固体氧化物型燃料电池单电池及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种燃料电池单电池，在将镁橄榄石用于支撑体的燃料电池单电池中，提高发电性能、长期稳定性等。一种固体氧化物型燃料电池单电池，是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池，其为，所述多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成，以SrO换算相对于所述镁橄榄石的质量还含有0.02质量％以上且1质量％以下的锶元素而构成。

【技术实现步骤摘要】

[0001 ] 本专利技术涉及一种。
技术介绍
为了以便宜的价格提供固体氧化物型燃料电池单电池，提出了通过由镁橄榄石构成的烧结体来制作支撑体(参照日本国特开2005-93241号公报)。而且，在日本国特开2005-93241号公报中公开有，由于镁橄榄石的热膨胀率与固体电解质近似，因此可以防止燃料电池单电池的断裂或漏气。 专利文献1:日本国特开2005-93241号公报
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃料电池单电池，在将镁橄榄石用于支撑体的燃料电池单电池中，提高发电性能、长期稳定性等。 本专利技术人发现通过在含有镁橄榄石的多孔质支撑体中配合锶，从而多孔质支撑体的强度增大，同时对透气性产生影响的连通的气孔的直径和量变大。本专利技术是基于上述见解而进行的。即，本专利技术是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成，以SrO换算相对于所述镁橄榄石的质量还含有0.02质量％以上且I质量％以下的锶元素而构成。可以认为通过使多孔质支撑体以规定浓度含有锶，形成多孔质支撑体的烧结粒子的一次粒子由于烧成而生长，从而强度提高。另外，可以认为在一次粒子由于烧成而生长的过程中气孔也生长，其结果，对透气性产生影响的连通的气孔的直径变大。另外，通常气孔量和强度存在相关性，气孔量变多时强度降低。但是，在本专利技术中，通过在多孔质支撑体中配合锶，从而不使多孔质支撑体的强度降低(强度反倒提高)便能增多气孔量。因而，在本专利技术中，可以在提高多孔质支撑体的强度的同时增多气孔量，并且增大连通的气孔径，即提高多孔质支撑体的透气性。据此，本专利技术可以使固体氧化物型燃料电池单电池的发电性能提闻，进而使发电稳定(也就是提闻耐久性)。 本专利技术优选所述固体电解质包含镓酸镧系氧化物而构成，更理想的是所述固体电解质包含掺杂有Sr及Mg的镓酸镧系氧化物而构成。如果是镓酸镧系氧化物(理想的是LSGM)，则由于可以在运行时的温度为600° C~800C的较低的温度区域进行发电，因此不容易引起多孔质支撑体的化学变化。 另外，包含于所述固体电解质的掺杂有Sr及Mg的镓酸镧系氧化物优选由通式LahSraGa1IcMgbCocO3 (但是 0.05〈a〈0.3、0〈b〈0.3、0 ≤ c ≤ 0.15)表示。 在本专利技术中，所述多孔质支撑体优选至少在所述内侧电极层叠侧的表面区域中，不含钙元素(Ca)，或者钙元素浓度以CaO换算为0.2质量％以下。通过降低多孔质支撑体表面的钙元素浓度，可以在(单电池制造过程中的)烧成时防止镓酸镧系氧化物的掺杂剂的扩散。如果能够防止掺杂剂扩散，则能够保持固体电解质的结晶结构，因此，发电性能长期稳定。多孔质支撑体中含有的Ca因烧成而向多孔质支撑体之外移动，与从各层移动过来的其它元素结合而在支撑体和内侧电极之间形成扩散层。通过降低多孔质支撑体中的钙元素浓度，可防止形成含有Ca及其它元素的扩散层。另外，在烧成后也能保持固体电解质的结晶结构。另外，镓酸镧系氧化物中含有的掺杂剂Sr因为多孔质支撑体中含有的Ca而容易从结晶脱离，并与Ca —起形成扩散层。因而，当所述固体电解质包含掺杂有Sr及Mg的镓酸镧系氧化物而构成时，降低多孔质支撑体中含有的钙元素浓度则对于在烧成后也能保持镓酸镧系氧化物的结晶结构就很重要。另外，所述多孔质支撑体优选是至少由2个层构成的成形体。通过使多孔质支撑体成为具备至少2个层的结构，从而可以组合使Ca浓度减少的层和Ca浓度较高的高强度的层，其中Ca成为使固体电解质的掺杂剂脱离的原因，因此，能够容易制造高性能的单电池。另外，所述多孔质支撑体的硫浓度优选小于0.0l质量％。如果硫浓度为0.01质量％以上，则层叠于多孔质支撑体的燃料极中的N1会因硫而中毒。通过使所述多孔质支撑体的硫浓度小于0.01质量％，从而能得到稳定的发电性能。 另外，本专利技术涉及一种多孔质支撑体的制造方法，是在表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池用多孔质支撑体的制造方法，其特征在于，包括:对含有镁橄榄石且以SrO换算相对于所述镁橄榄石的质量还含有 0.02质量％以上且I质量％以下的锶元素的成形体进行烧成而形成所述多孔质支撑体。 根据本专利技术，可以提供一种发电性能大且长期稳定性也优异的燃料电池单电池。 【附图说明】 图1是表示本专利技术的固体氧化物型燃料电池单电池的剖面的一个方式的模式图。 图2是表示固体氧化物型燃料电池系统的整体构成图。 图3是表示固体氧化物型燃料电池系统的燃料电池模块的侧视剖视图。 图4是表示固体氧化物型燃料电池系统的燃料电池电堆的立体图。 图5是表示固体氧化物型燃料电池系统的燃料电池单电池单元的局部剖视图。 图6是沿图3的II1-1II线的剖视图。 图7是实施例1的固体氧化物型燃料电池单电池的断裂面的电子显微镜照片(200倍)。 图8是实施例1的固体氧化物型燃料电池单电池的断裂面的电子显微镜照片(2000 倍)。 图9是参考例I的多孔质支撑体的电子显微镜照片。 图10是参考例2的多孔质支撑体的电子显微镜照片。 图11是参考例3的多孔质支撑体的电子显微镜照片。 【具体实施方式】 本专利技术的固体氧化物型燃料电池单电池是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的。本专利技术的燃料电池单电池的形状不限定于特定的形状，例如也可以是圆筒、板状、在内部形成有多个气体流路的中空板状等。由于本专利技术的燃料电池单电池的多孔质支撑体是绝缘性支撑体，因此优选在I个支撑体上串联形成有多个发电元件的横条纹型单电池。在此，发电元件是指依次层叠有内侧电极(燃料极或空气极)、固体电解质、外侧电极(空气极或燃料极)的叠层体。 在本专利技术的燃料电池单电池中，多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成，还含有锶元素(Sr)而构成。多孔质支撑体中的Sr浓度以氧化物SrO换算相对于前述镁橄榄石的质量为0.02质量％以上且I质量％以下，优选为0.02质量％以上且0.7质量％以下,更优选为 0.1质量％以上且0.7质量％以下。多孔质支撑体是除镁橄榄石(Mg2Si04)结晶、锶元素以夕卜，含有晶质及/或非晶质MgO、晶质及/或非晶质S12、其它的玻璃质或杂质的烧结体。 在本专利技术的燃料电池单电池中，优选多孔质支撑体在将多孔质支撑体中含有的元素换算为氧化物时，镁元素(Mg)及硅元素(Si)分别以MgO及S12换算而合计含有90质量％，优选为95质量％，更优选为98质量％以上而构成。在本专利技术的燃料电池单电池中，更优选多孔质支撑体在使通过X射线衍射得到的镁橄榄石结晶的峰顶为100时，除此以外的结晶成分的峰顶的总和为5以下。 在此，锶元素的浓度例如通过X射线荧光分析装置(XRF)来测定。测定试样是机械剥掉燃料电池单电池的层叠面，之后机械粉碎露出的多孔质支撑体，从而作为XRF的试样。另外，通过XRF进行定量时，则制作单点校正曲线而加以进行。 理想的是多孔质支撑体本质上由镁橄榄石构成(也就是说，主要由镁橄榄石形成)。另外，多孔质支撑体理想上至少在发电元件层叠侧的表面区域中以CaO换算钙元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物型燃料电池单电池，是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成，以SrO换算相对于所述镁橄榄石的质量还含有0.02质量％以上且1质量％以下的锶元素而构成。

【技术特征摘要】
2013.03.28 JP 2013-070116;2014.03.27 JP 2014-066701.一种固体氧化物型燃料电池单电池，是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于， 所述多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成，以SrO换算相对于所述镁橄榄石的质量还含有0.02质量％以上且I质量％以下的银元素而构成。2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述固体电解质含有镓酸镧系氧化物而构成。3.根据权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述多孔质支撑体至少在所述内侧电极层叠侧的表面区域中，不含钙元素，或者钙元素浓度以CaO换算...

【专利技术属性】
技术研发人员：安藤茂，冈本修，端山洁，古屋正纪，籾山大，井坂畅夫，佐藤真树，田中修平，星子琢也，渡边直树，柿沼保夫，
申请(专利权)人：TOTO株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP