燃料电池制造技术

燃料电池(10)包括燃料极(20)、空气极(50)、以及配置在燃料极(20)与空气极(50)之间的固体电解质层(30)。空气极(50)含有以通式ABO3表示且在A位点包含La及Sr中的至少一方的钙钛矿型氧化物作为主成分。空气极(50)具有距固体电解质层(30)侧的表面(50S)5μm以内的界面区域(52)。界面区域(52)包含由钙钛矿型氧化物构成的主相和由氧化锶构成的第二相。界面区域(52)的截面内的第二相的面积占有率为0.05％～3％。

fuel cell

The fuel cell (10) comprises a fuel pole (20), an air pole (50), and a solid electrolyte layer (30) disposed between the fuel pole (20) and the air pole (50). The air pole (50) contains perovskite-type oxides expressed in general ABO3 and containing at least one side of La and Sr at site A as the main component. The air electrode (50) has an interface area (52) within 5 microns of the surface (50S) on the side of the solid electrolyte layer (30). The interface region (52) consists of a main phase consisting of perovskite-type oxides and a second phase consisting of strontium oxide. The area occupancy of the second phase in the cross section of the interface region (52) is 0.05%-3%.

【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表示且在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，在反复发电的过程中燃料电池的输出有时会降低。本专利技术的专利技术人最新发现：输出降低的原因之一是由空气极的劣化所导致的，而这与该空气极中在固体电解质层侧的区域存在的氧化锶的比例有关。本专利技术是基于该新见解而实施的，目的在于提供一种能够抑制输出降低的燃料电池。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。空气极具有距固体电解质层侧的表面5μm以内的界面区域。界面区域包含由以通式ABO3表示且在A位点含有La及Sr中的至少一方的钙钛矿型氧化物构成的主相和由氧化锶构成的第二相。界面区域的截面内的第二相的面积占有率为0.05％～3％。根据本专利技术，能够提供可以抑制输出降低的燃料电池。附图说明图1是表示燃料电池的构成的截面图。图2是界面区域截面的背散射电子图像。图3是表示图2的图像解析结果的图。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以及空气极50。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所夹持。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。在固体电解质层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，更优选为占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(掺杂钆的二氧化铈)、SDC(掺杂钐的二氧化铈)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含有以通式ABO3表示且在A位点包含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。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。(空气极50的构成)空气极50具有表面区域51和界面区域52。表面区域51为空气极50之中与固体电解质层30相反一侧的区域。表面区域51为空气极50之中距固体电解质层30超过5μm的区域。表面区域51为空气极50之中界面区域52以外的区域。表面区域51的厚度没有特别限制，可以为5μm～300μm。界面区域52为空气极50之中固体电解质层30侧的区域。界面区域52是距第二表面50T为5μm以内的区域。界面区域52是空气极50之中距阻隔层40为5μm以内的区域。界面区域52的厚度为5μm。界面区域52为空气极50之中表面区域51以外的区域。此处，第二表面50T可以被规定为下述的线，即：在与厚度方向平行的截面中对成分浓度进行映射的情况下，仅包含在空气极50中的元素的浓度急剧变化的线。具体而言，将实质上仅包含在空气极50中的元素的浓度为其最大浓度的10％的线作为第二表面50T。界面区域52含有以通式ABO3表示且在A位点至少包含Sr的钙钛矿型氧化物作为主成分。界面区域52的截面内，由该钙钛矿型氧化物构成的主相的面积占有率可以为97％～99.5％。界面区域52含有氧化锶(SrO)作为副成分。界面区域52的截面内，由SrO构成的第二相的面积占有率为0.05％～3％。通过使第二相的面积占有率为3％以下，界面区域52内部的惰性部减少，所以能够抑制通电中界面区域52因第二相与主相的反应而劣化。另外，通过使第二相的面积占有率为0.05％以上，能够改善界面区域52的烧结性而强化多孔质结构的骨架，因此，能够抑制通电中界面区域52的微结构发生变化。结果，可以提高空气极50的耐久性。本实施方式中“截面内的物质Z的面积占有率”是指：截面内的、物质Z相的合计面积相对于固相的总面积的比例。后面，对面积占有率的计算方法进行说明。界面区域52的截面内的第二相的平均当量圆直径优选为10nm～500nm。由此，能够进一步降低界本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池，其中，包括：燃料极；空气极，该空气极中，作为主成分，包含以通式ABO3表示且在A位点含有La及Sr中的至少一方的钙钛矿型氧化物；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，所述空气极具有界面区域，所述界面区域是距所述固体电解质层侧的表面5μm以内的区域，所述界面区域包含由所述钙钛矿型氧化物构成的主相和由氧化锶构成的第二相，所述界面区域的截面内的所述第二相的面积占有率为0.05％～3％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.27 JP 2016-1478581.一种燃料电池，其中，包括：燃料极；空气极，该空气极中，作为主成分，包含以通式ABO3表示且在A位点含有La及Sr中的至少一方的钙钛矿型氧化物；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：大森诚，藤崎真司，
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