JP3180988B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents

Solid oxide fuel cell

Info

Publication number
JP3180988B2
JP3180988B2 JP06693593A JP6693593A JP3180988B2 JP 3180988 B2 JP3180988 B2 JP 3180988B2 JP 06693593 A JP06693593 A JP 06693593A JP 6693593 A JP6693593 A JP 6693593A JP 3180988 B2 JP3180988 B2 JP 3180988B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
support tube
amount
fuel cell
deformation
solid electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP06693593A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06283183A (en
Inventor
雅英 秋山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP06693593A priority Critical patent/JP3180988B2/en
Publication of JPH06283183A publication Critical patent/JPH06283183A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3180988B2 publication Critical patent/JP3180988B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
セルに関し、特に空気極能を有する多孔質の支持管の改
良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly to an improvement in a porous support tube having an air electrode.

【0002】[0002]

【従来技術】従来より、固体電解質型燃料電池セルに
は、円筒型と平板型の2種類の燃料電池が知られてい
る。平板型燃料電池セルは、発電の単位体積当り出力密
度が高いという特長を有するが、実用化に際してはガス
シ−ルの不完全性やセル内の温度分布の不均一性などの
問題がある。それに対して、円筒型燃料電池セルでは、
出力密度は低いものの、セルの機械的強度が高く、また
セル内の温度分布の均一性が保てるという特長がある。
両形状の固体電解質燃料電池セルとも、それぞれの特長
を生かして積極的に研究開発が進められている。
2. Description of the Related Art Conventionally, two types of solid electrolyte fuel cells have been known: cylindrical and flat. The flat-type fuel cell has the feature that the power density per unit volume of power generation is high, but when put into practical use, there are problems such as incomplete gas seals and non-uniform temperature distribution in the cell. On the other hand, in a cylindrical fuel cell,
Although the power density is low, the mechanical strength of the cell is high, and the uniformity of the temperature distribution in the cell can be maintained.
Both types of solid electrolyte fuel cells are being actively researched and developed utilizing their respective features.

【0003】一般に、円筒型燃料電池の単セルは、図2
に示すように開気孔率が約40%程度のCaO安定化Z
rO2 からなる支持管11の表面に例えば、スラリ−デ
ィップ法によりLaMnO3 系材料からなる多孔性の空
気極12を形成し、その表面に気相合成法(EVD)
や、溶射法などの手法により例えば、Y2 3 含有の安
定化ZrO2 固体電解質13が形成され、さらに固体電
解質13の表面に多孔性のNi−ジルコニアなどからな
る燃料極14が形成される。燃料電池のモジュ−ルは、
上記構成からなる複数の単セルがLaCrO3 系材料な
どからなるインタ−コネクタ15を介して接続される。
発電は、支持管11の内部に空気(酸素)を、外部に燃
料(水素)を流し、1000〜1050℃の温度で行わ
れる。
Generally, a single cell of a cylindrical fuel cell is shown in FIG.
As shown in the figure, a CaO-stabilized Z having an open porosity of about 40%
For example, a porous air electrode 12 made of a LaMnO 3 -based material is formed on the surface of a support tube 11 made of rO 2 by a slurry-dip method, and a vapor phase synthesis method (EVD) is formed on the surface.
For example, a stabilized ZrO 2 solid electrolyte 13 containing Y 2 O 3 is formed by a method such as thermal spraying, and a fuel electrode 14 made of porous Ni-zirconia or the like is formed on the surface of the solid electrolyte 13. . The fuel cell module is
The plurality of single cells having the above configuration are connected via an interconnector 15 made of LaCrO 3 -based material or the like.
Power generation is performed at a temperature of 1000 to 1050 ° C. by flowing air (oxygen) inside the support tube 11 and fuel (hydrogen) outside.

【0004】近年、上記燃料電池セルの作製にあたり、
プロセスを単純化するため、空気極であるLaMnO3
系材料を直接多孔性の支持管として使用する試みがなさ
れている。空気極としての機能を合せ持つ支持管材料と
しては、例えば20モル%のCaO、または10〜15
モル%のSrOを固溶させたLaMnO3 固溶体材料が
用いられている。
In recent years, in producing the above-mentioned fuel cell,
In order to simplify the process, the air electrode LaMnO 3
Attempts have been made to use the system material directly as a porous support tube. As a support tube material having a function as an air electrode, for example, 20 mol% of CaO, or 10 to 15%
A LaMnO 3 solid solution material in which mol% of SrO is dissolved is used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする問題】しかしながら、前記の
CaOあるいはSrOを固溶したLaMnO3 材料を支
持管として使用する場合、この表面に気相合成法(EV
D)や溶射法で固体電解質膜あるいはインタ−コネクタ
を被覆する際、支持管は1000℃以上、特に気相合成
法では1200〜1400℃の高温下に保持される。こ
のため、固体電解質膜あるいはインタ−コネクタ膜の成
膜中に支持管がクリ−プ変形しセル間の接続が出来ない
という問題が起こっている。また、発電においても、セ
ルは1000℃の高温に長時間保持されるため、同様に
支持管が変形してセル間の接続が悪くなり、出力が低下
するという問題も発生している。
However, when the above-mentioned LaMnO 3 material containing CaO or SrO as a solid solution is used as a support tube, a gas phase synthesis method (EV
When coating the solid electrolyte membrane or the interconnector by D) or thermal spraying, the support tube is kept at a high temperature of 1000 ° C. or higher, particularly 1200 to 1400 ° C. in the case of vapor phase synthesis. For this reason, there has been a problem that the support tube is crimped during the formation of the solid electrolyte film or the interconnector film and connection between cells cannot be made. Also, in power generation, since the cells are maintained at a high temperature of 1000 ° C. for a long time, the support tube is similarly deformed, the connection between the cells is deteriorated, and there is a problem that the output is reduced.

【0006】本発明は、この空気極機能を有する支持管
の耐クリ−プ性を向上させ、セル作製工程あるいは発電
時における支持管の変形の問題を解決し、セルの良品率
を向上させることおよび高温に保持されても長期安定性
のあるセルを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to improve the creep resistance of the support tube having the air electrode function, solve the problem of deformation of the support tube during the cell manufacturing process or power generation, and improve the yield of cells. It is another object of the present invention to provide a cell that has long-term stability even when maintained at a high temperature.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題点
を解決するために検討を重ねた結果、LaMnO3 系材
料を支持管として形成し、そのLaMnO3 系材料にお
けるLaの一部を所定のアルカリ土類元素と同時に特定
の3価の金属により置換し、場合によりMnの一部を他
の遷移金属元素により置換した組成からなると同時に、
金属不純物量を所定量以下に制御することにより上記目
的が達成されることを知見した。
As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventor has formed a LaMnO 3 -based material as a support tube and used a part of La in the LaMnO 3 -based material. At the same time as the composition comprising a specific trivalent metal substituted with a predetermined alkaline earth element and optionally a part of Mn substituted with another transition metal element,
It has been found that the above object is achieved by controlling the amount of metal impurities to a predetermined amount or less.

【0008】即ち、本発明の固体電解質型燃料電池セル
は、空気極能を有する多孔質の支持管上に固体電解質と
燃料極とを順次積層してなる固体電解質型燃料電池セル
において、前記支持管が、下記化1
That is, the solid oxide fuel cell according to the present invention is a solid oxide fuel cell comprising a solid electrolyte and a fuel electrode sequentially laminated on a porous support tube having an air electrode function. The pipe is

【0009】[0009]

【化1】 Embedded image

【0010】で表され、式中のAは、Y、Yb、Sc、
Erの群から選ばれる少なくとも1種、Bは、Ca、B
a、Srの群から選ばれる少なくとも1種、CはCo、
Ni、Zr、Ce、Feの群から選ばれる少なくとも1
種からなるとともに、x、y、zおよびpが、0.05
≦x≦0.3、0.25≦y≦0.5、0.9≦z≦
1.0および0≦p≦0.3を満足する複合ペロブスカ
イト型酸化物からなり、且つ前記構成元素以外の金属不
純物のうちAl、Siが合量で0.2重量%以下、全金
属不純物量が0.8重量%以下であることを特徴とする
ものである。
Where A is Y, Yb, Sc,
At least one member selected from the group of Er, B is Ca, B
a, at least one selected from the group consisting of Sr, C is Co,
At least one selected from the group consisting of Ni, Zr, Ce, and Fe
X, y, z and p are 0.05
≦ x ≦ 0.3, 0.25 ≦ y ≦ 0.5, 0.9 ≦ z ≦
It is composed of a complex perovskite oxide satisfying 1.0 and 0 ≦ p ≦ 0.3, and the total amount of metal impurities other than the above-mentioned constituent elements is 0.2% by weight or less of Al and Si. Is 0.8% by weight or less.

【0011】以下、本発明を詳述する。図1は、本発明
における固体電解質型燃料電池セルの一実施例を説明す
るための図である。図1において、1は支持管、2は固
体電解質、3は燃料極である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of a solid oxide fuel cell unit according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a support tube, 2 is a solid electrolyte, and 3 is a fuel electrode.

【0012】本発明によれば、支持管1は、それ自体導
電性セラミックスからなる円筒形状からなる。この円筒
状支持管1上には固体電解質2が形成され、さらにその
上には燃料極3が形成される。かかる構造のセルにより
発電を行う場合、円筒型の支持管1の内部に大気などの
酸素を含有するガスが、一方、燃料極3側には、水素ガ
スなどの燃料ガスが供給されることにより、支持管1と
燃料極3間に電力が発生する。そのため、支持管1およ
び燃料極3はそれぞれ供給されたガスを固体電解質に供
給可能とするために、それ自体35〜40%の開気孔率
を有する多孔質体から構成されている。また、燃料電池
モジュールは、複数のセルが、インターコネクタ4を介
して接続されることにより構成される。
According to the present invention, the support tube 1 itself has a cylindrical shape made of conductive ceramics. A solid electrolyte 2 is formed on the cylindrical support tube 1, and a fuel electrode 3 is formed thereon. When power is generated by the cell having such a structure, a gas containing oxygen such as air is supplied to the inside of the cylindrical support tube 1 while a fuel gas such as hydrogen gas is supplied to the fuel electrode 3 side. Then, electric power is generated between the support tube 1 and the fuel electrode 3. Therefore, the support tube 1 and the fuel electrode 3 are each made of a porous body having an open porosity of 35 to 40% so that the supplied gas can be supplied to the solid electrolyte. Further, the fuel cell module is configured by connecting a plurality of cells via the interconnector 4.

【0013】本発明によれば、上記構成において支持管
1を下記化1
According to the present invention, the support tube 1 is replaced with

【0014】[0014]

【化1】 Embedded image

【0015】で表され、式中のAは、Y、Yb、Sc、
Erの群から選ばれる少なくとも1種、Bは、Ca、B
a、Srの群から選ばれる少なくとも1種、CはCo、
Ni、Zr、Ce、Feの群から選ばれる少なくとも1
種からなる元素より構成すると同時に、化1中の、x、
y、zおよびpを、0.05≦x≦0.3、0.25≦
y≦0.5、0.9≦z≦1.0および0≦p≦0.3
を満足するような材料により構成することを大きな特徴
とする。また、かかる材料は、複合ペロブスカイト型酸
化物からなる。
Where A is Y, Yb, Sc,
At least one member selected from the group of Er, B is Ca, B
a, at least one selected from the group consisting of Sr, C is Co,
At least one selected from the group consisting of Ni, Zr, Ce, and Fe
At the same time as being composed of an element consisting of a seed,
Let y, z and p be 0.05 ≦ x ≦ 0.3, 0.25 ≦
y ≦ 0.5, 0.9 ≦ z ≦ 1.0 and 0 ≦ p ≦ 0.3
It is a major feature that it is made of a material satisfying the following. Such a material is composed of a composite perovskite oxide.

【0016】なお、本発明において、前記支持管材料の
組成を上記の範囲に限定したのは、LaへのY、Yb、
Sc、Erなどの置換量を示すx値が0.05より小さ
いか、または0.3より大きいとクリ−プ変形量が大き
くなり、また、LaへのCa、Sr、Baの置換量を示
すy値が0.25より小さくてもクリ−プ変形量は大き
くなり、y値が0.5より大きいと焼成温度を1600
℃以上に高める必要があり経済的でなく、低温での焼成
では焼結性が悪くなり所定の開気孔率の有する材料を作
製することができ難くなる。
In the present invention, the reason why the composition of the support tube material is limited to the above range is that La, Y, Yb,
If the x value indicating the replacement amount of Sc, Er, etc. is smaller than 0.05 or larger than 0.3, the creep deformation amount increases, and the replacement amount of La, Ca, Sr, Ba is shown. If the y value is smaller than 0.25, the amount of creep deformation becomes large.
It is necessary to raise the temperature to at least ℃, which is not economical, and firing at a low temperature deteriorates the sinterability and makes it difficult to produce a material having a predetermined open porosity.

【0017】また、AサイトとBサイトとの比率を示す
z値は、ペロブスカイト型結晶構造では通常1である
が、z値が0.9までの不定比であっても同様な効果が
得られるが、0.9より小さいとペロブスカイト型以外
のMnなどを含む異相が析出しクリ−プ変形量が大きく
なる。逆に、この値が1.0を越えるとLa2 3 が析
出して材料が短時間に風化してしまう。
The z value indicating the ratio between the A site and the B site is usually 1 in a perovskite type crystal structure, but the same effect can be obtained even when the z value is non-stoichiometric up to 0.9. However, if it is smaller than 0.9, a different phase containing Mn or the like other than the perovskite type precipitates and the amount of creep deformation increases. Conversely, if this value exceeds 1.0, La 2 O 3 will precipitate and the material will be weathered in a short time.

【0018】さらに、LaMnO3 系固溶体を基本とし
て、MnをCo、Ni、Zr、Ce、Fe等で置換して
もその格子欠陥構造は本質的に変化しない。しかし、こ
れらの元素により置換量p値が0.3を越えるとクリ−
プ変形量は大きくなる。
Furthermore, based on a LaMnO 3 -based solid solution, even if Mn is replaced by Co, Ni, Zr, Ce, Fe, etc., the lattice defect structure does not substantially change. However, when the substitution value p value exceeds 0.3 due to these elements, the clearing is made.
The deformation amount increases.

【0019】本発明において、前記化1の組成系におい
て特に望ましい範囲は、0.05≦x≦0.2、0.2
5≦y≦0.4、0.95≦z≦1.0、0≦p≦0.
2である。
In the present invention, a particularly desirable range in the composition system of the above formula 1 is 0.05 ≦ x ≦ 0.2, 0.2
5 ≦ y ≦ 0.4, 0.95 ≦ z ≦ 1.0, 0 ≦ p ≦ 0.
2.

【0020】さらに、本発明によれば、前記支持管を構
成する材料中に含まれる金属不純物量が0.8重量%以
下であり、その中のAlおよびSiが合量で0.2重量
%以下であることが重要である。金属不純物は、前記支
持管を構成する元素以外の金属元素であり、例えば、A
l、Si、Cr、Ti、Nbなどが挙げられる。これら
の金属不純物量が0.8重量%を越えたり、あるいはA
l、Si量が0.2重量%を越えるとクリープ変形量が
増大する。本発明によれば、特にAl、Si量は0.1
重量%以下、全金属不純物量が0.5重量%以下に制御
されることが望ましい。
Further, according to the present invention, the amount of metal impurities contained in the material constituting the support tube is 0.8% by weight or less, and the total amount of Al and Si therein is 0.2% by weight. It is important that: The metal impurities are metal elements other than the elements constituting the support tube.
1, Si, Cr, Ti, Nb and the like. If the amount of these metal impurities exceeds 0.8% by weight or
If the amount of 1, Si exceeds 0.2% by weight, the amount of creep deformation increases. According to the present invention, in particular, the amounts of Al and Si are 0.1
% Or less, and the total amount of metal impurities is preferably controlled to 0.5% by weight or less.

【0021】また、本発明の燃料電池セルにおいて、用
いられる固体電解質はY2 3 などの安定化材を含む周
知の安定化ZrO2 からなり、さらに燃料極材料として
はNi−ジルコニアなどが用いられる。
In the fuel cell of the present invention, the solid electrolyte used is a well-known stabilized ZrO 2 containing a stabilizing material such as Y 2 O 3, and Ni-zirconia is used as a fuel electrode material. Can be

【0022】[0022]

【作用】ペロブスカイト型結晶は、一般的にABO3
表され、結晶中の格子点はAサイト、Bサイトおよび酸
素(O)サイトの3つに分けられる。LaMnO3、L
aFeO3 、LaCoO3 系にCaOあるいはSrOを
固溶させた材料中の格子欠陥構造についての詳細な研究
結果から、これらの材料では、Aサイトの欠損の程度に
よらずCaOあるいはSrOの固溶量が25モル%より
小さいと、下記数1
The perovskite crystal is generally represented by ABO 3 , and the lattice points in the crystal are divided into three sites: A site, B site and oxygen (O) site. LaMnO3, L
From the detailed research results on the lattice defect structure in a material in which CaO or SrO is dissolved in aFeO 3 or LaCoO 3 system, the amount of solid solution of CaO or SrO in these materials regardless of the degree of defect of A site Is less than 25 mol%,

【0023】[0023]

【数1】 (Equation 1)

【0024】の反応によりLaとMnの陽イオン空孔が
支配的に生成する。
By the above reaction, cationic vacancies of La and Mn are predominantly generated.

【0025】それに対して、固溶量が25モル%以上に
なると、下記数2
On the other hand, when the amount of solid solution exceeds 25 mol%,

【0026】[0026]

【数2】 (Equation 2)

【0027】の反応により、酸素イオン空孔が支配的に
なることを明らかにした。
It has been clarified that the oxygen ion vacancy becomes dominant by the above reaction.

【0028】これらの結果は、上記の固溶体はCaO、
あるいはSrOの固溶量が25モル%より小さいと、陽
イオン空孔を介しての陽イオンの拡散速度が大きくなる
ことを意味している。
These results show that the above solid solution is CaO,
Alternatively, when the solid solution amount of SrO is less than 25 mol%, it means that the diffusion rate of the cation through the cation vacancy increases.

【0029】クリ−プ変形に関して、その変形が拡散で
起こり粒子内(体積)拡散が支配的である場合、クリ−
プ変形速度は、下記数3
Concerning the creep deformation, if the deformation occurs by diffusion and intraparticle (volume) diffusion is dominant, then the creep deformation
The deformation speed is as follows:

【0030】[0030]

【数3】 (Equation 3)

【0031】で表される。## EQU1 ##

【0032】また、粒界拡散が支配的な場合は、下記数
When the grain boundary diffusion is dominant, the following equation 4

【0033】[0033]

【数4】 (Equation 4)

【0034】のように表される。It is expressed as follows.

【0035】一般的には、DV 、Db は結晶内の陰イオ
ン、陽イオンのうち遅い方のイオンの拡散係数である。
ペロブスカイト型結晶においては、数1、数2中の拡散
係数は陽イオンのそれになる。これらの式に従うと、耐
クリ−プ性は、拡散係数の小さいほど、また粒子の大き
いほど優れることが容易に判断される。
In general, DV and Db are the diffusion coefficients of the slower of the anions and cations in the crystal.
In the perovskite type crystal, the diffusion coefficient in Equations 1 and 2 is that of a cation. According to these formulas, it can be easily determined that the creep resistance is superior as the diffusion coefficient is smaller and as the particles are larger.

【0036】CaO、BaO、SrOの固溶量(y値)
が25モル%より小さい場合にクリ−プによる変形量が
大きいのは、上記の格子欠陥構造と考え合わせると、数
1により生成した陽イオン空孔の濃度が高いため、陽イ
オンの粒子内あるいは粒界の拡散速度が早く、その結果
クリ−プ変形速度が大きくなったと考えられる。また、
Y、Yb等の希土類元素の添加効果に関しては、希土類
元素の添加量(x値)が5モル%未満および30モル%
を越えると、希土類イオンとLaイオンとのイオン半径
の違いから、この範囲においては材料中に大きな結晶の
格子歪みを生じ、陽イオンの拡散の活性化エネルギ−が
減少して、拡散係数が大きくなり、その結果クリ−プ変
形速度が増大したものと考えられる。Aサイトが欠損し
た不定比系においても、同様な結果が得られるのは、定
比系と比較して格子欠陥構造に本質的な変化が無いため
である。
Solid solution amount of CaO, BaO and SrO (y value)
The reason why the amount of deformation due to the creep is large when is less than 25 mol% is that the concentration of the cation vacancy generated by the equation (1) is high in consideration of the lattice defect structure described above, so that the amount of It is considered that the diffusion speed of the grain boundary was high, and as a result, the creep deformation speed was increased. Also,
Regarding the effect of the addition of rare earth elements such as Y and Yb, the addition amount (x value) of the rare earth element is less than 5 mol% and 30 mol%.
Is exceeded, a large crystal lattice distortion occurs in the material in this range due to the difference in ionic radius between the rare earth ion and the La ion, the activation energy of cation diffusion decreases, and the diffusion coefficient increases. It is considered that as a result, the creep deformation speed was increased. The same result is obtained in the non-stoichiometric system in which the A site is lost, because there is no essential change in the lattice defect structure as compared with the stoichiometric system.

【0037】また、材料中の不純物量に関しては、ごく
わずかな量は結晶内に固溶されるが、これより多いと粒
界に偏析するか、または粒界でガラス相を形成する。こ
の様な場合、粒界相互のすべりが起こり、クリ−プ速度
が増大する。金属不純物量が0.8重量%を越える場合
にクリープ変形量が増大するのもこのような粒界相互の
すべりに起因するものであると推察される。特に、A
l、Siはガラス相を形成しやすいため、これらの量は
特に少ない範囲に制御することが必要である。
With respect to the amount of impurities in the material, a very small amount is dissolved in the crystal, but if it is more than this, the material segregates at the grain boundaries or forms a glass phase at the grain boundaries. In such a case, slip between the grain boundaries occurs, and the creep speed increases. It is presumed that the increase in the amount of creep deformation when the amount of metal impurities exceeds 0.8% by weight is caused by such slip between the grain boundaries. In particular, A
Since l and Si easily form a glass phase, their amounts need to be controlled to a particularly small range.

【0038】さらに、BサイトのMnをNi,Co等で
置換してもLaMnO3 と同一の格子欠陥構造を有する
ため、クリ−プ変形のメカニズムはLaMnO3 系と同
じである。しかしながら、LaNiO3 ,LaCoO3
固溶体系の焼結速度はLaMnO3 のそれと比較して早
い。この結果はLaNiO3 あるいはLaCoO3 固溶
体系内の陽イオン拡散係数が、LaMnO3 のそれより
大きいことを意味している。このため、BサイトのMn
をNi、Co等で置換した場合、置換量(p値)が0.
3を越えるとクリ−プ速度が増大するのは、Niあるい
はCo添加により陽イオンの拡散速度が大きくなるため
と判断される。
Further, even if the Mn at the B site is replaced with Ni, Co or the like, it has the same lattice defect structure as LaMnO 3 , so the mechanism of the creep deformation is the same as that of the LaMnO 3 system. However, LaNiO 3 , LaCoO 3
The sintering rate of the solid solution system is faster than that of LaMnO 3 . This result means that the cation diffusion coefficient in the LaNiO 3 or LaCoO 3 solid solution system is larger than that of LaMnO 3 . Therefore, the Mn at the B site
Is replaced with Ni, Co, or the like, the replacement amount (p value) is 0.
It is judged that the reason why the creep speed increases when the value exceeds 3 is that the cation diffusion speed increases due to the addition of Ni or Co.

【0039】以上の説明から明らかなように、本発明の
構成によれば、化1に示される組成系においてそれらの
x、y、zおよびp値を前記の特定の範囲に限定するこ
とにより、高温で保持された場合においても優れた耐ク
リープ性を有し、支持管上に固体電解質および燃料極を
形成する場合、クリープによる固体電解質および燃料極
膜の剥離などを抑制するとともに、燃料電池セルとして
の高温での作動時において優れた耐久性を付与すること
ができる。
As is apparent from the above description, according to the constitution of the present invention, by limiting the x, y, z and p values in the composition system shown in Chemical formula 1 to the above specific ranges, It has excellent creep resistance even when held at a high temperature, and when a solid electrolyte and a fuel electrode are formed on a support tube, peeling of the solid electrolyte and the fuel electrode membrane due to creep is suppressed, and the fuel cell As a result, excellent durability can be imparted during operation at a high temperature.

【0040】本発明によれば、平板型燃料電池セルにお
いて、空気極をガスディフュ−ザとして使用する場合に
も、高温での変形が小さいため、電解質との接続に優
れ、その結果接続不良による発電出力低下を抑制するこ
とができる。
According to the present invention, even when the air electrode is used as a gas diffuser in a flat fuel cell, the deformation at high temperature is small, so that the connection with the electrolyte is excellent, and as a result, power generation due to poor connection is achieved. Output reduction can be suppressed.

【0041】[0041]

【実施例】次に、本発明を実施例に基づき説明する。 実施例1 市販の純度99.9%のY2 3 、La2 3 、Yb2
3 、Sc2 3 、Er2 3 、CaCO3 、SrCO
3 、BaCO3 、Mn2 3 、NiO、CoO、ZrO
2 、CeO2 、FeOを出発原料として、これを表1お
よび表2の組成になるように調合し、ジルコニアボ−ル
を用いて10時間混合した後、1300℃で10時間固
相反応させた。さらに場合により、Al2 3 、SiO
2 、Cr2 3 、TiO2 、MgOの影響を調べるた
め、2重量%まで添加し、この粉末をジルコニアボ−ル
を用いて、さらに24時間粉砕混合を行った。この後、
外径15mm、内径11mm、長さ200mmに円筒状
に成形して、1450〜1500℃にて焼成し、開気孔
率が38〜41%の円筒状焼結体を得た。なお、得られ
た焼結体中の不純物はケイ光X線分析により、またその
量はICP発光分光分析により測定した。
Next, the present invention will be described based on embodiments. Example 1 Commercially available 99.9% pure Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Yb 2
O 3 , Sc 2 O 3 , Er 2 O 3 , CaCO 3 , SrCO
3 , BaCO 3 , Mn 2 O 3 , NiO, CoO, ZrO
2 , CeO 2 , and FeO were used as starting materials, mixed to obtain the compositions shown in Tables 1 and 2, mixed with zirconia balls for 10 hours, and then subjected to a solid-phase reaction at 1300 ° C. for 10 hours. . In some cases, Al 2 O 3 , SiO 2
2 , Cr 2 O 3 , TiO 2 , and MgO were added in an amount of up to 2% by weight, and this powder was further ground and mixed using zirconia balls for 24 hours. After this,
It was formed into a cylindrical shape having an outer diameter of 15 mm, an inner diameter of 11 mm, and a length of 200 mm, and was fired at 1450 to 1500 ° C. to obtain a cylindrical sintered body having an open porosity of 38 to 41%. The impurities in the obtained sintered body were measured by fluorescent X-ray analysis, and the amount was measured by ICP emission spectroscopy.

【0042】上記の焼結体について、支点間距離を15
0mmとなるようにジルコニアブロックで支え、大気中
1400℃で10時間保持し、加熱前後の最大変形量を
支点間距離で除した比率をクリ−プ変形量とした。測定
の結果は表1および表2に示した。
For the above sintered body, the distance between the fulcrums was 15
It was supported by a zirconia block so as to be 0 mm, kept at 1400 ° C. in the atmosphere for 10 hours, and the ratio of the maximum deformation before and after heating divided by the distance between the fulcrums was defined as the creep deformation. The measurement results are shown in Tables 1 and 2.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】表1および表2の結果から明らかなよう
に、2価金属の置換量(y値)が0.25より小さいと
変形量が大きい。またy値が0.5を越えると、焼結性
が悪くなり所定の開気孔率を有した円筒支持管の作製が
できなかった。3価金属の置換量(x値)が0.05よ
り小さいか、または0.3を越えるものについても同様
に変形量が大きかった。Aサイトが欠損した不定比のも
のに関しては、z値が0.9より小さくなるとペロブス
カイト型以外のMnを含有する異相が析出し、変形量が
大きくなった。その他のx、y、z、p値に対して本発
明の範囲を逸脱する試料はいずれも変形が認められた。
As is apparent from the results of Tables 1 and 2, when the substitution amount (y value) of the divalent metal is smaller than 0.25, the deformation amount is large. On the other hand, when the y value exceeds 0.5, the sinterability deteriorates and a cylindrical support tube having a predetermined open porosity cannot be produced. The amount of deformation was similarly large for those having a trivalent metal substitution amount (x value) smaller than 0.05 or larger than 0.3. When the z value was less than 0.9, a hetero phase other than the perovskite type containing Mn was precipitated, and the deformation amount became large. Deformation was observed in all the samples deviating from the range of the present invention with respect to other x, y, z, and p values.

【0046】また、不純物量が0.8重量%を越えるも
の、あるいはAl、Si量が0.2重量%を越えるもの
もやはり変形量が大きくなった。
Also, those having an impurity amount exceeding 0.8% by weight or Al and Si amounts exceeding 0.2% by weight also showed a large deformation amount.

【0047】実施例2 実施例1の表1、2中、試料No.1、2、3、4、1
1、12、19、31、33、42、45、51、5
8、65、74、76、78の組成からなる長さ50c
mの支持管を作製し、その表面に気相合成法により11
00℃で10モル%のY2 3 を含有するZrO2 から
なる固体電解質を形成し、それぞれ10本作製したとこ
ろ、従来品および本発明の範囲を逸脱する試料No.1、
2、3、12、19、31、45については、クリープ
変形が発生し、固体電解質膜の一部剥離が観察された
が、その他の本発明の試料は、何ら固体電解質形成時に
おいても変形が生じなかった。
Example 2 In Tables 1 and 2 of Example 1, samples No. 1, 2, 3, 4, 1
1, 12, 19, 31, 33, 42, 45, 51, 5
Length 50c consisting of the composition of 8, 65, 74, 76, 78
m, and a support tube having a thickness of 11 m is formed on the surface thereof by a gas phase synthesis method.
A solid electrolyte made of ZrO 2 containing 10 mol% of Y 2 O 3 was formed at 00 ° C., and ten solid electrolytes were produced.
For 2, 3, 12, 19, 31, and 45, creep deformation occurred, and partial exfoliation of the solid electrolyte membrane was observed. However, the other samples of the present invention showed no deformation even when the solid electrolyte was formed. Did not occur.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上の説明したように、本発明によれ
ば、支持管自体の高温における耐クリ−プ性に優れ、セ
ル作製工程おけるセルの良品率を向上させるとともに、
高温作動時における長時間の発電においても変形による
セル間の接続不良を起こさない耐久性に優れた燃料電池
セルを提供することができる。
As described above, according to the present invention, the creep resistance of the support tube itself at high temperatures is improved, and the yield of cells in the cell manufacturing process is improved,
It is possible to provide a highly durable fuel cell that does not cause connection failure between cells due to deformation even during long-time power generation during high-temperature operation.

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

【図1】本発明における燃料電池セルの構造を説明する
ための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the structure of a fuel cell unit according to the present invention.

【図2】従来の燃料電池セルの構造を説明するための図
である。
FIG. 2 is a view for explaining the structure of a conventional fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 支持管 2 固体電解質 3 燃料極 4 インターコネクタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support pipe 2 Solid electrolyte 3 Fuel electrode 4 Interconnector

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】空気極能を有する多孔質の支持管上に固体
電解質と燃料極とを順次積層してなる固体電解質型燃料
電池セルにおいて、前記支持管が、下記化1 【化1】 で表され、式中のAは、Y、Yb、Sc、Erの群から
選ばれる少なくとも1種、Bは、Ca、Ba、Srの群
から選ばれる少なくとも1種、CはCo、Ni、Zr、
Ce、Feの群から選ばれる少なくとも1種からなると
ともに、x、y、zおよびpが、0.05≦x≦0.
3、0.25≦y≦0.5、0.9≦z≦1.0および
0≦p≦0.3を満足する複合ペロブスカイト型酸化物
からなり、前記構成元素以外の金属不純物のうち、A
l、Siが合量で0.2重量%以下、且つ全金属不純物
量が0.8重量%以下であることを特徴とする固体電解
質型燃料電池セル。
1. A solid oxide fuel cell comprising a solid electrolyte and a fuel electrode sequentially laminated on a porous support tube having an air electrode function, wherein the support tube is represented by the following chemical formula 1. Wherein A is at least one member selected from the group consisting of Y, Yb, Sc, and Er; B is at least one member selected from the group consisting of Ca, Ba, and Sr; and C is Co, Ni, Zr. ,
It is composed of at least one member selected from the group consisting of Ce and Fe, and x, y, z and p are 0.05 ≦ x ≦ 0.
3, composed of a composite perovskite oxide satisfying 0.25 ≦ y ≦ 0.5, 0.9 ≦ z ≦ 1.0 and 0 ≦ p ≦ 0.3, among metal impurities other than the constituent elements, A
A solid oxide fuel cell unit characterized in that the total amount of l and Si is 0.2% by weight or less and the total amount of metal impurities is 0.8% by weight or less.
JP06693593A 1993-03-25 1993-03-25 Solid oxide fuel cell Expired - Fee Related JP3180988B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP06693593A JP3180988B2 (en) 1993-03-25 1993-03-25 Solid oxide fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP06693593A JP3180988B2 (en) 1993-03-25 1993-03-25 Solid oxide fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06283183A JPH06283183A (en) 1994-10-07
JP3180988B2 true JP3180988B2 (en) 2001-07-03

Family

ID=13330357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP06693593A Expired - Fee Related JP3180988B2 (en) 1993-03-25 1993-03-25 Solid oxide fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3180988B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06283183A (en) 1994-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0188868B1 (en) Ceramic compound and air electrode materials for high-temperature electrochemical cells
KR101475392B1 (en) Titanate and metal interconnects for solid oxide fuel cells
EP0586264B1 (en) Oxygen ion conductor and solid electrolyte fuel cell
US5672437A (en) Solid electrolyte for a fuel cell
JPH09180731A (en) Solid electrolyte fuel cell
JPH07296839A (en) Solid electrolyte fuel cell
JP3180988B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP3359413B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP3121993B2 (en) Method for producing conductive ceramics
JP3342541B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP2002053374A (en) Multiple oxide for air pole of solid electrolytic fuel cell and for electric collector raw material, its manufacturing method and solid electrolytic fuel cell
JPH07326375A (en) Cell for solid electrolytic fuel cell
JP3350137B2 (en) Solid oxide fuel cell material
JP3342571B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP3359412B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP3339936B2 (en) Method for producing conductive ceramics
JP3346668B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP3398213B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP3199546B2 (en) Current collector for solid oxide fuel cell and method for producing conductive ceramics
JP3359421B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP3091100B2 (en) Method for producing conductive ceramics
JP3863207B2 (en) Lanthanum chromite ceramics, separator containing the same, and solid oxide fuel cell using the separator
JP3134883B2 (en) Separator for solid oxide fuel cell
JP3220320B2 (en) Fuel cell and method for producing conductive ceramics
JP3152843B2 (en) Solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080420

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090420

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090420

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100420

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110420

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110420

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120420

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees