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JP4502665B2 - Method for manufacturing rod-shaped body and method for manufacturing rod-shaped fuel cell - Google Patents

Method for manufacturing rod-shaped body and method for manufacturing rod-shaped fuel cell Download PDF

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JP4502665B2 JP2004049551A JP2004049551A JP4502665B2 JP 4502665 B2 JP4502665 B2 JP 4502665B2 JP 2004049551 A JP2004049551 A JP 2004049551A JP 2004049551 A JP2004049551 A JP 2004049551A JP 4502665 B2 JP4502665 B2 JP 4502665B2
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Description

本発明は、多孔質体の表面に塗布膜を有する棒状体の製法および棒状燃料電池セルの法に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method of preparation and the rod-shaped fuel cell cell Le bar-like body on the surface of the porous body having a coated fabric layer.

次世代エネルギーとして、近年、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。   In recent years, various fuel cells in which a stack of fuel cells is accommodated in a storage container have been proposed as next-generation energy.

図5は、従来の固体電解質燃料電池のセルスタックを示すもので、このセルスタックは、複数の燃料電池セル1を整列集合させ、隣り合う一方の燃料電池セル1aと他方の燃料電池セル1bとの間に金属フェルトからなる集電部材5を介在させ、一方の燃料電池セル1aの燃料極7と他方の燃料電池セル1bの酸素極(空気極)11とを電気的に接続して構成されていた。 Figure 5 shows a cell stack of a conventional solid electrolyte fuel cell, the cell stack is aligned set a plurality of fuel cells 1, one of the fuel cell 1a adjacent the other of the fuel cell 1b A current collecting member 5 made of metal felt is interposed between the fuel electrode 7 of one fuel cell 1a and an oxygen electrode (air electrode) 11 of the other fuel cell 1b. It had been.

燃料電池セル1(1a、1b)は、円筒状のサーメットからなる燃料極7(内部に燃料ガス通路を有する)の外周面に、固体電解質9、導電性セラミックスからなる酸素極11を順次設けて構成されており、固体電解質9や酸素極11によって覆われていない燃料極7の表面には、インターコネクタ13が設けられている。図5から明らかなように、このインターコネクタ13は、酸素極11に接続しないように燃料極7と電気的に接続されている。   In the fuel cell 1 (1a, 1b), a solid electrolyte 9 and an oxygen electrode 11 made of conductive ceramics are sequentially provided on the outer peripheral surface of a fuel electrode 7 (having a fuel gas passage inside) made of a cylindrical cermet. An interconnector 13 is provided on the surface of the fuel electrode 7 that is configured and is not covered with the solid electrolyte 9 or the oxygen electrode 11. As apparent from FIG. 5, the interconnector 13 is electrically connected to the fuel electrode 7 so as not to be connected to the oxygen electrode 11.

インターコネクタ13は、燃料ガス及び空気等の酸素含有ガスで変質しにくい導電性セラミックスにより形成されているが、この導電性セラミックスは、燃料極7の内部を流れる燃料ガスと酸素極11の外側を流れる酸素含有ガスとを確実に遮断するために、緻密なものでなければならない。   The interconnector 13 is formed of conductive ceramics that are not easily altered by oxygen-containing gas such as fuel gas and air. The conductive ceramics are disposed between the fuel gas flowing inside the fuel electrode 7 and the outside of the oxygen electrode 11. It must be dense to ensure that it shuts off the flowing oxygen-containing gas.

また、互いに隣り合う燃料電池セル1a、1bの間に設けられる集電部材5は、インターコネクタ13を介して一方の燃料電池セル1aの燃料極7に電気的に接続され、且つ他方の燃料電池セル1bの酸素極11に接続されており、これにより、隣り合う燃料電池セルは、直列に接続されている。   The current collecting member 5 provided between the adjacent fuel cells 1a, 1b is electrically connected to the fuel electrode 7 of one fuel cell 1a via the interconnector 13, and the other fuel cell. It is connected to the oxygen electrode 11 of the cell 1b, so that adjacent fuel cells are connected in series.

燃料電池は、上記の構造を有するセルスタックを収納容器内に収容して構成され、燃料極7の内部に燃料ガス(水素)を流し、酸素極11に空気(酸素)を流して1000℃程度で発電される。   The fuel cell is configured by accommodating a cell stack having the above structure in a storage container, and a fuel gas (hydrogen) is allowed to flow inside the fuel electrode 7 and an air (oxygen) is allowed to flow to the oxygen electrode 11 at about 1000 ° C. It generates electricity.

上述した燃料電池を構成する燃料電池セルにおいては、一般に、燃料極7が、Niと、Yを含有するZrO(YSZ)とから形成され、固体電解質9がYを含有するZrO(YSZ)から形成され、酸素極11はランタンマンガネート系のペロブスカイト型複合酸化物から構成されている。 In the fuel cell constituting the fuel cell described above, generally, the fuel electrode 7 is formed of Ni and ZrO 2 (YSZ) containing Y 2 O 3 , and the solid electrolyte 9 contains Y 2 O 3 . It is formed from ZrO 2 (YSZ) for the oxygen electrode 11 is composed of a perovskite-type composite oxide of lanthanum manganate system.

このような燃料電池セルの製法としては、例えば、固体電解質を浸漬塗布法により形成することが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平5−198305号公報
As a method for producing such a fuel battery cell, for example, it is known to form a solid electrolyte by a dip coating method (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 5-198305

しかしながら、従来の燃料電池セルでは、円筒状の燃料極を、固体電解質材料を含有する浸漬液中に浸漬し、燃料極の表面に固体電解質を形成することが記載されているものの、一般には、円筒型の燃料極を、図4に示すように浸漬液中に長さ方向に浸漬していく方法が採用されており、この場合には長さ方向の両端部では、浸漬する時間が異なるため、最初に浸漬する部分における固体電解質の厚みが最後に浸漬する部分における固体電解質の厚みよりも厚くなり、長さ方向における固体電解質の厚みばらつきが大きいという問題があった。さらに、成膜速度を向上すべく、燃料極内部の空気を吸引して負圧とすることが行われているが、この場合には固体電解質の厚みばらつきがさらに大きくなるという問題があった。尚、図4において、符号21は多孔質体、23は浸漬液、24は吸引装置を示している。   However, in a conventional fuel cell, although it is described that a cylindrical fuel electrode is immersed in an immersion liquid containing a solid electrolyte material to form a solid electrolyte on the surface of the fuel electrode, in general, A method of immersing a cylindrical fuel electrode in the longitudinal direction in the immersion liquid as shown in FIG. 4 is employed. In this case, the immersion time differs at both ends in the longitudinal direction. There is a problem that the thickness of the solid electrolyte in the first immersion portion is larger than the thickness of the solid electrolyte in the last immersion portion, and the thickness variation of the solid electrolyte in the length direction is large. Further, in order to improve the film forming speed, air inside the fuel electrode is sucked to make a negative pressure. However, in this case, there is a problem that the variation in thickness of the solid electrolyte is further increased. In FIG. 4, reference numeral 21 denotes a porous body, 23 denotes an immersion liquid, and 24 denotes a suction device.

本発明は、多孔質体の長さ方向における塗布膜の厚み差を小さくできる棒状体の製法および棒状燃料電池セルの法を提供することを目的とする。 The present invention aims at providing a manufacturing method of preparation and the rod-shaped fuel cell cell Le bar-like member which can reduce the thickness difference of the coating film in the length direction of the porous body.

本発明の棒状体の製法は、内部に複数のガス通路が長手方向に形成された長尺状の多孔質体を、長手方向に沿った一方の側方から塗布膜材料を含有する浸漬液中に浸漬するとともに、最後に浸漬される前記ガス通路内を、最初に浸漬される前記ガス通路内よりも大きい吸引力にて吸引することを特徴とする。このような棒状体の製法では、多孔質体の長手方向に沿った一方の側方から幅方向に浸漬するため、長さ方向に浸漬していく場合よりも浸漬時間差が小さく、このため、塗布膜の厚み差を従来よりも小さくできる Preparation of rod-shaped body of the present invention, the immersion fluid in which a plurality of gas passages therein a porous body like a long formed in the longitudinal direction, comprising a coating film material from the side of the one in the longitudinal direction The gas passage that is immersed last is sucked with a larger suction force than the gas passage that is immersed first . In such a manufacturing method of the rod-shaped body, since the width direction is immersed from one side along the longitudinal direction of the porous body, the difference in immersion time is smaller than the case of immersion in the length direction. The film thickness difference can be made smaller than before .

さらに、本発明の棒状体の製法は、最後に浸漬される側のガス通路内、最に浸漬される側のガス通路よりも大きい吸引力にて吸引することを特徴とする。この場合には、浸漬時間差が小さく、しかも、僅かな浸漬時間差もガス通路の吸引圧力により調整できるため、塗布膜の厚み差を実質的になくすことも可能となる。 Furthermore, preparation of the rod-shaped body of the present invention, in the gas passage on the side at the end immersed, characterized by suction at greater suction force than the gas passage on the side which is immersed in the first. In this case, the difference in immersion time is small, and even a slight difference in immersion time can be adjusted by the suction pressure of the gas passage, so that the difference in thickness of the coating film can be substantially eliminated.

本発明の棒状燃料電池セルの製法は、内部に複数のガス通路が長手方向に形成された多孔質支持体上に、内側多孔質電極、固体電解質、外側多孔質電極が順次形成された棒状燃料電池セルの製法であって、前記多孔質支持体を、長手方向に沿った一方の側方から内側多孔質電極材料を含有する浸漬液中に浸漬するとともに、最後に浸漬される前記ガス通路内を、最初に浸漬される前記ガス通路内よりも大きい吸引力にて吸引することを特徴とする。The method for producing a rod-shaped fuel cell according to the present invention includes a rod-shaped fuel in which an inner porous electrode, a solid electrolyte, and an outer porous electrode are sequentially formed on a porous support having a plurality of gas passages formed in the longitudinal direction therein. A method for producing a battery cell, wherein the porous support is immersed in an immersion liquid containing an inner porous electrode material from one side along the longitudinal direction, and finally immersed in the gas passage. Is sucked with a larger suction force than in the gas passage immersed first.

本発明の棒状燃料電池セルの製法は、内側多孔質電極、固体電解質、外側多孔質電極が順次形成された棒状燃料電池セルの製法であって、内部に複数のガス通路が長手方向に形成された長尺状の内側多孔質電極、又は内部に複数のガス通路が長手方向に形成され、表面に内側多孔質電極を有する長尺状の多孔質支持体を、長手方向に沿った一方の側方から固体電解質材料を含有する浸漬液中に浸漬するとともに、最後に浸漬される前記ガス通路内を、最初に浸漬される前記ガス通路内よりも大きい吸引力にて吸引することを特徴とする。このような棒状燃料電池セルの製法では、膜厚が均一で薄い固体電解質層を形成することができる。 The method for manufacturing a rod-shaped fuel cell according to the present invention is a method for manufacturing a rod-shaped fuel cell in which an inner porous electrode, a solid electrolyte, and an outer porous electrode are sequentially formed, and a plurality of gas passages are formed in the longitudinal direction. A long porous support body having a plurality of gas passages formed longitudinally therein and having an inner porous electrode on the surface, on one side along the longitudinal direction. It is soaked in an immersion liquid containing a solid electrolyte material from the side, and the gas path to be immersed last is sucked with a suction force larger than that in the gas path to be immersed first. . In such a method for manufacturing a rod-shaped fuel cell, a thin solid electrolyte layer with a uniform film thickness can be formed.

また、本発明の棒状燃料電池セルの製法は、最後に浸漬される側のガス通路内、最に浸漬される側のガス通路よりも大きい吸引力にて吸引することを特徴とする。このような棒状燃料電池セルの製法では、形成した膜厚の浸漬方向のバラツキを少なくすることができる。 Also, preparation of rod-shaped fuel cell of the present invention, in the gas passage on the side at the end immersed, characterized by suction at greater suction force than the gas passage on the side which is immersed in The first . In such a method for manufacturing a rod-shaped fuel battery cell, variations in the immersion direction of the formed film thickness can be reduced.

本発明の棒状燃料電池セルの製法により作製される棒状燃料電池セルでは、燃料電極層及び固体電解質層の厚さを薄く且つ均一に形成でき、これにより高出力で、かつ信頼性の高い棒状燃料電池セルを得ることができる。 In the rod-shaped fuel cell produced by the method for producing the rod-shaped fuel cell of the present invention, the fuel electrode layer and the solid electrolyte layer can be formed to be thin and uniform in thickness, thereby providing a high-power and highly reliable rod-shaped fuel. A battery cell can be obtained.

本発明の棒状燃料電池セルの製法により作製される棒状燃料電池セルの横断面を示す図1において、全体として30で示す燃料電池セル(中空平板型)は、断面が扁平状で、全体的に見て細長基板状の支持基板31を備えている。支持基板31の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス通路31aが長さ方向に貫通して形成されており、燃料電池セル30は、この支持基板31上に各種の部材が設けられた構造を有している。このような燃料電池セル30の複数を、図2に示すように、集電部材40により互いに直列に接続することにより、燃料電池を構成するセルスタックを形成することができる。 In FIG. 1 which shows the cross section of the rod-shaped fuel cell produced by the manufacturing method of the rod-shaped fuel cell of this invention, the fuel cell (hollow flat plate type) shown as 30 as a whole has a flat cross section and is entirely A support substrate 31 having an elongated substrate shape is provided. Inside the support substrate 31, a plurality of fuel gas passages 31 a are formed penetrating in the length direction at appropriate intervals. The fuel cell 30 is provided with various members on the support substrate 31. It has a structure. A plurality of such fuel cells 30 are connected to each other in series by a current collecting member 40 as shown in FIG. 2, thereby forming a cell stack constituting the fuel cell.

支持基板31は、図1に示されている形状から理解されるように、平坦部Aと平坦部Aの両端の弧状部Bとからなっている。平坦部Aの両面は互いにほぼ平行に形成されており、平坦部Aの一方の面と両側の弧状部Bを覆うように燃料極層32が設けられており、さらに、この燃料極層32を覆うように、緻密質な固体電解質層33が積層されており、この固体電解質層33の上には、燃料極層32と対面するように、平坦部Aの一方の表面に酸素極34が積層されている。   As understood from the shape shown in FIG. 1, the support substrate 31 includes a flat portion A and arc-shaped portions B at both ends of the flat portion A. Both surfaces of the flat portion A are formed substantially parallel to each other, and a fuel electrode layer 32 is provided so as to cover one surface of the flat portion A and the arc-shaped portions B on both sides. A dense solid electrolyte layer 33 is laminated so as to cover, and an oxygen electrode 34 is laminated on one surface of the flat portion A so as to face the fuel electrode layer 32 on the solid electrolyte layer 33. Has been.

また、燃料極層32及び固体電極層33が積層されていない平坦部Aの他方の表面には、インターコネクタ35が形成されている。図1から明らかな通り、燃料極層32及び固体電解質層33は、インターコネクタ35の両サイドにまで延びており、支持基板31の表面が外部に露出しないように構成されている。   An interconnector 35 is formed on the other surface of the flat portion A where the fuel electrode layer 32 and the solid electrode layer 33 are not stacked. As is clear from FIG. 1, the fuel electrode layer 32 and the solid electrolyte layer 33 extend to both sides of the interconnector 35 and are configured so that the surface of the support substrate 31 is not exposed to the outside.

上記のような構造の燃料電池セルでは、燃料極層32の酸素極34と対面している部分が燃料極として作動して発電する。即ち、酸素極34の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持基板31内のガス通路31aに燃料ガス(水素)を流し、所定の作動温度まで加熱することにより、酸素極34で下記式(1)の電極反応を生じ、また燃料極層32の燃料極となる部分では例えば下記式(2)の電極反応を生じることによって発電する。   In the fuel cell having the above structure, the portion of the fuel electrode layer 32 facing the oxygen electrode 34 operates as a fuel electrode to generate electric power. That is, an oxygen-containing gas such as air is allowed to flow outside the oxygen electrode 34, and a fuel gas (hydrogen) is allowed to flow through the gas passage 31a in the support substrate 31 and heated to a predetermined operating temperature. Electricity is generated by generating an electrode reaction of the formula (1) and generating an electrode reaction of the following formula (2), for example, in the portion of the fuel electrode layer 32 that becomes the fuel electrode.

酸素極: 1/2O+2e → O2− (固体電解質) …(1)
燃料極: O2− (固体電解質)+ H → HO+2e…(2)
かかる発電によって生成した電流は、支持基板31に取り付けられているインターコネクタ35を介して集電される。
Oxygen electrode: 1 / 2O 2 + 2e → O 2− (solid electrolyte) (1)
Fuel electrode: O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e (2)
The current generated by the power generation is collected through the interconnector 35 attached to the support substrate 31.

(支持基板)
上記のような構造を有する燃料電池セル30において、支持基板31は、燃料ガスを燃料極まで透過させるためにガス透過性であること、及びインターコネクタ35を介しての集電を行うために導電性であること、同時焼成時の熱膨張差による固体電解質などのクラックや剥離がないことが要求されるが、このような要求を満たす目的で、鉄属金属成分と希土類元素酸化物とから支持基板31を構成する。
(Support substrate)
In the fuel cell 30 having the above-described structure, the support substrate 31 is gas permeable so as to allow the fuel gas to permeate to the fuel electrode, and conductive for collecting current via the interconnector 35. In order to satisfy such requirements, support from iron group metal components and rare earth element oxides is required. A substrate 31 is formed.

鉄族金属成分は、支持基板31に導電性を付与するためのものであり、鉄族金属単体であってもよいし、また鉄族金属酸化物、鉄族金属の合金もしくは合金酸化物であってもよい。鉄族金属には、鉄、ニッケル及びコバルトがあり、本発明では、何れをも使用することができるが、安価であること及び燃料ガス中で安定であることからNi及び/またはNiOを含有していることが好ましい。   The iron group metal component is for imparting conductivity to the support substrate 31 and may be a single iron group metal, or an iron group metal oxide, an iron group metal alloy or an alloy oxide. May be. The iron group metals include iron, nickel, and cobalt. In the present invention, any of them can be used, but it contains Ni and / or NiO because it is inexpensive and stable in fuel gas. It is preferable.

また希土類元素酸化物は、支持基板31の熱膨張係数を、固体電解質層33を形成している安定化ジルコニアやランタンガレート系ペロブスカイト型組成物等と近似させるために使用されるものである。特に、希土類元素酸化物としてはYが望ましい。特に支持基板31の熱膨張係数を安定化ジルコニア等の固体電解質材料と近似させるという点で、上述した鉄族成分は、支持基板31中に35〜65体積%の量で含まれ、希土類元素酸化物は、支持基板31中に35〜65体積%の量で含まれていることが好適である。 The rare earth element oxide is used to approximate the thermal expansion coefficient of the support substrate 31 to the stabilized zirconia or lanthanum gallate perovskite composition forming the solid electrolyte layer 33. In particular, Y 2 O 3 is desirable as the rare earth element oxide. In particular, the iron group component described above is included in the support substrate 31 in an amount of 35 to 65% by volume in terms of approximating the thermal expansion coefficient of the support substrate 31 to that of a solid electrolyte material such as stabilized zirconia. The object is preferably contained in the support substrate 31 in an amount of 35 to 65% by volume.

尚、支持基板31中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。   The support substrate 31 may contain other metal components and oxide components as long as required characteristics are not impaired.

上記のような支持基板31は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、通常、開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあることが好適である。また、支持基板31の導電率は、300S/cm以上、特に440S/cm以上であることが好ましい。   Since the support substrate 31 as described above is required to have fuel gas permeability, it is usually preferable that the open porosity is in the range of 30% or more, particularly 35 to 50%. Further, the conductivity of the support substrate 31 is preferably 300 S / cm or more, and particularly preferably 440 S / cm or more.

また、支持基板31の平坦部Aの長さは、通常、15〜35mm、弧状部Bの長さ(弧の長さ)は、3〜8mm程度であり、支持基板31の厚みは(平坦部Aの両面の間隔)は2.5〜5mm程度であることが望ましい。   Further, the length of the flat portion A of the support substrate 31 is normally 15 to 35 mm, the length of the arc-shaped portion B (the length of the arc) is about 3 to 8 mm, and the thickness of the support substrate 31 is (flat portion). The distance between both surfaces of A) is preferably about 2.5 to 5 mm.

(燃料極層)
料極層32は、燃料ガス透過性を有していることが必要であり、前述した式(2)の電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスから形成される。例えば、希土類元素が固溶しているZrOと、Ni及び/またはNiOとから形成される。この希土類元素が固溶しているZrO(安定化ジルコニア)としては、以下に述べる固体電解質層33の形成に使用されているものと同様のものを用いるのがよい。
(Fuel electrode layer)
Retardant Ryokyokuso 32, it is necessary to have a fuel gas permeability, which allowed to rise to electrode reaction expressed by the aforementioned equations (2), formed from a per se known porous conductive ceramic Is done. For example, it is formed from ZrO 2 in which a rare earth element is dissolved, and Ni and / or NiO. As ZrO 2 (stabilized zirconia) in which the rare earth element is dissolved, the same one used for forming the solid electrolyte layer 33 described below is preferably used.

燃料極層32中の安定化ジルコニア含量は、35〜65体積%の範囲にあるのが好ましく、またNi或いはNiO含量は、65〜35体積%であるのがよい。さらに、この燃料極層32の開気孔率は、15%以上、特に20〜40%の範囲にあるのがよく、その厚みは、性能向上と固体電解質層33と燃料極層32との間での熱膨張差による剥離等を防止するため、1〜30μmであることが望ましい。   The stabilized zirconia content in the fuel electrode layer 32 is preferably in the range of 35 to 65% by volume, and the Ni or NiO content is preferably 65 to 35% by volume. Furthermore, the open porosity of the fuel electrode layer 32 is preferably 15% or more, particularly in the range of 20 to 40%, and the thickness thereof is improved between the performance and the solid electrolyte layer 33 and the fuel electrode layer 32. In order to prevent peeling due to the difference in thermal expansion, it is desirable that the thickness is 1 to 30 μm.

また、図1の例では、この燃料極層32は、インターコネクタ35の両サイドにまで延びているが、酸素極34に対面する位置に存在して燃料極が形成されていればよいため、例えば酸素極34が設けられている側の平坦部Aにのみ燃料極層32が形成されていてもよい。さらには、支持基板31の全周にわたって燃料極層32を形成することも可能である。固体電解質層33と支持基板31との接合強度を高めるために、固体電解質層33の全体が燃料極層32上に形成されていることが好適である。 Further, in the example of FIG. 1, the fuel electrode layer 32 extends to both sides of the interconnector 35, but it is sufficient that the fuel electrode is formed at a position facing the oxygen electrode 34. For example, the fuel electrode layer 32 may be formed only in the flat portion A on the side where the oxygen electrode 34 is provided. Furthermore, the fuel electrode layer 32 can be formed over the entire circumference of the support substrate 31 . To increase the bonding strength between the solid body electrolyte layer 33 and the support substrate 31, it is preferable that the whole of the solid electrolyte layer 33 is formed on the fuel electrode layer 32.

(固体電解質層)
この燃料極層32上に設けられている固体電解質層33は、一般に3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrO(通常、安定化ジルコニア)と呼ばれる緻密質なセラミックスから形成されている。希土類元素としては、Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luを例示することができるが、安価であるという点からY、Ybが望ましい。
(Solid electrolyte layer)
The solid electrolyte layer 33 provided on the fuel electrode layer 32 is generally formed of a dense ceramic called ZrO 2 (usually stabilized zirconia) in which 3 to 15 mol% of a rare earth element is dissolved. . Examples of rare earth elements include Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, but they are inexpensive. From the point, Y and Yb are desirable.

この固体電解質層33を形成する安定化ジルコニアセラミックスは、ガス透過を防止するという点から、相対密度(アルキメデス法による)が93%以上、特に95%以上の緻密質であることが望ましく、且つその厚みが10〜100μmであることが望ましい。固体電解質層3としては、安定化ジルコニア以外に、ランタンガレート系ペロブスカイト型組成物から構成されていても良い。   The stabilized zirconia ceramics forming the solid electrolyte layer 33 is desirably a dense material having a relative density (according to Archimedes method) of 93% or more, particularly 95% or more from the viewpoint of preventing gas permeation. It is desirable that the thickness is 10 to 100 μm. The solid electrolyte layer 3 may be composed of a lanthanum gallate perovskite type composition in addition to the stabilized zirconia.

(酸素極)
酸素極34は、所謂ABO型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成される。かかるペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にAサイトにLaを有するLaMnO系酸化物、LaFeO系酸化物、LaCoO系酸化物の少なくとも1種が好適であり、600〜1000℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からLaFeO系酸化物が特に好適である。尚、上記ペロブスカイト型酸化物においては、AサイトにLaと共にSrなどが存在していてもよいし、さらにBサイトには、FeとともにCoやMnが存在していてもよい。
(Oxygen electrode)
The oxygen electrode 34 is formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. As such a perovskite oxide, at least one of transition metal perovskite oxides, particularly LaMnO 3 oxides, LaFeO 3 oxides, and LaCoO 3 oxides having La at the A site is preferable. LaFeO 3 -based oxides are particularly suitable because they have high electrical conductivity at an operating temperature of about 1000 ° C. In the perovskite oxide, Sr and the like may exist together with La at the A site, and Co and Mn may exist together with Fe at the B site.

また、酸素極34は、ガス透過性を有していなければならず、従って、酸素極34を形成する導電性セラミックス(ペロブスカイト型酸化物)は、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲にあることが望ましい。   The oxygen electrode 34 must have gas permeability. Therefore, the conductive ceramic (perovskite oxide) forming the oxygen electrode 34 has an open porosity of 20% or more, particularly 30 to 50. It is desirable to be in the range of%.

このような酸素極34の厚みは、集電性という点から30〜100μmであることが望ましい。   The thickness of the oxygen electrode 34 is preferably 30 to 100 μm from the viewpoint of current collection.

(インターコネクタ)
上記の酸素極34に対面する位置において、支持基板31上に設けられているインターコネクタは、導電性セラミックスからなるが、燃料ガス(水素)及び酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)が使用される。また、支持基板31の内部を通る燃料ガス及び支持基板31の外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好適である。
(Interconnector)
The interconnector provided on the support substrate 31 at the position facing the oxygen electrode 34 is made of conductive ceramics, but comes in contact with the fuel gas (hydrogen) and the oxygen-containing gas. It is necessary to have chemical properties. For this reason, lanthanum chromite perovskite oxides (LaCrO 3 oxides) are generally used as the conductive ceramics. Further, in order to prevent leakage of the fuel gas passing through the inside of the support substrate 31 and the oxygen-containing gas passing through the outside of the support substrate 31, such conductive ceramics must be dense, for example, 93% or more, particularly 95%. It is preferable to have the above relative density.

かかるインターコネクタ35は、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、10〜200μmであることが望ましい。   The interconnector 35 is desirably 10 to 200 μm from the viewpoint of preventing gas leakage and electrical resistance.

また、図1から明らかな通り、ガスのリークを防止するために、インターコネクタ35の両サイドには、緻密質の固体電解質層33が密着しているが、シール性を高めるために、例えばYなどからなる封止層(図示せず)をインターコネクタ35の両側面と固体電解質層33との間に設けることもできる。 Further, as is clear from FIG. 1, in order to prevent gas leakage, a dense solid electrolyte layer 33 is in close contact with both sides of the interconnector 35. A sealing layer (not shown) made of 2 O 3 or the like can be provided between both side surfaces of the interconnector 35 and the solid electrolyte layer 33.

(拡散防止層)
固体電解質33と酸素極34との間には拡散防止層36が形成されている。この拡散防止層36は、(CeO1−x(SmO1.5(0<x≦0.3)の一般式で表わされるSmが固溶したCeOからなる複合酸化物であることが好ましい。特に、電気抵抗を低減するという点から、一般式中のxが、0.1≦x≦0.2で表される組成のSmが固溶したCeOからなることが望ましい。さらに、これに拡散を遮断または抑制する効果を高くするために、他の希土類元素の酸化物を含有するものであっても良い。
(Diffusion prevention layer)
A diffusion prevention layer 36 is formed between the solid electrolyte 33 and the oxygen electrode 34. The anti-diffusion layer 36 is a (CeO 2) 1-x ( SmO 1.5) x (0 <x ≦ 0.3) composite oxide formula Sm represented by consists of CeO 2 was dissolved in It is preferable. In particular, from the viewpoint of reducing electrical resistance, x in the general formula is preferably made of CeO 2 in which Sm having a composition represented by 0.1 ≦ x ≦ 0.2 is dissolved. Further, in order to increase the effect of blocking or suppressing the diffusion, another rare earth element oxide may be contained.

(P型半導体層39)
インターコネクタ35の外面(上面)には、P型半導体層39を設けることが好ましい。即ち、この燃料電池セルから組み立てられるセルスタック(図2参照)では、インターコネクタ35には、導電性の集電部材40が接続されるが、集電部材40をインターコネクタ35に直接接続すると、非オーム接触により、電位降下が大きくなってしまい、集電性能が低下してしまう。
(P-type semiconductor layer 39)
A P-type semiconductor layer 39 is preferably provided on the outer surface (upper surface) of the interconnector 35. That is, in the cell stack assembled from the fuel cells (see FIG. 2), the conductive current collecting member 40 is connected to the interconnector 35, but when the current collecting member 40 is directly connected to the interconnector 35, By non-ohmic contact, the potential drop becomes large, and the current collecting performance deteriorates.

しかるに、集電部材40を、P型半導体層39を介してインターコネクタ35に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となり、例えば、一方の燃料電池セル30の酸素極34からの電流を、他方の燃料電池セル30の支持基板31に効率良く伝達できる。このようなP型半導体としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物を例示することができる。   However, by connecting the current collecting member 40 to the interconnector 35 via the P-type semiconductor layer 39, the contact between the two becomes an ohmic contact, the potential drop is reduced, and the deterioration of the current collecting performance is effectively avoided. For example, the current from the oxygen electrode 34 of one fuel cell 30 can be efficiently transmitted to the support substrate 31 of the other fuel cell 30. As such a P-type semiconductor, a transition metal perovskite oxide can be exemplified.

具体的には、インターコネクタを構成するLaCrO系酸化物よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するLaMnO系酸化物、LaFeO系酸化物、LaCoO系酸化物などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを使用することができる。このようなP型半導体層39の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲にあることが好ましい。 Specifically, those having higher electronic conductivity than LaCrO 3 oxides constituting the interconnector, such as LaMnO 3 oxides, LaFeO 3 oxides in which Mn, Fe, Co, etc. exist at the B site, P-type semiconductor ceramics made of at least one of LaCoO 3 -based oxides can be used. In general, the thickness of the P-type semiconductor layer 39 is preferably in the range of 30 to 100 μm.

また、インターコネクタ35は、固体電解質層33が設けられていない側の支持基板31の平坦部分A上に直接設けることもできるが、この部分にも燃料極層32を設け、この燃料極層32上にインターコネクタを設けることもできる。即ち、燃料極層32を支持基板31の全周にわたって設け、この燃料極層32上にインターコネクタを設けることができる。   The interconnector 35 can also be provided directly on the flat portion A of the support substrate 31 on the side where the solid electrolyte layer 33 is not provided. The fuel electrode layer 32 is also provided in this portion, and this fuel electrode layer 32 is provided. An interconnector can also be provided on the top. That is, the fuel electrode layer 32 can be provided over the entire circumference of the support substrate 31, and the interconnector can be provided on the fuel electrode layer 32.

(燃料電池セルの製造)
以上のような構造を有する燃料電池セルは、以下のようにして製造される。
(Manufacture of fuel cells)
The fuel battery cell having the above structure is manufactured as follows.

先ず、Ni等の鉄族金属或いはその酸化物粉末と、例えばY粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いての押出成形により、長尺状(棒状)の支持基板成形体を作製し、これを乾燥する。 First, an iron group metal such as Ni or its oxide powder, for example, Y 2 O 3 powder, an organic binder, and a solvent are mixed to prepare a slurry, and the long length is obtained by extrusion molding using this slurry. A support substrate molded body having a rod shape is prepared and dried.

次に、燃料極層形成用材料(Ni或いはNiO粉末と安定化ジルコニア粉末)、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いて燃料極層用のシートを作製する。また、燃料極層用のシートを作製する代りに、燃料極形成用材料を溶媒中に分散したペーストを、上記で形成された支持基板成形体の所定位置に塗布し乾燥して、燃料極層用のコーティング層を形成してもよい。この後、支持基板成形体の表面に形成された燃料極層用のシート又はコーティング層を800〜1100℃で、支持基板成形体とともに仮焼する。仮焼された支持基板仮焼体、燃料層仮焼体は多孔質となる。   Next, a fuel electrode layer forming material (Ni or NiO powder and stabilized zirconia powder), an organic binder, and a solvent are mixed to prepare a slurry, and a sheet for the fuel electrode layer is prepared using this slurry. Further, instead of producing a sheet for the fuel electrode layer, a paste in which the fuel electrode forming material is dispersed in a solvent is applied to a predetermined position of the formed support substrate and dried, and then the fuel electrode layer is formed. A coating layer may be formed. Then, the sheet | seat or coating layer for fuel electrode layers formed in the surface of a support substrate molded object is calcined with a support substrate molded object at 800-1100 degreeC. The calcined support substrate calcined body and fuel layer calcined body are porous.

そして、燃料極層の仮焼体に固体電解質成形体を形成する。先ず、固体電解質材料、例えば、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrO粉末と、有機バインダー及び溶媒を混合して浸漬液を作製し、図3(a)に示すように、この浸漬液53中に、燃料極層の仮焼体が形成された支持基板仮焼体55を、横にして、言い換えれば、支持基板仮焼体55の側から浸漬する。さらに言い換えれば、支持基板仮焼体55の一方の弧状部Bから他方の弧状部Bへ浸漬する。これにより、図4に示すように、支持基板仮焼体55の長さ方向に浸漬する場合よりも浸漬時間差が小さくなるため、固体電解質材料の塗布膜の長さ方向両端部における膜厚差を5μm以下とできる。尚、固体電解質材料の塗布膜を形成しない部分には、予めマスクしておく。 Then, a solid electrolyte molded body is formed on the calcined body of the fuel electrode layer. First, a solid electrolyte material, for example, a ZrO 2 powder in which 3 to 15 mol% of a rare earth element is dissolved, an organic binder, and a solvent are mixed to prepare an immersion liquid. As shown in FIG. during the immersion liquid 53, the support substrate calcined body 55 calcined body of the fuel electrode layer is formed, on its side, in other words, is immersed from the side of the supporting substrate calcined body 55. In other words, the support substrate calcined body 55 is dipped from one arcuate part B to the other arcuate part B. As a result, as shown in FIG. 4, since the difference in immersion time is smaller than in the case of immersion in the length direction of the support substrate calcined body 55, the difference in film thickness at both ends in the length direction of the coating film of the solid electrolyte material is reduced. 5 μm or less. In addition, it masks beforehand in the part which does not form the coating film of solid electrolyte material.

また、支持基板仮焼体のガス通路内の空気を吸引して大気圧よりも低い負圧とすると、固体電解質の塗布膜形成を効率良く行うことができる。支持基板仮焼体の真空引きする状態を、図3(b)に示す。この図3(b)では、支持基板仮焼体は長さ方向に貫通するガス流路を有しており、支持基板仮焼体の両端に、ガス流路内の空気を真空引きするための治具57が装着され、これらの治具57は、吸引装置59に接続されている。   Further, when the air in the gas passages of the support substrate calcined body is sucked to a negative pressure lower than the atmospheric pressure, the solid electrolyte coating film can be formed efficiently. FIG. 3B shows a state where the support substrate calcined body is evacuated. In FIG. 3 (b), the support substrate calcined body has a gas flow path penetrating in the length direction, and the air in the gas flow path is evacuated to both ends of the support substrate calcined body. Jigs 57 are mounted, and these jigs 57 are connected to a suction device 59.

さらに、図3(c)に示すように、支持基板仮焼体の長手方向に形成された(幅方向弧状部B間に直線状)に複数のガス通路が形成されており、最後に浸漬される側に形成されたガス通路の吸引力を、最初に浸漬される側に形成されたガス通路の吸引力よりも大きくし、最後に浸漬される側に形成されたガス通路の圧力を、最初に浸漬される側に形成されたガス通路の圧力よりも小さくすることにより、支持基板仮焼体に形成される固体電解質材料の塗布膜の厚みを均一に調整する。尚、図3(c)では、各ガス通路内の吸引力を変えた例について説明したが、例えば、上下端のガス通路のみ吸引力を変化させても良い。 Further, as shown in FIG. 3 (c), a plurality of gas passages are formed in the longitudinal direction of the support substrate calcined body ( width direction , linear between the arc-shaped portions B ), and finally immersed. The suction force of the gas passage formed on the side to be immersed is made larger than the suction force of the gas passage formed on the side immersed first, and the pressure of the gas passage formed on the side immersed last is by smaller than the pressure of the initially formed on the side which is immersed gas passage, you uniformly adjusting the thickness of the coating film of the solid electrolyte material is formed on the supporting substrate calcined body. In addition, although FIG. 3C illustrates an example in which the suction force in each gas passage is changed, for example, the suction force may be changed only in the upper and lower gas passages.

この後、支持基板仮焼体の燃料極層仮焼体上に形成された固体電解質層の塗布膜を800〜1000℃で仮焼する。この後、インターコネクタ用材料(例えば、LaCrO系酸化物粉末)、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを調製し、インターコネクタ用シートを作製する。このインターコネクタ用シートを、上記で得られた積層体の所定位置にさらに積層し、焼成用積層体を作製する。 Thereafter, the coating film of the solid electrolyte layer formed on the fuel electrode layer calcined body of the support substrate calcined body is calcined at 800 to 1000 ° C. Thereafter, the interconnector material (e.g., LaCrO 3 based oxide powder), an organic binder and a solvent were mixed to prepare a slurry, to produce the interconnector sheet. This interconnector sheet is further laminated at a predetermined position of the laminate obtained above to produce a firing laminate.

次いで、上記の焼成用積層体を脱バインダー処理し、酸素含有雰囲気中、1300〜1600℃で同時焼成し、得られた焼結体の所定の位置に、酸素極形成用材料(例えば、LaFeO系酸化物粉末)と溶媒を含有するペースト、及び必要により、P型半導体層形成用材料(例えば、LaFeO系酸化物粉末)と溶媒を含むペーストを、浸漬塗布法等により塗布し、1000〜1300℃で焼き付けることにより、図1に示す構造の本発明の燃料電池セル30を製造することができる。 Next, the above-mentioned fired laminate is subjected to binder removal treatment, and co-fired at 1300 to 1600 ° C. in an oxygen-containing atmosphere, and an oxygen electrode forming material (for example, LaFeO 3) is placed at a predetermined position of the obtained sintered body. A base oxide powder) and a paste containing a solvent, and, if necessary, a paste containing a P-type semiconductor layer forming material (for example, LaFeO 3 oxide powder) and a solvent by a dip coating method or the like. By baking at 1300 degreeC, the fuel battery cell 30 of this invention of the structure shown in FIG. 1 can be manufactured.

尚、支持基板31や燃料極層32の形成にNi単体を用いた場合には、酸素含有雰囲気での焼成により、Niが酸化されてNiOとなっているが、必要により、還元処理することにより、Niに戻すことができる。   In the case where Ni alone is used to form the support substrate 31 and the fuel electrode layer 32, Ni is oxidized to NiO by firing in an oxygen-containing atmosphere. , Ni can be returned.

(セルスタック)
セルスタックは、図2に示すように、上述した燃料電池セル30が複数集合して、上下に隣接する一方の燃料電池セル30と他方の燃料電池セル30との間に、金属フェルト及び/又は金属板からなる集電部材40を介在させ、両者を互いに直列に接続することにより構成されている。即ち、一方の燃料電池セル30の支持基板31は、インターコネクタ35、P型半導体層39、集電部材40を介して、他方の燃料電池セル30の酸素極34に電気的に接続されている。また、このようなセルスタックは、図2に示すように、サイドバイサイドに配置されており、隣接するセルスタック同士は、導電部材42によって直列に接続されている。
(Cell stack)
As shown in FIG. 2, the cell stack includes a plurality of the fuel cells 30 described above, and a metal felt and / or between one fuel cell 30 and the other fuel cell 30 adjacent in the vertical direction. A current collecting member 40 made of a metal plate is interposed, and both are connected in series with each other. That is, the support substrate 31 of one fuel battery cell 30 is electrically connected to the oxygen electrode 34 of the other fuel battery cell 30 via the interconnector 35, the P-type semiconductor layer 39, and the current collecting member 40. . Such cell stacks are arranged side by side as shown in FIG. 2, and adjacent cell stacks are connected in series by a conductive member 42.

料電池は、図2のセルスタックを、収納容器内に収容して構成される。この収納容器には、外部から水素等の燃料ガスを燃料電池セル30に導入する導入管、及び空気等の酸素含有ガスを燃料電池セル30の外部空間に導入するための導入管が設けられており、燃料電池セルが所定温度(例えば、600〜900℃)に加熱されることにより発電し、余剰の燃料ガス、酸素含有ガスは燃焼して、収納容器外に排出される。 Fuel cell, the cell stack of FIG. 2, and housed in a storage container. The storage container is provided with an introduction pipe for introducing a fuel gas such as hydrogen into the fuel battery cell 30 from the outside, and an introduction pipe for introducing an oxygen-containing gas such as air into the external space of the fuel battery cell 30. The fuel cell is heated to a predetermined temperature (for example, 600 to 900 ° C.) to generate electric power, and surplus fuel gas and oxygen-containing gas are burned and discharged out of the storage container.

尚、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、支持体31の形状を円筒状とすることも可能である。   In addition, this invention is not limited to the said form, A various change is possible in the range which does not change the summary of invention. For example, the shape of the support 31 can be cylindrical.

また、上記形態では、固体電解質材料の塗布膜を本発明の浸漬塗布法により燃料極層仮焼体に形成する形態について説明したが、本発明では、支持基板仮焼体の表面に、浸漬塗布法により燃料極材料を塗布して塗布膜を形成しても良いことは勿論である。   Further, in the above embodiment, the embodiment in which the coating film of the solid electrolyte material is formed on the fuel electrode layer calcined body by the dip coating method of the present invention has been described. Of course, a coating film may be formed by applying a fuel electrode material by a method.

さらに、上記形態では、支持基板を用いた場合について説明したが、燃料極自体が支持体となる場合に、この燃料極に固体電解質材料の塗布膜を形成しても良いことは勿論である。   Furthermore, although the case where the support substrate is used has been described in the above embodiment, when the fuel electrode itself becomes a support, it is needless to say that a coating film of a solid electrolyte material may be formed on the fuel electrode.

平均粒径0.5μmのNiO粉末と、Y粉末(平均粒径は0.6〜0.9μm)を、焼成後におけるNiOがNi換算で48体積%、Yが52体積%になるように混合し、有機バインダーと溶媒にて作製した杯土を押出成形法にて成形し、乾燥、脱脂して支持基板成形体を作製した。尚、支持基板成形体の押出成形直後の形状は、厚み4.2mm、幅36mm、軸長方向の長さ270mmとした。また、貫通孔は支持基板成形体の平坦部に等間隔に6個設けた。 NiO powder having an average particle size of 0.5 μm and Y 2 O 3 powder (average particle size is 0.6 to 0.9 μm), after firing, NiO is 48 vol% in terms of Ni, and Y 2 O 3 is 52 vol. %, And a clay prepared with an organic binder and a solvent was molded by extrusion molding, dried and degreased to produce a support substrate molded body. In addition, the shape immediately after extrusion molding of the support substrate molded body was 4.2 mm in thickness, 36 mm in width, and 270 mm in length in the axial length direction. Further, six through holes were provided at equal intervals in the flat portion of the support substrate molded body.

次に平均粒径0.5μmのNi粉末と希土類元素が固溶したZrO粉と有機バインダーと溶媒を混合した燃料極層用のスラリーを作製し、このスラリーを支持基板成形体の所定位置に塗布し、1000℃で仮焼した。 Next, a slurry for a fuel electrode layer is prepared by mixing an Ni powder having an average particle size of 0.5 μm, a ZrO 2 powder in which a rare earth element is dissolved, an organic binder, and a solvent. It was applied and calcined at 1000 ° C.

次に、8モル%の希土類元素が固溶したZrO粉末と、有機バインダー及び溶媒を混合して浸漬液を作製し、図3に示すように、この浸漬液53中に、燃料極層の仮焼体が形成された支持基板仮焼体55を横にして浸漬し、固体電解質の厚みを設計厚み20μmとして、固体電解質の塗布膜を形成した。さらに、図3(c)に示すように、支持基板仮焼体の各ガス通路内の吸引力を、最後に浸漬される側に形成されたガス通路の吸引力が、最初に浸漬される側に形成されたガス通路の吸引力よりも次第に大きくなるようにして真空引きして(0.775〜0.825MPaで吸引)、固体電解質の塗布膜を形成した。最上方のガス通路の真空度を0.825MPa、最下方のガス通路の真空度を0.775MPaとした。 Next, an immersion liquid is prepared by mixing ZrO 2 powder in which 8 mol% of a rare earth element is dissolved, an organic binder, and a solvent. As shown in FIG. The support substrate calcined body 55 on which the calcined body was formed was immersed sideways to form a solid electrolyte coating film with a solid electrolyte thickness of 20 μm. Further, as shown in FIG. 3 (c), the suction force in each gas passage of the support substrate calcined body is the side where the suction force of the gas passage formed on the side immersed last is immersed first. A vacuum was drawn so as to gradually increase the suction force of the gas passage formed in this step (suction at 0.775 to 0.825 MPa) to form a solid electrolyte coating film. The degree of vacuum in the uppermost gas passage was 0.825 MPa, and the degree of vacuum in the lowermost gas passage was 0.775 MPa.

また、比較例として、図4に示すように、燃料極仮焼体が形成された支持基板仮焼体を、縦方向に浸漬して、固体電解質材料の塗布膜を形成し、固体電解質成形体を形成した。   As a comparative example, as shown in FIG. 4, the support substrate calcined body on which the fuel electrode calcined body is formed is immersed in the vertical direction to form a coating film of a solid electrolyte material, and a solid electrolyte molded body Formed.

次に、支持基板仮焼体、燃料極層仮焼体、固体電解質成形体を積層した積層成形体を1000℃にて仮焼処理した。   Next, the laminated molded body obtained by laminating the support substrate calcined body, the fuel electrode layer calcined body, and the solid electrolyte molded body was calcined at 1000 ° C.

次に、CeOを85モル%、Smを15モル%含む複合酸化物(以下SDC15)粉体にアクリル系バインダーとトルエンを添加し、調合して作製した拡散防止層のスラリーを、得られた仮焼体の固体電解質仮焼体の表面にスクリーン印刷法にて塗布した。 Next, a slurry of a diffusion prevention layer prepared by adding an acrylic binder and toluene to a composite oxide (hereinafter referred to as SDC15) powder containing 85 mol% of CeO 2 and 15 mol% of Sm 2 O 3 and mixing them, The obtained calcined body was coated on the surface of the solid electrolyte calcined body by a screen printing method.

また、LaCrO系酸化物と、有機バインダーと溶媒を混合したスラリーを作製し、これを、露出した支持基板仮焼体上に積層し、酸素含有雰囲気中で、1485℃焼成温度で同時焼成した。 Also, a slurry in which a LaCrO 3 oxide, an organic binder and a solvent were mixed was prepared, and this was laminated on the exposed support substrate calcined body, and co-fired at 1485 ° C. firing temperature in an oxygen-containing atmosphere. .

焼成後の積層焼結体の長手方向の長さは、19.2cmで、両端2.375cmをダイヤモンドカッターで切り落として、軸長方向の長さを14.45cmとした。 The length in the longitudinal direction of the fired laminated sintered body was 19.2 cm, both ends of 2.375 cm were cut off with a diamond cutter, and the length in the axial length direction was 14.45 cm.

次に、平均粒径2μmのLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8粉末と、イソプロピルアルコールからなる混合液を作製し、積層焼結体の拡散防止層の表面に噴霧塗布し、酸素極成形体を形成し、1150℃で焼き付け、酸素極を形成し、図1に示すような燃料電池セルを作製した。 Next, a mixed liquid composed of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 powder having an average particle diameter of 2 μm and isopropyl alcohol was prepared, and the surface of the diffusion preventing layer of the laminated sintered body was prepared. Spray coating was performed to form an oxygen electrode molded body, which was baked at 1150 ° C. to form an oxygen electrode, and a fuel battery cell as shown in FIG. 1 was produced.

なお、作製した燃料電池セルの寸法は2.5cm×14.45cmで、導電性支持基板の厚さは3mm、開気孔率35%、燃料極層の厚さは10μm、開気孔率24%、酸素極の厚さは50μm、開気孔率40%、固体電解質層の相対密度は97%、拡散防止層の厚みは5μmであった。   The size of the produced fuel cell is 2.5 cm × 14.45 cm, the thickness of the conductive support substrate is 3 mm, the open porosity is 35%, the thickness of the fuel electrode layer is 10 μm, the open porosity is 24%, The thickness of the oxygen electrode was 50 μm, the open porosity was 40%, the relative density of the solid electrolyte layer was 97%, and the thickness of the diffusion preventing layer was 5 μm.

次に、この燃料電池セルの内部に、水素ガスを流し、850℃で、導電性支持基板及び燃料極の還元処理を施した。   Next, hydrogen gas was allowed to flow inside the fuel cell, and the conductive support substrate and the fuel electrode were reduced at 850 ° C.

得られた燃料電池セルの燃料ガス流路に燃料ガスを流通させ、セルの外側に酸素含有ガスを流通させ、燃料電池セルを電気炉を用いて850℃まで加熱し、発電試験を行った。   A fuel gas was circulated through the fuel gas channel of the obtained fuel cell, an oxygen-containing gas was circulated outside the cell, and the fuel cell was heated to 850 ° C. using an electric furnace, and a power generation test was performed.

また、燃料電池セルを長手方向の両端から7.225cmの部位の断面をSEMで観察して膜厚を測定したところ、厚み差は5μm以下であった。また、燃料電池セルの長手方向両端から1cmの部位(支持基板の平坦部における)の断面をSEMで観察して膜厚を測定し、その測定結果を表1に示した。

Figure 0004502665
Further, when the thickness of the fuel cell was measured by observing a cross section of a portion of 7.225 cm from both ends in the longitudinal direction with an SEM, the thickness difference was 5 μm or less. Further, the cross section of a portion 1 cm (on the flat portion of the support substrate) from both ends in the longitudinal direction of the fuel cell was observed with an SEM, the film thickness was measured, and the measurement results are shown in Table 1.
Figure 0004502665

この表1から、浸漬方向を縦方向とした場合には、長手方向両端部における固体電解質の膜厚差は22μmと大きいものの、浸漬方向を横にした本発明の試料では、膜厚差は5μmと小さくなっていることが判る。さらに、真空引きした場合には、膜厚差は1μmと、上下端部における膜厚差を実質的に無くすことができる。また、固体電解質の膜厚差が小さくなるに従って、発電特性が向上していることが判る。 From Table 1, when the immersion direction is the vertical direction, the film thickness difference of the solid electrolyte at both ends in the longitudinal direction is as large as 22 μm, but in the sample of the present invention in which the immersion direction is horizontal, the film thickness difference is 5 μm. It turns out that it is getting smaller. Furthermore, when evacuated, the film thickness difference is 1 μm, and the film thickness difference at the upper and lower ends can be substantially eliminated. It can also be seen that the power generation characteristics improve as the difference in film thickness of the solid electrolyte decreases.

本発明の燃料電池セルを示すもので、(a)は横断面図、(b)は斜視図である。The fuel cell of this invention is shown, (a) is a cross-sectional view, (b) is a perspective view. 複数の燃料電池セルにより形成されたセルスタックを示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a cell stack formed by a plurality of fuel cells. 本発明の燃料電池セルの製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the fuel battery cell of this invention. 従来の燃料電池セルの製造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the conventional fuel cell. 従来の燃料電池セルからなるセルスタックを示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the cell stack which consists of the conventional fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

31・・・支持基板
31a・・・燃料ガス通路
32・・・燃料極層
33・・・固体電解質層
34・・・酸素極
35・・・インターコネクタ
40・・・集電部材
31 ... support substrate 31a ... fuel gas passage 32 ... fuel electrode layer 33 ... solid electrolyte layer 34 ... oxygen electrode 35 ... interconnector 40 ... current collecting member

Claims (3)

内部に複数のガス通路が長手方向に形成された長尺状の多孔質体の表面に塗布膜を有する棒状体の製法であって、
前記多孔質体を長手方向に沿った一方の側方から塗布膜材料を含有する浸漬液中に浸漬するとともに、最後に浸漬される前記ガス通路内を、最初に浸漬される前記ガス通路内よりも大きい吸引力にて吸引することを特徴とする棒状体の製法。
A method for producing a rod-shaped body having a coating film on the surface of a long porous body in which a plurality of gas passages are formed in the longitudinal direction inside ,
The porous body is immersed in the immersion liquid containing the coating film material from one side along the longitudinal direction, and the gas path immersed last is more than the gas path immersed first. A method for producing a rod-shaped body characterized by suction with a large suction force .
内部に複数のガス通路が長手方向に形成された多孔質支持体上に、内側多孔質電極、固体電解質、外側多孔質電極が順次形成され棒状燃料電池セルの製法であって、前記多孔質支持体を、長手方向に沿った一方の側方から内側多孔質電極材料を含有する浸漬液中に浸漬するとともに、最後に浸漬される前記ガス通路内を、最初に浸漬される前記ガス通路内よりも大きい吸引力にて吸引することを特徴とする棒状燃料電池セルの製法 A plurality of gas passages on longitudinally formed porous support therein, the inner porous electrode, a solid electrolyte, an outer porous electrode is provided a process for the preparation of rod-like fuel cells, which are sequentially formed, the porous The support is immersed in an immersion liquid containing the inner porous electrode material from one side along the longitudinal direction, and the last immersed gas passage is first immersed in the first gas passage. preparation of rod-shaped fuel cell which is characterized that you suction at greater attraction than. 内側多孔質電極、固体電解質、外側多孔質電極が順次形成された棒状燃料電池セルの製法であって、内部に複数のガス通路が長手方向に形成された長尺状の前記内側多孔質電極、又は内部に複数のガス通路が長手方向に形成され、表面に前記内側多孔質電極を有する長尺状の多孔質支持体を、長手方向に沿った一方の側方から固体電解質材料を含有する浸漬液中に浸漬するとともに、最後に浸漬される前記ガス通路内を、最初に浸漬される前記ガス通路内よりも大きい吸引力にて吸引することを特徴とする棒状燃料電池セルの製法。 An inner porous electrode, a solid electrolyte, a method of manufacturing a rod-shaped fuel cell in which an outer porous electrode is sequentially formed, and the elongated inner porous electrode in which a plurality of gas passages are formed in a longitudinal direction inside , Alternatively, an elongate porous support having a plurality of gas passages formed in the longitudinal direction and having the inner porous electrode on the surface is immersed in a solid electrolyte material from one side along the longitudinal direction. A method for producing a rod-shaped fuel cell , wherein the gas passage is immersed in a liquid, and the gas passage that is immersed last is sucked with a larger suction force than the gas passage that is first immersed .
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