JP6298908B1 - Functional ceramic body - Google Patents

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Abstract

【課題】セッター成分の拡散が抑制された機能性セラミックス体を提供する。【解決手段】機能性セラミックス体100は、セラミックス及び/又は金属によって構成される第1層101と、第1層101上に形成され、セラミックス及び/又は金属によって構成される第2層102とを備える。第2層102は、第1層101と反対側に向かって突出する第1凸部102aを有する。【選択図】図2A functional ceramic body in which diffusion of a setter component is suppressed is provided. A functional ceramic body 100 includes a first layer 101 made of ceramic and / or metal, and a second layer 102 formed on the first layer 101 and made of ceramic and / or metal. Prepare. The second layer 102 has a first protrusion 102 a that protrudes toward the opposite side of the first layer 101. [Selection] Figure 2

Description

ここに開示される技術は、機能性セラミックス体に関する。   The technology disclosed herein relates to a functional ceramic body.

従来、セラミックスの電気的、熱的、化学的、磁気的、及び光学的特性を利用した機能性セラミックス素子が知られている(特許文献1参照)。機能性セラミックス素子としては、例えば、燃料電池、太陽電池、圧電/電歪素子、NOxセンサ、PM(Particulate Matter)センサ、PN(Particulate Number)センサ、セラミックスフィルタ、触媒担体、発光ダイオード、及び発熱体などが挙げられる。   Conventionally, a functional ceramic element utilizing the electrical, thermal, chemical, magnetic, and optical characteristics of ceramics is known (see Patent Document 1). Examples of functional ceramic elements include fuel cells, solar cells, piezoelectric / electrostrictive elements, NOx sensors, PM (Particulate Matter) sensors, PN (Particulate Number) sensors, ceramic filters, catalyst carriers, light emitting diodes, and heating elements. Etc.

このような機能性セラミックス素子は、セラミックス及び/又は金属によって構成される第1層と、セラミックス及び/又は金属によって構成される第2層とが積層された積層体を内部に備えている。   Such a functional ceramic element includes a laminated body in which a first layer composed of ceramics and / or metal and a second layer composed of ceramics and / or metal are laminated.

特開平10−289808JP-A-10-289808

ところで、機能性セラミックス素子の製造工程において、上述した積層体の成形体を焼成する際、成形体をセッターに接触させた状態で焼成すると、セッター成分が積層体の内部に拡散して、機能性セラミックス素子の性能に悪影響を及ぼすおそれがある。   By the way, in the manufacturing process of the functional ceramic element, when the molded body of the laminated body described above is fired, if the molded body is fired in a state where it is in contact with the setter, the setter component diffuses into the laminated body and the functionality is increased. There is a possibility of adversely affecting the performance of the ceramic element.

そのため、セラミックス粉末を敷き粉としてセッターの表面に敷いたり、或いは、焼成後に積層体の表面を研削したりする必要がある。   Therefore, it is necessary to lay the ceramic powder as a spread powder on the surface of the setter, or to grind the surface of the laminate after firing.

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、セッター成分の拡散が抑制された機能性セラミックス体を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above-mentioned situation, and it aims at providing the functional ceramic body by which the spreading | diffusion of the setter component was suppressed.

機能性セラミックス体は、セラミックス及び/又は金属によって構成される第1層と、第1層上に形成され、セラミックス及び/又は金属によって構成されるによって構成される第2層とを備える。第2層は、第1層と反対側に向かって突出する第1凸部を有する。   The functional ceramic body includes a first layer made of ceramic and / or metal, and a second layer made of ceramic and / or metal formed on the first layer. The second layer has a first protrusion that protrudes toward the opposite side of the first layer.

本発明によれば、セッター成分の拡散が抑制された機能性セラミックス体を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the functional ceramic body by which the spreading | diffusion of the setter component was suppressed can be provided.

機能性セラミックス体の平面図Plan view of functional ceramic body 図1のA−A断面図AA sectional view of FIG. 機能性セラミックス体の変形例1の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the structure of the modification 1 of a functional ceramic body 機能性セラミックス体の変形例2の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the structure of the modification 2 of a functional ceramic body 機能性セラミックス体の変形例3の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the structure of the modification 3 of a functional ceramic body 機能性セラミックス体の変形例4の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the structure of the modification 4 of a functional ceramic body 機能性セラミックス体の変形例5の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the structure of the modification 5 of a functional ceramic body 機能性セラミックス体の変形例6の構成を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the structure of the modification 6 of a functional ceramic body 機能性セラミックス体が適用された燃料電池の発電部の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the electric power generation part of the fuel cell to which the functional ceramic body was applied 機能性セラミックス体が適用された燃料電池の発電部の製造方法を説明するための模式図Schematic diagram for explaining a method of manufacturing a power generation part of a fuel cell to which a functional ceramic body is applied 機能性セラミックス体が適用された燃料電池のインターコネクタ部の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the interconnector part of the fuel cell to which the functional ceramic body is applied 機能性セラミックス体が適用された燃料電池のインターコネクタ部の製造方法を説明するための模式図Schematic diagram for explaining a method of manufacturing an interconnector part of a fuel cell to which a functional ceramic body is applied 機能性セラミックス体が適用された横縞型燃料電池の構成を示す断面図Sectional view showing the configuration of a horizontal stripe fuel cell to which a functional ceramic body is applied 機能性セラミックス体が適用された横縞型燃料電池の構成を示す断面図Sectional view showing the configuration of a horizontal stripe fuel cell to which a functional ceramic body is applied 機能性セラミックス体が適用された縦縞型燃料電池の構成を示す断面図Sectional view showing the configuration of a vertical stripe fuel cell to which a functional ceramic body is applied 実施例のサンプルNo.1〜17の構成を示す断面図Sample No. in Example Sectional drawing which shows the structure of 1-17 実施例のサンプルNo.1〜17の構成を示す断面図Sample No. in Example Sectional drawing which shows the structure of 1-17 実施例のサンプルNo.1〜17の製造方法を説明するための断面図Sample No. in Example Sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of 1-17 実施例のサンプルNo.1〜17の製造方法を説明するための断面図Sample No. in Example Sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of 1-17 実施例のサンプルNo.19〜35の構成を示す断面図Sample No. in Example Sectional drawing which shows the structure of 19-35 実施例のサンプルNo.19〜35の構成を示す断面図Sample No. in Example Sectional drawing which shows the structure of 19-35 実施例のサンプルNo.19〜35の製造方法を説明するための断面図Sample No. in Example Sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of 19-35 実施例のサンプルNo.19〜35の製造方法を説明するための断面図Sample No. in Example Sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of 19-35

(機能性セラミックス体100の構成)
機能性セラミックス体100の構成について、図面を参照しながら説明する。
(Configuration of functional ceramic body 100)
The configuration of the functional ceramic body 100 will be described with reference to the drawings.

図1は、機能性セラミックス体100の平面図である。図2は、図1のA−A断面図である。図1では、第2層102の表面102Sが平面視されている。図2では、第2層102の厚み方向に平行な断面が図示されている。   FIG. 1 is a plan view of the functional ceramic body 100. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. In FIG. 1, the surface 102S of the second layer 102 is viewed in plan. In FIG. 2, a cross section parallel to the thickness direction of the second layer 102 is shown.

機能性セラミックス体100は、セラミックスの電気的、熱的、化学的、磁気的、及び光学的特性のうち少なくとも1つの特性を利用した機能性セラミックス素子に利用することができる。機能性セラミックス素子としては、例えば、燃料電池、太陽電池、圧電/電歪素子、NOxセンサ、PM(Particulate Matter)センサ、PN(Particulate Number)センサ、セラミックスフィルタ、触媒担体、発光ダイオード、及び発熱体などが挙げられる。機能性セラミックス体100は、それ自体が機能性セラミックス素子として機能してもよいし、機能性セラミックス素子の一部を構成していてもよい。   The functional ceramic body 100 can be used for a functional ceramic element using at least one characteristic among the electrical, thermal, chemical, magnetic, and optical characteristics of ceramics. Examples of functional ceramic elements include fuel cells, solar cells, piezoelectric / electrostrictive elements, NOx sensors, PM (Particulate Matter) sensors, PN (Particulate Number) sensors, ceramic filters, catalyst carriers, light emitting diodes, and heating elements. Etc. The functional ceramic body 100 itself may function as a functional ceramic element, or may constitute a part of the functional ceramic element.

機能性セラミックス体100は、第1層101と第2層102とを備える。   The functional ceramic body 100 includes a first layer 101 and a second layer 102.

1.第1層101
本体部101は、板状又は層状に形成される。第1層101は、セラミックス及び/又は金属によって構成される。第1層101がセラミックスによって構成される場合、第1層101を構成するセラミックスとしては、構造用セラミックス及び機能性セラミックスのいずれも用いることができる。第1層101を構成するセラミックスは、第1層101に与えられる機能に応じて選択することができる。第1層101を構成するセラミックスの具体例としては、例えば、酸化物系セラミックス(アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、フェライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、コージライトなど)、窒化物系セラミックス(窒化アルミニウム、窒化ケイ素など)、炭化物系(炭化ケイ素など)などが挙げられるが、これに限られるものではない。
1. First layer 101
The main body 101 is formed in a plate shape or a layer shape. The first layer 101 is made of ceramics and / or metal. When the first layer 101 is made of ceramic, as the ceramic constituting the first layer 101, both structural ceramics and functional ceramics can be used. The ceramics constituting the first layer 101 can be selected according to the function given to the first layer 101. Specific examples of the ceramic constituting the first layer 101 include, for example, oxide ceramics (alumina, zirconia, barium titanate, lead zirconate titanate, ferrite, mullite, steatite, forsterite, cordierite, etc.) Nitride ceramics (aluminum nitride, silicon nitride, etc.), carbides (silicon carbide, etc.) and the like can be mentioned, but the invention is not limited thereto.

第1層101が金属によって構成される場合、第1層101を構成する金属としては、機能性セラミックス素子における電気的接続のための部材(例えば、電極層、集電層及び端子など)に用いられる周知の材料を用いることができる。第1層101を構成する金属の具体例としては、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、鉄、コバルト、ランタン、ストロンチウム、マンガン、及びこれらから選択される少なくとも1種以上の元素を含む合金を用いることができるが、これに限られるものではない。   When the first layer 101 is made of a metal, the metal constituting the first layer 101 is used for a member (for example, an electrode layer, a current collecting layer, and a terminal) for electrical connection in the functional ceramic element. Well-known materials can be used. Specific examples of the metal constituting the first layer 101 include gold, silver, platinum, palladium, nickel, iron, cobalt, lanthanum, strontium, manganese, and an alloy containing at least one element selected from these. Although it can be used, it is not limited to this.

また、第1層101がセラミックス及び金属(すなわち、いわゆるサーメット)によって構成される場合、第1層101を構成するサーメットは、上述した構造用セラミックス又は機能性セラミックスと上述した金属との混合物によって構成することができる。   When the first layer 101 is made of ceramic and metal (that is, so-called cermet), the cermet constituting the first layer 101 is made of a mixture of the above-described structural ceramic or functional ceramic and the above-described metal. can do.

第1層101の平面形状及び平面サイズは特に制限されるものではなく、機能性セラミックス素子の形状や第1層101の機能及び強度などを考慮して設定することができる。本実施形態において、第1層101の平面形状は正方形であるが、長方形、円形、楕円形、三角形、五角以上の多角形、及びその他の形状であってもよい。   The planar shape and planar size of the first layer 101 are not particularly limited, and can be set in consideration of the shape of the functional ceramic element, the function and strength of the first layer 101, and the like. In the present embodiment, the planar shape of the first layer 101 is a square, but may be a rectangle, a circle, an ellipse, a triangle, a pentagon or more polygon, and other shapes.

第1層101の厚みは特に制限されるものではなく、第1層101の機能及び強度などを考慮して設定することができる。   The thickness of the first layer 101 is not particularly limited, and can be set in consideration of the function and strength of the first layer 101.

第1層101の気孔率は特に制限されるものではなく、第1層101の機能及び強度などを考慮して設定することができる。第1層101は、多孔質であってもよいし、緻密質であってもよい。   The porosity of the first layer 101 is not particularly limited, and can be set in consideration of the function and strength of the first layer 101. The first layer 101 may be porous or dense.

2.第2層102
第2層102は、第1層101上に形成される。第2層102は、セラミックス及び/又は金属によって構成される。第2層102は、セラミックス材料及び/又は金属材料によって構成される成形体を焼成することによって形成される。成形体は、材料粉末をプレス成形することによって、材料粉末を含むスラリー又はペーストを塗布することによって、或いは、材料粉末を含むスラリーをテープ成形することによって作製することができるが、これに限られるものではない。
2. Second layer 102
The second layer 102 is formed on the first layer 101. The second layer 102 is made of ceramics and / or metal. The second layer 102 is formed by firing a formed body made of a ceramic material and / or a metal material. The molded body can be produced by press-molding the material powder, applying a slurry or paste containing the material powder, or tape-molding the slurry containing the material powder, but is not limited thereto. It is not a thing.

第2層102がセラミックスによって構成される場合、第2層102を構成するセラミックスとしては、構造用セラミックス及び機能性セラミックスのいずれも用いることができる。第2層102を構成するセラミックスは、機能性セラミックス素子において第2層102に与えられる機能に応じて選択することができる。第2層102を構成するセラミックスは、第1層101を構成するセラミックスと同種材料であってもよいし、異種材料であってもよい。第2層102を構成するセラミックスの具体例は、上述した第1層101を構成するセラミックスの具体例と同様である。   In the case where the second layer 102 is made of ceramic, as the ceramic constituting the second layer 102, both structural ceramics and functional ceramics can be used. The ceramic constituting the second layer 102 can be selected according to the function given to the second layer 102 in the functional ceramic element. The ceramic constituting the second layer 102 may be the same material as the ceramic constituting the first layer 101 or may be a different material. A specific example of the ceramic constituting the second layer 102 is the same as the specific example of the ceramic constituting the first layer 101 described above.

第2層102が金属によって構成される場合、第2層102を構成する金属は、第1層101を構成する金属と同種であってもよいし、異種であってもよい。第2層102を構成する金属の具体例は、上述した第1層101を構成する金属の具体例と同様である。   When the second layer 102 is made of a metal, the metal constituting the second layer 102 may be the same as or different from the metal constituting the first layer 101. A specific example of the metal constituting the second layer 102 is the same as the specific example of the metal constituting the first layer 101 described above.

また、第2層102がセラミックス及び金属(すなわち、いわゆるサーメット)によって構成される場合、第2層102を構成するサーメットは、第1層101を構成するサーメットと同種であってもよいし、異種であってもよい。第2層102を構成するサーメットの具体例は、上述した第1層101を構成するサーメットの具体例と同様である。   When the second layer 102 is made of ceramics and metal (that is, so-called cermet), the cermet constituting the second layer 102 may be the same as or different from the cermet constituting the first layer 101. It may be. A specific example of the cermet constituting the second layer 102 is the same as the specific example of the cermet constituting the first layer 101 described above.

第2層102の平面形状及び平面サイズは特に制限されるものではなく、機能性セラミックス素子の形状や第2層102の機能及び強度などを考慮して設定することができる。本実施形態において、第2層102平面形状は正方形であるが、長方形、円形、楕円形、三角形、五角以上の多角形、及びその他の形状であってもよい。また、本実施形態において、第2層102の平面形状は、第1層101の平面形状と同じであるが、第1層101の平面形状と異なっていてもよい。また、本実施形態において、第2層102の平面サイズは、第1層101の平面サイズよりも一回り小さいが、第1層101の平面サイズと同じであってもよいし、第1層101の平面サイズより大きくてもよい。   The planar shape and planar size of the second layer 102 are not particularly limited, and can be set in consideration of the shape of the functional ceramic element, the function and strength of the second layer 102, and the like. In the present embodiment, the planar shape of the second layer 102 is a square, but may be a rectangle, a circle, an ellipse, a triangle, a pentagon or more polygon, and other shapes. In the present embodiment, the planar shape of the second layer 102 is the same as the planar shape of the first layer 101, but may be different from the planar shape of the first layer 101. In the present embodiment, the planar size of the second layer 102 is slightly smaller than the planar size of the first layer 101, but may be the same as the planar size of the first layer 101 or the first layer 101. It may be larger than the plane size.

第2層102の厚みは特に制限されるものではなく、第2層102の機能及び強度などを考慮して設定することができる。   The thickness of the second layer 102 is not particularly limited, and can be set in consideration of the function and strength of the second layer 102.

第2層102の気孔率は特に制限されるものではなく、第2層102の機能及び強度などを考慮して設定することができる。第2層102は、多孔質であってもよいし、緻密質であってもよい。   The porosity of the second layer 102 is not particularly limited, and can be set in consideration of the function and strength of the second layer 102. The second layer 102 may be porous or dense.

第2層102は、本体部102aと凸部102bとを有する。   The second layer 102 has a main body portion 102a and a convex portion 102b.

本体部102aは、板状又は層状に形成される。本体部102aは、第2層102のうち第2層102の機能を主に担う部分である。例えば、第2層102が、電極層として機能する場合、電流は主に本体部102a内を流れる。   The main body 102a is formed in a plate shape or a layer shape. The main body portion 102 a is a portion mainly responsible for the function of the second layer 102 in the second layer 102. For example, when the second layer 102 functions as an electrode layer, current flows mainly in the main body 102a.

凸部102bは、第1層101と反対側に向かって本体部102aから突出する。凸部102bは、本体部102aの表面102S上に形成されている。凸部102bは、例えば、スクリーン印刷法を用いて第2層102の成形体を形成する際に、部分的に印刷回数を増やすことによって形成することができる。   The convex part 102b protrudes from the main body part 102a toward the side opposite to the first layer 101. The convex part 102b is formed on the surface 102S of the main body part 102a. The convex part 102b can be formed by, for example, partially increasing the number of times of printing when forming the molded body of the second layer 102 using a screen printing method.

このように、本体部102aの表面102Sに凸部102bを形成することによって、機能性セラミックス体100の成形体を焼成する際に第2層102の成形体を下向きにして凸部102bをセッターに当接させると、本体部102aをセッターから離すことができる。そのため、セッターの構成成分(以下、「セッター成分」という。)が本体部102aに拡散することを抑制できる。また、セッター成分が凸部102bに拡散したとしても、凸部102bの内部にセッター成分を集約することができる。その結果、セッター成分が、本体部102aが担う機能に悪影響を及ぼすことを抑制できる。なお、セッター成分は、セッターの構成材料によるものであるが、例えば、Al元素、Y元素、Zr元素などが挙げられる。   Thus, by forming the convex part 102b on the surface 102S of the main body part 102a, when the molded body of the functional ceramic body 100 is fired, the molded part of the second layer 102 faces downward and the convex part 102b is used as a setter. When contacted, the main body 102a can be separated from the setter. Therefore, it is possible to suppress the setter component (hereinafter referred to as “setter component”) from diffusing into the main body 102a. Further, even if the setter component diffuses into the convex portion 102b, the setter component can be concentrated inside the convex portion 102b. As a result, it is possible to suppress the setter component from adversely affecting the function of the main body 102a. In addition, although a setter component is based on the constituent material of a setter, Al element, Y element, Zr element etc. are mentioned, for example.

さらに、凸部102bをセッターに当接させて本体部102aをセッターから離すことによって、本体部102aの構成成分(以下、「第2層成分」という。)がセッターに拡散して本体部102aに組成ズレが生じることを抑制できる。   Furthermore, by causing the projection 102b to contact the setter and separating the main body 102a from the setter, the constituent component of the main body 102a (hereinafter referred to as “second layer component”) diffuses into the setter and enters the main body 102a. Generation | occurrence | production of a composition shift can be suppressed.

図1に示すように、凸部102bは、所定方向に沿って直線状に延びるように形成されている。ただし、凸部102bの平面形状はこれに限られるものではなく、例えば、曲線状、波線状、円形状、多角形状などであってもよい。   As shown in FIG. 1, the convex part 102b is formed so that it may extend linearly along a predetermined direction. However, the planar shape of the convex portion 102b is not limited to this, and may be, for example, a curved shape, a wavy shape, a circular shape, or a polygonal shape.

また、図1に示すように、凸部102bは、第2層102の中央からずれた位置に配置されている。ただし、凸部102bの位置はこれに限られるものではなく、第2層102の中央に配置されていてもよいし、第2層102の一端部に配置されていてもよい。特に、凸部102bが第2層102の外縁に配置されている場合には、本体部102aの中央部にセッター成分が拡散することを抑制できるため、本体部102aが担う機能に悪影響を及ぼすことをより抑制できる。   Further, as shown in FIG. 1, the convex portion 102 b is disposed at a position shifted from the center of the second layer 102. However, the position of the convex portion 102 b is not limited to this, and may be arranged at the center of the second layer 102 or at one end portion of the second layer 102. In particular, when the convex portion 102b is disposed on the outer edge of the second layer 102, the setter component can be prevented from diffusing into the central portion of the main body portion 102a, and thus adversely affects the function of the main body portion 102a. Can be further suppressed.

凸部102bの断面形状は特に制限されないが、図2に示すように、先端に向かってテーパ状であることが好ましい。これにより、凸部102bをセッターに当接させた状態で焼成する際に、凸部102bのうちセッターと当接する領域を狭くすることができる。そのため、凸部102bの先端が平坦である場合に比べて、セッター成分が凸部102bに拡散することをより抑制できる。   The cross-sectional shape of the protrusion 102b is not particularly limited, but is preferably tapered toward the tip as shown in FIG. Thereby, when baking in the state which made the convex part 102b contact | abut to a setter, the area | region which contact | abuts a setter among the convex parts 102b can be narrowed. Therefore, it is possible to further suppress the setter component from diffusing into the convex portion 102b as compared with the case where the tip of the convex portion 102b is flat.

なお、凸部102bは、第2層102の表面102Sに形成される微小な凹凸(いわゆる、テクスチャー)とは異なるものである。例えば、スクリーン印刷法を用いて第2層102を形成した場合、表面102Sには1μm〜3μm程度の凹凸が形成される場合があるが、凸部102bの高さHは、それら微小な凹凸よりも大きい。   The convex portion 102b is different from minute irregularities (so-called texture) formed on the surface 102S of the second layer 102. For example, when the second layer 102 is formed by using the screen printing method, unevenness of about 1 μm to 3 μm may be formed on the surface 102S. However, the height H of the convex portion 102b is smaller than those minute unevenness. Is also big.

ここで、凸部102bの高さHに対する幅Wの比(W/H)は特に制限されないが、0.5以上とすることができる。凸部102bの高さHに対する幅Wの比は、1以上が好ましい。これにより、凸部102bをセッターに当接させた状態で焼成する際に、凸部102bにクラックが生じることを抑制できる。   Here, the ratio (W / H) of the width W to the height H of the protrusion 102b is not particularly limited, but can be 0.5 or more. The ratio of the width W to the height H of the convex portion 102b is preferably 1 or more. Thereby, when baking in the state which made the convex part 102b contact | abut to a setter, it can suppress that a crack arises in the convex part 102b.

凸部102bの高さHは特に制限されないが、例えば5μm以上100μm以下とすることができる。凸部の高さHは、80μm以下が好ましい。これにより、凸部102bをセッターに当接させた状態で焼成する際に、凸部102bにクラックが生じることをより抑制できる。また、凸部の高さHは、8μm以上が好ましい。これにより、凸部102bをセッターに当接させた状態で焼成する際に、セッター成分が本体部102aにまで拡散することをより抑制できる。   The height H of the convex portion 102b is not particularly limited, but can be, for example, 5 μm or more and 100 μm or less. The height H of the convex portion is preferably 80 μm or less. Thereby, when baking with the convex part 102b contact | abutted to the setter, it can suppress more that a crack arises in the convex part 102b. Further, the height H of the convex portion is preferably 8 μm or more. Thereby, when baking with the convex part 102b contact | abutted to the setter, it can suppress more that a setter component diffuses to the main-body part 102a.

凸部102bの幅Hは特に制限されるものではなく、第2層102の幅Aに応じて適宜設定することができる。凸部102bの幅Wは、第2層102の幅Aの20%未満が好ましい。これにより、本体部102aの表面102Sにおいて凸部102bが占める面積が抑えられるため、本体部102aの機能性を確保することができる。例えば、後述するように、第2層102が燃料電池の電解質層に相当する場合に、電解質層の酸素イオン伝導性が確保されるため、燃料電池の初期出力を向上させることがきる。   The width H of the convex portion 102 b is not particularly limited, and can be set as appropriate according to the width A of the second layer 102. The width W of the convex portion 102 b is preferably less than 20% of the width A of the second layer 102. Thereby, since the area which the convex part 102b occupies in the surface 102S of the main-body part 102a is suppressed, the functionality of the main-body part 102a is securable. For example, as will be described later, when the second layer 102 corresponds to the electrolyte layer of the fuel cell, the oxygen ion conductivity of the electrolyte layer is ensured, so that the initial output of the fuel cell can be improved.

(機能性セラミックス体100の変形例)
1.変形例1
次に、機能性セラミックス体100の変形例1について説明する。図3は、変形例1に係る機能性セラミックス体100aの断面図である。
(Modification of functional ceramic body 100)
1. Modification 1
Next, Modification 1 of the functional ceramic body 100 will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view of a functional ceramic body 100a according to the first modification.

本変形例1に係る機能性セラミックス体100aでは、第1層101が、本体部101aと凸部101bとを有している。本体部101aは、板状又は層状に形成される。凸部101bは、本体部101a上に配置される。凸部101bは、第2層102側に突出している。第1層101の凸部101bは、第2層102の凸部102cの内側に位置している。   In the functional ceramic body 100a according to the first modification, the first layer 101 has a main body portion 101a and a convex portion 101b. The main body 101a is formed in a plate shape or a layer shape. The convex part 101b is arrange | positioned on the main-body part 101a. The protrusion 101b protrudes toward the second layer 102 side. The convex portion 101 b of the first layer 101 is located inside the convex portion 102 c of the second layer 102.

凸部101bは、例えば、スクリーン印刷法を用いて本体部101aの成形体を形成する場合に、部分的に印刷回数を増やすことによって形成することができる。   The convex portion 101b can be formed by, for example, partially increasing the number of times of printing when the molded body of the main body portion 101a is formed using a screen printing method.

このような凸部101bを予め第1層101に形成しておくことによって、第1層101の凸部101bの形状に倣って第2層102の凸部102cを自然に形成することができる。従って、例えば、スクリーン印刷法で第2層102の成形体を形成する際に、部分的に印刷回数を増やすことなく凸部102cを形成することができる。   By forming such protrusions 101b in the first layer 101 in advance, the protrusions 102c of the second layer 102 can be naturally formed following the shape of the protrusions 101b of the first layer 101. Therefore, for example, when the formed body of the second layer 102 is formed by a screen printing method, the convex portion 102c can be formed without partially increasing the number of times of printing.

2.変形例2
図4は、変形例2に係る機能性セラミックス体100bの断面図である。本変形例2に係る機能性セラミックス体100bでは、第2層102の幅Aが、第1層101の幅Bの1/4程度である。このように、第2層102が第1層101よりも相当小さい場合には、凸部102dをセッターに当接させた状態で焼成する際に、第1層101の一端部がセッターと当接することになる。そのため、第2層102の本体部102aへのセッター成分の拡散をより抑制できるとともに、セッターへの第2層成分の拡散をより抑制できる。
2. Modification 2
FIG. 4 is a cross-sectional view of a functional ceramic body 100b according to Modification 2. In the functional ceramic body 100 b according to the second modification, the width A of the second layer 102 is about ¼ of the width B of the first layer 101. Thus, when the second layer 102 is considerably smaller than the first layer 101, one end portion of the first layer 101 comes into contact with the setter when firing with the convex portion 102d in contact with the setter. It will be. Therefore, the diffusion of the setter component into the main body 102a of the second layer 102 can be further suppressed, and the diffusion of the second layer component into the setter can be further suppressed.

3.変形例3
図5は、変形例3に係る機能性セラミックス体100cの平面図である。機能性セラミックス体100cは、機能性セラミックス体100と同様、第1層101と第2層102とを備える。ただし、第2層102は、平面形状が矩形環状の凸部102eを有する。凸部102eは、連続的な環状に形成されており、全体として矩形である。
3. Modification 3
FIG. 5 is a plan view of a functional ceramic body 100c according to Modification 3. Similar to the functional ceramic body 100, the functional ceramic body 100 c includes a first layer 101 and a second layer 102. However, the second layer 102 has a convex portion 102e having a rectangular annular shape in plan view. The convex part 102e is formed in a continuous annular shape, and is rectangular as a whole.

凸部102eは、平面視において閉じた領域を形成している。閉じた領域とは、第2層102の平面視において、凸部102eによって囲まれた領域である。このように、凸部102eで閉じた領域を形成することによって、凸部102eをセッターに当接させた状態で焼成する際に、凸部102eが高台として機能するため、焼成時の安定性を向上させることができる。   The convex portion 102e forms a closed region in plan view. The closed region is a region surrounded by the convex portion 102e in the plan view of the second layer 102. In this way, by forming a closed region with the convex portion 102e, the convex portion 102e functions as a hill when firing with the convex portion 102e in contact with the setter. Can be improved.

また、本変形例3では、凸部102eが、第2層102の外縁に沿って配置されている。そのため、焼成時の安定性をより向上させることができる。ただし、凸部102eは、第2層102の外縁よりも内側に配置されていてもよい。   In the third modification, the convex portion 102 e is disposed along the outer edge of the second layer 102. Therefore, the stability at the time of baking can be improved more. However, the convex part 102e may be arrange | positioned inside the outer edge of the 2nd layer 102. FIG.

4.変形例4
図6は、変形例4に係る機能性セラミックス体100dの平面図である。機能性セラミックス体100dは、機能性セラミックス体100と同様、第1層101と第2層102とを備える。ただし、第2層102は、平面形状がC字状の凸部102fを有する。凸部102fは、断続的な環状に形成されている。このように、第2層102の凸部は、少なくとも一部において繋がっていなくてもよい。
4). Modification 4
FIG. 6 is a plan view of a functional ceramic body 100d according to Modification 4. Similar to the functional ceramic body 100, the functional ceramic body 100 d includes a first layer 101 and a second layer 102. However, the 2nd layer 102 has the convex part 102f whose planar shape is C-shaped. The convex portion 102f is formed in an intermittent annular shape. Thus, the convex part of the 2nd layer 102 does not need to be connected in at least one part.

5.変形例5
図7は、変形例5に係る機能性セラミックス体100eの平面図である。機能性セラミックス体100eは、機能性セラミックス体100と同様、第1層101と第2層102とを備える。ただし、第2層102は、平面形状が格子状の凸部102gを有する。このように、第2層102の凸部には、部分的に開口部が設けられていてもよい。
5. Modification 5
FIG. 7 is a plan view of a functional ceramic body 100e according to Modification 5. Similar to the functional ceramic body 100, the functional ceramic body 100 e includes a first layer 101 and a second layer 102. However, the 2nd layer 102 has the convex part 102g whose planar shape is a lattice form. Thus, the convex part of the second layer 102 may be partially provided with an opening.

6.変形例6
図8は、変形例6に係る機能性セラミックス体100fの平面図である。機能性セラミックス体100fは、機能性セラミックス体100と同様、第1層101と第2層102とを備える。ただし、第2層102は、点状の複数の凸部を含む凸部102hを有する。点状の凸部どうしは、互いに離れている。このように、第2層102の凸部は、複数の凸部の集合体であってもよい。
6). Modification 6
FIG. 8 is a plan view of a functional ceramic body 100f according to Modification 6. Similar to the functional ceramic body 100, the functional ceramic body 100 f includes a first layer 101 and a second layer 102. However, the 2nd layer 102 has the convex part 102h containing several dotted | punctate convex parts. The dot-like convex portions are separated from each other. Thus, the convex part of the 2nd layer 102 may be an aggregate of a plurality of convex parts.

(燃料電池の発電部への適用例)
上述した機能性セラミックス体100を燃料電池の発電部に適用した場合について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する発電部10では、「固体電解質層12」が「第1層101」に対応し、「バリア層13」が「第2層102」に対応している。
(Application example of fuel cell to power generation section)
The case where the functional ceramic body 100 described above is applied to a power generation unit of a fuel cell will be described with reference to the drawings. In the power generation unit 10 described below, the “solid electrolyte layer 12” corresponds to the “first layer 101”, and the “barrier layer 13” corresponds to the “second layer 102”.

図9は、発電部10の断面図である。発電部10は、燃料極11、固体電解質層12、バリア層13及び空気極14を備える。発電部10は、横縞型、縦縞型、燃料極支持型、電解質平板型及び円筒型などの様々な燃料電池に適用可能である。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the power generation unit 10. The power generation unit 10 includes a fuel electrode 11, a solid electrolyte layer 12, a barrier layer 13, and an air electrode 14. The power generation unit 10 can be applied to various fuel cells such as a horizontal stripe type, a vertical stripe type, a fuel electrode support type, an electrolyte flat plate type, and a cylindrical type.

1.燃料極11
燃料極11は、燃料極集電層11aと燃料極活性層11bを有する。
1. Fuel electrode 11
The anode 11 includes an anode current collecting layer 11a and an anode active layer 11b.

燃料極集電層11aは、燃料ガスを燃料極活性層11bまで透過させるための多孔性と、集電のための電子伝導性とを有する。燃料極集電層11aは、遷移金属とセラミックス材料によって構成することができる。遷移金属としては、Ni(ニッケル)が好適である。Ni(ニッケル)の少なくとも一部は、NiO(酸化ニッケル)の形態であってもよい。セラミックス材料としては、例えば8YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、Y(イットリア)、CSZ(カルシウムジルコネート)などが挙げられる。 The anode current collecting layer 11a has a porosity for allowing the fuel gas to permeate to the anode active layer 11b and an electron conductivity for collecting electricity. The anode current collecting layer 11a can be composed of a transition metal and a ceramic material. Ni (nickel) is preferred as the transition metal. At least a part of Ni (nickel) may be in the form of NiO (nickel oxide). Examples of the ceramic material include 8YSZ (yttria stabilized zirconia), Y 2 O 3 (yttria), CSZ (calcium zirconate), and the like.

燃料極集電層11aの気孔率は特に制限されないが、25%〜50%とすることができる。燃料極集電層11aの導電率は特に制限されないが、300S/cm以上とすることができる。燃料極集電層11aの厚みは特に制限されないが、燃料極集電層11aを支持基板として用いる場合には2mm〜10mmとすることができ、燃料極集電層11aを支持基板上に形成する場合には50μm〜500μmとすることができる。   The porosity of the anode current collecting layer 11a is not particularly limited, but can be 25% to 50%. The conductivity of the anode current collecting layer 11a is not particularly limited, but can be 300 S / cm or more. The thickness of the anode current collecting layer 11a is not particularly limited, but when the anode current collecting layer 11a is used as a support substrate, it can be 2 mm to 10 mm, and the anode current collecting layer 11a is formed on the support substrate. In some cases, the thickness may be 50 μm to 500 μm.

燃料極活性層11bは、燃料極集電層11aと固体電解質層12の間に配置される。燃料極活性層11bは、多孔性と電子伝導性と酸素イオン伝導性とを有する。燃料極活性層11bは、遷移金属とセラミックス材料によって構成することができる。遷移金属としては、Ni(ニッケル)が好適である。Ni(ニッケル)の少なくとも一部は、NiO(酸化ニッケル)の形態であってもよい。セラミックス材料としては、例えば8YSZやGDC(ガドリニウムドープセリア)などが挙げられる。   The anode active layer 11 b is disposed between the anode current collecting layer 11 a and the solid electrolyte layer 12. The anode active layer 11b has porosity, electron conductivity, and oxygen ion conductivity. The anode active layer 11b can be made of a transition metal and a ceramic material. Ni (nickel) is preferred as the transition metal. At least a part of Ni (nickel) may be in the form of NiO (nickel oxide). Examples of the ceramic material include 8YSZ and GDC (gadolinium doped ceria).

燃料極活性層11bの気孔率は特に制限されないが、25%〜50%とすることができる。燃料極活性層11bの厚みは特に制限されないが、1μm〜30μmとすることができる。   The porosity of the anode active layer 11b is not particularly limited, but can be 25% to 50%. The thickness of the fuel electrode active layer 11b is not particularly limited, but can be 1 μm to 30 μm.

2.固体電解質層12
固体電解質層12は、燃料極11と空気極14の間に配置される。固体電解質層12は、燃料極11上に配置される。固体電解質層4は、空気極14から燃料極11へ酸素イオンを伝導させるためのイオン伝導性と、燃料極11に供給される燃料ガスと空気極14に供給される酸素含有ガスとのリークを防止するための緻密性とを有する。固体電解質層12は、緻密質なセラミックス材料によって構成することができる。セラミックス材料としては、例えば3YSZ、8YSZ、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)などが挙げられる。
2. Solid electrolyte layer 12
The solid electrolyte layer 12 is disposed between the fuel electrode 11 and the air electrode 14. The solid electrolyte layer 12 is disposed on the fuel electrode 11. The solid electrolyte layer 4 has an ion conductivity for conducting oxygen ions from the air electrode 14 to the fuel electrode 11 and a leak between the fuel gas supplied to the fuel electrode 11 and the oxygen-containing gas supplied to the air electrode 14. And denseness to prevent. The solid electrolyte layer 12 can be composed of a dense ceramic material. Examples of the ceramic material include 3YSZ, 8YSZ, ScSZ (scandia stabilized zirconia) and the like.

固体電解質層の気孔率は、20%以下とすることができ、10%以下であることが好ましい。固体電解質層12の厚さは特に制限されないが、1μm〜50μmとすることができる。   The porosity of the solid electrolyte layer can be 20% or less, and preferably 10% or less. The thickness of the solid electrolyte layer 12 is not particularly limited, but can be 1 μm to 50 μm.

3.バリア層13
バリア層13は、固体電解質層12と空気極14の間に配置される。バリア層13は、固体電解質層12上に配置される。バリア層13は、空気極14から固体電解質層12に元素が拡散することを抑制する。バリア層13は、元素拡散抑制機能を有する酸化物によって構成される。このような酸化物としては、例えばGDCやSDC(サマリウムドープセリア)などが挙げられる。
3. Barrier layer 13
The barrier layer 13 is disposed between the solid electrolyte layer 12 and the air electrode 14. The barrier layer 13 is disposed on the solid electrolyte layer 12. The barrier layer 13 suppresses diffusion of elements from the air electrode 14 to the solid electrolyte layer 12. The barrier layer 13 is made of an oxide having an element diffusion suppressing function. Examples of such an oxide include GDC and SDC (samarium-doped ceria).

バリア層13の気孔率は、20%以下とすることができ、10%以下であることが好ましい。反応防止膜13の厚さは特に制限されないが、1μm〜50μmとすることができる。   The porosity of the barrier layer 13 can be 20% or less, and is preferably 10% or less. The thickness of the reaction preventing film 13 is not particularly limited, but may be 1 μm to 50 μm.

4.バリア層13の凸部
バリア層13は、第1凸部131と第2凸部132を有する。
4). The convex part of the barrier layer 13 The barrier layer 13 has a first convex part 131 and a second convex part 132.

第1凸部131は、燃料極11と反対側に向かって突出する。第1凸部131は、バリア層13の固体電解質層12とは反対側の表面13Sに形成される。バリア層13に第1凸部131を形成することによって、後述するバリア層13の焼成工程においてバリア層13がセッターと接触しにくくなるため、セッター成分が固体電解質層12に拡散することを抑制できるとともに、電解質成分がセッターに拡散して固体電解質層12に組成ズレが生じることを抑制できる。   The first protrusion 131 protrudes toward the opposite side of the fuel electrode 11. The first protrusion 131 is formed on the surface 13S of the barrier layer 13 opposite to the solid electrolyte layer 12. By forming the first protrusion 131 on the barrier layer 13, it becomes difficult for the barrier layer 13 to come into contact with the setter in the firing step of the barrier layer 13 to be described later, so that the setter component can be prevented from diffusing into the solid electrolyte layer 12. At the same time, it is possible to prevent the electrolyte component from diffusing into the setter and causing a composition shift in the solid electrolyte layer 12.

表面13S上における第1凸部131の位置は特に制限されるものではないが、表面13Sの中央から離れていることが好ましい。第1凸部131が、表面13Sの一端部に形成されている。これにより、バリア層13の焼成工程においてバリア層13の中央部がセッターと接触しにくくなるため、発電性能に影響を与えやすい固体電解質層12の中央部にセッター成分が拡散することを抑制しやすくなる。   The position of the first protrusion 131 on the surface 13S is not particularly limited, but is preferably separated from the center of the surface 13S. The 1st convex part 131 is formed in the one end part of the surface 13S. This makes it difficult for the central portion of the barrier layer 13 to come into contact with the setter in the firing step of the barrier layer 13, so that it is easy to suppress the setter component from diffusing into the central portion of the solid electrolyte layer 12 that easily affects power generation performance. Become.

バリア層13の表面13Sを平面視した場合、第1凸部131は、表面13Sの一端辺に沿って短冊状に細長く形成されている。ただし、第1凸部131の平面形状は特に制限されるものではなく、例えば、円形状、矩形状、波線状などであってもよい。   When the surface 13S of the barrier layer 13 is viewed in plan, the first protrusion 131 is formed in a strip shape along one end of the surface 13S. However, the planar shape of the first convex portion 131 is not particularly limited, and may be, for example, a circular shape, a rectangular shape, a wavy shape, or the like.

第1凸部131は、表面13Sに形成される微小な凹凸(いわゆる、テクスチャー)とは異なるものである。例えば、スクリーン印刷法によってバリア層13を形成する場合、表面13Sには1μm〜3μm程度の凹凸が形成されるが、第1凸部131の高さH1は表面13Sの凹凸よりも大きい。   The first convex portion 131 is different from minute irregularities (so-called texture) formed on the surface 13S. For example, when the barrier layer 13 is formed by a screen printing method, unevenness of about 1 μm to 3 μm is formed on the surface 13S, but the height H1 of the first protrusion 131 is larger than the unevenness of the surface 13S.

第2凸部132は、燃料極11と反対側に向かって突出する。第2凸部132は、バリア層13の表面13Sに形成される。バリア層13に第1凸部131だけでなく第2凸部132を形成することによって、バリア層13の焼成工程においてバリア層13がセッターと接触する領域をより狭くできるため、セッター成分が固体電解質層12に拡散することをより抑制できる。その結果、発電部10の発電性能が低下することをより抑制できる。   The second protrusion 132 protrudes toward the opposite side of the fuel electrode 11. The second convex portion 132 is formed on the surface 13S of the barrier layer 13. By forming not only the first convex portion 131 but also the second convex portion 132 on the barrier layer 13, the region where the barrier layer 13 contacts the setter in the firing process of the barrier layer 13 can be made narrower, so that the setter component is a solid electrolyte. Diffusion to the layer 12 can be further suppressed. As a result, it can suppress more that the electric power generation performance of the electric power generation part 10 falls.

表面13S上における第2凸部132の位置は特に制限されるものではないが、表面13Sの中央から離れていることが好ましく、第1凸部131から離れていることがより好ましい。これにより、バリア層13の焼成工程においてバリア層13の中央部がセッターとさらに接触しにくくなるため、発電部10の発電性能が低下することをさらに抑制できる。   The position of the second convex portion 132 on the surface 13S is not particularly limited, but is preferably away from the center of the surface 13S, and more preferably away from the first convex portion 131. Thereby, in the baking process of the barrier layer 13, since the center part of the barrier layer 13 becomes more difficult to contact with a setter, it can further suppress that the electric power generation performance of the electric power generation part 10 falls.

バリア層13の表面13Sを平面視した場合、第2凸部132は、表面13Sの他端辺に沿って短冊状に細長く形成されている。第2凸部132は、第1凸部131とは反対側に配置されている。ただし、第2凸部132の平面形状は特に制限されるものではなく、例えば、円形状、矩形状、波線状などであってもよい。第2凸部132は、表面13Sに形成される微小な凹凸とは異なるものである。   When the surface 13S of the barrier layer 13 is viewed in plan, the second convex portion 132 is formed in a strip shape along the other end of the surface 13S. The second convex portion 132 is disposed on the opposite side to the first convex portion 131. However, the planar shape of the second convex portion 132 is not particularly limited, and may be, for example, a circular shape, a rectangular shape, a wavy shape, or the like. The 2nd convex part 132 is different from the micro unevenness | corrugation formed in the surface 13S.

ここで、第1凸部131の高さH1に対する幅W1の比(W1/H1)は、1以上が好ましい。同様に、第2凸部132の高さH2に対する幅W2の比(W2/H2)は特に制限されないが、1以上が好ましい。これにより、焼成時、各凸部131,132にクラックが生じることを抑制できる。   Here, the ratio (W1 / H1) of the width W1 to the height H1 of the first protrusion 131 is preferably 1 or more. Similarly, the ratio (W2 / H2) of the width W2 to the height H2 of the second convex portion 132 is not particularly limited, but is preferably 1 or more. Thereby, it can suppress that a crack arises in each convex part 131,132 at the time of baking.

また、各凸部131,132の高さH1,H2は、80μm以下が好ましい。これにより、焼成時、各凸部131,132にクラックが生じることをより抑制できる。また、各凸部131,132の高さH1,H2は、8μm以上が好ましい。これにより、焼成時、セッター成分がバリア層13の内部にまで拡散することをより抑制できる。   Further, the heights H1 and H2 of the convex portions 131 and 132 are preferably 80 μm or less. Thereby, it can suppress more that a crack arises in each convex part 131,132 at the time of baking. The heights H1 and H2 of the convex portions 131 and 132 are preferably 8 μm or more. Thereby, it can suppress more that a setter component diffuses to the inside of the barrier layer 13 at the time of baking.

また、第1凸部131の幅W1は、バリア層13の幅A1の20%未満が好ましい。同様に、第2凸部132の幅W2は、バリア層13の幅A1の20%未満が好ましい。これにより、バリア層13の機能性(酸素イオン伝導性)を確保することができる。   Further, the width W1 of the first protrusion 131 is preferably less than 20% of the width A1 of the barrier layer 13. Similarly, the width W2 of the second protrusion 132 is preferably less than 20% of the width A1 of the barrier layer 13. Thereby, the functionality (oxygen ion conductivity) of the barrier layer 13 can be ensured.

なお、各凸部131,132の高さH1,H2は、互いに異なる値であってもよいし、各凸部131,132の幅W1,W2は、互いに異なる値であってもよい。   The heights H1 and H2 of the convex portions 131 and 132 may be different from each other, and the widths W1 and W2 of the convex portions 131 and 132 may be different from each other.

本実施形態において、各凸部131,132は空気極14によって被覆されているが、これに限られるものではない。各凸部131,132の少なくとも一部は、空気極14から露出していてもよい。   In this embodiment, each convex part 131,132 is coat | covered with the air electrode 14, However, It is not restricted to this. At least a part of each of the convex portions 131 and 132 may be exposed from the air electrode 14.

5.空気極14
空気極14は、空気極活性層14aと空気極集電層14bとを有する。
5. Air electrode 14
The air electrode 14 includes an air electrode active layer 14a and an air electrode current collecting layer 14b.

空気極活性層14aは、バリア層13上に配置される。空気極活性層14aは、混合導電性を有する多孔質材料によって構成される。空気極活性層14aは、例えば、(La,Sr)(Co,Fe)O(LSCF、ランタンストロンチウムコバルトフェライト)、(La,Sr)FeO(LSF、ランタンストロンチウムフェライト)、La(Ni,Fe)O(LNF、ランタンニッケルフェライト)、(La,Sr)CoO(LSC、ランタンストロンチウムコバルタイト)などによって構成することができる。 The air electrode active layer 14 a is disposed on the barrier layer 13. The air electrode active layer 14a is made of a porous material having mixed conductivity. The air electrode active layer 14a includes, for example, (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (LSCF, lanthanum strontium cobalt ferrite), (La, Sr) FeO 3 (LSF, lanthanum strontium ferrite), La (Ni, Fe) ) O 3 (LNF, lanthanum nickel ferrite), (La, Sr) CoO 3 (LSC, lanthanum strontium cobaltite), and the like.

空気極活性層14aの気孔率は、20%以上とすることができ、30%以上であることが好ましい。空気極活性層14aの厚さは特に制限されないが、10〜100μmとすることができる。   The porosity of the air electrode active layer 14a can be 20% or more, and preferably 30% or more. The thickness of the air electrode active layer 14a is not particularly limited, but can be 10 to 100 μm.

空気極集電層14bは、空気極活性層14a上に配置される。空気極集電層14bは、電子伝導性を有する多孔質材料によって構成される。空気極集電層14bは、例えば、LSCF、LSC、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)などによって構成することができる。空気極集電層14bの厚さは特に制限されないが、50μm〜500μmとすることができる。   The air electrode current collecting layer 14b is disposed on the air electrode active layer 14a. The air electrode current collecting layer 14b is made of a porous material having electronic conductivity. The air electrode current collecting layer 14b can be made of, for example, LSCF, LSC, Ag (silver), Ag—Pd (silver palladium alloy), or the like. The thickness of the air electrode current collecting layer 14b is not particularly limited, but may be 50 μm to 500 μm.

(発電部10の製造方法)
次に、発電部10の製造方法の一例について説明する。
(Manufacturing method of the power generation unit 10)
Next, an example of a method for manufacturing the power generation unit 10 will be described.

まず、金型プレス成形法で燃料極集電層用材料の粉末を成形することによって、燃料極集電層11aの成形体を形成する。次に、燃料極活性層用材料をペースト化して、燃料極集電層11aの成形体上にスクリーン印刷することによって、燃料極活性層11bの成形体を形成する。   First, a molded body of the anode current collecting layer 11a is formed by molding a powder of the anode current collecting layer material by a die press molding method. Next, the anode active layer material is formed into a paste and screen-printed on the anode current collecting layer 11a to form the anode active layer 11b molded body.

次に、固体電解質用材料をペースト化して、燃料極活性層11bの成形体上にスクリーン印刷することによって、固体電解質層12の成形体を形成する。   Next, the solid electrolyte material is made into a paste and screen-printed on the molded body of the fuel electrode active layer 11b to form the molded body of the solid electrolyte layer 12.

次に、バリア層用材料をペースト化して、固体電解質層12の成形体上にスクリーン印刷することによって、バリア層13の成形体を形成する。この際、両端部における印刷回数を増やすことによって、第1凸部131及び第2凸部132の成形体を一体的に形成する。以上によって、燃料極集電層11a、燃料極活性層11b、固体電解質層12及びバリア層13それぞれの成形体が積層された積層体が形成される。   Next, the barrier layer material is formed into a paste and screen-printed on the solid electrolyte layer 12 compact to form the barrier layer 13 compact. At this time, the molded body of the first convex portion 131 and the second convex portion 132 is integrally formed by increasing the number of times of printing at both ends. As a result, a laminated body is formed in which the molded bodies of the fuel electrode current collecting layer 11a, the fuel electrode active layer 11b, the solid electrolyte layer 12 and the barrier layer 13 are laminated.

次に、図10に示すように、バリア層13の成形体を下向きにした状態で積層体をセッター30上に載置して焼成(1300〜1600℃、2〜20時間)する。この際、バリア層13のうち第1凸部131及び第2凸部132だけがセッター30と接触し、バリア層13の中央部分はセッター30から離れている。そのため、セッター30の構成成分は、第1凸部131及び第2凸部132だけに拡散し、バリア層13の中央部分には拡散しない。また、第1凸部131及び第2凸部132においてバリア層13は厚くなっているため、第1凸部131及び第2凸部132に拡散したセッター30の構成成分は、固体電解質層12まで到達しにくい。従って、固体電解質層12にセッター30の構成成分が拡散することを抑制できる。なお、セッター30には、アルミナ、ジルコニア及びイットリアなどによって構成される板状部材を用いることができる。   Next, as shown in FIG. 10, the laminated body is placed on the setter 30 with the molded body of the barrier layer 13 facing down and fired (1300 to 1600 ° C., 2 to 20 hours). At this time, only the first convex portion 131 and the second convex portion 132 in the barrier layer 13 are in contact with the setter 30, and the central portion of the barrier layer 13 is separated from the setter 30. Therefore, the constituent components of the setter 30 diffuse only in the first convex portion 131 and the second convex portion 132 and do not diffuse in the central portion of the barrier layer 13. In addition, since the barrier layer 13 is thick in the first convex portion 131 and the second convex portion 132, the constituent components of the setter 30 diffused in the first convex portion 131 and the second convex portion 132 are up to the solid electrolyte layer 12. Hard to reach. Therefore, it is possible to suppress the constituent components of the setter 30 from diffusing into the solid electrolyte layer 12. The setter 30 can be a plate member made of alumina, zirconia, yttria, or the like.

次に、空気極材料をペースト化してバリア層13上にスクリーン印刷することによって、空気極14の成形体を形成する。次に、空気極14の成形体を焼成(900〜1100℃、1〜20時間)する。   Next, the air electrode material is made into a paste and screen-printed on the barrier layer 13 to form a molded body of the air electrode 14. Next, the molded body of the air electrode 14 is fired (900 to 1100 ° C. for 1 to 20 hours).

(燃料電池のインターコネクタ部への適用例)
上述した機能性セラミックス体100を燃料電池のインターコネクタ部に適用した場合について、図面を参照しながら説明する。以下に説明するインターコネクタ部20では、「中間層21」が「第1層101」に対応し、「インターコネクタ22」が「第2層102」に対応している。
(Application example to interconnector part of fuel cell)
The case where the functional ceramic body 100 described above is applied to an interconnector portion of a fuel cell will be described with reference to the drawings. In the interconnector unit 20 described below, the “intermediate layer 21” corresponds to the “first layer 101” and the “interconnector 22” corresponds to the “second layer 102”.

図11は、インターコネクタ部20の断面図である。   FIG. 11 is a cross-sectional view of the interconnector portion 20.

インターコネクタ部20は、上述した燃料極集電層11a、中間層21及びインターコネクタ22を備える。インターコネクタ部20は、発電部10とともに横縞型、縦縞型、燃料極支持型、電解質平板型及び円筒型などの様々な燃料電池に適用可能である。   The interconnector unit 20 includes the above-described anode current collecting layer 11a, intermediate layer 21, and interconnector 22. The interconnector unit 20 can be applied to various fuel cells such as a horizontal stripe type, a vertical stripe type, a fuel electrode support type, an electrolyte flat plate type, and a cylindrical type together with the power generation unit 10.

1.中間層21
中間層21は、燃料極集電層11a上に配置される。中間層21は、燃料極集電層11aとインターコネクタ22の間に介挿されている。中間層21は、燃料極集電層11aとインターコネクタ22の間の全域に形成されているが、燃料極集電層11aとインターコネクタ22の間の一部の領域のみに形成されていてもよい。中間層21は、電子伝導性と緻密性を有する。中間層21を構成する材料としては、Y、GDC、クロマイト系材料などを用いることができる。
1. Intermediate layer 21
The intermediate layer 21 is disposed on the anode current collecting layer 11a. The intermediate layer 21 is interposed between the anode current collecting layer 11 a and the interconnector 22. The intermediate layer 21 is formed in the entire region between the anode current collecting layer 11 a and the interconnector 22, but may be formed only in a partial region between the anode current collecting layer 11 a and the interconnector 22. Good. The intermediate layer 21 has electronic conductivity and denseness. As a material constituting the intermediate layer 21, Y 2 O 3 , GDC, chromite material, or the like can be used.

中間層21の気孔率は、20%以下とすることができ、10%以下であることが好ましい。中間層21の厚さは特に制限されないが、2μm〜20μmとすることができる。   The porosity of the intermediate layer 21 can be 20% or less, and is preferably 10% or less. The thickness of the intermediate layer 21 is not particularly limited, but can be 2 μm to 20 μm.

2.インターコネクタ22
インターコネクタ22は、中間層21上に配置される。インターコネクタ22は、電子伝導性と緻密性を有する。インターコネクタ22を構成する材料としては、例えば、LaCrO(ランタンクロマイト)や(Sr,La)TiO(ストロンチウムチタネート)などを用いることができる。インターコネクタ22は、Ca,Mg,Al及びSrから選択される少なくとも1種類の元素を含んでいてもよい。
2. Interconnector 22
The interconnector 22 is disposed on the intermediate layer 21. The interconnector 22 has electronic conductivity and denseness. As a material constituting the interconnector 22, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite), (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate), or the like can be used. The interconnector 22 may contain at least one element selected from Ca, Mg, Al, and Sr.

インターコネクタ22の気孔率は、20%以下とすることができ、10%以下であることが好ましい。インターコネクタ22の厚さは特に制限されないが、10μm〜100μmとすることができる。   The porosity of the interconnector 22 can be 20% or less, and is preferably 10% or less. The thickness of the interconnector 22 is not particularly limited, but can be 10 μm to 100 μm.

3.インターコネクタ22の凸部
インターコネクタ22は、第1凸部221と第2凸部222を有する。
3. The convex part of the interconnector 22 The interconnector 22 has a first convex part 221 and a second convex part 222.

第1凸部221は、燃料極集電部11aと反対側に向かって突出する。第1凸部221は、インターコネクタ22の燃料極集電層11aとは反対側の表面22Sに形成される。インターコネクタ22に第1凸部221を形成することによって、後述するインターコネクタ22の焼成工程においてインターコネクタ22がセッターと接触しにくくなるため、セッター成分がインターコネクタ22に拡散することを抑制できるとともに、インターコネクタ成分がセッターに拡散してインターコネクタ22に組成ズレが生じることを抑制できる。その結果、発電部10の発電性能が低下することを抑制できる。   The 1st convex part 221 protrudes toward the opposite side to the fuel electrode current collection part 11a. The 1st convex part 221 is formed in the surface 22S on the opposite side to the fuel electrode current collection layer 11a of the interconnector 22. FIG. By forming the 1st convex part 221 in the interconnector 22, since the interconnector 22 becomes difficult to contact a setter in the baking process of the interconnector 22 mentioned later, while being able to suppress that a setter component diffuses into the interconnector 22. It is possible to suppress the compositional deviation in the interconnector 22 due to the interconnector component diffusing into the setter. As a result, it can suppress that the power generation performance of the electric power generation part 10 falls.

表面22S上における第1凸部221の位置は特に制限されるものではないが、表面22Sの中央から離れていることが好ましい。第1凸部221は、表面22Sの一端部に形成されている。これにより、インターコネクタ22の焼成工程においてインターコネクタ22の中央部がセッターと接触しにくくなるため、発電性能に影響を与えやすい燃料極集電層11aの中央部にセッター成分が拡散することを抑制しやすくなる。   The position of the first convex portion 221 on the surface 22S is not particularly limited, but is preferably separated from the center of the surface 22S. The 1st convex part 221 is formed in the one end part of the surface 22S. This prevents the center portion of the interconnector 22 from coming into contact with the setter in the firing process of the interconnector 22, thereby suppressing the setter component from diffusing into the center portion of the anode current collecting layer 11 a that easily affects the power generation performance. It becomes easy to do.

インターコネクタ22の表面22Sを平面視した場合、第1凸部221は、表面22Sの一端辺に沿って短冊状に細長く形成されている。ただし、第1凸部221の平面形状は特に制限されるものではなく、例えば、円形状、矩形状、波線状などであってもよい。   When the surface 22S of the interconnector 22 is viewed in plan, the first convex portion 221 is formed in an elongated shape along one end side of the surface 22S. However, the planar shape of the first convex portion 221 is not particularly limited, and may be, for example, a circular shape, a rectangular shape, a wavy shape, or the like.

第1凸部221は、表面22Sに形成される微小な凹凸(いわゆる、テクスチャー)とは異なるものである。例えば、スクリーン印刷法によってインターコネクタ22を形成する場合、表面22Sには1μm〜3μm程度の凹凸が形成されるが、第1凸部221の高さH3は表面22Sの凹凸よりも大きい。   The first convex portion 221 is different from minute irregularities (so-called texture) formed on the surface 22S. For example, when the interconnector 22 is formed by a screen printing method, unevenness of about 1 μm to 3 μm is formed on the surface 22S, but the height H3 of the first protrusion 221 is larger than the unevenness of the surface 22S.

第2凸部222は、燃料極集電層11aと反対側に向かって突出する。第2凸部222は、インターコネクタ22の表面22Sに形成される。インターコネクタ22に第1凸部221だけでなく第2凸部222を形成することによって、インターコネクタ22の焼成工程においてインターコネクタ22がセッターと接触する領域をより狭くできるため、セッター成分がインターコネクタ22に拡散することをより抑制できる。その結果、発電部10の発電性能が低下することをより抑制できる。   The 2nd convex part 222 protrudes toward the fuel electrode current collection layer 11a and the other side. The second convex portion 222 is formed on the surface 22S of the interconnector 22. By forming not only the first convex portion 221 but also the second convex portion 222 on the interconnector 22, the area where the interconnector 22 contacts the setter in the firing process of the interconnector 22 can be made narrower. The diffusion to 22 can be further suppressed. As a result, it can suppress more that the electric power generation performance of the electric power generation part 10 falls.

表面22S上における第2凸部222の位置は特に制限されるものではないが、表面22Sの中央から離れていることが好ましく、第1凸部221から離れていることがより好ましい。これにより、インターコネクタ22の焼成工程においてインターコネクタ22の中央部がセッターとさらに接触しにくくなるため、発電部10の発電性能が低下することをさらに抑制できる。   The position of the second convex portion 222 on the surface 22S is not particularly limited, but is preferably away from the center of the surface 22S, and more preferably away from the first convex portion 221. Thereby, since it becomes difficult to contact the center part of the interconnector 22 with a setter in the baking process of the interconnector 22, it can further suppress that the electric power generation performance of the electric power generation part 10 falls.

本実施形態において、インターコネクタ22の表面22Sを平面視した場合、第2凸部222は、表面22Sの他端辺に沿って短冊状に細長く形成されている。第2凸部222は、第1凸部221とは反対側に配置されている。ただし、第2凸部222の平面形状は特に制限されるものではなく、例えば、円形状、矩形状、波線状などであってもよい。第2凸部222は、表面22Sに形成される微小な凹凸とは異なるものである。   In the present embodiment, when the surface 22S of the interconnector 22 is viewed in plan, the second convex portion 222 is formed in a strip shape along the other end of the surface 22S. The second convex portion 222 is disposed on the opposite side to the first convex portion 221. However, the planar shape of the second convex portion 222 is not particularly limited, and may be, for example, a circular shape, a rectangular shape, a wavy shape, or the like. The second convex portion 222 is different from the minute irregularities formed on the surface 22S.

ここで、第1凸部221の高さH3に対する幅W3の比(W3/H3)は、1以上が好ましい。同様に、第2凸部222の高さH4に対する幅W4の比(W4/H4)は特に制限されないが、1以上が好ましい。これにより、焼成時、各凸部221,222にクラックが生じることを抑制できる。   Here, the ratio (W3 / H3) of the width W3 to the height H3 of the first convex portion 221 is preferably 1 or more. Similarly, the ratio (W4 / H4) of the width W4 to the height H4 of the second convex portion 222 is not particularly limited, but is preferably 1 or more. Thereby, it can suppress that a crack arises in each convex part 221,222 at the time of baking.

また、各凸部221,222の高さH3,H4は、80μm以下が好ましい。これにより、焼成時、各凸部221,222にクラックが生じることをより抑制できる。また、各凸部221,222の高さH1,H2は、8μm以上が好ましい。これにより、焼成時、セッター成分がインターコネクタ22の内部にまで拡散することをより抑制できる。   Further, the heights H3 and H4 of the convex portions 221 and 222 are preferably 80 μm or less. Thereby, it can suppress more that a crack arises in each convex part 221,222 at the time of baking. Further, the heights H1 and H2 of the convex portions 221 and 222 are preferably 8 μm or more. Thereby, it can suppress more that a setter component diffuses to the inside of the interconnector 22 at the time of baking.

また、第1凸部221の幅W3は、インターコネクタ22の幅A2の20%未満が好ましい。同様に、第2凸部132の幅W2は、インターコネクタ22の幅A2の20%未満が好ましい。これにより、インターコネクタ22の機能性(電気伝導性)を確保することができる。   Further, the width W3 of the first convex portion 221 is preferably less than 20% of the width A2 of the interconnector 22. Similarly, the width W2 of the second protrusion 132 is preferably less than 20% of the width A2 of the interconnector 22. Thereby, the functionality (electric conductivity) of the interconnector 22 can be ensured.

各凸部221,222の高さH3,H4は、互いに異なる値であってもよい。また、各凸部221,222の幅W3,W4は、互いに異なる値であってもよい。   The heights H3 and H4 of the convex portions 221 and 222 may be different from each other. Further, the widths W3 and W4 of the convex portions 221 and 222 may be different from each other.

(インターコネクタ部20の製造方法)
次に、インターコネクタ部20の製造方法の一例について説明する。
(Manufacturing method of the interconnector part 20)
Next, an example of the manufacturing method of the interconnector part 20 is demonstrated.

まず、金型プレス成形法で燃料極集電層用材料の粉末を成形することによって、燃料極集電層11aの成形体を形成する。   First, a molded body of the anode current collecting layer 11a is formed by molding a powder of the anode current collecting layer material by a die press molding method.

次に、中間層材料をペースト化して、燃料極集電層11aの成形体上にスクリーン印刷することによって、中間層21の成形体を形成する。   Next, the intermediate layer material is formed into a paste and screen-printed on the formed body of the anode current collecting layer 11a, thereby forming the formed body of the intermediate layer 21.

次に、インターコネクタ材料をペースト化して中間層21の成形体上にスクリーン印刷することによって、インターコネクタ22の成形体を形成する。この際、両端部における印刷回数を増やすことによって、第1凸部221及び第2凸部222の成形体を一体的に形成する。以上によって、燃料極集電層11a、中間層21及びインターコネクタ22それぞれの成形体が積層された積層体が形成される。   Next, the interconnector material is formed into a paste and screen-printed on the intermediate body 21 formed body to form the interconnector 22 formed body. At this time, by increasing the number of times of printing at both end portions, the molded body of the first convex portion 221 and the second convex portion 222 is integrally formed. As described above, a laminated body is formed in which the molded bodies of the fuel electrode current collecting layer 11a, the intermediate layer 21, and the interconnector 22 are laminated.

次に、図12に示すように、インターコネクタ22の成形体を下向きにして積層体をセッター30上に載置した状態で焼成(1300〜1600℃、2〜20時間)する。この際、インターコネクタ22のうち第1凸部221及び第2凸部222だけがセッター30と接触し、インターコネクタ22の中央部分はセッター30から離れている。そのため、セッター30の構成成分は、第1凸部221及び第2凸部222だけに拡散し、インターコネクタ22の中央部分には拡散しない。また、第1凸部221及び第2凸部222においてインターコネクタ22は厚くなっているため、第1凸部221及び第2凸部222に拡散したセッター30の構成成分は、燃料極集電層11aまで到達しにくい。従って、燃料極集電層11aにセッター30の構成成分が拡散することを抑制できる。   Next, as shown in FIG. 12, the laminated body is fired (1300 to 1600 ° C., 2 to 20 hours) with the molded body of the interconnector 22 facing downward and placed on the setter 30. At this time, only the first convex portion 221 and the second convex portion 222 of the interconnector 22 are in contact with the setter 30, and the central portion of the interconnector 22 is separated from the setter 30. Therefore, the constituent components of the setter 30 diffuse only in the first convex portion 221 and the second convex portion 222 and do not diffuse in the central portion of the interconnector 22. In addition, since the interconnector 22 is thick in the first convex portion 221 and the second convex portion 222, the component of the setter 30 diffused in the first convex portion 221 and the second convex portion 222 is the fuel electrode current collecting layer. It is difficult to reach 11a. Therefore, it can suppress that the component of the setter 30 diffuses into the anode current collecting layer 11a.

(横縞型燃料電池への適用例1)
次に、機能性セラミックス体100がそれぞれ適用された発電部10及びインターコネクタ部20を横縞型燃料電池に適用した適用例1について、図面を参照しながら説明する。
(Application example 1 for horizontal stripe fuel cell)
Next, an application example 1 in which the power generation unit 10 and the interconnector unit 20 to which the functional ceramic body 100 is applied is applied to a horizontal stripe type fuel cell will be described with reference to the drawings.

図13は、横縞型燃料電池1の断面図である。横縞型燃料電池1は、固体酸化物型燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)である。横縞型燃料電池1は、支持基板2と、複数の発電部10と、複数のインターコネクタ部20とを備える。   FIG. 13 is a cross-sectional view of the horizontal stripe fuel cell 1. The horizontal stripe fuel cell 1 is a solid oxide fuel cell (SOFC). The horizontal stripe fuel cell 1 includes a support substrate 2, a plurality of power generation units 10, and a plurality of interconnectors 20.

支持基板2は、扁平かつ一方向に長い板状に形成されている。支持基板2は、電気絶縁性の多孔質材料を主成分として含有する。支持基板2を構成する材料としては、MgO(酸化マグネシウム)、MgAl(マグネシアアルミナスピネル)とMgO(酸化マグネシウム)の混合物、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)、8YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、Y(イットリア)、CZO(カルシウムジルコネート)などの絶縁性セラミックスを用いることができる。 The support substrate 2 is formed in a flat plate shape that is long in one direction. The support substrate 2 contains an electrically insulating porous material as a main component. As a material constituting the support substrate 2, MgO (magnesium oxide), a mixture of MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) and MgO (magnesium oxide), CSZ (calcia stabilized zirconia), 8YSZ (yttria stabilized zirconia), Insulating ceramics such as Y 2 O 3 (yttria) and CZO (calcium zirconate) can be used.

支持基板2は、燃料ガスの改質反応を促す触媒として機能する遷移金属又は当該遷移金属の酸化物を含んでいてもよい。遷移金属としては、Ni(ニッケル)が好適である。支持基板2の厚さは特に制限されないが、1mm〜5mmとすることができる。支持基板2の気孔率は特に制限されないが、還元雰囲気において20%〜60%とすることができる。   The support substrate 2 may contain a transition metal or an oxide of the transition metal that functions as a catalyst for promoting a reforming reaction of the fuel gas. Ni (nickel) is preferred as the transition metal. The thickness of the support substrate 2 is not particularly limited, but can be 1 mm to 5 mm. The porosity of the support substrate 2 is not particularly limited, but can be 20% to 60% in a reducing atmosphere.

支持基板2の内部には、ガス流路2aが形成される。ガス流路2aは、支持基板2の長手方向に沿って延びる。発電時、ガス流路2aに流される燃料ガスは、支持基板2の内部を通過して発電部10の燃料極集電層11a及び燃料極活性層11bに供給される。ガス流路2aの本数は適宜設定可能である。   A gas flow path 2 a is formed inside the support substrate 2. The gas flow path 2 a extends along the longitudinal direction of the support substrate 2. During power generation, the fuel gas flowing through the gas flow path 2 a passes through the inside of the support substrate 2 and is supplied to the fuel electrode current collecting layer 11 a and the fuel electrode active layer 11 b of the power generation unit 10. The number of gas flow paths 2a can be set as appropriate.

支持基板2の第1主面2Sと第2主面2Tそれぞれには、発電部10とインターコネクタ部20が、長手方向において交互に配置されている。隣接する一組の発電部10とインターコネクタ部20は、燃料極集電層11aを共有している。   On the first main surface 2S and the second main surface 2T of the support substrate 2, the power generation units 10 and the interconnectors 20 are alternately arranged in the longitudinal direction. A pair of adjacent power generation units 10 and interconnector units 20 share the anode current collecting layer 11a.

各発電部10の固体電解質層12の両端部は、各発電部10の両側に配置された2つのインターコネクタ部20それぞれのインターコネクタ22に接続されている。このように、固体電解質層12とインターコネクタ22が連なることによって、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するシール膜が形成されている。インターコネクタ22は、燃料極集電層11aを基準として、固体電解質層12やバリア層13と同じ側に位置する。   Both end portions of the solid electrolyte layer 12 of each power generation unit 10 are connected to the respective interconnectors 22 of the two interconnector units 20 disposed on both sides of each power generation unit 10. As described above, the solid electrolyte layer 12 and the interconnector 22 are connected to form a seal film that prevents leakage of the fuel gas and the oxygen-containing gas. The interconnector 22 is located on the same side as the solid electrolyte layer 12 and the barrier layer 13 with respect to the anode current collecting layer 11a.

各発電部10の空気極集電層14bは、燃料極集電層11aを共有していないインターコネクタ部20のインターコネクタ22に接続されている。各発電部10のバリア層13は、固体電解質層12上に配置される。各発電部10のバリア層13は、第1凸部131及び第2凸部132を有する。   The air electrode current collecting layer 14b of each power generation unit 10 is connected to the interconnector 22 of the interconnector unit 20 that does not share the fuel electrode current collecting layer 11a. The barrier layer 13 of each power generation unit 10 is disposed on the solid electrolyte layer 12. The barrier layer 13 of each power generation unit 10 includes a first protrusion 131 and a second protrusion 132.

第1凸部131及び第2凸部132は、空気極14を除いた横縞型燃料電池1の構成部材のうち最も支持基板2から離れている。すなわち、第1凸部131及び第2凸部132は、支持基板2から最も高い位置に配置されている。従って、バリア層13を焼成する際には、第1凸部131及び第2凸部132だけがセッター30(図10参照)と接触するため、インターコネクタ22にセッター30の構成成分が拡散することを抑制できる。   The first convex portion 131 and the second convex portion 132 are farthest from the support substrate 2 among the constituent members of the horizontal stripe fuel cell 1 excluding the air electrode 14. That is, the first convex portion 131 and the second convex portion 132 are disposed at the highest position from the support substrate 2. Accordingly, when the barrier layer 13 is baked, only the first convex portion 131 and the second convex portion 132 are in contact with the setter 30 (see FIG. 10), so that the constituent components of the setter 30 diffuse into the interconnector 22. Can be suppressed.

なお、横縞型燃料電池1のインターコネクタ部20のインターコネクタ22には、第1凸部221及び第2凸部222が形成されていないが、第1凸部221及び第2凸部222の少なくとも一方が形成されていてもよい。   In addition, although the 1st convex part 221 and the 2nd convex part 222 are not formed in the interconnector 22 of the interconnector part 20 of the horizontal stripe type fuel cell 1, at least of the 1st convex part 221 and the 2nd convex part 222 One may be formed.

(横縞型燃料電池への適用例2)
次に、機能性セラミックス体100がそれぞれ適用された発電部10及びインターコネクタ部20を横縞型燃料電池に適用した適用例2について、図面を参照しながら説明する。
(Application example 2 for horizontal stripe fuel cell)
Next, an application example 2 in which the power generation unit 10 and the interconnector unit 20 to which the functional ceramic body 100 is applied is applied to a horizontal stripe fuel cell will be described with reference to the drawings.

図14は、横縞型燃料電池1aの構成を示す断面図である。横縞型燃料電池1aは、固体酸化物型燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)である。横縞型燃料電池1aは、支持基板2と、複数の発電部10と、複数のインターコネクタ部20とを備える。   FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the horizontal stripe fuel cell 1a. The horizontal stripe fuel cell 1a is a solid oxide fuel cell (SOFC). The horizontal stripe fuel cell 1 a includes a support substrate 2, a plurality of power generation units 10, and a plurality of interconnectors 20.

1.支持基板2
支持基板2は、扁平かつ一方向に長い板状に形成されている。支持基板2は、電気絶縁性の多孔質材料を主成分として含有する。支持基板2を構成する材料としては、MgO(酸化マグネシウム)、MgAl(マグネシアアルミナスピネル)とMgO(酸化マグネシウム)の混合物、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)、8YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、Y(イットリア)、CZO(カルシウムジルコネート)などの絶縁性セラミックスを用いることができる。
1. Support substrate 2
The support substrate 2 is formed in a flat plate shape that is long in one direction. The support substrate 2 contains an electrically insulating porous material as a main component. As a material constituting the support substrate 2, MgO (magnesium oxide), a mixture of MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) and MgO (magnesium oxide), CSZ (calcia stabilized zirconia), 8YSZ (yttria stabilized zirconia), Insulating ceramics such as Y 2 O 3 (yttria) and CZO (calcium zirconate) can be used.

支持基板2は、燃料ガスの改質反応を促す触媒として機能する遷移金属又は当該遷移金属の酸化物を含んでいてもよい。遷移金属としては、Ni(ニッケル)が好適である。支持基板2の厚さは特に制限されないが、1mm〜5mmとすることができる。支持基板2の気孔率は特に制限されないが、還元雰囲気において20%〜60%とすることができる。   The support substrate 2 may contain a transition metal or an oxide of the transition metal that functions as a catalyst for promoting a reforming reaction of the fuel gas. Ni (nickel) is preferred as the transition metal. The thickness of the support substrate 2 is not particularly limited, but can be 1 mm to 5 mm. The porosity of the support substrate 2 is not particularly limited, but can be 20% to 60% in a reducing atmosphere.

支持基板2の内部には、ガス流路2aが形成される。ガス流路2aは、支持基板2の長手方向に沿って延びる。発電時、ガス流路2aに流される燃料ガスは、支持基板2の内部を通過して発電部10の燃料極集電層11a及び燃料極活性層11bに供給される。ガス流路2aの本数は適宜設定可能である。   A gas flow path 2 a is formed inside the support substrate 2. The gas flow path 2 a extends along the longitudinal direction of the support substrate 2. During power generation, the fuel gas flowing through the gas flow path 2 a passes through the inside of the support substrate 2 and is supplied to the fuel electrode current collecting layer 11 a and the fuel electrode active layer 11 b of the power generation unit 10. The number of gas flow paths 2a can be set as appropriate.

支持基板2の第1主面2Sと第2主面2Tそれぞれには、発電部10とインターコネクタ部20が、長手方向において交互に配置されている。隣接する一組の発電部10とインターコネクタ部20は、燃料極集電層11aを共有している。   On the first main surface 2S and the second main surface 2T of the support substrate 2, the power generation units 10 and the interconnectors 20 are alternately arranged in the longitudinal direction. A pair of adjacent power generation units 10 and interconnector units 20 share the anode current collecting layer 11a.

2.発電部10
次に、横縞型燃料電池1aの発電部10について説明する。発電部10は、燃料極11、固体電解質層12、バリア層13及び空気極14を備える。
2. Power generation unit 10
Next, the power generation unit 10 of the horizontal stripe fuel cell 1a will be described. The power generation unit 10 includes a fuel electrode 11, a solid electrolyte layer 12, a barrier layer 13, and an air electrode 14.

燃料極11の燃料極集電層11aは、支持基板2の主面に形成された凹部2b内に配置される。燃料極集電層11aは、凹部2bに埋設されている。燃料極集電層11aは、凹部2bと同じ外形を有する。燃料極集電層11aの外表面は、支持基板2の主面と面一で連なっている。燃料極集電層11aの外表面は、支持基板2の主面とともに一平面を構成する。なお、燃料極集電層11aの外表面と支持基板2の主面との間には、50μm以下程度の段差が存在していてもよい。   The fuel electrode current collecting layer 11 a of the fuel electrode 11 is disposed in a recess 2 b formed on the main surface of the support substrate 2. The anode current collecting layer 11a is embedded in the recess 2b. The anode current collecting layer 11a has the same outer shape as the recess 2b. The outer surface of the anode current collecting layer 11 a is continuous with the main surface of the support substrate 2. The outer surface of the anode current collecting layer 11 a forms a plane with the main surface of the support substrate 2. Note that a step of about 50 μm or less may exist between the outer surface of the anode current collecting layer 11 a and the main surface of the support substrate 2.

ただし、燃料極集電層11aは、凹部2bに埋設されていなくてもよい。燃料極集電層11aは、支持基板2の主面上に配置されていてもよい。   However, the anode current collecting layer 11a may not be embedded in the recess 2b. The anode current collecting layer 11 a may be disposed on the main surface of the support substrate 2.

燃料極11の燃料極活性層11bは、支持基板2の外部に配置される。燃料極活性層11bの大部分は、燃料極集電層11a上に配置される。燃料極活性層11bの一端部は、後述するシール層23上に配置される。   The fuel electrode active layer 11 b of the fuel electrode 11 is disposed outside the support substrate 2. Most of the anode active layer 11b is disposed on the anode current collecting layer 11a. One end of the anode active layer 11b is disposed on a seal layer 23 described later.

燃料極活性層11bは、第1凸部111及び第2凸部112を有する。第1凸部111及び第2凸部112それぞれは、積層方向において燃料極集電層11aと反対側に向かって突出する。第1凸部111及び第2凸部112それぞれは、積層方向においてバリア層13側に向かって突出する。燃料極活性層11bの厚みは、第1凸部111及び第2凸部112において部分的に厚くなっている。   The anode active layer 11 b has a first convex portion 111 and a second convex portion 112. Each of the first convex portion 111 and the second convex portion 112 protrudes toward the opposite side of the anode current collecting layer 11a in the stacking direction. Each of the first protrusions 111 and the second protrusions 112 protrudes toward the barrier layer 13 in the stacking direction. The thickness of the fuel electrode active layer 11 b is partially thicker at the first and second convex portions 111 and 112.

燃料極活性層11bの第1凸部111及び第2凸部112は、燃料極活性層11bの外縁に位置する。燃料極活性層11bの第1凸部111は、バリア層13の第1凸部131の燃料極集電層11a側に位置する。燃料極活性層11bの第2凸部112は、バリア層13の第2凸部132の燃料極集電層11a側に位置する。従って、焼成時にセッター30の構成成分が、バリア層13の第1凸部131及び第2凸部132から拡散してきたとしても、燃料極活性層11bの第1凸部111及び第2凸部112に拡散成分を集積できるため、燃料極集電層11aにまで拡散成分が到達することを抑制できる。また、第1凸部111及び第2凸部112のアンカー効果によって、燃料極活性層11bと固体電解質層12との密着性を向上させることができる。   The 1st convex part 111 and the 2nd convex part 112 of the anode active layer 11b are located in the outer edge of the anode active layer 11b. The first convex portion 111 of the anode active layer 11 b is located on the anode current collecting layer 11 a side of the first convex portion 131 of the barrier layer 13. The second convex portion 112 of the anode active layer 11 b is located on the anode current collecting layer 11 a side of the second convex portion 132 of the barrier layer 13. Therefore, even if the constituent components of the setter 30 diffuse from the first convex portion 131 and the second convex portion 132 of the barrier layer 13 during firing, the first convex portion 111 and the second convex portion 112 of the anode active layer 11b. Therefore, it is possible to suppress the diffusion component from reaching the anode current collecting layer 11a. In addition, due to the anchor effect of the first convex portion 111 and the second convex portion 112, the adhesion between the fuel electrode active layer 11b and the solid electrolyte layer 12 can be improved.

固体電解質層12は、2つのシール層23の間に配置される。固体電解質層12は、燃料極活性層11bを覆う。固体電解質層12は、第1凸部121及び第2凸部122を有する。第1凸部121及び第2凸部122それぞれは、積層方向において燃料極11と反対側に向かって突出する。第1凸部121及び第2凸部122それぞれは、積層方向においてバリア層13側に向かって突出する。固体電解質層12は、全体的に略均等な厚みで形成されている。   The solid electrolyte layer 12 is disposed between the two sealing layers 23. The solid electrolyte layer 12 covers the anode active layer 11b. The solid electrolyte layer 12 has a first protrusion 121 and a second protrusion 122. Each of the first convex portion 121 and the second convex portion 122 projects toward the opposite side of the fuel electrode 11 in the stacking direction. Each of the first protrusion 121 and the second protrusion 122 protrudes toward the barrier layer 13 in the stacking direction. The solid electrolyte layer 12 is formed with a substantially uniform thickness as a whole.

固体電解質層12の第1凸部121は、バリア層13の第1凸部131の燃料極集電層11a側に位置する。固体電解質層12の第1凸部121は、積層方向においてバリア層13の第1凸部131と燃料極活性層11bの第1凸部111の間に配置される。固体電解質層12の第2凸部122は、バリア層13の第2凸部132の燃料極集電層11a側に位置する。固体電解質層12の第2凸部122は、積層方向においてバリア層13の第2凸部132と燃料極活性層11bの第2凸部112の間に配置される。従って、焼成時にセッター30の構成成分が、バリア層13の第1凸部131及び第2凸部132から拡散してきたとしても、固体電解質層12の第1凸部121及び第2凸部122に拡散成分を集積できるため、燃料極集電層11aにまで拡散成分が到達することを抑制できる。また、第1凸部121及び第2凸部122のアンカー効果によって、固体電解質層12とバリア層13の密着性を向上させることができる。   The first convex portion 121 of the solid electrolyte layer 12 is located on the anode current collecting layer 11 a side of the first convex portion 131 of the barrier layer 13. The first convex portion 121 of the solid electrolyte layer 12 is disposed between the first convex portion 131 of the barrier layer 13 and the first convex portion 111 of the anode active layer 11b in the stacking direction. The second convex portion 122 of the solid electrolyte layer 12 is located on the anode current collecting layer 11 a side of the second convex portion 132 of the barrier layer 13. The second convex portion 122 of the solid electrolyte layer 12 is disposed between the second convex portion 132 of the barrier layer 13 and the second convex portion 112 of the anode active layer 11b in the stacking direction. Therefore, even if the constituent components of the setter 30 are diffused from the first convex portion 131 and the second convex portion 132 of the barrier layer 13 during the firing, the first convex portion 121 and the second convex portion 122 of the solid electrolyte layer 12 Since the diffusion component can be accumulated, the diffusion component can be prevented from reaching the anode current collecting layer 11a. In addition, the adhesion between the solid electrolyte layer 12 and the barrier layer 13 can be improved by the anchor effect of the first convex portion 121 and the second convex portion 122.

バリア層13は、2つのシール層23の間に配置される。バリア層13は、固体電解質層12を覆う。バリア層13は、第1凸部131及び第2凸部132を有する。バリア層13の第1凸部131は、燃料極活性層11bの第1凸部111を基準として、燃料極集電層11aの反対側に位置する。バリア層13の第2凸部132は、燃料極活性層11bの第2凸部112を基準として、燃料極集電層11aの反対側に位置する。   The barrier layer 13 is disposed between the two sealing layers 23. The barrier layer 13 covers the solid electrolyte layer 12. The barrier layer 13 has a first protrusion 131 and a second protrusion 132. The first convex portion 131 of the barrier layer 13 is located on the opposite side of the anode current collecting layer 11a with respect to the first convex portion 111 of the anode active layer 11b. The second convex portion 132 of the barrier layer 13 is located on the opposite side of the anode current collecting layer 11a with respect to the second convex portion 112 of the anode active layer 11b.

空気極14の空気極活性層14aは、バリア層13上に形成される。空気極活性層14aは、第1凸部141及び第2凸部142を有する。空気極活性層14aの第1凸部141及び第2凸部142それぞれは、積層方向においてバリア層13と反対側に向かって突出する。   The air electrode active layer 14 a of the air electrode 14 is formed on the barrier layer 13. The air electrode active layer 14 a has a first convex portion 141 and a second convex portion 142. Each of the first convex portion 141 and the second convex portion 142 of the air electrode active layer 14a protrudes toward the opposite side of the barrier layer 13 in the stacking direction.

空気極14の空気極集電層14bは、空気極活性層14a上に形成される。空気極集電層14bは、第1凸部143及び第2凸部144を有する。第1凸部143及び第2凸部144それぞれは、空気極活性層14aと反対側に向かって突出する。第2凸部144は、積層方向において空気極活性層14aの第2凸部142上に配置される。   The air electrode current collecting layer 14b of the air electrode 14 is formed on the air electrode active layer 14a. The air electrode current collecting layer 14 b includes a first convex portion 143 and a second convex portion 144. Each of the first convex portion 143 and the second convex portion 144 protrudes toward the side opposite to the air electrode active layer 14a. The second convex portion 144 is disposed on the second convex portion 142 of the air electrode active layer 14a in the stacking direction.

また、空気極集電層14bは、第3凸部145及び第4凸部146を有する。空気極集電層14bの第3凸部145及び第4凸部146それぞれは、インターコネクタ22と反対側に向かって突出する。第3凸部145は、積層方向においてインターコネクタ22の第1凸部221上に配置される。第4凸部146は、積層方向においてインターコネクタ22の第2凸部222上に配置される。   Further, the air electrode current collecting layer 14 b has a third convex portion 145 and a fourth convex portion 146. Each of the third convex portion 145 and the fourth convex portion 146 of the air electrode current collecting layer 14 b protrudes toward the side opposite to the interconnector 22. The 3rd convex part 145 is arrange | positioned on the 1st convex part 221 of the interconnector 22 in the lamination direction. The 4th convex part 146 is arrange | positioned on the 2nd convex part 222 of the interconnector 22 in the lamination direction.

3.インターコネクタ部20
次に、横縞型燃料電池1aのインターコネクタ部20について説明する。横縞型燃料電池1aのインターコネクタ部20は、中間層21、インターコネクタ22及びシール層23を備える。
3. Interconnector section 20
Next, the interconnector portion 20 of the horizontal stripe fuel cell 1a will be described. The interconnector portion 20 of the horizontal stripe fuel cell 1 a includes an intermediate layer 21, an interconnector 22, and a seal layer 23.

中間層21は、支持基板2の外部に配置される。中間層21は、燃料極集電層11a上に配置される。中間層21は、シール層23の内側に配置される。中間層21は、第1凸部211及び第2凸部212を有する。第1凸部211及び第2凸部212それぞれは、積層方向において燃料極集電層11aと反対側に向かって突出する。第1凸部211及び第2凸部212それぞれは、積層方向においてインターコネクタ22側に向かって突出する。中間層21は、第1凸部211及び第2凸部212において部分的に厚くなっている。   The intermediate layer 21 is disposed outside the support substrate 2. The intermediate layer 21 is disposed on the anode current collecting layer 11a. The intermediate layer 21 is disposed inside the seal layer 23. The intermediate layer 21 has a first convex portion 211 and a second convex portion 212. Each of the first convex portion 211 and the second convex portion 212 projects toward the side opposite to the anode current collecting layer 11a in the stacking direction. Each of the first convex portion 211 and the second convex portion 212 protrudes toward the interconnector 22 in the stacking direction. The intermediate layer 21 is partially thick at the first convex portion 211 and the second convex portion 212.

中間層21の第1凸部211及び第2凸部212は、中間層21の外縁に位置する。中間層21の第1凸部211は、積層方向においてインターコネクタ22の第1凸部221の燃料極集電層11a側に位置する。中間層21の第2凸部212は、積層方向においてインターコネクタ22の第2凸部222の燃料極集電層11a側に位置する。従って、焼成時にセッター30の構成成分が、インターコネクタ22の第1凸部221及び第2凸部222から拡散してきたとしても、中間層21の第1凸部211及び第2凸部212に拡散成分を集積できるため、燃料極集電層11aにまで拡散成分が到達することを抑制できる。また、第1凸部211及び第2凸部212のアンカー効果によって、中間層21とインターコネクタ22の密着性を向上させることができる。   The first convex portion 211 and the second convex portion 212 of the intermediate layer 21 are located on the outer edge of the intermediate layer 21. The first convex portion 211 of the intermediate layer 21 is located on the anode current collecting layer 11a side of the first convex portion 221 of the interconnector 22 in the stacking direction. The second convex portion 212 of the intermediate layer 21 is located on the anode current collecting layer 11a side of the second convex portion 222 of the interconnector 22 in the stacking direction. Therefore, even if the components of the setter 30 diffuse from the first convex portion 221 and the second convex portion 222 of the interconnector 22 during firing, they diffuse to the first convex portion 211 and the second convex portion 212 of the intermediate layer 21. Since components can be accumulated, diffusion components can be prevented from reaching the anode current collecting layer 11a. In addition, the adhesion between the intermediate layer 21 and the interconnector 22 can be improved by the anchor effect of the first convex portion 211 and the second convex portion 212.

中間層21は、インターコネクタ22に接続される凹面21Sを有する。凹面21Sは、第1凸部211と第2凸部212の間に形成される。凹面21Sの略中央部は、燃料極集電層11a側に凹んでいる。これにより、中間層21とインターコネクタ22とが平面どうしで接触する場合に比べて、中間層21とインターコネクタ22との接触面積を大きくすることができるため、中間層21とインターコネクタ22との界面における電気抵抗を低減することができる。   The intermediate layer 21 has a concave surface 21 </ b> S connected to the interconnector 22. The concave surface 21S is formed between the first convex portion 211 and the second convex portion 212. A substantially central portion of the concave surface 21S is recessed toward the anode current collecting layer 11a. As a result, the contact area between the intermediate layer 21 and the interconnector 22 can be increased as compared with the case where the intermediate layer 21 and the interconnector 22 contact each other between flat surfaces. The electrical resistance at the interface can be reduced.

シール層23は、燃料極集電層11a上に配置される。シール層23は、中間層21を取り囲む。本実施形態において、シール層23は、インターコネクタ22のうち燃料極集電層11a側の部分も取り囲んでいる。シール層23は、燃料極活性層11b、固体電解質層12及びバリア層13それぞれの一端部に接続される。   The seal layer 23 is disposed on the anode current collecting layer 11a. The seal layer 23 surrounds the intermediate layer 21. In the present embodiment, the seal layer 23 also surrounds a portion of the interconnector 22 on the anode current collecting layer 11a side. The seal layer 23 is connected to one end of each of the fuel electrode active layer 11b, the solid electrolyte layer 12, and the barrier layer 13.

シール層23は、電気絶縁性を有する。すなわち、シール層23は、電子伝導性を有していない。シール層23は、例えば、MgO(マグネシア)、CaZrO(カルシウムジルコネート)、Y(イットリア)、又はMgAl(マグネシアアルミナスピネル)などによって構成することができる。 The seal layer 23 has electrical insulation. That is, the seal layer 23 does not have electronic conductivity. The seal layer 23 can be made of, for example, MgO (magnesia), CaZrO 3 (calcium zirconate), Y 2 O 3 (yttria), MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel), or the like.

シール層23は、第1凸部231及び第2凸部232を有する。第1凸部231及び第2凸部232それぞれは、積層方向において燃料極11と反対側に向かって突出する。第1凸部231及び第2凸部232それぞれは、積層方向においてインターコネクタ22側に向かって突出する。本実施形態において、シール層23は、第1凸部231及び第2凸部232において部分的に厚くなっている。   The seal layer 23 has a first protrusion 231 and a second protrusion 232. Each of the first convex portion 231 and the second convex portion 232 protrudes toward the side opposite to the fuel electrode 11 in the stacking direction. Each of the first convex portion 231 and the second convex portion 232 protrudes toward the interconnector 22 in the stacking direction. In the present embodiment, the seal layer 23 is partially thick at the first convex portion 231 and the second convex portion 232.

シール層23の第1凸部231は、インターコネクタ22の第1凸部221の燃料極集電層11a側に位置する。シール層23の第1凸部231は、積層方向においてインターコネクタ22の第1凸部221と中間層21の第1凸部211の間に配置される。シール層23の第2凸部232は、インターコネクタ22の第2凸部222の燃料極集電層11a側に位置する。シール層23の第2凸部232は、積層方向においてインターコネクタ22の第2凸部222と中間層21の第2凸部222の間に配置される。従って、焼成時にセッター30の構成成分が、インターコネクタ22の第1凸部221及び第2凸部222から拡散してきたとしても、シール層23の第1凸部231及び第2凸部232に拡散成分を集積できるため、燃料極集電層11aにまで拡散成分が到達することを抑制できる。また、第1凸部231及び第2凸部232のアンカー効果によって、シール層23とインターコネクタ22の密着性を向上させることができる。   The first convex portion 231 of the seal layer 23 is located on the anode current collecting layer 11 a side of the first convex portion 221 of the interconnector 22. The first convex portion 231 of the seal layer 23 is disposed between the first convex portion 221 of the interconnector 22 and the first convex portion 211 of the intermediate layer 21 in the stacking direction. The second convex portion 232 of the seal layer 23 is located on the anode current collecting layer 11 a side of the second convex portion 222 of the interconnector 22. The second convex portion 232 of the seal layer 23 is disposed between the second convex portion 222 of the interconnector 22 and the second convex portion 222 of the intermediate layer 21 in the stacking direction. Therefore, even if the components of the setter 30 diffuse from the first convex portion 221 and the second convex portion 222 of the interconnector 22 during firing, they diffuse to the first convex portion 231 and the second convex portion 232 of the seal layer 23. Since components can be accumulated, diffusion components can be prevented from reaching the anode current collecting layer 11a. In addition, due to the anchor effect of the first convex portion 231 and the second convex portion 232, the adhesion between the seal layer 23 and the interconnector 22 can be improved.

インターコネクタ22は、中間層21上に配置される。インターコネクタ22は、第1凸部221及び第2凸部222を有する。第1凸部221及び第2凸部222それぞれは、積層方向において燃料極集電層11aと反対側に向かって突出する。第1凸部221及び第2凸部222それぞれは、積層方向において空気極14側に向かって突出する。本実施形態において、インターコネクタ22は、中間層21の凹面21Sと接触する中央部において厚くなっている。そのため、燃料極側と空気極側との間でガスリークが発生することを抑制できる。   The interconnector 22 is disposed on the intermediate layer 21. The interconnector 22 has a first convex part 221 and a second convex part 222. Each of the first convex portion 221 and the second convex portion 222 protrudes toward the side opposite to the anode current collecting layer 11a in the stacking direction. Each of the first convex portion 221 and the second convex portion 222 protrudes toward the air electrode 14 in the stacking direction. In the present embodiment, the interconnector 22 is thick at the central portion that contacts the concave surface 21 </ b> S of the intermediate layer 21. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of gas leak between the fuel electrode side and the air electrode side.

インターコネクタ22の第1凸部221及び第2凸部222は、インターコネクタ22の外縁に位置する。インターコネクタ22の第1凸部221は、中間層21の第1凸部211を基準として、燃料極集電層11aの反対側に位置する。インターコネクタ22の第2凸部222は、中間層21の第2凸部212を基準として、燃料極集電層11aの反対側に位置する。従って、焼成時にセッター30の構成成分が、インターコネクタ22の第1凸部221及び第2凸部222に拡散したとしても、燃料極集電層11aにまで拡散成分が到達することを抑制できる。また、第1凸部221及び第2凸部222のアンカー効果によって、インターコネクタ22と空気極14の密着性を向上させることができる。   The first convex portion 221 and the second convex portion 222 of the interconnector 22 are located on the outer edge of the interconnector 22. The first convex portion 221 of the interconnector 22 is located on the opposite side of the anode current collecting layer 11a with respect to the first convex portion 211 of the intermediate layer 21. The second convex portion 222 of the interconnector 22 is located on the opposite side of the anode current collecting layer 11a with respect to the second convex portion 212 of the intermediate layer 21. Therefore, even if the constituent components of the setter 30 diffuse into the first convex portion 221 and the second convex portion 222 of the interconnector 22 during firing, it is possible to suppress the diffusion component from reaching the anode current collecting layer 11a. In addition, due to the anchor effect of the first convex portion 221 and the second convex portion 222, the adhesion between the interconnector 22 and the air electrode 14 can be improved.

なお、本実施形態において、インターコネクタ22の第1凸部221及び第2凸部222は、バリア層13の第1凸部131及び第2凸部132より高いが、バリア層13の第1凸部131及び第2凸部132と同じ高さであってもよいし、バリア層13の第1凸部131及び第2凸部132より低くてもよい。   In the present embodiment, the first convex portion 221 and the second convex portion 222 of the interconnector 22 are higher than the first convex portion 131 and the second convex portion 132 of the barrier layer 13, but the first convex portion of the barrier layer 13. It may be the same height as the portion 131 and the second convex portion 132, or may be lower than the first convex portion 131 and the second convex portion 132 of the barrier layer 13.

(縦縞型燃料電池3)
次に、機能性セラミックス体100がそれぞれ適用された発電部10及びインターコネクタ部20を縦縞型燃料電池に適用した適用例について、図面を参照しながら説明する。
(Vertical stripe fuel cell 3)
Next, an application example in which the power generation unit 10 and the interconnector unit 20 to which the functional ceramic body 100 is applied is applied to a vertical stripe type fuel cell will be described with reference to the drawings.

図15は、縦縞型燃料電池3の断面図である。縦縞型燃料電池3は、固体酸化物型燃料電池である。縦縞型燃料電池3は、一組の発電部10とインターコネクタ部20とによって構成される。一組の発電部10とインターコネクタ部20は、一つの燃料極集電層11aを共有している。燃料極集電層11aは、縦縞型燃料電池3の支持基板として機能している。   FIG. 15 is a cross-sectional view of the vertical stripe fuel cell 3. The vertical stripe fuel cell 3 is a solid oxide fuel cell. The vertical stripe fuel cell 3 includes a pair of power generation unit 10 and interconnector unit 20. The pair of power generation units 10 and the interconnector unit 20 share one anode current collecting layer 11a. The anode current collecting layer 11 a functions as a support substrate for the vertical stripe fuel cell 3.

燃料極集電層11aは、扁平な板状に形成されている。燃料極集電層11aの内部には、ガス流路2aが形成される。発電時、ガス流路2aに流される燃料ガスは、燃料極集電層11aの内部を通過して発電部10の燃料極活性層11bに供給される。ガス流路2aの本数は適宜設定可能である。   The anode current collecting layer 11a is formed in a flat plate shape. A gas flow path 2a is formed inside the anode current collecting layer 11a. During power generation, the fuel gas flowing through the gas flow path 2a passes through the anode current collecting layer 11a and is supplied to the anode active layer 11b of the power generation unit 10. The number of gas flow paths 2a can be set as appropriate.

燃料極集電層11aの第1主面11Sには、発電部10が配置されている。燃料極集電層11aの第2主面11Tには、インターコネクタ部20が配置されている。発電部10の固体電解質層12の両端部は、燃料極集電層11aの側面を覆うとともに、インターコネクタ部20のインターコネクタ22の両端部に連結している。このように、固体電解質層12とインターコネクタ22が連なることによって、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するシール膜が形成されている。インターコネクタ22は、燃料極集電層11aを基準として、固体電解質層12やバリア層13と反対側に位置する。   The power generation unit 10 is disposed on the first main surface 11S of the anode current collecting layer 11a. An interconnector portion 20 is disposed on the second main surface 11T of the anode current collecting layer 11a. Both ends of the solid electrolyte layer 12 of the power generation unit 10 cover the side surfaces of the anode current collecting layer 11 a and are connected to both ends of the interconnector 22 of the interconnector unit 20. As described above, the solid electrolyte layer 12 and the interconnector 22 are connected to form a seal film that prevents leakage of the fuel gas and the oxygen-containing gas. The interconnector 22 is located on the opposite side of the solid electrolyte layer 12 and the barrier layer 13 with respect to the anode current collecting layer 11a.

インターコネクタ22は、第1凸部221及び第2凸部222を有する。従って、インターコネクタ22を焼成する際には、第1凸部221及び第2凸部222だけがセッター30(図12参照)と接触するため、インターコネクタ22及び燃料極集電層11aにセッター30の構成成分が拡散することを抑制できる。   The interconnector 22 has a first convex part 221 and a second convex part 222. Accordingly, when the interconnector 22 is fired, only the first convex portion 221 and the second convex portion 222 are in contact with the setter 30 (see FIG. 12), so the setter 30 is connected to the interconnector 22 and the anode current collecting layer 11a. Can be prevented from diffusing.

なお、縦縞型燃料電池3の発電部10のバリア層13には、第1凸部131及び第2凸部132が形成されていないが、第1凸部131及び第2凸部132の少なくとも一方が形成されていてもよい。   In addition, although the 1st convex part 131 and the 2nd convex part 132 are not formed in the barrier layer 13 of the electric power generation part 10 of the vertical stripe type fuel cell 3, at least one of the 1st convex part 131 and the 2nd convex part 132 is formed. May be formed.

(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.

上記実施形態では、本発明にかかる機能性セラミックス体100を横縞型燃料電池に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明にかかる機能性セラミックス体100は、縦縞型、燃料極支持型、電解質平板型及び円筒型などの様々な燃料電池に適用可能である。また、本発明にかかる機能性セラミックス体100は、固体酸化物型燃料電池のほか、固体酸化物型電解セルを含む固体酸化物型電気化学セルに適用可能である。   In the above embodiment, the case where the functional ceramic body 100 according to the present invention is applied to a horizontal stripe fuel cell has been described as an example. However, the functional ceramic body 100 according to the present invention is a vertical stripe type, fuel electrode support type. The present invention can be applied to various fuel cells such as an electrolyte flat plate type and a cylindrical type. The functional ceramic body 100 according to the present invention can be applied to a solid oxide electrochemical cell including a solid oxide electrolytic cell in addition to a solid oxide fuel cell.

以下において、本発明に係る「機能性セラミックス体」の一例として「燃料電池の発電部」の実施例について説明するが、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。   In the following, examples of “power generation part of fuel cell” will be described as an example of “functional ceramic body” according to the present invention, but the present invention is not limited to the examples described below.

(サンプルNo.1〜17の作製)
以下のようにして、サンプルNo.1〜17に係る燃料電池の発電部を作製した。サンプルNo.1〜17の発電部は、図16及び図17に示すように、燃料極、電解質及び空気極を備える。サンプルNo.1〜17では、電解質と空気極のそれぞれに凸部が設けられているが、本実施例では、電解質の凸部による効果を確認するものとする。
(Production of sample Nos. 1 to 17)
Sample no. The power generation part of the fuel cell concerning 1-17 was produced. Sample No. As shown in FIGS. 16 and 17, the power generation units 1 to 17 include a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode. Sample No. In 1 to 17, convex portions are provided on the electrolyte and the air electrode, respectively, but in this embodiment, the effect of the convex portions of the electrolyte is confirmed.

まず、NiOとYの混合粉末を金型プレス成形することによって、燃料極の成形体を形成した。 First, a mixed body of NiO and Y 2 O 3 was die press molded to form a fuel electrode molded body.

次に、GDC(ガドリニウムドープセリア)とYSZ(イットリア安定化ジルコニア)を含むスラリーを燃料極の成形体上に塗布することによって、電解質層の本体部の成形体を形成した。続いて、同じスラリーを本体部の成形体上に短冊状に塗布することによって、凸部の成形体を形成した。この際、スラリーの塗布幅と塗布高さを調整することによって、表1に示す通り、凸部の幅Wと高さHを調整した。これにより、本体部と凸部とを有する電解質の成形体が形成された。   Next, a slurry containing GDC (gadolinium-doped ceria) and YSZ (yttria-stabilized zirconia) was applied onto the fuel electrode molded body to form a molded body of the main body portion of the electrolyte layer. Subsequently, the same slurry was applied in a strip shape on the molded body of the main body, thereby forming a molded body of the convex portion. At this time, as shown in Table 1, the width W and height H of the convex portions were adjusted by adjusting the application width and application height of the slurry. Thereby, the molded object of the electrolyte which has a main-body part and a convex part was formed.

次に、図18に示すように、電解質の成形体を下向きにして電解質の一端部と凸部をセッターに当接させた状態で焼成(1400℃、2時間)することによって、燃料極と電解質を形成した。   Next, as shown in FIG. 18, the fuel electrode and the electrolyte are formed by firing (1400 ° C., 2 hours) in a state where one end portion and the convex portion of the electrolyte are in contact with the setter with the molded body of the electrolyte facing downward. Formed.

次に、LSCF(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)を含むスラリーを電解質上に塗布することによって、空気極の成形体を形成した。この際、空気極の一部が電解質の凸部に沿って盛り上がることによって、空気極にも凸部が形成された。   Next, the air electrode compact was formed by applying a slurry containing LSCF (lanthanum strontium cobalt ferrite) on the electrolyte. At this time, a part of the air electrode was raised along the convex part of the electrolyte, so that the convex part was also formed on the air electrode.

次に、図19に示すように、空気極の成形体を上向きにして空気極の一端部と凸部をセッターに当接させた状態で焼成(1000℃、1時間)することによって、空気極を形成した。空気極の成形体を上向きにしたのは、空気極から電解質へのセッター成分の拡散を抑制することによって、電解質の凸部によるセッター成分の拡散抑制効果を正確に評価するためである。   Next, as shown in FIG. 19, by firing (1000 ° C., 1 hour) with the air electrode molded body facing upward, one end of the air electrode and the convex portion are in contact with the setter, the air electrode Formed. The reason why the air electrode molded body is directed upward is to accurately evaluate the effect of suppressing the diffusion of the setter component by the convex portion of the electrolyte by suppressing the diffusion of the setter component from the air electrode to the electrolyte.

サンプルNo.1〜17において、燃料極は長さ20mm、幅20mm、厚み1mmであり、電解質は長さ20mm、幅20mm(幅A)、厚み15μmであり、空気極は長さ18mm、幅18mm、厚み50μmであった。また、電解質の凸部の長さは18mmであり、幅Wと高さHは表1に示すとおりであった。   Sample No. 1 to 17, the fuel electrode has a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 1 mm, the electrolyte has a length of 20 mm, a width of 20 mm (width A), and a thickness of 15 μm, and the air electrode has a length of 18 mm, a width of 18 mm, and a thickness of 50 μm. Met. The length of the convex portion of the electrolyte was 18 mm, and the width W and height H were as shown in Table 1.

(サンプルNo.18の作製)
電解質に凸部を形成しなかった以外は、サンプルNo.1〜17と同じ工程にてサンプルNo.18の発電部を作製した。従って、電解質は、表面の全体がセッターに接触した状態で焼成されている。
(Production of sample No. 18)
Except that no protrusion was formed on the electrolyte, Sample No. Sample No. 1 to 17 in the same process. 18 power generation units were produced. Therefore, the electrolyte is baked in a state where the entire surface is in contact with the setter.

(サンプルNo.19〜35の作製)
以下のようにして、サンプルNo.19〜35に係る燃料電池の発電部を作製した。サンプルNo.19〜35の発電部は、図20及び図21に示すように、燃料極、電解質及び空気極を備え、空気極に凸部が設けられている。
(Production of sample Nos. 19 to 35)
Sample no. The power generation part of the fuel cell according to 19 to 35 was produced. Sample No. As shown in FIGS. 20 and 21, the power generation units 19 to 35 include a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode, and a convex portion is provided on the air electrode.

まず、NiOとYの混合粉末を金型プレス成形することによって、燃料極の成形体を形成した。 First, a mixed body of NiO and Y 2 O 3 was die press molded to form a fuel electrode molded body.

次に、GDC(ガドリニウムドープセリア)とYSZ(イットリア安定化ジルコニア)を含むスラリーを燃料極の成形体上に塗布することによって、電解質層の成形体を形成した。   Next, a slurry containing GDC (gadolinium-doped ceria) and YSZ (yttria-stabilized zirconia) was applied onto the fuel electrode compact, thereby forming an electrolyte layer compact.

次に、図22に示すように、燃料極の成形体を下向きにしてセッターに載置した状態で焼成(1400℃、2時間)することによって、燃料極と電解質を形成した。   Next, as shown in FIG. 22, the fuel electrode and the electrolyte were formed by firing (1400 ° C., 2 hours) in a state where the molded body of the fuel electrode faced down and placed on the setter.

次に、LSCF(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)を含むスラリーを電解質上に短冊状に塗布することによって、空気極の本体部の成形体を形成した。続いて、同じスラリーを本体部の成形体上に短冊状に塗布することによって、凸部の成形体を形成した。この際、スラリーの塗布幅と塗布高さを調整することによって、表2に示す通り、凸部の幅Wと高さHを調整した。これにより、本体部と凸部とを有する空気極の成形体が形成された。   Next, a slurry containing LSCF (lanthanum strontium cobalt ferrite) was applied in a strip shape on the electrolyte to form a molded body of the air electrode body. Subsequently, the same slurry was applied in a strip shape on the molded body of the main body, thereby forming a molded body of the convex portion. At this time, by adjusting the application width and application height of the slurry, the width W and height H of the protrusions were adjusted as shown in Table 2. Thereby, the molded object of the air electrode which has a main-body part and a convex part was formed.

次に、図23に示すように、空気極の成形体を下向きにして空気極の凸部と電解質の一端部とをセッターに当接させた状態で焼成(1000℃、1時間)することによって、空気極を形成した。   Next, as shown in FIG. 23, by firing (1000 ° C., 1 hour) with the air electrode molded body facing downward, with the convex portion of the air electrode and one end of the electrolyte in contact with the setter. Formed an air electrode.

サンプルNo.19〜35において、燃料極は長さ100mm、幅100mm、厚み1mmであり、電解質は長さ100mm、幅100mm、厚み15μmであり、空気極は長さ90mm、幅20mm(幅A)、厚み50μmであった。また、空気極の凸部の長さは90mmであり、幅Wと高さHは表2に示すとおりであった。   Sample No. 19 to 35, the fuel electrode has a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 1 mm, the electrolyte has a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 15 μm, and the air electrode has a length of 90 mm, a width of 20 mm (width A), and a thickness of 50 μm. Met. Moreover, the length of the convex part of the air electrode was 90 mm, and the width W and the height H were as shown in Table 2.

(サンプルNo.36の作製)
空気極に凸部を形成しなかった以外は、サンプルNo.19〜35と同じ工程にてサンプルNo.36の発電部を作製した。従って、空気極は、表面全体がセッターに接触した状態で焼成されている。
(Production of sample No. 36)
Except that no projection was formed on the air electrode, Sample No. In the same process as in 19-35, sample no. 36 power generation units were produced. Therefore, the air electrode is fired in a state where the entire surface is in contact with the setter.

(セッターからの元素拡散)
サンプルNo.1〜18について、SEMを用いたEDS法で電解質の本体部の断面を元素分析することによって、電解質の本体部におけるセッター成分(Al元素)の平均濃度を測定した。具体的には、厚み方向中央部の3視野(各視野は、10μm×10μm)の平均濃度を測定した。
(Element diffusion from setter)
Sample No. About 1-18, the average density | concentration of the setter component (Al element) in the main-body part of an electrolyte was measured by conducting the elemental analysis of the cross section of the main-body part of an electrolyte by the EDS method using SEM. Specifically, the average density of three visual fields (each visual field is 10 μm × 10 μm) at the center in the thickness direction was measured.

サンプルNo.19〜36について、サンプルNo.1〜18と同様に、SEMを用いたEDS法で空気極の本体部の断面を元素分析することによって、空気極の本体部におけるセッター成分(Al元素)の平均濃度を測定した。   Sample No. For Samples 19-36, Sample No. Similarly to 1-18, the average concentration of the setter component (Al element) in the body part of the air electrode was measured by elemental analysis of the cross section of the body part of the air electrode by the EDS method using SEM.

表1,2では、電解質又は空気極の本体部におけるAl元素の平均濃度が10000ppm以上のサンプルを×と評価し、平均濃度が1000ppm以上10000ppm未満のサンプルを○と評価し、平均濃度が1000ppm未満のサンプルを◎と評価した。   In Tables 1 and 2, a sample having an average Al element concentration of 10,000 ppm or more in the electrolyte or air electrode main body is evaluated as x, a sample having an average concentration of 1000 ppm or more and less than 10,000 ppm is evaluated as ○, and the average concentration is less than 1000 ppm. The samples were evaluated as ◎.

(凸部におけるクラック)
サンプルNo.1〜17について、電解質の凸部の断面をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察することによって、凸部表面におけるクラックの有無を確認した。具体的には、無作為に選出した3箇所のSEM画像を取得して、長さ3μm以上のクラックの合計数を数えた。
(Crack in convex part)
Sample No. About 1-17, the presence or absence of the crack in a convex part surface was confirmed by observing the cross section of the convex part of an electrolyte with SEM (scanning electron microscope). Specifically, three randomly selected SEM images were acquired, and the total number of cracks having a length of 3 μm or more was counted.

サンプルNo.19〜35について、空気極の凸部の断面をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察することによって、凸部表面におけるクラックの有無を確認した。具体的には、無作為に選出した3箇所のSEM画像を取得して、3μm以上のクラックの合計数を数えた。   Sample No. About 19-35, the presence or absence of the crack in the convex part surface was confirmed by observing the cross section of the convex part of an air electrode with SEM (scanning electron microscope). Specifically, three randomly selected SEM images were acquired, and the total number of cracks of 3 μm or more was counted.

表1では、クラックの合計数が3個以上のサンプルを△と評価し、クラックの合計数が1個以上3個未満のサンプルを○と評価し、クラックが確認されなかったサンプルを◎と評価した。   In Table 1, a sample having a total number of cracks of 3 or more was evaluated as △, a sample having a total number of cracks of 1 or more and less than 3 was evaluated as サ ン プ ル, and a sample in which no crack was confirmed was evaluated as ◎. did.

(発電部の出力測定)
サンプルNo.1〜17およびサンプルNo.19〜35について、酸化剤ガスを空気極に供給するとともに、燃料極に窒素ガスを供給しながら750℃まで昇温し、750℃に達した時点でアノードに水素ガスを供給することによって還元処理を3時間行った。続いて、酸化剤ガスの供給と水素ガスの供給を継続させながら、750℃における燃料電池の初期出力を測定した。
(Output generator output measurement)
Sample No. 1-17 and sample no. About 19-35, while supplying oxidant gas to an air electrode, while supplying nitrogen gas to a fuel electrode, it heated up to 750 degreeC, and when it reached 750 degreeC, it reduced by supplying hydrogen gas to an anode. For 3 hours. Subsequently, the initial output of the fuel cell at 750 ° C. was measured while the supply of the oxidant gas and the supply of hydrogen gas were continued.

表1では、初期出力が0.2W/cm以上のサンプルを○と評価し、初期出力が0.2W/cm未満のサンプルを△と評価した。 In Table 1, samples having an initial output of 0.2 W / cm 2 or more were evaluated as “◯”, and samples having an initial output of less than 0.2 W / cm 2 were evaluated as “Δ”.


表1に示すように、電解質の凸部をセッターに当接させて焼成したサンプルNo.1〜17では、電解質の表面全体をセッターに接触させて焼成したサンプルNo.18に比べて、セッターから電解質の本体部への元素拡散を抑制することができた。これは、セッターと電解質との接触面積を狭くすることによって、セッター成分が電解質の本体部に拡散することを抑制できたためである。   As shown in Table 1, the sample No. 1 was fired by bringing the convex portion of the electrolyte into contact with the setter. In Nos. 1 to 17, sample Nos. 1 and 7 were fired by bringing the entire surface of the electrolyte into contact with a setter. Compared to 18, element diffusion from the setter to the main body of the electrolyte could be suppressed. This is because the setter component can be prevented from diffusing into the main body of the electrolyte by narrowing the contact area between the setter and the electrolyte.

同様に、表2に示すように、空気極の凸部をセッターに当接させて焼成したサンプルNo.19〜35では、空気極の表面全体をセッターに接触させて焼成したサンプルNo.35に比べて、セッターから空気極の本体部への元素拡散を抑制することができた。これは、セッターと空気極との接触面積を狭くすることによって、セッター成分が空気極の本体部に拡散することを抑制できたためである。   Similarly, as shown in Table 2, the sample No. 1 was fired by bringing the convex part of the air electrode into contact with the setter. In Nos. 19 to 35, sample No. 1 was fired by bringing the entire surface of the air electrode into contact with a setter. Compared to 35, element diffusion from the setter to the main body of the air electrode could be suppressed. This is because the setter component can be prevented from diffusing into the main body of the air electrode by narrowing the contact area between the setter and the air electrode.

また、表1に示すように、電解質の凸部の高さHに対する幅Wの比(W/H)を1以上としたサンプルNo.1〜6,8,9,11〜13,15〜17では、凸部におけるクラックを抑制することができた。これは、凸部の形状が過剰に鋭利になることを抑えて、凸部の強度を確保できたためである。   Further, as shown in Table 1, sample No. 1 in which the ratio (W / H) of the width W to the height H of the convex portion of the electrolyte was 1 or more. In 1-6,8,9,11-13,15-17, the crack in a convex part was able to be suppressed. This is because the strength of the convex portion can be secured by suppressing the shape of the convex portion from being excessively sharp.

同様に、表2に示すように、空気極の凸部の高さHに対する幅Wの比(W/H)を1以上としたサンプルNo.19〜24,26,27,29〜31,33〜35では、凸部におけるクラックを抑制することができた。これは、凸部の形状が過剰に鋭利になることを抑制できたためである。   Similarly, as shown in Table 2, sample No. 1 in which the ratio (W / H) of the width W to the height H of the convex portion of the air electrode was 1 or more. In 19-24, 26, 27, 29-31, 33-35, the crack in a convex part was able to be controlled. This is because the shape of the convex portion can be suppressed from being excessively sharp.

また、表1に示すように、電解質の凸部の高さHを80μm以下としたサンプルNo.1〜13では、凸部におけるクラックをより抑制することができた。これは、凸部の形状が過剰に鋭利になることをより抑制できたためである。   In addition, as shown in Table 1, the sample No. 1 in which the height H of the convex portion of the electrolyte was 80 μm or less was used. In 1-13, the crack in a convex part was able to be suppressed more. This is because the shape of the convex portion can be further suppressed from being excessively sharp.

同様に、表2に示すように、空気極の凸部の高さHを80μm以下としたサンプルNo.19〜31では、凸部におけるクラックをより抑制することができた。これは、凸部の形状が過剰に鋭利になることをより抑制できたためである。   Similarly, as shown in Table 2, the sample No. 1 was adjusted so that the height H of the convex portion of the air electrode was 80 μm or less. In 19-31, the crack in a convex part could be suppressed more. This is because the shape of the convex portion can be further suppressed from being excessively sharp.

また、表1に示すように、電解質の凸部の高さHを8μm以上としたサンプルNo.3〜17では、セッターから電解質の本体部への元素拡散をより抑制することができた。これは、電解質の高さを十分確保することによって、電解質の凸部から本体部への元素拡散をより抑制できたためである。   In addition, as shown in Table 1, the sample No. 1 in which the height H of the convex portion of the electrolyte was 8 μm or more was used. In 3-17, element diffusion from the setter to the main body of the electrolyte could be further suppressed. This is because element diffusion from the convex portion of the electrolyte to the main body portion can be further suppressed by sufficiently securing the height of the electrolyte.

同様に、表2に示すように、空気極の凸部の高さHを8μm以上としたサンプルNo.21〜35では、セッターから空気極の本体部への元素拡散をより抑制することができた。これは、空気極の高さを十分確保することによって、空気極の凸部から本体部への元素拡散をより抑制できたためである。   Similarly, as shown in Table 2, a sample No. 1 having a height H of the convex portion of the air electrode of 8 μm or more was used. In 21-35, the element diffusion from the setter to the main body of the air electrode could be further suppressed. This is because element diffusion from the convex portion of the air electrode to the main body portion can be further suppressed by sufficiently securing the height of the air electrode.

また、表1に示すように、電解質の凸部の幅Wを本体部の全幅Aの20%未満としたサンプルNo.1〜5,7〜12,14〜16では、初期出力を向上させることができた。これは、電解質の表面において凸部が占める面積を抑えることによって、電解質の本体部の機能性(酸素イオン伝導性)を確保できたためである。   Further, as shown in Table 1, sample No. 1 was obtained in which the width W of the convex portion of the electrolyte was less than 20% of the total width A of the main body portion. In 1 to 5, 7 to 12, and 14 to 16, the initial output could be improved. This is because the functionality (oxygen ion conductivity) of the main body portion of the electrolyte can be secured by suppressing the area occupied by the convex portions on the surface of the electrolyte.

同様に、表2に示すように、空気極の凸部の幅Wを本体部の全幅Aの20%未満としたサンプルNo.19〜23,25〜30,32〜34では、初期出力を向上させることができた。これは、空気極の表面において凸部が占める面積を抑えることによって、空気極の本体部の機能性(電気触媒性)を確保できたためである。   Similarly, as shown in Table 2, a sample No. in which the width W of the convex portion of the air electrode was less than 20% of the total width A of the main body portion was obtained. In 19 to 23, 25 to 30, and 32 to 34, the initial output could be improved. This is because the functionality (electrocatalytic property) of the main body portion of the air electrode can be secured by suppressing the area occupied by the projections on the surface of the air electrode.

100 機能性セラミックス体
101 第1層
102 第2層
102a 本体部
102b〜102f 凸部
W 凸部の幅
H 凸部の高さ
1 横縞型燃料電池
2 支持基板
2b 凹部
3 縦縞型燃料電池
10 発電部
11 燃料極
11a 燃料極集電層
11b 燃料極活性層
12 固体電解質層
13 バリア層
13S 表面
131 第1凸部
132 第2凸部
14 空気極
14a 空気極活性層
14b 空気極集電層
20 インターコネクタ部
21 中間層
22 インターコネクタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Functional ceramic body 101 1st layer 102 2nd layer 102a Main body part 102b-102f Convex part W Convex part width H Convex part height 1 Horizontal stripe type fuel cell 2 Support substrate 2b Concave part 3 Vertical stripe type fuel cell 10 Power generation part DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fuel electrode 11a Fuel electrode current collection layer 11b Fuel electrode active layer 12 Solid electrolyte layer 13 Barrier layer 13S Surface 131 1st convex part 132 2nd convex part 14 Air electrode 14a Air electrode active layer 14b Air electrode current collection layer 20 Interconnector Part 21 Intermediate layer 22 Interconnector

Claims (8)

セラミックス及び/又は金属によって構成される第1層と、
前記第1層上に形成され、セラミックス及び/又は金属によって構成される第2層と、
を備え、
前記第2層は、前記第1層と反対側に向かって突出する凸部を有し、
前記第2層の厚み方向に平行な断面において、前記凸部の高さに対する前記凸部の幅の比は、1以上であり、
前記第2層の厚み方向に平行な断面において、前記凸部の高さは、80μm以下である、機能性セラミックス体。
A first layer composed of ceramics and / or metal;
A second layer formed on the first layer and made of ceramic and / or metal;
With
The second layer has a protrusion protruding toward the opposite side of the first layer,
In the cross section parallel to the thickness direction of the second layer, the ratio of the width of the convex portion to the height of the convex portion is 1 or more,
The functional ceramic body in which a height of the convex portion is 80 μm or less in a cross section parallel to the thickness direction of the second layer.
セラミックス及び/又は金属によって構成される第1層と、
前記第1層上に形成され、セラミックス及び/又は金属によって構成される第2層と、
を備え、
前記第2層は、前記第1層と反対側に向かって突出する凸部を有し、
前記第2層の厚み方向に平行な断面において、前記凸部の高さは、8μm以上であり、
前記第2層の厚み方向に平行な断面において、前記凸部の幅は、前記第2層の幅の20%未満である、
機能性セラミックス体。
A first layer composed of ceramics and / or metal;
A second layer formed on the first layer and made of ceramic and / or metal;
With
The second layer has a protrusion protruding toward the opposite side of the first layer,
In the cross section parallel to the thickness direction of the second layer, the height of the convex portion is 8 μm or more,
In a cross section parallel to the thickness direction of the second layer, the width of the convex portion is less than 20% of the width of the second layer.
Functional ceramic body.
前記第2層の平面視において、前記凸部は、所定方向に沿って延びる、
請求項1又は2に記載の機能性セラミックス体。
In the plan view of the second layer, the convex portion extends along a predetermined direction.
The functional ceramic body according to claim 1 or 2.
前記第2層の平面視において、前記凸部は、連続的な環状に形成されている、
請求項1又は2に記載の機能性セラミックス体。
In the plan view of the second layer, the convex portion is formed in a continuous annular shape,
The functional ceramic body according to claim 1 or 2 .
前記第2層の平面視において、前記凸部は、断続的な環状に形成されている、
請求項1又は2に記載の機能性セラミックス体。
In the plan view of the second layer, the convex portion is formed in an intermittent ring shape,
The functional ceramic body according to claim 1 or 2 .
前記第2層の平面視において、前記凸部は、矩形環状である、
請求項4又は5に記載の機能性セラミックス体。
In the plan view of the second layer, the convex portion has a rectangular ring shape,
The functional ceramic body according to claim 4 or 5.
前記第2層の平面視において、前記凸部は、互いに離れている複数の凸部の集合体である、
請求項1又は2に記載の機能性セラミックス体。
In the plan view of the second layer, the convex portion is an aggregate of a plurality of convex portions separated from each other.
The functional ceramic body according to claim 1 or 2 .
前記第2層の平面視において、前記凸部は、前記第2層の外縁に配置されている、
請求項3乃至7のいずれかに記載の機能性セラミックス体。
In the plan view of the second layer, the convex portion is disposed on an outer edge of the second layer.
The functional ceramic body according to claim 3.
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