JP6371216B2 - Electrolyte sheet for solid oxide fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池用電解質シート、当該固体酸化物形燃料電池用電解質シートを含む固体酸化物形燃料電池用単セル、当該固体酸化物形燃料電池用電解質シートを製造するためのスタンパ、および当該固体酸化物形燃料電池用電解質シートの製造方法に関するものである。   The present invention provides an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell, a single cell for a solid oxide fuel cell including the electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell, and an electrolyte sheet for the solid oxide fuel cell. And a method for producing the electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell.

燃料電池はクリーンなエネルギー源として注目されており、その用途は家庭用発電から業務用発電、さらには自動車用発電などを主体にして、改良研究や実用化研究が急速に進められている。かかる燃料電池の中でも固体酸化物形燃料電池(以下、「SOFC」と略記する場合がある)は、発電効率が高く長期安定性にも優れることから、家庭用や業務用の電力源として期待されている。   Fuel cells are attracting attention as a clean energy source. Improvements and practical application studies are being rapidly promoted mainly for household power generation, commercial power generation, and automobile power generation. Among such fuel cells, a solid oxide fuel cell (hereinafter sometimes abbreviated as “SOFC”) has high power generation efficiency and excellent long-term stability, and is expected as a power source for home use and business use. ing.

このSOFCにおいては、固体電解質としてセラミックシートが一般的に用いられている。セラミックスは、耐熱性などの機械的性質に加え、電気的特性や磁気的特性に優れることによる。中でもジルコニアを主体とするセラミックシートは、優れた酸素イオン伝導性や、耐熱性、耐食性、靭性などを有することから、SOFCの固体電解質として利用されている。   In this SOFC, a ceramic sheet is generally used as a solid electrolyte. Ceramics are superior in electrical properties and magnetic properties in addition to mechanical properties such as heat resistance. Among them, a ceramic sheet mainly composed of zirconia is used as a solid electrolyte of SOFC because it has excellent oxygen ion conductivity, heat resistance, corrosion resistance, toughness and the like.

SOFCの固体電解質は、発電性能の向上や電極層との密着性の改善の観点から、その表面積を増大することが検討されてきた。例えば特許文献1には、固体電解質シートの表面をブラスト加工やエッチング処理により粗化する方法が記載されている。特許文献2には、グリーンシートの表面に金属メッシュを押し当てて粗化した後に焼成することにより、表面が粗化されたセラミックシートを得る方法が開示されている。特許文献3には、グリーンシートを粗化用シートで挟んで押圧し、粗化面を転写した後に焼成することにより表面粗化セラミックシートを得る方法が記載されている。特許文献4には、粗面化した高分子フィルム上に電解質材料を含むスラリーをキャスティングして得られるグリーンシートを焼成することにより表面粗化セラミックシートを得る方法が開示されている。   SOFC solid electrolytes have been studied to increase the surface area from the viewpoint of improving power generation performance and improving adhesion to electrode layers. For example, Patent Document 1 describes a method of roughening the surface of a solid electrolyte sheet by blasting or etching. Patent Document 2 discloses a method of obtaining a ceramic sheet having a roughened surface by pressing a metal mesh against the surface of a green sheet and then roughening the metal sheet. Patent Document 3 describes a method of obtaining a surface roughened ceramic sheet by pressing a green sheet sandwiched between roughening sheets, transferring the roughened surface, and firing. Patent Document 4 discloses a method of obtaining a surface roughened ceramic sheet by firing a green sheet obtained by casting a slurry containing an electrolyte material on a roughened polymer film.

しかし上記技術では、セラミックシートにクラックが生じたり、機械的強度が低下するという問題があった。そこで本発明者らは、特定形状の陥没や凸起を有するスタンパをグリーンシートに押圧し、同様の陥没や凸起を有するSOFC用電解質シートを製造する方法を開発している(特許文献5)。   However, the above technique has a problem that the ceramic sheet is cracked or the mechanical strength is lowered. Therefore, the present inventors have developed a method of manufacturing a SOFC electrolyte sheet having a similar depression or protrusion by pressing a stamper having a depression or protrusion having a specific shape against the green sheet (Patent Document 5). .

特開平1−227362号公報JP-A-1-227362 特開平9−55215号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-55215 特開2007−313650号公報JP 2007-313650 A 特開2002−42831号公報JP 2002-42831 A 国際公開第2010/110395号パンフレットInternational Publication No. 2010/110395 Pamphlet

上述したように、本発明者らは、表面積が比較的大きいものでありながら、安定した機械的強度も有する高性能なSOFC用電解質シートを開発している。   As described above, the present inventors have developed a high-performance SOFC electrolyte sheet having a relatively large surface area and also having a stable mechanical strength.

しかし、その製造効率に改善の余地を見出した。詳しくは、上記SOFC用電解質シートは、特定形状の陥没や凸起を有するスタンパをグリーンシートに押圧して製造されるが、押圧後にスタンパがグリーンシートから速やかに剥離しない場合があった。かかる場合には、例えば連続的な大量生産において製造を一時的に停止せざるをえなくなるなど、製造効率が低下することがある。   However, we found room for improvement in production efficiency. Specifically, the SOFC electrolyte sheet is manufactured by pressing a stamper having a specific shape of depression or protrusion onto the green sheet, but the stamper may not be quickly peeled off from the green sheet after pressing. In such a case, the manufacturing efficiency may be reduced, for example, the manufacturing must be temporarily stopped in continuous mass production.

そこで本発明は、表面積が比較的大きく発電性能や電極層との密着性に優れ、且つ機械的強度も比較的高いものである上に、製造効率の高い固体酸化物形燃料電池用電解質シートを提供することを目的とする。また、本発明は、当該固体酸化物形燃料電池用電解質シートを製造するためのスタンパと、その製造方法を提供することも目的とする。   Accordingly, the present invention provides an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell that has a relatively large surface area, excellent power generation performance and adhesion to an electrode layer, has a relatively high mechanical strength, and has a high production efficiency. The purpose is to provide. Another object of the present invention is to provide a stamper for producing the solid oxide fuel cell electrolyte sheet and a method for producing the same.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、特定形状の陥没や凸起を有する上記SOFC用電解質シートの製造時における離型性に大きな影響を与えるのが、陥没の底部または凸起の頂部における表面粗さであることを見出して、本発明を完成した。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, it was found that the surface roughness at the bottom of the depression or the top of the protrusion has a great influence on the releasability during the production of the SOFC electrolyte sheet having a depression or protrusion having a specific shape. The present invention has been completed.

以下、本発明を示す。   Hereinafter, the present invention will be described.

[1] 少なくとも片面に2以上の陥没および/または凸起を有し、
上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、
上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.5μm以上250μm以下であり、
上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが0.3μm以上50μm以下であり、
上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上3μm以下であり、且つ、
平均厚さが30μm以上400μm以下であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用電解質シート。
[1] having at least two depressions and / or protrusions on at least one side;
The basal plane shape of the depressions and protrusions is a circle, an ellipse, or a rounded polygon in which the shape of the apex is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more, and / or the three-dimensional shape thereof is a hemisphere , A semi-elliptical sphere, or a polyhedron whose cross-sectional shape of the apex and ridge is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more,
The average equivalent circle diameter of the basal plane of the depression and protrusion is 0.5 μm or more and 250 μm or less,
The average depth of the depression and the average height of the protrusions are 0.3 μm or more and 50 μm or less,
The surface roughness Ra of the depressions and protrusions is 0.01 μm or more and 3 μm or less, and
An electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell, having an average thickness of 30 μm to 400 μm.

[2] 上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上500,000個/cm2以下有する上記[1]に記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シート。 [2] The electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell according to the above [1], wherein the depressions and / or protrusions are 500 / cm 2 or more and 500,000 / cm 2 or less.

[3] 少なくとも片面が、上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上50,000個/cm2未満有する領域と、50,000個/cm2以上500,000個/cm2以下有する領域とを有する上記[1]に記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シート。 [3] At least one surface has a region having the above-described depression and / or protrusion of 500 / cm 2 or more and less than 50,000 / cm 2 and 50,000 / cm 2 or more and 500,000 / cm 2 or less. The electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell according to the above [1], having a region.

[4] 上記[1]〜[3]のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シートを含むことを特徴とする固体酸化物形燃料電池用単セル。   [4] A unit cell for a solid oxide fuel cell, comprising the electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell according to any one of [1] to [3].

[5] 電解質グリーンシートに陥没および/または凸起を形成するためのスタンパであって、
2以上の陥没および/または凸起を有し、
上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、
上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.8μm以上380μm以下であり、
上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが1.1μm以上186μm以下であり、且つ、
上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上10μm以下であることを特徴とするスタンパ。
[5] A stamper for forming depressions and / or protrusions on the electrolyte green sheet,
Have two or more depressions and / or protrusions,
The basal plane shape of the depressions and protrusions is a circle, an ellipse, or a rounded polygon in which the shape of the apex is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more, and / or the three-dimensional shape thereof is a hemisphere , A semi-elliptical sphere, or a polyhedron whose cross-sectional shape of the apex and ridge is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more,
The average equivalent circle diameter of the basal plane of the depression and protrusion is 0.8 μm or more and 380 μm or less,
The average depth of the depression and the average height of the protrusions are 1.1 μm or more and 186 μm or less, and
A stamper having a surface roughness Ra of the depressions and protrusions of 0.01 μm or more and 10 μm or less.

[6] 上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上500,000個/cm2以下有する上記[5]に記載のスタンパ。 [6] The stamper according to the above [5], wherein the depressions and / or protrusions are 500 / cm 2 or more and 500,000 / cm 2 or less.

[7] 上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上50,000個/cm2未満有する領域と、50,000個/cm2以上500,000個/cm2以下有する領域とを有する上記[5]に記載のスタンパ。 [7] It has a region having the above depressions and / or protrusions of 500 / cm 2 or more and less than 50,000 / cm 2 and a region having 50,000 / cm 2 or more and 500,000 / cm 2 or less. The stamper according to [5] above.

[8] 固体酸化物形燃料電池用電解質シートを製造するための方法であって、
電解質グリーンシートの片面または両面に上記[5]〜[7]のいずれかに記載のスタンパを押圧することにより陥没および/または凸起が形成された表面修飾電解質グリーンシートを得る工程、および、
上記表面修飾電解質グリーンシートを焼成する工程を含むことを特徴とする方法。
[8] A method for producing an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell,
Obtaining a surface-modified electrolyte green sheet in which depressions and / or protrusions are formed by pressing the stamper according to any one of the above [5] to [7] on one or both surfaces of the electrolyte green sheet; and
A method comprising firing the surface-modified electrolyte green sheet.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池用電解質シートは、少なくとも片面に特定形状の陥没および/または凸起を複数有することから、表面積が比較的大きい。また、当該電解質シート上に電極層を形成した場合に電極層との密着性が高い。よって、本発明に係る固体酸化物形燃料電池用電解質シートを含む本発明に係る固体酸化物形燃料電池用単セルは、電極反応のための面積が大きいので発電性能に優れ、また、耐久性も高い。さらに、上記陥没および/または凸起は特定形状を有することから、本発明に係る固体酸化物形燃料電池用電解質シートは、機械的強度も高い。その上、スタンパを使って電解質グリーンシートに陥没および/または凸起を形成する場合、離型性に優れることから、本発明に係る固体酸化物形燃料電池用電解質シートの製造効率は高い。よって本発明は、固体酸化物形燃料電池用電解質シートの工業的な大量生産に適するものとして、産業上有用性がきわめて高い。   Since the electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell according to the present invention has a plurality of depressions and / or protrusions having a specific shape on at least one surface, the surface area is relatively large. Moreover, when an electrode layer is formed on the electrolyte sheet, the adhesiveness with the electrode layer is high. Therefore, the solid oxide fuel cell unit cell according to the present invention including the solid oxide fuel cell electrolyte sheet according to the present invention has a large area for electrode reaction, and thus has excellent power generation performance and durability. Is also expensive. Furthermore, since the depression and / or protrusion has a specific shape, the solid oxide fuel cell electrolyte sheet according to the present invention has high mechanical strength. In addition, in the case where depressions and / or protrusions are formed in the electrolyte green sheet using a stamper, since the mold release property is excellent, the production efficiency of the electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell according to the present invention is high. Therefore, the present invention is extremely useful industrially as being suitable for industrial mass production of electrolyte sheets for solid oxide fuel cells.

本発明に係る電解質シートの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the electrolyte sheet which concerns on this invention. スタンパを電解質グリーンシートに押圧した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which pressed the stamper to the electrolyte green sheet.

以下に本発明を詳細に説明するが、本発明の趣旨に反しない限り以下のものに限定されるものではない。以下、まず本発明に係る固体酸化物形燃料電池用電解質シートについて説明する。   The present invention is described in detail below, but is not limited to the following unless it is contrary to the gist of the present invention. Hereinafter, the electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described first.

1.固体酸化物形燃料電池用電解質シート
本発明に係る固体酸化物形燃料電池用電解質シート(以下、単に「電解質シート」と略記する)は、少なくとも片面に2以上の陥没および/または凸起を有し、上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.5μm以上250μm以下であり、上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが0.3μm以上50μm以下であり、上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上3μm以下であり、且つ、平均厚さが30μm以上400μm以下であることを特徴とする。電解質シートに上記陥没および/または凸起を形成することにより、電極層との界面面積が大きく、電極層との密着性も高く、且つ機械的強度に優れる上に、製造効率に優れる電解質シートとなる。
1. Electrolyte sheet for solid oxide fuel cell The electrolyte sheet for solid oxide fuel cell according to the present invention (hereinafter simply referred to as “electrolyte sheet”) has at least two depressions and / or protrusions on one side. And the basal plane shape of the depression and protrusion is a circle, an ellipse, or a rounded polygon in which the shape of the apex is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more, and / or the three-dimensional shape thereof is A hemispherical shape, a semi-elliptical sphere shape, or a polyhedron whose cross-sectional shape of the apex and ridge is a curve having a radius of curvature of 0.1 μm or more, and the average equivalent circle diameter of the basal plane of the above-described depression and protrusion is 0.5 μm or more and 250 μm or less. And the average depth of the depressions and the average height of the protrusions are 0.3 μm or more and 50 μm or less, the surface roughness Ra of the depressions and protrusions is 0.01 μm or more and 3 μm or less, and the average thickness Saga 3 And wherein the at μm or 400μm or less. By forming the depressions and / or protrusions in the electrolyte sheet, the electrolyte sheet has a large interface area with the electrode layer, high adhesion with the electrode layer, excellent mechanical strength, and excellent manufacturing efficiency. Become.

本発明に係る電解質シートは、その少なくとも片面に2以上の陥没および/または凸起を有する。   The electrolyte sheet according to the present invention has two or more depressions and / or protrusions on at least one side thereof.

ここで「少なくとも片面」とは、電解質シートの片面または両面を意味する。好ましくは、電解質シートはその両面に2以上の陥没および/または凸起を有する。一般的に、固体酸化物形燃料電池用単セルでは電解質シートの片面に燃料極層が、他方の面に空気極層が形成されるので、両面に陥没および/または凸起を形成することにより、各電極との接触面積が大きくなり、その結果、発電性能や電極との密着性が向上する。   Here, “at least one side” means one side or both sides of the electrolyte sheet. Preferably, the electrolyte sheet has two or more depressions and / or protrusions on both sides thereof. Generally, in a single cell for a solid oxide fuel cell, a fuel electrode layer is formed on one side of an electrolyte sheet, and an air electrode layer is formed on the other side. Therefore, by forming depressions and / or protrusions on both sides, In addition, the contact area with each electrode is increased, and as a result, the power generation performance and the adhesion with the electrode are improved.

本発明に係る電解質シートは、上記陥没および凸起の両方を有していてもよいが、好ましくは上記陥没または凸起の一方を有し、より好ましくは上記陥没のみを有する。   The electrolyte sheet according to the present invention may have both the depression and the protrusion, but preferably has one of the depression or the protrusion, and more preferably has only the depression.

より具体的には、本発明の電解質シートの態様としては、片面に複数の陥没を有する態様;片面に複数の凸起を有する態様;片面に複数の陥没および凸起を有する態様;両面に複数の陥没を有する態様;両面に複数の凸起を有する態様;並びに両面に複数の陥没および凸起を有する態様が挙げられる。これらの中でも、片面または両面に複数の陥没を有する態様が好ましく、両面に複数の陥没を有する態様がより好ましい。   More specifically, as an aspect of the electrolyte sheet of the present invention, an aspect having a plurality of depressions on one side; an aspect having a plurality of protrusions on one side; an aspect having a plurality of depressions and protrusions on one side; An embodiment having a plurality of depressions and projections on both sides; and an embodiment having a plurality of depressions and projections on both sides. Among these, a mode having a plurality of depressions on one or both sides is preferable, and a mode having a plurality of depressions on both sides is more preferable.

上記陥没および凸起の立体形状は、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体である。   The three-dimensional shape of the depressions and protrusions is a hemisphere, a semi-elliptical sphere, or a polyhedron whose cross-sectional shape of the apex and ridge is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more.

本発明において「半球形」および「半楕円球形」は、球体および楕円体を、中心を含む断面で切断した形状、または中心を通る線に直交する断面で切断したもののうち中心を含まない形状をいう。即ち、「半球形」および「半楕円球形」は、球体および楕円体を半分に切断した形状に限られず、略半球形および略半楕円球形も含まれる。また、本発明において「楕円体」とは、x2/a2+y2/b2+z2/c2=1[式中、a、b、cは、それぞれx軸、y軸、z軸方向の径の半分の長さに相当する]の方程式で表され、楕円面で囲まれた立体をいう。 In the present invention, “hemisphere” and “semi-elliptical sphere” are a shape in which a sphere and an ellipsoid are cut by a cross section including the center, or a shape that does not include the center among the sections cut by a cross section perpendicular to a line passing through the center. Say. That is, the “hemisphere” and “semi-elliptical sphere” are not limited to a sphere and a shape obtained by cutting an ellipsoid in half, and also include a substantially hemispherical shape and a substantially semi-elliptical spherical shape. In the present invention, the term “ellipsoid” means x 2 / a 2 + y 2 / b 2 + z 2 / c 2 = 1 [where a, b and c are the x-axis, y-axis and z-axis directions, respectively. It corresponds to a half length of the diameter of] and is a solid surrounded by an ellipsoid.

本発明において「頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体」とは、円柱、円錐、円錐台、角柱、角錐、角錐台またはこれらの組合せなどの多面体を基本形状とし、その多面体が有する頂点部分および稜部分の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線で表される形状に形成されたものをいう。なお、上記多面体形状を採用する場合、その多面体が有する全ての頂点および稜の断面形状が、曲率半径0.1μm以上の曲線で表される形状に形成されていることが好ましい。陥没および凸起の立体形状を、角のない形状とすることにより、電解質シートのクラックの発生をより低減することができる。   In the present invention, “a polyhedron whose cross-sectional shape of a vertex and a ridge is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more” is a polyhedron such as a cylinder, a cone, a truncated cone, a prism, a pyramid, a combination of these, or the like as a basic shape. The cross-sectional shape of the apex portion and the ridge portion of the polyhedron is formed into a shape represented by a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more. In addition, when employ | adopting the said polyhedral shape, it is preferable that the cross-sectional shape of all the vertices and ridges which the polyhedron has is formed in the shape represented by the curve with a curvature radius of 0.1 micrometer or more. The occurrence of cracks in the electrolyte sheet can be further reduced by making the three-dimensional shape of depressions and protrusions into a shape having no corners.

上記半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体では、基底面の断面積が最も大きく陥没の底部または凸起の頂部に向かって断面積は徐々に小さくなる。なお、上記立体形状は、半球形または半楕円球形が好ましく、半球形がより好ましい。   In the above-mentioned hemispherical shape, semi-elliptical spherical shape, or polyhedron whose apex and ridge cross-section is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more, the cross-sectional area of the basal plane is the largest, and the cross-sectional area is toward the bottom of the depression or the top of the protrusion Gradually becomes smaller. The three-dimensional shape is preferably a hemispherical shape or a semi-elliptical spherical shape, and more preferably a hemispherical shape.

上記陥没および凸起の基底面形状は、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形である。ここで、円形、楕円形には、いわゆる略円形、略楕円形も含まれる。また、「頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形」とは、凸多角形または凹多角形を基本形状とし、その多角形が有する頂点部分が、曲率半径0.1μm以上の曲線で表される形状に形成されたものをいう。なお、上記角丸多角形を採用する場合、その多角形が有する全ての頂点部分が、曲率半径0.1μm以上の曲線で表される形状に形成されていることが好ましい。陥没および凸起の基底面形状を角のない形状とすることにより、電解質シートのクラックの発生をより一層低減することができる。上記基底面形状は、円形または楕円形が好ましく、円形がより好ましい。なお、基底面形状とは、電解質シートの表面におけるベースラインと陥没または凸起との境界、即ち陥没または凸起の最外周の輪郭の形状であり、レーザー顕微鏡を用いて確認することができる。また、ベースラインは、例えば、後述するようにスタンパを用いて陥没を形成した場合には、スタンパの押し跡の一番高い位置をベースラインとし、スタンパを用いて凸起を形成した場合には、スタンパの押し跡の一番低い位置をベースラインとすればよい。   The basal plane shape of the depressions and protrusions is a circle, an ellipse, or a rounded polygon that is a curve having a radius of curvature of 0.1 μm or more at the apex. Here, the circular and elliptical shapes include so-called substantially circular and substantially elliptical shapes. In addition, “a rounded polygon whose shape of the vertex is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more” is a basic shape of a convex polygon or a concave polygon, and the vertex portion of the polygon has a curvature radius of 0. .Those formed in a shape represented by a curve of 1 μm or more. In addition, when employ | adopting the said rounded polygon, it is preferable that all the vertex parts which the polygon has are formed in the shape represented by the curve with a curvature radius of 0.1 micrometer or more. The occurrence of cracks in the electrolyte sheet can be further reduced by making the basal plane shape of the depressions and protrusions into a shape having no corners. The basal plane shape is preferably a circle or an ellipse, and more preferably a circle. The basal plane shape is the boundary between the base line and the depression or protrusion on the surface of the electrolyte sheet, that is, the outermost contour of the depression or protrusion, and can be confirmed using a laser microscope. Also, for example, when the depression is formed using a stamper as described later, the base line is the highest position of the stamper's imprint, and when the protrusion is formed using the stamper. The lowest position of the stamper stamp may be the baseline.

上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径は、0.5μm以上250μm以下が好ましい。当該平均円相当径が0.5μm未満では電極との密着性が悪くなり、長期的な使用での電極の剥離が生じやすくなる。一方、当該平均円相当径が250μmを超えると、陥没または凸起が形成されていない電解質シートに比べて強度が低下する。当該平均円相当径としては、5μm以上がより好ましく、15μm以上がさらに好ましく、また、200μm以下がより好ましく、150μm以下がさらに好ましい。本発明において「平均円相当径」とは、上記陥没または凸起の基底面形状の面積と同じ面積を有する円の直径をいう。具体的には、当該平均円相当径は、電解質シート表面における5μm以上2mm以下四方の領域であって、少なくとも電解質シート表面の中心を含む領域であり、上記陥没または凸起が少なくとも50個存在する領域について、当該領域に存在する全ての陥没および凸起について基底面形状面積を測定し、それらの平均面積を求め、当該平均面積から算出される円相当径である。   The average equivalent circular diameter of the basal plane of the depression and protrusion is preferably 0.5 μm or more and 250 μm or less. When the average equivalent circle diameter is less than 0.5 μm, the adhesion with the electrode is deteriorated, and the electrode is liable to be peeled off during long-term use. On the other hand, when the average equivalent circle diameter exceeds 250 μm, the strength decreases as compared with an electrolyte sheet in which no depression or protrusion is formed. The average equivalent circle diameter is more preferably 5 μm or more, further preferably 15 μm or more, more preferably 200 μm or less, and further preferably 150 μm or less. In the present invention, the “average equivalent circle diameter” refers to the diameter of a circle having the same area as the area of the basal plane shape of the depression or protrusion. Specifically, the average equivalent circle diameter is a region of 5 μm or more and 2 mm or less on the electrolyte sheet surface and includes at least the center of the electrolyte sheet surface, and there are at least 50 depressions or protrusions. For the region, the basal plane shape area is measured for all the depressions and protrusions existing in the region, and the average area is obtained, and is the equivalent circle diameter calculated from the average area.

上記陥没および凸起の基底面の円相当径のばらつきの値、即ち(円相当径の標準偏差)/(平均円相当径)の値は、いずれも0.25以下が好ましく、より好ましくは0.20以下、さらに好ましくは0.15以下である。上記ばらつき値が上記範囲内であれば、電解質シートの平均強度とワイブル係数を高くすることができ、また、電解質シート表面に形成された電極の電解質シートからの界面剥離をより抑制することができる。なお、上記ばらつき値の下限値は0である。ここで、円相当径の標準偏差は下記式により求めることができる。なお、式中、σは標準偏差、xは個々の陥没または凸起の基底面形状の円相当径、xaveは平均円相当径、nは陥没および凸起の測定個数を示す。 The value of the variation in equivalent circle diameter of the basal plane of the depression and protrusion, that is, the value of (standard deviation of equivalent circle diameter) / (average equivalent circle diameter) is preferably 0.25 or less, more preferably 0. .20 or less, more preferably 0.15 or less. If the variation value is within the above range, the average strength and the Weibull coefficient of the electrolyte sheet can be increased, and interfacial peeling from the electrolyte sheet of the electrode formed on the electrolyte sheet surface can be further suppressed. . The lower limit value of the variation value is 0. Here, the standard deviation of the equivalent circle diameter can be obtained by the following equation. In the formula, σ is the standard deviation, x is the equivalent circle diameter of the base shape of each depression or protrusion, x ave is the average equivalent circle diameter, and n is the number of depressions and protrusions measured.

上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さは、0.3μm以上50μm以下が好ましい。当該平均深さまたは平均高さが0.3μm未満では、電極との密着性が悪くなり長期的な使用での電極の剥離が生じやすくなる。一方、当該平均深さまたは平均高さが50μmを超えると、陥没および凸起が形成されていない電解質シートに比べて強度が低下する。当該平均深さまたは平均高さとしては、1μm以上がより好ましく、3μm以上がさらに好ましく、また、40μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましい。本発明において「陥没の平均深さ」とは、電解質シート表面における5μm以上2mm以下四方の領域であって、少なくとも電解質シート表面の中心を含む領域であり、上記陥没または凸起が少なくとも50個存在する領域について、当該領域に存在する全ての陥没について深さを測定し、これらの値から算出される平均値である。また、「陥没の深さ」とは、ベースラインから最も高さの低い位置までの距離である。本発明において「凸起の平均高さ」とは、同領域について、当該領域に存在する全ての凸起について高さを測定し、これらの値から算出される平均値である。また、「凸起の高さ」とは、ベースラインから最も高さの高い位置までの距離である。   The average depth of the depression and the average height of the protrusion are preferably 0.3 μm or more and 50 μm or less. When the average depth or average height is less than 0.3 μm, the adhesion with the electrode is deteriorated, and the electrode is liable to be peeled off during long-term use. On the other hand, when the average depth or average height exceeds 50 μm, the strength is reduced as compared with an electrolyte sheet in which no depressions and protrusions are formed. The average depth or average height is more preferably 1 μm or more, further preferably 3 μm or more, more preferably 40 μm or less, and further preferably 30 μm or less. In the present invention, the “average depth of depression” is an area of 5 μm or more and 2 mm or less on the surface of the electrolyte sheet and includes at least the center of the surface of the electrolyte sheet, and there are at least 50 depressions or protrusions. This is an average value calculated from these values by measuring the depth of all depressions existing in the region. The “depth of depression” is the distance from the baseline to the lowest position. In the present invention, the “average height of protrusions” is an average value calculated from these values by measuring the height of all protrusions existing in the area. Further, the “projection height” is the distance from the baseline to the highest position.

片面における上記陥没の平均深さおよび凸起の平均高さは、シート厚さを100とした場合に対する比率で1以上が好ましく、より好ましくは2以上、さらに好ましくは3以上であり、33以下が好ましく、より好ましくは25以下、さらに好ましくは20以下である。シート厚さに対する上記陥没の平均深さまたは凸起の平均高さの比を上記範囲とすることにより、電解質シートの平均強度とワイブル係数を高くすることができ、また、電解質シート表面に形成された電極の電解質シートからの界面剥離をより抑制することができる。   The average depth of the depressions and the average height of the protrusions on one side is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, still more preferably 3 or more, and 33 or less as a ratio with respect to the sheet thickness of 100. Preferably, it is 25 or less, more preferably 20 or less. By setting the ratio of the average depth of the depression or the average height of the protrusion to the sheet thickness within the above range, the average strength and the Weibull coefficient of the electrolyte sheet can be increased, and the ratio is formed on the surface of the electrolyte sheet. Interfacial peeling from the electrolyte sheet of the electrode can be further suppressed.

上記陥没の深さのばらつきの値、即ち(深さの標準偏差)/(平均深さ)の値、および上記凸起の平均高さのばらつきの値、即ち(高さの標準偏差)/(平均高さ)の値は、いずれも0.25以下が好ましく、より好ましくは0.20以下、さらに好ましくは0.15以下である。当該ばらつき値が上記範囲内であれば、電解質シートの平均強度とワイブル係数を高くすることができ、また、電解質シート表面に形成された電極の電解質シートからの界面剥離をより抑制することができる。なお、当該ばらつき値の下限値は0である。ここで、陥没深さの標準偏差および凸起高さの標準偏差は、上記円相当径の標準偏差と同様にして求めることができる。   The value of the variation in the depth of the depression, that is, the value of (standard deviation of depth) / (average depth), and the value of the variation in the average height of the protrusion, ie, (standard deviation of height) / ( The value of (average height) is preferably 0.25 or less, more preferably 0.20 or less, and still more preferably 0.15 or less. If the variation value is within the above range, the average strength and Weibull coefficient of the electrolyte sheet can be increased, and interfacial peeling from the electrolyte sheet of the electrode formed on the electrolyte sheet surface can be further suppressed. . Note that the lower limit value of the variation value is zero. Here, the standard deviation of the depression depth and the standard deviation of the protruding height can be obtained in the same manner as the standard deviation of the equivalent circle diameter.

上記平均円相当径に対する上記陥没の平均深さの比、即ち(平均深さ)/(平均円相当径)の値、および、上記平均円相当径に対する上記凸起の平均高さの比、即ち(平均高さ)/(平均円相当径)の値は、いずれも0.05以上が好ましく、より好ましくは0.10以上、さらに好ましくは0.15以上であり、0.5以下が好ましく、より好ましくは0.45以下、さらに好ましくは0.40以下である。当該比が上記範囲内であれば、電解質シートの平均強度とワイブル係数を高くすることができ、また、電解質シート表面に形成された電極の電解質シートからの界面剥離をより抑制することができる。   The ratio of the average depth of the depression to the average equivalent circle diameter, that is, the value of (average depth) / (average equivalent circle diameter), and the ratio of the average height of the protrusion to the average equivalent circle diameter, ie The value of (average height) / (average equivalent circle diameter) is preferably 0.05 or more, more preferably 0.10 or more, still more preferably 0.15 or more, and preferably 0.5 or less, More preferably, it is 0.45 or less, More preferably, it is 0.40 or less. When the ratio is within the above range, the average strength and the Weibull coefficient of the electrolyte sheet can be increased, and interfacial peeling of the electrode formed on the electrolyte sheet surface from the electrolyte sheet can be further suppressed.

上記陥没および凸起の間隔は一定であっても不定であってもよいが、一定であることが好ましい。当該間隔は、隣接する2つの上記陥没の最低点および/または凸起の頂点の間隔をいう。当該間隔は陥没または凸起の平均円相当径を考慮し、各陥没または凸起が重ならないようにすることが好ましい。そのため、当該間隔と上記陥没または凸起の平均円相当径との差、即ち(間隔)−(平均円相当径)の値としては、0.1μm以上が好ましく、より好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは1μm以上であり、30μm以下が好ましく、より好ましくは20μm以下、さらに好ましくは10μm以下である。   The interval between the depression and the protrusion may be constant or indefinite, but is preferably constant. The said space | interval means the space | interval of the adjacent lowest point of the said depression and / or the vertex of a protrusion. In consideration of the average equivalent circle diameter of the depressions or protrusions, it is preferable that the intervals do not overlap each other. Therefore, the difference between the interval and the average equivalent circle diameter of the depression or protrusion, that is, the value of (interval) − (average equivalent circle diameter) is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, More preferably, it is 1 μm or more, preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less, and further preferably 10 μm or less.

本発明に係る電解質シートの表面上の上記陥没および凸起は、不規則に配されていてもよいし、規則的に配されていてもよい。なお、電解質シートの表面粗さをより均一とするために、上記陥没および凸起は規則的に配されていることが好ましい。この場合、陥没および凸起の配列態様としては、格子状、千鳥状などが挙げられる。   The depressions and protrusions on the surface of the electrolyte sheet according to the present invention may be arranged irregularly or may be arranged regularly. In order to make the surface roughness of the electrolyte sheet more uniform, the depressions and protrusions are preferably arranged regularly. In this case, examples of the arrangement of the depressions and protrusions include a lattice shape and a staggered shape.

上記陥没および凸起の表面粗さRaは0.01μm以上3μm以下とする。当該Ra値が3μm以下であれば、電解質シートの前駆体である電解質グリーンシートにスタンパを押圧して陥没または凸起を形成する際に、スタンパに対する電解質グリーンシートの離型性が高まり、電解質シートの生産性が向上する。一方、当該Ra値が低過ぎると、表面に電極を形成してSOFC用単セルとした場合に電解質と電極との密着性が低下するおそれがあり得るので、当該Ra値は0.01μm以上とすることが好ましい。当該Ra値としては0.03μm以上が好ましく、0.05μm以上がより好ましく、0.08μm以上がさらに好ましく、0.1μm以上が特に好ましく、また、2.5μm以下が好ましく、2μm以下がより好ましく、1.5μm以下がさらに好ましく、0.5μm未満が特に好ましい。   The surface roughness Ra of the depressions and protrusions is 0.01 μm or more and 3 μm or less. If the Ra value is 3 μm or less, when the stamper is pressed against the electrolyte green sheet that is the precursor of the electrolyte sheet to form a depression or protrusion, the releasability of the electrolyte green sheet with respect to the stamper increases, and the electrolyte sheet Productivity is improved. On the other hand, if the Ra value is too low, when an electrode is formed on the surface to form a single cell for SOFC, the adhesion between the electrolyte and the electrode may be lowered. Therefore, the Ra value is 0.01 μm or more. It is preferable to do. The Ra value is preferably 0.03 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, further preferably 0.08 μm or more, particularly preferably 0.1 μm or more, and preferably 2.5 μm or less, more preferably 2 μm or less. 1.5 μm or less is more preferable, and less than 0.5 μm is particularly preferable.

Raは算術平均粗さをいい、JIS B 0601−2001に基づいて求めればよい。具体的には、Ra値は、上記陥没におけるベースライン以下の部分、または上記凸起におけるベースライン以上の部分において、表面粗さ測定器を用いて粗さ曲線を求めれば、当該表面粗さ測定器により得られる。   Ra means arithmetic average roughness and may be determined based on JIS B 0601-2001. Specifically, the Ra value can be obtained by calculating a roughness curve using a surface roughness measuring instrument at a portion below the baseline in the depression or a portion above the baseline in the protrusion. It is obtained by the vessel.

上記陥没および凸起の最大高さRzは、Raの数値範囲と同様の理由により、特に電解質グリーンシートからのスタンパの離型性の観点から0.1μm以上15μm以下とすることが好ましい。当該Rz値としては0.3μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましく、1μm以上がさらに好ましく、2μm以上が特に好ましく、また、12μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましく、8μm以下がさらに好ましく、5μm未満が特に好ましい。なお、最大高さRzは、粗さ曲線における最も高い山から最も低い谷までの高さ方向の距離をいう。Rz値は、Raと同様にして、表面粗さ測定器により得られる。   The maximum height Rz of the depressions and protrusions is preferably 0.1 μm or more and 15 μm or less from the viewpoint of releasability of the stamper from the electrolyte green sheet, for the same reason as the numerical value range of Ra. The Rz value is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, further preferably 1 μm or more, particularly preferably 2 μm or more, more preferably 12 μm or less, more preferably 10 μm or less, and further preferably 8 μm or less. Particularly preferred is less than 5 μm. The maximum height Rz refers to the distance in the height direction from the highest peak to the lowest valley in the roughness curve. The Rz value is obtained by a surface roughness measuring device in the same manner as Ra.

また、電解質シートに陥没を形成する場合、レーザー光学式非接触三次元形状測定装置を用いて得られる粗さ曲線から求められる平均山頂間距離が0.1μm以上30μm以下、平均谷底深さが0.05μm以上20μm以下であり、かつ、当該粗さ曲線において陥没内の凹部先端が鋭角でないことが好ましい。   In addition, when forming depressions in the electrolyte sheet, the average peak-to-peak distance obtained from the roughness curve obtained using a laser optical non-contact three-dimensional shape measuring apparatus is 0.1 μm or more and 30 μm or less, and the average valley bottom depth is 0. It is preferable that the thickness is not less than 0.05 μm and not more than 20 μm, and the tip of the recess in the depression is not an acute angle in the roughness curve.

電解質シート表面に複数個の陥没を形成して凹部とし、それら凹部形状、特に個々の凹部先端(谷底)を特定の形状とすることにより、凹部先端への応力集中によるクラック発生を防止でき、電極面積の増大と電極の界面剥離の防止にも寄与する適度な表面粗さの電解質シートとすることが可能となる。   By forming a plurality of depressions on the surface of the electrolyte sheet to form recesses, and forming the recesses, particularly the individual recess tips (valley bottoms) in a specific shape, it is possible to prevent cracks due to stress concentration at the tips of the recesses. An electrolyte sheet having an appropriate surface roughness that contributes to an increase in area and prevention of interfacial delamination of electrodes can be obtained.

上記「山頂間距離」とは、粗さ曲線で認められる隣接する2つの凸部先端(山頂)間の距離である。また、上記「谷底深さ」とは、隣接する2つの凸部先端(山頂)間を結んだ線と凹部先端(谷底)を通る法線との交点から、凹部先端までの距離である。なお、凹部先端の形状を規定する場合には、山頂間距離が0.1μm以上30μm以下、かつ、谷底深さが0.05μm以上20μm以下を満足するものを陥没と扱う。   The “distance between peaks” is a distance between two adjacent tips (peaks) recognized by a roughness curve. Further, the “valley bottom depth” is a distance from the intersection of a line connecting two adjacent convex portion tips (peaks) and a normal passing through the concave tip (valley bottom) to the concave tips. When the shape of the tip of the recess is defined, a case where the distance between the peaks is not less than 0.1 μm and not more than 30 μm and the depth of the valley is not less than 0.05 μm and not more than 20 μm is treated as depression.

本発明において電解質シートの陥没の凹部先端形状は、電解質シート表面をレーザー光学式非接触三次元形状測定装置で測定して得られるJIS B 0601:2001に定義される粗さ曲線を用いて確認する。なお、本発明の粗さ曲線を測定するために使用する装置は、レーザー光学式非接触三次元形状測定装置(UBM社製、商品名:マイクロフォーカスエキスパート、型番:UBC−14システム)である。その測定方法は、780nmの半導体レーザー光源から可動対物レンズを通して電解質シート面に直径1μmのフォーカスを結び、この時、正反射光は同じ光路を戻りビームスリッターを介して4つのフォトダイオード上に均等に結像されるため、凹凸の測定電解質シート表面では変位して像に不均等が生じ、即座にこれを解消する信号が発せられ対物レンズの焦点が常に電解質シート表面に合うようにレンズが制御されるときの移動量をライトバリア測定機構で検出することで、高精度な測定を行うことができるものである。その仕様は、スポット径1μm、垂直分解能は0.01μmであり、0.1mmピッチでラインプロフィール分析ができる。   In the present invention, the recess tip shape of the depression of the electrolyte sheet is confirmed using a roughness curve defined in JIS B 0601: 2001 obtained by measuring the electrolyte sheet surface with a laser optical non-contact three-dimensional shape measuring apparatus. . The apparatus used for measuring the roughness curve of the present invention is a laser optical non-contact three-dimensional shape measuring apparatus (trade name: Microfocus Expert, model number: UBC-14 system, manufactured by UBM). The measuring method is to focus a 1 μm diameter on the electrolyte sheet surface from a semiconductor laser light source of 780 nm through a movable objective lens. At this time, specularly reflected light returns the same optical path and is evenly distributed on four photodiodes via a beam slitter. Since the image is formed, the uneven measurement electrolyte sheet surface is displaced and non-uniformity occurs in the image. A signal is immediately generated to cancel the lens, and the lens is controlled so that the objective lens is always focused on the electrolyte sheet surface. By detecting the amount of movement at the time of reading with a light barrier measurement mechanism, highly accurate measurement can be performed. The specifications are a spot diameter of 1 μm, a vertical resolution of 0.01 μm, and line profile analysis can be performed at a pitch of 0.1 mm.

本発明においては、電解質シート内の9箇所について、レーザー光学式非接触三次元形状測定装置を用いて、当該電解質シートの粗さ曲線をスキャン長さ4mmで測定し、得られた9個の粗さ曲線に認められる全ての陥没について、山頂間距離、谷底深さを計測し、その平均値を算出して平均山頂間距離、平均谷底深さとした。   In the present invention, the nine roughness points obtained by measuring the roughness curve of the electrolyte sheet at a scan length of 4 mm using a laser optical non-contact three-dimensional shape measuring device at nine locations in the electrolyte sheet. The distance between peak summits and the depth of valley bottom were measured for all depressions observed in the depth curve, and the average values were calculated as the average distance between peak peaks and the average valley depth.

なお、レーザー光学式非接触三次元形状測定装置の測定箇所は、電解質シートの重心点の1箇所、および、電解質シートの重心点を通る1つの直線と、重心点を通り上記直線と45°、90°、135°の角度をなす直線により電解質シートを8分割し、分割された各領域において1箇所ずつの合計9箇所とする。なお、測定箇所は、電解質シートの大きさや形状に応じて適宜変更すればよいが、後述する矩形状、円形状の場合の具体例のように、電解質シートの端部は避けるべきである。   The measurement point of the laser optical non-contact three-dimensional shape measuring apparatus includes one point of the center of gravity of the electrolyte sheet, one straight line passing through the center of gravity of the electrolyte sheet, and 45 ° with the straight line passing through the center of gravity. The electrolyte sheet is divided into 8 by a straight line having an angle of 90 ° and 135 °, and a total of 9 locations, one in each divided region. In addition, although a measurement location should just be changed suitably according to the magnitude | size and shape of an electrolyte sheet, the edge part of an electrolyte sheet should be avoided like the specific example in the case of the rectangular shape and circular shape mentioned later.

本発明の電解質シートは、上記平均山頂間距離が0.1μm以上30μm以下であり、上記平均谷底深さが0.05μm以上20μm以下であることが好ましい。平均山頂間距離が0.1μm未満または平均谷底深さが0.05μm未満の場合は、安定して陥没を製造することが困難である。一方、平均山頂間距離が30μm超または平均谷底深さが20μm超の場合は、電解質シート強度が低下して、ワイブル係数が劣る。   In the electrolyte sheet of the present invention, the average peak-to-peak distance is preferably 0.1 μm or more and 30 μm or less, and the average valley bottom depth is preferably 0.05 μm or more and 20 μm or less. When the average peak-to-peak distance is less than 0.1 μm or the average valley depth is less than 0.05 μm, it is difficult to stably produce the depression. On the other hand, when the average peak-to-peak distance is more than 30 μm or the average valley depth is more than 20 μm, the electrolyte sheet strength is lowered and the Weibull coefficient is inferior.

上記平均山頂間距離は、0.2μm以上が好ましく、より好ましくは0.3μm以上、さらに好ましくは0.5μm以上であり、20μm以下が好ましく、より好ましくは10μm以下、さらに好ましくは5μm以下である。上記平均谷底深さは、0.1μm以上が好ましく、より好ましくは0.2μm以上、さらに好ましくは0.3μm以上であり、10μm以下が好ましく、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは3μm以下である。   The average peak-to-peak distance is preferably 0.2 μm or more, more preferably 0.3 μm or more, further preferably 0.5 μm or more, preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, and further preferably 5 μm or less. . The average valley depth is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.2 μm or more, further preferably 0.3 μm or more, preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and further preferably 3 μm or less. .

上記粗さ曲線において陥没内の凹部先端が鋭角でないかどうかは、以下のようにして確認する。以下、凹部先端形状の確認方法について説明する。まず、上記粗さ曲線の横軸(長さ方向)と縦軸(山の高さ方向や谷の深さ方向)のスケールを同じに調整したスケール調整粗さ曲線を作成する。すなわち、スケール調整粗さ曲線においては、例えば、作成された図において、縦軸のスケールを1目盛(1μm)=1mmとした場合は、横軸のスケールも1目盛(1μm)=1mmとなる。   Whether or not the tip of the concave portion in the depression is not an acute angle in the roughness curve is confirmed as follows. Hereinafter, a method for confirming the concave tip shape will be described. First, a scale adjustment roughness curve is prepared by adjusting the scales of the horizontal axis (length direction) and the vertical axis (peak height direction and valley depth direction) of the roughness curve to be the same. That is, in the scale adjustment roughness curve, for example, when the scale on the vertical axis is 1 scale (1 μm) = 1 mm, the scale on the horizontal axis is also 1 scale (1 μm) = 1 mm.

得られたスケール調整粗さ曲線において、凹部(谷)形状を観察し、凹部先端(谷底)Pを通り横軸に平行な線X(一点鎖線)を作成する。次いで、平行線X上の凹部先端Pから左右0.1μmの距離の点から法線Y1、Y2(二点鎖線)を引き、粗さ曲線とのそれぞれの交点Q、Rを求める。そして、交点Qと凹部先端Pとを結ぶ線PQと、交点Rと凹部先端Pとを結ぶ線PRとがなす角度θを測定し、その角度θが90°以上であり、スケール調整粗さ曲線がQからRまでの間において連続曲線であり、変曲点が無い形状の場合を鋭角となる部分が無い形状と言う。なお、粗さ曲線が連続曲線であるとは、すなわち、QからRまでの間において、どの点においても微分可能であることをいう。   In the obtained scale adjustment roughness curve, the shape of the recess (valley) is observed, and a line X (dashed line) passing through the tip of the recess (valley bottom) P and parallel to the horizontal axis is created. Next, normal lines Y1 and Y2 (two-dot chain lines) are drawn from a point at a distance of 0.1 μm from the left and right sides of the recess tip P on the parallel line X to obtain respective intersections Q and R with the roughness curve. Then, an angle θ formed by a line PQ connecting the intersection point Q and the recess tip P and a line PR connecting the intersection point R and the recess tip P is measured, and the angle θ is 90 ° or more, and the scale adjustment roughness curve Is a continuous curve from Q to R, and a shape having no inflection point is called a shape without an acute angle portion. The roughness curve is a continuous curve, that is, it can be differentiated at any point between Q and R.

本発明に係る電解質シートに形成する上記陥没および凸起の数は適宜調整すればよいが、500個/cm2以上500,000個/cm2以下とすることが好ましい。当該割合が500個/cm2以上であれば、SOFC用単セルにした場合の発電性能の向上や、電極との密着性の改善といった効果がより確実に得られる。一方、当該数が多過ぎると、上記表面粗さの調整にもかかわらず、上記陥没および凸起の形成時に電解質グリーンシートからスタンパを剥離し難くなるおそれがあり得るので、当該割合としては500,000個/cm2以下が好ましい。当該数としては1,000個/cm2以上がより好ましく、3,000個/cm2以上がさらに好ましく、また、400,000個/cm2以下がより好ましく、300,000個/cm2以下がさらに好ましい。 The number of depressions and protrusions formed on the electrolyte sheet according to the present invention may be adjusted as appropriate, but is preferably 500 / cm 2 or more and 500,000 / cm 2 or less. When the ratio is 500 cells / cm 2 or more, effects such as improvement in power generation performance and improvement in adhesion to electrodes when a single cell for SOFC is obtained can be obtained more reliably. On the other hand, if the number is too large, it may be difficult to peel the stamper from the electrolyte green sheet during the formation of the depressions and protrusions in spite of the adjustment of the surface roughness. 000 pieces / cm 2 or less is preferable. The number is preferably 1,000 pieces / cm 2 or more, more preferably 3,000 pieces / cm 2 or more, more preferably 400,000 pieces / cm 2 or less, and 300,000 pieces / cm 2 or less. Is more preferable.

また、少なくとも片面において、上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上50,000個/cm2未満有する領域(以下、「領域A」と記載する場合がある)と、50,000個/cm2以上500,000個/cm2以下有する領域(以下、「領域B」と記載する場合がある)とを設けることも好ましい。かかる場合には、反り、ウネリ、バリの発生を一層抑制できる。詳しくは、陥没や凸起の形成によって電解質グリーンシートに応力がかかり、この応力が電解質シートにも残留し、シート一方への反り、シートの両面に山脈状に連なるウネリ、シート周端部におけるバリが発生する可能性がある。しかし、例えばシート周縁部を領域A、それ以外を領域Bとすることにより上記残留応力が低減され、反り、ウネリ、バリの発生が抑制され得る。 Further, on at least one side, a region having the above-described depression and / or protrusion of 500 / cm 2 or more and less than 50,000 / cm 2 (hereinafter sometimes referred to as “region A”), 50,000 It is also preferable to provide a region having / cm 2 or more and 500,000 pieces / cm 2 or less (hereinafter sometimes referred to as “region B”). In such a case, generation of warpage, undulation, and burrs can be further suppressed. Specifically, stress is applied to the electrolyte green sheet due to the formation of depressions and protrusions, and this stress also remains on the electrolyte sheet, warps to one side of the sheet, sea urchins on both sides of the sheet, and burrs at the periphery of the sheet. May occur. However, for example, by setting the peripheral edge of the sheet as the region A and the other region as the region B, the residual stress can be reduced, and the occurrence of warpage, undulation, and burrs can be suppressed.

上記領域Aと領域Bとの割合については、合計100%で、上記領域Aの割合を5%以上50%以下、上記領域Bの割合を50%以上95%以下にすることが好ましい。   About the ratio of the said area | region A and the area | region B, it is preferable that the ratio of the said area | region A is 5% or more and 50% or less, and the ratio of the said area | region B is 50% or more and 95% or less in total 100%.

上述したように、上記領域A(または領域B)の位置を電解質シートの部とすることが好ましい。なお、ここでいうシートの「周縁部」とは、シート平面の周端を含み所定の幅を有する領域をいい、シート平面の周端からの距離が所定値以下である点の集合をいうものとする。上記周縁部の幅としては、1.0mm以上が好ましく、1.2mm以上がより好ましく、1.5mm以上がさらに好ましく、また、5.0mm以下が好ましく、4.8mm以下がより好ましく、4.5mm以下がさらに好ましい。また、シート平面の「周端」とは、図1のとおり、シート平面の外縁周をいうものとする。   As described above, it is preferable that the position of the region A (or region B) is a part of the electrolyte sheet. The “peripheral edge” of the sheet here means an area having a predetermined width including the peripheral edge of the sheet plane, and means a set of points whose distance from the peripheral edge of the sheet plane is a predetermined value or less. And The width of the peripheral portion is preferably 1.0 mm or more, more preferably 1.2 mm or more, further preferably 1.5 mm or more, more preferably 5.0 mm or less, more preferably 4.8 mm or less. 5 mm or less is more preferable. Further, the “circumferential end” of the seat plane means the outer periphery of the seat plane as shown in FIG.

電解質シートの平均厚さは、30μm以上400μm以下とする。電解質シートの平均厚さが30μm未満では、電解質シートの機械的強度が弱くなり、ハンドリングが低下し、セル化時に割れが生じやすくなる。一方、400μmを超えると電解質シート自体のイオン導電性が低下するため、セル化した時の発電性能が悪くなる。本発明において電解質シートの厚さとは、表面のベースラインと裏面のベースラインとの間隔である。電解質シートの平均厚さとしては、50μm以上が好ましく、80μm以上がより好ましく、また、300μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましい。   The average thickness of the electrolyte sheet is 30 μm or more and 400 μm or less. When the average thickness of the electrolyte sheet is less than 30 μm, the mechanical strength of the electrolyte sheet is weakened, handling is lowered, and cracking is likely to occur during cell formation. On the other hand, if it exceeds 400 μm, the ionic conductivity of the electrolyte sheet itself is lowered, so that the power generation performance when it is made into a cell deteriorates. In the present invention, the thickness of the electrolyte sheet is the distance between the base line on the front surface and the base line on the back surface. The average thickness of the electrolyte sheet is preferably 50 μm or more, more preferably 80 μm or more, and preferably 300 μm or less, more preferably 200 μm or less.

本発明の電解質シートの面積は50cm2以上が好ましく、より好ましくは100cm2以上であり、1000cm2以下が好ましく、より好ましくは600cm2以下である。本発明の技術は、面積が50cm2以上1000cm2以下、厚みが30μm以上400μm以下のような、大判で薄膜の電解質シートにおいて、より効果を発揮するものである。 The area of the electrolyte sheet of the present invention is preferably 50 cm 2 or more, more preferably 100 cm 2 or more, preferably 1000 cm 2 or less, more preferably 600 cm 2 or less. The technique of the present invention is more effective in a large-sized and thin electrolyte sheet having an area of 50 cm 2 to 1000 cm 2 and a thickness of 30 μm to 400 μm.

本発明の電解質シートを構成する材料としては、酸素イオン伝導性を有するセラミックであれば特に制限されないが、好ましくはジルコニア、セリアおよびランタンガレート酸化物からなる群から選択される少なくとも1種である。即ち本発明の電解質シートは、ジルコニウム、セリウム、ランタンおよびガリウムよりなる群から選択される少なくとも1種の元素を含有することが好ましい。   The material constituting the electrolyte sheet of the present invention is not particularly limited as long as it is a ceramic having oxygen ion conductivity, but is preferably at least one selected from the group consisting of zirconia, ceria and lanthanum gallate oxide. That is, the electrolyte sheet of the present invention preferably contains at least one element selected from the group consisting of zirconium, cerium, lanthanum and gallium.

上記ジルコニアを用いる場合には、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化イッテルビウムなどで安定化されたジルコニア;上記セリアを用いる場合にはイットリア、サマリア、ガドリニアなどでドープされたセリア;ランタンガレート酸化物を用いる場合には、ランタンガレートのランタンまたはガリウムの一部が、ストロンチウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、コバルト、鉄、ニッケル、銅などで置換されたランタンガレート型ペロブスカイト構造酸化物などを使用することができる。   When using zirconia, zirconia stabilized with scandium oxide, yttrium oxide, cerium oxide, ytterbium oxide, etc .; when using ceria, ceria doped with yttria, samaria, gadolinia, etc .; lanthanum gallate oxide Lanthanum gallate perovskite structure oxide in which a part of lanthanum gallate lanthanum or gallium is substituted with strontium, calcium, barium, magnesium, aluminum, indium, cobalt, iron, nickel, copper, etc. Can be used.

特に、3モル%以上10モル%以下の酸化イットリウムで安定化されたジルコニア、4モル%以上12モル%以下の酸化スカンジウムで安定化されたジルコニア、4モル%以上15モル%以下の酸化イッテルビウムで安定化されたジルコニアを用いることが好ましい。また、これらの安定化ジルコニアに、アルミナ、シリカ、チタニアなどを焼結助剤や分散強化剤として添加した材料も好適に用いることができる。   In particular, zirconia stabilized with 3 mol% to 10 mol% yttrium oxide, zirconia stabilized with 4 mol% to 12 mol% scandium oxide, and 4 mol% to 15 mol% ytterbium oxide. It is preferable to use stabilized zirconia. A material obtained by adding alumina, silica, titania or the like as a sintering aid or a dispersion strengthening agent to these stabilized zirconia can also be suitably used.

次に、本発明に係る電解質シートの製造方法につき説明する。   Next, the manufacturing method of the electrolyte sheet according to the present invention will be described.

2.固体酸化物形燃料電池用電解質シートの製造方法
特に制限されるものではないが、本発明に係る電解質シートは、例えば、
少なくとも電解質シート材料粉末、溶媒およびバインダーを混合することによりスラリーを得る工程、
上記スラリーをシート状に成形した後に乾燥することにより電解質グリーンシートを得る工程、
上記電解質グリーンシートの片面または両面にスタンパを押圧することにより陥没および/または凸起が形成された表面修飾電解質グリーンシートを得る工程、および、
上記表面修飾電解質グリーンシートを焼成する工程を含む方法により製造することができる。以下、各工程につき説明する。
2. Production method of electrolyte sheet for solid oxide fuel cell Although not particularly limited, the electrolyte sheet according to the present invention is, for example,
A step of obtaining a slurry by mixing at least an electrolyte sheet material powder, a solvent and a binder,
A step of obtaining an electrolyte green sheet by drying after forming the slurry into a sheet,
Obtaining a surface-modified electrolyte green sheet having depressions and / or protrusions formed by pressing a stamper on one or both sides of the electrolyte green sheet; and
The surface-modified electrolyte green sheet can be manufactured by a method including a step of firing. Hereinafter, each process will be described.

(1) スラリー調製工程
電解質シート材料粉末としては、上述した電解質シート材料の粉末を用いることができる。電解質シート材料粉末は、電解質シートの所望の組成が決定されれば、その組成に従って、共沈法、均一沈殿法、ゾルゲル法、噴霧熱分解法、クエン酸溶解法、粉末混合法などの常法により製造することが可能である。
(1) Slurry preparation process As electrolyte sheet material powder, the powder of electrolyte sheet material mentioned above can be used. If the desired composition of the electrolyte sheet is determined, the electrolyte sheet material powder is a conventional method such as a coprecipitation method, a uniform precipitation method, a sol-gel method, a spray pyrolysis method, a citric acid dissolution method, and a powder mixing method. Can be manufactured.

バインダーとしては、特に制限はなく、従来から知られている有機質バインダーを適宜選択して使用できる。有機質バインダーとしては、例えばエチレン系共重合体、スチレン系共重合体、アクリレート系および/またはメタクリレート系共重合体、酢酸ビニル系共重合体、マレイン酸系共重合体、ビニルブチラール系樹脂、ビニルアセタール系樹脂、ビニルホルマール系樹脂、ビニルアルコール系樹脂、ワックス類、エチルセルロースなどのセルロース系樹脂などが例示される。これらのバインダーは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、グリーンシート表面への陥没や凸起などの形成のための加工性、グリーンシート成形性、焼成時の熱分解性などの点から、熱可塑性で、且つ数平均分子量が20,000以上250,000以下、ガラス転移温度が−40℃以上20℃以下の(メタ)アクリレート系共重合体が好ましいものとして推奨される。かかる数平均分子量は、常法により測定できる。しかし、市販のバインダーでカタログ値がある場合には、それを参照すればよい。   There is no restriction | limiting in particular as a binder, The organic binder conventionally known can be selected suitably and can be used. Examples of organic binders include ethylene copolymers, styrene copolymers, acrylate and / or methacrylate copolymers, vinyl acetate copolymers, maleic acid copolymers, vinyl butyral resins, and vinyl acetals. Examples thereof include cellulosic resins, vinyl formal resins, vinyl alcohol resins, waxes, and cellulose resins such as ethyl cellulose. These binders may be used independently and may use 2 or more types together. Among these, from the viewpoints of processability for forming depressions and protrusions on the surface of the green sheet, green sheet moldability, thermal decomposability during firing, etc., it is thermoplastic and has a number average molecular weight of 20,000. A (meth) acrylate copolymer having a glass transition temperature of −40 ° C. or higher and 20 ° C. or lower is recommended as a preferable value. Such a number average molecular weight can be measured by a conventional method. However, if there is a catalog value for a commercially available binder, it may be referred to.

電解質シート材料とバインダーの使用比率は、電解質シート材料100質量部に対してバインダー15質量部以上が好ましく、より好ましくは16質量部以上であり、30質量部以下が好ましく、より好ましくは24質量部以下である。バインダーの使用量が不足する場合は、グリーンシートの成形性が低下し、また、強度や柔軟性が不十分となる。逆に、バインダーの使用量が多過ぎる場合は、スラリーの粘度調節が困難になるばかりでなく、焼成時のバインダー成分の分解放出が多く且つ激しくなって収縮率のバラツキも大きくなり、さらに、バインダーが残留カーボンとして残留し易くなる。   The usage ratio of the electrolyte sheet material and the binder is preferably 15 parts by mass or more, more preferably 16 parts by mass or more, and preferably 30 parts by mass or less, more preferably 24 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrolyte sheet material. It is as follows. When the amount of the binder used is insufficient, the green sheet moldability is lowered, and the strength and flexibility are insufficient. Conversely, if the amount of binder used is too large, not only will it be difficult to adjust the viscosity of the slurry, but there will be a large amount of decomposition and release of the binder component during firing, resulting in large variations in shrinkage rate. Tends to remain as residual carbon.

溶剤としては、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1−ヘキサノールなどのアルコール類;アセトン、2−ブタノンなどのケトン類;ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル類などが挙げられ、これらから適宜選択して使用できる。これらの溶媒は単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。溶媒の使用量は、電解質グリーンシート成形時におけるスラリーの粘度を加味して適当に調節するのがよく、好ましくはスラリー粘度が1Pa・s以上50Pa・s以下、より好ましくは2Pa・s以上20Pa・s以下の範囲となる様に調整するのがよい。   Solvents include alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol and 1-hexanol; ketones such as acetone and 2-butanone; aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane; benzene and toluene And aromatic hydrocarbons such as xylene; and acetates such as methyl acetate, ethyl acetate, and butyl acetate. These solvents may be used alone or in combination of two or more. The amount of the solvent used should be appropriately adjusted in consideration of the viscosity of the slurry at the time of forming the electrolyte green sheet, preferably the slurry viscosity is 1 Pa · s to 50 Pa · s, more preferably 2 Pa · s to 20 Pa · s. It is good to adjust so that it may become the range below s.

スラリーには、電解質シート材料粉末、溶媒およびバインダー以外の成分も適宜配合してよい。その他の成分としては、例えば、分散剤、可塑剤、界面活性剤、消泡剤などを挙げることができる。   Components other than the electrolyte sheet material powder, the solvent and the binder may be appropriately blended in the slurry. Examples of other components include a dispersant, a plasticizer, a surfactant, and an antifoaming agent.

分散剤としては、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウムなどの高分子電解質;クエン酸、酒石酸などの有機酸;イソブチレンまたはスチレンと無水マレイン酸との共重合体およびそのアンモニウム塩あるいはアミン塩;ブタジエンと無水マレイン酸との共重合体およびそのアンモニウム塩などを用いることができる。分散剤を用いることで、電解質シート材料の解膠や分散を促進することができる。   Examples of the dispersant include polyelectrolytes such as polyacrylic acid and ammonium polyacrylate; organic acids such as citric acid and tartaric acid; copolymers of isobutylene or styrene and maleic anhydride and ammonium salts or amine salts thereof; butadiene A copolymer with maleic anhydride and its ammonium salt can be used. By using the dispersant, it is possible to promote peptization and dispersion of the electrolyte sheet material.

可塑剤としては、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジトリデシルなどのフタル酸エステル類;プロピレングリコールなどのグリコール類やグリコールエーテル類;フタル酸系ポリエステル、アジピン酸系ポリエステル、セバチン酸系ポリエステルなどのポリエステル類を用いることができる。可塑剤を用いることで電解質グリーンシートの加工性が向上し、陥没や凸起の形成が容易になる。   Plasticizers include phthalates such as dibutyl phthalate, dioctyl phthalate and ditridecyl phthalate; glycols such as propylene glycol and glycol ethers; phthalic polyesters, adipic acid polyesters, sebacic acid polyesters, etc. Polyesters can be used. By using a plasticizer, the processability of the electrolyte green sheet is improved, and depressions and protrusions are easily formed.

上記各成分は、常法により混合すればよい。例えば、所望の二次粒子径を有する原料粉末を事前に得ている場合は、ディスパーなどを用い、それ以上粉砕されない条件で混合すればよい。原料粉末の二次粒子径を事前に調整していない場合には、ボールミルなどを用い、所望の二次粒子径となるまで粉砕混合してもよい。   What is necessary is just to mix said each component by a conventional method. For example, when a raw material powder having a desired secondary particle size is obtained in advance, it may be mixed using a disper or the like under a condition that is not further pulverized. When the secondary particle diameter of the raw material powder is not adjusted in advance, it may be pulverized and mixed until a desired secondary particle diameter is obtained using a ball mill or the like.

(2) 電解質グリーンシート製造工程
次に、スラリーをシート状に成形した後に乾燥することにより電解質グリーンシートを得る。
(2) Electrolyte green sheet manufacturing process Next, the slurry is formed into a sheet and then dried to obtain an electrolyte green sheet.

スラリーをシート状に成形する方法は特に制限されず、ドクターブレード法や押出成形法などの常法を用いればよい。そして例えば、先ず、シート状に成形したスラリーを乾燥することにより長尺の電解質グリーンテープとする。   The method for forming the slurry into a sheet is not particularly limited, and a conventional method such as a doctor blade method or an extrusion method may be used. For example, first, a slurry formed into a sheet is dried to obtain a long electrolyte green tape.

乾燥の条件は、使用した溶媒の種類などに応じて適宜調整すればよいが、通常は40℃以上、より好ましくは80℃以上で、150℃以下程度とする。乾燥は一定温度で行ってもよいし、50℃、80℃、120℃の様に順次連続的に昇温して加熱乾燥してもよい。   The drying conditions may be appropriately adjusted according to the type of solvent used, but are usually 40 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher and about 150 ° C. or lower. Drying may be performed at a constant temperature, or may be performed by heating by successively raising the temperature sequentially such as 50 ° C., 80 ° C., and 120 ° C.

電解質グリーンテープの厚さは適宜調整すればよいが、所望の電解質シートの厚さを考慮して、40μm以上500μm以下が好適である。   The thickness of the electrolyte green tape may be adjusted as appropriate, but is preferably 40 μm or more and 500 μm or less in consideration of the desired thickness of the electrolyte sheet.

次いで、電解質グリーンテープを任意の方法で適当な大きさに打抜き若しくは切断加工することによって電解質グリーンシートとしてもよい。電解質グリーンシートの好適な大きさは、正方形の場合は50mm角以上400mm角以下、円形の場合は50mmφ以上400mmφ以下である。   Next, the electrolyte green tape may be punched or cut into an appropriate size by an arbitrary method to form an electrolyte green sheet. The preferred size of the electrolyte green sheet is 50 mm square or more and 400 mm square or less in the case of a square, and 50 mmφ or more and 400 mmφ or less in the case of a circle.

電解質グリーンシートの特性としては、スタンパを押圧する際の温度における引張試験での引張破壊伸び率が20%以上であることが好ましく、より好ましくは25%以上、さらに好ましくは30%以上であり、500%以下が好ましく、より好ましくは400%以下、さらに好ましくは300%以下である。また、スタンパを押圧する際の温度における引張試験での引張降伏強さが1.96MPa(20kgf/cm2)以上であることが好ましく、より好ましくは2.45MPa(25kgf/cm2)以上であり、19.6MPa(200kgf/cm2)以下が好ましく、より好ましくは17.6MPa(180kgf/cm2)以下、さらに好ましくは14.7MPa(150kgf/cm2)である。ここで、引張破壊伸びとは、試験片が破断した瞬間における引張応力に対応する伸びのことである。引張降伏強さとは、試験片を引張荷重で引っ張ったときの荷重−伸び曲線上で、荷重の増加無しに伸びの増加が認められる最初の点における引張応力、即ち試験片に加えられた引張り荷重を、試験片標線間内の元の断面積で除した値である。 As the properties of the electrolyte green sheet, the tensile elongation at break in a tensile test at a temperature when pressing the stamper is preferably 20% or more, more preferably 25% or more, and further preferably 30% or more. It is preferably 500% or less, more preferably 400% or less, and still more preferably 300% or less. Further, the tensile yield strength in the tensile test at the temperature when pressing the stamper is preferably 1.96 MPa (20 kgf / cm 2 ) or more, more preferably 2.45 MPa (25 kgf / cm 2 ) or more. preferably 19.6MPa (200kgf / cm 2) or less, more preferably 17.6MPa (180kgf / cm 2) or less, more preferably from 14.7MPa (150kgf / cm 2). Here, the tensile fracture elongation is the elongation corresponding to the tensile stress at the moment when the test piece breaks. Tensile yield strength is the tensile stress at the first point on the load-elongation curve when the specimen is pulled with a tensile load, where an increase in elongation is observed without increasing the load, that is, the tensile load applied to the specimen. Is a value obtained by dividing by the original cross-sectional area between test specimen markings.

また、電解質グリーンシートの特性としては、23℃の温度における引張試験時での最大応力が3.0MPa以上が好ましく、より好ましくは4.0MPa以上、さらに好ましくは5.0MPa以上であり、20.0MPa以下が好ましく、より好ましくは18.0MPa以下、さらに好ましくは15.0MPa以下である。また、23℃の温度における最大応力負荷時の伸び率が、5.0%以上が好ましく、より好ましくは7.0%以上、さらに好ましくは10.0%以上であり、30.0%未満が好ましく、より好ましくは25.0%以下、さらに好ましくは20.0%以下である。   Moreover, as a characteristic of the electrolyte green sheet, the maximum stress at the time of a tensile test at a temperature of 23 ° C. is preferably 3.0 MPa or more, more preferably 4.0 MPa or more, still more preferably 5.0 MPa or more. 0 MPa or less is preferable, more preferably 18.0 MPa or less, and still more preferably 15.0 MPa or less. Further, the elongation at the time of maximum stress load at a temperature of 23 ° C. is preferably 5.0% or more, more preferably 7.0% or more, further preferably 10.0% or more, and less than 30.0%. Preferably, it is 25.0% or less, more preferably 20.0% or less.

最大応力と最大応力負荷時の伸び率を測定するには、先ず、引張試験機などを用いてグリーンシート試料に引張応力を与え、当該応力と歪みを測定することによりSSカーブを測定する。なお、SSカーブとは、応力(Stress)歪み(Strain)との関係をグラフにしたものである。次いで、得られたSSカーブより、グリーンシート試料が破断するまでに負荷される最大の応力を最大応力、最大応力が負荷される点におけるグリーンシート試料の伸び率を最大応力負荷時の伸び率として求める。   In order to measure the maximum stress and the elongation at the time of the maximum stress load, first, a tensile stress is applied to the green sheet sample using a tensile tester or the like, and the SS curve is measured by measuring the stress and strain. The SS curve is a graph showing the relationship with stress and strain. Next, from the obtained SS curve, the maximum stress that is applied until the green sheet sample breaks is the maximum stress, and the elongation rate of the green sheet sample at the point where the maximum stress is applied is the elongation rate at the maximum stress load. Ask.

上記物性のグリーンシートを製造するためには、上記バインダーとして、数平均分子量が50,000以上200,000以下、ガラス転移温度が−30℃以上10℃以下である(メタ)アクリレート系共重合体を用いることが特に好ましい。また、バインダーとしての当該共重合体の含有量を、固形分換算で、上記電解質シート材料100質量部に対して12質量部以上30質量部以下とすることが好ましい。   In order to produce a green sheet having the above physical properties, a (meth) acrylate copolymer having a number average molecular weight of 50,000 to 200,000 and a glass transition temperature of −30 ° C. to 10 ° C. as the binder. It is particularly preferable to use Moreover, it is preferable that content of the said copolymer as a binder shall be 12 to 30 mass parts with respect to 100 mass parts of said electrolyte sheet material in conversion of solid content.

(3) 表面修飾電解質グリーンシートの製造工程
次に、電解質グリーンシートの片面または両面にスタンパを押圧することにより陥没および/または凸起が形成された表面修飾電解質グリーンシートを得る。
(3) Manufacturing process of surface-modified electrolyte green sheet Next, a surface-modified electrolyte green sheet in which depressions and / or protrusions are formed is obtained by pressing a stamper on one or both surfaces of the electrolyte green sheet.

本工程で用いるスタンパは、電解質グリーンシートの表面に所望の上記陥没および/または凸起を形成するための凸起および/または陥没を表面に有し、電解質シートに押圧することによりその表面に所定の陥没および/凸起を形成することができる。   The stamper used in this step has protrusions and / or depressions on the surface of the electrolyte green sheet to form the desired depressions and / or protrusions, and the surface of the stamper is predetermined by pressing the electrolyte sheet. Depressions and / or protrusions can be formed.

本発明に係るスタンパは、2以上の陥没および/または凸起を有し、上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.8μm以上380μm以下であり、上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが1.1μm以上186μm以下であり、且つ、上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上10μm以下である。   The stamper according to the present invention has two or more depressions and / or protrusions, and the basal plane shape of the depressions and protrusions is a curve having a radius of curvature of 0.1 μm or more. It is a rounded polygon and / or a three-dimensional shape of a hemisphere, a semi-elliptical sphere, or a polyhedron whose cross-sectional shape of a vertex and a ridge is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more, The average equivalent circle diameter of the basal plane of the protrusion is 0.8 μm or more and 380 μm or less, the average depth of the depression and the average height of the protrusion are 1.1 μm or more and 186 μm or less, and the depression and protrusion The surface roughness Ra is 0.01 μm or more and 10 μm or less.

スタンパにおける陥没および凸起の数、スタンパを規定する文言の定義や好適な態様などは、電解質シートに関する上記説明と同様にすることができる。   The number of depressions and protrusions in the stamper, the definition of the wording that defines the stamper, the preferred mode, and the like can be the same as described above for the electrolyte sheet.

スタンパにおける凸起および陥没の基底面の円相当径は、0.8μm以上380μm以下であり、好ましくは8μm以上、より好ましくは25μm以上であり、また、好ましくは320μm以下、より好ましくは240μm以下である。上記円相当径が上記範囲内であれば、基底面形状が所望の平均円相当径を有する陥没または凸起を電解質シートに容易に形成することができる。なお、凸起および陥没は、異なる円相当径を有するものを複数種類有していてもよいが、全ての凸起および陥没の円相当径が同じであることが好ましい。   The equivalent circle diameter of the base surface of the protrusions and depressions in the stamper is 0.8 μm or more and 380 μm or less, preferably 8 μm or more, more preferably 25 μm or more, and preferably 320 μm or less, more preferably 240 μm or less. is there. If the equivalent circle diameter is within the above range, a depression or a protrusion having a basal plane shape having a desired average equivalent circle diameter can be easily formed in the electrolyte sheet. The protrusions and depressions may have a plurality of types having different equivalent circle diameters, but it is preferable that all the protrusions and depressions have the same equivalent circle diameter.

スタンパにおける上記凸起の高さおよび上記陥没の深さは、1.1μm以上が好ましく、より好ましくは4μm以上、さらに好ましくは11μm以上であり、186μm以下が好ましく、より好ましくは150μm以下、さらに好ましくは110μm以下である。上記凸起の高さおよび上記陥没の深さが上記範囲内であれば、電解質シートに所望の深さまたは高さを有する陥没または凸起を容易に形成することができる。なお、凸起または陥没は、異なる高さまたは深さを有するものを複数種類有していてもよいが、全ての凸起または陥没の高さまたは深さが同じであることが好ましい。   The height of the protrusion and the depth of the depression in the stamper is preferably 1.1 μm or more, more preferably 4 μm or more, further preferably 11 μm or more, preferably 186 μm or less, more preferably 150 μm or less, still more preferably Is 110 μm or less. If the height of the protrusion and the depth of the depression are within the above ranges, the depression or protrusion having a desired depth or height can be easily formed in the electrolyte sheet. The protrusions or depressions may have a plurality of types having different heights or depths, but it is preferable that all the protrusions or depressions have the same height or depth.

上記スタンパの陥没および凸起の表面粗さRaは0.01μm以上10μm以下とする。当該Ra値が当該範囲内にあれば、電解質グリーンシートに適度な表面粗さを有する陥没および凸起を形成することができ、ひいては電解質シートの陥没部および凸起部の表面粗さを所定範囲内に調整することが可能になる。当該Ra値としては、0.1μm以上が好ましく、0.3μm以上がより好ましく、また、8μm以下が好ましく、6μm以下がより好ましい。   The surface roughness Ra of the depression and protrusion of the stamper is 0.01 μm or more and 10 μm or less. If the Ra value is within the range, depressions and protrusions having an appropriate surface roughness can be formed on the electrolyte green sheet, and consequently the surface roughness of the depressions and protrusions of the electrolyte sheet is within a predetermined range. Can be adjusted within. The Ra value is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.3 μm or more, more preferably 8 μm or less, and even more preferably 6 μm or less.

また、上記陥没および凸起の最大高さRzは、Raの数値範囲と同様の理由で0.2μm以上25μm以下とすることが好ましい。当該Rz値は0.5μm以上とすることが好ましい。   Further, the maximum height Rz of the depressions and protrusions is preferably 0.2 μm or more and 25 μm or less for the same reason as the numerical value range of Ra. The Rz value is preferably 0.5 μm or more.

なお、スタンパの陥没や凸起の表面粗さは、研磨、テフロン(登録商標)などによるコーティング、エッチング、ブラストなどの表面加工により調整することが可能である。   Note that the surface roughness of the stamper depressions and protrusions can be adjusted by surface processing such as polishing, coating with Teflon (registered trademark), etching, blasting, or the like.

上記スタンパの凸起頂点の間隔、即ち隣接する2つの凸起頂点の間隔、または陥没の最低点の間隔、即ち隣接する2つの陥没の最低点の間隔は、一定であっても不定であってもよいが、一定間隔であることが好ましい。上記間隔は陥没または凸起の平均円相当径を考慮し、各陥没または凸起が重ならないようにすることが好ましい。そのため、上記間隔と陥没または凸起の平均円相当径との差(間隔−平均円相当径)が、0.2μm以上が好ましく、より好ましくは1.0μm以上であり、50μm以下が好ましく、より好ましくは30μm以下である。さらに、凸起または陥没の基底面付近には、径方向外方に向けてテーパーが設けられている方が、離型性に優れるので好ましい。   The distance between the protruding vertices of the stamper, that is, the distance between two adjacent protruding vertices, or the distance between the lowest points of the depressions, that is, the distance between the two adjacent lowest points of the depressions is constant or indefinite. However, it is preferable that the interval is constant. It is preferable that the above intervals take into consideration the average equivalent circle diameter of the depressions or protrusions so that the depressions or protrusions do not overlap. Therefore, the difference between the interval and the average equivalent circle diameter of the depression or protrusion (interval-average equivalent circle diameter) is preferably 0.2 μm or more, more preferably 1.0 μm or more, and preferably 50 μm or less, more Preferably it is 30 micrometers or less. Furthermore, it is preferable that a taper is provided in the vicinity of the basal plane of the protrusion or depression in the radially outward direction because of excellent mold releasability.

スタンパに凸起または陥没を形成する方法としては、金属製材料または樹脂製材料に凸起または陥没を形成することができれば何れの方法であってもよいが、好ましくは光学式情報記録媒体である光ディスクや光磁気ディスクの製造に用いられる微細パターンを転写するスタンパの製法がそのまま応用できる。即ち、光ディスクなどの作製に用いられるフォトリソグラフィーと電鋳技術によって容易に作製できる。スタンパの材質は金属製もしくは樹脂製のものが好ましい。また金属製材料と樹脂製材料との組合せ、もしくは同一材料から構成されていてもよい。また、図2に示すように、スタンパ3は、基板部3Aと、凸起および/または陥没が形成された押圧部3Bとから構成されるものであってもよい。この場合、基板部と押圧部は、異なる材料であってもよいし、同一材料から構成されていてもよい。   As a method for forming the protrusion or depression in the stamper, any method can be used as long as the protrusion or depression can be formed in the metal material or the resin material, but an optical information recording medium is preferable. A stamper manufacturing method for transferring a fine pattern used for manufacturing an optical disk or a magneto-optical disk can be applied as it is. That is, it can be easily produced by photolithography and electroforming technology used for producing an optical disk or the like. The stamper is preferably made of metal or resin. Moreover, you may be comprised from the combination of metal material and resin material, or the same material. Further, as shown in FIG. 2, the stamper 3 may be configured by a substrate portion 3 </ b> A and a pressing portion 3 </ b> B formed with protrusions and / or depressions. In this case, the substrate part and the pressing part may be made of different materials or may be made of the same material.

金属製材料としては、超硬タングステン、ステンレス鋼、ステライト、ニッケル系金属、ニッケル系合金、特殊鋼、超硬合金等の金属材料を挙げることができる。また、樹脂製材料としては、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミドなどのエンジニアリングプラスチックや、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビエーテル共重合体などのフッ素樹脂を挙げることができる。これらの中でも、フォトリソグラフィーと電鋳技術によってスタンパを作製する場合には、ニッケル系金属が好適である。   Examples of the metal material include metal materials such as cemented carbide tungsten, stainless steel, stellite, nickel-based metal, nickel-based alloy, special steel, and cemented carbide. In addition, as resin materials, engineering plastics such as polyacetal, polyamide, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, polyarylate, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyimide, polyetherimide, Fluorine resins such as polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polychlorotrifluoroethylene, and tetrafluoroethylene perfluoroalkyl biether copolymer can be exemplified. Among these, nickel-based metals are suitable when a stamper is manufactured by photolithography and electroforming technology.

上記スタンパを電解質グリーンシートに押圧する方法は、特に限定されず、公知のプレス機に取り付けたスタンパを電解質グリーンシートに押圧すればよい。具体的には、電解質グリーンシートを2枚のスタンパの間に挟み、あるいは、電解質グリーンシートをスタンパの上に載置し、これらをプレス機の下側ステージに載置して、上側ステージから加圧することによって陥没および/または凸起を形成する。ここで、ステージは電解質グリーンシートを30℃以上100℃以下に加温できるような加熱ステージであることが好ましい。この時、電解質グリーンシートに形成される陥没の深さ、円相当径や凸起の高さ、円相当径は、押圧力、押圧時間、押圧温度やグリーンシート温度などにより調節することができる。即ち、押圧力が高いほど、押圧時間が長いほど、押圧温度が高いほど、グリーンシートの陥没および/または凸起を容易に形成することが出来る。   The method for pressing the stamper against the electrolyte green sheet is not particularly limited, and a stamper attached to a known press machine may be pressed against the electrolyte green sheet. Specifically, the electrolyte green sheet is sandwiched between two stampers, or the electrolyte green sheet is placed on the stamper, and these are placed on the lower stage of the press machine and added from the upper stage. The depressions and / or protrusions are formed by pressing. Here, the stage is preferably a heating stage capable of heating the electrolyte green sheet to 30 ° C. or more and 100 ° C. or less. At this time, the depth of the depression formed in the electrolyte green sheet, the equivalent circle diameter, the height of the protrusion, and the equivalent circle diameter can be adjusted by the pressing force, pressing time, pressing temperature, green sheet temperature, and the like. That is, as the pressing force is higher, the pressing time is longer, and the pressing temperature is higher, the depression and / or protrusion of the green sheet can be easily formed.

スタンパを押圧する押圧力は1.96MPa(20kgf/cm2)以上が好ましく、より好ましくは2.94MPa(30kgf/cm2)以上、さらに好ましくは9.81MPa(100kgf/cm2)以上であり、49.0MPa(500kgf/cm2)以下が好ましく、より好ましくは39.2MPa(400kgf/cm2)以下、さらに好ましくは29.4MPa(300kgf/cm2)以下である。スタンパを押圧する際の押圧時間は、0.5秒間以上が好ましく、より好ましくは1秒間以上、さらに好ましくは2秒間以上であり、300秒間以下が好ましく、より好ましくは180秒間以下、さらに好ましくは120秒間である。上記押圧力が1.96MPa以上、押圧時間が0.5秒間以上であれば、電解質グリーンシートに陥没等を十分形成することができる。また、上記押圧力が49.0MPa以下、合計押圧時間が300秒間以下であればエネルギーや時間の無駄が少なく、押圧処理後に陥没および/または凸起が形成された電解質グリーンシートをスタンパから剥離できないという問題が生じ難い。さらに、かかる範囲で押圧処理を行なえば、それぞれ押圧力または押圧時間に応じて得られるグリーンシートの粗度を調節し易くなるという利点もある。なお、凸起を有するスタンパを押圧する際は、図2に示すように、押圧部3Bの凸起のみが電解質グリーンシート4に押圧されるようにすることが好ましい。 The pressing force for pressing the stamper is preferably 1.96 MPa (20 kgf / cm 2 ) or more, more preferably 2.94 MPa (30 kgf / cm 2 ) or more, further preferably 9.81 MPa (100 kgf / cm 2 ) or more, 49.0MPa (500kgf / cm 2) or less, and more preferably 39.2MPa (400kgf / cm 2), more preferably not more than 29.4MPa (300kgf / cm 2). The pressing time when pressing the stamper is preferably 0.5 seconds or more, more preferably 1 second or more, still more preferably 2 seconds or more, preferably 300 seconds or less, more preferably 180 seconds or less, still more preferably 120 seconds. When the pressing force is 1.96 MPa or more and the pressing time is 0.5 seconds or more, the depression or the like can be sufficiently formed in the electrolyte green sheet. Further, if the pressing force is 49.0 MPa or less and the total pressing time is 300 seconds or less, there is little waste of energy and time, and the electrolyte green sheet in which depressions and / or protrusions are formed after the pressing process cannot be peeled from the stamper. It is difficult to cause the problem. Furthermore, if the pressing process is performed in such a range, there is also an advantage that it is easy to adjust the roughness of the green sheet obtained according to the pressing force or pressing time, respectively. In addition, when pressing the stamper which has a protrusion, it is preferable that only the protrusion of the pressing portion 3B is pressed against the electrolyte green sheet 4 as shown in FIG.

また、スタンパを押圧する際の電解質グリーンシート温度が高くなるほどグリーンシートの柔軟性が増し、陥没および/または凸起が型どおりの形状に転写され易くなる。しかし温度制御による粗度の調節は、温度の制御手段が必要となるだけでなく、温度を上げ過ぎるとスタンパがグリーンシートに接着されて、押圧後にグリーンシートからスタンパを剥離し難くなるなど、制御が難しい場合がある。よって、押圧時における電解質シートの温度は20℃以上が好ましく、より好ましくは30℃以上であり、80℃以下が好ましく、より好ましくは60℃以下である。   In addition, the higher the electrolyte green sheet temperature when pressing the stamper is, the more flexible the green sheet is, and the depressions and / or protrusions are more easily transferred to the shape. However, the adjustment of the roughness by temperature control not only requires a temperature control means, but if the temperature is raised too much, the stamper is adhered to the green sheet and it becomes difficult to peel off the stamper from the green sheet after pressing. May be difficult. Therefore, the temperature of the electrolyte sheet during pressing is preferably 20 ° C or higher, more preferably 30 ° C or higher, preferably 80 ° C or lower, more preferably 60 ° C or lower.

電解質グリーンシートをスタンパで挟んだものを、さらにアクリル板、木板、金属板などで挟み、これを積み重ねることによって、多数の電解質グリーンシートを同時に複数押圧処理することもできる。なお、使用するプレス機の種類は特に制限が無く、1軸、2軸、4軸などのプレス機が使用されるが、4軸プレス機がグリーンシートに均一な押圧力がかかりやすく好ましい。   By sandwiching an electrolyte green sheet sandwiched between stampers with an acrylic plate, a wooden plate, a metal plate, etc., and stacking them, a plurality of electrolyte green sheets can be pressed simultaneously. In addition, there is no restriction | limiting in particular in the kind of press machine to be used, Press machines, such as 1 axis | shaft, 2 axes | shafts, 4 axes | shafts, are used, However, A 4 axis press machine is easy to apply a uniform pressing force to a green sheet, and is preferable.

押圧処理後は、スタンパからの電解質グリーンシートの剥離を、好適には3時間以内、より好ましくは1時間以内、さらに好ましくは10分以内に行なう。必要以上に放置すると、剥離できなくなる場合がある。   After the pressing treatment, peeling of the electrolyte green sheet from the stamper is preferably performed within 3 hours, more preferably within 1 hour, and even more preferably within 10 minutes. If left unnecessarily longer, peeling may not be possible.

(4) 焼成工程
次に、上記のようにして得られた陥没および/または凸起が形成された表面修飾電解質グリーンシートを焼成することにより、本発明に係る電解質シートとすることができる。
(4) Firing step Next, the electrolyte sheet according to the present invention can be obtained by firing the surface-modified electrolyte green sheet formed with depressions and / or protrusions obtained as described above.

具体的な焼成の条件は特に制限されず、常法によればよい。例えば、電解質グリーンシートからバインダーや可塑剤などの有機成分を除去するために150℃以上600℃以下、好ましくは250℃以上500℃以下で、5時間以上80時間以下程度処理する。次いで、1000℃以上1600℃以下、好ましくは1200℃以上1500℃以下で、2時間以上10時間以下保持焼成することによって、陥没および/または凸起が形成された電解質シートを得る。   Specific firing conditions are not particularly limited, and may be based on a conventional method. For example, in order to remove organic components such as a binder and a plasticizer from the electrolyte green sheet, the treatment is performed at 150 ° C. to 600 ° C., preferably 250 ° C. to 500 ° C. for about 5 hours to 80 hours. Next, by holding and baking at 1000 ° C. or more and 1600 ° C. or less, preferably 1200 ° C. or more and 1500 ° C. or less for 2 hours or more and 10 hours or less, an electrolyte sheet in which depressions and / or protrusions are formed is obtained.

3.固体酸化物形燃料電池用単セル
次いで、固体酸化物形燃料電池用単セルについて説明する。本発明の固体酸化物形燃料電池用セルは、上記の本発明に係る電解質シートを固体電解質として含むことを特徴とする。
3. Next, a single cell for a solid oxide fuel cell will be described. A cell for a solid oxide fuel cell according to the present invention includes the electrolyte sheet according to the present invention as a solid electrolyte.

本発明の電解質シートは、その表面に所定の大きさや形状を有する陥没および/または凸起が形成されている。従って、本発明の電解質シートを固体酸化物形燃料電池単セルの電解質膜とした場合、電極との接触面積が大きいことから効率的な発電が可能になり、また、電極との密着性が高いことから長期にわたる安定的な発電が可能になる。さらに、クラック発生の起点と成る箇所が少ないことから、シート強度とそのワイブル係数も高まり、電解質シートの信頼性が向上する。   The electrolyte sheet of the present invention has depressions and / or protrusions having a predetermined size and shape on the surface thereof. Therefore, when the electrolyte sheet of the present invention is used as an electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell single cell, since the contact area with the electrode is large, efficient power generation is possible, and adhesion with the electrode is high. Therefore, long-term stable power generation becomes possible. Furthermore, since there are few locations where cracks are generated, the sheet strength and its Weibull coefficient are also increased, and the reliability of the electrolyte sheet is improved.

本発明の固体酸化物形燃料電池用単セルは、電解質シートの一方の面に燃料極を形成し、他方の面に空気極をスクリーン印刷などで形成することで得られる。ここで、燃料極と空気極の形成の順序は特に制限されないが、必要焼成温度の低い電極を先に電解質シート上に製膜して焼成した後、他方の電極を成膜して焼成してもよいし、或いは燃料極、空気極を同時に焼成してもよい。また、電解質シートと空気極との固相反応による高抵抗成分が生成するのを防止するために、電解質シートと空気極との間にバリア層としてのセリア中間層を形成してもよい。この場合は、中間層を形成した面または形成すべき面とは逆の面上に燃料極を形成し、中間層の上に空気極を形成する。ここで、中間層と燃料極の形成の順序は特に制限されず、また、電解質シートの各面にそれぞれ中間層ペーストと燃料極ペーストを塗布乾燥した後に焼結することによって、中間層と燃料極を同時に形成してもよい。   The solid oxide fuel cell unit cell of the present invention can be obtained by forming a fuel electrode on one surface of an electrolyte sheet and forming an air electrode on the other surface by screen printing or the like. Here, the order of formation of the fuel electrode and the air electrode is not particularly limited, but after forming an electrode having a low firing temperature on the electrolyte sheet and firing it, the other electrode is formed and fired. Alternatively, the fuel electrode and the air electrode may be fired simultaneously. In addition, a ceria intermediate layer as a barrier layer may be formed between the electrolyte sheet and the air electrode in order to prevent generation of a high resistance component due to a solid phase reaction between the electrolyte sheet and the air electrode. In this case, the fuel electrode is formed on the surface on which the intermediate layer is formed or the surface opposite to the surface to be formed, and the air electrode is formed on the intermediate layer. Here, the order in which the intermediate layer and the fuel electrode are formed is not particularly limited, and the intermediate layer and the fuel electrode are formed by applying and drying the intermediate layer paste and the fuel electrode paste on each surface of the electrolyte sheet and then sintering. May be formed simultaneously.

燃料極および空気極の材料、さらには中間層材料、また、これらを形成するためのペーストの塗布方法や乾燥条件、焼成条件などは、従来公知の方法に準じて実施できる。   The material for the fuel electrode and the air electrode, further the intermediate layer material, and the paste application method, drying conditions, and firing conditions for forming them can be implemented in accordance with conventionally known methods.

ここで、固体酸化物形燃料電池においては、電解質を透過した酸素は、三相界面(電解質シート/電極/ガス相)にて電極反応を生じる。従って、電解質シートの表面積を増加させ、電極材料との接点を増加させることにより、燃料電池の電力密度を向上させることができる。そのため、固体酸化物形燃料電池用電解質シートに陥没を形成し、当該固体酸化物形燃料電池用電解質シート上に、燃料極および/または空気極を直接形成する場合においては、当該燃料極または空気極を構成する電極粒子のうち、少なくとも1種はその平均粒子径を、上記陥没の平均円相当径の10分の1以下とすることが好ましい。こうすることにより、電解質シートに形成された陥没内に複数の電極粒子が入り込むことができ、電解質シートと電極粒子との接点をより増加させることができる。上記電極粒子の平均粒子径は、上記陥没の平均円相当径の20分の1以下がより好ましく、さらに好ましくは30分の1以下である。   Here, in the solid oxide fuel cell, oxygen that permeates the electrolyte causes an electrode reaction at the three-phase interface (electrolyte sheet / electrode / gas phase). Therefore, the power density of the fuel cell can be improved by increasing the surface area of the electrolyte sheet and increasing the number of contacts with the electrode material. Therefore, when a depression is formed in the electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell and the fuel electrode and / or the air electrode are directly formed on the electrolyte sheet for the solid oxide fuel cell, the fuel electrode or air It is preferable that at least one of the electrode particles constituting the pole has an average particle diameter of 1/10 or less of the average equivalent circle diameter of the depression. By carrying out like this, a some electrode particle can enter in the depression formed in the electrolyte sheet, and the contact of an electrolyte sheet and an electrode particle can be increased more. The average particle diameter of the electrode particles is more preferably 1/20 or less, and still more preferably 1/30 or less of the average equivalent circle diameter of the depression.

電解質シートに燃料極および空気極と中間層が形成された本発明に係る固体酸化物形燃料電池用単セルは、電解質と電極または中間層との接触面積が大きいことから耐久性と発電性能に極めて優れる。よって本発明は、性能に優れた固体酸化物形燃料電池の電解質膜として利用可能な電解質シートを製造できるものとして、燃料電池の実用化に寄与し得るものである。   The solid oxide fuel cell unit cell according to the present invention in which the fuel electrode, the air electrode, and the intermediate layer are formed on the electrolyte sheet has a large contact area between the electrolyte and the electrode or the intermediate layer. Very good. Therefore, the present invention can contribute to the practical use of a fuel cell as an electrolyte sheet that can be used as an electrolyte membrane of a solid oxide fuel cell having excellent performance.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

実施例1
(1) スタンパの製造
音楽用CDなどの作製に用いられるフォトリソグラフィーと電鋳技術によって、スタンパを作製した。具体的には、清浄なガラス基板の上に、光硬化性のフォトレジストを塗布し、予め用意しておいた1cm2当たり約62000個の円のあるフォトマスクでカバーし、露光した。現像後、未硬化のレジストを流し出した後、エッチングしレジストの角を取った。次いで、電鋳により厚さ0.3mmのNiメッキ層を形成し、ガラス基板からそのNi板を剥離し、フォトレジストを除去することにより凸起を有するスタンパNo.1を得た。
Example 1
(1) Production of stamper A stamper was produced by photolithography and electroforming technology used for production of music CDs and the like. Specifically, a photo-curable photoresist was applied on a clean glass substrate, covered with a photomask having about 62,000 circles per cm 2 prepared in advance, and exposed. After development, the uncured resist was poured out, and then etched to remove the corners of the resist. Subsequently, a Ni plating layer having a thickness of 0.3 mm was formed by electroforming, the Ni plate was peeled off from the glass substrate, and the photoresist was removed to remove the photoresist. 1 was obtained.

得られたスタンパNo.1は、押圧部および基板部がNi合金製であり、凸起形状が半球状、凸起高さが15μm、凸起径が30μm、隣接する凸起頂点の間隔が40μmであった。また、凸起の表面粗さRaは1.5μm、Rzは4.8μmであった。また、1cm2当たりの凸起数は約62000個であった。 The obtained stamper No. In No. 1, the pressing portion and the substrate portion were made of Ni alloy, the protruding shape was hemispherical, the protruding height was 15 μm, the protruding diameter was 30 μm, and the interval between adjacent protruding vertices was 40 μm. The surface roughness Ra of the protrusions was 1.5 μm, and Rz was 4.8 μm. The number of protrusions per 1 cm 2 was about 62,000.

(2) 電解質シートの製造
6モル%スカンジウム安定化ジルコニア粉末(第一稀元素社製,商品名「6ScSZ」,比表面積:11m2/g,平均粒子径:0.5μm)(以下、6モル%スカンジウム安定化ジルコニアを「6ScSZ」と記す)100質量部に対して、メタアクリレート系共重合体(数平均分子量:100,000,ガラス転移温度:−8℃,固形分濃度:50質量%)からなるバインダーを固形分換算で17質量部と、可塑剤としてジブチルフタレート3質量部を、トルエン/イソプロパノール(質量比:3/2)の混合溶剤と共にナイロンポットに投入し、60rpmで20時間ミリングして原料スラリーを調製した。このスラリーを減圧脱泡容器へ移し、3.99kPa〜21.3kPa(30Torr〜160Torr)に減圧して濃縮・脱泡し、粘度が2.5Pa・sの塗工用スラリーとした。
(2) Production of electrolyte sheet 6 mol% scandium stabilized zirconia powder (Daiichi Rare Element Co., Ltd., trade name “6ScSZ”, specific surface area: 11 m 2 / g, average particle size: 0.5 μm) (hereinafter, 6 mol) % Scandium-stabilized zirconia is referred to as “6ScSZ” and 100 parts by mass. A methacrylate copolymer (number average molecular weight: 100,000, glass transition temperature: −8 ° C., solid content concentration: 50% by mass). 17 parts by weight of a binder consisting of 3 parts by weight and 3 parts by weight of dibutyl phthalate as a plasticizer are put into a nylon pot together with a mixed solvent of toluene / isopropanol (mass ratio: 3/2) and milled at 60 rpm for 20 hours. A raw material slurry was prepared. This slurry was transferred to a vacuum degassing vessel, and the pressure was reduced to 3.99 kPa to 21.3 kPa (30 Torr to 160 Torr), followed by concentration and defoaming to obtain a coating slurry having a viscosity of 2.5 Pa · s.

得られた塗工用スラリーを塗工装置のスラリーダムに移して、塗工部のドクターブレードによってPETフィルム上に連続的に塗工し、塗工部に続く110℃の乾燥炉に0.15m/分の速度で通過させて溶剤を蒸発させ、乾燥させることにより、厚さ約180μmの長尺6ScSZグリーンテープを成形した。得られたグリーンテープは、23℃における引張試験による13.9MPa(142kgf/cm2)であり、最大応力負荷時の伸び率が34%であった。 The obtained slurry for coating is transferred to a slurry dam of a coating apparatus, and continuously applied onto a PET film by a doctor blade of the coating part, and 0.15 m in a drying furnace at 110 ° C. following the coating part. A long 6ScSZ green tape having a thickness of about 180 μm was formed by allowing the solvent to evaporate by drying at a rate of / min and drying. The obtained green tape was 13.9 MPa (142 kgf / cm 2 ) by a tensile test at 23 ° C., and the elongation at the maximum stress load was 34%.

当該6ScSZグリーンテープを切断して約12cm角グリーンシートとし、これを加熱テーブルの上に載置し、その上にスタンパNo.1を重ねて積層体とした。この積層体を圧縮成形機(神藤金属工業所製,型式「S−37.5」)のプレス部に載置し、押圧温度25℃、押圧力22.5MPa(230kgf/cm2)、押圧時間2秒間の条件で加圧した。スタンパをグリーンシートから剥離して、陥没孔が形成された6ScSZグリーンシートを得た。 The 6ScSZ green tape is cut into an approximately 12 cm square green sheet, which is placed on a heating table. 1 was stacked to form a laminate. This laminate was placed on the press part of a compression molding machine (manufactured by Shinfuji Metal Industry Co., Ltd., model “S-37.5”), pressing temperature 25 ° C., pressing force 22.5 MPa (230 kgf / cm 2 ), pressing time. Pressurization was performed for 2 seconds. The stamper was peeled from the green sheet to obtain a 6ScSZ green sheet in which a recessed hole was formed.

このグリーンシートを1400℃で3時間焼成することにより、10cm角、厚さ160μmで、陥没を有する6ScSZ電解質シートを得た。   The green sheet was fired at 1400 ° C. for 3 hours to obtain a 6ScSZ electrolyte sheet having a depression of 10 cm square and a thickness of 160 μm.

得られた6ScSZ電解質シートの平均円相当径、陥没の平均深さおよび表面粗さRaを測定した。これらの結果を表1に示す。得られた6ScSZ電解質シートの粗さ曲線に認められる陥没内の凹部先端は全て鋭角でなかった。   The obtained 6ScSZ electrolyte sheet was measured for average equivalent-circle diameter, average depth of depression, and surface roughness Ra. These results are shown in Table 1. The tips of the recesses in the depression found in the roughness curve of the obtained 6ScSZ electrolyte sheet were not acute angles.

実施例2
上記実施例1(1)において、フォトマスクの円の大きさを大きくし、当該円の数を1cm2当たり約8000個とした以外は同様にしてスタンパNo.2を作製した。当該スタンパNo.2の凸起の表面粗さRaは3.1μmでRzは14.2μmであった。スタンパNo.1のかわりにNo.2を用いた以外は上記実施例1(2)と同様にして、10cm角、厚さ160μmの6ScSZ電解質シートを得た。得られた6ScSZ電解質シートの粗さ曲線に認められる陥没内の一部の凹部先端は全て鋭角ではなかった。
Example 2
In Example 1 (1) above, the stamper No. was similarly changed except that the size of the circle of the photomask was increased and the number of circles was about 8000 per 1 cm 2 . 2 was produced. The stamper No. The surface roughness Ra of the protrusion 2 was 3.1 μm and Rz was 14.2 μm. Stamper No. No. 1 A 6ScSZ electrolyte sheet having a 10 cm square and a thickness of 160 μm was obtained in the same manner as in Example 1 (2) except that 2 was used. All the tips of the recesses in the depressions found in the roughness curve of the obtained 6ScSZ electrolyte sheet were not acute angles.

比較例1
上記スタンパNo.1の凸起部をブラスト加工により粗化してRaを11.6μm、Rzを25.8μmの表面粗さに調整することにより、スタンパNo.3を得た。スタンパNo.1のかわりにNo.3を用いた以外は上記実施例1(2)と同様にして、10cm角、厚さ160μmの6ScSZ電解質シートを得た。得られた6ScSZ電解質シートの粗さ曲線に認められる陥没内の一部の凹部先端は鋭角になっていた。
Comparative Example 1
The above stamper No. 1 is roughened by blasting to adjust the surface roughness of Ra to 11.6 μm and Rz to 25.8 μm. 3 was obtained. Stamper No. No. 1 A 6ScSZ electrolyte sheet having a 10 cm square and a thickness of 160 μm was obtained in the same manner as in Example 1 (2) except that 3 was used. The tip of some of the recesses in the depression found in the roughness curve of the obtained 6ScSZ electrolyte sheet had an acute angle.

以上の結果を表1にまとめる。   The results are summarized in Table 1.

表1に示す結果のとおり、スタンパの凸起部のRaが過剰に大きい場合(比較例1)には、おそらくは離型性の問題から、電解質シートのRaが4.9μmと大きくなり、一部の陥没の頂点部形状が角丸多角形にならなかった。一方、スタンパの凸起部のRaが適度であり、陥没部のRaが0.01μm以上3μm以下の範囲内にある電解質シート(実施例1,2)では、陥没部の頂点部形状の曲率半径は0.1μm以上となった。このように、電解質シートの陥没の表面粗さRaが電解質シートの製造効率に大きく係ることが判明した。   As shown in Table 1, when the Ra of the protruding portion of the stamper is excessively large (Comparative Example 1), the Ra of the electrolyte sheet becomes as large as 4.9 μm, possibly due to the problem of releasability. The shape of the top of the depression did not become a rounded polygon. On the other hand, in the electrolyte sheet (Examples 1 and 2) in which Ra of the projecting portion of the stamper is moderate and Ra of the depressed portion is in the range of 0.01 μm to 3 μm, the radius of curvature of the apex shape of the depressed portion Was 0.1 μm or more. As described above, it has been found that the surface roughness Ra of the depression of the electrolyte sheet greatly affects the production efficiency of the electrolyte sheet.

1:電解質シート, 1A:電解質シート周端, 2:陥没, 3:スタンパ, 3A:基底部, 3B:押圧部, 4:電解質グリーンシート   1: electrolyte sheet, 1A: electrolyte sheet peripheral edge, 2: depression, 3: stamper, 3A: base part, 3B: pressing part, 4: electrolyte green sheet

Claims (8)

少なくとも片面に2以上の陥没および/または凸起を有し、
上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、
上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.5μm以上250μm以下であり、
上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが0.3μm以上50μm以下であり、
上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上3μm以下であり、且つ、
平均厚さが30μm以上400μm以下であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用電解質シート。
Having at least two depressions and / or protrusions on at least one side;
The basal plane shape of the depressions and protrusions is a circle, an ellipse, or a rounded polygon in which the shape of the apex is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more, and / or the three-dimensional shape thereof is a hemisphere , A semi-elliptical sphere, or a polyhedron whose cross-sectional shape of the apex and ridge is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more,
The average equivalent circle diameter of the basal plane of the depression and protrusion is 0.5 μm or more and 250 μm or less,
The average depth of the depression and the average height of the protrusions are 0.3 μm or more and 50 μm or less,
The surface roughness Ra of the depressions and protrusions is 0.01 μm or more and 3 μm or less, and
An electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell, having an average thickness of 30 μm to 400 μm.
上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上500,000個/cm2以下有する請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シート。 2. The electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the depressions and / or protrusions are 500 / cm 2 or more and 500,000 / cm 2 or less. 少なくとも片面が、上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上50,000個/cm2未満有する領域と、50,000個/cm2以上500,000個/cm2以下有する領域とを有する請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シート。 At least one surface has a region having the above depression and / or protrusion of 500 / cm 2 or more and less than 50,000 / cm 2 and a region having 50,000 / cm 2 or more and 500,000 / cm 2 or less. The electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell according to claim 1. 請求項1〜3のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シートを含むことを特徴とする固体酸化物形燃料電池用単セル。   A single cell for a solid oxide fuel cell, comprising the electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell according to claim 1. 電解質グリーンシートに陥没および/または凸起を形成するためのスタンパであって、
2以上の陥没および/または凸起を有し、
上記陥没および凸起の基底面形状が、円形、楕円形、または頂点部の形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である角丸多角形であり、および/または、その立体形状が、半球形、半楕円球形、または頂点および稜の断面形状が曲率半径0.1μm以上の曲線である多面体であり、
上記陥没および凸起の基底面の平均円相当径が0.8μm以上380μm以下であり、
上記陥没の平均深さおよび上記凸起の平均高さが1.1μm以上186μm以下であり、且つ、
上記陥没および凸起の表面粗さRaが0.01μm以上10μm以下であることを特徴とするスタンパ。
A stamper for forming depressions and / or protrusions in the electrolyte green sheet,
Have two or more depressions and / or protrusions,
The basal plane shape of the depressions and protrusions is a circle, an ellipse, or a rounded polygon in which the shape of the apex is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more, and / or the three-dimensional shape thereof is a hemisphere , A semi-elliptical sphere, or a polyhedron whose cross-sectional shape of the apex and ridge is a curve having a curvature radius of 0.1 μm or more,
The average equivalent circle diameter of the basal plane of the depressions and protrusions is 0.8 μm or more and 380 μm or less,
The average depth of the depression and the average height of the protrusions are 1.1 μm or more and 186 μm or less, and
A stamper having a surface roughness Ra of the depressions and protrusions of 0.01 μm or more and 10 μm or less.
上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上500,000個/cm2以下有する請求項5に記載のスタンパ。 6. The stamper according to claim 5, wherein the depressions and / or protrusions are 500 pieces / cm 2 or more and 500,000 pieces / cm 2 or less. 上記陥没および/または凸起を500個/cm2以上50,000個/cm2未満有する領域と、50,000個/cm2以上500,000個/cm2以下有する領域とを有する請求項5に記載のスタンパ。 6. A region having the depression and / or protrusion of 500 / cm 2 or more and less than 50,000 / cm 2 and a region having 50,000 / cm 2 or more and 500,000 / cm 2 or less. The stamper described in 1. 固体酸化物形燃料電池用電解質シートを製造するための方法であって、
電解質グリーンシートの片面または両面に請求項5〜7のいずれかに記載のスタンパを押圧することにより陥没および/または凸起が形成された表面修飾電解質グリーンシートを得る工程、および、
上記表面修飾電解質グリーンシートを焼成する工程を含むことを特徴とする方法。
A method for producing an electrolyte sheet for a solid oxide fuel cell, comprising:
A step of obtaining a surface-modified electrolyte green sheet in which depressions and / or protrusions are formed by pressing the stamper according to any one of claims 5 to 7 on one side or both sides of the electrolyte green sheet; and
A method comprising firing the surface-modified electrolyte green sheet.
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