JPH06223847A - Cell for solid electrolyte type fuel cell battery and its manufacture - Google Patents

Cell for solid electrolyte type fuel cell battery and its manufacture

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JPH06223847A
JPH06223847A JP5013667A JP1366793A JPH06223847A JP H06223847 A JPH06223847 A JP H06223847A JP 5013667 A JP5013667 A JP 5013667A JP 1366793 A JP1366793 A JP 1366793A JP H06223847 A JPH06223847 A JP H06223847A
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solid electrolyte
layer
electrolyte plate
forming
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壮 小林
Misa Saitou
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Abstract

PURPOSE:To provide a cell for a solid electrolyte type fuel cell battery which is easy to handle and easy to seal between a fuel passage and an air passage even in case of the thin film formation of electrolyte plates so as to lower the inside resistance of the electrolyte plates, and its manufacture. CONSTITUTION:A cell for a solid electrolyte fuel cell battery is such that solid electrolyte plates 12 made of stabilized zirconia and formed in a fine structure are integrated via a reinforcing ceramic 14. The reinforcing ceramic 14 is a slanted ceramic that ceramic layers 14a-14i with different thermal properties are laminated so that it may be formed in a slanted structure by changing thermal properties such as thermal expansion in sequence. The thermal properties of the ceramic layers 14a-14i having in contact with the solid electrolyte plates 12 are approximated to those of the solid electrolyte plates and at least one of the ceramic layers 14a-14i is a porous layer through which air or fuel fluid used for time fuel cell battery is permeable.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は固体電解質型燃料電池用
セル及びその製造方法に関し、更に詳細にはイオン伝導
性セラミックから成り且つ緻密構造に形成された固体電
解質板の複数枚の各々が補強セラミック体を介して一体
化された固体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cell for a solid oxide fuel cell and a method for producing the same, and more specifically, a plurality of solid electrolyte plates each made of an ion conductive ceramic and formed in a dense structure are reinforced. The present invention relates to a cell for a solid oxide fuel cell integrated via a ceramic body and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体電解質型燃料電池は、火力発電等の
発電効率に比較して、高効率の発電効率が期待できるた
め、現在、多くの研究がなされている。かかる固体電解
質型燃料電池に使用される固体電解質板としては、イッ
トリア等の安定化剤が添加されて焼成された安定化ジル
コニア焼成体から成る固体電解質板が使用されている。
この様な固体電解質板が使用された固体電解質型燃料電
池は、電池内部の内部抵抗を小さくし、単位容量当たり
の電極面積を稼ぐため、図4に示す様に、平板を積層し
た平板型が好適である。図4に示す固体電解質型燃料電
池は、安定化ジルコニア焼成体から成る固体電解質板1
04、固体電解質板104を挟んで配される空気極10
2、及び燃料極106が単一セル110を構成する。ま
た、単一セル110間には、燃料又は空気の流路となる
凹溝の複数本が刻設されたバイポーラ板108が配設さ
れている。尚、燃料流路と空気流路とは、単一セル11
0を挟み互いに直交する方向に流れるように、前記凹溝
が刻設されている。
2. Description of the Related Art Solid electrolyte fuel cells are expected to have higher power generation efficiency as compared with power generation efficiency of thermal power generation, and therefore, many studies are currently being conducted. As a solid electrolyte plate used in such a solid oxide fuel cell, a solid electrolyte plate made of a stabilized zirconia fired body to which a stabilizer such as yttria is added and fired is used.
A solid oxide fuel cell using such a solid electrolyte plate has a flat plate type in which flat plates are stacked as shown in FIG. 4 in order to reduce the internal resistance of the inside of the cell and increase the electrode area per unit capacity. It is suitable. The solid oxide fuel cell shown in FIG. 4 has a solid electrolyte plate 1 made of a stabilized zirconia sintered body.
04, air electrode 10 arranged with the solid electrolyte plate 104 sandwiched therebetween
2 and the fuel electrode 106 form a single cell 110. Further, between the single cells 110, a bipolar plate 108 in which a plurality of concave grooves serving as fuel or air passages are engraved is arranged. The fuel channel and the air channel are the single cell 11
The grooves are engraved so that they flow in directions orthogonal to each other with 0 interposed therebetween.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図4に示す平板型の固
体電解質型燃料電池によれば、単位容量当たりの出力密
度が高く且つ大型化が可能である。しかしながら、図4
に示す平板型の固体電解質型燃料電池の実用化は遅れて
いる。その理由は、図4に示す平板型の固体電解質型燃
料電池において、安定化ジルコニア焼成体から成る固体
電解質板104の内部抵抗を低下させるべく、固体電解
質板104を薄膜化すると共に、固体電解質型燃料電池
を約1000℃の高温で運転する必要があるため、燃料
流路と空気流路とを固体電解質板104を介して充分な
シールを行うことが極めて困難なことにある。しかも、
固体電解質板104を薄膜化すると、単一セル110の
機械的強度等が低下するため、その取扱が困難になると
共に、益々、燃料流路と空気流路とのシールが困難にな
る。そこで、本発明の目的は、固体電解質板の内部抵抗
を低下させるべく、固体電解質板を薄膜化しても、取扱
が容易で且つ燃料流路と空気流路とのシールが容易な固
体電解質型燃料電池用セル及びその製造方法を提供する
ことにある。
According to the flat plate type solid oxide fuel cell shown in FIG. 4, the output density per unit capacity is high and the size can be increased. However, FIG.
Practical application of the flat-plate type solid oxide fuel cell shown in FIG. The reason is that in the flat-plate type solid oxide fuel cell shown in FIG. 4, the solid electrolyte plate 104 is thinned in order to reduce the internal resistance of the solid electrolyte plate 104 made of the stabilized zirconia sintered body, and Since it is necessary to operate the fuel cell at a high temperature of about 1000 ° C., it is extremely difficult to sufficiently seal the fuel passage and the air passage through the solid electrolyte plate 104. Moreover,
If the solid electrolyte plate 104 is made thin, the mechanical strength of the single cell 110 is reduced, and it becomes difficult to handle the single cell 110 and it becomes more difficult to seal the fuel flow path and the air flow path. Therefore, an object of the present invention is to reduce the internal resistance of the solid electrolyte plate, and even if the solid electrolyte plate is thinned, the solid electrolyte fuel is easy to handle and the fuel flow path and the air flow path are easily sealed. It is to provide a battery cell and a manufacturing method thereof.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記目的
を達成すべく検討した結果、互いに熱特性を異にするセ
ラミック層の複数層が積層され、且つ前記セラミック層
の少なくとも一層を燃料電池に使用される空気又は燃料
等の流体が通過可能なポーラス層である傾斜セラミック
体を、固体電解質板の両面に補強材として一体化した固
体電解質型燃料電池用セルを使用することによって、固
体電解質板の補強ができ、且つ燃料流路と空気流路とを
容易にシールできることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は、イオン伝導性セラミックから成り且つ
緻密構造に形成された固体電解質板の複数枚の各々が補
強セラミック体を介して一体化された固体電解質型燃料
電池用セルであって、該補強セラミック体が、熱膨張率
等の熱特性が順次変化し傾斜構造を形成するように、互
いに熱特性を異にするセラミック層の複数層が積層され
たセラミック体であり、前記固体電解質板に接するセラ
ミック層の熱特性が固体電解質板に近似すると共に、前
記セラミック層の少なくとも一層が燃料電池に使用され
る空気又は燃料等の流体が透過可能なポーラス層である
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池用セルにある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION As a result of studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have found that a plurality of ceramic layers having different thermal characteristics are laminated, and at least one of the ceramic layers is made of a fuel. A slanted ceramic body, which is a porous layer through which a fluid such as air or fuel used in a battery can pass, is used as a solid electrolyte by integrating cells on both sides of a solid electrolyte plate as a reinforcing material. The present inventors have found that the electrolyte plate can be reinforced and the fuel flow path and the air flow path can be easily sealed, and have reached the present invention.
That is, the present invention is a cell for a solid oxide fuel cell in which each of a plurality of solid electrolyte plates made of an ion conductive ceramic and formed in a dense structure is integrated via a reinforcing ceramic body, The reinforced ceramic body is a ceramic body in which a plurality of ceramic layers having different thermal characteristics are laminated so that thermal characteristics such as a thermal expansion coefficient are sequentially changed to form an inclined structure. A solid electrolyte type in which the thermal characteristics of the ceramic layers in contact are similar to those of a solid electrolyte plate, and at least one of the ceramic layers is a porous layer through which a fluid such as air or fuel used in a fuel cell can pass. It is in a fuel cell.

【0005】また、本発明は、イオン伝導性セラミック
から成る固体電解質板を形成する固体電解質板形成用グ
リーンシートの複数枚の各々を、補強セラミック体を形
成する複数枚の補強セラミック体グリーンシートを介し
て積層し焼成することによって、固体電解質型燃料電池
用セルを製造する際に、該補強セラミック体の略中央に
位置し最もポーラス構造のセラミック層である中央層か
ら固体電解質板に接触するセラミック層に至る間の組成
が順次変化する傾斜構造を形成可能とすべく、前記固体
電解質板形成用グリーンシートのセラミック成分と、前
記中央層を形成する中央層形成用グリーンシートのセラ
ミック成分とを混合して互いに組成を異にする複数枚の
傾斜用グリーンシートを形成した後、前記電解質板形成
用グリーンシートと中央層形成用グリーンシートとの間
に、前記傾斜構造が形成されるように、複数枚の傾斜用
グリーンシートを順次積層して積層体を形成し、次い
で、前記積層体を固体電解質板形成用グリーンシートの
緻密化温度以上で且つ中央層形成用グリーンシートの緻
密化温度以下で焼成することを特徴とする固体電解質型
燃料電池用セルの製造方法にある。
Further, according to the present invention, each of a plurality of solid electrolyte plate forming green sheets forming a solid electrolyte plate made of an ion conductive ceramic is replaced with a plurality of reinforcing ceramic green sheets forming a reinforcing ceramic body. When a cell for a solid oxide fuel cell is manufactured by stacking and firing through the ceramics, a ceramic which is located substantially in the center of the reinforcing ceramic body and which contacts the solid electrolyte plate from the central layer which is the most porous ceramic layer. The ceramic component of the solid electrolyte plate forming green sheet and the ceramic component of the central layer forming green sheet forming the central layer are mixed so as to form a graded structure in which the composition between layers gradually changes. And forming a plurality of inclined green sheets having different compositions from each other, and then forming the electrolyte plate green sheet. A plurality of inclined green sheets are sequentially laminated to form a laminated body so that the inclined structure is formed between the central layer forming green sheet and the central layer forming green sheet, and then the laminated body is formed to form a solid electrolyte plate. There is provided a method for producing a cell for a solid oxide fuel cell, which comprises firing at a densification temperature of a green sheet or higher and a densification temperature of a green sheet for forming a central layer or lower.

【0006】かかる本発明において、補強セラミック体
が、各セラミック層のポーラス程度が順次変化する傾斜
構造であって、前記補強セラミック体の略中央に位置す
る中央層が最もポーラスな構造であると共に、固体電解
質板に接するセラミック層が固体電解質板に近似した緻
密構造であり、且つ前記中央層のセラミック層に接する
セラミック層が中央層に近似したポーラス構造であるこ
とが、燃料又は空気をセラミック層中を容易に透過させ
ることができる。また、補強セラミック体が、固体電解
質板を形成するセラミック成分と最もポーラスな構造で
ある中央層を形成するセラミック成分とが混合されて形
成されたセラミック層の複数層から成り、固体電解質板
に接するセラミック層の組成が固体電解質板組成に近似
し、前記中央層に接するセラミック層の組成が中央層の
セラミック層組成に近似すること、或いは固体電解質板
がイットリア等の安定化剤を添加して得られた安定化ジ
ルコニア焼成体であり、最もポーラス構造である中央層
がアルミナ焼成体であることが、容易に固体電解質型燃
料電池用セルを製造することができる。
In the present invention, the reinforcing ceramic body has an inclined structure in which the degree of porosity of each ceramic layer sequentially changes, and the central layer located substantially in the center of the reinforcing ceramic body has the most porous structure. The ceramic layer in contact with the solid electrolyte plate has a dense structure similar to that of the solid electrolyte plate, and the ceramic layer in contact with the ceramic layer of the central layer has a porous structure similar to that of the central layer, and fuel or air is contained in the ceramic layer. Can be easily transmitted. In addition, the reinforcing ceramic body is composed of a plurality of ceramic layers formed by mixing the ceramic component forming the solid electrolyte plate and the ceramic component forming the central layer having the most porous structure, and is in contact with the solid electrolyte plate. The composition of the ceramic layer is close to the composition of the solid electrolyte plate, the composition of the ceramic layer in contact with the central layer is similar to the composition of the ceramic layer of the central layer, or the solid electrolyte plate is obtained by adding a stabilizer such as yttria. It is possible to easily manufacture a cell for a solid oxide fuel cell by using the stabilized zirconia fired body thus obtained, and the central layer having the most porous structure being the alumina fired body.

【0007】[0007]

【作用】本発明によれば、固体電解質板は補強セラミッ
ク体によって補強されているため、固体電解質板を薄膜
化しても、セル自体の機械的強度を低下させることがな
い。更に、この補強セラミック体は、熱膨張率等の熱特
性が順次変化し傾斜構造を形成するセラミック体である
ため、固体電解質板と補強セラミック体とが熱によって
剥離することもない。また、燃料又は空気は、固体電解
質板間に設けられたポーラスなセラミック層中を透過す
ることができる。このため、燃料又は空気の供給は、セ
ルの側端面に露出する補強セラミック体の露出側端面に
供給することによって行うことができ、図4に示す従来
の平板型の固体電解質型燃料電池の如く、固体電解質板
の全面に亘って凹溝を形成することを要せず、セルと燃
料流路及び空気流路との充分なシールを容易に行うこと
ができる。
According to the present invention, since the solid electrolyte plate is reinforced by the reinforcing ceramic body, even if the solid electrolyte plate is made thin, the mechanical strength of the cell itself is not lowered. Furthermore, since this reinforcing ceramic body is a ceramic body in which thermal characteristics such as the coefficient of thermal expansion sequentially change to form an inclined structure, the solid electrolyte plate and the reinforcing ceramic body do not separate due to heat. Further, the fuel or air can permeate through the porous ceramic layer provided between the solid electrolyte plates. Therefore, the fuel or air can be supplied by supplying it to the exposed side end surface of the reinforcing ceramic body exposed to the side end surface of the cell, and as in the conventional flat plate type solid oxide fuel cell shown in FIG. In addition, it is not necessary to form the concave groove over the entire surface of the solid electrolyte plate, and it is possible to easily perform sufficient sealing between the cell and the fuel flow path and the air flow path.

【0008】[0008]

【実施例】本発明を実施例によって更に詳細に説明す
る。図1は、本発明の一実施例に係る固体電解質型燃料
電池用セル(以下、セルと称することがある)10の斜
視図である。このセル10は、安定化剤としてイットリ
ア(Y2O3)が添加された安定化ジルコニア焼成体から成
る矩形の固体電解質板12、12の表面と裏面との各面
に、補強セラミック体14、14、14が一体に設けら
れている。かかる補強セラミック体14は、図2に示す
様に、複数層のセラミック層14a〜14iよって形成
されている。このセラミック層14a〜14iは、アル
ミナ成分と安定化ジルコニア成分とが混合されて形成さ
れており、順次熱特性及ポーラス程度を異にするセラミ
ック層である。本実施例において、セラミック層14a
とセラミック層14i、セラミック層14bとセラミッ
ク層14h、セラミック層14cとセラミック層14
g、及びセラミック層14dとセラミック層14fと
は、熱特性及びポーラス程度は実質的に等しい。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail by way of examples. FIG. 1 is a perspective view of a cell for a solid oxide fuel cell (hereinafter, may be referred to as a cell) 10 according to an embodiment of the present invention. The cell 10 comprises a rectangular solid electrolyte plate 12 made of a stabilized zirconia fired body to which yttria (Y 2 O 3 ) is added as a stabilizer, and a reinforcing ceramic body 14, on each of the front and back surfaces. 14, 14 are integrally provided. The reinforcing ceramic body 14 is formed by a plurality of ceramic layers 14a to 14i as shown in FIG. The ceramic layers 14a to 14i are formed by mixing an alumina component and a stabilized zirconia component, and are ceramic layers that sequentially differ in thermal characteristics and porous degree. In this embodiment, the ceramic layer 14a
And ceramic layer 14i, ceramic layer 14b and ceramic layer 14h, ceramic layer 14c and ceramic layer 14
g, and the ceramic layer 14d and the ceramic layer 14f have substantially the same thermal characteristics and porous degree.

【0009】従って、補強セラミック体14を形成する
セラミック層のポラース程度は、下記に示す順位とな
る。 12<14a<14b<14c<14d<14e>14f>14g>14h>14i>12 尚、12は固体電解質板であり、14a〜14iは各セ
ラミック層を示す。ここで、固体電解質板12、12に
接するセラミック層14a、14iが、セラミック層1
4a〜14iのうち、アルミナ成分量が最も低い(安定
化ジルコニア成分量が最も高い)セラミック層であり、
その熱特性及び緻密性(ポーラス程度)は固体電解質板
12、12に近似している。更に、本実施例の補強セラ
ミック体14は、最もポーラス程度の高いセラミック層
14eを含む複数層が燃料又は空気を透過させることが
できる。
Therefore, the degree of porosity of the ceramic layers forming the reinforcing ceramic body 14 is in the following order. 12 <14a <14b <14c <14d <14e>14f>14g>14h>14i> 12 Incidentally, 12 is a solid electrolyte plate, and 14a to 14i are ceramic layers. Here, the ceramic layers 14a and 14i contacting the solid electrolyte plates 12 and 12 are the ceramic layers 1
Among 4a to 14i, the ceramic layer has the lowest amount of alumina component (the highest amount of stabilized zirconia component),
The thermal characteristics and the denseness (the degree of porosity) are similar to those of the solid electrolyte plates 12, 12. Further, in the reinforcing ceramic body 14 of the present embodiment, a plurality of layers including the ceramic layer 14e having the highest degree of porosity can allow fuel or air to permeate.

【0010】また、補強セラミック体14の略中央部に
位置するセラミック層14eは、セラミック層14a〜
14iのうち、アルミナ成分量が最も多い(安定化ジル
コニア成分が最も少ない)セラミック層である。本実施
例において、このセラミック層14eに接するセラミッ
ク層14d、14fは、安定化ジルコニア成分量がセラ
ミック層14eよりも若干多く含有されているが、セラ
ミック層14eに組成が近似しており、熱特性及びポー
ラス程度(緻密性)もセラミック層14eに近似してい
る。
Further, the ceramic layer 14e located substantially in the central portion of the reinforcing ceramic body 14 includes ceramic layers 14a to 14a.
14i is the ceramic layer having the largest amount of alumina component (the smallest amount of stabilized zirconia component). In the present embodiment, the ceramic layers 14d and 14f that are in contact with the ceramic layer 14e contain a slightly larger amount of the stabilized zirconia component than the ceramic layer 14e, but the composition is similar to that of the ceramic layer 14e and the thermal characteristics Also, the degree of porousness (denseness) is similar to that of the ceramic layer 14e.

【0011】この様な構成の補強セラミック体14と固
体電解質板12、12とが一体化された、図1に示す矩
形状のセル10において、補強セラミック体14の側端
面のうち、互いに平行である一対の側端面には、気密性
に優れる白金薄膜による気密層16、16が形成されて
いる。尚、この気密層16、16には、チタン酸バリウ
ム(BaTiO3)等のペロブスカイト型酸化物の薄膜を用いて
もよい。かかる気密層16、16の形成によって、空気
流A又は燃料流Bが補強セラミック体14の本体が露出
している露出側端面の一方から他方の露出側端面の方向
に透過することができる。この空気流A及び燃料流Bが
固体電解質板12を挟んで互いに直交する方向に透過す
るように、側端面に気密層16、16を形成した補強セ
ラミック体14、14を固体電解質板12を介して積層
する。
In the rectangular cell 10 shown in FIG. 1 in which the reinforcing ceramic body 14 and the solid electrolyte plates 12 and 12 having such a structure are integrated, the side surfaces of the reinforcing ceramic body 14 are parallel to each other. Airtight layers 16, 16 made of a platinum thin film having excellent airtightness are formed on a pair of side end faces. The airtight layers 16 and 16 may be thin films of perovskite type oxide such as barium titanate (BaTiO 3 ). By forming the airtight layers 16 and 16, the air flow A or the fuel flow B can be transmitted from one of the exposed end surfaces where the main body of the reinforcing ceramic body 14 is exposed to the other exposed end surface. Reinforcing ceramic bodies 14 and 14 having airtight layers 16 and 16 formed on the side end faces thereof so that the air flow A and the fuel flow B are permeated in directions orthogonal to each other with the solid electrolyte plate 12 interposed therebetween. And stack.

【0012】図1に示す矩形状のセル10は、図3に示
す様に、燃料電池用基体24中に挿入することによっ
て、固体電解質型燃料電池を形成することができる。図
3において、燃料電池用基体24、24の内壁面には、
空気供給溝20及び燃料供給溝22が直交する方向に形
成されており、空気供給溝20の各々は図1に示す空気
流Aが吹き込まれる露出側端面に面し、且つ燃料供給溝
22の各々は図1に示す燃料流Bが吹き込まれる露出側
端面に面している。この様に本実施例においては、セル
10と空気供給溝20及び燃料供給溝22とはセル10
の側端面に接触しているものである。このため、図4に
示す従来のセル100の如く、薄い単一セル110の略
全面に亘って空気供給溝又は燃料供給溝が接触している
場合に比較して、セル10と空気供給溝20及び燃料供
給溝22とのシールが容易である。尚、図3の一点鎖線
から右側の断面と左側の断面とは90°異なる向きの断
面である。
By inserting the rectangular cell 10 shown in FIG. 1 into the fuel cell substrate 24, as shown in FIG. 3, a solid oxide fuel cell can be formed. In FIG. 3, on the inner wall surfaces of the fuel cell substrates 24, 24,
The air supply groove 20 and the fuel supply groove 22 are formed in a direction orthogonal to each other, and each of the air supply grooves 20 faces the exposed end surface into which the air flow A shown in FIG. 1 is blown, and each of the fuel supply grooves 22. Faces the exposed end surface into which the fuel flow B shown in FIG. 1 is blown. Thus, in this embodiment, the cell 10, the air supply groove 20 and the fuel supply groove 22 are the same as the cell 10
Is in contact with the side end surface of. Therefore, as compared to the case where the air supply groove or the fuel supply groove is in contact with the thin single cell 110 over substantially the entire surface like the conventional cell 100 shown in FIG. Also, the seal with the fuel supply groove 22 is easy. The cross section on the right side and the cross section on the left side of the alternate long and short dash line in FIG.

【0013】本実施例のセル10は、安定化剤としての
イットリアが添加されたジルコニアから成る固体電解質
板12を形成する固体電解質板形成用グリーンシートの
複数枚の各々を、補強セラミック体14を形成する複数
層の補強セラミック体グリーンシートを介して積層し焼
成することによって、製造することができる。本実施例
では、電解質板形成用グリーンシートを厚さが0.05
mm以下で且つ一辺が500mm以下の矩形状とし、補
強セラミック体グリーンシートを厚さが0.2mm以下
で且つ一辺が500mm以下の矩形状とした。この補強
セラミック体グリーンシートにおいては、補強セラミッ
ク体14の略中央に位置し最もポーラス構造のアルミナ
セラミック層14eから固体電解質板12に接触するセ
ラミック層14a、14iに至る間の組成が順次変化す
る傾斜構造を形成するように、電解質板形成用グリーン
シートのジルコニア(イットリア含有)成分と、セラミ
ック層14eを形成する中央層形成用グリーンシートの
アルミナ成分とを混合して互いに組成を異にする複数枚
の傾斜用グリーンシートを形成する。本実施例において
は、中央層形成用グリーンシートを形成するアルミナ中
には、触媒用の白金(Pt)を配合したため、その他の傾斜
用グリーンシート中にもアルミナ成分の配合比率で白金
(Pt)も含有されている。尚、中央層形成用グリーンシー
ト等に配合される触媒としては、白金(Pt)の他に銀(Ag)
も使用することができる。
In the cell 10 of this embodiment, each of a plurality of green sheets for forming a solid electrolyte plate forming a solid electrolyte plate 12 made of zirconia added with yttria as a stabilizer is provided with a reinforcing ceramic body 14. It can be manufactured by laminating and firing a plurality of reinforcing ceramic green sheets to be formed. In this embodiment, the green sheet for forming the electrolyte plate has a thickness of 0.05
The reinforcing ceramic body green sheet has a rectangular shape with a thickness of 0.2 mm or less and a side of 500 mm or less. In this reinforced ceramic body green sheet, the gradient in which the composition between the alumina ceramic layer 14e having the most porous structure and located at substantially the center of the reinforced ceramic body 14 to the ceramic layers 14a and 14i in contact with the solid electrolyte plate 12 is gradually changed. A plurality of sheets having different compositions by mixing the zirconia (containing yttria) component of the electrolyte sheet forming green sheet and the alumina component of the central layer forming green sheet forming the ceramic layer 14e so as to form a structure. Forming a green sheet for tilting. In this example, since platinum (Pt) for the catalyst was blended in the alumina forming the green sheet for forming the central layer, platinum in the blending ratio of the alumina component was also used in the other tilting green sheets.
It also contains (Pt). Incidentally, as a catalyst to be mixed in the green sheet for forming the central layer, in addition to platinum (Pt), silver (Ag)
Can also be used.

【0014】次いで、前記電解質板形成用グリーンシー
トと中央層形成用グリーンシートとの間に、前記傾斜構
造が形成されるように、複数枚の傾斜用グリーンシート
を順次積層して積層体を形成する。得られた積層体は、
厚さが5〜50cmの一辺が50cmのサイコロ状のも
のである。その後、この積層体を電解質板形成用グリー
ンシートの緻密化温度以上で且つ中央層形成用グリーン
シートの緻密化温度以下で焼成する。本実施例では、電
解質板形成用グリーンシートがジルコニア成分のみから
成り、中央層形成用グリーンシートがアルミナ成分のみ
から成るため、焼成温度を1300〜1600℃とし
た。得られたサイコロ状の焼成体を構成する補強セラミ
ック体14の側端面を形成し且つ互いに平行な一対の側
端面に白金(Pt)ペーストを塗布し気密層16、16を形
成する。この気密層16、16は、固体電解質板12を
介して隣接する補強セラミック体14の気密層16、1
6と90°異なる側端面に形成される。
Then, a plurality of tilting green sheets are sequentially laminated so as to form the tilted structure between the electrolyte plate forming green sheet and the central layer forming green sheet to form a laminate. To do. The obtained laminate is
It is a dice having a thickness of 5 to 50 cm and a side of 50 cm. Then, the laminate is fired at a temperature equal to or higher than the densification temperature of the electrolyte sheet forming green sheet and equal to or lower than the densification temperature of the central layer forming green sheet. In this example, the electrolyte sheet forming green sheet was composed of only the zirconia component, and the central layer forming green sheet was composed of only the alumina component. Therefore, the firing temperature was set to 1300 to 1600 ° C. The side end faces of the reinforcing ceramic body 14 constituting the obtained die-shaped fired body are formed, and platinum (Pt) paste is applied to the pair of side end faces parallel to each other to form the airtight layers 16, 16. The airtight layers 16, 16 are the airtight layers 16, 1 of the reinforcing ceramic body 14 that are adjacent to each other with the solid electrolyte plate 12 interposed therebetween.
It is formed on the side end surface which is different from 6 by 90 °.

【0015】更に、サイコロ状の焼成体に空気極、燃料
極用電極の含浸及び電極を作成した後、集電板を取り付
ける。この様にして得られたセル10は、固体電解質板
12の内部抵抗の低下を図るべく、固体電解質板12を
薄膜化しても、補強セラミック体14によって補強され
ているため、機械的強度等は充分に維持される。このた
め、セル10の取扱を容易とすることができる。また、
セル10を燃料電池用基体24中に挿入することによっ
て、固体電解質型燃料電池を容易に形成することがで
き、空気供給溝20及び燃料供給溝22とのシールも容
易に行うことができる。
Further, after the air electrode, the electrode for the fuel electrode are impregnated on the dice-shaped fired body and the electrode is formed, a current collector plate is attached. Since the cell 10 thus obtained is reinforced by the reinforcing ceramic body 14 even if the solid electrolyte plate 12 is thinned in order to reduce the internal resistance of the solid electrolyte plate 12, the mechanical strength etc. Well maintained. Therefore, handling of the cell 10 can be facilitated. Also,
By inserting the cell 10 into the fuel cell substrate 24, a solid oxide fuel cell can be easily formed, and the air supply groove 20 and the fuel supply groove 22 can be easily sealed.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明によれば、固体電解質型燃料電池
用セルの内部抵抗の低下をセルの機械的強度を保持しつ
つ行うことができ、セルの取扱を容易に行うことができ
る。また、セルと空気供給溝等とのシールが容易化され
るため、平板型の固体電解質型燃料電池の実用化を図る
ことができる。
According to the present invention, the internal resistance of a cell for a solid oxide fuel cell can be lowered while maintaining the mechanical strength of the cell, and the cell can be easily handled. Moreover, since the sealing between the cells and the air supply groove is facilitated, it is possible to put the flat-plate solid oxide fuel cell into practical use.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すセル10の部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the cell 10 shown in FIG.

【図3】セル10を燃料電池用基体中に挿入した状態を
説明する説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state in which a cell 10 is inserted into a fuel cell substrate.

【図4】従来の平板型の固体電解質型燃料電池の構成を
説明する説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a conventional flat plate solid oxide fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 固体電解質型燃料電池用セル 12 固体電解質板 14 補強セラミック体 14a〜14i セラミック層 16 気密層 10 Cell for Solid Electrolyte Fuel Cell 12 Solid Electrolyte Plate 14 Reinforcing Ceramic Body 14a-14i Ceramic Layer 16 Airtight Layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン伝導性セラミックから成り且つ緻
密構造に形成された固体電解質板の複数枚の各々が補強
セラミック体を介して一体化された固体電解質型燃料電
池用セルであって、 該補強セラミック体が、熱膨張率等の熱特性が順次変化
し傾斜構造を形成するように、互いに熱特性を異にする
セラミック層の複数層が積層されたセラミック体であ
り、 前記固体電解質板に接するセラミック層の熱特性が固体
電解質板に近似すると共に、 前記セラミック層の少なくとも一層が燃料電池に使用さ
れる空気又は燃料等の流体が透過可能なポーラス層であ
ることを特徴とする固体電解質型燃料電池用セル。
1. A cell for a solid oxide fuel cell in which each of a plurality of solid electrolyte plates made of an ion conductive ceramic and formed in a dense structure is integrated through a reinforcing ceramic body, wherein the reinforcement is provided. The ceramic body is a ceramic body in which a plurality of ceramic layers having different thermal characteristics are laminated so that thermal characteristics such as a thermal expansion coefficient are sequentially changed to form an inclined structure, and the ceramic body is in contact with the solid electrolyte plate. The solid electrolyte fuel, wherein the thermal characteristics of the ceramic layer are similar to those of a solid electrolyte plate, and at least one of the ceramic layers is a porous layer through which a fluid such as air or fuel used in a fuel cell can pass. Battery cell.
【請求項2】 補強セラミック体が、各セラミック層の
ポーラス程度が順次変化する傾斜構造であって、前記補
強セラミック体の略中央に位置する中央層が最もポーラ
スな構造であると共に、固体電解質板に接するセラミッ
ク層が固体電解質板に近似した緻密構造であり、且つ前
記中央層のセラミック層に接するセラミック層が中央層
に近似したポーラス構造である請求項1記載の固体電解
質型燃料電池用セル。
2. The reinforcing ceramic body has an inclined structure in which the degree of porosity of each ceramic layer sequentially changes, the central layer located substantially at the center of the reinforcing ceramic body has the most porous structure, and a solid electrolyte plate. 2. The cell for a solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the ceramic layer in contact with is a dense structure similar to a solid electrolyte plate, and the ceramic layer in contact with the central ceramic layer is a porous structure close to a central layer.
【請求項3】 補強セラミック体が、固体電解質板を形
成するセラミック成分と最もポーラスな構造である中央
層を形成するセラミック成分とが混合されて形成された
セラミック層の複数層から成り、 固体電解質板に接するセラミック層の組成が固体電解質
板組成に近似し、前記中央層に接するセラミック層の組
成が中央層のセラミック層組成に近似する請求項2記載
の固体電解質型燃料電池用セル。
3. A solid electrolyte comprising a reinforced ceramic body comprising a plurality of ceramic layers formed by mixing a ceramic component forming a solid electrolyte plate and a ceramic component forming a central layer having the most porous structure. The cell for a solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein the composition of the ceramic layer in contact with the plate is close to that of the solid electrolyte plate, and the composition of the ceramic layer in contact with the center layer is similar to that of the center layer.
【請求項4】 固体電解質板がイットリア等の安定化剤
を添加して得られた安定化ジルコニア焼成体であり、最
もポーラス構造である中央層がアルミナ焼成体である請
求項2又は請求項3記載の固体電解質型燃料電池用セ
ル。
4. The solid electrolyte plate is a stabilized zirconia fired body obtained by adding a stabilizer such as yttria, and the central layer having the most porous structure is an alumina fired body. The solid electrolyte fuel cell described.
【請求項5】 イオン伝導性セラミックから成る固体電
解質板を形成する固体電解質板形成用グリーンシートの
複数枚の各々を、補強セラミック体を形成する複数枚の
補強セラミック体グリーンシートを介して積層し焼成す
ることによって、固体電解質型燃料電池用セルを製造す
る際に、 該補強セラミック体の略中央に位置し最もポーラス構造
のセラミック層である中央層から固体電解質板に接触す
るセラミック層に至る間の組成が順次変化する傾斜構造
を形成可能とすべく、前記固体電解質板形成用グリーン
シートのセラミック成分と、前記中央層を形成する中央
層形成用グリーンシートのセラミック成分とを混合して
互いに組成を異にする複数枚の傾斜用グリーンシートを
形成した後、 前記電解質板形成用グリーンシートと中央層形成用グリ
ーンシートとの間に、前記傾斜構造が形成されるよう
に、複数枚の傾斜用グリーンシートを順次積層して積層
体を形成し、 次いで、前記積層体を固体電解質板形成用グリーンシー
トの緻密化温度以上で且つ中央層形成用グリーンシート
の緻密化温度以下で焼成することを特徴とする固体電解
質型燃料電池用セルの製造方法。
5. A plurality of solid electrolyte plate forming green sheets forming a solid electrolyte plate made of an ion conductive ceramic are laminated through a plurality of reinforcing ceramic green sheets forming a reinforcing ceramic body. During the production of the solid oxide fuel cell unit by firing, the distance from the central layer, which is the most porous ceramic layer located approximately in the center of the reinforcing ceramic body, to the ceramic layer that is in contact with the solid electrolyte plate. In order to be able to form a graded structure in which the composition of the composition sequentially changes, the ceramic component of the solid electrolyte plate forming green sheet and the ceramic component of the central layer forming green sheet forming the central layer are mixed to form a composition with each other. After forming a plurality of tilting green sheets having different thicknesses, the electrolyte plate forming green sheet and the central layer forming green sheet are formed. A plurality of inclining green sheets are sequentially laminated to form a laminated body so that the inclined structure is formed between the lean sheet and the lean sheet, and then the laminated body is formed into a dense solid electrolyte plate forming green sheet. A method for producing a cell for a solid oxide fuel cell, which comprises firing at a temperature equal to or higher than a denaturation temperature and equal to or lower than a densification temperature of a green sheet for forming a central layer.
【請求項6】 固体電解質板形成用グリーンシートをイ
ットリア等の安定化剤が添加されたジルコニアによって
形成し、且つ中央層形成用グリーンシートをアルミナに
よって形成すると共に、複数枚の傾斜用グリーンシート
をイットリア等の安定化剤が添加されたジルコニアとア
ルミナとを混合して形成する請求項5記載の固体電解質
型燃料電池用セルの製造方法。
6. A solid electrolyte plate forming green sheet is formed of zirconia to which a stabilizer such as yttria is added, a central layer forming green sheet is formed of alumina, and a plurality of tilting green sheets are formed. The method for producing a cell for a solid oxide fuel cell according to claim 5, which is formed by mixing zirconia added with a stabilizer such as yttria and alumina.
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