JP5205731B2 - Solid oxide fuel cell and stack structure thereof - Google Patents

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Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより動作する固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell operating with a fuel gas and an oxidant gas and a stack structure thereof.

燃料電池とは外部からの燃料供給と燃焼生成物の排気とを連続的に行いながら、燃料が酸化する際に発生する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる電池である。燃料電池の種類は電解質により分類され、電解質にイオン伝導性を持つ固体酸化物を用いたものを固体酸化物形燃料電池と呼んでいる。この固体酸化物形燃料電池としては、種々のものが提案されているが、例えば、特許文献1には、固体電解質の両面に、燃料極および空気極をそれぞれ形成した単室型固体酸化物形燃料電池が開示されている。
特開2002−352846号公報
A fuel cell is a cell that can directly convert chemical energy generated when fuel is oxidized into electric energy while continuously supplying fuel from the outside and exhausting combustion products. The types of fuel cells are classified according to the electrolyte, and those using a solid oxide having ionic conductivity for the electrolyte are called solid oxide fuel cells. Various types of solid oxide fuel cells have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a single-chamber solid oxide type in which a fuel electrode and an air electrode are formed on both sides of a solid electrolyte. A fuel cell is disclosed.
JP 2002-352846 A

ところで、上記特許文献1のように、電解質の両面に燃料極と空気極とをそれぞれ形成する燃料電池では、強度を向上するため、電解質を支持基板として構成することが多い。この場合、電解質の厚さは、強度を維持するためにある程度厚くする必要があり、これによって、高い出力を期待できないという問題があった。   By the way, in the fuel cell in which the fuel electrode and the air electrode are respectively formed on both surfaces of the electrolyte as in Patent Document 1, the electrolyte is often configured as a support substrate in order to improve the strength. In this case, the thickness of the electrolyte needs to be increased to some extent in order to maintain the strength, and thus there is a problem that high output cannot be expected.

そこで、本発明は、電解質を薄膜化しても、出力の向上が可能な固体酸化物形燃料電池及びそのスタック構造を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell and a stack structure thereof that can improve output even if the electrolyte is thinned.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、薄膜状の燃料極、空気極、及びこれらの間に配置される薄膜状の電解質をそれぞれ有する複数の単セルと、前記複数の単セルを直列に接続する薄膜状のインターコネクターと、を備え、前記複数の単セルは、前記燃料極と空気極とが対向するように積層され、前記インターコネクターは、隣接する前記単セルの間に介挿されており、前記複数の単セル及びインターコネクターには、積層方向にこれらを貫通する少なくとも一つの貫通孔が形成され、しかも、積層方向の合計厚さが500μm以上であり、前記インターコネクターの厚さは、5〜50μmである。あるいは、薄膜状の燃料極、空気極、及びこれらの間に配置される薄膜状の電解質をそれぞれ有する複数の単セルと、前記複数の単セルを直列に接続する薄膜状のインターコネクターと、を備え、前記複数の単セルは、前記燃料極と空気極とが対向するように積層され、前記インターコネクターは、隣接する前記単セルの間に介挿されており、前記複数の単セル及びインターコネクターには、積層方向にこれらを貫通する少なくとも一つの貫通孔が形成され、しかも、積層方向の合計厚さが500μm以上であり、前記燃料極および空気極の厚さは、20〜50μmである。 The present invention has been made to solve the above problems, and includes a plurality of single cells each having a thin film fuel electrode, an air electrode, and a thin film electrolyte disposed therebetween, and the plurality of the plurality of single cells. A plurality of single cells stacked such that the fuel electrode and the air electrode face each other, and the interconnector is connected to the adjacent single cells. is inserted between, wherein the plurality of single cells and the interconnector, at least one through-hole extending therethrough is formed in the stacking direction, moreover state, and are the 500μm or more total thickness of the stacking direction, The interconnector has a thickness of 5 to 50 μm. Alternatively, a plurality of single cells each having a thin film fuel electrode, an air electrode, and a thin film electrolyte disposed therebetween, and a thin film interconnector connecting the plurality of single cells in series. The plurality of single cells are stacked such that the fuel electrode and the air electrode face each other, and the interconnector is interposed between the adjacent single cells. The connector has at least one through-hole penetrating therethrough in the laminating direction, and the total thickness in the laminating direction is 500 μm or more, and the thickness of the fuel electrode and the air electrode is 20 to 50 μm. .

この構成によれば、燃料極、空気極、及び電解質のすべてを薄膜化した単セルをインターコネクターを介して複数個積層し、全体の厚みを500μm以上としているため、電解質を薄くしても全体の厚みによって強度を確保することができる。これにより、電極を印刷する際のセルの作製時、スタック化時や運転時の振動による単セルの割れなどを防止することができる。したがって、強度を確保したまま電解質を薄くできるため、電池の出力を向上することができる。また、この電池は、薄膜化された単セルが複数積層されているため、小容量で高い出力を得ることが可能となる。なお、両電極、電解質、及びインターコネクターには、積層方向に貫通孔が形成されているため、この貫通孔にガスを供給すれば、両電極にガスが行き渡るため、薄膜化してもガスの供給には問題がない。   According to this configuration, a plurality of single cells each made of a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte are thinned through an interconnector, and the total thickness is 500 μm or more. The strength can be ensured by the thickness. Thereby, the crack of the single cell by the vibration at the time of production of a cell at the time of printing an electrode, stacking, or operation, etc. can be prevented. Therefore, since the electrolyte can be thinned while ensuring the strength, the output of the battery can be improved. Further, since this battery has a plurality of laminated single cells, it is possible to obtain a high output with a small capacity. Since both electrodes, electrolyte, and interconnector have through-holes in the stacking direction, if gas is supplied to these through-holes, gas is distributed to both electrodes. There is no problem.

た、電解質の厚さは、50〜200μmであることが好ましい。 Also, the thickness of the electrolyte is preferably 50 to 200 [mu] m.

上記燃料極、空気極、電解質、及びインターコネクターは、種々の方法で形成することができるが、例えば、グリーン体の焼結により形成することができる。 The fuel electrode, air electrode, electrolyte, and interconnector can be formed by various methods. For example, the electrode can be formed by sintering a green body.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池によれば、電解質を薄膜化しても、強度を損ねることなく、小容量で高い出力を得ることができる。   According to the solid oxide fuel cell of the present invention, a high output can be obtained with a small capacity without degrading the strength even if the electrolyte is made thin.

以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施形態について添付図面にしたがって説明する。図1は本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の斜視図である。   Hereinafter, an embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of a solid oxide fuel cell according to this embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池は、薄膜状の燃料極12、電解質11、及び空気極13がこの順で積層された平面視矩形状の単セル1を複数有しており(図1では、2個)、この単セル1がインターコネクター2を介して複数個積層させることで電池が構成されている。インターコネクター2は、単セル1と同様に平面視矩形状の薄膜状に形成され、上下に隣接する単セル1の空気極13と燃料極12とを電気的に接続するように配置されている。このように形成された電池には、積層方向に、各単セル1、インターコネクター2を貫通する複数の貫通孔3が形成されている。   As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell according to this embodiment includes a single cell 1 having a rectangular shape in a plan view in which a thin film fuel electrode 12, an electrolyte 11, and an air electrode 13 are stacked in this order. A battery is formed by stacking a plurality of single cells 1 via interconnectors 2 (two in FIG. 1). The interconnector 2 is formed in a thin film shape having a rectangular shape in plan view like the single cell 1 and is disposed so as to electrically connect the air electrode 13 and the fuel electrode 12 of the single cell 1 adjacent in the vertical direction. . In the battery formed in this way, a plurality of through holes 3 penetrating each single cell 1 and interconnector 2 are formed in the stacking direction.

また、上記電池の積層方向の厚さTは、500μm以上とされている。また、各部材の厚みは、次のようにすることが好ましい。すなわち、燃料極12および空気極13の厚さは、例えば、20〜50μmであることが好ましい。これは、20μm以上であると、ガスとの反応場を確保しやすく、50μm以下とすることでガスの拡散性を維持できるからである。また、電解質11の厚さは、酸素イオン伝導の距離を短くするという観点から、できるだけ薄いことが好ましいが、例えば、50〜200μmであることが好ましい。また、インターコネクター2の厚さは、5〜50μmであることが好ましい。   The thickness T in the stacking direction of the battery is 500 μm or more. The thickness of each member is preferably as follows. That is, it is preferable that the thickness of the fuel electrode 12 and the air electrode 13 is 20-50 micrometers, for example. This is because if it is 20 μm or more, it is easy to secure a reaction field with the gas, and if it is 50 μm or less, the gas diffusibility can be maintained. The thickness of the electrolyte 11 is preferably as thin as possible from the viewpoint of shortening the distance of oxygen ion conduction, but is preferably 50 to 200 μm, for example. Moreover, it is preferable that the thickness of the interconnector 2 is 5-50 micrometers.

次に、上記燃料電池を構成する材料について説明する。電解質11の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。   Next, materials constituting the fuel cell will be described. As the material of the electrolyte 11, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. For example, ceria oxide doped with samarium or gadolinium, lanthanum galade doped with strontium or magnesium, etc. Oxygen ion conductive ceramic materials such as oxides, zirconia-based oxides containing scandium and yttrium can be used.

燃料極12及び空気極13は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末の平均粒径は、好ましくは10nm〜100μmであり、さらに好ましくは50nm〜50μmであり、特に好ましくは100nm〜10μmである。なお、平均粒径は、例えば、JISZ8901にしたがって計測することができる。   The fuel electrode 12 and the air electrode 13 can be formed of a ceramic powder material. The average particle size of the powder used at this time is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 50 nm to 50 μm, and particularly preferably 100 nm to 10 μm. In addition, an average particle diameter can be measured according to JISZ8901, for example.

燃料極12は、例えば、金属触媒と酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属(白金、ルテニウム、パラジウム等)等の還元性雰囲気中で安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極2を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなるセラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾またはセラミックス材料へのニッケル修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、1種類を単独で、或いは2種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極12は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。   As the fuel electrode 12, for example, a mixture of a metal catalyst and a ceramic powder material made of an oxide ion conductor can be used. As the metal catalyst used at this time, a material that is stable in a reducing atmosphere, such as nickel, iron, cobalt, or a noble metal (platinum, ruthenium, palladium, etc.) and has hydrogen oxidation activity can be used. In addition, as the oxide ion conductor, one having a fluorite structure or a perovskite structure can be preferably used. Examples of those having a fluorite structure include ceria-based oxides doped with samarium, gadolinium, and the like, and zirconia-based oxides containing scandium and yttrium. In addition, examples of those having a perovskite structure include lanthanum galide oxides doped with strontium and magnesium. Among the above materials, it is preferable to form the fuel electrode 2 with a mixture of an oxide ion conductor and nickel. The mixed form of the ceramic material made of the oxide ion conductor and nickel may be a physical mixed form, or may be a powder modification to nickel or a nickel modification to ceramic material. Good. Moreover, the ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Further, the fuel electrode 12 can also be configured using a metal catalyst alone.

空気極13を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するCo,Fe,Ni,Cr又はMn等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には(Sm,Sr)CoO,(La,Sr)MnO,(La,Sr)CoO,(La,Sr)(Fe,Co)O,(La,Sr)(Fe,Co,Ni)Oなどの酸化物が挙げられ、好ましくは、(La,Sr)(Fe,Co)Oである。上述したセラミックス材料は、1種を単独で、或いは2種以上を混合して使用することができる。 As the ceramic powder material forming the air electrode 13, for example, a metal oxide made of Co, Fe, Ni, Cr, Mn or the like having a perovskite structure or the like can be used. Specifically, (Sm, Sr) CoO 3 , (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) CoO 3 , (La, Sr) (Fe, Co) O 3 , (La, Sr) (Fe, Co , Ni) O 3 and the like, and (La, Sr) (Fe, Co) O 3 is preferable. The ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

また、インターコネクター2は、Pt,Au,Ag,Ni,Cu,SUS等の導電性金属、或いは金属系材料,又はLa(Cr,Mg)O,(La,Ca)CrO,(La,Sr)CrOなどのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料によって形成することができ、これらのうちの1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。 In addition, the interconnector 2 is made of conductive metal such as Pt, Au, Ag, Ni, Cu, SUS, or a metal material, or La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3 , (La, It can be formed of a lanthanum chromite-based conductive ceramic material such as Sr) CrO 3, and one of these may be used alone, or two or more may be used in combination. Good.

上記燃料極12、及び空気極13は、上述した材料を主成分として、さらにバインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。より詳細には、上記主成分とバインダー樹脂との混合において、上記主成分が50〜95重量%となるように、バインダー樹脂等を加えることが好ましい。また、電解質11も、上記燃料極12及び空気極13と同様に、上述した材料を主成分として、バインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより成型されるが、上記主成分とバインダーとの混合において、上記主成分の割合が80重量%以上となるように混合されることが好ましい。さらに、インターコネクター2も、上述した材料に上記添加物を加えることにより形成される。   The fuel electrode 12 and the air electrode 13 are formed by adding appropriate amounts of a binder resin, an organic solvent, and the like with the above-described material as a main component. More specifically, it is preferable to add a binder resin or the like so that the main component is 50 to 95% by weight in the mixing of the main component and the binder resin. Similarly to the fuel electrode 12 and the air electrode 13, the electrolyte 11 is molded by adding an appropriate amount of a binder resin, an organic solvent, or the like with the above-described material as a main component. In the mixing, it is preferable to mix so that the ratio of the main component is 80% by weight or more. Furthermore, the interconnector 2 is also formed by adding the above additive to the above-described material.

次に、上述した燃料電池の製造方法について参照しつつ説明する。まず、上述した燃料極、空気極作製用の材料をバインダー、溶剤、可塑剤、分散剤、発泡剤を混合し、ボールミルで分散後、真空脱法を行い、燃料極ペースト及び空気極ペーストを作製する。次に電解質、インターコネクター作製用の材料に、バインダー、溶剤、可塑剤、分散剤を混合後、上記と同様にボールミルで分散後、真空脱法を行い、電解質用ペースト及びインターコネクター用ペーストを作製する。これらペーストを、それぞれ、離型層がコートされたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に乾燥後、所定膜厚になるようにドクターブレードにより印刷し、120℃で乾燥することにより、PETフィルム上に燃料極、空気極、電解質、及びインターコネクター用のグリーン体を形成する。   Next, the fuel cell manufacturing method described above will be described with reference to FIG. First, the fuel electrode and air electrode preparation materials described above are mixed with a binder, a solvent, a plasticizer, a dispersant, and a foaming agent, dispersed in a ball mill, and then subjected to vacuum degassing to produce a fuel electrode paste and an air electrode paste. . Next, a binder, a solvent, a plasticizer, and a dispersant are mixed with the electrolyte and interconnector material, and then dispersed in a ball mill in the same manner as described above, followed by vacuum evacuation to prepare an electrolyte paste and an interconnector paste. . Each of these pastes is dried on a polyethylene terephthalate (PET) film coated with a release layer, then printed with a doctor blade so as to have a predetermined film thickness, and dried at 120 ° C. to thereby prepare a fuel on the PET film. Form green bodies for electrodes, air electrodes, electrolytes, and interconnectors.

続いて、燃料極用グリーン体と、電解質用グリーン体とを貼り合わせ、熱プレスをすることで、グリーン体同士を融着させた後、電解質用グリーン体のPETフィルムを剥がす。こうして露出した電解質用グリーン体に、空気極用グリーン体を貼り合わせ、熱プレスで融着させた後、空気極用グリーン体のPETフィルムを剥がす。続いて、インターコネクター用グリーン体も同様に積層する。これに続いて、燃料極、電解質、空気極、及びインターコネクター用グリーン体の積層を繰り返し、図1に示すような積層体を作製する。   Subsequently, the green body for the fuel electrode and the green body for the electrolyte are bonded together and hot pressed to fuse the green bodies together, and then the PET film of the green body for the electrolyte is peeled off. The green body for an air electrode is bonded to the thus exposed green body for an electrolyte and fused by hot press, and then the PET film of the green body for an air electrode is peeled off. Subsequently, the interconnector green body is laminated in the same manner. Subsequently, the lamination of the fuel electrode, the electrolyte, the air electrode, and the green body for the interconnector is repeated to produce a laminate as shown in FIG.

これに続いて、積層体を積層方向に複数箇所で打ち抜いて貫通孔3を形成した後、1100〜1500℃で焼結すれば、本実施形態に係る燃料電池が完成する。このとき、燃料極用グリーン体及び空気極用グリーン体には、発泡剤が含まれているので、上記のように焼結すれば、燃料極12および空気極13を多孔化することができる。   Subsequent to this, the laminated body is punched at a plurality of locations in the laminating direction to form the through holes 3 and then sintered at 1100 to 1500 ° C., thereby completing the fuel cell according to the present embodiment. At this time, since the green body for the fuel electrode and the green body for the air electrode contain a foaming agent, the fuel electrode 12 and the air electrode 13 can be made porous by sintering as described above.

上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。まず、電池に対して水素、又はメタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとの混合ガスを高温の状態(例えば、400〜1000℃)で供給する。このとき混合ガスは、貫通孔3の一方の開口から供給する。これにより、混合ガスは、貫通孔3を介して燃料極12および空気極13と接触するので、燃料極12と空気極13との間で、電解質11を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。なお、混合ガスは、貫通孔3の他方の開口から排出されるほか、多孔質として形成される燃料極12および空気極13の縁部からも排出される。つまり、貫通孔3から放射状に両電極12,13を通過して電池の外部へ排出される。   The fuel cell configured as described above generates power as follows. First, a mixed gas of a fuel gas composed of hydrogen or a hydrocarbon such as methane or ethane and an oxidant gas such as air is supplied to the battery at a high temperature (for example, 400 to 1000 ° C.). At this time, the mixed gas is supplied from one opening of the through hole 3. Thereby, since the mixed gas comes into contact with the fuel electrode 12 and the air electrode 13 through the through-hole 3, oxygen ion conduction through the electrolyte 11 occurs between the fuel electrode 12 and the air electrode 13, and power generation occurs. Done. The mixed gas is discharged from the other opening of the through-hole 3 and also from the edges of the fuel electrode 12 and the air electrode 13 formed as porous. That is, it passes through both electrodes 12 and 13 radially from the through hole 3 and is discharged to the outside of the battery.

以上のように、本実施形態によれば、燃料極12、空気極13、及び電解質11のすべてを薄膜化した単セル1をインターコネクター2を介して複数個積層し、全体の厚みを500μm以上としているため、電解質11を薄くしても全体の厚みによって強度を確保することができる。すなわち、個々の部材は薄膜化されていても全体の厚さが500μm以上であるので、電池としての強度を保つことができる。したがって、強度を確保したまま電解質11を薄くできるため、電池の出力を向上することができる。また、この電池は、薄膜化された複数の単セル1が設けられているため、小容量で高い出力を得ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, a plurality of unit cells 1 in which all of the fuel electrode 12, the air electrode 13, and the electrolyte 11 are thinned are stacked via the interconnector 2, and the total thickness is 500 μm or more. Therefore, even if the electrolyte 11 is thinned, the strength can be ensured by the entire thickness. That is, even if individual members are thinned, the overall thickness is 500 μm or more, so that the strength as a battery can be maintained. Therefore, since the electrolyte 11 can be made thin while ensuring the strength, the output of the battery can be improved. In addition, since the battery is provided with a plurality of thinned single cells 1, it is possible to obtain a high output with a small capacity.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。上記実施形態では、すべての層をグリーン体で形成したが、一部の層をグリーン体上に印刷し、その印刷面にグリーン体を積層することも可能である。また、2つの単セル1をインターコネクター2を介して重ねたが、これに限定されるものではなく、3つ以上の単セル1を重ね合わせてもよい。すなわち、全体としての厚さが500μm以上であれば、単セルの数、これを構成する燃料極12、空気極13、電解質11、及びインターコネクター2の厚さは、上述したように薄膜であれば、特には限定されない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention. In the above embodiment, all the layers are formed of a green body, but it is also possible to print a part of the layers on the green body and to laminate the green body on the printed surface. In addition, although the two single cells 1 are overlapped via the interconnector 2, the present invention is not limited to this, and three or more single cells 1 may be overlapped. That is, if the total thickness is 500 μm or more, the number of single cells and the thicknesses of the fuel electrode 12, the air electrode 13, the electrolyte 11 and the interconnector 2 constituting the single cell may be thin films as described above. For example, there is no particular limitation.

また、貫通孔3の数、形状も、反応場を減少させることなく、ガスが各電極に接触できるようになっていれば、特には限定されない。   Further, the number and shape of the through holes 3 are not particularly limited as long as the gas can contact each electrode without reducing the reaction field.

また、本発明に係る燃料電池の作成方法は、上記に限定されず、例えば、粉末プレス成型で形成することができる。より詳細には、燃料極、空気極、電解質、及びインターコネクター用の原料粉末にバインダ−、溶剤、離型剤、潤滑剤などをそれぞれ添加し、攪拌、脱泡を行う。その後、乾燥し、粉砕、篩分けを行い、各部材ごとの顆粒を作製する。続いて、電極用の顆粒には発泡剤を混合しておき、金型に作製した顆粒を充填する。すなわち、インターコネクター、燃料極、電解質、空気極の順番に、所望の層構成になるように、金型に繰り返し顆粒を充填し、プレス成型後、焼成する。こうして、上記のような積層体が作製された後、貫通孔を形成すれば、上記のような燃料電池が完成する。なお、貫通孔の形成は、ブラスト加工など一般的な手法を用いる。   Moreover, the production method of the fuel cell according to the present invention is not limited to the above, and can be formed by, for example, powder press molding. More specifically, a binder, a solvent, a release agent, a lubricant, and the like are added to the raw material powder for the fuel electrode, air electrode, electrolyte, and interconnector, and stirring and defoaming are performed. Thereafter, drying, pulverization, and sieving are performed to produce granules for each member. Subsequently, a foaming agent is mixed in the granules for electrodes, and the prepared granules are filled in the mold. That is, the granules are repeatedly filled in the mold so as to have a desired layer structure in the order of the interconnector, the fuel electrode, the electrolyte, and the air electrode, press-molded, and fired. In this way, after the laminated body as described above is manufactured, if the through hole is formed, the fuel cell as described above is completed. The through hole is formed by using a general method such as blasting.

以下、本発明に係る実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例には限定されない。   Examples according to the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following examples.

以下に示す材料で単セルを作製し、これをインターコネクターを介して積層し、表1に示す実施例及び比較例を準備した。   A single cell was prepared from the materials shown below, and this was laminated via an interconnector, and Examples and Comparative Examples shown in Table 1 were prepared.

平面寸法: 10×10mm
貫通孔の数:4個
貫通孔の径:1mm
電解質材料: Ce0.9Gd0.1O1.9(GDC)
燃料極材料:NiO-Ce0.8Sm0.2O1.9(SDC)
空気極材料:Sm0.5Sr0.5CoO3
インターコネクター材料:Au
Plane dimensions: 10x10mm
Number of through holes: 4 Through hole diameter: 1 mm
Electrolyte material: Ce 0.9 Gd 0.1 O 1.9 (GDC)
Fuel electrode material: NiO-Ce 0.8 Sm 0.2 O 1.9 (SDC)
Air electrode material: Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3
Interconnector material: Au

Figure 0005205731
上記のような実施例及び比較例をそれぞれ5個ずつ準備し、貫通孔を設けたSUSの集電板(厚さ2mm)で挟みこみ、発電をさせた後、各セルの状態を観察した。結果は、以下の通りである。
Figure 0005205731
Five examples and comparative examples as described above were prepared, sandwiched between SUS current collector plates (thickness 2 mm) provided with through holes, and after power generation, the state of each cell was observed. The results are as follows.

Figure 0005205731
以上の結果より、合計厚さは、500μm以上であることが好ましいことがわかる。
Figure 0005205731
From the above results, it is understood that the total thickness is preferably 500 μm or more.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 単セル
11 電解質
12 燃料極
13 空気極
2 インターコネクター
3 貫通孔
1 Single cell 11 Electrolyte 12 Fuel electrode 13 Air electrode 2 Interconnector 3 Through hole

Claims (4)

薄膜状の燃料極、空気極、及びこれらの間に配置される薄膜状の電解質からなる単セルを複数有し、
前記複数の単セルを直列に接続する薄膜状のインターコネクター、を備え、
前記複数の単セルは、前記燃料極と空気極とが対向するように積層され、前記インターコネクターは、隣接する前記単セルの間に介挿されており、
前記複数の単セル及びインターコネクターには、積層方向にこれらを貫通する少なくとも一つの貫通孔が形成されるとともに、積層方向の合計厚さが500μm以上であり、
前記インターコネクターの厚さは、5〜50μmである、固体酸化物形燃料電池。
It has a plurality of single cells consisting of a thin-film fuel electrode, an air electrode, and a thin-film electrolyte disposed therebetween,
A thin film interconnector for connecting the plurality of single cells in series,
The plurality of single cells are stacked such that the fuel electrode and the air electrode face each other, and the interconnector is interposed between the adjacent single cells,
The plurality of single cells and the interconnector, with at least one through hole extending therethrough is formed in the stacking direction state, and are the 500μm or more total thickness of the stacking direction,
A solid oxide fuel cell , wherein the interconnector has a thickness of 5 to 50 μm .
薄膜状の燃料極、空気極、及びこれらの間に配置される薄膜状の電解質からなる単セルを複数有し、
前記複数の単セルを直列に接続する薄膜状のインターコネクター、を備え、
前記複数の単セルは、前記燃料極と空気極とが対向するように積層され、前記インターコネクターは、隣接する前記単セルの間に介挿されており、
前記複数の単セル及びインターコネクターには、積層方向にこれらを貫通する少なくとも一つの貫通孔が形成されるとともに、積層方向の合計厚さが500μm以上であり、
前記燃料極および空気極の厚さは、20〜50μmである、固体酸化物形燃料電池。
It has a plurality of single cells consisting of a thin-film fuel electrode, an air electrode, and a thin-film electrolyte disposed therebetween,
A thin film interconnector for connecting the plurality of single cells in series,
The plurality of single cells are stacked such that the fuel electrode and the air electrode face each other, and the interconnector is interposed between the adjacent single cells,
The plurality of single cells and the interconnector, with at least one through hole extending therethrough is formed in the stacking direction state, and are the 500μm or more total thickness of the stacking direction,
The thickness of the said fuel electrode and an air electrode is a solid oxide fuel cell whose thickness is 20-50 micrometers .
前記電解質の厚さは、50〜200μmである、請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池。   3. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the electrolyte has a thickness of 50 to 200 μm. 前記燃料極、空気極、電解質、及びインターコネクターは、グリーン体を焼結することで形成されている、請求項1から3のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池。 4. The solid oxide fuel cell according to claim 1 , wherein the fuel electrode, the air electrode, the electrolyte, and the interconnector are formed by sintering a green body. 5.
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