JP5146631B2 - SUBSTRATE FOR INTERCONNECTOR OF SOLID OXIDE FUEL CELL AND METHOD FOR PRODUCING INTERCONNECTOR OF SOLID OXIDE FUEL CELL - Google Patents

SUBSTRATE FOR INTERCONNECTOR OF SOLID OXIDE FUEL CELL AND METHOD FOR PRODUCING INTERCONNECTOR OF SOLID OXIDE FUEL CELL Download PDF

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材、固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ及びその製造方法、並びにそれらを用いて製造される固体酸化物形燃料電池に関する。   The present invention relates to a substrate for an interconnector of a solid oxide fuel cell, an interconnector of a solid oxide fuel cell, a method for manufacturing the interconnector, and a solid oxide fuel cell manufactured using the same.

固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、電解質と、該電解質を挟み込む燃料極及び空気極という3つの部材を1つの単位とする単電池(セル)が、複数個電気的に接続されて構成されている。これは、固体酸化物形燃料電池に用いられるセルの電圧が、通常、0.7V程度と低いであるためである。   A solid oxide fuel cell (SOFC) is configured by electrically connecting a plurality of unit cells (cells) each composed of an electrolyte and a fuel electrode and an air electrode sandwiching the electrolyte as a unit. ing. This is because the voltage of the cell used in the solid oxide fuel cell is usually as low as about 0.7V.

そして、固体酸化物形燃料電池において、複数のセルを電気的に接続する材料が、インタコネクタである。言い換えると、インタコネクタは、1のセルの燃料極と他のセルの空気極を、電気的に接続している。   In the solid oxide fuel cell, a material that electrically connects a plurality of cells is an interconnector. In other words, the interconnector electrically connects the fuel electrode of one cell and the air electrode of another cell.

従来、固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの材料としては、ランタンクロマイト(LaCrO)が用いられていた。ランタンクロマイトは、電気抵抗が小さいため、インタコネクタの材料として、優れた性質を有しているためである。また、他に、電気抵抗が小さい、固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの材料としては、カルシウムチタネート(CaTiO)が知られている。 Conventionally, lanthanum chromite (LaCrO 3 ) has been used as a material for an interconnector of a solid oxide fuel cell. This is because lanthanum chromite has excellent properties as an interconnector material because of its low electrical resistance. In addition, calcium titanate (CaTiO 3 ) is known as a material for an interconnector of a solid oxide fuel cell having a low electric resistance.

例えば、特許文献1の特開平2−288162号公報又は特許文献2の特開平8−268750号公報には、ランタンクロマイト系のインタコネクタ材料が、特許文献3の特開平11−86887号公報、特許文献4の特開平11−54137号公報又は特許文献5の特開2003−323906号公報には、カルシウムチタネート系のインタコネクタ材料が開示されている。   For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-288162 of Patent Document 1 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-268750 of Patent Document 2, a lanthanum chromite interconnector material is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-86887 of Patent Document 3, Patent Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-54137 of Document 4 or Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2003-323906 of Patent Document 5 discloses a calcium titanate-based interconnector material.

特開平2−288162号公報(請求項)JP-A-2-288162 (Claims) 特開平8−268750号公報(請求項)JP-A-8-268750 (Claims) 特開平11−86887号公報(請求項)JP-A-11-86887 (Claims) 特開平11−54137号公報(請求項)JP-A-11-54137 (Claims) 特開2003−323906号公報(請求項)JP 2003-323906 A (claim)

固体酸化物形燃料電池のインタコネクタは、電気抵抗が小さくなければならない。そして、固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの構造が、緻密であればある程、電気抵抗が小さくなる。従来より、粉末状のランタンクロマイト粒子が基材として用いられていたが、ランタンクロマイト粒子は、焼結する温度が高いため、粉末状のランタンクロマイト粒子の成形体を、1700℃程度と、極めて高温で焼成しなければ、緻密な構造を有するインタコネクタは得られなかった。   The solid oxide fuel cell interconnector must have a low electrical resistance. As the interconnector structure of the solid oxide fuel cell becomes denser, the electrical resistance becomes smaller. Conventionally, powdered lanthanum chromite particles have been used as a base material. However, since lanthanum chromite particles have a high sintering temperature, a compact body of powdered lanthanum chromite particles is about 1700 ° C. and extremely high temperature. Without firing at, an interconnector having a dense structure could not be obtained.

近年、固体酸化物形燃料電池においては、多孔質構造の燃料極又は空気極を有する固体酸化物形燃料電池用セルが主流となっている。これは、三相界面を増加させるためである。そして、通常、電解質及び燃料極は、粉末状の金属酸化物粒子の成形体を1400℃程度で焼成することにより、また、空気極は、粉末状の金属酸化物粒子の成形体を1200℃程度で焼成することにより作成される。   In recent years, in solid oxide fuel cells, cells for a solid oxide fuel cell having a porous fuel electrode or air electrode have become mainstream. This is to increase the three-phase interface. In general, the electrolyte and the fuel electrode are obtained by firing a powdered metal oxide particle compact at about 1400 ° C., and the air electrode is a powder metal oxide particle compact approximately 1200 ° C. It is created by baking with.

ところが、1の固体酸化物形燃料電池用セルの燃料極と、他の1の固体酸化物形燃料電池用セルの空気極を、インタコネクタで接続するために、1700℃程度の高温で焼成すると、該燃料極及び該空気極を構成する金属酸化物が焼結してしまうので、多孔質構造が壊れ、三相界面の量が少なくなり、その結果、燃料電池の出力が低下してしまう。つまり、従来のように、粉末状のランタンクロマイト粒子をインタコネクタ用基材として用いたのでは、燃料電池の出力が低下するという問題があった。   However, when the fuel electrode of one solid oxide fuel cell and the air electrode of another solid oxide fuel cell are interconnected by an interconnector, firing is performed at a high temperature of about 1700 ° C. Since the metal oxide constituting the fuel electrode and the air electrode is sintered, the porous structure is broken and the amount of the three-phase interface is reduced, resulting in a decrease in the output of the fuel cell. That is, when powdered lanthanum chromite particles are used as a substrate for an interconnector as in the prior art, there is a problem that the output of the fuel cell is reduced.

そのため、固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの材料としては、金属酸化物ではなく、金属が用いられているというのが現状であった。しかし、インタコネクタの材料として金属を用いたのでは、低温作動を余儀なくされるので、結果、燃料電池の出力が低くなってしまうという問題が生じていた。   For this reason, the current state of the art is that metal is used instead of metal oxide as the material for the interconnector of the solid oxide fuel cell. However, the use of metal as the interconnector material necessitates low-temperature operation, resulting in a problem that the output of the fuel cell is lowered.

また、他の手段として、ランタンクロマイトへの種々の元素の添加、あるいは、ランタンクロマイト以外の物質への変更等が行なわれているものの、上記問題の解決には至っていない。   As other means, addition of various elements to lanthanum chromite or change to a substance other than lanthanum chromite has been performed, but the above problem has not been solved.

従って、本発明の課題は、電気抵抗が小さく且つ1400℃程度の温度で焼成することにより製造される固体酸化物形燃料電池のインタコネクタを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an interconnector for a solid oxide fuel cell that has a low electrical resistance and is manufactured by firing at a temperature of about 1400 ° C.

本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、アモルファス状態の金属酸化物前駆体粒子は、その粒子表面が極めて活性なため、結晶構造を有する金属酸化物粒子に比べ、低温で焼結することを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-described problems in the prior art, the present inventors have found that the metal oxide precursor particles in an amorphous state have a crystal structure because the particle surface is extremely active. It has been found that sintering is performed at a lower temperature than the particles, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明(1)は、金属又は金属塩を300〜900℃で酸化して得られる平均粒径が0.01〜1μmのアモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子からなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材を提供するものである。 That is, the present invention (1) is composed of powdered metal oxide precursor particles having an average particle diameter of 0.01 to 1 μm obtained by oxidizing a metal or metal salt at 300 to 900 ° C. The present invention provides a substrate for an interconnector of a solid oxide fuel cell.

また、本発明()は、金属又は金属塩を300〜900℃で酸化することにより、平均粒径が0.01〜1μmのアモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を得、次いで、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を成形し、次いで、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成して固体酸化物形燃料電池のインタコネクタを得ることを特徴とする固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの製造方法を提供するものである。 Moreover, this invention ( 2 ) obtains the powder-form metal oxide precursor particle | grains which are amorphous whose average particle diameter is 0.01-1 micrometer by oxidizing a metal or a metal salt at 300-900 degreeC, The amorphous powdery metal oxide precursor particles are molded, and then the amorphous powdered metal oxide precursor particles are fired to form a solid oxide fuel cell interconnector. The present invention provides a method for manufacturing an interconnector for a solid oxide fuel cell.

本発明によれば、電気抵抗が小さく且つ1400℃程度の温度で焼成することにより製造される固体酸化物形燃料電池のインタコネクタを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the interconnector of the solid oxide fuel cell manufactured by baking at the temperature of about 1400 degreeC with low electrical resistance can be provided.

本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材は、アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子からなる。つまり、該粉末状の金属酸化物前駆体粒子は、特定の結晶構造を有さない粒子、すなわち、アモルファスの粒子である。   The substrate for an interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention comprises powdered metal oxide precursor particles that are amorphous. That is, the powdered metal oxide precursor particles are particles that do not have a specific crystal structure, that is, amorphous particles.

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子は、焼成時に酸化されることにより、特定の結晶構造を有する金属酸化物に変化する。すなわち、該粉末状の金属酸化物前駆体粒子は、金属酸化物の前駆体である。該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子に係る金属酸化物は、通常、固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの製造に用いられる金属酸化物であればよく、ランタン(La)、クロム(Cr)、ストロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、チタン(Ti)、セリウム(Ce)、ビスマス(Bi)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、スカンジウム(Sc)、サマリウム(Sm)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、ガリウム(Ga)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、ケイ素(Si)、ガドリニウム(Gd)、イッテルビウム(Yb)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、プラセオジウム(Pr)及びバリウム(Ba)から選ばれる1種又は2種以上の金属の酸化物である。従って、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子は、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子に係る金属酸化物の前駆体である。   The amorphous powdery metal oxide precursor particles are oxidized into a metal oxide having a specific crystal structure when oxidized. That is, the powdered metal oxide precursor particles are metal oxide precursors. The metal oxide related to the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous is usually a metal oxide used in the production of an interconnector of a solid oxide fuel cell, such as lanthanum (La), chromium. (Cr), strontium (Sr), calcium (Ca), titanium (Ti), cerium (Ce), bismuth (Bi), yttrium (Y), zirconium (Zr), scandium (Sc), samarium (Sm), aluminum (Al), magnesium (Mg), gallium (Ga), niobium (Nb), tantalum (Ta), silicon (Si), gadolinium (Gd), ytterbium (Yb), iron (Fe), cobalt (Co), nickel It is an oxide of one or more metals selected from (Ni), praseodymium (Pr) and barium (Ba). Therefore, the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous are metal oxide precursors related to the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous.

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子に係る金属酸化物としては、具体的には、ランタンクロマイト、ランタンカルシウムクロマイト、ランタンストロンチウムクロマイト、ランタンカルシウムストロンチウムクロマイト、カルシウムチタネート、カルシウムセリウムチタネート、カルシウムビスマスチタネート、カルシウムセリウムビスマスチタネート、ランタンマグネシウムチタネート、ランタンストロンチウムチタネート、ランタンバリウムチタネート、マグネシウムチタネート、ストロンチウムチタネート、バリウムチタネート等が挙げられる。これらのうち、ランタンクロマイト、ランタンカルシウムクロマイト、ランタンストロンチウムクロマイト、ランタンカルシウムストロンチウムクロマイト、カルシウムチタネート、カルシウムセリウムチタネートが、電気抵抗が小さい点で好ましい。   Specific examples of the metal oxide related to the powdery metal oxide precursor particles that are amorphous include lanthanum chromite, lanthanum calcium chromite, lanthanum strontium chromite, lanthanum calcium strontium chromite, calcium titanate, calcium cerium titanate, calcium Bismuth titanate, calcium cerium bismuth titanate, lanthanum magnesium titanate, lanthanum strontium titanate, lanthanum barium titanate, magnesium titanate, strontium titanate, barium titanate and the like can be mentioned. Among these, lanthanum chromite, lanthanum calcium chromite, lanthanum strontium chromite, lanthanum calcium strontium chromite, calcium titanate, and calcium cerium titanate are preferable in terms of low electrical resistance.

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子に係る金属酸化物は、下記一般式(1):
La(1−x1)(x1)Cr(1−y1)Mg(y1) (1)
(式中、AはCa又はSrを示し、x1は0〜0.5であり、y1は0〜0.15である。)
で表されるランタンクロマイト、又は下記一般式(2):
(1−x2)(x2)Ti(1−y2)(y2) (2)
(式中、Dはアルカリ土類金属、Mg、Ca、Sr又はBaを示し、EはLa、Ce、Sm、Pr、Gd、Y又はScを示し、GはNb又はTaを示し、x2は0〜0.8であり、y2は0〜0.2である。)
で表されるチタネートが、電気抵抗が小さい点で好ましい。なお、前記式(1)中、Aは、Ca及びSrの組み合わせでもよく、また、前記式(2)中、Dは、アルカリ土類金属、Mg、Ca、Sr及びBaのうちの2種以上の組み合わせでもよく、Eは、La、Ce、Sm、Pr、Gd、Y及びScのうちの2種以上の組み合わせでもよく、Gは、Nb及びTaの組み合わせでもよい。Aが、Ca及びSrの組み合わせの場合、x1の値は、Ca及びSrの合計の値である。Dが、アルカリ土類金属、Mg、Ca、Sr及びBaのうちの2種以上の組み合わせの場合、1−x2の値は、アルカリ土類金属、Mg、Ca、Sr及びBaの合計の値であり、Eが、La、Ce、Sm、Pr、Gd、Y及びScのうちの2種以上の組み合わせの場合、x2の値は、La、Ce、Sm、Pr、Gd、Y及びScの合計の値であり、Gが、Nb及びTaの組み合わせの場合、y2の値は、Nb及びTaの合計の値である。
The metal oxide relating to the powdery metal oxide precursor particles that are amorphous is represented by the following general formula (1):
La (1-x1) A ( x1) Cr (1-y1) Mg (y1) O 3 (1)
(In the formula, A represents Ca or Sr, x1 is 0 to 0.5, and y1 is 0 to 0.15.)
Lanthanum chromite represented by the following general formula (2):
D (1-x2) E ( x2) Ti (1-y2) G (y2) O 3 (2)
(In the formula, D represents an alkaline earth metal, Mg, Ca, Sr or Ba, E represents La, Ce, Sm, Pr, Gd, Y or Sc, G represents Nb or Ta, and x2 represents 0. -0.8 and y2 is 0-0.2.)
The titanate represented by these is preferable at a point with small electrical resistance. In the formula (1), A may be a combination of Ca and Sr. In the formula (2), D is two or more of alkaline earth metals, Mg, Ca, Sr and Ba. E may be a combination of two or more of La, Ce, Sm, Pr, Gd, Y and Sc, and G may be a combination of Nb and Ta. When A is a combination of Ca and Sr, the value of x1 is the total value of Ca and Sr. When D is a combination of two or more of alkaline earth metals, Mg, Ca, Sr and Ba, the value of 1-x2 is the total value of alkaline earth metals, Mg, Ca, Sr and Ba Yes, when E is a combination of two or more of La, Ce, Sm, Pr, Gd, Y and Sc, the value of x2 is the sum of La, Ce, Sm, Pr, Gd, Y and Sc When G is a combination of Nb and Ta, the value of y2 is the total value of Nb and Ta.

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の平均粒径は、0.01〜1μm、好ましくは0.05〜0.1μmである。なお、本発明において、平均粒径は、レーザー回折散乱法による粒度分布測定により測定される値である。   The average particle diameter of the powdery metal oxide precursor particles which are amorphous is 0.01 to 1 μm, preferably 0.05 to 0.1 μm. In the present invention, the average particle diameter is a value measured by particle size distribution measurement by a laser diffraction scattering method.

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を製造する方法について説明する。例えば、ランタンカルシウムクロマイトの場合、硝酸ランタン、硝酸カルシウム及び硝酸クロムの混合物を1000℃程度以上の温度で酸化すると、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子が得られる。一方、硝酸ランタン、硝酸カルシウム及び硝酸クロムの混合物を、300〜900℃程度の温度で酸化すると、結晶構造を有さない、すなわち、アモルファス状態の粒子が得られる。つまり、金属又は金属塩を酸化する際の酸化温度により、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子が得られる場合と、アモルファス状態の粒子が得られる場合がある。   A method for producing the amorphous powdered metal oxide precursor particles will be described. For example, in the case of lanthanum calcium chromite, when a mixture of lanthanum nitrate, calcium nitrate and chromium nitrate is oxidized at a temperature of about 1000 ° C. or higher, metal oxide particles having a specific crystal structure are obtained. On the other hand, when a mixture of lanthanum nitrate, calcium nitrate and chromium nitrate is oxidized at a temperature of about 300 to 900 ° C., particles having no crystal structure, that is, amorphous particles are obtained. That is, there are cases where metal oxide particles having a specific crystal structure are obtained and particles in an amorphous state are obtained depending on the oxidation temperature at the time of oxidizing the metal or metal salt.

なお、金属酸化物粒子が特定の結晶構造を有しているか、あるいは、アモルファス状態の粒子であるかについては、X線回折分析により確認することができる。金属酸化物粒子が特定の結晶構造を有している場合には、X線回折分析チャートには、結晶構造の存在を示すシャープなピークが見られるが、一方、アモルファス状態の粒子である場合には、X線回折分析チャートには、明確なピークが見られないか、又はブロードな幅の広いピークが見られる。   Whether the metal oxide particles have a specific crystal structure or are amorphous particles can be confirmed by X-ray diffraction analysis. When the metal oxide particles have a specific crystal structure, the X-ray diffraction analysis chart shows a sharp peak indicating the presence of the crystal structure, but on the other hand, when the particles are amorphous. In the X-ray diffraction analysis chart, a clear peak is not seen, or a broad broad peak is seen.

つまり、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子は、金属又は金属塩を酸化することにより製造されるが、その際の酸化温度を、アモルファスの粒子が生成する温度範囲内で設定することにより、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子が製造される。言い換えると、該酸化温度が高過ぎると、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子が生成するので、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子は、金属又は金属塩が酸化される温度であり、且つ特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子が生成する温度よりも低い温度を、該酸化温度とすることにより製造される。   That is, the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous are produced by oxidizing a metal or metal salt, and the oxidation temperature at that time is set within a temperature range in which amorphous particles are generated. As a result, the amorphous powdery metal oxide precursor particles are produced. In other words, if the oxidation temperature is too high, metal oxide particles having a specific crystal structure are generated. Therefore, the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous are at a temperature at which the metal or metal salt is oxidized. And a temperature lower than the temperature at which metal oxide particles having a specific crystal structure are formed is used as the oxidation temperature.

このアモルファスの粒子が生成する温度範囲は、金属酸化物の種類により異なるため、金属又は金属塩を酸化する際の酸化温度は、金属酸化物の種類毎にそれぞれ選択される。該酸化温度の選択方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。先ず、金属又は金属塩を、酸化温度が異なる数種の酸化条件で酸化して生成物を得る。次いで、得られた生成物のそれぞれをX線回折分析により分析する。次いで、酸化温度と、得られたX線回折チャートのピークとの関係を求め、アモルファスの粒子が生成する酸化温度範囲と、特定の結晶構造を有する金属酸化物が生成する酸化温度範囲とを把握する。そして、このようにして把握したアモルファスの粒子が生成する酸化温度範囲から、該金属又は金属塩を酸化する際の酸化温度を選択する。   Since the temperature range in which the amorphous particles are generated varies depending on the type of metal oxide, the oxidation temperature when oxidizing the metal or metal salt is selected for each type of metal oxide. Examples of the method for selecting the oxidation temperature include the following methods. First, a metal or metal salt is oxidized under several oxidation conditions with different oxidation temperatures to obtain a product. Each of the resulting products is then analyzed by X-ray diffraction analysis. Next, the relationship between the oxidation temperature and the peak of the obtained X-ray diffraction chart is obtained, and the oxidation temperature range in which amorphous particles are generated and the oxidation temperature range in which a metal oxide having a specific crystal structure is generated are grasped. To do. And the oxidation temperature at the time of oxidizing this metal or metal salt is selected from the oxidation temperature range which the amorphous particle | grains grasp | ascertained in this way produce | generate.

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を得るための、該金属又は金属塩を酸化する際の酸化温度は、300〜900℃であり、所要エネルギーが少ない点で、300〜800℃が好ましい。   The oxidation temperature when oxidizing the metal or metal salt to obtain the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous is 300 to 900 ° C., and 300 to 800 ° C. in that the required energy is low. Is preferred.

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を製造する方法の形態例としては、分散液調製工程及び噴霧熱分解工程を有するアモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の製造方法が挙げられる。   As an example of a method for producing the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous, there is a method for producing powdered metal oxide precursor particles that are amorphous having a dispersion preparation step and a spray pyrolysis step. Can be mentioned.

先ず、該分散液調製工程について説明する。該分散液調製工程は、金属塩を含有する分散液を調製する工程である。   First, the dispersion preparation step will be described. The dispersion preparation step is a step of preparing a dispersion containing a metal salt.

該金属塩は、ランタン、クロム、ストロンチウム、カルシウム、チタン、セリウム、ビスマス、イットリウム、ジルコニウム、スカンジウム、サマリウム、アルミニウム、マグネシウム、ガリウム、ニオブ、タンタル、ケイ素、ガドリニウム、イッテルビウム、鉄、コバルト、ニッケル、プラセオジウム及びバリウムから選ばれる1種又は2種以上の金属の塩である。該金属塩としては、特に制限されず、例えば、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、塩化物塩等が挙げられ、更に具体的には、硝酸ランタン、硝酸クロム、硝酸カルシウム、炭酸ランタン、炭酸ストロンチウム、塩化カルシウム、塩化チタン等が挙げられる。また、該金属塩は、金属種が同種である2種以上の金属塩の組み合わせであっても、金属種が異なる2種以上の金属塩の組合わせであってもよい。 The metal salt is lanthanum, chromium, strontium, calcium, titanium, cerium, bismuth, yttrium, zirconium, scandium, samarium, aluminum, magnesium, gallium, niobium, tantalum, silicon, gadolinium, ytterbium, iron, cobalt, nickel, praseodymium. And one or more metal salts selected from barium. The metal salt is not particularly limited and includes, for example, carbonate, sulfate, nitrate, chloride salt, and more specifically, lanthanum nitrate, chromium nitrate, calcium nitrate, lanthanum carbonate, strontium carbonate, Examples include calcium chloride and titanium chloride. The metal salt may be a combination of two or more metal salts having the same metal species, or a combination of two or more metal salts having different metal species.

該分散液中、該金属塩は、分散媒に溶解した水溶液として存在していてもよく、あるいは、固体のまま該分散媒に分散した懸濁状態で存在していてもよい。なお、該金属塩が水に溶解し難い場合、酸を加えて、該金属塩を溶解させることもできる。   In the dispersion, the metal salt may exist as an aqueous solution dissolved in a dispersion medium, or may exist in a suspended state dispersed in the dispersion medium as a solid. When the metal salt is difficult to dissolve in water, an acid can be added to dissolve the metal salt.

該分散液中の該金属塩の含有量は、0.001〜100mol/L、好ましくは0.001〜10mol/L、特に好ましくは0.01〜10mol/Lである。   The content of the metal salt in the dispersion is 0.001 to 100 mol / L, preferably 0.001 to 10 mol / L, particularly preferably 0.01 to 10 mol / L.

また、該分散液中の該金属塩の含有量により、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の粒径が変化するので、該金属塩の含有量を適宜選択することにより、得られるアモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の平均粒径を制御することができる。   In addition, since the particle size of the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous changes depending on the content of the metal salt in the dispersion, it can be obtained by appropriately selecting the content of the metal salt. The average particle diameter of the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous can be controlled.

該分散液を調製する方法としては、特に制限されず、例えば、該金属塩を水に溶解させ、該金属塩を含有する水溶液を得る方法が挙げられる。   The method for preparing the dispersion is not particularly limited, and examples thereof include a method in which the metal salt is dissolved in water to obtain an aqueous solution containing the metal salt.

次に、該噴霧熱分解工程について説明する。該噴霧熱分解工程は、該分散液を加熱炉に噴霧し、アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を得る工程であるが、該噴霧熱分解工程では、該加熱炉の温度を、アモルファスである金属酸化物前駆体粒子が生成する温度にする。そして、該噴霧熱分解工程では、該分散液の液滴を、該加熱炉に噴霧することにより、該分散液の液滴中の水が蒸発すると共に、該分散液の液滴中の該金属塩が酸化される。   Next, the spray pyrolysis step will be described. The spray pyrolysis step is a step of spraying the dispersion liquid to a heating furnace to obtain powdered metal oxide precursor particles that are amorphous. In the spray pyrolysis step, the temperature of the heating furnace is set as follows: The temperature is such that amorphous metal oxide precursor particles are generated. In the spray pyrolysis step, the dispersion liquid droplets are sprayed onto the heating furnace to evaporate water in the dispersion liquid droplets, and the metal in the dispersion liquid droplets. The salt is oxidized.

該分散液を加熱炉に噴霧する方法としては、特に制限されず、例えば、該分散液をポンプで加圧し、ノズルの先から該分散液の液滴を噴霧する方法、超音波噴霧素子による方法、回転可能な円盤上に該分散液の液滴を置き、遠心力で該液滴を飛ばす方法が挙げられる。   The method for spraying the dispersion liquid on the heating furnace is not particularly limited. For example, the dispersion liquid is pressurized with a pump and the droplets of the dispersion liquid are sprayed from the tip of a nozzle, or the method using an ultrasonic spray element. And a method of placing a droplet of the dispersion on a rotatable disk and flying the droplet by centrifugal force.

該加熱炉は、1段の加熱炉であっても、それぞれ設定温度が異なる複数の加熱炉を連結させた多段の加熱炉であってもよい。   The heating furnace may be a single-stage heating furnace or a multi-stage heating furnace in which a plurality of heating furnaces having different set temperatures are connected.

該加熱炉の温度は、該金属塩を構成する金属の種類により、適宜選択される。該加熱炉の選択方法は、該加熱炉の温度を種々変えて、該噴霧熱分解工程を行い、生成物のX線回折チャートから、アモルファス状態の粒子が得られる温度範囲を見つけ、その温度範囲内から、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の製造方法に係る該加熱炉の温度を選択する。言い換えると、該加熱炉の温度が高過ぎると、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子が生成するので、該金属塩が酸化される温度であり、且つ特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子が生成する温度よりも低い温度を、該加熱炉の温度とする。   The temperature of the heating furnace is appropriately selected depending on the type of metal constituting the metal salt. The method for selecting the heating furnace is to change the temperature of the heating furnace, perform the spray pyrolysis step, find the temperature range in which amorphous particles can be obtained from the X-ray diffraction chart of the product, and the temperature range The temperature of the heating furnace according to the method for producing the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous is selected from the inside. In other words, when the temperature of the heating furnace is too high, metal oxide particles having a specific crystal structure are generated. Therefore, the metal oxide particles having a specific crystal structure are at a temperature at which the metal salt is oxidized. The temperature lower than the temperature at which is generated is defined as the temperature of the heating furnace.

そして、該加熱炉を通過した粒子はフィルター等を用いて捕集され該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子が得られる。   And the particle | grains which passed this heating furnace are collected using a filter etc., and the powdery metal oxide precursor particle | grains which are this amorphous are obtained.

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子は、表面の活性が高いので、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子に比べ、焼結性が高い。   The amorphous powdered metal oxide precursor particles have high surface activity, and therefore have higher sinterability than metal oxide particles having a specific crystal structure.

本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタは、2以上の固体酸化物形燃料電池用セルを接続するために、1の固体酸化物形燃料電池用セルの燃料極と他の1の固体酸化物形燃料電池用セルの空気極の間に形成される。本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの形態例を、図1を参照して説明する。図1は、本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタを有する固体酸化物形燃料電池の模式的な断面図である。図1中、燃料極1a、電解質2a及び空気極3aからなる固体酸化物形燃料電池用セル4aと、燃料極1b、電解質2b及び空気極3bからなる固体酸化物形燃料電池用セル4bが、インタコネクタにより電気的に接続される固体酸化物形燃料電池用セルである(1−1)。先ず、該固体酸化物形燃料電池用セル4aの該燃料極1aの表面に、アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を含有するスラリー5を塗布し、層状に成形する(1−2)。次いで、該スラリー5の成形体が形成された該固体酸化物形燃料電池用セル4aを乾燥した後、該スラリー5の乾燥成形体6に、該固体酸化物形燃料電池用セル4bの該空気極3bを接触させ、該乾燥成形体6と該空気極3bを接触させたまま、該固体酸化物形燃料電池用セル4a及び4bを焼成する(1−3及び1−4)。そして、該焼成により、該乾燥成形体6中のアモルファスである金属酸化物前駆体粒子同士が焼結して、緻密な構造を有するインタコネクタ7が得られると共に、該乾燥成形体6中のアモルファスである金属酸化物前駆体粒子と、該燃料極1a又は該空気極3bが焼結して、該インタコネクタ7が、該燃料極1a及び該空気極3bに、電気的に接続する(1−5)。また、該焼成により、該アモルファスである金属酸化物前駆体粒子は、特定の結晶構造を有する金属酸化物になる。   In order to connect two or more solid oxide fuel cell cells, the solid oxide fuel cell interconnector of the present invention is connected to the fuel electrode of one solid oxide fuel cell cell and another solid electrode. It is formed between the air electrodes of the oxide fuel cell. An embodiment of the interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a solid oxide fuel cell having an interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention. In FIG. 1, a solid oxide fuel cell 4a composed of a fuel electrode 1a, an electrolyte 2a and an air electrode 3a, and a solid oxide fuel cell 4b composed of a fuel electrode 1b, an electrolyte 2b and an air electrode 3b, This is a cell for a solid oxide fuel cell that is electrically connected by an interconnector (1-1). First, slurry 5 containing powdered metal oxide precursor particles that are amorphous is applied to the surface of the fuel electrode 1a of the solid oxide fuel cell 4a, and formed into a layer (1-2). ). Next, after drying the solid oxide fuel cell 4a on which the molded body of the slurry 5 is formed, the air of the solid oxide fuel cell 4b is formed on the dried molded body 6 of the slurry 5. The electrode 3b is brought into contact, and the solid oxide fuel cell 4a and 4b are fired while the dry molded body 6 and the air electrode 3b are in contact with each other (1-3 and 1-4). And by this baking, the metal oxide precursor particles which are amorphous in the dry molded body 6 are sintered to obtain an interconnector 7 having a dense structure, and the amorphous material in the dry molded body 6 is also obtained. The metal oxide precursor particles and the fuel electrode 1a or the air electrode 3b are sintered, and the interconnector 7 is electrically connected to the fuel electrode 1a and the air electrode 3b (1- 5). Further, by the firing, the amorphous metal oxide precursor particles become a metal oxide having a specific crystal structure.

このようにして、該固体酸化物形燃料電池用セル4aの該燃料極1aと、該固体酸化物形燃料電池用セル4bの該空気極3bが、該インタコネクタ7により電気的に接続されて、固体酸化物形燃料電池10が製造される。   In this way, the fuel electrode 1a of the solid oxide fuel cell 4a and the air electrode 3b of the solid oxide fuel cell 4b are electrically connected by the interconnector 7. The solid oxide fuel cell 10 is manufactured.

すなわち、本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタは、アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を成形し、次いで、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成して得られる固体酸化物形燃料電池用インタコネクタである。   That is, the interconnector of the solid oxide fuel cell according to the present invention forms amorphous powdery metal oxide precursor particles, and then forms the amorphous powdered metal oxide precursor particles. Is a solid oxide fuel cell interconnector obtained by firing

本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタに係るアモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子は、前記本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材に係るアモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子と同様である。   The powdered metal oxide precursor particles that are amorphous according to the interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention are amorphous powders that are related to the substrate for an interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention. The same as the metal oxide precursor particles.

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を成形する方法としては、例えば、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を含有するスラリーを調製し、次いで、得られたスラリーを用いて、スクリーン印刷法、ドクタープレート法等により該スラリーの膜を形成させ、必要に応じて、乾燥することにより、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を成形する方法が挙げられる。この場合、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を含有するスラリーは、他に、ポリビニルブチラール樹脂、エチルセルロース等のバインダー成分、フタル酸ジ−n−ブチル等の可塑剤成分、ノニオン系分散剤等の分散剤成分、オクチルフェニルエーテル等の消泡剤成分を含有することができる。そして、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を含有するスラリーは、有機溶剤、アルコール、油等の溶媒に、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を混合し、更に、必要に応じて、該バインダー成分、該可塑剤成分、該分散剤成分、該消泡剤成分等を混合し、攪拌等を行ない、これらの成分を該溶媒に分散又は溶解させることにより調製される。   As a method for forming the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous, for example, a slurry containing the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous is prepared, and then the obtained slurry is And a method of forming the amorphous powdery metal oxide precursor particles by forming a film of the slurry by a screen printing method, a doctor plate method, or the like, and drying if necessary. . In this case, the slurry containing the powdered metal oxide precursor particles which are amorphous, includes a binder component such as polyvinyl butyral resin and ethyl cellulose, a plasticizer component such as di-n-butyl phthalate, and a nonionic type. A dispersant component such as a dispersant and an antifoam component such as octylphenyl ether can be contained. The slurry containing the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous is mixed with the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous in a solvent such as an organic solvent, alcohol, oil, and the like. If necessary, the binder component, the plasticizer component, the dispersant component, the antifoaming agent component, etc. are mixed, stirred, etc., and these components are dispersed or dissolved in the solvent. The

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を含有するスラリー中の該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の含有量は、好ましくは10〜80質量%、特に好ましくは40〜60質量%である。   The content of the amorphous powdery metal oxide precursor particles in the slurry containing the amorphous powdery metal oxide precursor particles is preferably 10 to 80% by mass, particularly preferably 40 to 40% by mass. 60% by mass.

また、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を成形する方法としては、他には、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子をプレス成形して、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を成形する方法が挙げられる。該プレス成形は、例えば、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を、金型に入れ、10〜200MPa程度、好ましくは50〜100MPa程度の荷重を加えてプレスすることにより行なわれる。   In addition, as a method of molding the amorphous powdered metal oxide precursor particles, the amorphous powdered metal oxide precursor particles are press-molded, and the amorphous powder The method of shape | molding the shape-like metal oxide precursor particle | grains is mentioned. The press molding is performed, for example, by placing the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous into a mold and applying a load of about 10 to 200 MPa, preferably about 50 to 100 MPa.

次いで、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成することにより、該成形体中のアモルファスである金属酸化物前駆体粒子同士が焼結すると共に、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子に変化して、固体酸化物形燃料電池のインタコネクタが得られる。そして、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成する際の焼成温度は、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子が、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子に変化する温度以上である。   Next, by firing the amorphous powdered metal oxide precursor particle compact, the amorphous metal oxide precursor particles in the compact are sintered together, and a specific crystal structure is obtained. The solid oxide fuel cell interconnector is obtained by changing to the metal oxide particles. The firing temperature when firing the amorphous powdered metal oxide precursor particle compact is such that the amorphous powdered metal oxide precursor particle is a metal oxide having a specific crystal structure. It is above the temperature at which it changes to physical particles.

該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子が、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子に変化する温度は、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子に係る金属酸化物の種類により異なる。また、焼成温度が高すぎると、本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタにより接続される燃料極又は空気極が焼結し易くなるので、三相界面の量が少なくなり易い。そのため、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成する際の焼成温度は、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子に係る金属酸化物の種類、及び本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタにより接続される燃料極又は空気極の種類若しくは焼成温度を考慮して、適宜選択される。なお、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子が、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子に変化する温度範囲は、焼成温度を種々変化させた焼成条件で焼成を行い、焼成温度と、得られたX線回折チャートのピーク強度との関係を求め、該成形体中のアモルファスである金属酸化物前駆体粒子が、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子に変化する温度範囲を、把握することにより求められる。   The temperature at which the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous changes to metal oxide particles having a specific crystal structure is the temperature of the metal oxide that is related to the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous. It depends on the type. On the other hand, if the firing temperature is too high, the fuel electrode or air electrode connected by the interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention is easily sintered, and the amount of the three-phase interface tends to be reduced. Therefore, the firing temperature when firing the molded body of the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous is the type of the metal oxide related to the amorphous powdered metal oxide precursor particles, and the present It is appropriately selected in consideration of the type or firing temperature of the fuel electrode or air electrode connected by the interconnector of the solid oxide fuel cell of the invention. The temperature range in which the amorphous powdered metal oxide precursor particles change to metal oxide particles having a specific crystal structure is obtained by firing under firing conditions in which the firing temperature is variously changed. And the peak intensity of the obtained X-ray diffraction chart, the temperature range in which the metal oxide precursor particles that are amorphous in the molded body change to metal oxide particles having a specific crystal structure is determined. , Is required by grasping.

そして、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成する際の焼成温度が、
(i)該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子が、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子に変化する温度以上であり、
且つ(ii)本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタにより接続される燃料極及び空気極の焼成温度のうち高い方の焼成温度以下である、
ことが、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成する際に、該燃料極及び該空気極の多孔質構造が、壊れ難くなる点で好ましい。具体例を示すと、例えば、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子が、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子に変化する温度が1000℃以上、燃料極の焼成温度が1400℃、空気極の焼成温度が1200℃の場合、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成する際の焼成温度を、1000℃以上1400℃以下とすることが好ましい。
And the firing temperature at the time of firing the compact of the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous,
(I) The temperature of the amorphous powdered metal oxide precursor particles is not lower than the temperature at which the powdered metal oxide precursor particles change to metal oxide particles having a specific crystal structure,
And (ii) not higher than the firing temperature of the fuel electrode and the air electrode connected by the interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention,
It is preferable in that the porous structure of the fuel electrode and the air electrode is difficult to break when the molded body of powdered metal oxide precursor particles that are amorphous is fired. Specifically, for example, the temperature at which the amorphous powdered metal oxide precursor particles change to metal oxide particles having a specific crystal structure is 1000 ° C. or higher, and the firing temperature of the fuel electrode is 1400 ° C. When the firing temperature of the air electrode is 1200 ° C., the firing temperature when firing the amorphous powdered metal oxide precursor particle compact is preferably 1000 ° C. or more and 1400 ° C. or less.

固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの焼成を、電極の焼成と同時に行う方法としては、
(1)先に、未焼成の燃料極の成形体、未焼成の空気極の成形体及び未焼成のインタコネクタ基材の成形体が、所定の位置に形成された成形体を得、次いで、該成形体を焼成する場合、すなわち、燃料極、空気極及びインタコネクタを同時に焼成する方法、
(2)先に、燃料極を焼成しておき、次いで、焼成された燃料極、未焼成の空気極の成形体及び未焼成のインタコネクタ基材の成形体が、所定の位置に形成された成形体を得、次いで、該成形体を焼成する場合、すなわち、空気極及びインタコネクタを同時に焼成する方法、
がある。そして、固体酸化物形燃料電池用セルの燃料極の焼成温度は、通常1300〜1400℃であり、空気極の焼成温度は、通常1100〜1300℃であるので、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成する際の焼成温度が、前記(1)の方法では、燃料極の焼成温度以下であることが好ましく、前記(2)の方法では、空気極の焼成温度以下であることが好ましい。
As a method of firing the interconnector of the solid oxide fuel cell simultaneously with the firing of the electrode,
(1) First, a green body of a fuel electrode, a green body of an air electrode, and a green body of an interconnector base material are formed at predetermined positions. When firing the molded body, that is, a method of firing the fuel electrode, the air electrode and the interconnector simultaneously,
(2) First, the fuel electrode was fired, and then the fired fuel electrode, the unfired air electrode molded body, and the unfired interconnector base material molded body were formed at predetermined positions. A method of obtaining a molded body and then firing the molded body, that is, a method of simultaneously firing an air electrode and an interconnector;
There is. The firing temperature of the fuel electrode of the solid oxide fuel cell is usually 1300 to 1400 ° C., and the firing temperature of the air electrode is usually 1100 to 1300 ° C. Therefore, the amorphous powdered metal In the method (1), the firing temperature when firing the compact of the oxide precursor particles is preferably equal to or lower than the firing temperature of the fuel electrode. In the method (2), the firing temperature of the air electrode The following is preferable.

一方、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成する際の焼成温度が、電極の焼成温度より高過ぎると、電極の多孔質構造が維持できなくなり、反応活性点である三相界面が減少して、電池性能が低下する。   On the other hand, if the firing temperature when firing the amorphous powdered metal oxide precursor particles is too higher than the firing temperature of the electrode, the porous structure of the electrode cannot be maintained, and the reaction active point Certain three-phase interfaces are reduced and battery performance is reduced.

よって、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成する際の焼成温度は、通常、1000〜1500℃、好ましくは1000〜1450℃、特に好ましくは1100〜1400℃である。   Therefore, the firing temperature when firing the amorphous powdered metal oxide precursor particle compact is usually 1000 to 1500 ° C, preferably 1000 to 1450 ° C, and particularly preferably 1100 to 1400 ° C. .

本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタは、緻密度が85〜100%、好ましくは90〜100%である。なお、本発明において、該緻密度は、アルキメデス法により測定された値である。   The interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention has a density of 85 to 100%, preferably 90 to 100%. In the present invention, the density is a value measured by Archimedes method.

本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの電気伝導度は、0.01〜50S/cm、好ましくは0.1〜50S/cmである。   The electrical conductivity of the interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention is 0.01 to 50 S / cm, preferably 0.1 to 50 S / cm.

本発明の固体酸化物形燃料電池は、1の固体酸化物形燃料電池用セルの燃料極と、他の1の固体酸化物形燃料電池用セルの空気極が、本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタにより、電気的に接続されている。すなわち、本発明の固体酸化物形燃料電池は、アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を成形し、次いで、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成して得られる固体酸化物形燃料電池のインタコネクタを有する。   In the solid oxide fuel cell of the present invention, the anode of one solid oxide fuel cell and the air electrode of the other solid oxide fuel cell of the solid oxide fuel cell of the present invention. The fuel cell is electrically connected by an interconnector. That is, the solid oxide fuel cell of the present invention forms amorphous powdery metal oxide precursor particles, and then fires the amorphous powdered metal oxide precursor particle compacts. And a solid oxide fuel cell interconnector obtained in the above manner.

本発明の固体酸化物形燃料電池の形態例としては、図1に示すように、1の固体酸化物形燃料電池用セルの燃料極に、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を含有するスラリーを塗布して、スラリー成形体を形成させ、必要に応じて乾燥後、該スラリー成形体又は該スラリーの乾燥成形体に、他の1の固体酸化物形燃料電池用セルの空気極を接触させ、次いで、焼成することにより得られる固体酸化物形燃料電池が挙げられるが、他には、1の固体酸化物形燃料電池用セルの燃料極と、他の1の固体酸化物形燃料電池用セルの空気極の間に、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子のプレス成形体を挟み込み、次いで、焼成することにより得られる固体酸化物形燃料電池が挙げられる。   As an example of the form of the solid oxide fuel cell of the present invention, as shown in FIG. 1, the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous are formed on the fuel electrode of one solid oxide fuel cell. Is applied to the slurry molded body to form a slurry molded body, and if necessary, after drying, the slurry molded body or the dried molded body of the slurry is subjected to air of another one solid oxide fuel cell cell. Examples of the solid oxide fuel cell obtained by bringing the electrode into contact with each other and then firing the electrode include the fuel electrode of one solid oxide fuel cell and another solid oxide fuel cell. Examples include a solid oxide fuel cell obtained by sandwiching a powder-shaped metal oxide precursor particle press-molded body between the air electrodes of a fuel cell, and then firing it.

また、本発明の固体酸化物形燃料電池の他の形態例としては、円筒形のものが挙げられる。   Another example of the solid oxide fuel cell of the present invention is a cylindrical one.

本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材は、アモルファス状態の粉末状の金属酸化物前駆体粒子であるので、粒子表面の活性が極めて高い。そのため、本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材は、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子に比べ、焼結し易く、低温で焼結する。例えば、金属酸化物が、ランタンカルシウムクロマイトの場合、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子であれば、1100〜1400℃程度の温度で焼結するのに対し、特定の結晶構造を有するランタンカルシウムクロマイト粒子は、1600〜1700℃程度でないと十分に焼結しない。   Since the substrate for an interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention is an amorphous powdery metal oxide precursor particle, the particle surface activity is extremely high. Therefore, the substrate for an interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention is easier to sinter than metal oxide particles having a specific crystal structure, and sinters at a low temperature. For example, when the metal oxide is lanthanum calcium chromite, the powdered metal oxide precursor particles that are amorphous are sintered at a temperature of about 1100 to 1400 ° C., while having a specific crystal structure. The lanthanum calcium chromite particles possessed do not sinter sufficiently unless the temperature is about 1600 to 1700 ° C.

また、本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材は、粒子表面の活性が高いので、1100〜1400℃程度と低い温度で焼成する場合、本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材を用いることにより、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子を基材として用いる場合に比べ、緻密度が高いインタコネクタが得られる。そのため、本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材を焼成して得られるインタコネクタは、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子を焼成して得られるインタコネクタに比べ、電気抵抗が小さい。   In addition, since the substrate for an interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention has a high particle surface activity, when firing at a low temperature of about 1100 to 1400 ° C., the solid oxide fuel cell of the present invention By using the interconnector base material, an interconnector having a high density can be obtained as compared with the case where metal oxide particles having a specific crystal structure are used as the base material. Therefore, the interconnector obtained by firing the substrate for an interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention has an electric resistance as compared with the interconnector obtained by firing metal oxide particles having a specific crystal structure. Is small.

また、本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材は、焼結し易いので、インタコネクタと燃料極又は空気極と接合し易い。そのため、本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材を焼結して得られるインタコネクタは、特定の結晶構造を有する金属酸化物粒子を焼成して得られるインタコネクタに比べ、燃料極又は空気極との接合性が高い。   In addition, since the substrate for an interconnector of the solid oxide fuel cell of the present invention is easily sintered, it is easy to join the interconnector to the fuel electrode or the air electrode. Therefore, an interconnector obtained by sintering a substrate for an interconnector of a solid oxide fuel cell according to the present invention is more fuel-efficient than an interconnector obtained by firing metal oxide particles having a specific crystal structure. High bondability with electrode or air electrode.

これらのことから、本発明の固体酸化物形燃料電池は、インタコネクタの焼成の際に三相界面の量が少なくなり難く、また、インタコネクタが緻密であり、すなわち、インタコネクタの電気抵抗が小さく、また、インタコネクタと燃料極及び空気極との接合性が高い。   For these reasons, the solid oxide fuel cell of the present invention is less likely to reduce the amount of the three-phase interface during firing of the interconnector, and the interconnector is dense, that is, the electrical resistance of the interconnector is low. It is small and has high jointability between the interconnector, the fuel electrode and the air electrode.

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this is only an illustration and does not restrict | limit this invention.

(実施例1)
(噴霧液の調製)
硝酸ランタン六水和物を303.10g、硝酸クロム九水和物を400.16g及び硝酸カルシウム四水和物を75.56g秤量し、純水1000mLに入れ、50〜80℃に加温しながら、スターラーで撹拌して溶解させ、La0.68Ca0.32Cr1.0の1mol/L溶液を調製した。次いで、該La0.68Ca0.32Cr1.0の1mol/L溶液を、10倍に希釈し、La0.68Ca0.32Cr1.0の0.1mol/L溶液を調製した。
Example 1
(Preparation of spray solution)
Weighing 303.10 g of lanthanum nitrate hexahydrate, 400.16 g of chromium nitrate nonahydrate and 75.56 g of calcium nitrate tetrahydrate, putting them in 1000 mL of pure water, and heating to 50-80 ° C. Then, the mixture was dissolved by stirring with a stirrer to prepare a 1 mol / L solution of La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 . Then the La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 1mol / L of solution were diluted in 10-fold, La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 of 0.1 mol / L A solution was prepared.

(噴霧熱分解)
次いで、該La0.68Ca0.32Cr1.0の0.1mol/L溶液を、電気炉の温度が、上流側からそれぞれ300℃、500℃、700℃、900℃にセットされた、4連式電気炉の超音波噴霧熱分解装置の電気炉中に、空気流量2L/分で噴霧し、最後段の電気炉を通過した粒子をテフロン(登録商標)製のメンブレンフィルターで捕集し、粒子Aを得た。該粒子Aを電子顕微鏡で観察したところ、粒径は0.2〜1.0μmであった。
(Spray pyrolysis)
Next, the temperature of the electric furnace was set to 300 ° C., 500 ° C., 700 ° C., and 900 ° C. from the upstream side of the 0.1 mol / L solution of La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 , respectively. In addition, spraying at an air flow rate of 2 L / min in an electric furnace of an ultrasonic spray pyrolysis apparatus of a quadruple electric furnace, and trapping the particles that passed through the last stage electric furnace with a membrane filter made of Teflon (registered trademark). Collected to obtain particles A. When the particle A was observed with an electron microscope, the particle size was 0.2 to 1.0 μm.

(X線回折分析)
該粒子AをX線回折分析したところ、得られたチャート中には、特定の結晶構造の存在を示す回折ピークは観察されず、アモルファス構造に特有なブロードで弱い回折ピークが観察された。また、該粒子Aを電気炉中、空気雰囲気下、1000℃以上で2時間加熱した後、粒子をX線回折分析したところ、得られたチャート中には、シャープで強度の強い、ランタンカルシウムクロマイトの回折パターンが観察された。このことは、該粒子Aが、空気雰囲気下で加熱されることにより、酸化されて、特定の結晶構造を有する粒子に変化したことを示す。
(X-ray diffraction analysis)
As a result of X-ray diffraction analysis of the particle A, no diffraction peak indicating the presence of a specific crystal structure was observed in the obtained chart, and a broad and weak diffraction peak specific to the amorphous structure was observed. The particles A were heated in an electric furnace in an air atmosphere at 1000 ° C. or higher for 2 hours, and the particles were subjected to X-ray diffraction analysis. As a result, the obtained chart showed sharp and strong lanthanum calcium chromite. A diffraction pattern was observed. This indicates that the particles A were oxidized to be particles having a specific crystal structure by being heated in an air atmosphere.

(焼成)
該粒子Aを、直径30mmの金型を用いて、65MPaの圧力で、一軸プレスし、粒子Aの成形体を得た。次いで、該粒子Aの成形体を、1450℃で2時間、電気炉中で焼成し、焼成体Aを得た。該焼成体Aの緻密度は、89.6%であった。
(Baking)
The particles A were uniaxially pressed at a pressure of 65 MPa using a mold having a diameter of 30 mm to obtain a molded body of the particles A. Next, the molded body of the particles A was fired in an electric furnace at 1450 ° C. for 2 hours to obtain a fired body A. The density of the fired body A was 89.6%.

(実施例2)
(噴霧液の調製)
実施例1で調製したLa0.68Ca0.32Cr1.0の0.1mol/L溶液を、更に10倍に希釈し、La0.68Ca0.32Cr1.0の0.01mol/L溶液を調製した。
(Example 2)
(Preparation of spray solution)
The 0.1 mol / L solution of La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 prepared in Example 1 was further diluted 10 times, and La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 was diluted. Of 0.01 mol / L was prepared.

(噴霧熱分解)
該La0.68Ca0.32Cr1.0の0.1mol/L溶液に代えて、該La0.68Ca0.32Cr1.0の0.01mol/L溶液とする以外は、実施例1と同様の方法で行い、粒子Bを得た。該粒子Bを電子顕微鏡で観察したところ、粒径は0.1〜0.5μmであった。
(Spray pyrolysis)
Instead of the 0.1 mol / L solution of the La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 , and 0.01 mol / L solution of the La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 Except that, Particle B was obtained in the same manner as in Example 1. When the particle B was observed with an electron microscope, the particle size was 0.1 to 0.5 μm.

(X線回折分析)
該粒子BをX線回折分析したところ、得られたチャート中には、特定の結晶構造の存在を示す回折ピークは観察されず、アモルファス構造に特有なブロードで弱い回折ピークが観察された。また、該粒子Bを電気炉中、空気雰囲気下、1000℃以上で2時間加熱した後、粒子をX線回折分析したところ、得られたチャート中には、シャープで強度の強い、ランタンカルシウムクロマイトの回折パターンが観察された。このことは、該粒子Bが、空気雰囲気下で加熱されることにより、酸化されて、特定の結晶構造を有する粒子に変化したことを示す。
(X-ray diffraction analysis)
As a result of X-ray diffraction analysis of the particle B, no diffraction peak indicating the presence of a specific crystal structure was observed in the obtained chart, and a broad and weak diffraction peak specific to the amorphous structure was observed. Further, when the particles B were heated in an electric furnace in an air atmosphere at 1000 ° C. or higher for 2 hours, the particles were subjected to X-ray diffraction analysis. The obtained chart showed sharp and strong lanthanum calcium chromite. A diffraction pattern was observed. This indicates that the particles B were oxidized to be particles having a specific crystal structure by being heated in an air atmosphere.

(焼成)
該粒子Aに代えて、該粒子Bとする以外は、実施例1と同様の方法で行い、焼成体Bを得た。該焼成体Bの緻密度は、91.0%であった。
(Baking)
A calcined product B was obtained in the same manner as in Example 1 except that the particles B were used instead of the particles A. The density of the fired body B was 91.0%.

(比較例1)
市販のLa0.68Ca0.32Cr1.0粉末(セイミケミカル社製)を用意した。該市販のLa0.68Ca0.32Cr1.0粉末をX線回折分析したところ、シャープで強度の強い、ランタンカルシウムクロマイトの回折パターンが観察された。
(Comparative Example 1)
A commercially available La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 powder (manufactured by Seimi Chemical Co., Ltd.) was prepared. When the commercially available La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 powder was subjected to X-ray diffraction analysis, a sharp and strong lanthanum calcium chromite diffraction pattern was observed.

(焼成)
該粒子Aに代えて、該市販のLa0.68Ca0.32Cr1.0粉末とする以外は、実施例1と同様の方法で行い、焼成体Cを得た。該焼成体Cの緻密度は、84.0%であった。
(Baking)
A calcined product C was obtained in the same manner as in Example 1 except that instead of the particles A, the commercially available La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 powder was used. The density of the fired body C was 84.0%.

(実施例3)
(噴霧液の調製)
実施例1と同様の方法で、La0.68Ca0.32Cr1.0の0.1mol/L溶液を調製した。
(Example 3)
(Preparation of spray solution)
A 0.1 mol / L solution of La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 was prepared in the same manner as in Example 1.

(噴霧熱分解)
電気炉の温度を、上流側からそれぞれ300℃、500℃、700℃、900℃にセットすることに代えて、電気炉の温度を、上流側からそれぞれ150℃、300℃、500℃、700℃にセットする以外は、実施例1と同様の方法で行い、粒子Cを得た。
(Spray pyrolysis)
Instead of setting the temperature of the electric furnace to 300 ° C, 500 ° C, 700 ° C, and 900 ° C from the upstream side, respectively, the temperature of the electric furnace is set to 150 ° C, 300 ° C, 500 ° C, and 700 ° C from the upstream side, respectively. A particle C was obtained in the same manner as in Example 1 except that the particle C was set.

(X線回折分析)
該粒子CをX線回折分析したところ、得られたチャート中には、特定の結晶構造の存在を示す回折ピークは観察されず、アモルファス構造に特有なブロードで弱い回折ピークが観察された。また、該粒子Cを電気炉中、空気雰囲気下、1000℃以上で2時間加熱した後、粒子をX線回折分析したところ、得られたチャート中には、シャープで強度の強い、ランタンカルシウムクロマイトの回折パターンが観察された。このことは、該粒子Cが、空気雰囲気下で加熱されることにより、酸化されて、特定の結晶構造を有する粒子に変化したことを示す。
(X-ray diffraction analysis)
As a result of X-ray diffraction analysis of the particle C, no diffraction peak indicating the presence of a specific crystal structure was observed in the obtained chart, and a broad and weak diffraction peak characteristic of the amorphous structure was observed. Further, when the particles C were heated in an electric furnace in an air atmosphere at 1000 ° C. or higher for 2 hours and then subjected to X-ray diffraction analysis, the obtained chart showed sharp and strong lanthanum calcium chromite. A diffraction pattern was observed. This indicates that the particles C were oxidized to be particles having a specific crystal structure by being heated in an air atmosphere.

(実施例4)
(噴霧液の調製)
実施例1と同様の方法で、La0.68Ca0.32Cr1.0の0.1mol/L溶液を調製した。
Example 4
(Preparation of spray solution)
A 0.1 mol / L solution of La 0.68 Ca 0.32 Cr 1.0 O 3 was prepared in the same manner as in Example 1.

(噴霧熱分解)
電気炉の温度を、上流側からそれぞれ300℃、500℃、700℃、900℃にセットすることに代えて、電気炉の温度を、上流側からそれぞれ150℃、150℃、300℃、500℃にセットする以外は、実施例1と同様の方法で行い、粒子Dを得た。
(Spray pyrolysis)
Instead of setting the temperature of the electric furnace to 300 ° C, 500 ° C, 700 ° C, and 900 ° C from the upstream side, respectively, the temperature of the electric furnace is set to 150 ° C, 150 ° C, 300 ° C, and 500 ° C from the upstream side, respectively. A particle D was obtained in the same manner as in Example 1 except that the particle D was set.

(X線回折分析)
該粒子DをX線回折分析したところ、得られたチャート中には、特定の結晶構造の存在を示す回折ピークは観察されず、アモルファス構造に特有なブロードで弱い回折ピークが観察された。また、該粒子Dを電気炉中、空気雰囲気下、1000℃以上で2時間加熱した後、粒子をX線回折分析したところ、得られたチャート中には、シャープで強度の強い、ランタンカルシウムクロマイトの回折パターンが観察された。このことは、該粒子Dが、空気雰囲気下で加熱されることにより、酸化されて、特定の結晶構造を有する粒子に変化したことを示す。
(X-ray diffraction analysis)
As a result of X-ray diffraction analysis of the particle D, no diffraction peak indicating the presence of a specific crystal structure was observed in the obtained chart, and a broad and weak diffraction peak specific to the amorphous structure was observed. Further, when the particles D were heated in an electric furnace in an air atmosphere at 1000 ° C. or higher for 2 hours and then subjected to X-ray diffraction analysis, the obtained chart showed sharp and strong lanthanum calcium chromite. A diffraction pattern was observed. This indicates that the particles D were oxidized to be particles having a specific crystal structure by being heated in an air atmosphere.

本発明によれば、電気抵抗が小さく、且つ低温で焼成されるインタコネクタを有する固体酸化物形燃料電池を製造することができるので、出力が高い固体酸化物形燃料電池を製造することができる。   According to the present invention, a solid oxide fuel cell having a low electrical resistance and having an interconnector that is fired at a low temperature can be manufactured. Therefore, a solid oxide fuel cell having a high output can be manufactured. .

本発明の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタを有する固体酸化物形燃料電池の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the solid oxide fuel cell which has the interconnector of the solid oxide fuel cell of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1a、1b 燃料極
2a、2b 電解質
3a、3b 空気極
4a、4b 固体酸化物形燃料電池用セル
5 アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を含有するスラリー
6 乾燥成形体
7 インタコネクタ
10 固体酸化物形燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b Fuel electrode 2a, 2b Electrolyte 3a, 3b Air electrode 4a, 4b Solid oxide fuel cell cell 5 Slurry containing powdered metal oxide precursor particles that are amorphous 6 Dry molded body 7 Interconnector 10 Solid oxide fuel cell

Claims (4)

金属又は金属塩を300〜900℃で酸化して得られる平均粒径が0.01〜1μmのアモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子からなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材。 A solid oxide fuel cell comprising powdered metal oxide precursor particles having an average particle diameter of 0.01 to 1 μm obtained by oxidizing a metal or metal salt at 300 to 900 ° C. Base material for interconnectors. 前記金属酸化物前駆体粒子が、下記一般式(1):
La(1−x1)(x1)Cr(1−y1)Mg(y1)(1)
(式中、AはCa又はSrを示し、x1は0〜0.5であり、y1は0〜0.15である。)
で表されるランタンクロマイト、又は下記一般式(2):
(1−x2)(x2)Ti(1−y2)(y2)(2)
(式中、Dはアルカリ土類金属、Mg、Ca、Sr又はBaを示し、EはLa、Ce、Sm、Pr、Gd、Y又はScを示し、GはNb又はTaを示し、x2は0〜0.8であり、y2は0〜0.2である。)
で表されるチタネートの前駆体粒子であることを特徴とする請求項1記載の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタ用基材。
The metal oxide precursor particles have the following general formula (1):
La (1-x1) A ( x1) Cr (1-y1) Mg (y1) O 3 (1)
(In the formula, A represents Ca or Sr, x1 is 0 to 0.5, and y1 is 0 to 0.15.)
Lanthanum chromite represented by the following general formula (2):
D (1-x2) E ( x2) Ti (1-y2) G (y2) O 3 (2)
(In the formula, D represents an alkaline earth metal, Mg, Ca, Sr or Ba, E represents La, Ce, Sm, Pr, Gd, Y or Sc, G represents Nb or Ta, and x2 represents 0. -0.8 and y2 is 0-0.2.)
2. The substrate for an interconnector of a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the precursor particles are titanate precursor particles represented by the formula:
金属又は金属塩を300〜900℃で酸化することにより、平均粒径が0.01〜1μmのアモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を得、次いで、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子を成形し、次いで、該アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成して固体酸化物形燃料電池のインタコネクタを得ることを特徴とする固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの製造方法。 By oxidizing a metal or metal salt at 300 to 900 ° C., powdery metal oxide precursor particles having an average particle diameter of 0.01 to 1 μm are obtained, and then the powdered metal that is amorphous Solid oxide characterized by forming oxide precursor particles and then firing the amorphous powder metal oxide precursor particles to obtain a solid oxide fuel cell interconnector For manufacturing an interconnector of a fuel cell. 前記アモルファスである粉末状の金属酸化物前駆体粒子の成形体を焼成する際の焼成温度が、前記固体酸化物形燃料電池のインタコネクタにより電気的に接続される燃料極及び空気極の焼成温度のうち、高い方の焼成温度以下であることを特徴とする請求項記載の固体酸化物形燃料電池のインタコネクタの製造方法。 The firing temperature when firing the amorphous powdered metal oxide precursor particle compact is the firing temperature of the fuel electrode and the air electrode electrically connected by the interconnector of the solid oxide fuel cell. 4. The method for producing an interconnector for a solid oxide fuel cell according to claim 3 , wherein the firing temperature is lower than the higher one.
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