一例として、図4にSEM観察画像を示す。図4(A)は、例1の結果であり、図4(B)は、比較例2の結果であり、図4(C)は、比較例4の結果である。このSEM観察画像では、明るく見えている粒子がAgであり、暗く見えている粒子がLSCFである。
[Measurement of physical properties of air electrode current collector]
(1) FE-SEM Observation Using the FE-SEM described above, the acceleration voltage was set to 10 kV, and the surface of the air electrode current collector was observed at a magnification of 10,000 times to confirm the microstructure. As an example, FIG. 4 shows an SEM observation image. 4A shows the result of Example 1, FIG. 4B shows the result of Comparative Example 2, and FIG. 4C shows the result of Comparative Example 4. In this SEM observation image, brightly appearing particles are Ag and darkly appearing particles are LSCF.

(2)Ag粒子の平均円相当径の算出
図5は、平均円相当径Ds1の求め方を説明するための説明図である。
ここでは、まず、クロスセクションポリッシャ(商標)を用い、各例のSOFCの空気極集電部について断面出しを行った。次に、上記したFE−SEMを用い、加速電圧を10kVとして、空気極集電部の断面を、1万倍の倍率でそれぞれ観察した。SEM観察画像の一例を、図5(A)に示す。このSEM観察画像では、観察視野の全部が空気極集電部によって占められている。
(2) Calculation of Average Circle Equivalent Diameter of Ag Particles FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining how to determine the average circle equivalent diameter Ds1.
Here, first, a cross-section polisher (trademark) was used, and a cross-section was performed on the air electrode current collector of the SOFC of each example. Next, using the FE-SEM described above, the acceleration voltage was set to 10 kV, and the cross section of the air electrode current collector was observed at a magnification of 10,000 times. An example of the SEM observation image is shown in FIG. In this SEM observation image, the entire observation visual field is occupied by the air electrode current collector.

次に、得られたSEM観察画像を、画像処理ソフト(ここでは、オープンソースのImageJ)で画像解析した。具体的には、まず、上記SEM観察画像を自動で3値化処理して、AgとLSCFと空隙とを区分けした。次に、この画像を自動で2値化処理して、図5(B)に示すように、Agを黒色とする白黒画像に変換した。次に、Watershed細分化の処理を行って、図5(C)に示すように、自動で各粒子を分割した。次に、図5(D)に示すように、Analyze Particlesの処理を行って、自動で粒子解析を行い、1粒子あたりの面積を算出した。   Next, the obtained SEM observation image was subjected to image analysis with image processing software (here, open source ImageJ). Specifically, first, the SEM observation image was automatically ternarized to classify Ag, LSCF, and voids. Next, this image was automatically binarized and converted into a black-and-white image in which Ag was black, as shown in FIG. Next, watershed subdivision processing was performed to automatically divide each particle as shown in FIG. 5 (C). Next, as shown in FIG. 5D, Analyze Particles processing was performed to automatically perform particle analysis, and the area per particle was calculated.

次に、上記面積が円の面積であると仮定した時の直径を自動で算出した。そして、この直径を面積で重みづけして、Ag粒子の平均円相当径(円相当の平均粒子径)Ds1を算出した。具体的な例として、例えば図6の模式図に示すようなA〜Dの4つの粒子の平均円相当径Ds1は、次の式:Ds1=(S+S+S+S)/(S+S+S+S);で算出することができる。なお、式中、S,S,S,Sは、各粒子の面積を表し、d,d,d,dは、各粒子の直径を表している。 Next, the diameter when the above area was assumed to be the area of a circle was automatically calculated. Then, this diameter was weighted by the area, and the average equivalent circle diameter (average equivalent circle diameter) Ds1 of Ag particles was calculated. As a specific example, the average equivalent circle diameter Ds1 of four particles A to D as shown in the schematic diagram of FIG. 6 is calculated by the following formula: Ds1 = (S A d A + S B d B + S C d C + S D d D ) / (S A + S B + S C + S D ); In the formula, S A , S B , S C and S D represent the area of each particle, and d A , d B , d C and d D represent the diameter of each particle.

(3)導電率測定
直流4端子法を用いて、温度700℃で空気極集電部の導電率(S/cm)を測定した。結果を表1に示す。また、表1には、導電率と上記平均厚みとの積をあわせて示す。
(3) Conductivity Measurement The conductivity (S / cm) of the air electrode current collector was measured at a temperature of 700 ° C. using the direct current 4-terminal method. The results are shown in Table 1. In addition, Table 1 also shows the product of the conductivity and the average thickness.

上記(1)〜(3)の物性測定(すなわち、FE−SEM観察と、Ag粒子の平均円相当径の算出と、導電率測定)の結果、例1の空気極集電部では、Ag粒子が良く分散された状態で焼結されており、Ag粒子の平均円相当径が相対的に小さいことがわかった。また、Ag粒子間のネットワークが良好に発達しており、導電率が高いことがわかった。これに対し、比較例2の空気極集電部では、AgとLSCFとの配合比率が例1と同じであるにもかかわらず、Ag粒子同士が固まって平均円相当径が相対的に大きくなっていた。また、Ag粒子間のネットワークが一部寸断されており、導電率が低かった。また、比較例4の空気極集電部では、比較例2よりもさらにAg粒子の平均円相当径が大きくなっていた。   As a result of the physical property measurements (that is, FE-SEM observation, calculation of the average equivalent circular diameter of Ag particles, and conductivity measurement) in the above (1) to (3), the Ag particles were collected in the air electrode current collector of Example 1. It was found that the particles were sintered in a well-dispersed state, and the average equivalent circular diameter of the Ag particles was relatively small. It was also found that the network between Ag particles was well developed and the conductivity was high. On the other hand, in the air electrode current collector of Comparative Example 2, even though the compounding ratio of Ag and LSCF was the same as in Example 1, Ag particles solidified and the average equivalent circle diameter was relatively large. Was there. In addition, the network between Ag particles was partially cut off, and the conductivity was low. Further, in the air electrode current collector of Comparative Example 4, the average equivalent circle diameter of Ag particles was larger than that of Comparative Example 2.

[SOFCのオーム抵抗]
まず、上記で用意したSOFCの燃料極支持体と空気極集電部(ただし、空気極集電部を有しない比較例6では、空気極そのもの)とに、それぞれ、集電用のPtメッシュを当接させて、電流の配流を担わせた。次に、下記の条件でSOFCを運転し、インピーダンス測定によって、電流密度が0.5A/cmのときのオーム抵抗を測定した。結果を、表1の「初期のオーム抵抗」の欄に示す。
燃料極供給ガス:25℃加湿水素ガス(200ml/min)
空気極供給ガス:空気(200ml/min)
運転温度:700℃
[SOFC ohmic resistance]
First, a Pt mesh for current collection is provided on each of the SOFC fuel electrode support and the air electrode current collector prepared in the above (however, in Comparative Example 6 having no air electrode current collector, the air electrode itself). They were brought into contact with each other to carry the current distribution. Next, the SOFC was operated under the following conditions, and the ohmic resistance when the current density was 0.5 A / cm 2 was measured by impedance measurement. The results are shown in the column of "Initial ohmic resistance" in Table 1.
Fuel electrode supply gas: 25 ° C humidified hydrogen gas (200 ml / min)
Air electrode supply gas: Air (200 ml / min)
Operating temperature: 700 ℃

表1に示すように、例1〜5、比較例4,5では、空気極集電部を有しない比較例6と比べて、相対的にオーム抵抗が低減されていた。この原因としては、例えば、空気極集電部でAg粒子間のネットワークが良好に発達し、空気極集電部の導電率が高くなったこと等が考えられる。これに対して、比較例1〜3では、相対的にオーム抵抗が高かった。この原因としては、例えば、(1)空気極集電部でAg粒子間のネットワークが十分に発達しておらず、空気極集電部の導電率が低くなったことや、(2)空気極と空気極集電部との接触抵抗が増大したこと、等が考えられる。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 4 and 5, the ohmic resistance was relatively reduced as compared with Comparative Example 6 having no air electrode current collector. As a cause of this, it can be considered that, for example, the network between Ag particles was well developed in the air electrode current collector, and the conductivity of the air electrode current collector was increased. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the ohmic resistance was relatively high. The causes include, for example, (1) that the network between Ag particles is not fully developed in the air electrode current collector, and the conductivity of the air electrode current collector is low, and (2) the air electrode. It is conceivable that the contact resistance between the air electrode and the air electrode current collector has increased.

[SOFCの抵抗増加]
また、各例のSOFCを上記と同じ条件で、電流密度が0.5A/cmとなるように200時間の連続運転を行い、100Hz付近の抵抗成分(空気極の活性に相当する抵抗成分)の推移から、抵抗増加を算出した。結果を、表1の「耐久後の抵抗増加」の欄に示す。また、一例として、図7には、インピーダンス測定で得られたBode Plotを示している。図7(A)は例1の結果であり、図7(B)は、比較例6の結果である。図7において、縦軸は、−Z’’の大きさ(Ω・cm)であり、横軸は周波数(Hz)である。
[Increase in SOFC resistance]
In addition, the SOFC of each example was continuously operated for 200 hours under the same conditions as above so that the current density was 0.5 A / cm 2, and a resistance component near 100 Hz (a resistance component corresponding to the activity of the air electrode). The increase in resistance was calculated from the change of. The results are shown in the column "Increase in resistance after endurance" in Table 1. Further, as an example, FIG. 7 shows a Bode Plot obtained by impedance measurement. FIG. 7A shows the result of Example 1, and FIG. 7B shows the result of Comparative Example 6. In FIG. 7, the vertical axis represents the magnitude of −Z ″ (Ω · cm 2 ), and the horizontal axis represents the frequency (Hz).

表1および図7に示すように、例1〜5、比較例1〜3では、空気極集電部を有しない比較例6と比べて、耐久後の100Hzの−Z’’の増加が抑えられていた。各例の差異は空気極集電部のみであることから、空気極集電部によって100Hzの抵抗成分の増加が抑制されたと考えられる。これに対して、比較例4,5では、耐久後の100Hzの−Z’’の増加が相対的に高かった。   As shown in Table 1 and FIG. 7, in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, an increase in −Z ″ at 100 Hz after endurance was suppressed as compared with Comparative Example 6 having no air electrode current collector. It was being done. Since the difference between the examples is only the air electrode current collector, it is considered that the air electrode current collector suppressed the increase in the resistance component at 100 Hz. On the other hand, in Comparative Examples 4 and 5, the increase in −Z ″ at 100 Hz after endurance was relatively high.

この理由について明らかにする必要はないが、本発明者らは、空気極集電部の導電率を上記範囲とし、かつ、空気極集電部におけるAgの焼結粒径Ds1を2.9μm以下とすることで、(1)空気極集電部でのAgの分散性が向上し、ミクロな電流集中が抑制された結果、電流分布が均質になった(電流分布のバラつきが抑えられた)こと、(2)SOFCの使用温度域において、Agの凝集やシンタリングが抑制され、Agの粒子サイズを均質に維持することができたこと、(3)供給ガスに含まれる不純物をトラップして、空気極材料の組成のずれを抑制することができたこと、等が一因ではないかと考えている。
また、上記のような(SOFCの抵抗成分の増加を抑制することのできる)空気極集電部は、上記D1/D2比が4以上となるAg粉末とLSCFとを含んだ空気極集電部形成用材料を用いることで実現することができた。
Although it is not necessary to clarify the reason for this, the present inventors set the conductivity of the air electrode current collector to the above range and set the sintered particle diameter Ds1 of Ag in the air electrode current collector to 2.9 μm or less. As a result, (1) the dispersibility of Ag in the air electrode current collector is improved, and the microscopic current concentration is suppressed, so that the current distribution is uniform (the variation in the current distribution is suppressed). (2) Ag aggregation and sintering were suppressed in the SOFC operating temperature range, and the particle size of Ag could be maintained homogeneous. (3) By trapping impurities contained in the supply gas This is probably because the deviation of the composition of the air electrode material could be suppressed.
Further, the air electrode current collector (which can suppress the increase in the resistance component of SOFC) as described above is an air electrode current collector including Ag powder and LSCF having a D1 / D2 ratio of 4 or more. It could be realized by using a forming material.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

10、10A 燃料極(アノード)
20、20A 固体電解質層
30、30A 空気極(カソード)
30e、30eA 空気極集電部
40、40A 発電体
50、50A 固体酸化物形燃料電池(SOFC)
10, 10A fuel electrode (anode)
20, 20A Solid electrolyte layer 30, 30A Air electrode (cathode)
30e, 30eA Air electrode current collector 40, 40A Power generator 50, 50A Solid oxide fuel cell (SOFC)

Claims (14)

燃料極と、空気極とが、固体電解質層を介して対向している発電体と、
前記燃料極および前記空気極のうちの少なくとも一方の表面に配置された集電部と、
を備え、
前記集電部は、
銀および銀合金のうちの少なくとも一方の銀含有材料と、ペロブスカイト型酸化物と、を含む焼結体であり、
導電率が、8000S/cmを超えており、
焼結されている前記銀含有材料の電子顕微鏡観察に基づく平均円相当径が、2.9μm以下である、
固体酸化物形燃料電池。
A fuel electrode and an air electrode, a power generator facing each other via a solid electrolyte layer,
A current collector arranged on the surface of at least one of the fuel electrode and the air electrode;
Equipped with
The current collector is
A sintered body containing at least one silver-containing material of silver and a silver alloy, and a perovskite type oxide,
Conductivity exceeds 8000 S / cm,
An average equivalent circle diameter of the sintered silver-containing material based on an electron microscope observation is 2.9 μm or less,
Solid oxide fuel cell.
前記集電部において、前記銀含有材料の割合が、50質量%を超えている、
請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
In the current collector, the proportion of the silver-containing material exceeds 50% by mass.
The solid oxide fuel cell according to claim 1.
前記集電部の平均厚みTが、100μm以下であり、かつ、
前記導電率(S/cm)と前記平均厚みT(cm)との積が、30(S/cm)・cm以上である、
請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池。
The average thickness T of the current collector is 100 μm or less, and
The product of the electric conductivity (S / cm) and the average thickness T (cm) is 30 (S / cm) · cm or more,
The solid oxide fuel cell according to claim 1.
前記銀含有材料の前記平均円相当径をDs1(μm)とし、前記ペロブスカイト型酸化物の電子顕微鏡観察に基づく個数基準の平均粒子径をDs2(μm)としたときに、前記Ds1と前記Ds2とが、次の関係:10≦(Ds1/Ds2)≦20;を満たしている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
When the average circle equivalent diameter of the silver-containing material is Ds1 (μm) and the number-based average particle diameter of the perovskite oxide based on electron microscope observation is Ds2 (μm), the Ds1 and Ds2 are Satisfies the following relationship: 10 ≦ (Ds1 / Ds2) ≦ 20;
The solid oxide fuel cell according to claim 1.
前記ペロブスカイト型酸化物が、一般式:ABO;で表され、AサイトにLaおよびSrを含み、BサイトにCoを含む、酸化物である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
The perovskite oxide is an oxide represented by the general formula: ABO 3 ; containing La and Sr at the A site and containing Co at the B site.
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
前記空気極がペロブスカイト型酸化物を含み、
前記空気極の表面に前記集電部が配置されている、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
The air electrode contains a perovskite type oxide,
The current collector is arranged on the surface of the air electrode,
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 5.
前記発電体が、円筒形状の前記燃料極の表面に、前記固体電解質層と前記空気極とがこの順に積層されて構成されており、
前記空気極の表面に、前記集電部が配置されている、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
The power generator is formed by laminating the solid electrolyte layer and the air electrode in this order on the surface of the cylindrical fuel electrode,
On the surface of the air electrode, the current collector is arranged,
The solid oxide fuel cell according to claim 1.
銀および銀合金のうちの少なくとも一方の銀含有材料と、
ペロブスカイト型酸化物と、
を含み、
前記銀含有材料の電子顕微鏡観察に基づく個数基準の平均粒子径をD1(μm)とし、
前記ペロブスカイト型酸化物の電子顕微鏡観察に基づく個数基準の平均粒子径をD2(μm)としたときに、前記D1と前記D2とが、
次の関係:D2≦0.5μm;4≦(D1/D2);をいずれも満たしている、
固体酸化物形燃料電池の集電部形成用材料。
A silver-containing material of at least one of silver and a silver alloy,
A perovskite oxide,
Including,
The number-based average particle diameter of the silver-containing material based on electron microscopic observation is D1 (μm),
When the number-based average particle diameter of the perovskite oxide based on electron microscopic observation is D2 (μm), the D1 and D2 are
The following relationships are both satisfied: D2 ≦ 0.5 μm; 4 ≦ (D1 / D2);
A material for forming a current collector of a solid oxide fuel cell.
前記銀含有材料と前記ペロブスカイト型酸化物との合計を100質量%としたときに、 前記銀含有材料の割合が、50質量%を超えている、
請求項8に記載の集電部形成用材料。
When the total amount of the silver-containing material and the perovskite-type oxide is 100% by mass, the ratio of the silver-containing material exceeds 50% by mass.
The material for forming a current collector according to claim 8.
前記銀含有材料と前記ペロブスカイト型酸化物との配合比率が、70:30〜80:20である、
請求項8または9に記載の集電部形成用材料。
The compounding ratio of the silver-containing material and the perovskite type oxide is 70:30 to 80:20,
The material for forming a current collecting portion according to claim 8 or 9.
前記D1/D2が、次の関係:4≦(D1/D2)≦6;を満たしている、
請求項8〜10のいずれか1項に記載の集電部形成用材料。
The above D1 / D2 satisfies the following relationship: 4 ≦ (D1 / D2) ≦ 6;
The material for forming a current collector according to any one of claims 8 to 10.
前記ペロブスカイト型酸化物が、一般式:ABO;で表され、AサイトにLaおよびSrを含み、BサイトにCoを含む、酸化物である、
請求項8〜11のいずれか1項に記載の集電部形成用材料。
The perovskite oxide is an oxide represented by the general formula: ABO 3 ; containing La and Sr at the A site and containing Co at the B site.
The material for forming a current collector according to any one of claims 8 to 11.
分散媒およびバインダを含み、ペースト状に調製されている、
請求項8〜12のいずれか1項に記載の集電部形成用材料。
Contains a dispersion medium and a binder, and is prepared into a paste,
The material for forming a current collector according to any one of claims 8 to 12.
固体酸化物形燃料電池の空気極の表面に空気極集電部を形成するために用いられる、
請求項8〜13のいずれか1項に記載の集電部形成用材料。
Used to form an air electrode current collector on the surface of the air electrode of the solid oxide fuel cell,
The material for forming a current collector according to any one of claims 8 to 13.
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