燃料电池制造技术

在燃料电池(10)中，空气极(50)具有距与固体电解质层(30)相反一侧的表面5μm以内的表面区域(51)和形成在表面区域(51)的固体电解质层(30)的内部区域(52)。表面区域(51)及内部区域(52)分别包含由以通式ABO3表示且A位点至少含有Sr的钙钛矿型氧化物构成的主相和由硫酸锶构成的第二相。表面区域(51)的截面上的第二相的面积占有率比内部区域的截面上的第二相的面积占有率大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池
本专利技术涉及燃料电池。
技术介绍
以往，已知包括燃料极、空气极、以及配置在燃料极与空气极之间的固体电解质层的燃料电池。作为空气极的材料，优选以通式ABO3表示且A位点包含La及Sr中的至少一方的钙钛矿型氧化物(例如参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2006-32132号公报
技术实现思路
但是，在对空气极进行了烧成、或者在燃料电池的工作开始后暂停工作等情况下，如果空气极的温度从高温降低到低温，则有时会在空气极的表面附近产生微小裂纹。该微小裂纹并不会直接对空气极的特性造成影响，但是，使燃料电池长时间工作的情况下，有可能以微小裂纹为起点而产生能够对空气极的特性造成影响的裂纹。因此，希望抑制在空气极的表面附近产生微小裂纹。为了应对该要求，本专利技术的专利技术人进行了潜心研究，结果发现，空气极含有的硫酸锶的量与在空气极的表面附近产生微小裂纹有关。本专利技术是基于该新见解而实施的，其目的在于提供一种能够抑制在空气极的表面附近产生裂纹的燃料电池。本专利技术所涉及的燃料电池包括：燃料极、空气极、以及配置在燃料极与空气极之间的固体电解质层。作为空气极的主成分包含以通式ABO3表示且在A位点至少含有Sr的钙钛矿型氧化物。空气极具有距与固体电解质层相反一侧的表面5μm以内的表面区域和形成在表面区域的固体电解质层侧的内部区域。表面区域及内部区域分别包含由以通式ABO3表示且在A位点至少含有Sr的钙钛矿型氧化物构成的主相和由硫酸锶构成的第二相。表面区域的截面上的第二相的面积占有率比内部区域的截面上的第二相的面积占有率大。根据本专利技术，提供一种能够抑制在空气极的表面附近产生裂纹的燃料电池。附图说明图1是表示实施方式所涉及的燃料电池的构成的截面图。具体实施方式下面，参照附图，对本专利技术的实施方式进行说明。在以下的附图的记载中，对相同或类似的部分赋予相同或类似的符号。但是，附图是示意图，各尺寸的比率等有时与实际的尺寸比率不同。(燃料电池10的构成)参照附图，对燃料电池10的构成进行说明。燃料电池10是所谓的固体氧化物型燃料电池(SOFC：SolidOxideFuelCell)。燃料电池10可以采用纵向条纹型、横向条纹型、燃料极支撑型、电解质平板型、或者圆筒型等形态。图1是表示燃料电池10的构成的截面图。燃料电池10包括：燃料极20、固体电解质层30、阻隔层40、空气极50以及集电层60。燃料极20作为燃料电池10的阳极起作用。如图1所示，燃料极20具有燃料极集电层21和燃料极活性层22。燃料极集电层21为气体透过性优异的多孔质体。作为构成燃料极集电层21的材料，可以使用目前SOFC的燃料极集电层中所使用的材料，例如可以举出：NiO(氧化镍)-8YSZ(被8mol％的三氧化二钇稳定化的氧化锆)、NiO‐Y2O3(三氧化二钇)。燃料极集电层21包含NiO的情况下，在燃料电池10的工作中，NiO的至少一部分可以被还原为Ni。燃料极集电层21的厚度可以为例如0.1mm～5.0mm。燃料极活性层22配置在燃料极集电层21上。燃料极活性层22为比燃料极集电层21致密的多孔质体。作为构成燃料极活性层22的材料，可以使用目前SOFC的燃料极活性层中所使用的材料，例如可以举出NiO‐8YSZ。燃料极活性层22包含NiO的情况下，在燃料电池10的工作中，NiO的至少一部分可以被还原为Ni。燃料极活性层22的厚度可以为例如5.0μm～30μm。固体电解质层30配置在燃料极20与空气极50之间。本实施方式中，固体电解质层30被燃料极20和阻隔层40夹持。固体电解质层30具有使空气极50处生成的氧离子透过的功能。固体电解质层30比燃料极20、空气极50要致密。固体电解质层30可以包含ZrO2(氧化锆)作为主成分。固体电解质层30除了包含氧化锆以外，还可以包含Y2O3(三氧化二钇)和/或Sc2O3(氧化钪)等添加剂。这些添加剂作为稳定剂起作用。固体电解质层30中，稳定剂相对于氧化锆的mol组成比(稳定剂：氧化锆)可以为3：97～20：80左右。因此，作为固体电解质层30的材料，例如可以举出：3YSZ、8YSZ、10YSZ或者ScSZ(被三氧化二钪稳定化的氧化锆)等。固体电解质层30的厚度可以为例如3μm～30μm。本实施方式中，组合物X包含物质Y“作为主成分”是指：整个组合物X中，物质Y占70重量％以上，更优选占90重量％以上。阻隔层40配置在固体电解质层30与空气极50之间。阻隔层40抑制在固体电解质层30与空气极50之间形成高电阻层。阻隔层40比燃料极20、空气极50要致密。阻隔层40可以以GDC(钆掺杂二氧化铈)、SDC(钐掺杂二氧化铈)等二氧化铈系材料为主成分。阻隔层40的厚度可以为例如3μm～20μm。空气极50配置在阻隔层40上。空气极50作为燃料电池10的阴极起作用。空气极50为多孔质体。空气极50包含以通式ABO3表示且A位点含有La及Sr中的至少一方的钙钛矿型氧化物作为主成分。作为这样的钙钛矿型氧化物，可以举出：(La,Sr)(Co,Fe)O3(镧锶钴铁酸盐)、(La,Sr)FeO3(镧锶铁酸盐)、(La,Sr)CoO3(镧锶辉砷钴矿)、La(Ni，Fe)O3(镧镍铁酸盐)、(La，Sr)MnO3(镧锶锰酸盐)等，但并不限定于此。空气极50中的上述钙钛矿型氧化物的含有率为70重量％以上。空气极50中的上述钙钛矿型氧化物的含有率优选为90重量％以上。空气极50具有第一表面50S(“表面”之一例)和第二表面50T。第一表面50S是与固体电解质层30相反一侧的表面。本实施方式中，燃料电池10具备集电层60，因此，空气极50在第一表面50S与集电层60相接触。即，本实施方式中，第一表面50S为空气极50与集电层60的界面。第二表面50T为固体电解质层30侧的表面。本实施方式中，燃料电池10具备阻隔层40，因此，空气极50在第二表面50T与阻隔层40相接触。即，本实施方式中，第二表面50T为空气极50与阻隔层40的界面。集电层60配置在空气极50(表面区域51)上。集电层60的厚度没有特别限制，可以为30μm～500μm。集电层60可以由以下面的组成式(1)表示的钙钛矿型复合氧化物构成，但并不限定于此。优选集电层60的材料的电阻比空气极50的材料的电阻小。Lam(Ni1－x－yFexCuy)nO3－δ···(1)组成式(1)的A位点可以包含La以外的物质，B位点可以包含Ni、Fe及Cu以外的物质。组成式(1)中，m和n为0.95～1.05，x(Fe)为0.03～0.3，y(Cu)为0.05～0.5，δ为0～0.8。(空气极50的构成)空气极50具有表面区域51和内部区域52。表面区域51配置在内部区域52上。表面区域51是距第一表面50S为5μm以内的区域。内部区域52配置在表面区域51的固体电解质层30侧。本实施方式中，内部区域52配置在表面区域51与阻隔层40之间。厚度方向上的内部区域52的厚度可以为5μm～300μm。第一表面50S可以规定为：在与空气极50和集电层60的厚度方向平行的截面上对成分浓度进行映射(mapping)的情况下，规定成分的浓度分布急剧变化的线。具体而言，将实质上仅包含在空气极50或集电层60的一方中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池，其中，包括：燃料极；空气极，作为该空气极的主成分包含以通式ABO3表示且在A位点至少含有Sr的钙钛矿型氧化物；以及固体电解质层，该固体电解质层配置在所述燃料极与所述空气极之间，所述空气极具有距与所述固体电解质层相反一侧的表面5μm以内的表面区域和形成在所述表面区域的所述固体电解质层侧的内部区域，所述表面区域及所述内部区域分别包含由所述钙钛矿型氧化物构成的主相和由硫酸锶构成的第二相，所述表面区域的截面上的所述第二相的面积占有率比所述内部区域的截面上的所述第二相的面积占有率大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.01 JP 2016-2145851.一种燃料电池，其中，包括：燃料极；空气极，作为该空气极的主成分包含以通式ABO3表示且在A位点至少含有Sr的钙钛矿型氧化物；以及固体电解质层，该固体电解质层配置在所述燃料极与所述空气极之间，所述空气极具有距与所述固体电解质层相反一侧的表面5μm以内的表面区域和形成在所述表面区域的所述固体电解质层侧的内部区域，所述表面区域及所述内部区域分别包含由所述钙钛矿型氧化物构成的主相和由硫酸锶构成的第二相...

【专利技术属性】
技术研发人员：大森诚，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP