JP2958782B2 - Method for manufacturing flat solid electrolyte fuel cell - Google Patents

Method for manufacturing flat solid electrolyte fuel cell

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、平板型固体電解質燃料電池の製造方法に関
するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell.

〔従来の技術とその問題点〕[Conventional technology and its problems]

平板型固体電解質燃料電池は、通常空気極、固体電解
質、燃料極およびセパレータより構成される単電池を積
層した構造を有している。
A plate-type solid electrolyte fuel cell usually has a structure in which unit cells composed of an air electrode, a solid electrolyte, a fuel electrode, and a separator are stacked.

上記単電池を構成する4種の構成要素を用いて平板型
固体電解質燃料電池を製造するためには、最も簡単に
は、第3図に示すように各構成要素の成形板を積層し、
焼成する第1の方法によればよいが、固体電解質及びセ
パレータの薄膜の緻密性を向上するため、あるいは製造
プロセスを一貫化するために、セパレータもしくは電極
板を支持体として、その上に、プラズマ溶射、スパッタ
リングなどの物理蒸着、化学蒸着などの方法により順次
薄膜を積層し電池を製造する第2の方法や、各構成要素
のグリーンシートを重ね、一体化焼結する第3の方法も
とられている。従来のこれらの製造方法には以下のよう
な問題点がある。
In order to manufacture a flat solid electrolyte fuel cell using the four types of components constituting the unit cell, in the simplest case, as shown in FIG.
According to the first method of firing, it is preferable to use a separator or an electrode plate as a support, and to improve the denseness of the solid electrolyte and the thin film of the separator or to make the manufacturing process consistent, A second method of manufacturing a battery by sequentially laminating thin films by a method such as physical vapor deposition such as thermal spraying or sputtering, or a chemical vapor deposition, or a third method of stacking and sintering green sheets of the respective components together is known. ing. These conventional manufacturing methods have the following problems.

焼成による上記第1の方法では、緻密性を確保するた
めに、固体電解質及びセパレータの厚さを100μm程度
以上とる必要があり、これらの構成要素の抵抗率が大き
いため、電池の内部抵抗が大きくなってしまう欠点があ
る。一体化焼結による上記第3の方法では、か焼時及び
焼成時の各構成要素の収縮率の制御が困難となる欠点が
ある。また、収縮によるそりの発生のため、大面積のも
のを焼成することも難しい。
In the first method by firing, the thickness of the solid electrolyte and the separator needs to be about 100 μm or more in order to ensure the denseness, and the internal resistance of the battery is large because the resistivity of these components is large. There is a disadvantage that it becomes. The third method using integral sintering has a drawback that it is difficult to control the shrinkage of each component during calcination and during calcination. In addition, it is difficult to fire a large-area product due to warpage due to shrinkage.

プラズマ溶射による上記第2の方法では、プラズマフ
レーム中に安定に原料粉体を供給するために、数十ミク
ロンの粒径の原料粉体を用いることが多く、また、安定
化ジルコニアの成膜時は、その熱伝導率が小さいため、
粒子の内部まで十分に溶融することなく、原料粉体が、
電極板あるいはセパレータ板よりなる被堆積支持板に到
達するめ、十分な緻密度を得ることが難しい。
In the second method by plasma spraying, a raw material powder having a particle diameter of several tens of microns is often used in order to stably supply the raw material powder into a plasma frame. Has a low thermal conductivity,
Without sufficiently melting into the interior of the particles, the raw material powder
It is difficult to obtain a sufficient density to reach the deposition supporting plate composed of the electrode plate or the separator plate.

上記第2の方法における化学蒸着は、たとえば、特開
昭61-153280号公報に開示される方法であって、円筒型
の固体電解質燃料電池の製造に用いられている。この方
法によると、非常に緻密質の固体電解質及びセパレータ
の薄膜を形成することが可能であると共に、良好な固体
電解質−電極界面を形成することが可能であるが、薄膜
の成長速度が遅いことが問題点である。また、円筒型電
池の製造過程においては、マスキング処理が必要であ
り、製造工程が複雑にすぎる欠点がある。
The chemical vapor deposition in the second method is, for example, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-153280, and is used for manufacturing a cylindrical solid electrolyte fuel cell. According to this method, a very dense solid electrolyte and a thin film of a separator can be formed, and a good solid electrolyte-electrode interface can be formed, but the growth rate of the thin film is low. Is the problem. Further, in the manufacturing process of the cylindrical battery, a masking process is required, and there is a disadvantage that the manufacturing process is too complicated.

上記第2の方法に用いられるスパッタリングなどの物
理蒸着では、十分緻密質の薄膜を形成することが可能で
あるが、成長速度が化学蒸着による場合よりも遅いこと
が問題点である。
In the physical vapor deposition such as sputtering used in the second method, a sufficiently dense thin film can be formed, but there is a problem that the growth rate is lower than that in the case of chemical vapor deposition.

上記第2の方法において、プラズマ溶射、物理蒸着、
化学蒸着などにより、支持体上に構成要素の薄膜を順次
積層して電池を形成する場合は、品質管理工程数が多く
なり、製品の歩留まりが低くなる欠点がある。
In the second method, plasma spraying, physical vapor deposition,
When a battery is formed by sequentially laminating constituent thin films on a support by chemical vapor deposition or the like, there are disadvantages that the number of quality control steps increases and the yield of products decreases.

特開昭63-166154号公報には、インタコネクタ、酸素
電極、固体電解質及び燃料電極の各平板を順次積層して
セルを構成した平板型固体電解質燃料電池において、イ
ンタコネクタ、酸素電極、燃料電極の何れか1つ又は何
れか2つを組合わせて、その肉厚を大きくして支持体の
機能を持たせてなることを特徴とする平板型固体電解質
燃料電池が開示されている。
JP-A-63-166154 discloses an interconnector, an oxygen electrode, a fuel electrode, and a flat solid electrolyte fuel cell in which cells are formed by sequentially stacking respective flat plates of an interconnector, an oxygen electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode. A flat solid electrolyte fuel cell characterized in that any one or any two of the above is combined to increase the wall thickness to have a function of a support.

上記公報に開示されたセルによれば、セルが薄膜のみ
で構成される場合に比べて強度上の問題点は一応解決さ
れるものの、上記公報の特許請求の範囲に「何れか2つ
を組合わせて、その肉厚を大きくして」と記載され、同
公報第4頁左下欄第6行〜第8行に「インタコネクタ
4、酸素電極1、燃料電極3の2種以上の組合わせで支
持体の機能を持たせる場合」と記載されているが、その
組合わせの具体的な内容については何ら教示されておら
ず、セルの構成要素を単に順次積層する方法が教示され
ているに過ぎないため、焼成時の各構成要素の収縮率の
制御が困難であり、品質管理工程数が多く、製品の歩留
まりが低くなる欠点がある。
According to the cell disclosed in the above-mentioned publication, although the problem of strength is temporarily solved as compared with the case where the cell is constituted only by a thin film, the claims in the above-mentioned publication disclose “combining any two”. In addition, the thickness is increased. "In the same gazette, page 4, lower left column, lines 6 to 8 describe" a combination of two or more types of interconnector 4, oxygen electrode 1, and fuel electrode 3 ". However, there is no description of the specific contents of the combination, but only a method of merely sequentially stacking the cell components. Therefore, it is difficult to control the shrinkage ratio of each component at the time of firing, the number of quality control steps is large, and the yield of products is low.

〔発明の目的〕[Object of the invention]

本発明は、上記従来技術の問題点を解決せんとするも
のであり、緻密質の固体電解質及びセパレータの薄膜を
形成できる気相法たる物理蒸着または化学蒸着を用いる
平板型固体電解質燃料電池の製造方法において、単電池
の構成要素の特定の組合わせによる2種の一体化部分
を、形成・焼成および蒸着により前もって形成させるこ
とにより、焼成時の各構成要素の収縮率の制御が困難で
あるという従来技術における問題点が解消され、品質管
理工程数が少なく、製品の歩留まりを向上させ、かつ製
造工程を簡略化しうる平板型固体電解質燃料電池の製造
方法を提供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is directed to the manufacture of a flat solid electrolyte fuel cell using physical vapor deposition or chemical vapor deposition as a vapor phase method capable of forming a dense solid electrolyte and a thin film of a separator. In the method, it is difficult to control the shrinkage rate of each component during firing by forming in advance two types of integrated parts by a specific combination of components of the unit cell by forming, firing and vapor deposition. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell which solves the problems in the prior art, reduces the number of quality control steps, improves product yield, and can simplify the manufacturing steps. .

〔問題点を解決するための手段および作用〕[Means and actions for solving the problems]

本発明は、第1の態様において、セパレータ、空気
極、固体電解質および燃料極よりなる平板型固体電解質
燃料電池の製造方法において、ガス通路を有し、形成・
焼成された厚膜の空気極の平滑面上に固体電解質を蒸着
させてその薄膜を一層だけ一体的に形成させてなる一体
化部分A−1とガス通路を有し、形成・焼成された厚膜
の燃料極の平滑面上にセパレータを蒸着させてその薄膜
を一層だけ一体的に形成させてなる一体化部分B−1と
を空気極と燃料極とが直接向かい合わずかつ固体電解質
膜を挟むような形で重ね合わせて単電池を形成し、該単
電池を積層することを特徴とする平板型固体電解質燃料
電池の製造方法を提供するものである。
The present invention provides, in a first aspect, a method for producing a flat solid electrolyte fuel cell comprising a separator, an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode, the method comprising:
An integrated portion A-1 formed by depositing a solid electrolyte on the smooth surface of the fired thick film air electrode to form a single layer of the thin film and a gas passage, and a formed and fired thickness A separator is deposited on the smooth surface of the fuel electrode of the membrane, and an integrated portion B-1 obtained by integrally forming a thin film of the separator is directly opposed to the air electrode and the fuel electrode, and the solid electrolyte membrane is sandwiched therebetween. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell, which comprises stacking unit cells in such a shape and stacking the unit cells.

本発明は、第2の態様において、セパレータ、空気
極、固体電解質および燃料極よりなる平板型固体電解質
燃料電池の製造方法において、該空気極の平滑面上にセ
パレータを蒸着させてその薄膜を一層だけ一体的に形成
させてなる一体化部分A−2と該燃料極の平滑面上に固
体電解質を蒸着させてその薄膜を一層だけ一体的に形成
させてなる一体化部分B−2とを、空気極と燃料極とが
直接向かい合わずかつ固体電解質膜を挟むような形で重
ね合わせて単電池を形成し、該単電池を積層することを
特徴とする平板型固体電解質燃料電池の製造方法を提供
するものである。
According to a second aspect of the present invention, in the method for producing a flat solid electrolyte fuel cell comprising a separator, an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode, the separator is deposited on a smooth surface of the air electrode to further form a thin film thereof. An integrated part A-2 formed only integrally and an integrated part B-2 formed by depositing a solid electrolyte on the smooth surface of the fuel electrode to form a thin film as a single layer, An air electrode and a fuel electrode are directly opposed to each other so as to sandwich a solid electrolyte membrane so as to sandwich the solid electrolyte membrane to form a unit cell. To provide.

本発明は、第3の態様において、本発明の前記第1の
態様における製造方法であって、一体化部分A−1の固
体電解質の薄膜の表面にさらに燃料極と同じ原料よりな
る薄膜を形成・焼成させて一体化部分A−3を形成させ
ることを特徴とする平板型固体電解質燃料電池の製造方
法を提供するものである。
According to a third aspect of the present invention, in the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, a thin film made of the same raw material as the fuel electrode is further formed on the surface of the solid electrolyte thin film of the integrated portion A-1. A method of manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell, characterized by firing to form an integrated portion A-3.

本発明は、第4の態様において、本発明の前記第2の
態様における製造方法であって、一体化部分B−2の固
体電解質の薄膜の表面にさらに空気極と同じ原料よりな
る薄膜を形成・焼成させて一体化部分A−4を形成させ
ること特徴とする平板型固体電解質燃料電池の製造方法
を提供するものである。
The present invention, in a fourth aspect, is the production method according to the second aspect of the present invention, further comprising forming a thin film made of the same raw material as the air electrode on the surface of the solid electrolyte thin film of the integrated portion B-2. The present invention provides a method of manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell, characterized by firing to form an integrated portion A-4.

本発明における平板型固体電解質燃料電池(以下単に
電池と略称することがある。)は、空気極、固体電解
質、燃料極およびセパレータから構成される単電池を積
層してなるものである。
A flat solid electrolyte fuel cell (hereinafter, may be simply referred to as a battery) in the present invention is formed by stacking unit cells each including an air electrode, a solid electrolyte, a fuel electrode, and a separator.

本発明の単電池を構成する燃料極としては、従来公知
のものを使用できるが、高温還元雰囲気下で安定である
こと、高い電子導電性を有すること、ガス状の反応物お
よび生成物の通過が容易であること、固体電解質との熱
膨張率差が小さいことなどが要求され、例えば、ニッケ
ル−ジルコニアサーメットの多孔質体を用いることが可
能であり、具体的には粒径が20ミクロン以下の金属ニッ
ケルとイットリア安定化ジルコニア粉体を重量比5:5か
ら7:3の範囲で、有機系の結 合剤、溶剤、可塑剤、分
散剤、消泡剤と共によく混合して粘稠なスラリーを得、
これを射出成形した後、還元雰囲気下で焼成し、燃料ガ
ス通路として機能する溝を有する、厚さ3mm程度の厚膜
多孔質板として形成することができる。得られた多孔質
燃料極板は、面精度を高めるために両面を研磨する。ニ
ッケル成分として、酸化ニッケルを用い、電池の作動雰
囲気下で還元する方法も考えられるが、還元時の体積変
化により電極板に亀裂が生じる恐れがあるため、金属ニ
ッケルを用いる方法が好ましい。
As the fuel electrode constituting the unit cell of the present invention, a conventionally known fuel electrode can be used, but it is stable under a high-temperature reducing atmosphere, has high electron conductivity, and allows passage of gaseous reactants and products. It is required that the thermal expansion coefficient difference between the solid electrolyte and the solid electrolyte be small, for example, it is possible to use a porous body of nickel-zirconia cermet, and specifically, the particle size is 20 microns or less. Of metallic nickel and yttria-stabilized zirconia powder in a weight ratio of 5: 5 to 7: 3 with an organic binder, solvent, plasticizer, dispersant, and defoamer. Get the slurry,
After injection molding, it is fired in a reducing atmosphere to form a thick-film porous plate having a groove functioning as a fuel gas passage and having a thickness of about 3 mm. The obtained porous fuel electrode is polished on both sides in order to improve the surface accuracy. Although a method of using nickel oxide as a nickel component and reducing it in the operating atmosphere of a battery is also conceivable, a method using metallic nickel is preferable because cracks may occur in the electrode plate due to a volume change during reduction.

本発明の燃料極は厚膜であって、支持体としての機能
をも有するものである。
The fuel electrode of the present invention is a thick film and also has a function as a support.

本発明の燃料極のガス通路は、通常第1a図および第1b
図に示されるように溝として形成されるが、第2図に示
すように、電極板の一端面から対向する他端面に達する
貫通孔として形成されるものであってもよい。第2図の
構造の電極板は、両面が平滑となるために、他の電池構
成要素と積層する際に、接触点密度を高くし、接触抵抗
を低減することが可能であるが、より厚く形成する必要
があり、作製もより難しくなる。
The fuel gas passage of the fuel electrode of the present invention is generally the same as shown in FIGS. 1a and 1b.
Although it is formed as a groove as shown in the figure, as shown in FIG. 2, it may be formed as a through hole extending from one end surface of the electrode plate to the other end surface facing the electrode plate. The electrode plate having the structure shown in FIG. 2 has a smooth surface, so that it can have a high contact point density and a low contact resistance when laminated with other battery components, but have a larger thickness. It must be formed, and fabrication is more difficult.

本発明の単電池を構成する空気極は、上記燃料極に対
すると同様の要件が必要であり、公知の方法であって具
体的には、燃料極と同様の方法により、例えば、ストロ
ンチウムをドープしたランタンマンガナイト(La0.05 S
r0.15 MnO3)を原料として、厚さ3mm程度の溝つき厚膜
多孔質板として形成される。該空気極は厚膜であって、
上記燃料極と同様にガス通路を有し、支持体としての機
能も有するものである。
The air electrode constituting the unit cell of the present invention requires the same requirements as for the fuel electrode, and is a known method, specifically, by a method similar to the fuel electrode, for example, doped with strontium. Lantern Manganite (La 0.05 S
r 0.15 MnO 3 ) is used as a raw material to form a grooved thick-film porous plate with a thickness of about 3 mm. The cathode is a thick film,
Like the above-mentioned fuel electrode, it has a gas passage and also has a function as a support.

本発明の単電池を構成する固体電解質としては、公知
のものを適宜選定して用いることが可能であるが、自身
を介してその両側に燃料および空気が流れるために、ガ
スが透過しないよう緻密質として形成する必要があると
共に、電極材料に比して抵抗率がほぼ3桁大きく、内部
抵抗を大きくする要因となるために、薄膜として形成す
る必要がある。
As the solid electrolyte constituting the unit cell of the present invention, a known solid electrolyte can be appropriately selected and used.However, since fuel and air flow on both sides of the solid electrolyte through itself, the solid electrolyte is so dense that gas does not permeate. It must be formed as a thin film because it has a resistivity approximately three orders of magnitude higher than that of the electrode material and can cause an increase in internal resistance.

上記固体電解質は、高い酸化物イオン導電率を必要と
し、例えばイットリアなどを添加した安定化ジルコニア
を用いることができる。
The solid electrolyte requires high oxide ion conductivity, and for example, stabilized zirconia to which yttria or the like is added can be used.

本発明の単電池を構成するセパレータは、空気と燃料
を仕切るために必要な構成要素であって、1000℃程度の
高温の酸化および還元雰囲気下で安定であることおよび
高い電子導電性を有することが要求され、例えばマグネ
シウムなどを添加したランタンクロマイトなどを用いる
ことができる。
The separator constituting the unit cell of the present invention is a component necessary for separating air and fuel, and must be stable under a high-temperature oxidizing and reducing atmosphere of about 1000 ° C. and have high electron conductivity. Is required, for example, lanthanum chromite to which magnesium or the like is added can be used.

本発明方法の第1の態様によれば、溝加工または、貫
通孔の穿孔により形成されたガス通路を有し、前もって
形成・焼成された前記厚膜の空気極の平滑面上に固体電
解質を化学蒸着または物理蒸着、好ましくは化学蒸着に
より蒸着させてその薄膜を一層だけ空気極と一体的に形
成させて一体化部分A−1を得る。一方空気極と同様に
形成されたガス通路を有し、前もって形成・焼成された
厚膜の燃料極の平滑面上にセパレータを化学蒸着または
物理蒸着、好ましくは化学蒸着により蒸着させてその薄
膜を一層だけ燃料極と一体的に形成させて一体化部B−
1を得る。このようにして得られた一体化部分A−1と
一体化部分B−1とを空気極と燃料極とが直接向かい合
わず、かつガス通路が相互に直交、平行または逆行する
方向、好ましくは直交する方向であって固体電解質膜を
挟むような形で重ね合わせて単電池が形成され、これを
積層して本発明の電池が得られる。
According to the first aspect of the method of the present invention, the solid electrolyte is provided on a smooth surface of the air electrode of the thick film which has a gas passage formed by grooving or drilling of a through hole, and which is formed and fired in advance. An integrated part A-1 is obtained by depositing the thin film by chemical vapor deposition or physical vapor deposition, preferably by chemical vapor deposition, and forming only one thin film integrally with the air electrode. On the other hand, having a gas passage formed in the same manner as the air electrode, a separator is deposited by chemical vapor deposition or physical vapor deposition, preferably by chemical vapor deposition, on the smooth surface of the thick-film fuel electrode formed and fired in advance, and the thin film is formed. Only one layer is formed integrally with the fuel electrode to form an integrated part B-
Get 1. The integrated portion A-1 and the integrated portion B-1 obtained in this manner are arranged such that the air electrode and the fuel electrode do not directly face each other and the gas passages are orthogonal, parallel or opposite to each other, preferably orthogonal. The cells are stacked in such a manner as to sandwich the solid electrolyte membrane in the direction in which the cells are formed, and the cells are stacked to obtain the battery of the present invention.

本発明方法の第2の態様によれば、前記空気極の平滑
面上に前記セパレータを化学蒸着または物理蒸着させて
その薄膜を一層だけ空気極と一体的に形成させて一体化
部分A−2を得る。一方燃料極の平滑面上に固体電解質
を化学蒸着または物理蒸着させて、その薄膜を一層だけ
燃料極と一体的に形成させて一体化部分B−2得る。こ
のようにして得られた一体化部分A−2と一体化部分B
−2とを空気極と燃料極とが直接向かい合わず、かつガ
ス通路が相互に直交、平行または逆行する方向、好まし
くは直交する方向であって固体電解質膜を挟むような形
で重ね合わせて単電池が形成され、これを積層して本発
明の電池が得られる。
According to a second aspect of the method of the present invention, the separator is formed by chemical vapor deposition or physical vapor deposition on the smooth surface of the air electrode to form a single thin film integrally with the air electrode to form an integrated portion A-2. Get. On the other hand, a solid electrolyte is chemically vapor-deposited or physically vapor-deposited on the smooth surface of the fuel electrode, and a single thin film is formed integrally with the fuel electrode to obtain an integrated portion B-2. The integrated part A-2 and the integrated part B thus obtained
-2 in a direction in which the air electrode and the fuel electrode do not directly face each other and the gas passages are in a direction orthogonal, parallel or opposite to each other, preferably in a direction orthogonal to each other and sandwich the solid electrolyte membrane to form a single unit. A battery is formed and laminated to obtain the battery of the present invention.

本発明方法の上記した第1および第2の態様によれ
ば、厚膜であって支持体としての機能をもつ空気極また
は燃料極への薄膜の形成が一層だけであるため、薄膜形
成工程の複雑化を避けることが可能であると共に製品の
歩留まりを向上させる作用がある。製品の歩留まりにつ
いては、例えば一支持体上に構成要素の薄膜を連続的に
複数回形成する場合には、一回あたりの平均の歩留まり
をr、一連の連続形成回数をnとすると、rnとなり、指
数関数的に減少してしまうが、本発明の方法によると、
rとなり、製品の歩留まりを向上させることができる。
According to the above-described first and second aspects of the method of the present invention, only one thin film is formed on the air electrode or the fuel electrode which is a thick film and has a function as a support. It has the effect of avoiding complication and improving the product yield. The yield of the product, for example in the case of forming continuously a plurality of times a thin film components on one support, the average yield per one r, when a series of consecutive formation number and n, r n And exponentially decreases, but according to the method of the present invention,
r, and the product yield can be improved.

本発明方法の第3の態様によれば、本発明方法の第1
の態様で得られた一体化部分A−1の固体電解質の薄膜
の表面にさらに燃料極と同じ原料よりなるスラリーを塗
布し、その薄膜を形成・焼成させて一体化部分A−3得
る。このようにして得られた一体化部分A−3と本発明
方法の第1の態様で得られた一体化部分B−1とを厚膜
の燃料極と薄膜の燃料極とを接触させる形で第1の態様
と同様に重ね合わせて単電池を形成し、これを積層して
本発明の電池が得られる。
According to a third aspect of the method of the present invention, the first aspect of the method of the present invention is provided.
A slurry made of the same raw material as that of the fuel electrode is further applied to the surface of the solid electrolyte thin film of the integrated portion A-1 obtained in the above embodiment, and the thin film is formed and fired to obtain the integrated portion A-3. The integrated portion A-3 thus obtained and the integrated portion B-1 obtained in the first embodiment of the method of the present invention are brought into contact with a thick-film fuel electrode and a thin-film fuel electrode. Unit cells are formed by stacking them in the same manner as in the first embodiment, and the unit cells are stacked to obtain the battery of the present invention.

本発明方法の第4の態様によれば、本発明方法の前記
第2の態様において得られた一体化部分B−2の固体電
解質薄膜の表面にさらに空気極と同じ原料よりなるスラ
リーを塗布して、その薄膜を形成・焼成させて一体化部
分A−4得る。このようにして得られた一体化部分A−
4と本発明方法の第2の態様において得られた一体化部
分A−2とを厚膜の空気極と薄膜の空気極とを接触させ
る形で第2の態様におけると同様に重ね合わせて単電池
を形成し、これを積層して本発明の電池が得られる。
According to the fourth aspect of the method of the present invention, a slurry made of the same raw material as the air electrode is further applied to the surface of the solid electrolyte thin film of the integrated portion B-2 obtained in the second aspect of the method of the present invention. Then, the thin film is formed and fired to obtain an integrated portion A-4. The integrated part A- thus obtained
4 and the integrated portion A-2 obtained in the second embodiment of the method of the present invention are overlapped with each other in the same manner as in the second embodiment so that the thick-film air electrode and the thin-film air electrode are brought into contact with each other. A battery is formed and laminated to obtain the battery of the present invention.

本発明の上記した第3および第4の態様によれば、燃
料極または空気極の薄膜をさらに形成・焼成してなる一
体化部分を形成することにより、起電反応を円滑に進行
させることが可能となる、良好な固体電解質/電極界面
構造を形成することができる。
According to the above-described third and fourth aspects of the present invention, the electromotive reaction can proceed smoothly by forming an integrated portion formed by further forming and firing a thin film of the fuel electrode or the air electrode. A good solid electrolyte / electrode interface structure can be formed.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 第1a図を参照して本発明方法を具体的に説明する。第
1a図において、ストロンチウムをドープしたランタンマ
ンガナイトを原料として、厚さ3mm程度の溝つき多孔質
板として形成し、焼成した空気極1の平滑面上に、ジル
コニウム及びイットリウムの塩化物を原料とする化学蒸
着法によって、厚さ50ミクロン程度の固体電解質(イッ
トリア安定化ジルコニア)の緻密膜2を形成して一体化
部分A−1を得る。
Example 1 The method of the present invention will be specifically described with reference to FIG. 1a. No.
In FIG. 1a, a strontium-doped lanthanum manganite is used as a raw material, and a porous plate with a groove of about 3 mm in thickness is formed. On a smooth surface of the fired air electrode 1, zirconium and yttrium chloride are used as a raw material. A dense film 2 of a solid electrolyte (yttria-stabilized zirconia) having a thickness of about 50 microns is formed by a chemical vapor deposition method to obtain an integrated portion A-1.

一方、粒径が20ミクロン以下の金属ニッケルとイット
リア安定化ジルコニア粉体を重量比5:5から7:3の範囲
で、有機系の結合剤、溶剤、可塑剤、分散剤、消泡剤と
共によく混合して粘稠なスラリーを得、これを射出成形
した後、還元雰囲気下で焼成し、燃料ガス通路として機
能する溝を有する、厚さ3mm程度の厚膜多孔質板として
形成された燃料極3の平滑面上に、ランタン、クロム、
マグネシウムの塩化物を原料とする化学蒸着法によっ
て、厚さ50ミクロン程度のセパレータ4(マグネシウム
をドープしたランタンクロマイト:LaCr1-xMgxO3 0<x
<0.15)の緻密膜を形成させて一体化部分B−1得る。
このようにして得られた一体化部分A−1と一体化部分
B−1とを第1a図に示すように重ね合わせて単電池を形
成し、これを積層することにより本発明の電池が得られ
る。
On the other hand, metallic nickel having a particle size of 20 microns or less and yttria-stabilized zirconia powder in a weight ratio of 5: 5 to 7: 3, together with an organic binder, a solvent, a plasticizer, a dispersant, and an antifoaming agent. After mixing well to obtain a viscous slurry, which is injection-molded, fired in a reducing atmosphere, the fuel is formed as a thick-film porous plate with a thickness of about 3 mm with grooves functioning as fuel gas passages. On the smooth surface of pole 3, lanthanum, chromium,
By a chemical vapor deposition method using magnesium chloride as a raw material, a separator 4 (lanthanum chromite doped with magnesium: LaCr 1-x Mg x O 30 <x
An integrated part B-1 is obtained by forming a dense film of <0.15).
The integrated part A-1 and the integrated part B-1 thus obtained are overlapped as shown in FIG. 1a to form a unit cell, and the unit cell is laminated to obtain the battery of the present invention. Can be

実施例2 実施例1の固体電解質2とセパレータ4とを取り替え
た以外、実施例1と同様にして得られる一体化部分A−
2と一体化部分B−2とを実施例1と同様に重ね合わせ
て単電池を形成し、これを積層して本発明の電池が得ら
れる。
Example 2 An integrated part A- obtained in the same manner as in Example 1 except that the solid electrolyte 2 and the separator 4 of Example 1 were replaced.
2 and the integrated portion B-2 were overlapped in the same manner as in Example 1 to form a unit cell, and this was laminated to obtain the battery of the present invention.

実施例3 第1b図において、実施例1と同様にして得られた空気
極1と固体電解質2よりなる一体化部分A−1の固体電
解質2の表面にさらに実施例1における燃料極3と同じ
である燃料極3bと同じ原料よりなるスラリーを塗布し、
その薄膜3aを形成・焼成させて一体化部分A−3得る。
このようにして得られた一体化部分A−3と、実施例1
における一体化部分B−1と同じもので、第1b図におい
て、燃料極3bとセパレータ4とよりなるものとを、実施
例1と同様に重ね合わせて単電池を形成し、これを積層
して本発明の電池が得られる。
Example 3 In FIG. 1b, the surface of the solid electrolyte 2 of the integrated portion A-1 composed of the air electrode 1 and the solid electrolyte 2 obtained in the same manner as in Example 1 was further the same as the fuel electrode 3 in Example 1. Is applied with a slurry made of the same raw material as the fuel electrode 3b,
The thin film 3a is formed and fired to obtain an integrated portion A-3.
The integrated part A-3 obtained in this way and Example 1
In FIG. 1b, a unit cell is formed by stacking the fuel electrode 3b and the separator 4 in the same manner as in Example 1 to form a unit cell. The battery of the present invention is obtained.

実施例4 第1b図において、実施例3におけるのと同様に、実施
例2の固体電解質2の表面にさらに空気極3bと同じ原料
よりなる薄膜3aを焼成して得られる一体化部分A−4
と、実施例2における一体化部分A−2と同じであっ
て、空気極3bとセパレータ4とよりなるものを、実施例
1と同様に重ね合わせて単電池を形成し、これを積層し
て本発明の電池が得られる。
Example 4 In FIG. 1b, as in Example 3, an integrated part A-4 obtained by firing a thin film 3a made of the same material as the air electrode 3b on the surface of the solid electrolyte 2 of Example 2
And a unit cell, which is the same as the integrated portion A-2 in Example 2, but is composed of the air electrode 3b and the separator 4 is overlapped in the same manner as in Example 1 to form a unit cell. The battery of the present invention is obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば第1に、単電池を構成する構成要素の
焼成時の収縮率の制御が困難であるという従来技術の問
題を解消しうる平板型固体電解質燃料電池が提供され
る。
According to the present invention, firstly, there is provided a flat solid electrolyte fuel cell which can solve the problem of the prior art that it is difficult to control the shrinkage ratio of the constituent elements constituting the unit cell during firing.

本発明によれば第2に、品質管理工程数が少なく、製
品の歩留まりを向上させることのできる平板型固体電解
質燃料電池の製造方法が提供される。
Secondly, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell which can reduce the number of quality control steps and improve product yield.

本発明によれば第3に、単電池の形成および形成され
た単電池の積層を容易かつ安全に行なうことのできる平
板型固体電解質燃料電池の製造方法が提供される。
Thirdly, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell capable of easily and safely forming unit cells and stacking the formed unit cells.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1a図は、本発明の第1または第2の態様を説明するた
めの分解斜視図であり、第1b図は、本発明の第3または
第4の態様を説明するための分解斜視図であり、第2図
は、本発明における空気極または燃料極のガス通路の1
例を示す説明のための斜視図であり、第3図は、従来の
平板型固体電解質燃料電池の製造方法における電池の各
構成要素の積層工程を説明するための分解図である。 符号の説明: 1……空気極または燃料極、2……固体電解質またはセ
パレータ、3・3a・3b……燃料極または空気極、4……
セパレータまたは固体電解質、11……ガス通路。
FIG. 1a is an exploded perspective view for explaining the first or second aspect of the present invention, and FIG. 1b is an exploded perspective view for explaining the third or fourth aspect of the present invention. FIG. 2 shows one of the gas passages of the air electrode or the fuel electrode in the present invention.
FIG. 3 is a perspective view for explaining an example, and FIG. 3 is an exploded view for explaining a stacking step of each component of the battery in a conventional method for manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell. Description of reference numerals: 1 ... air electrode or fuel electrode, 2 ... solid electrolyte or separator, 3.3a / 3b ... fuel electrode or air electrode, 4 ...
Separator or solid electrolyte, 11 ... gas passage.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−166154(JP,A) 特開 昭61−153280(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-166154 (JP, A) JP-A-61-153280 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01M 8/00-8/24

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】セパレータ、空気極、固体電解質および燃
料極よりなる平板型固体電解質燃料電池の製造方法にお
いて、ガス通路を有し、形成・焼成された厚膜の空気極
の平滑面上に固体電解質を蒸着させてその薄膜を一層だ
け一体的に形成させてなる一体化部分A−1とガス通路
を有し、形成・焼成された厚膜の燃料極の平滑面上にセ
パレータを蒸着させてその薄膜を一層だけ一体的に形成
させてなる一体化部分B−1とを空気極と燃料極とが直
接向かい合わずかつ固体電解質膜を挟むような形で重ね
合わせて単電池を形成し、該単電池を積層することを特
徴とする平板型固体電解質燃料電池の製造方法。
1. A method for manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell comprising a separator, an air electrode, a solid electrolyte and a fuel electrode, comprising a gas passage, a solid film formed on a smooth surface of a thick-film air electrode formed and fired. It has an integrated portion A-1 formed by depositing an electrolyte to form a single layer of the thin film and a gas passage, and a separator is deposited on the smooth surface of the formed and fired thick film fuel electrode. A unit cell is formed by superimposing an integrated portion B-1 obtained by integrally forming a single layer of the thin film such that the air electrode and the fuel electrode are directly opposed to each other and sandwich the solid electrolyte membrane slightly. A method for manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell, comprising stacking unit cells.
【請求項2】セパレータ、空気極、固体電解質および燃
料極よりなる平板型固体電解質燃料電池の製造方法にお
いて、該空気極の平滑面上にセパレータを蒸着させてそ
の薄膜を一層だけ一体的に形成させてなる一体化部分A
−2と該燃料極の平滑面上に固体電解質を蒸着させてそ
の薄膜を一層だけ一体的に形成させてなる一体化部分B
−2とを、空気極と燃料極とが直接向かい合わずかつ固
体電解質膜を挟むような形で重ね合わせて単電池を形成
し、該単電池を積層することを特徴とする平板型固体電
解質燃料電池の製造方法。
2. A method for manufacturing a flat solid electrolyte fuel cell comprising a separator, an air electrode, a solid electrolyte and a fuel electrode, wherein a separator is deposited on a smooth surface of the air electrode and a thin film is integrally formed. Integrated part A
-2 and an integrated part B formed by depositing a solid electrolyte on the smooth surface of the fuel electrode to form a single thin film integrally
Wherein the air electrode and the fuel electrode are directly opposed to each other and sandwich the solid electrolyte membrane so as to form a unit cell, and the unit cells are stacked to form a flat solid electrolyte fuel. Battery manufacturing method.
【請求項3】一体化部分A−1の固体電解質の薄膜の表
面にさらに燃料極と同じ原料よりなる薄膜を形成・焼成
させて一体化部分A−3を形成させることを特徴とする
請求項1記載の製造方法。
3. The integrated portion A-3 is formed by further forming and firing a thin film made of the same material as the fuel electrode on the surface of the solid electrolyte thin film of the integrated portion A-1. 2. The production method according to 1.
【請求項4】一体化部分B−2の固体電解質の薄膜の表
面にさらに空気極と同じ原料よりなる薄膜を形成・焼成
させて一体化部分A−4を形成させることを特徴とする
請求項2記載の製造方法。
4. An integrated portion A-4 is formed by further forming and firing a thin film made of the same material as the air electrode on the surface of the solid electrolyte thin film of the integrated portion B-2. 2. The production method according to 2.
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