JP5746399B2 - Solid oxide fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、バリア層を備える固体酸化物型燃料電池に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell including a barrier layer.

固体酸化物型燃料電池は、一般的に、多孔質の燃料極と、緻密質の固体電解質層と、多孔質の空気極とを備える。   A solid oxide fuel cell generally includes a porous fuel electrode, a dense solid electrolyte layer, and a porous air electrode.

従来、固体電解質層と空気極の間に高抵抗層が形成されることを抑制するために、固体電解質層と空気極の間に多孔質バリア層を介挿させる手法が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1では、多孔質バリア層の気孔率を10〜80%とすることによって、多孔質バリア層内の空隙に空気極の構成成分がトラップされるため、発電性能の低下を抑制できるとされている。   Conventionally, a method of interposing a porous barrier layer between a solid electrolyte layer and an air electrode has been proposed in order to suppress the formation of a high resistance layer between the solid electrolyte layer and the air electrode (patent) Reference 1). In Patent Document 1, by setting the porosity of the porous barrier layer to 10 to 80%, the components of the air electrode are trapped in the voids in the porous barrier layer, so that it is possible to suppress a decrease in power generation performance. ing.

特開2010−3478号公報JP 2010-3478 A

しかしながら、特許文献1では、多孔質バリア層の気孔率が高いため、固体電解質層と空気極の構成成分が多孔質バリア層内に拡散されやすい。そのため、発電性能の低下を抑制するにも限界がある。   However, in Patent Document 1, since the porosity of the porous barrier layer is high, the constituent components of the solid electrolyte layer and the air electrode are easily diffused into the porous barrier layer. Therefore, there is a limit in suppressing the decrease in power generation performance.

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、発電性能の低下を抑制可能な固体酸化物型燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and an object thereof is to provide a solid oxide fuel cell capable of suppressing a decrease in power generation performance.

本発明に係る固体酸化物型燃料電池は、燃料極と、空気極と、固体電解質層と、バリア層と、空気極とを備える。固体電解質層は、燃料極と空気極の間に配置される。バリア層は、固体電解質層と空気極の間に配置され、セリア系材料を主成分として含む。バリア層の気孔率は、10%未満である。バリア層は、バリア層を構成する複数のバリア層粒子の粒界に形成された複数の閉空間を有する。   The solid oxide fuel cell according to the present invention includes a fuel electrode, an air electrode, a solid electrolyte layer, a barrier layer, and an air electrode. The solid electrolyte layer is disposed between the fuel electrode and the air electrode. The barrier layer is disposed between the solid electrolyte layer and the air electrode, and contains a ceria-based material as a main component. The porosity of the barrier layer is less than 10%. The barrier layer has a plurality of closed spaces formed at the grain boundaries of the plurality of barrier layer particles constituting the barrier layer.

本発明によれば、発電性能の低下を抑制可能な固体酸化物型燃料電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid oxide fuel cell which can suppress the fall of electric power generation performance can be provided.

固体酸化物型燃料電池の構成を示す拡大断面図Enlarged sectional view showing the structure of a solid oxide fuel cell バリア層と空気極の界面付近の断面を模式的に示す断面図Sectional view schematically showing the cross section near the interface between the barrier layer and the air electrode バリア層と空気極の界面付近の断面を3万倍に拡大したSTEM画像STEM image in which the cross section near the interface between the barrier layer and the air electrode is magnified 30,000 times

次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension may be different from the actual one. Accordingly, specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

(固体酸化物型燃料電池10の構成)
固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)10の構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、固体酸化物型燃料電池10の構成を示す拡大断面図である。
(Configuration of Solid Oxide Fuel Cell 10)
A configuration of a solid oxide fuel cell (SOFC) 10 will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of a solid oxide fuel cell 10.

固体酸化物型燃料電池10は、縦縞型、横縞型、燃料極支持型、電解質平板型、或いは円筒型の燃料電池である。固体酸化物型燃料電池10は、図1に示すように、燃料極20、固体電解質層30、バリア層40および空気極50を備える。   The solid oxide fuel cell 10 is a vertical, horizontal, fuel electrode support, electrolyte flat plate, or cylindrical fuel cell. As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell 10 includes a fuel electrode 20, a solid electrolyte layer 30, a barrier layer 40, and an air electrode 50.

燃料極20は、固体酸化物型燃料電池10のアノードとして機能する。燃料極20は、図1に示すように、燃料極集電層21と燃料極活性層22を有する。   The fuel electrode 20 functions as an anode of the solid oxide fuel cell 10. As illustrated in FIG. 1, the fuel electrode 20 includes a fuel electrode current collecting layer 21 and a fuel electrode active layer 22.

燃料極集電層21は、多孔質の板状焼成体である。燃料極集電層21は、ニッケル(Ni)と酸素イオン伝導性物質を主成分として含んでいてもよい。燃料極集電層21は、NiをNiOとして含んでいてもよい。燃料極集電層21がNiOを含む場合、NiOは、発電時に水素ガスによってNiに還元されてもよい。酸素イオン伝導性物質としては、イットリア安定化ジルコニア(3YSZ、8YSZ、10YSZなど)やスカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)などが挙げられる。燃料極集電層21において、Ni及び/又はNiOの体積比率はNi換算で35〜65体積%とすることができ、酸素イオン伝導性物質の体積比率は35〜65体積%とすることができる。還元時における燃料極集電層21の気孔率は、15%以上50%以下であることが好ましい。燃料極集電層21の厚みは、0.2mm〜5.0mmとすることができる。   The anode current collecting layer 21 is a porous plate-like fired body. The anode current collecting layer 21 may contain nickel (Ni) and an oxygen ion conductive material as main components. The anode current collecting layer 21 may contain Ni as NiO. When the anode current collecting layer 21 contains NiO, NiO may be reduced to Ni by hydrogen gas during power generation. Examples of the oxygen ion conductive material include yttria stabilized zirconia (3YSZ, 8YSZ, 10YSZ, etc.), scandia stabilized zirconia (ScSZ), and the like. In the anode current collecting layer 21, the volume ratio of Ni and / or NiO can be 35 to 65% by volume in terms of Ni, and the volume ratio of the oxygen ion conductive material can be 35 to 65% by volume. . The porosity of the anode current collecting layer 21 during reduction is preferably 15% or more and 50% or less. The thickness of the anode current collecting layer 21 can be set to 0.2 mm to 5.0 mm.

なお、本実施形態において、「組成物Aが物質Bを主成分として含む」とは、好ましくは、組成物Aにおける物質Bの含量が60重量%以上であることを意味し、より好ましくは、組成物Aにおける物質Bの含量が70重量%以上であることを意味する。   In the present embodiment, “the composition A contains the substance B as a main component” preferably means that the content of the substance B in the composition A is 60% by weight or more, and more preferably, It means that the content of the substance B in the composition A is 70% by weight or more.

燃料極活性層22は、燃料極集電層21と固体電解質層30の間に配置される。燃料極活性層22は、多孔質の板状焼成体である。燃料極活性層22は、Niと酸素イオン伝導性物質を主成分として含む。燃料極活性層22は、NiをNiOとして含んでいてもよい。燃料極活性層22がNiOを含む場合、NiOは、発電時に水素ガスによってNiに還元されてもよい。酸素イオン伝導性物質としては、イットリア安定化ジルコニア(3YSZ、8YSZ、10YSZなど)やスカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)などが挙げられる。燃料極活性層22において、Ni及び/又はNiOの体積比率はNi換算で25〜50体積%とすることができ、酸素イオン伝導性物質の体積比率は50〜75体積%とすることができる。還元時における燃料極活性層22の気孔率は、15%以上50%以下であることが好ましい。燃料極活性層22の厚みは5.0μm〜30μmとすることができる。   The anode active layer 22 is disposed between the anode current collecting layer 21 and the solid electrolyte layer 30. The anode active layer 22 is a porous plate-like fired body. The anode active layer 22 contains Ni and oxygen ion conductive material as main components. The anode active layer 22 may contain Ni as NiO. When the anode active layer 22 contains NiO, NiO may be reduced to Ni by hydrogen gas during power generation. Examples of the oxygen ion conductive material include yttria stabilized zirconia (3YSZ, 8YSZ, 10YSZ, etc.), scandia stabilized zirconia (ScSZ), and the like. In the anode active layer 22, the volume ratio of Ni and / or NiO can be 25 to 50% by volume in terms of Ni, and the volume ratio of the oxygen ion conductive material can be 50 to 75% by volume. The porosity of the fuel electrode active layer 22 at the time of reduction is preferably 15% or more and 50% or less. The thickness of the anode active layer 22 can be 5.0 μm to 30 μm.

固体電解質層30は、燃料極20とバリア層40の間に配置される。固体電解質層30は、燃料極20及びバリア層40と共焼成されている。固体電解質層30は、空気極50で生成される酸素イオンを透過させる機能を有する。固体電解質層30の材料としては、例えば、3YSZ、8YSZ、10YSZ及びScSZなどを挙げることができる。固体電解質層30の厚みは、3μm〜30μmとすることができる。固体電解質層30は、緻密質であり、固体電解質層30の気孔率は、10%以下であることが好ましい。   The solid electrolyte layer 30 is disposed between the fuel electrode 20 and the barrier layer 40. The solid electrolyte layer 30 is co-fired with the fuel electrode 20 and the barrier layer 40. The solid electrolyte layer 30 has a function of transmitting oxygen ions generated at the air electrode 50. Examples of the material of the solid electrolyte layer 30 include 3YSZ, 8YSZ, 10YSZ, and ScSZ. The thickness of the solid electrolyte layer 30 can be 3 μm to 30 μm. The solid electrolyte layer 30 is dense, and the porosity of the solid electrolyte layer 30 is preferably 10% or less.

バリア層40は、固体電解質層30と空気極50の間に配置される。バリア層40は、燃料極20及び固体電解質層30と共焼成されている。バリア層40は、固体電解質層30と空気極50の間に高抵抗層が形成されることを抑制する。バリア層40は、セリア(CeO)や希土類金属酸化物がCeOに固溶したセリア系材料を主成分として含む。このようなセリア系材料としては、例えばガドリニウムドープセリア(GDC:(Ce,Gd)O)やサマリウムドープセリア(SDC:(Ce,Sm)O)などが挙げられる。バリア層40は、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、スカンジウム(Sc)、Ca(カルシウム)、又はこれらの酸化物を含有していてもよい。バリア層40は、緻密質であり、バリア層40の気孔率は、10%未満である。バリア層40の気孔率とは、バリア層40の総体積に対する気孔(空隙および後述する閉空間を含む)の体積割合である。バリア層40の厚みは、3μm〜20μmとすることができる。バリア層40内部の微構造については後述する。 The barrier layer 40 is disposed between the solid electrolyte layer 30 and the air electrode 50. The barrier layer 40 is co-fired with the fuel electrode 20 and the solid electrolyte layer 30. The barrier layer 40 suppresses the formation of a high resistance layer between the solid electrolyte layer 30 and the air electrode 50. The barrier layer 40 contains a ceria-based material in which ceria (CeO 2 ) or a rare earth metal oxide is dissolved in CeO 2 as a main component. Such ceria-based materials, such as gadolinium doped ceria (GDC: (Ce, Gd) O 2) or samarium-doped ceria (SDC: (Ce, Sm) O 2) , and the like. The barrier layer 40 may contain zirconium (Zr), yttrium (Y), scandium (Sc), Ca (calcium), or an oxide thereof. The barrier layer 40 is dense, and the porosity of the barrier layer 40 is less than 10%. The porosity of the barrier layer 40 is a volume ratio of pores (including voids and a closed space described later) to the total volume of the barrier layer 40. The thickness of the barrier layer 40 can be 3 μm to 20 μm. The fine structure inside the barrier layer 40 will be described later.

バリア層40は、図1に示すように、空気極50との間に界面P1を形成する。界面P1は、バリア層40の空気極50側の表面によって形成される。界面P1は、バリア層40と空気極50の成分濃度をマッピングした場合に濃度分布が急激に変化するラインや、バリア層40と空気極50の間で気孔率が急激に変化するラインによって規定することができる。   As shown in FIG. 1, the barrier layer 40 forms an interface P <b> 1 with the air electrode 50. The interface P1 is formed by the surface of the barrier layer 40 on the air electrode 50 side. The interface P1 is defined by a line in which the concentration distribution changes abruptly when mapping the component concentrations of the barrier layer 40 and the air electrode 50, or a line in which the porosity changes abruptly between the barrier layer 40 and the air electrode 50. be able to.

バリア層40は、図1に示すように、固体電解質層30との間に界面P2を形成する。界面P2は、バリア層40の固体電解質層30側の表面によって形成される。界面P2は、電子プローブマイクロアナリシス法(EPMA:Electron Probe Micro Analyzer)によってバリア層40の主成分(例えばセリウム)と固体電解質層30の主成分(例えばジルコニウム)の濃度分布を厚み方向にライン分析した場合に、各濃度が一致するラインに規定することができる。   As shown in FIG. 1, the barrier layer 40 forms an interface P <b> 2 with the solid electrolyte layer 30. The interface P2 is formed by the surface of the barrier layer 40 on the solid electrolyte layer 30 side. For the interface P2, the concentration distribution of the main component (for example, cerium) of the barrier layer 40 and the main component (for example, zirconium) of the solid electrolyte layer 30 is line-analyzed in the thickness direction by an electron probe microanalyzer (EPMA). In some cases, each density can be defined as a matching line.

空気極50は、バリア層40上に配置される。空気極50は、固体酸化物型燃料電池10のカソードとして機能する。空気極50は、多孔質の板状焼成体である。空気極40は、一般式ABOで表され、AサイトにLa及びSrの少なくとも一方を含むペロブスカイト型複合酸化物を主成分として含む。このようなペロブスカイト型複合酸化物としては、例えばランタンストロンチウムコバルトフェライト(LSCF:(La,Sr)(Co,Fe)O)、ランタンストロンチウムフェライト(LSF:(La,Sr)FeO)、ランタンストロンチウムコバルタイト(LSC:(La,Sr)CoO)、ランタンストロンチウムマンガナイト(LSM:(La,Sr)MnO)、及びサマリウムストロンチウムコバルタイト(SSC:(Sm,Sr)CoO)などが挙げられる。空気極50の気孔率は、25%〜50%とすることができる。空気極50の厚みは、3μm〜600μmとすることができる。 The air electrode 50 is disposed on the barrier layer 40. The air electrode 50 functions as a cathode of the solid oxide fuel cell 10. The air electrode 50 is a porous plate-like fired body. The air electrode 40 is represented by the general formula ABO 3 and contains a perovskite complex oxide containing at least one of La and Sr at the A site as a main component. Examples of such perovskite complex oxides include lanthanum strontium cobalt ferrite (LSCF: (La, Sr) (Co, Fe) O 3 ), lanthanum strontium ferrite (LSF: (La, Sr) FeO 3 ), and lanthanum strontium. Examples thereof include cobaltite (LSC: (La, Sr) CoO 3 ), lanthanum strontium manganite (LSM: (La, Sr) MnO 3 ), and samarium strontium cobaltite (SSC: (Sm, Sr) CoO 3 ). . The porosity of the air electrode 50 can be set to 25% to 50%. The thickness of the air electrode 50 can be 3 μm to 600 μm.

(バリア層40内部の微構造)
バリア層40内部の微構造について、図面を参照しながら説明する。図2は、バリア層40内部の微構造を模式的に示す断面図である。
(Microstructure inside the barrier layer 40)
The microstructure inside the barrier layer 40 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the microstructure inside the barrier layer 40.

バリア層40は、複数の凸部41を有する。凸部41の中央部は、空気極50側に突出する。凸部41は、図2に示すように、バリア層40を構成する粒子(以下、「バリア層粒子」という。)40aによって形成される。バリア層粒子40aのうち凸部41は、錐体状に形成されている。凸部41の表面は、曲面状に形成される。そのため、凸部41の断面は、空気極50側に湾曲するように突出している。   The barrier layer 40 has a plurality of convex portions 41. The center part of the convex part 41 protrudes to the air electrode 50 side. As shown in FIG. 2, the convex portion 41 is formed by particles (hereinafter referred to as “barrier layer particles”) 40 a constituting the barrier layer 40. Of the barrier layer particles 40a, the convex portions 41 are formed in a cone shape. The surface of the convex portion 41 is formed in a curved surface shape. Therefore, the cross section of the convex portion 41 protrudes so as to curve toward the air electrode 50 side.

複数の凸部41はマトリクス状に連なっており、これによってバリア層40の空気極50側の表面が形成されている。すなわち、界面Pは、バリア層粒子40aの表面が連なることによって形成されており、周期的な凹凸形状を有する。このように、界面Pが周期的な凹凸形状を有することで、バリア層40と空気極50の接触面積の増大が図られている。   The plurality of convex portions 41 are arranged in a matrix, and the surface of the barrier layer 40 on the air electrode 50 side is thereby formed. That is, the interface P is formed by connecting the surfaces of the barrier layer particles 40a and has a periodic uneven shape. Thus, the interface P has a periodic uneven shape, so that the contact area between the barrier layer 40 and the air electrode 50 is increased.

バリア層粒子40aの平均円相当径は、0.5μm以上3μm以下とすることができる。バリア層粒子40aの平均円相当径とは、バリア層粒子40aと同じ断面積を有する円の直径の算術平均値である。なお、本実施形態において、「平均」とは、バリア層粒子40aごとの測定値の算術平均を意味する。平均値を求める場合、バリア層粒子40aのサンプル数は10個以上であることが好ましい。ただし、円相当径が0.05μm以下のバリア層粒子40aは接触面積の増大に対する寄与度が小さいため、平均円相当径を算出する場合には円相当径が0.05μm以下のバリア層粒子40aを除外することが好ましい。   The average equivalent circle diameter of the barrier layer particles 40a can be not less than 0.5 μm and not more than 3 μm. The average equivalent circle diameter of the barrier layer particles 40a is an arithmetic average value of the diameters of circles having the same cross-sectional area as the barrier layer particles 40a. In the present embodiment, “average” means an arithmetic average of measured values for each barrier layer particle 40a. When determining the average value, the number of samples of the barrier layer particles 40a is preferably 10 or more. However, since the barrier layer particle 40a having an equivalent circle diameter of 0.05 μm or less has a small contribution to the increase in the contact area, when calculating the average equivalent circle diameter, the barrier layer particle 40a having an equivalent circle diameter of 0.05 μm or less. Is preferably excluded.

凸部41の平均幅Wは、0.1μm以上2μm以下とすることができる。凸部41の平均幅Wは、0.3μm以上1.5μm以下であることが好ましい。凸部41の平均幅Wは、図2に示すように、凸部41の両端の平均最短距離に相当する。   The average width W of the convex portion 41 can be 0.1 μm or more and 2 μm or less. The average width W of the convex portions 41 is preferably 0.3 μm or more and 1.5 μm or less. The average width W of the convex portion 41 corresponds to the average shortest distance between both ends of the convex portion 41 as shown in FIG.

凸部41の平均高さHは、0.01μm以上1μm以下とすることができる。凸部41の平均高さHは、0.03μm以上0.5μm以下であることが好ましい。凸部41の平均高さHは、図2に示すように、凸部41の両端を結ぶ直線と頂部PPの平均最短距離に相当する。   The average height H of the convex portions 41 can be 0.01 μm or more and 1 μm or less. The average height H of the convex portions 41 is preferably 0.03 μm or more and 0.5 μm or less. The average height H of the convex portion 41 corresponds to the average shortest distance between the straight line connecting both ends of the convex portion 41 and the top PP, as shown in FIG.

また、凸部41の平均幅Wに対する平均高さHの比(以下、「高さ幅比」)H/Wは、0.05以上である。高さ幅比H/Wが大きいほど、凸部41は急峻な形状となり、バリア層40と空気極50の接触面積のさらなる増大を図ることができる。高さ幅比H/Wは、0.4以下であることが好ましい。   Further, the ratio of the average height H to the average width W of the convex portions 41 (hereinafter referred to as “height-width ratio”) H / W is 0.05 or more. As the height-width ratio H / W is larger, the convex portion 41 has a steeper shape, and the contact area between the barrier layer 40 and the air electrode 50 can be further increased. The height-width ratio H / W is preferably 0.4 or less.

凸部41の頂部PPにおける第1曲率半径CR1は、3.5μm以下であることが好ましい。第1曲率半径CR1が小さいほど、凸部41は急峻な形状となるため、バリア層40がアンカー効果を発揮する。第1曲率半径CR1は、0.3μm以上であることがより好ましい。   The first radius of curvature CR1 at the top PP of the convex portion 41 is preferably 3.5 μm or less. Since the convex portion 41 becomes steeper as the first radius of curvature CR1 is smaller, the barrier layer 40 exhibits an anchor effect. The first radius of curvature CR1 is more preferably 0.3 μm or more.

隣接する2つの凸部41間の最深部DPにおける第2曲率半径CR2は、2.0μm以下であることが好ましい。第2曲率半径CR2は、0.8μm以上であることがより好ましい。最深部DPは、隣接する2つのバリア層粒子40aの粒界を含む領域である。第2曲率半径CR2が小さいほど、最深部DPが切れ込んだ形状となるため、最深部DPに入り込んだ空気極50がアンカー効果を発揮する。   It is preferable that the second radius of curvature CR2 at the deepest portion DP between two adjacent convex portions 41 is 2.0 μm or less. The second curvature radius CR2 is more preferably 0.8 μm or more. The deepest portion DP is a region including a grain boundary between two adjacent barrier layer particles 40a. As the second curvature radius CR2 is smaller, the deepest portion DP is cut off, so that the air electrode 50 that has entered the deepest portion DP exhibits an anchor effect.

また、バリア層40は、図2に示すように、複数の閉空間42を有する。閉空間42は、バリア層粒子40aの粒界に配置される。閉空間42は、バリア層40の断面を3万倍率のSTEM(走査型透過電子顕微鏡(STEM:Scanning Transmission Electron Microscope)で観察した場合に、10μm当たり1個以上形成されていることが好ましい。すなわち、バリア層40の断面における閉空間42の存在率は、1個/10μm以上であることが好ましい。本実施形態において、バリア層40が閉空間42を有することは、断面における閉空間42の存在率が1個/10μm以上であることを意味する。 Moreover, the barrier layer 40 has a plurality of closed spaces 42 as shown in FIG. The closed space 42 is disposed at the grain boundary of the barrier layer particles 40a. When the cross section of the barrier layer 40 is observed with a STEM (Scanning Transmission Electron Microscope (STEM)) of 30,000 magnifications, it is preferable that one or more closed spaces 42 are formed per 10 μm 2 . That is, the existence ratio of the closed space 42 in the cross section of the barrier layer 40 is preferably 1/10 μm 2 or more In the present embodiment, the fact that the barrier layer 40 has the closed space 42 means that the closed space 42 in the cross section. It means that the abundance ratio is 1/10 μm 2 or more.

複数の閉空間42のうち少なくとも一部の閉空間42には、空気極50の構成成分の少なくとも一部が集積されていてもよい。また、複数の閉空間42のうち少なくとも一部の閉空間42には、固体電解質層30の構成成分の少なくとも一部が集積されていてもよい。また、複数の閉空間42のうち少なくとも一部の閉空間42には、空気極50の構成成分の一部と固体電解質層30の構成成分の一部を含む複合酸化物が集積されていてもよい。   At least some of the components of the air electrode 50 may be accumulated in at least some of the closed spaces 42. In addition, at least some of the constituent components of the solid electrolyte layer 30 may be accumulated in at least some of the plurality of closed spaces 42. Further, even if at least a part of the plurality of closed spaces 42 includes a composite oxide including a part of the constituent components of the air electrode 50 and a part of the constituent components of the solid electrolyte layer 30. Good.

閉空間42に集積される空気極50の構成成分としては、例えばSrやLaが挙げられるがこれに限られるものではない。閉空間42に集積される固体電解質層30の構成成分としては、例えばZrが挙げられるがこれに限られるものではない。閉空間42に集積される複合酸化物としては、SrZrOやLaZrが挙げられるがこれに限られるものではない。 Examples of the component of the air electrode 50 accumulated in the closed space 42 include Sr and La, but are not limited thereto. Examples of the constituent component of the solid electrolyte layer 30 accumulated in the closed space 42 include, but are not limited to, Zr. Examples of the composite oxide accumulated in the closed space 42 include, but are not limited to, SrZrO 3 and La 2 Zr 2 O 7 .

空気極50の構成成分、固体電解質層30の構成成分及びこれらの複合酸化物(以下、「集積物質」と総称する。)は、同一の閉空間42に混在していてもよい。集積物質は、閉空間42の全体に充填されていてもよいし、閉空間42の一部だけに配置されていてもよい。   The components of the air electrode 50, the components of the solid electrolyte layer 30, and these composite oxides (hereinafter collectively referred to as “accumulated substances”) may be mixed in the same closed space 42. The accumulation material may be filled in the entire closed space 42 or may be disposed only in a part of the closed space 42.

ここで、空気極50や固体電解質層30の構成成分は、各層の成形体を焼成する際だけでなく、燃料電池が高温稼動している際にもバリア層40内に拡散される可能性がある。従って、集積物質は、燃料電池完成時点において閉空間42にすでに集積されていてもよいが、燃料電池の使用中に徐々に閉空間42に集積されてもよい。このように、バリア層粒子40aの粒界に複数の閉空間42を配置しておくことによって、焼成時及び使用時においてバリア層粒子40aの粒界を移動する拡散成分をトラップすることができる。   Here, the constituent components of the air electrode 50 and the solid electrolyte layer 30 may be diffused into the barrier layer 40 not only when the molded body of each layer is fired but also when the fuel cell is operating at a high temperature. is there. Accordingly, the accumulated material may be already accumulated in the closed space 42 when the fuel cell is completed, or may be gradually accumulated in the closed space 42 during use of the fuel cell. Thus, by disposing a plurality of closed spaces 42 at the grain boundaries of the barrier layer particles 40a, it is possible to trap diffusion components that move through the grain boundaries of the barrier layer particles 40a during firing and use.

閉空間42の平均円相当径は、10nm以上100nm以下とすることができる。閉空間42の平均円相当径は、20nm以上であることが好ましい。閉空間42の平均円相当径とは、閉空間42と同じ断面積を有する円の直径の算術平均値である。なお、本実施形態において、「平均」とは、閉空間42ごとの測定値の算術平均を意味する。平均値を求める場合、閉空間42のサンプル数は10個以上であることが好ましい。ただし、円相当径が3nm以下の閉空間42は空気極の構成成分などの集積に対する寄与度が小さいため、平均円相当径を算出する場合には円相当径が3nm以下の閉空間42を除外することが好ましい。   The average equivalent circle diameter of the closed space 42 can be 10 nm or more and 100 nm or less. The average equivalent circle diameter of the closed space 42 is preferably 20 nm or more. The average equivalent circle diameter of the closed space 42 is an arithmetic average value of the diameters of circles having the same cross-sectional area as the closed space 42. In the present embodiment, “average” means an arithmetic average of measured values for each closed space 42. When obtaining the average value, the number of samples in the closed space 42 is preferably 10 or more. However, since the closed space 42 with an equivalent circle diameter of 3 nm or less has a small contribution to the accumulation of the components of the air electrode, the closed space 42 with an equivalent circle diameter of 3 nm or less is excluded when calculating the average equivalent circle diameter. It is preferable to do.

(固体酸化物型燃料電池10の製造方法)
次に、固体酸化物型燃料電池10の製造方法の一例について説明する。ただし、以下に述べる材料、粒径、温度、及び塗布方法等の各種条件は、適宜変更することができる。
(Method for Manufacturing Solid Oxide Fuel Cell 10)
Next, an example of a method for manufacturing the solid oxide fuel cell 10 will be described. However, various conditions such as the material, particle size, temperature, and coating method described below can be changed as appropriate.

まず、金型プレス成形法で燃料極集電層用粉末を成形することによって、燃料極集電層21の成形体を形成する。   First, a molded body of the anode current collecting layer 21 is formed by molding an anode current collecting layer powder by a die press molding method.

次に、燃料極活性層用粉末と造孔剤(例えばPMMA)との混合物にバインダーとしてPVA(ポリビニルブチラール)を添加してスラリーを作製する。続いて、印刷法などでスラリーを燃料極集電層21の成形体上に印刷して、燃料極活性層22の成形体を形成する。   Next, PVA (polyvinyl butyral) is added as a binder to a mixture of the fuel electrode active layer powder and a pore-forming agent (for example, PMMA) to prepare a slurry. Subsequently, the slurry is printed on the molded body of the anode current collecting layer 21 by a printing method or the like to form the molded body of the anode active layer 22.

次に、固体電解質層用粉末に水とバインダーを混合してスラリーを作製する。続いて、塗布法などでスラリーを燃料極20の成形体上に塗布して、固体電解質層30の成形体を形成する。   Next, water and a binder are mixed with the solid electrolyte layer powder to prepare a slurry. Subsequently, the slurry is applied onto the molded body of the fuel electrode 20 by a coating method or the like to form the molded body of the solid electrolyte layer 30.

次に、バリア層用粉末(例えば、GDCなど)に水とバインダーを混合してスラリーを作製する。続いて、塗布法などでスラリーを固体電解質層30の成形体上に塗布して、バリア層40の成形体を形成する。   Next, water and a binder are mixed with the barrier layer powder (for example, GDC) to prepare a slurry. Subsequently, the slurry is applied onto the molded body of the solid electrolyte layer 30 by a coating method or the like to form the molded body of the barrier layer 40.

この際、以下に列挙する3つの因子のうち少なくとも1つを制御することによって、バリア層40における閉空間42の数やサイズを調整することができる。
・バリア層用粉末を用いたスラリーに添加する造孔材の量とサイズ
・バリア層40の成形体の粉体充填率
・バリア層用粉末に添加する不純物(例えば、Zr)の量とサイズ
At this time, the number and size of the closed spaces 42 in the barrier layer 40 can be adjusted by controlling at least one of the three factors listed below.
-The amount and size of the pore former added to the slurry using the barrier layer powder-The powder filling rate of the molded body of the barrier layer 40-The amount and size of impurities (for example, Zr) added to the barrier layer powder

次に、成形体の積層体を1300〜1600℃で2〜20時間共焼結して、燃料極20、固体電解質層30およびバリア層40の共焼成体を形成する。   Next, the laminate of the molded body is co-sintered at 1300 to 1600 ° C. for 2 to 20 hours to form a co-fired body of the fuel electrode 20, the solid electrolyte layer 30, and the barrier layer 40.

この際、以下の2つの条件のうち少なくとも1つを用いることによって、バリア層40における凸部41の形状やサイズを調整することができる。
・焼成開始温度を、燃料極20<固体電解質層30<バリア層40の順とすること
・焼成収縮率を、固体電解質層30<バリア層40<燃料極20の順とし、かつ、バリア層40の焼成収縮率を固体電解質層30の焼成収縮率よりも0.5%〜3.5%程度大きくすること
At this time, the shape and size of the protrusion 41 in the barrier layer 40 can be adjusted by using at least one of the following two conditions.
The firing start temperature is in the order of the fuel electrode 20 <solid electrolyte layer 30 <barrier layer 40. The firing shrinkage ratio is in the order of the solid electrolyte layer 30 <barrier layer 40 <fuel electrode 20 and the barrier layer 40. The firing shrinkage ratio of the solid electrolyte layer 30 should be larger than the firing shrinkage ratio by about 0.5% to 3.5%.

次に、空気極用材料粉末(例えば、LSCF、LSF、LSC及びLSM-8YSZなど)に水とバインダーを混合してスラリーを作製する。そして、塗布法などを用いてスラリーをバリア層40上に塗布して、空気極50の成形体を形成する。   Next, water and a binder are mixed with air electrode material powder (for example, LSCF, LSF, LSC, LSM-8YSZ, etc.) to prepare a slurry. And the slurry is apply | coated on the barrier layer 40 using the apply | coating method etc., and the molded object of the air electrode 50 is formed.

次に、共焼成体と空気極50の成形体を900〜1100℃で1〜20時間焼結する。   Next, the co-fired body and the molded body of the air electrode 50 are sintered at 900 to 1100 ° C. for 1 to 20 hours.

(作用及び効果)
本実施形態において、バリア層40の気孔率は10%未満である。そのため、バリア層が多孔質である場合、すなわちバリア層の内部に空隙(気孔を含む)が形成されている場合に比べて、バリア層40の内部に空気極50や固体電解質層30の構成成分が拡散することを抑制できる。
(Function and effect)
In this embodiment, the porosity of the barrier layer 40 is less than 10%. Therefore, when the barrier layer is porous, that is, compared with the case where voids (including pores) are formed inside the barrier layer, the components of the air electrode 50 and the solid electrolyte layer 30 are formed inside the barrier layer 40. Can be prevented from diffusing.

また、バリア層40は、バリア層粒子40aの粒界に形成された複数の閉空間42を有する。そのため、バリア層粒子40aの粒界を移動する空気極50や固体電解質層30の構成成分を閉空間42に集積することができる。   The barrier layer 40 has a plurality of closed spaces 42 formed at the grain boundaries of the barrier layer particles 40a. Therefore, the constituent components of the air electrode 50 and the solid electrolyte layer 30 that move through the grain boundaries of the barrier layer particles 40 a can be accumulated in the closed space 42.

以上のように、本実施形態に係る固体酸化物型燃料電池10によれば、空気極50や固体電解質層30の構成成分がバリア層40に拡散することを抑制しつつ、バリア層粒子40aの粒界を移動する微量な拡散成分を閉空間42に集積できる。その結果、固体酸化物型燃料電池10の発電性能が低下することを抑制することができる。   As described above, according to the solid oxide fuel cell 10 according to the present embodiment, the constituents of the air electrode 50 and the solid electrolyte layer 30 are prevented from diffusing into the barrier layer 40, and the barrier layer particles 40a. A very small amount of diffusion component moving through the grain boundary can be accumulated in the closed space 42. As a result, it is possible to prevent the power generation performance of the solid oxide fuel cell 10 from being lowered.

(他の実施形態)
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications or changes can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、上記実施形態において、空気極50は多孔質な単層構造を有することとしたが、多孔質な多層構造を有していてもよい。具体的に、空気極50は、バリア層40上に形成される活性層と、活性層上に形成される集電層とを有していてもよい。活性層は、酸素イオン伝導性と電子伝導性を併せ持つ混合導電材料によって構成することができる。   For example, in the above embodiment, the air electrode 50 has a porous single layer structure, but may have a porous multilayer structure. Specifically, the air electrode 50 may have an active layer formed on the barrier layer 40 and a current collecting layer formed on the active layer. The active layer can be composed of a mixed conductive material having both oxygen ion conductivity and electron conductivity.

また、上記実施形態では、バリア層40上に空気極50が配置されることとしたが、これに限られるものではない。バリア層40と空気極50の間には、バリア層40よりも気孔率の高い多孔質バリア層が介挿されていてもよい。このような多孔質バリア層は、バリア層40と同様の材料を用いたスラリーを共焼成体のバリア層40上に塗布した後に焼成(1200〜1500℃、1〜20時間)することによって形成できる。多孔質バリア層の気孔率は、15%以上であることが好ましい。多孔質バリア層の厚みは、1〜50μmとすることができる。なお、バリア層40と多孔質バリア層の界面は、気孔率が急激に変化するラインに規定することができる。   Moreover, in the said embodiment, although the air electrode 50 was arrange | positioned on the barrier layer 40, it is not restricted to this. A porous barrier layer having a higher porosity than the barrier layer 40 may be interposed between the barrier layer 40 and the air electrode 50. Such a porous barrier layer can be formed by applying a slurry using the same material as that of the barrier layer 40 onto the co-fired barrier layer 40 and then firing (1200 to 1500 ° C. for 1 to 20 hours). . The porosity of the porous barrier layer is preferably 15% or more. The thickness of the porous barrier layer can be 1 to 50 μm. Note that the interface between the barrier layer 40 and the porous barrier layer can be defined as a line in which the porosity rapidly changes.

以下において本発明に係るセルの実施例について説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。   Examples of the cell according to the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the examples described below.

[サンプルNo.1の作製]
以下のようにして、サンプルNo.1を作製した。
[Production of Sample No. 1]
Sample No. 1 was produced as follows.

まず、NiOと8YSZの混合粉末を金型プレス成形法で成形して、燃料極集電層の成形体を形成した。   First, a mixed powder of NiO and 8YSZ was molded by a die press molding method to form a molded body of a fuel electrode current collecting layer.

次に、NiOと8YSZとPMMAの混合物にPVAを添加してスラリーを作製した。続いて、このスラリーを燃料極集電層の成形体上に印刷して、燃料極活性層の成形体を形成した。   Next, PVA was added to a mixture of NiO, 8YSZ, and PMMA to prepare a slurry. Subsequently, this slurry was printed on a molded body of the anode current collecting layer to form a molded body of the anode active layer.

次に、8YSZに水とバインダーを混合してスラリーを作製した。続いて、このスラリーを燃料極活性層の成形体上に塗布して、固体電解質層の成形体を形成した。   Next, 8YSZ was mixed with water and a binder to prepare a slurry. Subsequently, this slurry was applied on the molded body of the fuel electrode active layer to form a molded body of the solid electrolyte layer.

次に、GDCに水とバインダーを混合してスラリーを作製した。続いて、このスラリーを固体電解質層の成形体上に塗布して、バリア層の成形体を形成した。   Next, a slurry was prepared by mixing water and a binder with GDC. Subsequently, this slurry was applied onto the solid electrolyte layer compact to form a barrier layer compact.

次に、燃料極、固体電解質層及びバリア層それぞれの成形体の積層体を共焼成(1400℃、5時間)して、燃料極、固体電解質層及びバリア層の共焼成体を作製した。   Next, the laminates of the molded bodies of the fuel electrode, the solid electrolyte layer, and the barrier layer were co-fired (1400 ° C., 5 hours) to produce a co-fired body of the fuel electrode, the solid electrolyte layer, and the barrier layer.

次に、LSCFに水とバインダーを混合してスラリーを作製した。続いて、このスラリーをバリア層上に塗布して、空気極の成形体を形成した。   Next, water and a binder were mixed with LSCF to prepare a slurry. Subsequently, this slurry was applied onto the barrier layer to form an air electrode molded body.

次に、空気極の成形体を1050℃で5時間焼成して、空気極を作製した。   Next, the air electrode compact was fired at 1050 ° C. for 5 hours to produce an air electrode.

[サンプルNo.2〜6の作製]
サンプルNo.2〜6では、バリア層のGDCスラリーに造孔材を添加することによって、バリア層を構成するバリア層粒子の粒界に複数の閉空間を形成した。この際、造孔材のサイズを調整することによって、表1に示すように閉空間の平均円相当径を変更した。
[Production of sample Nos. 2 to 6]
In Sample Nos. 2 to 6, a plurality of closed spaces were formed at the grain boundaries of the barrier layer particles constituting the barrier layer by adding a pore former to the GDC slurry of the barrier layer. At this time, the average equivalent circle diameter of the closed space was changed as shown in Table 1 by adjusting the size of the pore former.

また、サンプルNo.2〜6では、共焼成体の焼成開始温度を燃料極<固体電解質層<バリア層の順とし、かつ、焼成収縮率を固体電解質層<バリア層<燃料極の順とすることによって、表1に示すようにバリア層の凸部の形状とサイズを調整した。   In sample Nos. 2 to 6, the firing start temperature of the co-fired body is in the order of fuel electrode <solid electrolyte layer <barrier layer, and the firing shrinkage is in the order of solid electrolyte layer <barrier layer <fuel electrode. Thus, as shown in Table 1, the shape and size of the protrusions of the barrier layer were adjusted.

その他の工程は、上記サンプルNo.1と同じとした。   The other steps are the same as the sample No. Same as 1.

[バリア層内部の微構造の観察]
各サンプルの断面を3万倍率のSTEMで撮像して、図3に示すようなSTEM画像を取得した。
[Observation of microstructure inside barrier layer]
The cross section of each sample was imaged with a STEM of 30,000 magnifications to obtain a STEM image as shown in FIG.

次に、STEM画像において、バリア層粒子の粒界に形成された閉空間の有無の確認と閉空間の平均円相当径の測定を行った。また、STEM画像において、バリア層と空気極の界面付近におけるGDC粒子(バリア層粒子)のサイズ及びバリア層の凸部の形状を観察した。閉空間の有無の確認結果、閉空間の平均円相当径の測定結果、GDC粒子の平均円相当径の測定結果、及び凸部の形状の観察結果を表1にまとめて示す。   Next, in the STEM image, the presence / absence of a closed space formed at the grain boundary of the barrier layer particles was confirmed, and the average equivalent circle diameter of the closed space was measured. Further, in the STEM image, the size of GDC particles (barrier layer particles) and the shape of the convex portions of the barrier layer in the vicinity of the interface between the barrier layer and the air electrode were observed. Table 1 shows the results of confirming the presence or absence of the closed space, the measurement result of the average equivalent circle diameter of the closed space, the measurement result of the average equivalent circle diameter of the GDC particles, and the observation result of the shape of the convex portion.

[閉空間内の物質の特定]
サンプルNo.1〜6について、閉空間内に集積されている物質をEPMAやEDXなどの手法で元素の同定を行うと共に、反応物の構造解析についてはSTEMの電子線回折により特定した。その結果、閉空間には、空気極の構成成分であるSrと固体電解質層の構成成分であるZrとの複合酸化物であるSrZrOが形成されていることが確認された。
[Identification of substance in closed space]
Regarding Sample Nos. 1 to 6, the substances accumulated in the closed space were identified by an element such as EPMA or EDX, and the structural analysis of the reaction product was identified by STEM electron diffraction. As a result, it was confirmed that SrZrO 3 , which is a complex oxide of Sr, which is a component of the air electrode, and Zr, which is a component of the solid electrolyte layer, is formed in the closed space.

[発電試験]
サンプルNo.1〜6について、燃料極側に窒素ガスを供給しながら、空気極側に空気を供給した状態で、800℃まで昇温した後に燃料極に水素ガスを3時間供給することによって還元処理を行った。その後、サンプルNo.1〜6について、定電流条件(電流密度:0.3A/cm)においてセル電圧の降下率(1000時間のセル電圧の変化率)を測定した。測定結果を表1にまとめて示す。
[Power generation test]
Reducing sample Nos. 1-6 by supplying hydrogen gas to the fuel electrode for 3 hours after raising the temperature to 800 ° C. while supplying air to the air electrode side while supplying nitrogen gas to the fuel electrode side Processed. Then, about sample No. 1-6, the cell voltage fall rate (rate of change of the cell voltage of 1000 hours) was measured on constant current conditions (current density: 0.3 A / cm < 2 >). The measurement results are summarized in Table 1.

[剥離の有無]
焼成後のサンプルNo.2〜6の断面を顕微鏡で観察することによって、バリア層と空気極の界面における剥離の頻度(発生箇所数)を確認した。確認結果を表1にまとめて示す。表1では、剥離が確認されたサンプルを“×”と評価し、1箇所だけ剥離が確認されたサンプルを“○”と評価し、剥離が確認されなかったサンプルを“◎”と評価した。
[Presence or absence of peeling]
By observing the cross section of sample Nos. 2 to 6 after firing with a microscope, the frequency (number of occurrences) of peeling at the interface between the barrier layer and the air electrode was confirmed. The confirmation results are summarized in Table 1. In Table 1, a sample in which peeling was confirmed was evaluated as “x”, a sample in which peeling was confirmed only at one place was evaluated as “◯”, and a sample in which peeling was not confirmed was evaluated as “” ”.

[熱サイクル試験後の剥離の有無]
次に、サンプルNo.3〜6について、還元雰囲気を維持した状態で、常温から800℃まで30分で昇温し、その後1時間で常温まで降させるサイクルを10回繰り返した。その後、各サンプルの断面を顕微鏡で観察することによって、バリア層と空気極の界面における剥離の有無を確認した。確認結果を表1にまとめて示す。表1では、剥離が確認されたサンプルを“×”と評価し、剥離が確認されなかったサンプルを“◎”と評価した。
[Peeling after thermal cycle test]
Next, with respect to Sample Nos. 3 to 6, while maintaining the reducing atmosphere, the cycle of raising the temperature from room temperature to 800 ° C. in 30 minutes and then lowering to room temperature in 1 hour was repeated 10 times. Then, the presence or absence of peeling at the interface between the barrier layer and the air electrode was confirmed by observing the cross section of each sample with a microscope. The confirmation results are summarized in Table 1. In Table 1, a sample in which peeling was confirmed was evaluated as “x”, and a sample in which peeling was not confirmed was evaluated as “◎”.

表1から分かるように、バリア層に閉空間が存在するサンプルNo.2〜6では、セル電圧の降下率を抑制することができた。これは、バリア層内に拡散してきた空気極及び固体電解質層の構成成分を閉空間にトラップすることによって、バリア層の電気抵抗の増大を抑えることができたためである。なお、平均円相当径10nm未満の閉空間を安定的に作製するのは困難であったため、サンプルNo.2〜6では平均円相当径10nm以上の閉空間を作製した。また、熱サイクル試験時にクラックが発生するリスクを考慮して、サンプルNo.2〜6では平均円相当径100nm以下の閉空間を作製した。   As can be seen from Table 1, in Sample Nos. 2 to 6 where a closed space exists in the barrier layer, the cell voltage drop rate could be suppressed. This is because an increase in the electrical resistance of the barrier layer can be suppressed by trapping the constituent components of the air electrode and the solid electrolyte layer that have diffused into the barrier layer in the closed space. Since it was difficult to stably produce a closed space having an average equivalent circle diameter of less than 10 nm, Sample Nos. 2 to 6 produced closed spaces having an average equivalent circle diameter of 10 nm or more. In consideration of the risk of cracking during the thermal cycle test, Samples Nos. 2 to 6 produced closed spaces with an average equivalent circle diameter of 100 nm or less.

また、表1から分かるように、バリア層粒子の平均円相当径が0.5μm以上3μm以下で、かつ、高さ幅比H/Wが0.05以上であるサンプルNo.3〜6では、焼成後の時点における剥離の発生頻度を抑えることができた。これは、バリア層と空気極の接合面積を増大させることができたためである。   Further, as can be seen from Table 1, in sample Nos. 3 to 6, in which the average equivalent circle diameter of the barrier layer particles is 0.5 μm or more and 3 μm or less, and the height-width ratio H / W is 0.05 or more, The occurrence frequency of peeling at the time after firing could be suppressed. This is because the bonding area between the barrier layer and the air electrode can be increased.

また、頂部の曲率半径が3.5μm以下であるサンプルNo.3〜6では、熱サイクル試験後においても剥離が観察されなかった。   Moreover, in sample No. 3-6 whose curvature radius of a top part is 3.5 micrometers or less, peeling was not observed after the thermal cycle test.

また、最深部の曲率半径が2μm以下であるサンプルNo. No.3〜6では、熱サイクル試験後においても剥離の発生頻度を抑えることができた。   Further, in Sample Nos. 3 to 6 in which the curvature radius of the deepest part was 2 μm or less, the occurrence frequency of peeling could be suppressed even after the thermal cycle test.

10 燃料電池
20 燃料極
30 固体電解質層
40 バリア層
40a バリア層粒子
41 凸部
42 閉空間
50 空気極
PP 頂部
DP 最深部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 20 Fuel electrode 30 Solid electrolyte layer 40 Barrier layer 40a Barrier layer particle | grains 41 Convex part 42 Closed space 50 Air electrode PP Top part DP Deepest part

Claims (7)

燃料極と、
空気極と、
前記燃料極と前記空気極の間に配置される固体電解質層と、
前記固体電解質層と前記空気極の間に配置され、セリア系材料を主成分として含むバリア層と、
を備え、
前記バリア層の気孔率は、10%未満であり、
前記バリア層は、前記バリア層を構成する複数のバリア層粒子の粒界に形成された複数の閉空間を有する、
固体酸化物型燃料電池。
An anode,
The air electrode,
A solid electrolyte layer disposed between the fuel electrode and the air electrode;
A barrier layer disposed between the solid electrolyte layer and the air electrode and containing a ceria-based material as a main component;
With
The porosity of the barrier layer is less than 10%;
The barrier layer has a plurality of closed spaces formed at grain boundaries of a plurality of barrier layer particles constituting the barrier layer.
Solid oxide fuel cell.
前記複数の閉空間の平均円相当径は、10nm以上100nm以下である、
請求項1に記載の固体酸化物型燃料電池。
The average equivalent circle diameter of the plurality of closed spaces is 10 nm or more and 100 nm or less.
The solid oxide fuel cell according to claim 1.
前記閉空間には、前記空気極及び前記固体電解質層それぞれの構成成分を含む複合酸化物が配置されている、
請求項1又は2に記載の固体酸化物型燃料電池。
In the closed space, a composite oxide containing constituent components of the air electrode and the solid electrolyte layer is disposed.
The solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2.
前記バリア層の断面における前記複数の閉空間の存在率は、1個/10μm以上である、
請求項1乃至3のいずれかに記載の固体酸化物型燃料電池。
The existence ratio of the plurality of closed spaces in the cross section of the barrier layer is 1 piece / 10 μm 2 or more.
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
前記燃料極と前記固体電解質層と前記バリア層は、共焼成されており、
前記バリア層は、前記空気極側に突出する複数の凸部を有し、
前記複数の凸部それぞれは、前記バリア層を構成するバリア層粒子によって形成され、
前記バリア層粒子の平均円相当径は、0.5μm以上3μm以下であり、
前記バリア層と前記空気極の界面を断面視した場合に、前記複数の凸部の平均幅に対する平均高さの比は、0.05以上0.4以下である、
請求項1乃至4のいずれかに記載の固体酸化物型燃料電池。
The fuel electrode, the solid electrolyte layer, and the barrier layer are co-fired,
The barrier layer has a plurality of protrusions protruding to the air electrode side,
Each of the plurality of convex portions is formed by barrier layer particles constituting the barrier layer,
The average equivalent circle diameter of the barrier layer particles is 0.5 μm or more and 3 μm or less,
When the interface between the barrier layer and the air electrode is viewed in cross section, the ratio of the average height to the average width of the plurality of convex portions is 0.05 or more and 0.4 or less .
The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
前記複数の凸部それぞれの頂部における曲率半径は、3.5μm以下である、
請求項5に記載の固体酸化物型燃料電池。
The curvature radius at the top of each of the plurality of convex portions is 3.5 μm or less.
The solid oxide fuel cell according to claim 5.
前記複数の凸部間の最深部における曲率半径は、2μm以下である、
請求項5又は6に記載の固体酸化物型燃料電池。
The radius of curvature at the deepest portion between the plurality of convex portions is 2 μm or less.
The solid oxide fuel cell according to claim 5 or 6.
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