JP3230156B2 - Electrode of solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same - Google Patents

Electrode of solid oxide fuel cell and method of manufacturing the same

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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、第三世代の発電用
燃料電池として開発が進んでいる固体酸化物型燃料電池
(SOFC)の電極構造と、その製造方法とに関する。
The present invention relates to an electrode structure of a solid oxide fuel cell (SOFC), which is being developed as a third generation fuel cell for power generation, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】SOFCは、円筒型と平板型に大別さ
れ、平板型にはバイポーラ型とモノリス(一体)型があ
るが、いずれも酸化物イオン伝導体からなる固体電解質
を電極の空気極(カソード)と燃料極(アノード)との
間に挟んだ積層構造を有する。この積層体からなる単セ
ルを、インターコネクタ(セパレータ)を介して接続
し、必要によりガス供給用のディストリビュータを電極
とインターコネクタとの間に介在させるか、インターコ
ネクタにディストリビュータ構造を付与する。
2. Description of the Related Art SOFCs are roughly classified into a cylindrical type and a flat type. The flat type includes a bipolar type and a monolith (integral) type. In both cases, a solid electrolyte made of an oxide ion conductor is used as an air electrode. It has a laminated structure sandwiched between a (cathode) and a fuel electrode (anode). The single cells made of the laminate are connected via an interconnector (separator), and a gas supply distributor is interposed between the electrode and the interconnector as necessary, or a distributor structure is provided to the interconnector.

【0003】SOFCでは、空気極側に酸素 (空気)
が、燃料極側に燃料ガス (H2 、CO、CH4 等) が供
給される。空気極側に供給された酸素は、空気極を通過
して固体電解質との界面近傍に到達すると、ここで空気
極から電子を受け取って、酸化物イオン (O2-) にイオ
ン化される。生成した酸化物イオンは、固体電解質中を
燃料極の方向に向かって拡散移動し、燃料極との界面近
傍で燃料ガスと反応して、反応生成物 (H2O、CO2
等) を生じ、燃料極に電子を放出する。この電子を外部
に電気として取り出す。
In an SOFC, oxygen (air) is placed on the air electrode side.
However, fuel gas (H 2 , CO, CH 4, etc.) is supplied to the fuel electrode side. When oxygen supplied to the air electrode side passes through the air electrode and reaches near the interface with the solid electrolyte, it receives electrons from the air electrode and is ionized into oxide ions (O 2− ). The generated oxide ions diffuse and move in the direction of the fuel electrode in the solid electrolyte, react with the fuel gas near the interface with the fuel electrode, and form a reaction product (H 2 O, CO 2
Etc.) and emit electrons to the fuel electrode. These electrons are taken out as electricity.

【0004】SOFCの電極反応、例えば、空気極側で
起こる酸素分子から酸化物イオンへのイオン化反応 (1/
2 O2 +2e- →O2-) は、酸素分子と電子と酸化物イ
オンの三者が関与することから、(1) 酸化物イオンを運
ぶ固体電解質と、(2) 電子を運ぶ空気極と、(3) 酸素分
子を供給する気相 (空気) 、の三相の界面でしか起こら
ないと言われている。燃料極側でも同様に、固体電解質
と、燃料極と、気相の燃料ガスとの三相界面で電極反応
BR>が起こる。従って、三相界面(これは一次元的であ
るので、より正確には「三相界面長さ」である)を増大
させることが電極反応の円滑な進行に有利であると考え
られている。
[0004] The electrode reaction of SOFC, for example, ionization reaction of oxygen molecules to oxide ions occurring on the air electrode side (1 /
Since 2 O 2 + 2e → O 2- ) involves oxygen molecules, electrons and oxide ions, (1) a solid electrolyte carrying oxide ions, and (2) an air electrode carrying electrons It is said that this occurs only at the three-phase interface of (3) the gas phase (air) that supplies oxygen molecules. Similarly, at the fuel electrode side, an electrode reaction occurs at the three-phase interface between the solid electrolyte, the fuel electrode, and the gaseous fuel gas.
BR> happens. It is therefore believed that increasing the three-phase interface (which is more precisely the "three-phase interface length" since it is one-dimensional) is advantageous to the smooth progression of the electrode reaction.

【0005】固体電解質の材料には、酸化物イオン伝導
性が高く、空気極側の酸化性雰囲気から燃料極側の還元
性雰囲気までの条件下で化学的に安定で、熱衝撃に強い
ことが求められる。かかる要件を満たす固体電解質材料
として従来より使用されているのが、イットリア安定化
ジルコニア(YSZ)である。
The material of the solid electrolyte must have high oxide ion conductivity, be chemically stable under conditions from an oxidizing atmosphere on the air electrode side to a reducing atmosphere on the fuel electrode side, and be resistant to thermal shock. Desired. Yttria-stabilized zirconia (YSZ) has been conventionally used as a solid electrolyte material satisfying such requirements.

【0006】一方、電極である空気極と燃料極は、いず
れも電子伝導性の高い材料から構成する必要がある。空
気極材料は、1000℃前後の高温の酸化性雰囲気中で化学
的に安定でなければならないため、金属は不適当であ
り、電子伝導性を持つペロブスカイト型酸化物材料が適
している。かかる材料の例として、LaMnO3 、LaCo
3、SmCoO3 、PrCoO3 、さらにはこれらの化合物のL
a、SmまたはPrの一部をSr、Ca等で置換した固溶体等が
あるが、熱膨張率がYSZに近いLaMnO3 またはその固
溶体が主に使用されている。燃料極材料は、Ni、Co等の
金属、或いはNi−YSZ、Co−YSZ 等のサーメットが一般
的である。なお、Ni等の金属は、製造時には通常はNiO
等の酸化物の形態であるが、燃料電池の運転時に金属に
還元される。
On the other hand, both the air electrode and the fuel electrode, which are electrodes, need to be made of a material having high electron conductivity. Since the cathode material must be chemically stable in a high-temperature oxidizing atmosphere of about 1000 ° C., metals are unsuitable, and a perovskite oxide material having electron conductivity is suitable. Examples of such materials include LaMnO 3 , LaCo
O 3 , SmCoO 3 , PrCoO 3 , and L of these compounds
Although a, a solid solution in which a part of Sm or Pr is substituted with Sr, Ca, or the like is available, LaMnO 3 having a thermal expansion coefficient close to that of YSZ or a solid solution thereof is mainly used. The fuel electrode material is generally a metal such as Ni or Co, or a cermet such as Ni-YSZ or Co-YSZ. Incidentally, metals such as Ni are usually NiO
Is reduced to metal during operation of the fuel cell.

【0007】固体電解質は、酸化物イオンの移動媒体で
あると同時に、燃料ガスと空気とを直接接触させないた
めの隔壁としても機能するので、ガス不透過性の緻密な
層とする。一方、電極(空気極と燃料極)は、ガスを透
過させることができるように多孔質の層とする。各層
は、溶射法、電気化学的蒸着 (EVD) 法、スラリーを
用いたシート成形法、スクリーン印刷法等により形成さ
れる。例えば、溶射法の場合、プラズマ溶射では緻密な
層が、アセチレン溶射では多孔質の層を形成できる。E
VD法では緻密な層が形成される。シート成形法は、ス
ラリー中の粉末の粒子径の大小や、有機増孔剤の有無に
よって緻密層と多孔質層を作り分けることができる。
[0007] The solid electrolyte is a gas impermeable dense layer because it functions as a partition for preventing direct contact between fuel gas and air, as well as a moving medium for oxide ions. On the other hand, the electrodes (the air electrode and the fuel electrode) are formed as porous layers so that the gas can pass therethrough. Each layer is formed by a thermal spraying method, an electrochemical vapor deposition (EVD) method, a sheet forming method using a slurry, a screen printing method, or the like. For example, in the case of the thermal spraying method, a dense layer can be formed by plasma spraying, and a porous layer can be formed by acetylene spraying. E
In the VD method, a dense layer is formed. In the sheet forming method, a dense layer and a porous layer can be separately formed depending on the particle size of the powder in the slurry and the presence or absence of an organic pore-forming agent.

【0008】上述したように、SOFCの電極 (空気極
と燃料極) には、多孔質で、かつ上記の三相界面長さが
大きいことが求められている。三相界面長さを大きくす
るため、特開平1−227362号公報には、電極層の電解質
に接する部分に細粒が、その他の部分には粗粒が存在す
るように粒度調整を行うことが提案されている。また、
シート成形法を用いる場合、焼結時に熱分解して除去さ
れる有機物の粉末 (即ち、室温で固体) を増孔剤として
添加してシート成形を行うことにより、電極の気孔率を
増大させることが知られている (例、特開平6−251772
号、同6−206781号各公報参照) 。
As described above, the electrodes (air electrode and fuel electrode) of the SOFC are required to be porous and have a large three-phase interface length. In order to increase the three-phase interface length, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-227362 discloses that the particle size is adjusted so that fine particles are present in a portion of the electrode layer in contact with the electrolyte and coarse particles are present in other portions. Proposed. Also,
When the sheet forming method is used, the porosity of the electrode is increased by adding a powder of an organic substance which is thermally decomposed and removed during sintering (that is, solid at room temperature) as a pore-forming agent to form the sheet. (E.g., JP-A-6-251772)
No., JP-A-6-206781).

【0009】さらに、主に電解質と電極の界面における
急激な熱膨張率の変化を避ける目的で、この界面での組
成変化をなだらかにした傾斜組成を採用することも、特
開平2−278663号公報を初めとして多くの特許公報に記
載されている。
Further, in order to avoid a rapid change in the coefficient of thermal expansion mainly at the interface between the electrolyte and the electrode, it is also possible to adopt a gradient composition in which the composition change at the interface is gentle, as disclosed in JP-A-2-27863. And many other patent publications.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電極材
料の粒度調整や、増孔剤としての有機粉末の添加、とい
った手段によるSOFCの電極の気孔率の調整は、三相
界面長さを十分に大きくすることができず、従って電極
反応が制限され、分極が大きくなってSOFCの出力が
低下するという問題があった。
However, the conventional adjustment of the porosity of the electrode of the SOFC by such means as adjusting the particle size of the electrode material and adding an organic powder as a pore-forming agent requires a sufficient three-phase interface length. Therefore, there was a problem that the electrode reaction was limited, the polarization was increased, and the output of the SOFC was reduced.

【0011】また、従来のSOFCは、電極と電解質の
材料が異なるため、両者の熱膨張率を完全に一致させる
ことが困難であり、熱歪みが入り易かった。この問題
は、上記の界面における傾斜組成により緩和できるが、
傾斜組成は熱膨張率を一致させるものではないので根本
的な解決策ではない上、傾斜組成層の形成に手間がかか
り、コスト高となる。本発明はこれらの問題点を解消す
ることができる、固体酸化物型燃料電池の電極および電
極/固体電解質積層体とそれらの製造方法を提供するも
のである。
Further, in the conventional SOFC, since the materials of the electrode and the electrolyte are different from each other, it is difficult to completely match the thermal expansion coefficients of the two, and it is easy to cause thermal distortion. This problem can be alleviated by the gradient composition at the above interface,
The gradient composition is not a fundamental solution because it does not match the thermal expansion coefficients, and the formation of the gradient composition layer is troublesome and costly. The present invention provides an electrode and an electrode / solid electrolyte laminate of a solid oxide fuel cell and a method for producing the same, which can solve these problems.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、特開平8
−49002 号公報に開示されている多孔質金属体の製造方
法に着目した。この方法では、金属微粉末と水溶性樹脂
結合剤とを含有する通常のシート成形用の水系スラリー
に、水より蒸気圧の大きな水不溶性の有機溶剤を含有さ
せてシート成形する。成形体の乾燥中に有機溶剤が気化
してガスとなって成形体から蒸発するため、多数の気泡
が発生し、三次元網状構造を持つ成形体になる。この成
形体を焼結すると、三次元網状構造の多孔質金属焼結体
が得られる。
Means for Solving the Problems The present inventors disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
Attention was paid to a method for manufacturing a porous metal body disclosed in Japanese Patent No. 49002. In this method, the sheet is formed by adding a water-insoluble organic solvent having a higher vapor pressure than water to an ordinary aqueous slurry for sheet formation containing fine metal powder and a water-soluble resin binder. During the drying of the molded article, the organic solvent evaporates and turns into a gas to evaporate from the molded article, so that a large number of air bubbles are generated and the molded article has a three-dimensional network structure. When this molded body is sintered, a porous metal sintered body having a three-dimensional network structure is obtained.

【0013】この焼結体は、金属微粉末が焼結してでき
た、それ自体多孔質の材料が三次元網状構造を形成して
いるため、網状構造の内部の表面積も加えた全体比表面
積が1000 cm2/cm3以上と非常に大きくなり、全体の気孔
率は80〜97%である。従来の三次元網状構造を有する金
属体として、三次元網状構造のポリウレタンフォームに
金属をめっきを施したものがあるが、これは気孔率は92
〜96%と非常に大きいものの、比表面積は5〜75 cm2/c
m3にすぎない。
This sintered body is formed by sintering a metal fine powder. Since the porous material itself forms a three-dimensional network structure, the total specific surface area including the internal surface area of the network structure is added. Is as large as 1000 cm 2 / cm 3 or more, and the total porosity is 80 to 97%. As a conventional metal body having a three-dimensional network structure, there is a metal body plated with a polyurethane foam having a three-dimensional network structure, which has a porosity of 92%.
Although very large at ~ 96%, the specific surface area is 5-75 cm 2 / c
not only to m 3.

【0014】本発明者らは、上記の多孔質金属体の製造
方法を電極形成用のセラミック材料に応用することを試
みて検討を重ねた結果、この方法で三次元網状構造の電
極骨格を形成し、この電極骨格の表面に電極材料の粒子
を付着させると、電極反応に利用される表面積が非常に
大きくなるため、上記課題を解決できることを見出し
た。
The present inventors have tried to apply the above-described method for producing a porous metal body to a ceramic material for forming an electrode, and as a result, have formed an electrode skeleton having a three-dimensional network structure by this method. However, it has been found that when the particles of the electrode material are adhered to the surface of the electrode skeleton, the surface area used for the electrode reaction becomes very large, so that the above problem can be solved.

【0015】ここに、本発明は、酸化物イオン伝導性材
料および/または酸化物イオン混合伝導性材料からなる
三次元網状構造の多孔質焼結体から構成された骨格を持
ち、この骨格の表面に電子伝導性材料および/または酸
化物イオン混合伝導性材料からなる粒子が付着している
ことを特徴とする、固体酸化物型燃料電池の電極であ
る。好ましくは、この電極は、酸化物イオン伝導性の緻
密な固体電解質層の片面または両面に、電解質と一体に
形成された、電極/電解質積層体または電極/電解質/
電極積層体の形態をとる。
Here, the present invention has a skeleton composed of a porous sintered body having a three-dimensional network structure made of an oxide ion conductive material and / or an oxide ion mixed conductive material, and the surface of this skeleton is provided. A solid oxide fuel cell electrode characterized in that particles made of an electron conductive material and / or mixed oxide ion conductive material adhere to the electrode. Preferably, the electrode is an electrode / electrolyte laminate or electrode / electrolyte / integrally formed on one or both sides of an oxide ion conductive dense solid electrolyte layer with an electrolyte.
It takes the form of an electrode stack.

【0016】本発明はまた、上記構造の電極からなる空
気極および/または燃料極を備えていることを特徴とす
る固体酸化物型燃料電池にも関する。
The present invention also relates to a solid oxide fuel cell comprising an air electrode and / or a fuel electrode comprising the electrode having the above structure.

【0017】本発明の電極の骨格は、水より蒸気圧の大
きい水不混和性有機溶剤を含有させた水系スラリーを用
いたシート成形により、酸化物イオン伝導性材料および
/または酸化物イオン混合伝導性材料からなる三次元網
状構造の多孔質シートを形成し、このシートを焼結する
ことにより形成することができる。
The skeleton of the electrode of the present invention is obtained by forming a sheet using an aqueous slurry containing a water-immiscible organic solvent having a higher vapor pressure than that of water. It can be formed by forming a porous sheet having a three-dimensional network structure made of a conductive material and sintering the sheet.

【0018】この三次元網状構造の多孔質シートを焼結
する前か後に、電子伝導性材料および/または酸化物イ
オン混合伝導性材料のスラリーを含浸させ、必要ならば
これを厚さ方向に熱圧縮させてから、焼結すると、本発
明の電極を製造することができる。この電極の片面に、
酸化物イオン伝導性材料の溶射または電気化学的蒸着に
より緻密な電解質層を形成すると、固体酸化物型燃料電
池の電極/電解質積層体を製造することができる。
Before or after sintering the porous sheet having the three-dimensional network structure, the porous sheet is impregnated with a slurry of an electron conductive material and / or a mixed oxide ion conductive material and, if necessary, is heated in the thickness direction. After being compressed and then sintered, the electrode of the present invention can be manufactured. On one side of this electrode,
When a dense electrolyte layer is formed by thermal spraying or electrochemical deposition of an oxide ion conductive material, an electrode / electrolyte laminate of a solid oxide fuel cell can be manufactured.

【0019】また、上記の未焼結の三次元網状構造のシ
ートに、酸化物イオン伝導性の緻密な固体電解質シート
を熱圧着させ、得られた積層体を焼結すると、固体酸化
物型燃料電池の電極骨格/電解質積層体が得られる。さ
らに、得られた焼結体に電子伝導性材料および/または
酸化物イオン混合伝導性材料のスラリーを含浸させ、再
び焼結すると、固体酸化物型燃料電池の電極/電解質積
層体を製造することができる。
Further, a dense solid electrolyte sheet having oxide ion conductivity is thermocompression-bonded to the unsintered three-dimensional net-structured sheet, and the obtained laminate is sintered to obtain a solid oxide fuel. A battery electrode skeleton / electrolyte laminate is obtained. Further, the obtained sintered body is impregnated with a slurry of an electron conductive material and / or a mixed oxide ion conductive material, and then sintered again to produce an electrode / electrolyte laminate for a solid oxide fuel cell. Can be.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】従来の固体酸化物型燃料電池の電
極は、通常は電極材料の微粉末の焼結体であり、粒子と
気孔とが単純に分散した構造を持つ。即ち、気孔は電極
材料の粒子間に存在するだけである。傾斜組成を有する
場合でも、電極材料の粒子が層の厚み方向で変化するこ
とを除けば、この単純な分散構造の点では同じである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An electrode of a conventional solid oxide fuel cell is usually a sintered body of fine powder of an electrode material, and has a structure in which particles and pores are simply dispersed. That is, the pores only exist between the particles of the electrode material. Even in the case of having a graded composition, the simple dispersion structure is the same except that the particles of the electrode material change in the thickness direction of the layer.

【0021】特開平6−251772号等に開示されているよ
うな、焼成中に消失する固体粉末状の有機増孔剤を用い
ると、粒子間の気孔よりは大きな空隙が電極内に生成す
るので、電極の気孔率が増大する。しかし、その場合で
も、この大きな空隙が電極内に散在するだけであり、電
極が三次元網状構造とはならないので、比表面積は小さ
く、空隙に別の粒子を大量に付着させることは実質的に
不可能である。本発明の電極は、図1に略図で示すよう
に、三次元網状構造の多孔質焼結体から構成された骨格
1の表面に、粒子2を付着させた構造を持つ。三次元網
状構造の骨格1は、液体の蒸発による気泡発生により生
成した大きな気孔A (即ち、網状構造の気孔) と、骨格
を構成する粒子間の小さい気孔B (即ち、焼結体内部の
気孔) の2種類の気孔を有する。この骨格1の表面、即
ち、骨格の外表面と大きな気孔Aの表面に、粒子2が付
着する。なお、作図の関係上、付着粒子2は互いに孤立
しているように描かれているが、実際には付着粒子2同
士が互いに接触して、極薄の多孔質被覆層を形成してい
る。
The use of an organic pore-forming agent in the form of a solid powder, which disappears during firing, as disclosed in JP-A-6-251772 or the like, creates voids in the electrode larger than the pores between the particles. As a result, the porosity of the electrode increases. However, even in this case, since these large voids are only scattered in the electrode, and the electrode does not have a three-dimensional network structure, the specific surface area is small, and it is substantially impossible to attach a large amount of another particle to the void. Impossible. As schematically shown in FIG. 1, the electrode of the present invention has a structure in which particles 2 are adhered to the surface of a skeleton 1 composed of a porous sintered body having a three-dimensional network structure. The skeleton 1 of the three-dimensional network structure has large pores A (that is, pores of the network structure) generated by the generation of bubbles due to evaporation of liquid, and small pores B (that is, pores inside the sintered body) between the particles constituting the skeleton. )). The particles 2 adhere to the surface of the skeleton 1, that is, the outer surface of the skeleton and the surface of the large pores A. Although the attached particles 2 are illustrated as being isolated from each other for the purpose of drawing, the attached particles 2 actually contact each other to form an extremely thin porous coating layer.

【0022】従って、固体が多孔質の骨格1と付着粒子
2という2種類の材料からなり、気孔についても大きな
気孔Aと小さな気孔Bの2種類からなる点で、従来の電
極とは異なる。また、骨格は三次元網状構造であり、こ
れは上記の有機増孔剤により形成される多孔質体とは異
なる。
Accordingly, the solid electrode is different from the conventional electrode in that the solid is composed of two kinds of materials, that is, the porous skeleton 1 and the adhered particles 2, and the pores are composed of two kinds of large pores A and small pores B. Further, the skeleton has a three-dimensional network structure, which is different from the porous body formed by the above-mentioned organic pore-forming agent.

【0023】粒子2が付着した骨格表面、即ち、骨格の
外表面と網状構造内の大きな気孔Aの表面が電極表面と
なる。従って、従来のように外表面のみが電極表面とな
る場合に比べて、電極の表面積が飛躍的に増大するの
で、三相界面長さも著しく大きくなり、電極特性が大幅
に向上する。また、電極骨格の気孔率が非常に大きいた
め、熱衝撃および熱歪みに対する緩和作用も大きく、電
解質との熱膨張率の差による破壊の発生を防ぐことがで
きる。さらに、電極骨格を電解質の材料と同一または同
系の材料とすれば、熱衝撃や熱歪みは著しく小さくな
る。
The surface of the skeleton to which the particles 2 adhere, that is, the outer surface of the skeleton and the surface of the large pores A in the network structure are the electrode surfaces. Therefore, the surface area of the electrode is dramatically increased as compared with the conventional case where only the outer surface is the electrode surface, so that the three-phase interface length is significantly increased and the electrode characteristics are greatly improved. In addition, since the porosity of the electrode skeleton is very large, the effect of alleviating thermal shock and thermal strain is large, and it is possible to prevent occurrence of destruction due to a difference in thermal expansion coefficient with the electrolyte. Furthermore, if the electrode skeleton is made of the same material or a similar material as the material of the electrolyte, the thermal shock and thermal strain are significantly reduced.

【0024】電極の骨格1は、固体電解質に通じる酸化
物イオンの通り道になるので、ある程度の酸化物イオン
伝導性が必要である。そのため、骨格の材料としては、
酸化物イオン伝導性材料および酸化物イオン混合伝導性
材料から選ばれた少なくとも1種を用いる。
Since the skeleton 1 of the electrode serves as a path for oxide ions leading to the solid electrolyte, a certain degree of oxide ion conductivity is required. Therefore, as the material of the skeleton,
At least one selected from an oxide ion conductive material and an oxide ion mixed conductive material is used.

【0025】一方、付着粒子2は、三相界面で酸化物イ
オンの受渡しに必要な電子の通り道になるので、ある程
度の電子伝導性が必要である。そのため、付着粒子は、
電子伝導性材料および酸化物イオン混合伝導性材料から
選ばれた少なくとも1種の材料から構成する。好ましく
は、付着粒子の少なくとも一部は電子伝導性材料から構
成する。即ち、付着粒子は電子伝導性材料のみからなる
か、または電子伝導性材料と酸化物イオン混合伝導性材
料との混合物からなる。
On the other hand, the adhering particles 2 need to have a certain degree of electron conductivity because they pass through the three-phase interface for electrons necessary for the transfer of oxide ions. Therefore, the attached particles
It is composed of at least one material selected from an electron conductive material and an oxide ion mixed conductive material. Preferably, at least a part of the attached particles is made of an electron conductive material. That is, the adhered particles are made of only the electron conductive material or a mixture of the electron conductive material and the oxide ion mixed conductive material.

【0026】なお、本明細書において、酸化物イオン伝
導性材料とは、イオン輸率が0.7 以上の酸化物イオン伝
導性材料を意味する。酸化物イオン混合伝導性材料はイ
オン輸率が 0.1〜0.7 の酸化物イオン伝導性材料を意味
する。イオン輸率が0.1 未満の酸化物イオン伝導性材料
は、電子伝導性材料となる。
In this specification, an oxide ion conductive material means an oxide ion conductive material having an ion transport number of 0.7 or more. The oxide ion mixed conductive material means an oxide ion conductive material having an ion transport number of 0.1 to 0.7. An oxide ion conductive material having an ion transport number of less than 0.1 is an electron conductive material.

【0027】骨格1に適した材料としてまず挙げられる
のは、従来より固体酸化物型燃料電池の固体電解質とし
て使用されてきた酸化物イオン伝導性材料である。即
ち、代表的には、ホタル石型結晶構造を持つイットリア
安定化ジルコニア (YSZ) であるが、燃料電池用の固
体電解質として使用できることが知られている他の酸化
物イオン伝導性材料も使用することができる。
The first suitable material for the skeleton 1 is an oxide ion conductive material which has been conventionally used as a solid electrolyte of a solid oxide fuel cell. That is, typically, yttria-stabilized zirconia (YSZ) having a fluorite-type crystal structure is used, but other oxide ion conductive materials known to be usable as a solid electrolyte for a fuel cell are also used. be able to.

【0028】YSZを凌ぐ導電性を示す酸化物イオン伝
導性材料として、本出願人らが先に出願した、次の式
で示される組成を持つ、ペロブスカイト型結晶構造のラ
ンタンガレート系材料がある。た。この材料は、固体酸
化物型燃料電池の固体電解質として好適な特性を持ち、
低温でも高い導電性を示すので、従来の1000℃前後より
運転温度を低くした固体酸化物型燃料電池の構築が可能
となる。この材料も、本発明における電極の骨格材料と
して非常に好適である。
As an oxide ion conductive material having a conductivity higher than that of YSZ, there is a lanthanum gallate-based material having a composition represented by the following formula and having a perovskite crystal structure, which was previously filed by the present applicants. Was. This material has properties suitable as a solid electrolyte for a solid oxide fuel cell,
Since it shows high conductivity even at a low temperature, it is possible to construct a solid oxide fuel cell whose operating temperature is lower than the conventional one at around 1000 ° C. This material is also very suitable as a skeletal material of the electrode in the present invention.

【0029】Ln1-xxGa1-y-zB1yB2z3 ・・・ 式中、Ln=La、Ce、Pr、Nd、およびSmの1種もしくは2
種以上、好ましくはLaおよび/またはNd、より好ましく
はLa;A=Sr、Ca、Baの1種もしくは2種以上、好まし
くはSr;B1=Mg、Al、Inの1種もしくは2種以上、好ま
しくはMg;B2=Co、Fe、Ni、Cuの1種もしくは2種以
上、好ましくはCoまたはFe、より好ましくはCo;x=0.
05〜0.3 、好ましくは0.10〜0.25、より好ましくは0.17
〜0.22;y=0.025〜0.29、好ましくは 0.025〜0.17、
より好ましくは0.09〜0.13;z=0.01〜0.15、好ましく
は0.02〜0.15、より好ましくは0.07〜0.10;y+z≦0.
3 、好ましくはy+z=0.10〜0.25。
Ln 1-x A x Ga 1-yz B1 y B2 z O 3 ... wherein Ln is one or two of La, Ce, Pr, Nd and Sm.
A or more, preferably La and / or Nd, more preferably La; A = one or more of Sr, Ca, Ba, preferably Sr; B1 = Mg, one or more of Al, In, Preferably, Mg; B2 = one or more of Co, Fe, Ni, Cu, preferably Co or Fe, more preferably Co; x = 0.
05-0.3, preferably 0.10-0.25, more preferably 0.17
~ 0.22; y = 0.025 to 0.29, preferably 0.025 to 0.17,
More preferably 0.09 to 0.13; z = 0.01 to 0.15, preferably 0.02 to 0.15, more preferably 0.07 to 0.10; y + z ≦ 0.
3, preferably y + z = 0.10-0.25.

【0030】骨格を酸化物イオン混合伝導体から形成す
る場合、適当な材料として、上記式で示され、Ln、
A、B1、B2、およびxは上記の通りであり、yおよびz
が次の通りである、ペロブスカイト型構造のランタンガ
レート系材料が挙げられる。
When the skeleton is formed from a mixed oxide ion conductor, suitable materials represented by the above formula, Ln,
A, B1, B2, and x are as described above, and y and z
Is a lanthanum gallate-based material having a perovskite structure.

【0031】y=0〜0.29、好ましくは 0.025〜0.17、
より好ましくは0.09〜0.13;0.15<z≦0.3 、好ましく
は0.15<z≦0.25;y+z≦0.3 、好ましくはy+z=
0.10〜0.25。即ち、上記式で示される組成を持つラン
タンガレート系材料は、z値が0.15以下であると、イオ
ン輸率が大きくなって酸化物イオン伝導体となるが、z
値が0.15を超えるとイオン輸率が低下し、酸化物イオン
混合伝導体となる。
Y = 0 to 0.29, preferably 0.025 to 0.17,
More preferably 0.09 to 0.13; 0.15 <z ≦ 0.3, preferably 0.15 <z ≦ 0.25; y + z ≦ 0.3, preferably y + z =
0.10-0.25. That is, when the lanthanum gallate-based material having the composition represented by the above formula has az value of 0.15 or less, the ion transport number increases and the oxide ionic conductor is formed.
When the value exceeds 0.15, the ion transport number is lowered, and the oxide-ion mixed conductor is obtained.

【0032】骨格材料に適した別の酸化物イオン混合伝
導体として、次の式で示される、やはりペロブスカイ
ト型結晶構造の材料がある: A'1-x'Cax'Ga1-y'B'y'3 ・・・ 式中、A' =3価イオンの8配位イオン半径が1.05〜1.
15Åの1種もしくは2種以上のランタノイド金属;B'
=Co、Fe、Ni、Cuの1種もしくは2種以上、好ましくは
Co x' =0.05〜0.3 、好ましくは0.05〜0.2 ;y' =0.05
〜0.3 、好ましくは0.08〜0.2 。
Another mixed oxide ion conductor suitable for the framework material is a material of the perovskite type crystal structure, also represented by the following formula: A '1-x' Ca x ' Ga 1-y' B 'y' O 3 · · · wherein, a '= trivalent ions 8 coordination ionic radius 1.05.
15% of one or more lanthanoid metals; B '
= One or more of Co, Fe, Ni and Cu, preferably
Cox '= 0.05-0.3, preferably 0.05-0.2; y' = 0.05
~ 0.3, preferably 0.08-0.2.

【0033】A' 金属の例は、Nd、Pr、Sm、Ce、Eu、Gd
等であり、このうち特に好ましいのはNdである。上の
式で示される材料は、式で示される材料よりさらに高
い導電性を示すことができる。
Examples of the A ′ metal include Nd, Pr, Sm, Ce, Eu, and Gd.
Etc., among which Nd is particularly preferred. The material represented by the above formula can exhibit higher conductivity than the material represented by the formula.

【0034】電極が燃料極 (アノード) である場合、骨
格が上記の酸化物イオン混合伝導体からなると、燃料極
が曝される還元雰囲気において全導電率が低下するので
好ましくない。電極が空気極 (カソード) である場合に
は、骨格が酸化物イオン混合伝導体であっても上記のよ
うな問題はない。従って、空気極の骨格材料は、酸化物
イオン伝導体でも酸化物イオン混合伝導体でもよく、そ
の両者の混合物でもよい。
When the electrode is a fuel electrode (anode), it is not preferable that the skeleton is made of the above-mentioned mixed oxide ion conductor, because the total conductivity is reduced in a reducing atmosphere to which the fuel electrode is exposed. When the electrode is an air electrode (cathode), the above problem does not occur even if the skeleton is a mixed oxide ion conductor. Therefore, the framework material of the air electrode may be an oxide ion conductor, an oxide ion mixed conductor, or a mixture of both.

【0035】この三次元網状構造を持つ骨格1の表面
(網状構造の空隙、即ち、大きな気孔Aの表面を含む)
に付着した粒子2は、前述のように、電子伝導性材料お
よび/または酸化物イオン混合伝導性材料から構成す
る。この付着粒子は、従来より燃料極または空気極に使
用されてきた材料から構成すればよい。
The surface of the skeleton 1 having this three-dimensional network structure
(Including the voids of the network structure, that is, the surface of large pores A)
The particles 2 adhered to are made of an electron conductive material and / or an oxide ion mixed conductive material as described above. The adhered particles may be made of a material conventionally used for a fuel electrode or an air electrode.

【0036】燃料極の付着粒子の材料としては、Ni、C
o、Ce1-mm2 (CはSm、Gd、Y、Caの1種もしくは
2種以上、m=0〜0.4)から選ばれた少なくとも1種を
使用することができる。このうち、Ce1-mm2(これは
m=0の場合はCeO2 である) は酸化物イオン混合伝導
体であり、金属は当然ながら電子伝導体である。好まし
いのは、NiとCoから選ばれた少なくとも1種の金属 (好
ましくはNi) と、Ce 1-mm2 との混合物である。
As the material of the particles attached to the fuel electrode, Ni, C
o, Ce1-mCmOTwo (C is one of Sm, Gd, Y, Ca or
At least one selected from two or more, m = 0 to 0.4)
Can be used. Of these, Ce1-mCmOTwo(this is
CeO if m = 0TwoIs mixed oxide ion conduction
The body, and the metal is, of course, the electronic conductor. Preferred
One is at least one metal selected from Ni and Co (preferably
Ni) and Ce 1-mCmOTwoIs a mixture with

【0037】空気極の付着粒子の材料としては、電子伝
導性材料または酸化物イオン混合伝導性材料である、La
MnO3 系、LaCoO3 系、SmCoO3 系、PrCoO3 系の少な
くとも1種の材料を使用できる。ここで、例えば、LaMn
3 系材料とは、LaまたはMnの一部を他の金属で置換し
た材料も含む意味であり、残りの材料についても同様で
ある。例えば、従来から知られているLaの一部をSrおよ
び/またはCaで置換した材料も使用できる。
As a material of the particles attached to the air electrode, La which is an electron conductive material or an oxide ion mixed conductive material is used.
At least one material of MnO 3 , LaCoO 3 , SmCoO 3 , and PrCoO 3 can be used. Here, for example, LaMn
The O 3 -based material includes a material in which La or Mn is partially replaced with another metal, and the same applies to the other materials. For example, a conventionally known material in which a part of La is replaced with Sr and / or Ca can be used.

【0038】固体酸化物型燃料電池の電極は固体電解質
層と一体化した形態で使用される。本発明に係る三次元
網状構造の多孔質焼結体の骨格表面に電極材料の粒子が
付着してなる電極は、後述するように、焼結前の熱圧着
または焼結した電極への電解質材料の溶射といった方法
で、電解質材料と一体化することができる。
The electrodes of the solid oxide fuel cell are used in a form integrated with the solid electrolyte layer. The electrode in which the particles of the electrode material are adhered to the skeleton surface of the porous sintered body having the three-dimensional network structure according to the present invention is, as described later, an electrolyte material for the thermocompression-bonded or sintered electrode before sintering. Can be integrated with the electrolyte material by a method such as thermal spraying.

【0039】固体電解質と一体化させた場合に問題とな
る、電解質/電極の界面での熱歪みを解消ないし最小限
にするため、電極の骨格を、固体電解質層と同一または
同系の材料から構成してもよい。同系の材料とは、主成
分と結晶構造が同じ材料を意味する。
In order to eliminate or minimize thermal distortion at the electrolyte / electrode interface, which is a problem when integrated with the solid electrolyte, the electrode skeleton is made of the same or similar material as the solid electrolyte layer. May be. The term “similar material” means a material having the same crystal structure as the main component.

【0040】例えば、固体電解質がYSZの場合には、
電極の骨格もYSZから構成することができる。また、
固体電解質が、上記式で示される酸化物イオン伝導体
(即ち、z値が0.15以下) からなる場合には、電極の骨
格も、これと同じ酸化物イオン伝導体から構成するか、
或いは同系の酸化物イオン混合伝導体である、同じ式
で示されるが、z値が0.15より大きい材料、を使用する
ことができる。また、上記式で示される化合物も、ペ
ロブスカイト型構造の希土類ガレート系という点で共通
する同系材料であるので、電極骨格として十分に使用で
きる。
For example, when the solid electrolyte is YSZ,
The skeleton of the electrode can also be composed of YSZ. Also,
The solid electrolyte is an oxide ion conductor represented by the above formula.
(I.e., when the z value is 0.15 or less), the skeleton of the electrode is also composed of the same oxide ion conductor,
Alternatively, a material of the same formula, but with a z-value greater than 0.15, which is a mixed oxide ion mixed conductor, can be used. Further, the compound represented by the above formula is also a common material in terms of a rare earth gallate having a perovskite structure, and thus can be sufficiently used as an electrode skeleton.

【0041】このように電極の大部分を占める骨格の材
料を固体電解質の材料と同一または同系の材料とする
と、電解質/電極の界面での熱歪みの問題を解消または
著しく軽減することができる。しかし、本発明では、電
極の骨格が大きな表面積を持つ三次元網状構造となって
おり、この構造が熱衝撃や熱応力に対して緩和作用を示
すので、電解質と電極骨格が異質の材料であっても、両
者の熱膨張率の差による破壊の発生は起こりにくい。
When the material of the skeleton occupying most of the electrodes is made of the same material or a material similar to that of the solid electrolyte, the problem of thermal distortion at the electrolyte / electrode interface can be eliminated or significantly reduced. However, in the present invention, the electrode skeleton has a three-dimensional network structure having a large surface area, and since this structure has a relaxing effect against thermal shock and thermal stress, the electrolyte and the electrode skeleton are different materials. However, the occurrence of destruction due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the two is unlikely to occur.

【0042】次に本発明に係る電極とその骨格および電
極/電解質積層体の製造方法について説明する。三次元
網状構造を持つ多孔質焼結体からなる電極骨格は、特開
平8−49002 号公報に記載された方法に準じて、水不溶
性の有機溶剤を利用した発泡シート成形を行い、得られ
たシートを必要ならばこれを厚さ方向に熱圧縮してか
ら、焼結することにより製造することができる。但し、
そこに記載されている金属粉末の代わりに、電極の骨格
材料となるセラミック (即ち、酸化物イオン伝導性材料
および/または酸化物イオン混合伝導性材料) の粉末を
使用する。
Next, the method for producing the electrode, the skeleton thereof, and the electrode / electrolyte laminate according to the present invention will be described. An electrode skeleton made of a porous sintered body having a three-dimensional network structure was obtained by forming a foam sheet using a water-insoluble organic solvent according to the method described in JP-A-8-49002. If necessary, the sheet can be manufactured by thermally compressing the sheet in the thickness direction and then sintering the sheet. However,
Instead of the metal powder described therein, a powder of a ceramic (that is, an oxide ion conductive material and / or a mixed oxide ion conductive material) serving as a framework material of the electrode is used.

【0043】この発泡シート成形に使用する骨格材料の
粉末 (以下、原料粉末ともいう) は、市販品を利用でき
ない場合には、既知の方法で得ることができる。例え
ば、骨格材料が上記式で示される組成を持つ材料であ
る場合、各金属 (即ち、Ln、A、Ga、B1およびB2) の酸
化物あるいは熱分解して酸化物になる前駆物質 (例、炭
酸塩、カルボン酸等) を所定の組成比になるような割合
で混合し、仮焼した後、ボールミル等で粉砕することに
より、原料粉末を調製することができる。原料粉末の平
均粒径は 0.5〜500 μmの範囲が好ましく、より好まし
くは 0.5〜200 μmである。
The skeletal material powder (hereinafter, also referred to as raw material powder) used for molding the foamed sheet can be obtained by a known method when a commercially available product cannot be used. For example, when the skeletal material is a material having a composition represented by the above formula, an oxide of each metal (i.e., Ln, A, Ga, B1, and B2) or a precursor that is thermally decomposed into an oxide (e.g., (Carbonate, carboxylic acid, etc.) are mixed at a ratio so as to have a predetermined composition ratio, calcined, and then pulverized by a ball mill or the like to prepare a raw material powder. The average particle size of the raw material powder is preferably in the range of 0.5 to 500 μm, more preferably 0.5 to 200 μm.

【0044】この電極骨格用の原料粉末を、水より蒸気
圧の大きい水不溶性有機溶剤、界面活性剤、水溶性樹脂
結合剤、可塑剤、および水と混合して、シート成形用の
スラリーを調製する。このスラリーは、気泡剤となる水
不溶性有機溶剤を含有している点を除けば、通常のシー
ト成形法に用いる水系スラリーと同じである。
The raw material powder for the electrode skeleton is mixed with a water-insoluble organic solvent having a higher vapor pressure than water, a surfactant, a water-soluble resin binder, a plasticizer, and water to prepare a slurry for sheet molding. I do. This slurry is the same as an aqueous slurry used in a normal sheet forming method except that it contains a water-insoluble organic solvent serving as a foaming agent.

【0045】水不溶性有機溶剤は、蒸気圧が水より大き
ければ特に制限されないが、好ましいのは炭素数5〜8
の炭化水素系溶剤である。その具体例としては、ネオペ
ンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、イソヘプ
タン、オクタン、ベンゼン、トルエン等が挙げられる。
界面活性剤は特に制限されず、食器用の中性洗剤として
使用されるものでもよい。水溶性樹脂結合剤の例として
は、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセル
ロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキ
シメチルセルロースアンモニウム、エチルセルロース、
ポリビニルアルコール等がある。可塑剤は必要に応じて
使用すればよく、多価アルコール、油脂、エーテル、エ
ステルから選ぶことができる。具体例としては、ポリエ
チレングリコール、オリーブ油、石油エーテル、フタル
酸ジn−ブチル、ソルビタンモノオレエート、グリセリ
ン等がある。
The water-insoluble organic solvent is not particularly limited as long as it has a vapor pressure higher than that of water.
Is a hydrocarbon solvent. Specific examples include neopentane, hexane, isohexane, heptane, isoheptane, octane, benzene, toluene and the like.
The surfactant is not particularly limited, and may be used as a neutral detergent for dishes. Examples of the water-soluble resin binder include methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, carboxymethylcellulose ammonium, ethylcellulose,
There are polyvinyl alcohol and the like. The plasticizer may be used as needed, and can be selected from polyhydric alcohols, oils, fats, ethers and esters. Specific examples include polyethylene glycol, olive oil, petroleum ether, di-n-butyl phthalate, sorbitan monooleate, and glycerin.

【0046】上記成分の配合割合は、重量%で、例えば
次の通りでよい。 電極骨格を構成する原料粉末:5〜80%、 水不溶性有機溶剤:0.05〜10%、 水溶性樹脂結合剤: 0.5〜20%、 界面活性剤:0.05〜10%、 可塑剤:15%以下 (0でもよい) 、 残り:水。
The mixing ratio of the above components is expressed in% by weight, for example, as follows. Raw material powder constituting electrode skeleton: 5 to 80%, water-insoluble organic solvent: 0.05 to 10%, water-soluble resin binder: 0.5 to 20%, surfactant: 0.05 to 10%, plasticizer: 15% or less ( 0 may be used), rest: water.

【0047】この水系スラリーをよく混合して、公知の
ドクターブレード法やスリップキャスティング法等によ
りシート状に成形し、得られたシートを乾燥すると、水
が蒸発するより先に、水より蒸気圧の大きい水不溶性有
機溶剤が気化して蒸発する。例えば、水不溶性有機溶剤
が上記の炭化水素系溶剤である場合には、5℃以上の温
度でこの有機溶剤の蒸発が起こる。乾燥は、水の蒸発が
急激に起こらないように、比較的低温、例えば、50℃以
下、で行うことが好ましい。蒸発する溶剤はスラリー中
に分散して閉じ込められていたため、これが気化する際
の体積膨張により溶剤蒸発後にはシートに大きな気泡が
残る。水も蒸発させて乾燥が終了すると、大きな気泡が
多数発生したために三次元網状構造となった、多孔質の
発泡シートが得られる。この大きな気泡は、図1に示す
ように、スラリー形成に用いた骨格材料の粉末の粒径よ
り著しく大きいが、大きさは比較的よくそろっている。
このシートは、樹脂結合剤と可塑剤を含むため、気孔率
が大きくても、ハンドリング可能な強度を持つ。
This aqueous slurry is mixed well, formed into a sheet by a known doctor blade method, slip casting method, or the like. When the obtained sheet is dried, the vapor pressure of the water is higher than that of water before the water evaporates. Large water-insoluble organic solvents evaporate and evaporate. For example, when the water-insoluble organic solvent is the above-mentioned hydrocarbon solvent, the organic solvent evaporates at a temperature of 5 ° C. or higher. Drying is preferably performed at a relatively low temperature, for example, 50 ° C. or less, so that evaporation of water does not occur rapidly. Since the solvent to be evaporated is dispersed and confined in the slurry, large bubbles remain on the sheet after the solvent is evaporated due to volume expansion when the solvent evaporates. When the water is evaporated and the drying is completed, a porous foam sheet having a three-dimensional network structure due to generation of many large bubbles is obtained. As shown in FIG. 1, these large bubbles are significantly larger than the particle diameter of the skeletal material powder used for forming the slurry, but are relatively well-sized.
Since this sheet contains a resin binder and a plasticizer, it has a handleable strength even if its porosity is large.

【0048】この多孔質の発泡シートを焼結させると、
焼結後も三次元網状構造が保持され、三次元網状構造を
持った多孔質の電極骨格が得られる。焼結条件は、原料
粉末の種類に応じて、焼結が十分に起こるように適当に
設定する。焼結前に、焼結温度より低温に加熱してシー
トから有機物 (例、結合剤、可塑剤、界面活性剤) を除
去する脱脂を行ってもよい。
When this porous foam sheet is sintered,
Even after sintering, the three-dimensional network structure is maintained, and a porous electrode skeleton having the three-dimensional network structure is obtained. Sintering conditions are appropriately set according to the type of the raw material powder so that sintering occurs sufficiently. Prior to sintering, the sheet may be heated to a temperature lower than the sintering temperature to remove organic matter (eg, binder, plasticizer, surfactant) from the sheet.

【0049】焼結後に得られた三次元網状構造を持つ電
極骨格の走査型電子顕微鏡写真の1例を図2に示す。骨
格を構成している原料粉末の粒径より著しく大きな気孔
(空隙) が多数発生して、焼結体が三次元網状の構造に
なっていることがわかる。この大きな気孔 (図1の気孔
A) による表面に加えて、三次元網状構造を構成する焼
結体それ自体が、粉末が焼結してできた多孔質体であっ
て、内部に微細な気孔(図1の気孔B) を有するので、
この電極骨格は非常に大きな全体比表面積 (外部気孔A
の表面と内部気孔Bの表面を合計した比表面積) を有す
る。全体比表面積は、一般に1000 cm2/cm3以上となろ
う。
FIG. 2 shows an example of a scanning electron micrograph of an electrode skeleton having a three-dimensional network structure obtained after sintering. Pores significantly larger than the particle size of the raw material powder constituting the skeleton
It can be seen that many (voids) are generated and the sintered body has a three-dimensional network structure. In addition to the surface formed by the large pores (pores A in FIG. 1), the sintered body itself constituting the three-dimensional network structure is a porous body formed by sintering powder and has fine pores inside. (Pore B in FIG. 1),
This electrode skeleton has a very large overall specific surface area (external pore A
And the surface of the internal pores B). The overall specific surface area will generally be greater than 1000 cm 2 / cm 3 .

【0050】この三次元網状構造の多孔質焼結体 (即
ち、電極骨格1) の表面に、粒子2を付着させると、本
発明の電極が得られる。この付着は、粒子2を含むスラ
リーを電極骨格に含浸させた後、焼結することにより実
施すればよい。使用するスラリーは水系と有機溶剤系の
いずれでもよく、粒子2 (即ち、電極材料の粉末) を、
上述したような水溶性樹脂結合剤と界面活性剤を含有す
る水か、または有機溶剤に可溶な樹脂性結合剤と界面活
性剤を含有する有機溶剤に分散させることにより調製で
きる。このスラリーの好ましい粉末濃度は20〜70重量%
である。スラリー中の粉末の平均粒径は 0.5〜200 μm
の範囲内とすることが好ましい。
When the particles 2 are adhered to the surface of the porous sintered body having a three-dimensional network structure (that is, the electrode skeleton 1), the electrode of the present invention is obtained. This adhesion may be performed by impregnating the electrode skeleton with the slurry containing the particles 2 and then sintering the electrode skeleton. The slurry to be used may be either an aqueous type or an organic solvent type, and the particles 2 (that is, the powder of the electrode material) are
It can be prepared by dispersing in water containing a water-soluble resin binder and a surfactant as described above, or in an organic solvent containing a resinous binder and a surfactant soluble in an organic solvent. The preferred powder concentration of this slurry is 20-70% by weight
It is. Average particle size of powder in slurry is 0.5 ~ 200μm
Is preferably within the range.

【0051】図1および図2からわかるように、電極骨
格の空隙は、スラリー中の粉末の粒径より非常に大き
く、かつ連通しているので、含浸用スラリー中の粒子
は、多孔質の電極骨格の外面だけでなく、電極内部の空
隙内にも侵入し、その表面に付着する。含浸後、適当な
温度で焼結して、付着した粒子を骨格表面に、または粒
子同士で、結合させる。
As can be seen from FIGS. 1 and 2, the voids in the electrode skeleton are much larger and communicate with the particle size of the powder in the slurry. It penetrates not only into the outer surface of the skeleton but also into the void inside the electrode, and adheres to the surface. After impregnation, the particles are sintered at an appropriate temperature to bond the attached particles to the surface of the skeleton or to each other.

【0052】得られた電極は、付着させた粒子が燃料極
に適した材料であれば燃料極として、空気極に適した材
料であれば空気極として使用できる。この電極を固体電
解質と一体化させる場合、電極が既に焼結しているの
で、シート成形法で形成した固体電解質と圧着させるこ
とはできない。しかし、電極の片面に、酸化物イオン伝
導性材料の層を、溶射または電気化学的蒸着により形成
すると、焼結した電極と一体化した緻密な電解質層を形
成することができる。
The obtained electrode can be used as a fuel electrode if the deposited particles are a material suitable for the fuel electrode, and can be used as an air electrode if the material is suitable for the air electrode. When the electrode is integrated with the solid electrolyte, the electrode cannot be press-bonded to the solid electrolyte formed by the sheet forming method because the electrode is already sintered. However, when a layer of an oxide ion conductive material is formed on one side of the electrode by thermal spraying or electrochemical vapor deposition, a dense electrolyte layer integrated with the sintered electrode can be formed.

【0053】シート成形法で形成した固体電解質と一体
化させる場合には、焼結前の段階で一体化させればよ
い。即ち、上述したようにして、電極骨格の原料粉末を
発泡シート成形して、三次元網状構造を持つ未焼結の電
極骨格用の多孔質シートを得る。この多孔質シートに、
別に用意した、シート成形法により緻密に形成した未焼
結の固体電解質用のシートを、例えばホットプレスを用
いて熱圧着させ、得られた積層体を焼結させると、電極
骨格/電解質積層体が製造される。電極骨格となる未焼
結の多孔質シートは、三次元網状構造を持ち、気孔率が
非常に大きいが、樹脂結合剤と可塑剤により熱圧着にも
耐える機械的強度を持つ。
When integrated with the solid electrolyte formed by the sheet forming method, the solid electrolyte may be integrated at a stage before sintering. That is, as described above, the raw material powder for the electrode skeleton is formed into a foam sheet to obtain a non-sintered porous sheet for an electrode skeleton having a three-dimensional network structure. In this porous sheet,
A separately prepared unsintered solid electrolyte sheet densely formed by a sheet forming method is thermocompression-bonded using, for example, a hot press, and the obtained laminate is sintered to obtain an electrode skeleton / electrolyte laminate. Is manufactured. The unsintered porous sheet serving as an electrode skeleton has a three-dimensional network structure and a very high porosity, but has a mechanical strength that can withstand thermocompression bonding with a resin binder and a plasticizer.

【0054】焼結して得られた電極骨格/電解質積層体
の電極骨格に次いで付着粒子を含有するスラリーを含浸
させて、電極骨格の表面 (前述したように外面と大きな
気孔の表面を含む) に粒子を付着させる。含浸後、積層
体を再び焼結して、付着粒子を骨格に結合させると、電
極/電解質積層体が製造される。
The electrode skeleton of the electrode skeleton / electrolyte laminate obtained by sintering is then impregnated with a slurry containing adhered particles, and the surface of the electrode skeleton (including the outer surface and the surface of large pores as described above) Attach particles to After impregnation, the laminate is sintered again to bind the attached particles to the skeleton, producing an electrode / electrolyte laminate.

【0055】上記のようにして、空気極骨格用の多孔質
シートおよび燃料極骨格用の多孔質シートと、別に用意
した緻密に成形した電解質シートをホットプレスで熱圧
着させ、得られた積層体を燃焼させると空気極骨格/電
解質/燃料極骨格の3層積層体が製造される。焼結して
得られた3層積層体の空気極骨格と燃料極骨格に次いで
付着粒子を含有するスラリーを含浸させて、電極骨格の
表面に粒子を付着させ、積層体を再び焼結して、付着粒
子を骨格に結合させると空気極/電解質/燃料極の3層
構造を持つ平板型の固体酸化物型燃料電池の単セルにな
る。もちろん、空気極か燃料極の一方だけを上記のいず
れかの方法で製造してもよい。この平板型の固体酸化物
型燃料電池の単セルを用いて、バイポーラ型またはモノ
リス型の固体酸化物型燃料電池を作製できる。
As described above, the porous sheet for the cathode skeleton and the porous sheet for the anode skeleton, and the separately prepared densely-formed electrolyte sheet are thermocompression-bonded with a hot press to obtain a laminate. Is burned to produce a three-layer laminate of an air electrode skeleton / electrolyte / fuel electrode skeleton. The slurry containing the adhering particles is impregnated next to the air electrode skeleton and the fuel electrode skeleton of the three-layer laminate obtained by sintering, particles are adhered to the surface of the electrode skeleton, and the laminate is sintered again. When the attached particles are bonded to the skeleton, a single cell of a flat solid oxide fuel cell having a three-layer structure of an air electrode / electrolyte / fuel electrode is obtained. Of course, only one of the air electrode and the fuel electrode may be manufactured by any of the above methods. A bipolar or monolithic solid oxide fuel cell can be manufactured using the single cell of the flat solid oxide fuel cell.

【0056】[0056]

【実施例】La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.115Co0.085O3(以下、LS
GMC と略記) の組成になるように、各金属酸化物の粉末
をボールミル混合した。この混合粉末を1100℃で仮焼し
た後、再びボールミル混合して、平均粒径約 1.5μmの
LSGMC 原料粉末を得た。
[Example] La 0.8 Sr 0.2 Ga 0.8 Mg 0.115 Co 0.085 O 3 (hereinafter referred to as LS
The powder of each metal oxide was mixed in a ball mill so as to have a composition of GMC. After calcining this mixed powder at 1100 ° C., it is mixed again with a ball mill, and has an average particle size of about 1.5 μm.
LSGMC raw material powder was obtained.

【0057】重量%で、この原料粉末48.8%、水不混和
性の有機溶剤 (ヘキサン) 2.4 %、界面活性剤 (食器用
中性洗剤) 9.8 %、水溶性樹脂結合剤 (メチルセルロー
ス)4.9 %、および可塑剤 (グリセリン) 4.9 %を水中
に含有する水系スラリーを調製し、こののスラリーから
ドクターブレード法により2mm厚さのシートを成形し
た。成形したシートを室温で約30℃で1時間放置する間
にシート中に寸法が比較的そろった気泡が多数発生し、
厚さが約6mmの三次元網状構造を持つ未焼結の発泡シー
トになった。
48.8% by weight of the raw material powder, 2.4% of a water-immiscible organic solvent (hexane), 9.8% of a surfactant (neutral dishwashing detergent), 4.9% of a water-soluble resin binder (methylcellulose), An aqueous slurry containing 4.9% of a plasticizer (glycerin) and water in water was prepared, and a sheet having a thickness of 2 mm was formed from the slurry by a doctor blade method. While the formed sheet was left at room temperature at about 30 ° C for 1 hour, a number of relatively uniform bubbles were generated in the sheet,
A green foam sheet having a three-dimensional network structure with a thickness of about 6 mm was obtained.

【0058】この多孔質発泡シートを乾燥した後、予め
ドクターブレード法で別に成形しておいた緻密な電解質
シートとホットプレスにより熱圧着させ、電解質/電極
骨格となる未焼結の積層体を得た。使用した電解質シー
トは、上記と同組成のLSGMCからなる原料粉末を使用
し、重量%で、この原料粉末61%、界面活性剤 (マレイ
ン酸エステル) 0.6 %、結合剤 (ポリビニルブチラー
ル) 1.8 %、可塑剤 (フタル酸ジn−ブチル) 1.8 %を
有機溶剤中に含有する溶剤系スラリーを調整し、このス
ラリーからドクターブレード法で成形することにより得
たものであり、厚さは0.25mmであった。
After the porous foamed sheet is dried, it is thermocompressed by a hot press with a dense electrolyte sheet separately formed in advance by a doctor blade method to obtain an unsintered laminate serving as an electrolyte / electrode skeleton. Was. The electrolyte sheet used is a raw material powder composed of LSGMC having the same composition as described above. The raw material powder is 61% by weight, the surfactant (maleic acid ester) 0.6%, the binder (polyvinyl butyral) 1.8%, It was obtained by preparing a solvent-based slurry containing 1.8% of a plasticizer (di-n-butyl phthalate) in an organic solvent and shaping the slurry by a doctor blade method, and having a thickness of 0.25 mm. Was.

【0059】上記の積層体を大気中、1500℃で3時間焼
成して焼結することにより、電解質/電極骨格積層体が
得られた。この積層体の電極骨格側の表面の走査型電子
顕微鏡写真 (倍率40,000倍) を図2に示す。この図から
わかるように、電極骨格は三次元網状構造になってい
た。別に電極骨格だけの焼結体を同様に作製し、その気
孔率と比表面積を測定したところ、気孔率は約50%、全
体比表面積は1000 cm21/cm3 であった。また、空隙の大
きさは約20〜1000μmの範囲であった。
The above laminate was fired at 1500 ° C. in the air for 3 hours and sintered to obtain an electrolyte / electrode skeleton laminate. FIG. 2 shows a scanning electron micrograph (magnification: 40,000 times) of the surface of the laminate on the electrode skeleton side. As can be seen from this figure, the electrode skeleton had a three-dimensional network structure. Separately, a sintered body having only the electrode skeleton was similarly prepared, and its porosity and specific surface area were measured. As a result, the porosity was about 50%, and the overall specific surface area was 1000 cm 2 1 / cm 3 . The size of the void was in the range of about 20 to 1000 μm.

【0060】上記の電解質/電極骨格積層体の電極骨格
側に、NiOおよびCeO2 の混合物の水系スラリーまたは
溶剤系スラリー (粉末の平均粒径は1.0 μm、樹脂結合
剤と界面活性剤を含有) を含浸させ、大気中、1200℃で
3時間焼成して、含浸により電極骨格に付着した粒子を
結合させた。こうして、LSGMC からなる三次元網状構造
を持つ、比表面積が非常に大きい骨格を持ち、その表面
にNiOおよびCeO2 が均一かつ高分散状態に付着してい
る燃料極を、電解質と一体化させた状態で製造すること
ができた。なお、付着粒子のうち、NiOは、固体酸化物
型燃料電池の運転時に高温の還元性雰囲気にさらされる
とNiに還元される。
On the electrode skeleton side of the electrolyte / electrode skeleton laminate, an aqueous slurry or a solvent slurry of a mixture of NiO and CeO 2 (the average particle diameter of the powder is 1.0 μm, containing a resin binder and a surfactant) And baked at 1200 ° C. for 3 hours in the air to bind the particles adhered to the electrode skeleton by the impregnation. In this way, the fuel electrode, which has a three-dimensional network structure made of LSGMC and has a very large specific surface area, and NiO and CeO 2 attached uniformly and in a highly dispersed state on its surface, was integrated with the electrolyte. It could be manufactured in a state. Note that among the adhered particles, NiO is reduced to Ni when exposed to a high-temperature reducing atmosphere during operation of the solid oxide fuel cell.

【0061】空気極の場合も、上と全く同様にして、La
MnO3 、LaCoO3 、SmCoO3 またはPrCoO3 系といった
適当な材料の粉末を含有するスラリーを含浸させ、例え
ば、大気中、1200℃で3時間焼成することにより、電極
/電解質積層体を製造することができる。従来の空気極
材料としては、導電性はそれほど高くないにもかかわら
ず、YSZとの熱膨張率差が小さいという理由でLaMnO
3 系材料が主に使用されてきた。本発明では、この材料
を電極骨格に付着させるので、熱歪みを受けにくい。そ
のため、熱膨張率を考慮せずに、導電性の高い材料を選
択することが可能となり、電極特性が向上する。
In the case of the air electrode, La
Manufacturing an electrode / electrolyte laminate by impregnating with a slurry containing a powder of a suitable material such as a MnO 3 , LaCoO 3 , SmCoO 3 or PrCoO 3 system and baking it at 1200 ° C. for 3 hours in the atmosphere, for example; Can be. As a conventional air electrode material, LaMnO 2 has a small difference in thermal expansion coefficient from YSZ despite its low conductivity.
Class 3 materials have been mainly used. In the present invention, since this material is attached to the electrode skeleton, the material is less susceptible to thermal distortion. Therefore, a material having high conductivity can be selected without considering the coefficient of thermal expansion, and the electrode characteristics are improved.

【0062】また、電極骨格についても、LSGMC の代わ
りに、同じLSGMC で (即ち、上記式で示される組成を
持ち) 、Co含有量の多い酸化物イオン混合伝導体、或い
は上記式で示される組成を持つNdGaO3系の酸化物イオ
ン混合伝導体、従来から使用されているYSZなども有
効である。
Further, as for the electrode skeleton, instead of LSGMC, the same LSGMC (that is, having the composition represented by the above formula) is used, and the oxide ion mixed conductor having a high Co content or the composition represented by the above formula is used. An NdGaO 3 -based mixed oxide ion conductor having the following, YSZ, which has been conventionally used, and the like are also effective.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明に係る固体酸化物型燃料電池の電
極は、比表面積の大きい三次元網状構造を持つ多孔質骨
格に電極材料の粒子を付着させたものから構成するた
め、電極中の三相界面長さが大幅に増大し、電極特性が
著しく向上する。
As described above, the electrode of the solid oxide fuel cell according to the present invention is composed of a porous skeleton having a three-dimensional network structure having a large specific surface area and particles of an electrode material attached thereto. The three-phase interface length is greatly increased, and the electrode characteristics are significantly improved.

【0064】また、電極の多孔質骨格が非常に大きな比
表面積を持つため、熱衝撃および熱歪みに対する緩和作
用が働き、電解質との熱膨張率の差による電極の破壊の
発生を防ぐことができる。さらに、電極の多孔質骨格を
電解質と同じ材料から作製することができ、その場合に
は電解質との熱膨張率の差がなくなり、熱歪みの発生そ
のものを解消することができる。電極の付着粒子は、比
表面積の大きな骨格に付着しているので、やはり熱応力
を受けにくい。以上の総合的な結果として、出力特性と
信頼性が大幅に向上したSOFCを構築することが可能
となる。
Further, since the porous skeleton of the electrode has an extremely large specific surface area, the electrode has a relaxing effect against thermal shock and thermal strain, and it is possible to prevent the electrode from being broken due to a difference in coefficient of thermal expansion with the electrolyte. . Furthermore, the porous skeleton of the electrode can be made of the same material as the electrolyte. In this case, there is no difference in the coefficient of thermal expansion between the electrode and the electrolyte, and the occurrence of thermal distortion itself can be eliminated. Since the attached particles of the electrode are attached to a skeleton having a large specific surface area, they are also less likely to be subjected to thermal stress. As a comprehensive result, it is possible to construct an SOFC with significantly improved output characteristics and reliability.

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

【図1】本発明の電極の構造を模式的に示す説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a structure of an electrode of the present invention.

【図2】実施例で作製した電極骨格の走査型電子顕微鏡
写真である。
FIG. 2 is a scanning electron micrograph of an electrode skeleton produced in an example.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/86 H01M 4/88 H01M 8/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 4/86 H01M 4/88 H01M 8/12

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 酸化物イオン伝導性材料および/または
酸化物イオン混合伝導性材料からなる、気泡発生により
形成された三次元網状構造の多孔質焼結体から構成され
た骨格を持ち、この骨格の表面に電子伝導性材料および
/または酸化物イオン混合伝導性材料からなる粒子が付
着していることを特徴とする、固体酸化物型燃料電池の
電極。
1. The method according to claim 1 , wherein the foam is made of an oxide ion conductive material and / or an oxide ion mixed conductive material.
It has a skeleton composed of a formed porous sintered body having a three-dimensional network structure, and it is confirmed that particles made of an electron conductive material and / or an oxide ion mixed conductive material adhere to the surface of the skeleton. An electrode of a solid oxide fuel cell, characterized by:
【請求項2】 酸化物イオン伝導性材料および/または
酸化物イオン混合伝導性材料からなる三次元網状構造の
多孔質焼結体から構成された骨格を持ち、この骨格の表
面に電子伝導性材料および/または酸化物イオン混合伝
導性材料からなる粒子が付着しており、前記多孔質焼結
体が次式で示される組成を持つ材料からなることを特徴
とする固体酸化物型燃料電池の電極。 Ln1-xxGa1-y-zB1yB2z3 式中、 Ln=La、Ce、Pr、Nd、およびSmの1種もしくは2種以
上; A=Sr、Ca、Baの1種もしくは2種以上; B1=Mg、Al、Inの1種もしくは2種以上; B2=Co、Fe、Ni、Cuの1種もしくは2種以上; x=0.05〜0.3 ; y=0.025〜0.29; z=0.01〜0.15; y+z≦0.3 。
2. An oxide ion conductive material and / or
Three-dimensional network composed of mixed conductive oxide ions
It has a skeleton composed of a porous sintered body.
Mixed surface of electron conductive material and / or oxide ion
And adhering made of electrically resistant material particles, wherein the porous sintered body is made of a material having a composition represented by the following formula
Of a solid oxide fuel cell. Ln 1-x A x Ga 1-yz B1 y B2 z O 3 In the formula, Ln = La, Ce, Pr, Nd, and / or Sm; A = Sr, Ca, Ba, or B1 = one or more of Mg, Al, In; B2 = one or more of Co, Fe, Ni, Cu; x = 0.05 to 0.3; y = 0.025 to 0.29; z = 0.01 to 0.15; y + z ≦ 0.3.
【請求項3】 前記多孔質焼結体がイットリア安定化ジ
ルコニアからなる、請求項1記載の固体酸化物型燃料電
池の電極。
3. The electrode for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein said porous sintered body is made of yttria-stabilized zirconia.
【請求項4】 酸化物イオン伝導性材料および/または
酸化物イオン混合伝導性材料からなる三次元網状構造の
多孔質焼結体から構成された骨格を持ち、この骨格の表
面に電子伝導性材料および/または酸化物イオン混合伝
導性材料からなる粒子が付着しており、前記多孔質焼結
体が次式で示される組成を持つ材料からなり、電極が空
気極であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池の電
極。 Ln1-xxGa1-y-zB1yB2z3 式中、 Ln=La、Ce、Pr、Nd、およびSmの1種もしくは2種以
上; A=Sr、Ca、Baの1種もしくは2種以上; B1=Mg、Al、Inの1種もしくは2種以上; B2=Co、Fe、Ni、Cuの1種もしくは2種以上; x=0.05〜0.3 ; y=0〜0.29; 0.15<z≦0.3 ; y+z≦0.3 。
4. An oxide ion conductive material and / or
Three-dimensional network composed of mixed conductive oxide ions
It has a skeleton composed of a porous sintered body.
Mixed surface of electron conductive material and / or oxide ion
An electrode of a solid oxide fuel cell , wherein particles made of a conductive material are attached, the porous sintered body is made of a material having a composition represented by the following formula, and the electrode is an air electrode. . Ln 1-x A x Ga 1-yz B1 y B2 z O 3 In the formula, Ln = La, Ce, Pr, Nd, and / or Sm; A = Sr, Ca, Ba, or B1 = one or more of Mg, Al, In; B2 = one or more of Co, Fe, Ni, Cu; x = 0.05 to 0.3; y = 0 to 0.29; 0.15 < z ≦ 0.3; y + z ≦ 0.3.
【請求項5】 酸化物イオン伝導性材料および/または
酸化物イオン混合伝導性材料からなる三次元網状構造の
多孔質焼結体から構成された骨格を持ち、この骨格の表
面に電子伝導性材料および/または酸化物イオン混合伝
導性材料からなる粒子が付着しており、前記多孔質焼結
体が次式で示される組成を持つ材料からなり、電極が空
気極であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池の電
極。 A'1-x'Cax'Ga1-y'B'y'3 式中、 A' =3価イオンの8配位イオン半径が1.05〜1.15Åの
1種もしくは2種以上のランタノイド金属; B' =Co、Fe、Ni、Cuの1種もしくは2種以上; x' =0.05〜0.3 ; y' =0.05〜0.3 。
5. An oxide ion conductive material and / or
Three-dimensional network composed of mixed conductive oxide ions
It has a skeleton composed of a porous sintered body.
Mixed surface of electron conductive material and / or oxide ion
An electrode of a solid oxide fuel cell , wherein particles made of a conductive material are attached, the porous sintered body is made of a material having a composition represented by the following formula, and the electrode is an air electrode. . A ′ 1-x ′ Ca x ′ Ga 1-y ′ B ′ y ′ O 3 In the formula, A ′ = one or two or more lanthanoid metals whose 8-coordinate ionic radius of a trivalent ion is 1.05 to 1.15 ° B ′ = one or more of Co, Fe, Ni and Cu; x ′ = 0.05 to 0.3; y ′ = 0.05 to 0.3.
【請求項6】 前記粒子が、Ni、Co、Ce1-mm2 (C
はSm、Gd、Y、Caの1種もしくは2種以上、m=0〜0.
4)の少なくとも1種を含み、電極が燃料極である、請求
項1ないし3のいずれかに記載の固体酸化物型燃料電池
の電極。
6. The method according to claim 1, wherein the particles are Ni, Co, Ce 1-m C m O 2 (C
Represents one or more of Sm, Gd, Y, and Ca, and m = 0 to 0.
The electrode of a solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3, comprising at least one of 4), wherein the electrode is a fuel electrode.
【請求項7】 前記粒子がLaMnO3 、LaCoO3 、SmCoO
3 、およびPrCoO3系の少なくとも1種の材料からな
り、電極が空気極である、請求項1ないし5のいずれか
に記載の固体酸化物型燃料電池の電極。
7. The method according to claim 1, wherein the particles are LaMnO 3 , LaCoO 3 , SmCoO
3, and PrCoO consists of at least one material of 3 system, the electrode is an air electrode, according to claim 1 to a solid oxide fuel cell electrode according to any of the 5.
【請求項8】 酸化物イオン伝導性の緻密な固体電解質
層の片面に、請求項1ないし7のいずれかに記載の電極
が一体に形成されていることを特徴とする、固体酸化物
型燃料電池の電極/電解質積層体。
8. A solid oxide fuel, wherein the electrode according to any one of claims 1 to 7 is integrally formed on one surface of a dense solid oxide electrolyte layer having oxide ion conductivity. Battery electrode / electrolyte laminate.
【請求項9】 酸化物イオン伝導性の緻密な固体電解質
層の両面に、請求項1ないし3のいずれかに記載の電極
が一体に形成されていることを特徴とする、固体酸化物
型燃料電池の電極/電解質積層体。
9. A solid oxide fuel wherein the electrode according to claim 1 is integrally formed on both surfaces of a dense solid oxide electrolyte layer having oxide ion conductivity. Battery electrode / electrolyte laminate.
【請求項10】 酸化物イオン伝導性の緻密な固体電解
質層の片面に、請求項1ないし5または7のいずれかに
記載の電極が一体に形成され、他面に請求項1ないし3
または6のいずれかに記載の電極が一体に形成されてい
ることを特徴とする、固体酸化物型燃料電池の電極/電
解質積層体。
10. The electrode according to claim 1, wherein the electrode is integrally formed on one surface of a dense solid electrolyte layer having oxide ion conductivity, and the electrode is formed on the other surface.
7. An electrode / electrolyte laminate for a solid oxide fuel cell, wherein the electrode according to any one of 6 to 6 is integrally formed.
【請求項11】 請求項1ないし7のいずれかに記載の
電極からなる空気極および/または燃料極を備えている
ことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。
11. A solid oxide fuel cell comprising an air electrode and / or a fuel electrode comprising the electrode according to claim 1. Description:
【請求項12】 請求項8ないし10のいずれかに記載
の電極/電解質積層体を備えていることを特徴とする固
体酸化物型燃料電池。
12. A solid oxide fuel cell comprising the electrode / electrolyte laminate according to any one of claims 8 to 10.
【請求項13】 水より蒸気圧の大きい水不混和性有機
溶剤を含有させた水系スラリーを用いたシート成形によ
り、酸化物イオン伝導性材料および/または酸化物イオ
ン混合伝導性材料からなる三次元網状構造の多孔質シー
トを形成し、このシートを焼結することを特徴とする、
固体酸化物型燃料電池の電極骨格の製造方法。
13. A three-dimensional sheet made of an oxide ion conductive material and / or an oxide ion mixed conductive material by sheet forming using an aqueous slurry containing a water-immiscible organic solvent having a higher vapor pressure than water. Forming a porous sheet having a network structure, and sintering the sheet;
A method for producing an electrode skeleton of a solid oxide fuel cell.
【請求項14】 水より蒸気圧の大きい水不混和性有機
溶剤を含有させた水系スラリーを用いたシート成形によ
り、酸化物イオン伝導性材料および/または酸化物イオ
ン混合伝導性材料からなる三次元網状構造の多孔質シー
トを形成し、このシートに酸化物イオン伝導性の緻密な
固体電解質シートを熱圧着させ、得られた積層体を焼結
することを特徴とする固体酸化物型燃料電池の電極骨格
/電解質積層体の製造方法。
14. A three-dimensional sheet made of an oxide ion conductive material and / or an oxide ion mixed conductive material by sheet forming using an aqueous slurry containing a water-immiscible organic solvent having a higher vapor pressure than water. A porous sheet having a network structure is formed, and a dense solid electrolyte sheet having oxide ion conductivity is thermocompression-bonded to the sheet, and the obtained laminate is sintered to obtain a solid oxide fuel cell. A method for producing an electrode skeleton / electrolyte laminate.
【請求項15】 水より蒸気圧の大きい水不混和性有機
溶剤を含有させた水系スラリーを用いたシート成形によ
り、酸化物イオン伝導性材料および/または酸化物イオ
ン混合伝導性材料からなる三次元網状構造の多孔質シー
トを形成し、このシートに電子伝導性材料および/また
は酸化物イオン混合伝導性材料のスラリーを含浸させ、
次いで焼結することを特徴とする、固体酸化物型燃料電
池の電極の製造方法。
15. A three-dimensional sheet comprising an oxide ion conductive material and / or an oxide ion mixed conductive material by sheet forming using an aqueous slurry containing a water-immiscible organic solvent having a higher vapor pressure than water. Forming a porous sheet having a network structure, impregnating the sheet with a slurry of an electron conductive material and / or an oxide ion mixed conductive material,
A method for producing an electrode of a solid oxide fuel cell, comprising sintering.
【請求項16】 前記多孔質シートに電子伝導性材料の
スラリーを含浸させる前に、このシートを焼結する、請
求項15記載の方法。
16. The method of claim 15, wherein the porous sheet is sintered prior to impregnating the slurry with the electronically conductive material.
【請求項17】 請求項14または15記載の方法によ
り製造された電極の片面に、酸化物イオン伝導性材料の
溶射または電気化学的蒸着により緻密な電解質層を形成
することを特徴とする、固体酸化物型燃料電池の電極/
電解質積層体の製造方法。
17. A solid electrolyte, wherein a dense electrolyte layer is formed on one surface of an electrode produced by the method according to claim 14 by thermal spraying or electrochemical vapor deposition of an oxide ion conductive material. Electrodes for oxide fuel cells /
A method for producing an electrolyte laminate.
【請求項18】 水より蒸気圧の大きい水不混和性有機
溶剤を含有させた水系スラリーを用いたシート成形によ
り、酸化物イオン伝導性材料および/または酸化物イオ
ン混合伝導性材料からなる三次元網状構造の多孔質シー
トを形成し、このシートに酸化物イオン伝導性の緻密な
固体電解質シートを熱圧着させ、得られた積層体を焼結
し、この焼結体に電子伝導性材料および/または酸化物
イオン混合伝導性材料のスラリーを含浸させ、再び焼結
することを特徴とする、固体酸化物型燃料電池の電極/
電解質積層体の製造方法。
18. A three-dimensional sheet comprising an oxide ion conductive material and / or an oxide ion mixed conductive material by sheet forming using an aqueous slurry containing a water-immiscible organic solvent having a higher vapor pressure than water. A porous sheet having a network structure is formed, a dense solid electrolyte sheet having oxide ion conductivity is thermocompression-bonded to the sheet, and the obtained laminate is sintered, and the electronically conductive material and / or Alternatively, the electrode of a solid oxide fuel cell is impregnated with a slurry of a mixed conductive material of oxide ions and sintered again.
A method for producing an electrolyte laminate.
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