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JP2018010740A - Electrochemical cell, electrochemical stack, and method for manufacturing electrochemical cell - Google Patents

Electrochemical cell, electrochemical stack, and method for manufacturing electrochemical cell Download PDF

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JP2018010740A
JP2018010740A JP2016137220A JP2016137220A JP2018010740A JP 2018010740 A JP2018010740 A JP 2018010740A JP 2016137220 A JP2016137220 A JP 2016137220A JP 2016137220 A JP2016137220 A JP 2016137220A JP 2018010740 A JP2018010740 A JP 2018010740A
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JP
Japan
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electrolyte layer
cell
electrochemical cell
electrochemical
fuel electrode
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Application number
JP2016137220A
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松尾 知明
Tomoaki Matsuo
知明 松尾
啓介 山田
Keisuke Yamada
啓介 山田
佳宏 舟橋
Yoshihiro Funahashi
佳宏 舟橋
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

【課題】電解質層への遷移金属元素の拡散が抑えられ、電気化学セルの発電能力が低下することを抑制する。【解決手段】電気化学セルは、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を備える電気化学セルにおいて、固体酸化物は、ランタンガレート系ペロブスカイト型酸化物を含み、燃料極の第1の方向の厚さは、電解質層の第1の方向の厚さより厚く、電解質層を構成する粒子の平均粒径は、2.0(μm)以上、かつ、8.0(μm)以下である。【選択図】図3Dispersion of a transition metal element into an electrolyte layer is suppressed, and a decrease in power generation capacity of an electrochemical cell is suppressed. An electrochemical cell includes an electrolyte layer containing a solid oxide, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween. The lanthanum gallate-based perovskite oxide is included, the thickness of the fuel electrode in the first direction is larger than the thickness of the electrolyte layer in the first direction, and the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer is 2.0 ( μm) or more and 8.0 (μm) or less. [Selection] Figure 3

Description

本明細書に開示される技術は、電気化学セルに関する。   The technology disclosed herein relates to an electrochemical cell.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の1つとして、固体酸化物形燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFC用のセル(以下、「セル」という)は、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「配列方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを備える。   A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC”) is known as one type of fuel cell that generates electricity using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. A cell for SOFC (hereinafter referred to as “cell”) includes an electrolyte layer containing a solid oxide, an air electrode and a fuel electrode facing each other in a predetermined direction (hereinafter referred to as “arrangement direction”) with the electrolyte layer interposed therebetween. Is provided.

固体酸化物として、安定化ジルコニアより高い酸化物イオン伝導性を有するランタンガレート系ペロブスカイト型酸化物((La(ランタン),Sr(ストロンチウム))(Ga(ガリウム),Mg(マグネシウム))O(以下、「LSGM」という))が用いられることがある。固体酸化物としてLSGMが用いられたSOFCでは、空気極や燃料極に遷移金属元素が含まれるものが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。 As a solid oxide, a lanthanum gallate-based perovskite oxide ((La (lanthanum), Sr (strontium)) (Ga (gallium), Mg (magnesium)) O 3 ( Hereinafter, “LSGM”)) may be used. SOFCs using LSGM as a solid oxide are known in which transition metal elements are contained in the air electrode and the fuel electrode (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2003−173801号公報JP 2003-173801 A 特開2012−156007号公報JP 2012-156007 A

空気極に遷移金属元素(例えばSrやLa)が含まれる場合、遷移金属元素が電解質層側に拡散し、電解質層に含まれる元素(例えばZr(ジルコニウム))と反応して高抵抗層(例えばSrZrO)が形成され、その結果、セルの発電性能が低下するおそれがある。また、燃料極に遷移金属元素(例えばNi(ニッケル)、Mn(マンガン))が含まれる場合、例えば製造段階において電解質層の焼成前前駆体と燃料極用成形体とを焼成する過程で、燃料極用成形体に含まれる遷移金属元素(例えばNi(ニッケル)、Mn(マンガン))が電解質層の焼成前前駆体側に拡散し、電解質層の焼成前前駆体に含まれる元素(例えばLa)と反応して電解質層と燃料極との界面に絶縁層(例えばLaNiO)が形成され、その結果、セルの発電性能が低下するおそれがある。 When a transition metal element (for example, Sr or La) is included in the air electrode, the transition metal element diffuses to the electrolyte layer side and reacts with an element (for example, Zr (zirconium)) included in the electrolyte layer, thereby causing a high resistance layer (for example, SrZrO 3 ) is formed, and as a result, the power generation performance of the cell may be reduced. Further, when the fuel electrode contains a transition metal element (for example, Ni (nickel), Mn (manganese)), for example, in the process of firing the precursor before firing of the electrolyte layer and the molded body for the fuel electrode in the manufacturing stage, Transition metal elements (for example, Ni (nickel), Mn (manganese)) contained in the molded article for electrodes diffuse to the pre-firing precursor side of the electrolyte layer, and the elements (eg, La) contained in the pre-firing precursor of the electrolyte layer By reacting, an insulating layer (for example, LaNiO 3 ) is formed at the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode, and as a result, the power generation performance of the cell may be reduced.

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(以下、「SOEC」という)にも共通の課題である。なお、本明細書では、SOFC用のセルとSOEC用のセルとをまとめて、電気化学セルといい、SOFC用のスタックとSOEC用のスタックとをまとめて、電気化学スタックという。   Such a problem is common to solid oxide electrolysis cells (hereinafter referred to as “SOEC”) that generate hydrogen using an electrolysis reaction of water. In this specification, the SOFC cell and the SOEC cell are collectively referred to as an electrochemical cell, and the SOFC stack and the SOEC stack are collectively referred to as an electrochemical stack.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。   In this specification, the technique which can solve the subject mentioned above is disclosed.

本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。   The technology disclosed in this specification can be implemented as the following forms.

(1)本明細書に開示される電気化学セルは、固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を備える電気化学セルにおいて、前記固体酸化物は、ランタンガレート系ペロブスカイト型酸化物を含み、前記燃料極の前記第1の方向の厚さは、前記電解質層の前記第1の方向の厚さより厚く、前記電解質層を構成する粒子の平均粒径は、2.0(μm)以上、かつ、8.0(μm)以下である。本電気化学セルによれば、電解質層を構成する粒子の平均粒径は、2.0(μm)以上、かつ、8.0(μm)以下である。このため、電解質層を構成する粒子の平均粒径が2.0(μm)未満である場合に比べて、電解質層内において遷移金属元素の拡散経路となる粒子と粒子との境界である粒界が少なくなる分だけ、電解質層への遷移金属元素の拡散が抑えられ、その結果、電気化学セルの発電能力が低下することを抑制することができる。 (1) An electrochemical cell disclosed in the present specification includes an electrolyte layer containing a solid oxide, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween. The solid oxide includes a lanthanum gallate perovskite oxide, and the thickness of the fuel electrode in the first direction is larger than the thickness of the electrolyte layer in the first direction. The average particle size of the constituent particles is 2.0 (μm) or more and 8.0 (μm) or less. According to this electrochemical cell, the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer is 2.0 (μm) or more and 8.0 (μm) or less. For this reason, compared with the case where the average particle diameter of the particle | grains which comprise an electrolyte layer is less than 2.0 (micrometer), the grain boundary which is a boundary between the particle | grains used as the diffusion path | route of a transition metal element in an electrolyte layer Accordingly, the diffusion of the transition metal element into the electrolyte layer can be suppressed by the amount of decrease, and as a result, it is possible to suppress a decrease in the power generation capability of the electrochemical cell.

(2)上記電気化学セルにおいて、前記電解質層の前記第1の方向の厚さは、15(μm)以上、かつ、30(μm)以下である構成としてもよい。本電気化学セルによれば、電解質層の第1の方向の厚さは、15(μm)以上、かつ、30(μm)以下である。このため、電解質層の第1の方向の厚さが15(μm)未満である場合に比べて、電解質層に拡散した遷移金属元素によって空気極と燃料極とが電気的に短絡することを抑えることができる。また、電解質層の第1の方向の厚さが30(μm)より厚い場合に比べて、電解質層自体の電気抵抗が抑えられる。これにより、電気化学セルの発電能力が低下することを、より効果的に抑制することができる。 (2) In the electrochemical cell, the thickness of the electrolyte layer in the first direction may be 15 (μm) or more and 30 (μm) or less. According to this electrochemical cell, the thickness of the electrolyte layer in the first direction is 15 (μm) or more and 30 (μm) or less. For this reason, compared with the case where the thickness of the electrolyte layer in the first direction is less than 15 (μm), the air electrode and the fuel electrode are prevented from being electrically short-circuited by the transition metal element diffused in the electrolyte layer. be able to. Moreover, compared with the case where the thickness of the electrolyte layer in the first direction is larger than 30 (μm), the electrical resistance of the electrolyte layer itself can be suppressed. Thereby, it can suppress more effectively that the power generation capability of an electrochemical cell falls.

(3)上記電気化学セルにおいて、前記空気極は、コバルタイト系ペロブスカイト型酸化物を含む構成としてもよい。本電気化学セルによれば、空気極は、導電率および電極触媒活性に優れたコバルタイト系ペロブスカイト型酸化物を含むので、電気化学セルの発電能力が低下することを、より効果的に抑制することができる。 (3) In the electrochemical cell, the air electrode may include a cobaltite perovskite oxide. According to this electrochemical cell, since the air electrode contains a cobaltite-based perovskite oxide having excellent conductivity and electrocatalytic activity, it is possible to more effectively suppress a decrease in the power generation capacity of the electrochemical cell. Can do.

(4)上記電気化学セルにおいて、前記コバルタイト系ペロブスカイト型酸化物は、Baを含む構成としてもよい。本電気化学セルによれば、空気極を構成するコバルタイト系ペロブスカイト型酸化物は、Ba(バリウム)を含む。これにより、空気極における電極触媒活性が高くなり、電気化学セルの発電能力の向上を図ることができる。 (4) In the electrochemical cell, the cobaltite-based perovskite oxide may include Ba. According to the present electrochemical cell, the cobaltite-based perovskite oxide constituting the air electrode contains Ba (barium). Thereby, the electrocatalytic activity in an air electrode becomes high, and can improve the power generation capability of an electrochemical cell.

(5)上記電気化学セルの製造方法において、燃料極用成形体を準備する工程と、前記燃料極用成形体に中間層の焼成前前駆体を形成する工程と、前記燃料極用成形体と、前記燃料極用成形体に形成された前記中間層の焼成前前駆体とを、同時に焼成して第1の焼成体を作製する工程と、前記第1の焼成体の前記中間層側に電解質層の焼成前前駆体を形成する工程と、前記第1の焼成体と、前記第1の焼成体に形成された電解質層の焼成前前駆体とを、同時に焼成して第2の焼成体を作製する工程とを備える構成としてもよい。電解質層を構成する粒子の平均粒径を大きくするためには、焼成温度を高くする必要がある。ここで、仮に、燃料極用成形体と中間層の焼成前前駆体と電解質層の焼成前前駆体とを同時焼成する場合、焼成温度を高くすることによって、中間層が緻密になる前に、燃料極に含まれる遷移金属元素が当該中間層を通り抜けて電解質層側に拡散するおそれがある。これに対して、本電気化学セルの製造方法によれば、先に、燃料極用成形体と、燃料極用成形体に形成された中間層の焼成前前駆体とが焼成されて第1の焼成体が作製される。その後、第1の焼成体の中間層側に電解質層の焼成前前駆体を配置して焼成する。これにより、電解質層の焼成の際、電解質層を構成する粒子の平均粒径を大きくするために焼成温度を高くしても、既に焼成により緻密になっている中間層によって、燃料極に含まれる遷移金属元素が電解質層側に拡散することを抑制することができる。 (5) In the method for producing an electrochemical cell, a step of preparing a fuel electrode molded body, a step of forming a precursor before firing of an intermediate layer in the fuel electrode molded body, and the fuel electrode molded body, A step of simultaneously firing the precursor before firing of the intermediate layer formed in the molded body for the fuel electrode to produce a first fired body, and an electrolyte on the intermediate layer side of the first fired body The step of forming a precursor before firing of the layer, the first fired body, and the precursor before firing of the electrolyte layer formed on the first fired body are simultaneously fired to form a second fired body. It is good also as a structure provided with the process to produce. In order to increase the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer, it is necessary to increase the firing temperature. Here, if the molded body for the fuel electrode, the precursor before firing of the intermediate layer and the precursor before firing of the electrolyte layer are simultaneously fired, by increasing the firing temperature, before the intermediate layer becomes dense, There is a possibility that the transition metal element contained in the fuel electrode passes through the intermediate layer and diffuses to the electrolyte layer side. On the other hand, according to the manufacturing method of the electrochemical cell, first, the molded body for the fuel electrode and the precursor before firing of the intermediate layer formed in the molded body for the fuel electrode are fired. A fired body is produced. Thereafter, the precursor before firing of the electrolyte layer is disposed on the intermediate layer side of the first fired body and fired. As a result, when the electrolyte layer is fired, even if the firing temperature is increased in order to increase the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer, it is included in the fuel electrode by the intermediate layer that is already dense by firing. It is possible to suppress the transition metal element from diffusing to the electrolyte layer side.

(6)上記電気化学セルの製造方法において、前記電解質層の焼成前前駆体の焼成温度は、1400(℃)以上、かつ、1450(℃)以下であることを特徴とする構成としてもよい。本電気化学セルの製造方法によれば、電解質層の焼成温度は、1400(℃)以上、かつ、1450(℃)以下とすることによって、電解質層を構成する粒子の平均粒径を、遷移金属元素の拡散を抑制可能な大きさに、より確実にすることができる。 (6) In the above electrochemical cell manufacturing method, the firing temperature of the precursor before firing of the electrolyte layer may be 1400 (° C.) or more and 1450 (° C.) or less. According to this method for producing an electrochemical cell, the firing temperature of the electrolyte layer is 1400 (° C.) or higher and 1450 (° C.) or lower, so that the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer is changed to transition metal. The size can be more reliably reduced to suppress the diffusion of elements.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池発電単位、複数の燃料電池発電単位を備える燃料電池スタック、燃料電池スタックを備える発電モジュール、発電モジュールを備える燃料電池システム、電解セル単位、複数の電解セル単位を備える電解セルスタック、電解セルスタックを備える水素生成モジュール、水素生成モジュールを備える水素生成システム等の形態で実現することが可能である。   The technology disclosed in this specification can be realized in various forms. For example, a fuel cell power generation unit, a fuel cell stack including a plurality of fuel cell power generation units, and a power generation module including a fuel cell stack It can be realized in the form of a fuel cell system including a power generation module, an electrolytic cell unit, an electrolytic cell stack including a plurality of electrolytic cell units, a hydrogen generation module including an electrolytic cell stack, a hydrogen generation system including a hydrogen generation module, etc. It is.

本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an external configuration of a fuel cell stack 100 in the present embodiment. 図1のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows XY cross-section structure of the fuel cell stack 100 in the position of II-II of FIG. 図1のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of a fuel cell stack 100 at a position of III-III in FIG. 1. セル110の一部分(電解質層112、燃料極116、拡散防止層200)のXZ断面構成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of a part of the cell 110 (an electrolyte layer 112, a fuel electrode 116, and a diffusion prevention layer 200). セル110の製造方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a method for manufacturing the cell 110. セル110の性能評価の結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the performance evaluation of the cell 110. FIG.

A.実施形態:
A−1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXY断面構成を示す説明図であり、図3は、図1のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。また、図4は、セル110の一部分(電解質層112、燃料極116、拡散防止層200)のXZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向といい、Z軸負方向を下方向というものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。なお、燃料電池スタック100は、特許請求の範囲における電気化学スタック、固体酸化物形燃料電池用のスタックに相当する。
A. Embodiment:
A-1. Constitution:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a fuel cell stack 100 in the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing an XY cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at a position II-II in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position of III-III in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an XZ sectional configuration of a part of the cell 110 (the electrolyte layer 112, the fuel electrode 116, and the diffusion prevention layer 200). In each figure, XYZ axes orthogonal to each other for specifying the direction are shown. In this specification, for convenience, the positive direction of the Z axis is referred to as the upward direction, and the negative direction of the Z axis is referred to as the downward direction. However, the fuel cell stack 100 is actually installed in a direction different from such a direction. May be. The fuel cell stack 100 corresponds to the electrochemical stack and the solid oxide fuel cell stack in the claims.

図1から図3に示すように、燃料電池スタック100は、複数(本実施形態では24個)のセル110と、集電部材104と、絶縁多孔体106と、1対のガラスシール部材108とを備える。24個のセル110は、互いに間隔を空けて格子状に配置されている。具体的には、24個のセル110は、所定の方向(本実施形態では水平方向(X軸方向)に3個ずつ並べて配置され、当該所定の方向に直交する方向(本実施形態では上下方向(Z軸方向))に8個ずつ並べて配置されている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell stack 100 includes a plurality (24 in this embodiment) of cells 110, a current collecting member 104, an insulating porous body 106, and a pair of glass seal members 108. Is provided. The 24 cells 110 are arranged in a lattice pattern with a space therebetween. Specifically, the 24 cells 110 are arranged in a predetermined direction (three in the horizontal direction (X-axis direction) in the present embodiment), and the direction perpendicular to the predetermined direction (the vertical direction in the present embodiment). (Z-axis direction)) are arranged side by side.

(セル110の構成)
セル110は、筒状(チューブ形状)の部材であり、電解質層112と、電解質層112を挟んでセル110の径方向に互いに対向する空気極(カソード)114および燃料極(アノード)116とを備える。なお、本実施形態のセル110は、燃料極116で電解質層112および空気極114を支持する燃料極支持形のセルである。具体的には、図3に示すように、燃料極116の径方向の厚さD1は、電解質層112の径方向の厚さD2より厚く、また、空気極114の径方向の厚さD3より厚くなっている。セル110の径方向は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。また、セルは、特許請求の範囲における電気化学セル、固体酸化物形燃料電池用のスタックに相当する。
(Configuration of cell 110)
The cell 110 is a cylindrical (tube-shaped) member, and includes an electrolyte layer 112, an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 facing each other in the radial direction of the cell 110 with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. Prepare. Note that the cell 110 of this embodiment is a fuel electrode-supported cell in which the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 are supported by the fuel electrode 116. Specifically, as shown in FIG. 3, the radial thickness D1 of the fuel electrode 116 is thicker than the radial thickness D2 of the electrolyte layer 112, and more than the radial thickness D3 of the air electrode 114. It is thick. The radial direction of the cell 110 corresponds to the first direction in the claims. The cell corresponds to an electrochemical cell and a stack for a solid oxide fuel cell in the claims.

燃料極116は、略円筒形状部材であり、セル110の長手方向(Y軸方向)に延びる貫通孔は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各セル110に供給する燃料ガス導通孔117である。燃料極116は、燃料ガス導通孔117を構成する基板層(図示せず)と、当該基板層の外周側に位置し、電解質層112に隣接する活性層(図示せず)とを含む。活性層と基板層とは、いずれも、例えば、Ni(ニッケル)とセリア系酸化物(例えばGDC(ガドリニウムドープセリア)、LDC(ランタンドープセリア)、SDC(サマリウムドープセリア)、YDC(イットリウムドープセリア))とにより形成されている。Niは、触媒であるとともに、燃料極116における電子伝導性の向上させる役割を果たす。Niは、遷移金属元素の一例である。   The fuel electrode 116 is a substantially cylindrical member, and the fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 into the through hole extending in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the cell 110, and the fuel gas FG is supplied to each cell 110. This is a fuel gas conduction hole 117 to be supplied. The fuel electrode 116 includes a substrate layer (not shown) that constitutes the fuel gas conduction hole 117 and an active layer (not shown) that is located on the outer peripheral side of the substrate layer and is adjacent to the electrolyte layer 112. Both the active layer and the substrate layer are, for example, Ni (nickel) and a ceria-based oxide (for example, GDC (gadolinium doped ceria), LDC (lanthanum doped ceria), SDC (samarium doped ceria), YDC (yttrium doped ceria). )). Ni is a catalyst and plays a role of improving electron conductivity in the fuel electrode 116. Ni is an example of a transition metal element.

活性層は、主として、電解質層112から供給される酸化物イオンと燃料ガスFGに含まれる水素等とを反応させて、電子と水蒸気とを生成する機能を発揮し、基板層は、主として、活性層と電解質層112と空気極114とを支持する機能を発揮する。なお、活性層の活性を高めるために、活性層におけるNiの含有率(mol%)は、基板層におけるNiの含有率より高いことが好ましい。また、基板層の強度を高めるために、基板層の径方向における厚さは活性層の径方向における厚さより厚くすることが好ましい。基板層のガス拡散性を高めるために、基板層の気孔率は活性層の気孔率より高いことが好ましい。   The active layer mainly functions to generate electrons and water vapor by reacting oxide ions supplied from the electrolyte layer 112 with hydrogen or the like contained in the fuel gas FG, and the substrate layer is mainly active. The layer, the electrolyte layer 112, and the air electrode 114 are supported. In order to increase the activity of the active layer, the Ni content (mol%) in the active layer is preferably higher than the Ni content in the substrate layer. In order to increase the strength of the substrate layer, the thickness of the substrate layer in the radial direction is preferably larger than the thickness of the active layer in the radial direction. In order to improve the gas diffusibility of the substrate layer, the porosity of the substrate layer is preferably higher than the porosity of the active layer.

電解質層112は、燃料極116の外周面側に配置されている薄肉の円筒部材であり、固体酸化物として、安定化ジルコニアより高い酸化物イオン伝導性を有するランタンガレート系ペロブスカイト型酸化物((La(ランタン),Sr(ストロンチウム))(Ga(ガリウム),Mg(マグネシウム))O(以下、「LSGM」という))を含む。なお、電解質層112の詳細構成については後述する。空気極114は、電解質層112の外周面側に配置されている薄肉の円筒部材であり、例えば、ペロブスカイト型酸化物により形成されている。ペロブスカイト型酸化物は、例えば、LSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄)、コバルタイト系ペロブスカイト型酸化物(例えばLa0.6Sr0.4CoO、Ba0.4La0.6CoO、La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8)である。このように、本実施形態のセル110は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。なお、La(ランタン)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)、Co(コバルト)は、遷移金属元素の一例である。 The electrolyte layer 112 is a thin-walled cylindrical member disposed on the outer peripheral surface side of the fuel electrode 116, and as a solid oxide, a lanthanum gallate-based perovskite oxide having a higher oxide ion conductivity than stabilized zirconia (( La (lanthanum), Sr (strontium)) (Ga (gallium), Mg (magnesium)) O 3 (hereinafter referred to as “LSGM”)). The detailed configuration of the electrolyte layer 112 will be described later. The air electrode 114 is a thin-walled cylindrical member disposed on the outer peripheral surface side of the electrolyte layer 112, and is formed of, for example, a perovskite oxide. Examples of the perovskite oxide include LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), LNF (lanthanum nickel iron), and cobaltite perovskite oxide (for example, La 0.6 Sr 0.4 CoO 3 , Ba 0.4 La 0.6 CoO 3 , La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 ). Thus, the cell 110 of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte. Note that La (lanthanum), Sr (strontium), Ba (barium), and Co (cobalt) are examples of transition metal elements.

図2に示すように、各燃料極116の一端側(Y軸正方向側)または他端側(Y軸負方向側)の一部分は、全周にわたって電解質層112および空気極114に覆われていない露出部分になっている。そして、X軸方向に互いに隣り合うセル110同士について、燃料極116の長手方向(Y軸方向)における露出部分の形成位置は互いに異なる。すなわち、X軸方向の両端に位置する2つのセル110における露出部分の形成位置は、燃料極116の上記一端側(Y軸正方向側)であり、X軸方向の中央に位置するセル110における露出部分の形成位置は、燃料極116の上記他端側(Y軸負方向側)である。各燃料極116の露出部分には、当該露出部分を覆うように金属シール部材109が形成されている。金属シール部材109は、ガスの流通を阻止するとともに燃料極116の集電端子として機能する。   As shown in FIG. 2, a part of one end side (Y-axis positive direction side) or the other end side (Y-axis negative direction side) of each fuel electrode 116 is covered with the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 over the entire circumference. There are no exposed parts. And the formation position of the exposed part in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the fuel electrode 116 differs between cells 110 adjacent to each other in the X-axis direction. That is, the formation position of the exposed part in the two cells 110 located at both ends in the X-axis direction is the one end side (Y-axis positive direction side) of the fuel electrode 116 and in the cell 110 located in the center in the X-axis direction. The formation position of the exposed portion is the other end side (Y-axis negative direction side) of the fuel electrode 116. A metal seal member 109 is formed on the exposed portion of each fuel electrode 116 so as to cover the exposed portion. The metal sealing member 109 functions as a current collecting terminal for the fuel electrode 116 while preventing gas from flowing.

(集電部材104等の構成)
図2および図3に示すように、集電部材104は、複数の円筒部分142と、複数の連結部分144とを含む導電性部材である。各円筒部分142は、セル110の上記露出部分の形成位置側に配置された第1の円筒部分142Aと、第1の円筒部分142Aと離間し、かつ、第1の円筒部分142Aとセル110の長手方向(Y軸方向)に並んで配置されている第2の円筒部分142Bとを含む。第2の円筒部分142Bは、各セル110の空気極114の全周を囲むように形成されている。第1の円筒部分142Aと第2の円筒部分142Bと間には、絶縁部材105が配置されており、これにより、第1の円筒部分142Aと第2の円筒部分142Bとは電気的に絶縁されている。図2に示すように、連結部分144は、X軸方向に互いに隣り合う一方の円筒部分142の第1の円筒部分142Aと、他方の円筒部分142の第2の円筒部分142Bとを連結している。これにより、X軸方向に互いに隣り合うセル110同士が電気的に接続されている。
(Configuration of current collecting member 104)
As shown in FIGS. 2 and 3, the current collecting member 104 is a conductive member including a plurality of cylindrical portions 142 and a plurality of connecting portions 144. Each cylindrical portion 142 is spaced apart from the first cylindrical portion 142A and the first cylindrical portion 142A that are disposed on the side where the exposed portion of the cell 110 is formed, and between the first cylindrical portion 142A and the cell 110. And a second cylindrical portion 142B arranged side by side in the longitudinal direction (Y-axis direction). The second cylindrical portion 142B is formed so as to surround the entire circumference of the air electrode 114 of each cell 110. The insulating member 105 is disposed between the first cylindrical portion 142A and the second cylindrical portion 142B, whereby the first cylindrical portion 142A and the second cylindrical portion 142B are electrically insulated. ing. As shown in FIG. 2, the connecting portion 144 connects the first cylindrical portion 142A of one cylindrical portion 142 adjacent to each other in the X-axis direction and the second cylindrical portion 142B of the other cylindrical portion 142. Yes. Thereby, the cells 110 adjacent to each other in the X-axis direction are electrically connected.

絶縁多孔体106は、酸化剤ガスOGの流通が可能な平板状の多孔質体であり、例えばセラミックスにより形成されている。絶縁多孔体106は、上下方向(Z軸方向)に並ぶ8つの集電部材104の間と、8つの集電部材104の上下端とに配置されている。   The insulating porous body 106 is a flat porous body capable of flowing the oxidant gas OG, and is formed of, for example, ceramics. The insulating porous body 106 is disposed between the eight current collecting members 104 arranged in the vertical direction (Z-axis direction) and the upper and lower ends of the eight current collecting members 104.

ガラスシール部材108は、24個のセル110の長手方向(Y軸方向)の両側に配置されており、ガラスシール部材108に形成された複数の貫通孔108Aに各セル110の端部が挿入されている。ガラスシール部材108によって、絶縁多孔体106を流通する酸化剤ガスOGのリークが防止されている。   The glass seal members 108 are arranged on both sides in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the 24 cells 110, and the end portions of the respective cells 110 are inserted into a plurality of through holes 108A formed in the glass seal member 108. ing. The glass seal member 108 prevents the oxidant gas OG flowing through the insulating porous body 106 from leaking.

A−2.燃料電池スタック100の動作:
図1および図2に示すように、セル110に接続された配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、燃料ガス導通孔117に供給され、燃料極116と接触し、燃料ガスFG中の水素が電解質層112から運ばれてくる酸化物イオンと反応し、水が発生する。一方、図3に示すように、燃料電池スタック100の外部から絶縁多孔体106内に酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、絶縁多孔体106および集電部材104を透過して空気極114と接触し、酸化剤ガスOGに含まれる酸素分子から酸化物イオンが発生する。このように、セル110において酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGの電気化学反応によって発電が行われる。なお、この発電反応は発熱反応である。なお、図2の点線矢印は、3つのセル110間の導電経路を示す。
A-2. Operation of the fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 1 and 2, when the fuel gas FG is supplied through a pipe (not shown) connected to the cell 110, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas conduction hole 117, and the fuel electrode 116, the hydrogen in the fuel gas FG reacts with oxide ions carried from the electrolyte layer 112, and water is generated. On the other hand, as shown in FIG. 3, when the oxidant gas OG is supplied into the insulating porous body 106 from the outside of the fuel cell stack 100, the oxidant gas OG passes through the insulating porous body 106 and the current collecting member 104. In contact with the air electrode 114, oxide ions are generated from oxygen molecules contained in the oxidant gas OG. As described above, power generation is performed in the cell 110 by an electrochemical reaction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG. This power generation reaction is an exothermic reaction. 2 indicates a conductive path between the three cells 110.

A−3.拡散防止層200の構成:
図4に示すように、セル110は、さらに、電解質層112と燃料極116との間に配置された拡散防止層200を含む。拡散防止層200は、例えば上述のセリア系酸化物を含む。拡散防止層200によって、例えば製造段階において電解質層の焼成前前駆体と燃料極の焼成前前駆体とを焼成する過程で、電解質層の焼成前前駆体に含まれるLaと燃料極用成形体に含まれるNiとが反応して電解質層112と燃料極116との界面に絶縁層(例えばLaNiO)が形成されることが抑制される。拡散防止層200は、特許請求の範囲における中間層に相当する。
A-3. Configuration of diffusion preventing layer 200:
As shown in FIG. 4, the cell 110 further includes a diffusion prevention layer 200 disposed between the electrolyte layer 112 and the fuel electrode 116. The diffusion preventing layer 200 includes, for example, the above-mentioned ceria-based oxide. For example, in the process of firing the precursor before firing of the electrolyte layer and the precursor before firing of the fuel electrode in the manufacturing stage, the diffusion prevention layer 200 forms La and the fuel electrode molded body in the precursor before firing of the electrolyte layer. Reaction of Ni contained therein to suppress the formation of an insulating layer (for example, LaNiO 3 ) at the interface between the electrolyte layer 112 and the fuel electrode 116 is suppressed. The diffusion preventing layer 200 corresponds to the intermediate layer in the claims.

A−4.電解質層112の詳細構成:
本実施形態では、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は、2.0(μm)以上、かつ、8.0(μm)以下である。ここでいう電解質層112を構成する粒子は、電解質層112内において遷移金属元素の拡散経路になり得る結晶粒界を構成する粒子である。また、電解質層112の径方向の厚さD2(図3参照)は、15(μm)以上、かつ、30(μm)以下である。
A-4. Detailed configuration of the electrolyte layer 112:
In this embodiment, the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is 2.0 (μm) or more and 8.0 (μm) or less. The particles constituting the electrolyte layer 112 here are particles constituting a grain boundary that can be a diffusion path of the transition metal element in the electrolyte layer 112. The radial thickness D2 (see FIG. 3) of the electrolyte layer 112 is 15 (μm) or more and 30 (μm) or less.

A−5.セル110の製造方法:
図5は、セル110の製造方法を示すフローチャートである。図5に示すように、まず、Ni等を含む筒状の燃料極用成形体を準備し(S110)、ディップコート法によって燃料極用成形体の外周面に拡散防止層の焼成前前駆体を形成する(S120)。このとき、まだ燃料極用成形体への電解質層の焼成前前駆体の形成は行わない。次に、燃料極用成形体と、当該燃料極用成形体に形成された拡散防止層の焼成前前駆体とを同時に焼成することによって第1の焼成体を作製する(S130)。この第1の焼成体には、燃料極116と拡散防止層200とは含まれるが、電解質層112は含まれていない。
A-5. Method for manufacturing cell 110:
FIG. 5 is a flowchart showing a method for manufacturing the cell 110. As shown in FIG. 5, first, a cylindrical fuel electrode molded body containing Ni or the like is prepared (S110), and the precursor before firing of the diffusion preventing layer is formed on the outer peripheral surface of the fuel electrode molded body by the dip coating method. Form (S120). At this time, the precursor before firing of the electrolyte layer is not yet formed on the molded article for the fuel electrode. Next, the first fired body is produced by simultaneously firing the fuel electrode compact and the pre-firing precursor of the diffusion prevention layer formed on the fuel electrode compact (S130). The first fired body includes the fuel electrode 116 and the diffusion prevention layer 200, but does not include the electrolyte layer 112.

次に、ディップコート法によって第1の焼成体の拡散防止層200の外周面に電解質層の焼成前前駆体を形成して焼成することによって第2の焼成体を作製する(S140)。この第2の焼成体を作製する際の焼成温度は、1400(℃)以上、かつ、1450(℃)以下であることが好ましい。この第2の焼成体には、燃料極116と拡散防止層200とに加えて、電解質層112が含まれる。次に、ディップコート法によって第2の焼成体の電解質層112の外周面に空気極の焼成前前駆体を形成して焼成することによって第3の焼成体を作製する(S150)。これにより、上述のセル110を製造することができる。   Next, a second fired body is manufactured by forming a precursor before firing of the electrolyte layer on the outer peripheral surface of the diffusion preventing layer 200 of the first fired body by dip coating and firing (S140). The firing temperature at the time of producing this second fired body is preferably 1400 (° C.) or more and 1450 (° C.) or less. The second fired body includes an electrolyte layer 112 in addition to the fuel electrode 116 and the diffusion prevention layer 200. Next, a third fired body is manufactured by forming a pre-fired precursor of the air electrode on the outer peripheral surface of the electrolyte layer 112 of the second fired body by dip coating and firing (S150). Thereby, the above-described cell 110 can be manufactured.

A−6.セル110の性能評価:
図6は、セル110の性能評価の結果を示す説明図である。図6に示すように、性能評価には、8つのサンプル(実施例1〜7および比較例)を用いた。8つのサンプルの内、実施例1〜7は、上述のセル110に対して、層構成が同じであり、かつ、電解質層112を構成する粒子の平均粒径と電解質層112の径方向の厚さD2とのいずれもセル110で定められた上述の規定範囲に含まれる。一方、比較例は、上述のセル110に対して、層構成は同じであるが、電解質層112を構成する粒子の平均粒径と、電解質層112の径方向の厚さD2とが、上記規定範囲に含まれない。また、8つのサンプルは、空気極114の形成材料と、電解質層112を構成する粒子の平均粒径と、電解質層112の径方向の厚さとの組み合わせが互いに異なる。なお、8つのサンプルでは、いずれも、燃料極116の形成材料は、NiとGDCとであるものとする。
A-6. Cell 110 performance evaluation:
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the results of performance evaluation of the cell 110. As shown in FIG. 6, eight samples (Examples 1 to 7 and Comparative Example) were used for performance evaluation. Among the eight samples, Examples 1 to 7 have the same layer structure as the cell 110 described above, and the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 and the thickness in the radial direction of the electrolyte layer 112. Both the length D2 and the length D2 are included in the specified range defined by the cell 110. On the other hand, the comparative example has the same layer configuration as the cell 110 described above, but the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112 and the radial thickness D2 of the electrolyte layer 112 are defined as above. Not included in the range. The eight samples have different combinations of the material for forming the air electrode 114, the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112, and the radial thickness of the electrolyte layer 112. In all eight samples, the material for forming the fuel electrode 116 is Ni and GDC.

(サンプルの作製)
実施例1〜7は、上述の製造方法で製造される。一方、比較例は、燃料極用成形体と拡散防止層の焼成前前駆体と電解質層の焼成前前駆体とを同時に焼成する点で上述の製造方法とは異なる製造方法で製造される。なお、本性能評価では、各サンプルについて、電解質層112の一部が除去され、燃料極116の露出部分に銀線が巻き付けられることによって燃料極側端子が形成されている。また、空気極114が白金網で覆われ、白金網上に銀線が接続され、白金網上に集電用の導電性ペーストが塗布され電気炉で焼き付けられることによって空気極側端子が形成されている。
(Sample preparation)
Examples 1 to 7 are manufactured by the above-described manufacturing method. On the other hand, the comparative example is manufactured by a manufacturing method different from the above-described manufacturing method in that the molded body for a fuel electrode, the precursor before firing of the diffusion preventing layer, and the precursor before firing of the electrolyte layer are fired simultaneously. In this performance evaluation, for each sample, a part of the electrolyte layer 112 is removed, and a silver wire is wound around the exposed portion of the fuel electrode 116 to form a fuel electrode side terminal. In addition, the air electrode 114 is covered with a platinum mesh, a silver wire is connected to the platinum mesh, and a conductive paste for current collection is applied onto the platinum mesh and baked in an electric furnace to form an air electrode side terminal. ing.

(性能評価の方法)
まず、各サンプルの発電出力(W/cm)を取得する。具体的には、作製した各サンプルを、電気炉内に設置した後、燃料極側端子と空気極側端子とを、電圧計およびインピーダンス測定装置(solartron社製、SI1287/1255B)を介して電気的に接続する。次に、燃料極116の燃料ガス導通孔117に窒素ガスを供給し始めるとともに、空気極114に空気を供給し始めて、電気炉の温度を700(℃)まで昇温させる。700(℃)まで昇温させた後、燃料ガス導通孔117に窒素ガスに代えて水素ガスを供給し始めることにより燃料極116に対して還元処理を行う。還元処理を行った後、電気炉の温度を600(℃)まで降温させ、インピーダンス測定装置によって、600(℃)におけるIV曲線(電流電圧曲線)を測定し、得られたIV曲線から、0.1(A/cm)における電圧値(V)を読み取り、次の式1を用いて各サンプルの発電出力(W/cm)を取得する。
<式1>
セルの発電出力(W/cm)=電流密度(0.1(A/cm))×電圧値(V)
(Performance evaluation method)
First, the power generation output (W / cm 2 ) of each sample is acquired. Specifically, after each prepared sample is installed in an electric furnace, the fuel electrode side terminal and the air electrode side terminal are electrically connected via a voltmeter and an impedance measuring device (manufactured by solartron, SI1287 / 1255B). Connect. Next, the supply of nitrogen gas to the fuel gas conduction hole 117 of the fuel electrode 116 and the start of supply of air to the air electrode 114 raise the temperature of the electric furnace to 700 (° C.). After raising the temperature to 700 (° C.), the fuel electrode 116 is subjected to a reduction process by starting to supply hydrogen gas instead of nitrogen gas to the fuel gas conduction hole 117. After performing the reduction treatment, the temperature of the electric furnace is lowered to 600 (° C.), and an IV curve (current voltage curve) at 600 (° C.) is measured by an impedance measuring device. The voltage value (V) at 1 (A / cm 2 ) is read, and the power generation output (W / cm 2 ) of each sample is obtained using the following formula 1.
<Formula 1>
Cell power generation output (W / cm 2 ) = Current density (0.1 (A / cm 2 )) × Voltage value (V)

次に、各サンプルの耐久性の指標として、各サンプルの電圧降下率(%)を取得する。具体的には、電気炉の温度が600(℃)であるときの各サンプルの開回路起電力を電圧計により測定し、その測定値を初期開回路起電力V0とする。次に、初期開回路起電力V0を測定した時点から、電気炉の温度が600(℃)であり、かつ、各サンプルが開回路状態(無通電状態)で100時間維持し、100時間経過したときの各サンプルの開回路起電力を電圧計により測定し、その測定値を運転後開回路起電力V1とする。そして、次の式2を用いて各サンプルについて、100時間当たりの電圧降下率(%/100hr)を取得する。
<式2>
電圧降下率(%)=[(初期開回路起電力V0−運転後開回路起電力V1)/初期開回路起電力V0]×100
Next, the voltage drop rate (%) of each sample is acquired as an index of durability of each sample. Specifically, the open circuit electromotive force of each sample when the temperature of the electric furnace is 600 (° C.) is measured by a voltmeter, and the measured value is set as an initial open circuit electromotive force V0. Next, from the time when the initial open circuit electromotive force V0 was measured, the temperature of the electric furnace was 600 (° C.), and each sample was maintained in an open circuit state (non-energized state) for 100 hours, and 100 hours had elapsed. The open circuit electromotive force of each sample is measured with a voltmeter, and the measured value is defined as an open circuit electromotive force V1 after operation. Then, the voltage drop rate (% / 100 hr) per 100 hours is obtained for each sample using the following formula 2.
<Formula 2>
Voltage drop rate (%) = [(initial open circuit electromotive force V0−post-operation open circuit electromotive force V1) / initial open circuit electromotive force V0] × 100

次に、各サンプルの電解質層を構成する粒子の平均粒径を取得する。具体的には、燃料ガス導通孔117に水素ガスを供給した状態で、電気炉の温度を室温まで降温させる。電気炉から取り出したサンプルをエポキシ系樹脂に埋めて硬化させた後に、各サンプルを、ガスの供給方向に直交する面で切断し、電解質層を含む切断面を得る。そして、その切断面を研磨して平滑な面にする。平滑された切断面にカーボン蒸着を施した後、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて、切断面のSEM画像を取得する。取得したSEM画像について、インターセプト法を用いて、電解質層を構成する粒子の平均粒径を取得する。   Next, the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer of each sample is obtained. Specifically, the temperature of the electric furnace is lowered to room temperature while hydrogen gas is supplied to the fuel gas conduction hole 117. After the sample taken out from the electric furnace is cured by being embedded in an epoxy resin, each sample is cut along a plane perpendicular to the gas supply direction to obtain a cut surface including an electrolyte layer. Then, the cut surface is polished to make a smooth surface. After carbon deposition is performed on the smooth cut surface, an SEM image of the cut surface is acquired using an SEM (scanning electron microscope). About the acquired SEM image, the average particle diameter of the particle | grains which comprise an electrolyte layer is acquired using an intercept method.

(性能評価の結果)
図6に示すように、比較例では、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は1.4(μm)である。比較例の評価結果では、発電出力は、0.042(W/cm)であり、実施例1〜7より低く、また、電圧降下率は、1.17(%/100hr)であり、実施例1〜7に比べて高い(耐久性が低い)。一方、実施例1〜7では、いずれも、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は、2.0(μm)以上、かつ、8.0(μm)以下である。実施例1〜7の評価結果では、いずれも、発電出力は、0.080(W/cm)以上であり、電圧降下率は、0.37(%/100hr)以下であり、良好であった。
(Results of performance evaluation)
As shown in FIG. 6, in the comparative example, the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is 1.4 (μm). In the evaluation result of the comparative example, the power generation output is 0.042 (W / cm 2 ), which is lower than those in Examples 1 to 7, and the voltage drop rate is 1.17 (% / 100 hr). Higher than Examples 1-7 (low durability). On the other hand, in each of Examples 1 to 7, the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is 2.0 (μm) or more and 8.0 (μm) or less. In any of the evaluation results of Examples 1 to 7, the power generation output was 0.080 (W / cm 2 ) or more, and the voltage drop rate was 0.37 (% / 100 hr) or less, which was favorable. It was.

このような実施例1〜7と比較例との評価結果の相違の要因は、主として、電解質層112を構成する粒子の平均粒径の相違にあると考えられる。電解質層112内における遷移金属(例えば、空気極114からのCoや、燃料極116からのNi)の拡散経路は、電解質層112内を構成する粒子と粒子との境界である粒界にある。電解質層112を構成する粒子の平均粒径が大きいほど、粒界の数は少なくなる。すなわち、拡散経路が少なくなる。逆に、電解質層112を構成する粒子の平均粒径が小さいほど、粒界の数は多くなる。すなわち、拡散経路が多くなる。   The cause of the difference in the evaluation results between Examples 1 to 7 and the comparative example is considered to be mainly due to the difference in the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112. The diffusion path of the transition metal (for example, Co from the air electrode 114 and Ni from the fuel electrode 116) in the electrolyte layer 112 is at a grain boundary that is a boundary between particles constituting the electrolyte layer 112. The larger the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112, the smaller the number of grain boundaries. That is, there are fewer diffusion paths. Conversely, the smaller the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112, the greater the number of grain boundaries. That is, the number of diffusion paths increases.

比較例では、電解質層112を構成する粒子の平均粒径が相対的に小さいため、電解質層112内における遷移金属元素の拡散経路が多く存在することによって遷移金属元素が拡散し易くなっている。そのため、比較例では、電解質層112の径方向の厚さが実施例1〜7に比べて厚いにもかかわらず、空気極114および燃料極116から多くの遷移金属元素が電解質層112に拡散する。その結果、空気極114と燃料極116との間で電気的な短絡が発生し易く、セルの開回路起電力が低下することによって発電出力が低下し、さらに、電圧降下率が高くなったと考えられる。   In the comparative example, since the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is relatively small, the transition metal element is easily diffused by the presence of many diffusion paths of the transition metal element in the electrolyte layer 112. Therefore, in the comparative example, many transition metal elements diffuse from the air electrode 114 and the fuel electrode 116 to the electrolyte layer 112 even though the radial thickness of the electrolyte layer 112 is thicker than those of the first to seventh embodiments. . As a result, an electrical short circuit is likely to occur between the air electrode 114 and the fuel electrode 116, and the power generation output is reduced due to a decrease in the open circuit electromotive force of the cell, and the voltage drop rate is increased. It is done.

これに対して、実施例1〜7では、電解質層112を構成する粒子の平均粒径が相対的に大きいため、電解質層112内における遷移金属元素の拡散経路が少ないことによって遷移金属元素が拡散し難くなっている。そのため、実施例1〜7では、電解質層112の径方向の厚さが比較例に比べて薄いにもかかわらず、良好な評価結果が得られたと考えられる。換言すれば、電解質層112を構成する粒子の平均粒径2.0(μm)以上にすることにより、電解質層112への遷移金属元素の拡散が抑制できるため、電解質層112の径方向の厚さD2を比較例に比べて薄くすることができる。   On the other hand, in Examples 1-7, since the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is relatively large, the transition metal element diffuses due to the small number of diffusion paths of the transition metal element in the electrolyte layer 112. It is difficult to do. Therefore, in Examples 1 to 7, it is considered that good evaluation results were obtained even though the radial thickness of the electrolyte layer 112 was thinner than that of the comparative example. In other words, since the diffusion of the transition metal element into the electrolyte layer 112 can be suppressed by setting the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112 to 2.0 (μm) or more, the thickness of the electrolyte layer 112 in the radial direction is reduced. The thickness D2 can be made thinner than that of the comparative example.

次に、実施例1〜3について、燃料極116の形成材料と、空気極114の形成材料と、電解質層112の径方向の厚さD2とは互いに同じである。しかし、実施例1では、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は、8.0(μm)であり、最も大きく、電圧降下率は、0.28(%/100hr)であり、最も低い。実施例2では、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は、6.2(μm)であり、実施例1より小さく、電圧降下率は、0.31(%/100hr)であり、実施例1より高い。実施例3では、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は、2.0(μm)であり、実施例2よりさらに小さく、電圧降下率は、0.37(%/100hr)であり、実施例2よりさらに高い。このことから、電解質層112を構成する粒子の平均粒径が大きいほど、セル110の耐久性が向上することが分かる。これは、電解質層112を構成する粒子の平均粒径が大きいほど、空気極114と燃料極116との間の電気的な短絡が抑制されるため、セル110の発電動作時(焼成温度以下)でも、セル110の電圧降下が抑制されるからであると考えられる。   Next, in Examples 1 to 3, the material for forming the fuel electrode 116, the material for forming the air electrode 114, and the radial thickness D2 of the electrolyte layer 112 are the same. However, in Example 1, the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is 8.0 (μm), the largest, and the voltage drop rate is 0.28 (% / 100 hr), the lowest. . In Example 2, the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is 6.2 (μm), which is smaller than that of Example 1, and the voltage drop rate is 0.31 (% / 100 hr). Higher than Example 1. In Example 3, the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112 is 2.0 (μm), which is even smaller than Example 2, and the voltage drop rate is 0.37 (% / 100 hr). Even higher than in Example 2. From this, it can be seen that the durability of the cell 110 is improved as the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is increased. This is because, as the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is larger, an electrical short circuit between the air electrode 114 and the fuel electrode 116 is suppressed, so that the power generation operation of the cell 110 (below the firing temperature) However, it is considered that the voltage drop of the cell 110 is suppressed.

次に、実施例1,4,5について、燃料極116の形成材料と、空気極114の形成材料とは互いに同じであり、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は、いずれも約8.0(μm)である。しかし、実施例5では、電解質層112の径方向の厚さD2は、30(μm)であり、最も厚く、発電出力は、0.095(W/cm)であり、最も低い。実施例1では、電解質層112の径方向の厚さD2は、20(μm)であり、実施例5より薄く、発電出力は、0.100(W/cm)であり、実施例5より高い。実施例4では、電解質層112の径方向の厚さD2は、15(μm)であり、最も薄いが、発電出力は、0.103(W/cm)であり、最も高い。これらのことから、電解質層112を構成する粒子の平均粒径を8.0(μm)とすることにより、セル110の製造段階における空気極114の形成時(上記図5のS150)に、空気極114からCoが電解質層112に拡散することが抑制される。このため、電解質層112の径方向の厚さD2を薄くしても、高い発電出力を得ることができるといえる。 Next, in Examples 1, 4 and 5, the material for forming the fuel electrode 116 and the material for forming the air electrode 114 are the same, and the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112 is about 8 in all cases. 0.0 (μm). However, in Example 5, the thickness D2 in the radial direction of the electrolyte layer 112 is 30 (μm), the thickest, and the power generation output is 0.095 (W / cm 2 ), which is the lowest. In Example 1, the radial thickness D2 of the electrolyte layer 112 is 20 (μm), which is thinner than that of Example 5, and the power generation output is 0.100 (W / cm 2 ). high. In Example 4, the thickness D2 in the radial direction of the electrolyte layer 112 is 15 (μm), which is the thinnest, but the power generation output is 0.103 (W / cm 2 ), which is the highest. From these facts, by setting the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112 to 8.0 (μm), the air electrode 114 is formed at the manufacturing stage of the cell 110 (S150 in FIG. 5 above). The diffusion of Co from the electrode 114 to the electrolyte layer 112 is suppressed. For this reason, it can be said that even if the thickness D2 in the radial direction of the electrolyte layer 112 is reduced, a high power generation output can be obtained.

次に、実施例3,6,7について、燃料極116の形成材料と、電解質層112の径方向の厚さD2とは互いに同じであり、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は、いずれも約2.0(μm)である。しかし、実施例6,7では、空気極114の形成材料にBaが含まれず、発電出力は、それぞれ0.085(W/cm)と0.080(W/cm)とである。実施例3では、空気極114の形成材料にBaが含まれており、発電出力は、0.098(W/cm)であり、最も高い。実施例3では、Baの高い電極触媒活性によって、実施例6,7よりも高い発電出力が得られていると考えられる。 Next, for Examples 3, 6, and 7, the material for forming the fuel electrode 116 and the radial thickness D2 of the electrolyte layer 112 are the same, and the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112 is Both are about 2.0 (μm). However, in Examples 6 and 7, Ba is not included in the material for forming the air electrode 114, and the power generation outputs are 0.085 (W / cm 2 ) and 0.080 (W / cm 2 ), respectively. In Example 3, Ba is contained in the material for forming the air electrode 114, and the power generation output is 0.098 (W / cm 2 ), which is the highest. In Example 3, it is considered that a higher power output than in Examples 6 and 7 was obtained due to the high electrocatalytic activity of Ba.

A−7.本実施形態の効果:
本実施形態によれば、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は、2.0(μm)以上、かつ、8.0(μm)以下である。このため、電解質層112を構成する粒子の平均粒径が2.0(μm)未満である場合に比べて、電解質層112内において遷移金属元素の拡散経路となる粒子と粒子との境界である粒界が少なくなる分だけ、電解質層112への遷移金属元素の拡散が抑えられ、その結果、セル110の発電能力が低下することを抑制することができる。
A-7. Effects of this embodiment:
According to the present embodiment, the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is 2.0 (μm) or more and 8.0 (μm) or less. For this reason, compared with the case where the average particle diameter of the particle | grains which comprise the electrolyte layer 112 is less than 2.0 (micrometer), it is a boundary of the particle | grains used as the diffusion path | route of a transition metal element in the electrolyte layer 112 As the grain boundary is reduced, the diffusion of the transition metal element into the electrolyte layer 112 is suppressed, and as a result, it is possible to suppress a decrease in the power generation capability of the cell 110.

また、電解質層112の径方向の厚さは、15(μm)以上、かつ、30(μm)以下である。このため、電解質層112の径方向の厚さが15(μm)未満である場合に比べて、電解質層112に拡散した遷移金属元素によって空気極114と燃料極116とが電気的に短絡することを抑えることができる。また、電解質層112の径方向の厚さが30(μm)より厚い場合に比べて、電解質層112自体の電気抵抗が抑えられる。これにより、セル110の発電能力が低下することを、より効果的に抑制することができる。   The thickness of the electrolyte layer 112 in the radial direction is 15 (μm) or more and 30 (μm) or less. For this reason, the air electrode 114 and the fuel electrode 116 are electrically short-circuited by the transition metal element diffused in the electrolyte layer 112 as compared with the case where the thickness of the electrolyte layer 112 in the radial direction is less than 15 (μm). Can be suppressed. In addition, the electrical resistance of the electrolyte layer 112 itself can be suppressed as compared with the case where the thickness of the electrolyte layer 112 in the radial direction is larger than 30 (μm). Thereby, it can suppress more effectively that the power generation capability of the cell 110 falls.

また、空気極114は、導電率および電極触媒活性に優れたコバルタイト系ペロブスカイト型酸化物を含むので、セル110の発電能力が低下することを、より効果的に抑制することができる。   In addition, since the air electrode 114 includes a cobaltite-based perovskite oxide having excellent conductivity and electrocatalytic activity, it is possible to more effectively suppress a decrease in the power generation capacity of the cell 110.

また、空気極114を構成するコバルタイト系ペロブスカイト型酸化物は、Baを含む。これにより、空気極114における電極触媒活性が高くなり、セル110の発電能力の向上を図ることができる。   Further, the cobaltite-based perovskite oxide that forms the air electrode 114 contains Ba. Thereby, the electrode catalyst activity in the air electrode 114 becomes high, and the power generation capability of the cell 110 can be improved.

また、電解質層112を構成する粒子の平均粒径を大きくするためには、焼成温度を高くする必要がある。ここで、仮に、燃料極用成形体と拡散防止層200の焼成前前駆体と電解質層112の焼成前前駆体とを同時焼成する場合、焼成温度を高くすることによって、拡散防止層200が緻密になる前に、燃料極116に含まれる遷移金属元素が当該拡散防止層200を通り抜けて電解質層112側に拡散するおそれがある。これに対して、本実施形態の製造方法(図5)によれば、先に、燃料極用成形体と、燃料極用成形体に形成された中間層の焼成前前駆体とが焼成されて第1の焼成体が作製される(図5のS130)。その後、第1の焼成体の拡散防止層200側に電解質層112の焼成前前駆体を配置して焼成する(図5のS140)。これにより、電解質層112の焼成の際、電解質層112を構成する粒子の平均粒径を大きくするために焼成温度を高くしても、既に焼成により緻密になっている拡散防止層200によって、燃料極116に含まれる遷移金属元素が電解質層112側に拡散することを抑制することができる。   Further, in order to increase the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112, it is necessary to increase the firing temperature. Here, if the molded body for the fuel electrode, the precursor before firing of the diffusion preventing layer 200 and the precursor before firing of the electrolyte layer 112 are simultaneously fired, the diffusion preventing layer 200 becomes dense by increasing the firing temperature. There is a possibility that the transition metal element contained in the fuel electrode 116 passes through the diffusion prevention layer 200 and diffuses toward the electrolyte layer 112 before becoming. On the other hand, according to the manufacturing method of this embodiment (FIG. 5), the molded body for the fuel electrode and the precursor before firing of the intermediate layer formed in the molded body for the fuel electrode are first fired. A first fired body is produced (S130 in FIG. 5). Thereafter, the precursor before firing of the electrolyte layer 112 is disposed on the diffusion preventing layer 200 side of the first fired body and fired (S140 in FIG. 5). Thus, when the electrolyte layer 112 is fired, even if the firing temperature is increased in order to increase the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112, the diffusion preventing layer 200 that has already been dense due to the firing enables the fuel The transition metal element contained in the electrode 116 can be prevented from diffusing to the electrolyte layer 112 side.

また、S140における電解質層112の焼成温度は、1400(℃)以上、かつ、1450(℃)以下とすることによって、電解質層112を構成する粒子の平均粒径を、遷移金属元素の拡散を抑制可能な大きさに、より確実にすることができる。   In addition, the firing temperature of the electrolyte layer 112 in S140 is 1400 (° C.) or higher and 1450 (° C.) or lower, so that the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112 is suppressed and diffusion of transition metal elements is suppressed. The possible size can be made more reliable.

B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Variations:
The technology disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be modified into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

上記実施形態では、セル110は、電解質層112と燃料極116との間に拡散防止層200を備える構成であったがこれに限定されず、電解質層112と空気極114との間に中間層を備える構成でもよい。また、セル110は、拡散防止層200等の中間層を備えない構成でもよい。   In the above embodiment, the cell 110 is configured to include the diffusion prevention layer 200 between the electrolyte layer 112 and the fuel electrode 116, but the present invention is not limited to this, and an intermediate layer is provided between the electrolyte layer 112 and the air electrode 114. The structure provided with may be sufficient. Further, the cell 110 may be configured not to include an intermediate layer such as the diffusion prevention layer 200.

上記実施形態において、電解質層112の径方向の厚さD2は、15(μm)より薄くてもよいし、30(μm)より厚くてもよい。   In the above embodiment, the thickness D2 of the electrolyte layer 112 in the radial direction may be less than 15 (μm) or thicker than 30 (μm).

上記実施形態では、空気極114は、Baを含むコバルタイト系ペロブスカイト型酸化物を含んでいたが、これに限定されず、Baを含まないコバルタイト系ペロブスカイト型酸化物、コバルタイト系以外のペロブスカイト型酸化物や、ペロブスカイト型以外の酸化物などを含んでいてもよい。   In the above-described embodiment, the air electrode 114 includes a cobaltite-based perovskite oxide containing Ba, but is not limited thereto, and the cobaltite-based perovskite-type oxide not containing Ba or a perovskite-type oxide other than the cobaltite-based oxide. In addition, oxides other than the perovskite type may be included.

また、上記実施形態において、燃料電池スタック100に含まれるセル110の個数は、あくまで一例であり、セル110の個数は燃料電池スタック100に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。   In the above-described embodiment, the number of cells 110 included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of cells 110 is appropriately determined according to the output voltage required for the fuel cell stack 100 or the like.

また、上記実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。   Moreover, the material which forms each member in the said embodiment is an illustration to the last, and each member may be formed with another material.

また、上記実施形態において、都市ガスを改質して水素リッチな燃料ガスFGを得るとしているが、LPガスや灯油、メタノール、ガソリン等の他の原料から燃料ガスFGを得るとしてもよいし、燃料ガスFGとして純水素を利用してもよい。   In the above embodiment, the city gas is reformed to obtain the hydrogen-rich fuel gas FG, but the fuel gas FG may be obtained from other raw materials such as LP gas, kerosene, methanol, gasoline, Pure hydrogen may be used as the fuel gas FG.

本明細書において、部材(または部材のある部分、以下同様)Aを挟んで部材Bと部材Cとが互いに対向するとは、部材Aと部材Bまたは部材Cとが隣接する形態に限定されず、部材Aと部材Bまたは部材Cとの間に他の構成要素が介在する形態を含む。例えば、電解質層112と空気極114との間に他の層が設けられた構成であっても、空気極114と燃料極116とは電解質層112を挟んで互いに対向すると言える。   In the present specification, the fact that the member B and the member C are opposed to each other across the member (or a part having the member, the same applies hereinafter) A is not limited to the form in which the member A and the member B or the member C are adjacent to each other. It includes a form in which another component is interposed between member A and member B or member C. For example, even in a configuration in which another layer is provided between the electrolyte layer 112 and the air electrode 114, it can be said that the air electrode 114 and the fuel electrode 116 face each other with the electrolyte layer 112 interposed therebetween.

また、上記実施形態(または変形例、以下同様)では、燃料電池スタック100に含まれるすべてのセル110について、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は、2.0(μm)以上、かつ、8.0(μm)以下であるとしているが、燃料電池スタック100に含まれる少なくとも1つのセル110について、そのような構成となっていれば、セル110の発電能力の低下の抑制という効果を奏する。   In the above embodiment (or a modified example, the same applies hereinafter), the average particle size of the particles constituting the electrolyte layer 112 is 2.0 (μm) or more for all the cells 110 included in the fuel cell stack 100, and However, if at least one cell 110 included in the fuel cell stack 100 has such a configuration, an effect of suppressing a decrease in power generation capacity of the cell 110 is obtained. Play.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(SOEC)や、複数の電解セルを備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016−81813号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、セル110を電解セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加される。これにより、各電解セルにおいて水の電気分解反応が起こり、燃料極で水素ガスが発生し、電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セルおよび電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様に、電解質層112を構成する粒子の平均粒径は、2.0(μm)以上、かつ、8.0(μm)以下であるという構成を採用すれば、セル110の発電能力の低下の抑制という効果を奏する。   In the above embodiment, the SOFC that generates electricity using the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas is targeted. The present invention can be similarly applied to a solid oxide electrolytic cell (SOEC) that generates hydrogen by using hydrogen and an electrolytic cell stack including a plurality of electrolytic cells. The configuration of the electrolytic cell stack is well known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-81813, and thus will not be described in detail here. However, it is schematically the same as the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. It is a configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment may be read as an electrolytic cell stack, and the cell 110 may be read as an electrolytic cell. However, when the electrolysis cell stack is operated, a voltage is applied between both electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode). Thereby, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolysis cell, hydrogen gas is generated at the fuel electrode, and hydrogen is taken out of the electrolysis cell stack. Also in the electrolytic cell and the electrolytic cell stack having such a configuration, the average particle diameter of the particles constituting the electrolyte layer 112 is 2.0 (μm) or more and 8.0 (μm), as in the above embodiment. Adopting the configuration described below provides an effect of suppressing a decrease in the power generation capacity of the cell 110.

また、本発明は、円筒型に限らず、平板型のセル等にも適用可能である。   Further, the present invention is not limited to the cylindrical type, but can be applied to a flat plate type cell or the like.

100:燃料電池スタック 104:集電部材 105:絶縁部材 106:絶縁多孔体 108:ガラスシール部材 108A:貫通孔 109:金属シール部材 110:セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 117:燃料ガス導通孔 142:円筒部分 142A:第1の円筒部分 142B:第2の円筒部分 144:連結部分 200:拡散防止層 D1:燃料極116の径方向の厚さ D2:電解質層112の径方向の厚さ D3:空気極114の径方向の厚さ FG:燃料ガス OG:酸化剤ガス DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Fuel cell stack 104: Current collecting member 105: Insulating member 106: Insulating porous body 108: Glass sealing member 108A: Through hole 109: Metal sealing member 110: Cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 117: Fuel gas conduction hole 142: cylindrical portion 142A: first cylindrical portion 142B: second cylindrical portion 144: connection portion 200: diffusion preventing layer D1: radial thickness of fuel electrode 116 D2: radial direction of electrolyte layer 112 Thickness D3: radial thickness of the air electrode 114 FG: fuel gas OG: oxidant gas

Claims (9)

固体酸化物を含む電解質層と、
前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を備える電気化学セルにおいて、
前記固体酸化物は、ランタンガレート系ペロブスカイト型酸化物を含み、
前記燃料極の前記第1の方向の厚さは、前記電解質層の前記第1の方向の厚さより厚く、
前記電解質層を構成する粒子の平均粒径は、2.0(μm)以上、かつ、8.0(μm)以下であることを特徴とする、電気化学セル。
An electrolyte layer comprising a solid oxide;
In an electrochemical cell comprising an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction across the electrolyte layer,
The solid oxide includes a lanthanum gallate perovskite oxide,
The thickness of the fuel electrode in the first direction is thicker than the thickness of the electrolyte layer in the first direction,
The electrochemical cell having an average particle diameter of 2.0 (μm) or more and 8.0 (μm) or less, which constitutes the electrolyte layer.
請求項1に記載の電気化学セルにおいて、
前記電解質層の前記第1の方向の厚さは、15(μm)以上、かつ、30(μm)以下であることを特徴とする、電気化学セル。
The electrochemical cell according to claim 1.
The thickness of the said electrolyte layer of the said 1st direction is 15 (micrometer) or more and 30 (micrometer) or less, The electrochemical cell characterized by the above-mentioned.
請求項1または請求項2に記載の電気化学セルにおいて、
前記空気極は、コバルタイト系ペロブスカイト型酸化物を含むことを特徴とする、電気化学セル。
The electrochemical cell according to claim 1 or 2,
The electrochemical cell according to claim 1, wherein the air electrode includes a cobaltite-based perovskite oxide.
請求項3に記載の電気化学セルにおいて、
前記コバルタイト系ペロブスカイト型酸化物は、Baを含むことを特徴とする、電気化学セル。
The electrochemical cell according to claim 3,
The electrochemical cell according to claim 1, wherein the cobaltite-based perovskite oxide contains Ba.
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の電気化学セルにおいて、
前記電気化学セルは、固体酸化物形燃料電池用のセル、または、固体酸化物形電解セル用のセルである、ことを特徴とする電気化学セル。
The electrochemical cell according to any one of claims 1 to 4, wherein
The electrochemical cell is a cell for a solid oxide fuel cell or a cell for a solid oxide electrolytic cell.
複数の電気化学セルを備える電気化学スタックにおいて、
前記複数の電気化学セルの少なくとも1つは、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の電気化学セルである、ことを特徴とする電気化学スタック。
In an electrochemical stack comprising a plurality of electrochemical cells,
The electrochemical stack according to claim 1, wherein at least one of the plurality of electrochemical cells is the electrochemical cell according to claim 1.
請求項6に記載の電気化学スタックにおいて、
前記電気化学スタックは、固体酸化物形燃料電池用のスタック、または、固体酸化物形電解セル用のスタックである、ことを特徴とする電気化学スタック。
The electrochemical stack according to claim 6,
The electrochemical stack is a stack for a solid oxide fuel cell or a stack for a solid oxide electrolytic cell.
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の電気化学セルの製造方法において、
燃料極用成形体を準備する工程と、
前記燃料極用成形体に中間層の焼成前前駆体を形成する工程と、
前記燃料極用成形体と、前記燃料極用成形体に形成された前記中間層の焼成前前駆体とを、同時に焼成して第1の焼成体を作製する工程と、
前記第1の焼成体の前記中間層側に電解質層の焼成前前駆体を形成する工程と、
前記第1の焼成体と、前記第1の焼成体に形成された電解質層の焼成前前駆体とを、同時に焼成して第2の焼成体を作製する工程とを備えることを特徴とする、電気化学セルの製造方法。
In the manufacturing method of the electrochemical cell as described in any one of Claim 1- Claim 5,
A step of preparing a molded article for the fuel electrode;
Forming a precursor before firing of the intermediate layer in the molded article for the fuel electrode;
A step of simultaneously firing the molded body for a fuel electrode and the precursor before firing of the intermediate layer formed in the molded body for the fuel electrode to produce a first fired body;
Forming a pre-fired precursor of the electrolyte layer on the intermediate layer side of the first fired body;
A step of simultaneously firing the first fired body and the precursor before firing of the electrolyte layer formed on the first fired body to produce a second fired body, Electrochemical cell manufacturing method.
請求項8に記載の電気化学セルの製造方法において、
前記電解質層の焼成前前駆体の焼成温度は、1400(℃)以上、かつ、1450(℃)以下であることを特徴とする、電気化学セルの製造方法。
The method for producing an electrochemical cell according to claim 8,
The method for producing an electrochemical cell, wherein a firing temperature of the precursor before firing of the electrolyte layer is 1400 (° C.) or more and 1450 (° C.) or less.
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