JP3963122B2 - Cell plate for solid oxide fuel cell and method for producing the same - Google Patents

Cell plate for solid oxide fuel cell and method for producing the same Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体酸化物型燃料電池に係わり、特に発電性能および信頼性に優れる電池構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ジルコニアなどの酸化物固体電解質を用いる燃料電池である固体酸化物型燃料電池は、その動作温度が８００〜１１００℃程度と高温であるため、他の型式の燃料電池と比較して幾多の特徴を持っている。すなわち、メタン等の内部改質ができるため発電装置としての構成の簡素化が可能、排熱利用による高効率化が可能、電解質の散逸の問題がないので取扱が容易、また、水素と共に一酸化炭素も燃料として使用できるため石炭ガスとの組合せに適するなどの特長を持っている。さらに、これらの特徴に加えて、ガスタービン等との複合発電も期待されるなど、次世代型の燃料電池として有望視されている。
【０００３】
このような固体酸化物型燃料電池は、電解質である固体電解質と、この固体電解質を間に挟んで互いに対峙する関係で配置された燃料極と空気極とを基本構成要素として備えている。そして、燃料極に燃料ガスを、また空気極に空気を供給することによって、電気化学反応によって直流電力を得ることができる。この固体酸化物型燃料電池用セルは、その構成に関する基本形によって、現時点では円筒型と平板型とに大別され、平板型については、電解質支持型と電極支持型の２方式のものが現時点で知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このうち電解質支持型は、焼結法などによって作製された自立できる固体電解質層と、この固体電解質層の両側に燃料極と空気極とを層状に形成した構成を備えている。電極支持型は固体電解質層、燃料極層、空気極層の支持体である平板状のセル基板の上に、まず、燃料極層及び空気極層のうちのいずれか一方の電極、次に固体電解質、最後に他方の電極をそれぞれ層状に形成することによって作製することができる。
電極支持型におけるセル基板は、一方の電極を兼ねたものも知られている。図８および図９は、このような電極支持型の固体酸化物型燃料電池セルの構造例を示すものであり、図中１０１は燃料極層、１０２は電解質層、１０３は空気極層、そして１０４はインターコネクタ（セパレータ）をそれぞれ示している。
【０００５】
このような固体酸化物型燃料電池において、発電効率低下のもとになる主な要因としては、電解質自身のオーム抵抗による抵抗過電圧、空気極における濃度過電圧（酸素の反応場への供給速度、および生成物の脱着速度に起因）、燃料極における濃度過電圧（燃料ガスの反応場への供給速度および生成物の脱着速度に起因）に分類される。そのため、発電効率を上げるためには、電解質の導電率を上げると共に電解質層を極力薄くすることが必要であり、電極部においては反応界面部分へそれぞれの燃料ガス、空気を供給すると共に反応生成物を脱着するための適度な気孔率が必要である。
【０００６】
しかし、実際には、電解質支持型においては電解質にセル全体を支えるような機械的強度を付与する必要があることから、極端な薄膜を使用することはできず、厚さはうすくとも２００μｍ程度となってしまい電解質層での抵抗過電圧による損失の原因となる。
【０００７】
一方、電極支持型の場合、ガスの供給・排出を考慮した気孔率をもった多孔質の基板上に薄い電解質を形成しなくてはならないが、多孔質基板上にその気孔と同程度の厚さの薄膜を形成するのは極めて難しい。これは、例えば多孔質基板上にスラリなどを塗布してもその膜厚が気孔に比べて十分に厚くないと、気孔内に垂れ下がったり、しみ込んだりするために、均一な厚さの膜が得られず、その後の焼成過程でクラックの発生が生じるからである。このようなクラックやピンホールの発生は、燃料極側の燃料ガスが空気極側に漏れるため、起電力の低下を引き起こすことになる。
【０００８】
また、電極支持型では、多孔質な電極基板がそのセルを機械的に支持することになるが、電解質−電極間の反応界面へのガス供給を考慮するとかなり多孔質な構造が要求される一方、機械的強度も求められることから、電極基板はｍｍ単位の厚さとなってしまう。そのためガスは多孔質ながら厚い基板のなかを流れていくことになり、濃度過電圧の原因となる。また、１枚のセルが厚くなることから積層した場合の積層密度も低く、スタック体積あたりの発電面積が減少し、発電効率の低下を招くことになる。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、従来の固体酸化物型燃料電池における上記課題に着目してなされたものであって、発電時の損失である抵抗過電圧と濃度過電圧の両方を低減すると共に、機械的強度を向上することができ、高性能、かつ信頼性の高い燃料電池を得ることができる電解質支持型の固体酸化物型燃料電池用セル板、およびこのようなセル板の製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板は、固体酸化物からなる電解質層を燃料極層と空気極層の間に挟持してなる電解質支持型の燃料電池用セル板において、前記電解質層が薄板状をなし、当該薄板状電解質層を支持する補強リブを備え、前記電解質層と補強リブが異なる材料から成り、これら材料の熱膨張係数の差が１０％以内であると共に、前記補強リブが電子伝導性を有する材料からなる構成としたことを特徴としており、固体酸化物型燃料電池用セル板におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】
また、本発明に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板の製造方法は、電解質層を成形したのち、もしくは焼成したのちに研磨加工を施す構成、あるいは薄板状電解質層と補強リブをそれぞれ別個に成形し、薄板状電解質層と補強リブの一方もしくは両方を焼成した後に、スラリーを塗布して熱処理することにより前記薄板状電解質層と補強リブとを接合する構成としたことを特徴としている。
【００１２】
さらに、本発明に係わる固体酸化物型燃料電池スタックは、本発明に係わる上記固体酸化物型燃料電池用セル板をインターコネクタを介して積層してなる構成とし、本発明に係わる固体酸化物型燃料電池は、上記固体酸化物型燃料電池スタックを備えた構成としたことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、電解質支持型の燃料電池用セル板における電解質層が薄板状をなし、かつ電解質層自身を支持する補強リブを備えている構成、すなわち電解質支持型の固体酸化物型燃料電池において支持体となる電解質層を発電機能を担う薄板部分と、強度を担う補強リブとにより構成したものであるから、電解質として機能する部分を薄くすることが可能となり、電解質支持型のセル板において問題となる電解質自身のオーム抵抗による抵抗過電圧が電極支持型なみに低減するとともに、補強リブによってセル板の強度を保持できることから電極支持型のセル板において電極層が厚いことによって問題になる反応場へのガスの供給の遅れなどによる濃度過電圧が電解質支持型と同等レベルに低減することになる。
【００１４】
また、セル板の機械的強度を担う部分を発電特性に影響の少ない補強リブに帰属させていることから、従来の電解質支持型、電極支持型のセル板においては、強度をあげるために電解質層あるいは電極層を厚くすると性能が低下するというトレードオフの関係となってしまうが、本発明においては性能の低下をほとんど招くことなくその機械的強度を上げることができるので、作製時の破損が防止でき、また燃料電池の信頼性が向上することになる。また、支持体である電解質層に電極を形成したセル板同士は、インターコネクタによって接続することになるが、その間の電気的な抵抗は接続する際の押圧力の大小に依存する。本発明においては、各セル板が十分な機械的強度を有していることから、十分な押圧力を与えることによって、セル板−インターコネクタ間の接触抵抗が低減する。さらに、補強リブの付与によりセルの強度が上がることからその大型化が可能となり、集電・マニホールド等、発電に寄与しない補器類の占める割合を相対的に低下させることができ、燃料電池を構成した場合の実効的な発電部分が拡大され、発電効率が大幅に向上することになる。
【００１５】
このとき、補強リブによって形成される枠形状を三角形、四角形、あるいは六角形等とすることもでき、これによってセル板全体の強度が上がると共に、外部からかかった荷重を均等に分散し、電解質層の破損を効果的に防止することができる。また、隣接する補強リブ間に、例えば当該補強リブよりも薄い補助リブを設けることもでき、これによって主たる補強リブによって支持されている電解質層の薄板状部分をさらに強化することもできる。
【００１６】
本発明において、電解質材料としては、酸素イオン導電性を有する公知の材料、例えばイットリア安定化ジルコニア（以下、「ＹＳＺ」と略称する）、ＳＳＺ（スカンジュウム安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）系などを使用することができるが、これらのみに限定されるものではない。
【００１７】
また、燃料極材料としては、ＮｉＯ−ＹＳＺ、Ｎｉ−ＳＤＣ、Ｐｔなどを使用することができる。そして、空気極材料としては、Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３（以下、「ＬＳＭ」と略称する）、ＬＣＭ（Ｌａ１−ＸＣａＸＭｎＯ３）、ＬＳＣ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３）、Ｐｔなどを使用することができるが、これらのみに限定されるものではない。
【００１９】
上記補強リブは、薄板部分の電解質材料とは異なり、かつ導電性（電子伝導性）を有する材料によって形成する。
これによって、集電層の抵抗を低減することができ、燃料電池全体の内部抵抗を下げて、発電効率がさらに向上することになると共に、補強リブ部分の材料を強度的に優れた安価な材料を選択することによって、さらに高強度を備えた低コストのセル板が得られることになる。なお、電解質層内の内部応力を抑制し、反りや剥離を防止するには、熱膨張係数差が１０％以内の材料を選択する必要がある。
【００２０】
このような導電性（電子伝導性）を有する材料としては、例えばＴｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｇ、あるいはこれらのうちの任意の混合金属を分散させたＹＳＺ、ＣｅＯなどを用いることもできる。
【００２１】
さらに、電解質層を成形あるいは焼成した後、当該電解質層に研磨加工を施すことも必要に応じて望ましく、これによって、従来の電解質支持型セル板に較べて、より一層薄い電解質層を実現することができ、電解質自身のオーム抵抗による抵抗過電圧を低減して、さらに発電効率が上がることになる。
【００２２】
さらにまた、電解質層の薄板部分を作製した後に、別途作製した補強リブ部分を接合するようになすこともでき、これによってそれぞれの材料及び形状に応じた最適の成形方法を採用することができるようになり、薄くかつ丈夫な電解質層を高精度に、しかも歩留り良く形成することができ、発電効率が高く、信頼性の高い燃料電池が実現する。
【００２３】
【実施例】
以下に、本発明に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明において、固体電解質材料により形成され、補強リブを備えた薄板状電解質層の一方に燃料極層、他方に空気極層を形成したものを燃料電池用セル板、この燃料電池用セル板とセパレータとしても機能するインターコネクタを積層したものを燃料電池スタックもしくは単にスタック、燃料電池スタックに集電部、ガス導入・排出のマニホールドを接続したものを燃料電池と称する。
【００２４】
（第１の参考例）
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の参考例に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板の斜視図およびその断面図であって、当該参考例に係わる燃料電池用セル板１は、電解質層２と、該電解質層２の一方の面（図中、上面側）に形成された燃料極層３と、他方の面（図中、下面側）に形成された空気極層４から構成されている。この電解質層２は、電解質として発電動作を行う薄板状部分２ａと、該薄板状部分２ａの空気極側に突出して格子状の枠型形状をなし、当該薄板状部分２ａを支持する補強リブ２ｂからなり、後述するような固体酸化物系材料から一体的に形成されている。そして、このような燃料電池用セル板１と、燃料ガスと空気を分離するセパレータとして機能し、かつそれぞれのセル板１を接続する図３に示すようなインターコネクタ５を積層することにより、図２に示すような燃料電池スタック１０が形成される。
【００２５】
次に、このような燃料電池用セル板１の製造方法について、簡単に説明する。
まず、固体酸化物系電解質材料、例えばＹＳＺの粉体を加圧成形または静水圧プレス法等によって格子状の補強リブを備えた薄板形状に一体成形し、その後焼成することにより薄板状部分２ａと、この薄板状部分２ａを支持する補強リブ２ｂを備えた電解質層２を形成する。このとき、電解質層２の薄板状部分２ａが厚くオーム抵抗による抵抗過電圧が問題になるようであれば、この電解質層２を研磨することによって、当該部分の厚さを減じた上で使用することもできる。電解質層２にはその強度を保持する補強リブ２ｂが形成されていることから、薄板状部分３は数μｍ程度まで薄くすることができ、抵抗過電圧を押さえることが可能である。
【００２６】
その後、当該電解質層２の燃料極側にはＮｉＯ−ＹＳＺからなる燃料極材料、空気極側にはＬＳＭ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３）からなる空気極材料を含むスラリーを塗布して焼成することにより、燃料極層３と、空気極層４を形成し、燃料電池用セル板１が得られる。
【００２７】
また、インターコネクタ５は、Ｌａ１−ＸＭｇＸＣｒＯ３などの耐熱性があり、緻密でガス透過性がなく、しかも導電性を有する材料により別途、同様の成形、焼成により作製したものであって、図３に示すように、その表裏両面に複数のガス溝５ａを互いに直交する方向に備えている。そして、上記燃料電池用セル板１と、このような構造を有し、上記したようにガスのセパレータとしても機能するインターコネクタ５を積層することにより燃料電池スタック１０を形成している。
【００２８】
この参考例においては、両電極３，４の支持体となる電解質層２を、発電機能を担う薄板状部分２ａと、強度を担う補強リブ２ｂにより構成している。そのため、電解質として機能する部分を薄くすることが可能となり電解質支持型で問題となる電解質自身のオーム抵抗による抵抗過電圧を電極支持型なみに低減できると共に、補強リブ２ｂによって強度を保持できることから電極支持型において電極層が厚いことによって問題になるガスの反応場への供給速度の低下などに起因する濃度過電圧も電解質支持型なみに低減することができる。
【００２９】
また、従来の電解質支持型、電極支持型の燃料電池セルでは、セルの強度を上げる場合には、それぞれの支持層（電解質、または電極）を厚くすることになるため、発電性能が低下するトレードオフの関係となってしまっていたが、当該実施例に係わる燃料電池用セル板１においては、機械的強度を担う部分を発電特性に影響の少ない補強リブ２ｂの部分に委ねているため、発電性能の低下をほとんど招くことなく、その機械的強度を上げることができ、作製時の破損防止と同時に、燃料電池の信頼性の向上をはかることができる。
【００３０】
また、燃料電池用セル板１同士は、インターコネクタ５によって接続されているが、その間の電気的な抵抗は、接触抵抗、すなわち接続する際の押圧力に依存している。当該実施例の構造では、各セル板１自体の強度に優れ、十分な機械的強度が付与できることから、十分な押圧力を与えて接触抵抗を低減することができる。
【００３１】
さらに、補強リブ２ｂの形成によりセル板１の強度が上がることから、電解質層２の大面積化が可能となり、集電、マニホールド等、発電に寄与しない補器類の占める割合も相対的に低下することから、燃料電池を構成した場合、実効的な発電部分の割合を大きくすることができる。
【００３２】
また、この参考例に係わるセル構造においては、電解質層２の薄板状部分２ａと補強リブ２ｂが同じ材料から形成されていることから、８００〜１０００℃にもなる燃料電池動作時や、非動作時の常温状態においても、熱膨張差による歪を生じないことから、反りや内部応力による破損等が生じることがない。
【００３３】
当該参考例においては、補強リブ２ｂによって形成される枠形状を四角形の格子状に形成しているが、図４（ａ）に示すような三角形や、図４（ｂ）に示すような六角形に形成することも可能である。
【００３４】
（第２の参考例）
図５（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の参考例に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板に用いる電解質層２の平面図及び断面図であって、上記参考例と同様に、当該電解質層２の一方の面に燃料極層３、他方の面に空気極層４を形成することによってセル板が構成される。この電解質層２は、電解質として発電動作を行う薄板状部分２ａと、この薄板状部分２ａから図５（ｂ）中の下方側に突出して格子状の枠型形状をなし、薄板状部分２ａを支持する補強リブ２ｂを備えると共に、当該補強リブ２ｂは、これら補強リブ２ｂ間を十字形に連結して、薄板状部分２ａのリブ間部位をさらに強化する補助リブ２ｃを備えている。
【００３５】
このような燃料電池セル板１の作製方法は、第１の参考例と基本的に同様であって、電解質の材料粉末を加圧成形または静水圧プレス法等によって格子状の補強リブと十字形の補助リブを備えた薄板形状に一体成形し、その後焼成することにより薄板状部分２ａと、補強リブ２ｂと、補助リブ２ｃを備えた電解質層２を形成する。その後、当該電解質層２の両面に、燃料極層３と空気極層４を上記同様に形成することにより、燃料電池用セル板１が得られる。そして、図２に示したように、燃料電池用セル板１とインターコネクタ５を交互に積層することによって燃料電池スタック１０が形成される。
【００３６】
このような構造の電解質層２を備えた燃料電池用セル板１においては、電解質層２が補強リブ２ｂに加えて補助リブ２ｃを備えていることから、一層強度を増すことができる。また、補助リブ２ｃは補強リブ２ｂの本体部分より厚さを薄くしたり、幅を細くしたりすることもでき、例えば、補強リブ２ｂよりも薄く形成することによって、薄板状部分２ａほどではないにしても、発電機能を担うことも可能となる。
【００３７】
（第１の実施例）
図６（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板に用いる電解質層２の平面図及び断面図であって、上記参考例と同様に、当該電解質層２の一方の面に燃料極層３、他方の面に空気極層４を形成することによってセル板が構成される。
【００３８】
当該実施例に係わる電解質層２は、構造的には第１の参考例と同様のものであって、電解質として発電動作を行う薄板状部分２ａと、この薄板状部分２ａから図６（ｂ）図中の下方側に突出して格子状の枠型形状をなし、薄板状部分２ａを支持する補強リブ２ｂを備えたものであるが、この補強リブ２ｂの材質が上記薄板状部分２ａの材料とは異なるものを使用している。
【００３９】
このような構造とすることにより、電解質層の薄板状部分２ａについては、強度を考慮することなく発電性能を重視した材料選択が可能になると共に、補強リブ２ｂの材質については、高価な電解質材料を用いることなく安価で、強度的に優れた材料により構成することが可能となり、より安価な燃料電池を提供することができるようになる。
【００４０】
この場合、薄板状部分２ａを構成する電解質材料と、補強リブ２ｂの材料の熱膨張が異なると、休止温度と作動温度間の昇降温に基づく熱応力によって、電解質層２が変形したり、割れたり、補強リブ２ｂが剥がれたりする不具合が生じることが考えられるが、両者の熱膨張係数の差が１０％以内であれば、このような不具合を実質的に回避できることが確認されている。
【００４１】
このような電解質層２は、上記参考例と同様に加圧成形や静水圧プレス法等によって一体成形した後、焼成することによって製造することができる。但し、プレス型への材料供給に際して、異なる材料を２度に分けて入れることが必要となる。
【００４２】
また、補強リブ２ｂの材料に、導電性（電子伝導性）を有する材料を用いることによって、電極部分の集電抵抗を下げ、燃料電池全体としての損失を減らすことが可能になる。また、この場合にも、副支持部分を設けるようにしてもよい。
【００４３】
（第２の実施例）
図７（ａ）および（ｂ）は、上記第１の実施例に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板に用いる電解質層２の他の製造方法を示す斜視図である。
すなわち、上記実施例においては、電解質層２の薄板状部分２ａと、補強リブ２ｂとを一括的に一体成形して作製した例を示したが、図７に示すように、これら薄板状部分２ａと補強リブ２ｂを構成する部分とを別々に作製したのち接合するようになすことも可能である。
【００４４】
すなわち、当該実施例においては、電解質材料からなる薄板状部分２ａをドクターブレード法等により薄板形状に成形して焼成を行う一方、補強リブ２ｂをこれとは別に加圧成形等により成形して焼成することによって、薄板状部分２ａおよび補強リブ２ｂをそれぞれを作製したのち、電解質のスラリーを電解質からなる板状の薄板状部分２ａに塗布し、枠状に形成した補強リブ２ｂを貼りつけ、再び焼成を行うことによって接合するようにしている。
【００４５】
このような方法によれば、電解質層２の薄板状部分２ａと、補強リブ２ｂとが別々に作製できることから、それぞれの材料を変えることが極めて容易なものとなる。また、薄板状部分２ａと補強リブ２ｂとをそれぞれの材料および形状に最も好適な手法によって作製することができるようになるため、精度よく、また歩留まりよく作製できるようになる。
【００４６】
また、上記各実施例の他にも、ドクターブレード法を応用し、タンク内のスラリーを堰を介して流出させて型に直接塗布するようになすことも可能であり、これによって、薄板部分の厚さがさらに薄い電解質層を一括で成形することができるようになる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板は、固体酸化物からなる電解質層を燃料極層と空気極層の間に挟持してなる電解質支持型の燃料電池用セル板において、前記電解質層が薄板状をなし、当該薄板状電解質層を支持する補強リブを備え、この補強リブが前記電解質層と異なる材料から成り、しかもこれら材料の熱膨張係数の差が１０％以内であると共に、補強リブが電子伝導性を有する材料から成る構成としたものであるから、電解質支持型でありながら、電解質として機能する部分を薄くすることができ、電解質自身のオーム抵抗による抵抗過電圧を低減することができると共に、補強リブとの熱膨張差による電解質層の内部応力や反り、剥離を最小限に防止しながら、集電層の抵抗を低減し、燃料電池全体の内部抵抗を下げて、発電効率をさらに向上させることができ、高性能、かつ信頼性の高い燃料電池を得ることができるというきわめて優れた効果をもたらすものである。
【００４８】
また、本発明に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板の製造方法においては、電解質層を成形したのち、あるいは焼成したのちに研磨加工を施すようにしているので、より薄い電解質層を実現することができ、電解質自体のオーム抵抗による抵抗過電圧を低減して発電効率をさらに向上させることができる。また、他の形態に係わる製造方法においては、薄板状電解質層と補強リブをそれぞれ別個に成形し、薄板状電解質層と補強リブの一方もしくは両方を焼成した後に、スラリーを塗布して熱処理することにより前記電解質層と補強リブとを接合するようにしているので、異なる材料からなる電解質層を高精度、高歩留りのもとに製造することができる。
【００４９】
さらに、本発明に係わる固体酸化物型燃料電池スタックは、本発明に係わる上記固体酸化物型燃料電池用セル板をインターコネクタを介して積層してなる構成とし、本発明に係わる固体酸化物型燃料電池は、上記固体酸化物型燃料電池スタックを備えたものであるから、各セル板の発電効率が高いことに加えて、インターコネクタとの押圧力を高めることができ、接触抵抗を低減することができ、当該電池スタックや燃料電池の性能および信頼性を向上させることができるという優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ） 本発明の第１の参考例に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板の構造を示す斜視図である。
（ｂ） 図１（ａ）における切断線Ａ−Ａ´についての断面図である。
【図２】 図１に示した固体酸化物型燃料電池用セル板を積層した燃料電池スタックの断面図である。
【図３】 図２に示した燃料電池スタックに用いたインターコネクタの形状を示す斜視図である。
【図４】 （ａ）及び（ｂ）は本発明に係わる固体酸化物型燃料電池に用いる電解質層の他の形状例を示す平面図である。
【図５】 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の参考例に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板に用いる電解質層の形状を示すそれぞれ平面図及び断面図である。
【図６】 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施例に係わる固体酸化物型燃料電池用セル板に用いる電解質層の形状を示すそれぞれ平面図及び断面図である。
【図７】 （ａ）及び（ｂ）は図６に示した電解質層の他の製造方法を説明する斜視図である。
【図８】 従来の電解質支持型燃料電池の構造例を示す斜視図である。
【図９】 従来の電極支持型燃料電池の構造例を示す斜視図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more particularly to a cell structure excellent in power generation performance and reliability.
[0002]
[Prior art]
A solid oxide fuel cell, which is a fuel cell using an oxide solid electrolyte such as zirconia, has a high operating temperature of about 800 to 1100 ° C., and thus has a number of features compared to other types of fuel cells. have. That is, internal reforming of methane, etc. enables simplification of the configuration as a power generator, high efficiency by using exhaust heat, easy handling because there is no problem of electrolyte dissipation, and monoxide with hydrogen Since carbon can also be used as fuel, it has features such as being suitable for combination with coal gas. Furthermore, in addition to these features, combined power generation with gas turbines and the like is also expected, and it is promising as a next-generation fuel cell.
[0003]
Such a solid oxide fuel cell includes, as basic constituent elements, a solid electrolyte that is an electrolyte, and a fuel electrode and an air electrode that are disposed in a relationship facing each other with the solid electrolyte interposed therebetween. Then, by supplying fuel gas to the fuel electrode and air to the air electrode, DC power can be obtained by an electrochemical reaction. The cells for solid oxide fuel cells are broadly classified into cylindrical types and flat plate types at the present time depending on the basic shape of the structure, and there are currently two types of flat plate types: electrolyte support type and electrode support type. Are known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Among these, the electrolyte support type includes a solid electrolyte layer that can be self-supported manufactured by a sintering method or the like, and a structure in which a fuel electrode and an air electrode are formed in layers on both sides of the solid electrolyte layer. The electrode support type is a flat cell substrate, which is a support for the solid electrolyte layer, the fuel electrode layer, and the air electrode layer, first of either the electrode of the fuel electrode layer or the air electrode layer, then the solid It can be produced by forming the electrolyte and finally the other electrode in layers.
A cell substrate in an electrode support type that also serves as one electrode is also known. 8 and 9 show examples of the structure of such an electrode-supported solid oxide fuel cell, in which 101 is a fuel electrode layer, 102 is an electrolyte layer, 103 is an air electrode layer, and Reference numeral 104 denotes an interconnector (separator).
[0005]
In such a solid oxide fuel cell, the main factors that cause a decrease in power generation efficiency include resistance overvoltage due to the ohmic resistance of the electrolyte itself, concentration overvoltage at the air electrode (supply rate of oxygen to the reaction field, and The product is classified into a concentration overvoltage at the fuel electrode (due to the supply rate of the fuel gas to the reaction field and the product desorption rate). Therefore, in order to increase the power generation efficiency, it is necessary to increase the conductivity of the electrolyte and make the electrolyte layer as thin as possible. In the electrode part, each fuel gas and air are supplied to the reaction interface part and the reaction product A moderate porosity is necessary for desorbing.
[0006]
However, in actuality, in the electrolyte support type, since it is necessary to give the electrolyte mechanical strength that supports the entire cell, an extremely thin film cannot be used, and the thickness is only about 200 μm. It becomes a cause of loss due to resistance overvoltage in the electrolyte layer.
[0007]
On the other hand, in the case of the electrode support type, a thin electrolyte must be formed on a porous substrate having a porosity in consideration of gas supply / discharge, but the same thickness as the pores on the porous substrate. It is extremely difficult to form a thin film. This is because, for example, even if slurry is applied on a porous substrate, if the film thickness is not sufficiently thick compared to the pores, it will sag or penetrate into the pores, resulting in a film having a uniform thickness. This is because cracks are generated in the subsequent firing process. The occurrence of such cracks and pinholes causes a reduction in electromotive force because fuel gas on the fuel electrode side leaks to the air electrode side.
[0008]
In the electrode support type, the porous electrode substrate mechanically supports the cell. However, considering the gas supply to the reaction interface between the electrolyte and the electrode, a considerably porous structure is required. Since the mechanical strength is also required, the electrode substrate has a thickness of mm. For this reason, the gas flows through the thick substrate although it is porous, which causes concentration overvoltage. Further, since one cell is thick, the stacking density when stacked is low, the power generation area per stack volume is reduced, and the power generation efficiency is reduced.
[0009]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems in conventional solid oxide fuel cells, and reduces both resistance overvoltage and concentration overvoltage, which are losses during power generation, and improves mechanical strength. It is an object of the present invention to provide a cell plate for an electrolyte-supported solid oxide fuel cell that can obtain a high-performance and highly reliable fuel cell, and a method for manufacturing such a cell plate. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The solid oxide fuel cell plate according to the present invention is an electrolyte-supported fuel cell plate in which an electrolyte layer made of a solid oxide is sandwiched between a fuel electrode layer and an air electrode layer. The layer is in the shape of a thin plate and includes reinforcing ribs that support the thin plate-like electrolyte layer. The electrolyte layer and the reinforcing rib are made of different materials, the difference in thermal expansion coefficient between these materials is within 10%, and the reinforcing rib is made of a material having electron conductivity. It is characterized by having a configuration, and such a configuration in the solid oxide fuel cell plate is used as means for solving the above-described conventional problems.
[0011]
In addition, the method for manufacturing a cell plate for a solid oxide fuel cell according to the present invention includes a configuration in which an electrolyte layer is molded or fired after being molded, or a thin plate electrolyte layer and a reinforcing rib are separately provided. After the molding and firing one or both of the thin plate electrolyte layer and the reinforcing rib, the thin plate electrolyte layer and the reinforcing rib are joined by applying a slurry and heat-treating.
[0012]
Further, a solid oxide fuel cell stack according to the present invention is configured by laminating the above-described solid oxide fuel cell plate according to the present invention via an interconnector, and the solid oxide fuel cell stack according to the present invention. A fuel cell is characterized by having a configuration including the solid oxide fuel cell stack.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, in the electrolyte support type fuel cell plate, the electrolyte layer has a thin plate shape and includes a reinforcing rib for supporting the electrolyte layer itself, that is, in the electrolyte support type solid oxide fuel cell. Since the electrolyte layer that serves as a support is composed of a thin plate part that bears the power generation function and a reinforcing rib that bears the strength, the part that functions as the electrolyte can be made thin, which is a problem in the electrolyte-supported cell board The resistance overvoltage due to the ohmic resistance of the electrolyte itself is reduced to that of the electrode support type, and the strength of the cell plate can be maintained by the reinforcing rib, so that the reaction field becomes problematic due to the thick electrode layer in the electrode support type cell plate Therefore, the concentration overvoltage due to the delay of gas supply is reduced to the same level as the electrolyte support type.
[0014]
In addition, since the portion responsible for the mechanical strength of the cell plate is attributed to the reinforcing ribs that have little influence on the power generation characteristics, in the conventional electrolyte support type and electrode support type cell plates, the electrolyte layer is used to increase the strength. Alternatively, a thicker electrode layer results in a trade-off relationship in which the performance deteriorates, but in the present invention, the mechanical strength can be increased with almost no deterioration in performance, so that damage during production is prevented. In addition, the reliability of the fuel cell is improved. In addition, cell plates having electrodes formed on the electrolyte layer as a support are connected by an interconnector, and the electrical resistance between them depends on the magnitude of the pressing force at the time of connection. In this invention, since each cell board has sufficient mechanical strength, the contact resistance between a cell board and an interconnector reduces by giving sufficient pressing force. Furthermore, since the strength of the cell is increased by the addition of reinforcing ribs, the size of the cell can be increased, and the proportion of auxiliary devices that do not contribute to power generation, such as current collectors and manifolds, can be relatively reduced. When configured, the effective power generation portion is expanded, and the power generation efficiency is greatly improved.
[0015]
At this time, the frame shape formed by the reinforcing ribs can also be a triangle, a quadrangle, a hexagon, or the like. This increases the strength of the entire cell plate and evenly distributes the load applied from the outside. Can be effectively prevented. In addition, for example, auxiliary ribs thinner than the reinforcing ribs can be provided between the adjacent reinforcing ribs, whereby the thin plate-like portion of the electrolyte layer supported by the main reinforcing ribs can be further reinforced.
[0016]
In the present invention, the electrolyte material may be a known material having oxygen ion conductivity, such as yttria stabilized zirconia (hereinafter abbreviated as “YSZ”), SSZ (scandium stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria). ), LSGM (lanthanum gallate) system, etc. can be used, but is not limited to these.
[0017]
Moreover, NiO-YSZ, Ni-SDC, Pt, etc. can be used as the fuel electrode material. And as an air electrode material, La 1-X Sr X MnO 3 (Hereinafter abbreviated as “LSM”), LCM (La 1-X Ca X MnO 3 ), LSC (La 1-X Sr X CoO 3 ), Pt, etc. can be used, but is not limited to these.
[0019]
The reinforcing rib Is Unlike the electrolyte material of the thin plate part And has electrical conductivity (electron conductivity) Form by material.
As a result, the resistance of the current collecting layer can be reduced, the internal resistance of the entire fuel cell is lowered, and the power generation efficiency is further improved. By selecting an inexpensive material excellent in strength as the material of the reinforcing rib portion, a low-cost cell plate having higher strength can be obtained. In order to suppress internal stress in the electrolyte layer and prevent warping and peeling, it is necessary to select a material having a difference in thermal expansion coefficient within 10%.
[0020]
like this Material with conductivity (electron conductivity) as For example, Ti, Co, Ni, Pt, Ag, or YSZ or CeO in which any mixed metal of these is dispersed can also be used.
[0021]
Furthermore, after forming or firing the electrolyte layer, it is also desirable to subject the electrolyte layer to polishing, if necessary, thereby realizing a thinner electrolyte layer than conventional electrolyte-supported cell plates. Therefore, the resistance overvoltage due to the ohmic resistance of the electrolyte itself is reduced, and the power generation efficiency is further increased.
[0022]
Furthermore, after the thin plate portion of the electrolyte layer is manufactured, a separately manufactured reinforcing rib portion can be joined, so that an optimum molding method corresponding to each material and shape can be adopted. Thus, a thin and durable electrolyte layer can be formed with high accuracy and good yield, and a fuel cell with high power generation efficiency and high reliability is realized.
[0023]
【Example】
Below, the cell board for solid oxide type fuel cells concerning the present invention is explained in detail based on a drawing. In the present invention, a fuel cell plate formed of a solid electrolyte material and provided with a fuel electrode layer on one side and an air electrode layer on the other side of a thin plate-like electrolyte layer provided with reinforcing ribs, and this fuel cell cell A stack of interconnectors that also function as plates and separators is referred to as a fuel cell stack or simply a stack, and a fuel cell stack connected to a current collector and a gas introduction / discharge manifold is referred to as a fuel cell.
[0024]
(First reference Example)
1 (a) and 1 (b) show the present invention. First reference example FIG. 2 is a perspective view and a sectional view of a cell plate for a solid oxide fuel cell according to FIG. reference A fuel cell plate 1 according to an example includes an electrolyte layer 2, a fuel electrode layer 3 formed on one surface (upper surface side in the drawing) of the electrolyte layer 2, and the other surface (lower surface side in the drawing). ) Formed of the air electrode layer 4. The electrolyte layer 2 includes a thin plate-like portion 2a that performs a power generation operation as an electrolyte, and a rib-like frame shape that protrudes toward the air electrode side of the thin plate-like portion 2a and supports the thin plate-like portion 2a. And is integrally formed from a solid oxide material as described later. Then, by stacking such a fuel cell plate 1 and an interconnector 5 as shown in FIG. 3 that functions as a separator for separating fuel gas and air and connects the respective cell plates 1. A fuel cell stack 10 as shown in FIG. 2 is formed.
[0025]
Next, a method for manufacturing such a fuel cell plate 1 will be briefly described.
First, a solid oxide electrolyte material, for example, YSZ powder is integrally formed into a thin plate shape having lattice-shaped reinforcing ribs by pressure molding or isostatic pressing, and then fired to form the thin plate portion 2a. Then, the electrolyte layer 2 including the reinforcing rib 2b that supports the thin plate-like portion 2a is formed. At this time, if the thin plate-like portion 2a of the electrolyte layer 2 is thick and resistance overvoltage due to ohmic resistance becomes a problem, the electrolyte layer 2 is polished and used after reducing the thickness of the portion. You can also. Since the reinforcing rib 2b that retains the strength is formed on the electrolyte layer 2, the thin plate portion 3 can be thinned to about several μm, and the resistance overvoltage can be suppressed.
[0026]
Thereafter, a fuel electrode material made of NiO—YSZ is formed on the fuel electrode side of the electrolyte layer 2, and LSM (La 1-X Sr X MnO 3 The fuel electrode layer 3 and the air electrode layer 4 are formed by applying and firing a slurry containing the air electrode material made of), and the fuel cell plate 1 is obtained.
[0027]
Moreover, the interconnector 5 is La 1-X Mg X CrO 3 It is produced by the same molding and firing separately with a material having heat resistance such as dense, no gas permeability, and conductivity, as shown in FIG. Gas grooves 5a are provided in directions orthogonal to each other. The fuel cell stack 10 is formed by laminating the fuel cell plate 1 and the interconnector 5 having such a structure and functioning also as a gas separator as described above.
[0028]
this reference In the example, the electrolyte layer 2 serving as a support for the electrodes 3 and 4 is composed of a thin plate-like portion 2a responsible for power generation and a reinforcing rib 2b responsible for strength. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the portion that functions as an electrolyte, and it is possible to reduce the resistance overvoltage due to the ohmic resistance of the electrolyte itself, which is a problem with the electrolyte support type. Concentration overvoltage caused by a decrease in the supply rate of the gas to the reaction field, which is a problem due to the thick electrode layer in the mold, can be reduced as in the case of the electrolyte support mold.
[0029]
Also, in conventional electrolyte-supported and electrode-supported fuel cells, when the strength of the cell is increased, the thickness of each support layer (electrolyte or electrode) is increased, so that the power generation performance is reduced. However, in the fuel cell plate 1 according to this embodiment, the portion responsible for the mechanical strength is entrusted to the portion of the reinforcing rib 2b that has little influence on the power generation characteristics. The mechanical strength can be increased with almost no degradation in performance, and the reliability of the fuel cell can be improved at the same time as preventing damage during fabrication.
[0030]
The fuel cell plates 1 are connected to each other by an interconnector 5. The electrical resistance therebetween depends on the contact resistance, that is, the pressing force at the time of connection. In the structure of this embodiment, each cell plate 1 itself is excellent in strength and can be provided with sufficient mechanical strength. Therefore, a sufficient pressing force can be applied to reduce the contact resistance.
[0031]
Furthermore, since the strength of the cell plate 1 is increased by the formation of the reinforcing rib 2b, the area of the electrolyte layer 2 can be increased, and the proportion of auxiliary devices that do not contribute to power generation, such as current collection and manifolds, is also relatively reduced. Therefore, when a fuel cell is configured, the effective power generation ratio can be increased.
[0032]
Also this reference In the cell structure according to the example, since the thin plate-like portion 2a of the electrolyte layer 2 and the reinforcing rib 2b are formed of the same material, the normal temperature state when the fuel cell is operated at 800 to 1000 ° C. or when not operating However, since no distortion due to the difference in thermal expansion occurs, there is no warp or damage due to internal stress.
[0033]
Concerned reference In the example, the frame shape formed by the reinforcing ribs 2b is formed in a square lattice shape, but it is formed in a triangle as shown in FIG. 4A or a hexagon as shown in FIG. 4B. It is also possible to do.
[0034]
(Second reference Example)
5 (a) and 5 (b) show the second of the present invention. reference It is the top view and sectional drawing of the electrolyte layer 2 used for the cell board for solid oxide fuel cells concerning an example, Comprising: reference As in the example, the cell plate is formed by forming the fuel electrode layer 3 on one surface of the electrolyte layer 2 and the air electrode layer 4 on the other surface. The electrolyte layer 2 has a thin plate-like portion 2a that performs a power generation operation as an electrolyte, and protrudes downward from the thin plate-like portion 2a in FIG. 5B to form a lattice-like frame shape. The reinforcing rib 2b is provided with supporting ribs 2b, and the reinforcing ribs 2b include auxiliary ribs 2c that connect the reinforcing ribs 2b in a cross shape and further reinforce the inter-rib portions of the thin plate-like portion 2a.
[0035]
The manufacturing method of such a fuel cell plate 1 is as follows. reference It is basically the same as the example, and the electrolyte material powder is integrally formed into a thin plate shape having lattice-shaped reinforcing ribs and cross-shaped auxiliary ribs by pressure molding or isostatic pressing, and then fired. Thus, the electrolyte layer 2 including the thin plate portion 2a, the reinforcing rib 2b, and the auxiliary rib 2c is formed. Thereafter, the fuel electrode cell plate 1 is obtained by forming the fuel electrode layer 3 and the air electrode layer 4 on both surfaces of the electrolyte layer 2 in the same manner as described above. As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 10 is formed by alternately stacking the fuel cell plate 1 and the interconnector 5.
[0036]
In the fuel cell cell plate 1 including the electrolyte layer 2 having such a structure, the electrolyte layer 2 includes the auxiliary rib 2c in addition to the reinforcing rib 2b, so that the strength can be further increased. Further, the auxiliary rib 2c can be made thinner or thinner than the main body portion of the reinforcing rib 2b. For example, by forming the auxiliary rib 2c thinner than the reinforcing rib 2b, the auxiliary rib 2c is not as thin as the thin plate-like portion 2a. In any case, the power generation function can be performed.
[0037]
(No. 1 Example)
6 (a) and 6 (b) show the first of the present invention. 1 It is the top view and sectional drawing of the electrolyte layer 2 used for the cell board for solid oxide fuel cells concerning the Example of the above, reference As in the example, the cell plate is formed by forming the fuel electrode layer 3 on one surface of the electrolyte layer 2 and the air electrode layer 4 on the other surface.
[0038]
The electrolyte layer 2 according to this example is structurally the first one. reference It is the same as the example, and a thin plate-like portion 2a that performs power generation operation as an electrolyte, and protrudes downward from the thin plate-like portion 2a in FIG. 6 (b) to form a lattice-like frame shape. The reinforcing rib 2b for supporting the shaped portion 2a is provided, but the reinforcing rib 2b is made of a material different from that of the thin plate-like portion 2a.
[0039]
By adopting such a structure, it is possible to select a material with an emphasis on power generation performance without considering strength for the thin plate-like portion 2a of the electrolyte layer, and an expensive electrolyte material for the material of the reinforcing rib 2b. Therefore, it is possible to provide a cheaper fuel cell by using a material that is inexpensive and has an excellent strength without using a material.
[0040]
In this case, if the thermal expansion of the electrolyte material constituting the thin plate-like portion 2a and the material of the reinforcing rib 2b are different, the electrolyte layer 2 is deformed or cracked due to thermal stress based on the temperature rise and fall between the resting temperature and the operating temperature. However, it has been confirmed that such a problem can be substantially avoided if the difference in thermal expansion coefficient between the two is within 10%.
[0041]
Such an electrolyte layer 2 is reference Similarly to the example, it can be produced by integrally molding by pressure molding, isostatic pressing, or the like and then firing. However, when supplying the material to the press die, it is necessary to insert different materials twice.
[0042]
Further, by using a material having conductivity (electron conductivity) as the material of the reinforcing rib 2b, it is possible to reduce the current collecting resistance of the electrode portion and reduce the loss of the entire fuel cell. Also in this case, a secondary support portion may be provided.
[0043]
(No. 2 Example)
7 (a) and 7 (b) show the above 1 It is a perspective view which shows the other manufacturing method of the electrolyte layer 2 used for the cell board for solid oxide fuel cells concerning the Example of this.
That is, in the above-described embodiment, an example in which the thin plate-like portion 2a of the electrolyte layer 2 and the reinforcing rib 2b are integrally formed is shown. However, as shown in FIG. It is also possible to make a part that forms the reinforcing rib 2b separately and then join them.
[0044]
That is, in this embodiment, the thin plate portion 2a made of an electrolyte material is formed into a thin plate shape by a doctor blade method or the like and fired, while the reinforcing rib 2b is separately formed by pressure forming or the like and fired. After producing the thin plate-like portion 2a and the reinforcing rib 2b, the electrolyte slurry is applied to the plate-like thin plate-like portion 2a made of an electrolyte, and the reinforcing rib 2b formed in a frame shape is pasted again. Joining is performed by firing.
[0045]
According to such a method, since the thin plate-like portion 2a of the electrolyte layer 2 and the reinforcing rib 2b can be separately produced, it is very easy to change the respective materials. Further, since the thin plate-like portion 2a and the reinforcing rib 2b can be manufactured by a method most suitable for each material and shape, it can be manufactured with high accuracy and a high yield.
[0046]
In addition to the above embodiments, it is also possible to apply the doctor blade method so that the slurry in the tank flows out through the weir and is directly applied to the mold. An electrolyte layer having a thinner thickness can be formed at once.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, the cell plate for a solid oxide fuel cell according to the present invention is for an electrolyte-supported fuel cell in which an electrolyte layer made of a solid oxide is sandwiched between a fuel electrode layer and an air electrode layer. In the cell plate, the electrolyte layer has a thin plate shape, and includes a reinforcing rib that supports the thin plate electrolyte layer. The reinforcing rib is made of a material different from that of the electrolyte layer, and the difference in thermal expansion coefficient between these materials is within 10%, and the reinforcing rib is made of a material having electronic conductivity. Because it is configured, the part that functions as an electrolyte can be made thin while being an electrolyte support type, and the resistance overvoltage due to the ohmic resistance of the electrolyte itself can be reduced. In addition, the internal stress, warpage, and peeling of the electrolyte layer due to the difference in thermal expansion from the reinforcing ribs can be minimized, while reducing the resistance of the current collector layer and lowering the internal resistance of the entire fuel cell, thereby improving power generation efficiency. Can be further improved, This provides a very excellent effect that a high-performance and highly reliable fuel cell can be obtained.
[0048]
Further, in the method for manufacturing a solid oxide fuel cell plate according to the present invention, the electrolyte layer is molded or fired and then polished, so that a thinner electrolyte layer is realized. The resistance overvoltage due to the ohmic resistance of the electrolyte itself can be reduced, and the power generation efficiency can be further improved. In the manufacturing method according to another embodiment, the thin plate electrolyte layer and the reinforcing rib are separately formed, and after firing one or both of the thin plate electrolyte layer and the reinforcing rib, the slurry is applied and heat-treated. Thus, the electrolyte layer and the reinforcing rib are joined together, so that electrolyte layers made of different materials can be manufactured with high accuracy and high yield.
[0049]
Further, a solid oxide fuel cell stack according to the present invention is configured by laminating the above-described solid oxide fuel cell plate according to the present invention via an interconnector, and the solid oxide fuel cell stack according to the present invention. Since the fuel cell is provided with the solid oxide fuel cell stack, in addition to the high power generation efficiency of each cell plate, the pressing force with the interconnector can be increased, and the contact resistance is reduced. Therefore, it is possible to improve the performance and reliability of the cell stack and the fuel cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) First of the present invention reference It is a perspective view which shows the structure of the cell board for solid oxide fuel cells concerning an example.
(B) It is sectional drawing about the cutting line AA 'in Fig.1 (a).
FIG. 2 is a cross-sectional view of a fuel cell stack in which the cell plates for the solid oxide fuel cell shown in FIG. 1 are stacked.
3 is a perspective view showing a shape of an interconnector used in the fuel cell stack shown in FIG. 2. FIG.
FIGS. 4A and 4B are plan views showing other examples of the shape of the electrolyte layer used in the solid oxide fuel cell according to the present invention. FIGS.
FIGS. 5A and 5B show the second embodiment of the present invention. reference It is the top view and sectional drawing which show the shape of the electrolyte layer used for the cell board for solid oxide fuel cells concerning an example, respectively.
6 (a) and (b) show the first of the present invention. 1 It is the top view and sectional drawing which respectively show the shape of the electrolyte layer used for the cell board for solid oxide fuel cells concerning the Example.
7A and 7B are perspective views for explaining another method of manufacturing the electrolyte layer shown in FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing a structural example of a conventional electrolyte-supported fuel cell.
FIG. 9 is a perspective view showing a structural example of a conventional electrode-supported fuel cell.

Claims (6)

固体酸化物からなる電解質層を燃料極層と空気極層の間に挟持してなる電解質支持型の燃料電池用セル板において、
前記電解質層が薄板状をなし、当該薄板状電解質層を支持する補強リブを備え、
前記電解質層と補強リブが異なる材料から成り、これら材料の熱膨張係数の差が１０％以内であると共に、前記補強リブが電子伝導性を有する材料から成ることを特徴とする固体酸化物型燃料電池用セル板。In the cell plate for an electrolyte-supported fuel cell in which an electrolyte layer made of a solid oxide is sandwiched between a fuel electrode layer and an air electrode layer,
The electrolyte layer has a thin plate shape, and includes a reinforcing rib that supports the thin plate electrolyte layer ,
A solid oxide fuel characterized in that the electrolyte layer and the reinforcing rib are made of different materials, the difference in thermal expansion coefficient between these materials is within 10%, and the reinforcing rib is made of a material having electronic conductivity. Battery cell plate. 前記補強リブが隣接する補強リブ同士を連結して薄板状電解質層の補強リブ間を補強する補助リブを有していることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池用セル板。  2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the reinforcing rib has auxiliary ribs that connect adjacent reinforcing ribs to reinforce between the reinforcing ribs of the thin plate electrolyte layer. Board. 電解質層を成形したのち、もしくは焼成したのちに研磨加工を施すことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物型燃料電池用セル板の製造方法。After forming the electrolyte layer, or method according to claim 1 or 2 solid oxide fuel cell plate according to, characterized in that performing polishing on after firing. 薄板状電解質層と補強リブをそれぞれ別個に成形し、薄板状電解質層と補強リブの一方もしくは両方を焼成した後に、スラリーを塗布して熱処理することにより前記薄板状電解質層と補強リブとを接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物型燃料電池用セル板の製造方法。The thin plate electrolyte layer and the reinforcing rib are separately formed, and after firing one or both of the thin plate electrolyte layer and the reinforcing rib, the thin plate electrolyte layer and the reinforcing rib are joined by applying slurry and heat-treating. method for producing a solid oxide fuel cell plate according to claim 1 or 2, characterized in that. 請求項１又は２に記載の固体酸化物型燃料電池用セル板を、インターコネクタを介して積層してなることを特徴とする固体酸化物型燃料電池スタック。A solid oxide fuel cell stack comprising the cell plates for a solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2 stacked via an interconnector. 請求項５に記載の固体酸化物型燃料電池スタックを備えたことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。A solid oxide fuel cell comprising the solid oxide fuel cell stack according to claim 5 .
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