固体氧化物型燃料电池电堆制造技术

本发明专利技术提供一种抑制反向电池的形成、具有高导电性的、发电性能优秀的固体氧化物型燃料电池电堆。具体而言，其为至少具有：支撑体；多个发电元件，在该支撑体的表面上，至少依次层叠有燃料极、固体电解质及空气极而构成；及互连器，电连接所述多个发电元件之中的邻接的其中一个发电元件的空气极和另一个发电元件的燃料极，且所述多个发电元件被串联连接而构成的固体氧化物型燃料电池电堆，在其中一个发电元件的燃料极和所述另一个发电元件的燃料极之间设置有其中一个发电元件的固体电解质，且在所述其中一个发电元件的固体电解质之上且在所述其中一个发电元件的空气极和该固体电解质之间设置有绝缘部。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体氧化物型燃料电池电堆。具体而言，涉及抑制反向电池的形成、具有高导电性的、发电性能优秀的固体氧化物型燃料电池电堆。
技术介绍
燃料电池不同于经过热能、动能的过程的热机，是介由固体电解质使天然气、氢等燃料与空气中的氧进行反应，从而由燃料所带有的化学能连续且直接地得到电能的能量转换器。其中，固体氧化物型燃料电池是使用固体氧化物(陶瓷)作为固体电解质，并以燃料极作为负极，以空气极作为正极的电池而进行工作的燃料电池。此外，已知固体氧化物型燃料电池是具有可得到高能量转换效率这样的优点的装置。由于每个单电池的输出小，因此固体氧化物型燃料电池通过串联连接多个单电池而将输出提高从而进行发电。电连接邻接的单电池的部件被称为互连器。已知有使用陶瓷作为其材料的互连器(以下也称为陶瓷互连器)。作为陶瓷互连器的特性，要求有不使气体透过的气密性、导电性、氧化物离子绝缘性、及与固体电解质的密合性。通常，如果陶瓷互连器的厚度不薄(例如，大约100μm以下)，则得不到足够的导电性。但是，当为了得到足够的导电性而将陶瓷互连器的厚度减薄，且将如此厚度的薄的陶瓷互连器形成在多孔质电极(燃料极、空气极)的表面上时，则存在有陶瓷互连器被混入到多孔质电极的危险。由此，存在有无法形成陶瓷互连器的危险、或即使形成后也因厚度薄而得不到足够的气密性的危险。如果陶瓷互连器的气密性低，则由于导致燃料气体从陶瓷互连器的燃料极侧泄漏到空气极侧并与空气混合，因此并不理想。为了提高陶瓷互连器的气密性，需要提高陶瓷互连器的致密性，从而要求将陶瓷互连器进行致密的烧结。此外，如果陶瓷互连器的导电性低，则陶瓷互连器的电阻变大，导致燃料电池的输出降低。而且，如果陶瓷互连器的氧化物离子绝缘性低，则导致氧化物离子从陶瓷互连器的空气极侧泄漏到燃料极侧，从而导致燃料电池的效率降低。另外，当固体电解质和陶瓷互连器的密合性低时，则导致在固体电解质和陶瓷互连器之间产生裂纹等间隙，从而导致燃料气体从该间隙泄漏。作为陶瓷互连器的材料，铬酸镧(LaCrO3)系互连器被广泛使用。已知该LaCrO3系互连器虽然通常导电性较高但烧结困难。此外，由于包含铬(Cr)，因此存在有发生所谓的Cr中毒的危险。此外，作为陶瓷互连器的材料，以SrLaTiO3-δ表示的lanthanum-dopedstrontiumtitanate(SLT)系互连器被广泛使用。已知虽然该SLT系互连器比LaCrO3系互连器导电性低，但烧结性良好。SLT系互连器例如通过用镧(La)置换绝缘体即SrTiO3的晶格中的Sr的位置而构成SrLaTiO3-δ(SLT)，从而通过使SrLaTiO3-δ(SLT)晶格中的Ti的位置的Ti4+的一部分变化成Ti3+而使其表现出导电性。此外，δ是以满足电中性条件的方式确定的值。日本特开2008-270203号公报(专利文献1)的目的在于提供一种一边良好地保持气密性，一边同时实现导电性的提高及与电解质层的密合性的提高的SLT系互连器。为了实现该目的，记述有将该陶瓷互连器构成为形成于燃料极侧的气密性重视部分和形成于空气极侧的导电性重视部分的2层结构，且导电性重视部分比气密性重视部分导电率更高。此外，根据该文献的图2，记述有在邻接的其中一个发电元件的燃料极和另一个发电元件的燃料极之间形成固体电解质。然而，当像图8所示的现有的固体氧化物型燃料电池电堆280那样，邻接的其中一个发电元件的空气极205与另一个发电元件的燃料极302接近时，则在该空气极205和其中一个发电元件的固体电解质204的界面上发生的氧化物离子向另一个发电元件的燃料极302流动。由此，反向电池被形成，所述反向电池相对于在原来发电元件上发生的电动势而在反方向上发生电动势，从而导致发电性能降低。在日本国特开2015-064961号公报(专利文献2)中，记述有固体氧化物型燃料电池单电池，其具有：绝缘性且离子非传导性的第1中间层75，被设置于其中一个发电元件的固体电解质之上且在其中一个发电元件的空气极和其中一个发电元件的固体电解质之间；及绝缘性且离子非传导性的第2中间层77，被设置于另一个发电元件的固体电解质之上且在其中一个发电元件的空气极和另一个发电元件的固体电解质之间。此外，记述有第1中间层75及第2中间层77也可以与互连器接触。根据专利文献2，记述有固体氧化物型燃料电池单电池能够抑制反向电池的形成，并能够提高发电性能。然而，由于在专利文献2所记述的固体氧化物型燃料电池单电池上，互连器的一部分被固体电解质覆盖，因此难以有效地抑制发电性能的降低。因而，要求对由发电元件构成的固体氧化物型燃料电池电堆的制造进一步改善，所述发电元件为一边抑制反向电池的形成一边可以构成高发电输出的发电元件。专利文献1：日本国特开2008-270203号公报专利文献2：日本国特开2015-064961号公报本专利技术者们此番得到了以下见解，即，在固体电解质被设置于邻接的燃料极间的固体氧化物型燃料电池电堆中，通过在邻接的其中一个发电元件的固体电解质之上且在其中一个发电元件的空气极和该固体电解质之间设置绝缘部，能够抑制反向电池的形成。此外，得到了以下见解，即，通过用其中一个发电元件的空气极覆盖互连器的表面整体，能够有效地抑制发电性能的降低。其结果，得到了可以制造发电性能优秀的，即具有高发电输出的固体氧化物型燃料电池电堆的见解。本专利技术是基于以上的见解的专利技术。因而，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种抑制反向电池的形成、具有高导电性的、发电性能优秀的固体氧化物型燃料电池电堆。
技术实现思路
于是，本专利技术的固体氧化物型燃料电池电堆为至少具有：支撑体；多个发电元件，在该支撑体的表面上，至少依次层叠有燃料极、固体电解质及空气极而构成；及互连器，电连接所述多个发电元件之中的邻接的其中一个发电元件的空气极和另一个发电元件的燃料极，且所述多个发电元件被串联连接而构成的固体氧化物型燃料电池电堆，其特征在于，在其中一个发电元件的燃料极和所述另一个发电元件的燃料极之间设置有其中一个发电元件的固体电解质，且在所述其中一个发电元件的固体电解质之上且在所述其中一个发电元件的空气极和该固体电解质之间设置有绝缘部而构成，所述绝缘部与所述互连器接触而构成，且所述互连器的表面被所述其中一个发电元件的空气极覆盖而构成。具体而言，本专利技术的固体氧化物型燃料电池电堆为包含支撑体、及在该支撑体的表面上设置的多个发电元件的固体氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体氧化物型燃料电池电堆，其为包含支撑体、及在该支撑体的表面上设置的多个发电元件的固体氧化物型燃料电池电堆，其特征在于，在将所述多个发电元件之中邻接的2个发电元件分别作为第1发电元件及第2发电元件时，所述第1发电元件包含第1燃料极、第1空气极、及在所述第1燃料极和所述第1空气极之间设置的第1固体电解质作为其构成部件，且所述第1燃料极被配置在所述支撑体和所述第1空气极之间，所述第2发电元件包含第2燃料极、第2空气极、及在所述第2燃料极和所述第2空气极之间设置的第2固体电解质作为其构成部件，且所述第2燃料极被配置在所述支撑体和所述第2空气极之间，所述固体氧化物型燃料电池电堆还包含电连接所述第1发电元件的所述第1空气极和所述第2发电元件的所述第2燃料极的互连器，通过所述互连器，所述第1发电元件和所述第2发电元件被串联连接而构成，在将由所述支撑体的表面朝向所述第1燃料极、所述第1固体电解质、及所述第1空气极，或朝向第2燃料极、第2固体电解质、及第2空气极的铅垂方向作为Z轴方向时，所述邻接的2个发电元件包含：所述第1发电元件的第2区域，在Z轴方向上依次配置有所述第1固体电解质及所述第1空气极；所述第1发电元件的第3区域，在Z轴方向上依次配置有所述第1燃料极、所述第1固体电解质、及所述第1空气极；及所述第1发电元件的第6区域，在Z轴方向上依次配置有所述第2燃料极、所述互连器、及所述第1空气极，在将铅垂于所述Z轴方向的方向且氧化物离子所移动的方向作为X轴方向时，所述第3区域、所述第2区域、及所述第6区域依次在X轴方向上连续邻接而构成，且所述固体氧化物型燃料电池电堆还包含与所述互连器接触而设置的绝缘部，该绝缘部在所述第2区域中包含在所述第1固体电解质和所述第1空气极之间设置的第1部分，且所述互连器的表面整体被所述第1空气极覆盖而构成。...

【技术特征摘要】
2014.09.30 JP 2014-202408;2014.09.30 JP 2014-202401.一种固体氧化物型燃料电池电堆，其为包含支撑体、及在该支撑体的表
面上设置的多个发电元件的固体氧化物型燃料电池电堆，其特征在于，
在将所述多个发电元件之中邻接的2个发电元件分别作为第1发电元件及第
2发电元件时，
所述第1发电元件包含第1燃料极、第1空气极、及在所述第1燃料极和所
述第1空气极之间设置的第1固体电解质作为其构成部件，且所述第1燃料极被
配置在所述支撑体和所述第1空气极之间，
所述第2发电元件包含第2燃料极、第2空气极、及在所述第2燃料极和所
述第2空气极之间设置的第2固体电解质作为其构成部件，且所述第2燃料极被
配置在所述支撑体和所述第2空气极之间，
所述固体氧化物型燃料电池电堆还包含电连接所述第1发电元件的所述第1
空气极和所述第2发电元件的所述第2燃料极的互连器，通过所述互连器，所述
第1发电元件和所述第2发电元件被串联连接而构成，
在将由所述支撑体的表面朝向所述第1燃料极、所述第1固体电解质、及所
述第1空气极，或朝向第2燃料极、第2固体电解质、及第2空气极的铅垂方向
作为Z轴方向时，所述邻接的2个发电元件包含：
所述第1发电元件的第2区域，在Z轴方向上依次配置有所述第1固体电解
质及所述第1空气极；
所述第1发电元件的第3区域，在Z轴方向上依次配置有所述第1燃料极、
所述第1固体电解质、及所述第1空气极；
及所述第1发电元件的第6区域，在Z轴方向上依次配置有所述第2燃料极、
所述互连器、及所述第1空气极，
在将铅垂于所述Z轴方向的方向且氧化物离子所移动的方向作为X轴方向
时，所述第3区域、所述第2区域、及所述第6区域依次在X轴方向上连续邻接
而构成，
且所述固体氧化物型燃料电池电堆还包含与所述互连器接触而设置的绝缘
部，该绝缘部在所述第2区域中包含在所述第1固体电解质和所述第1空气极之
间设置的第1部分，
且所述互连器的表面整体被所述第1空气极覆盖而构成。
2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池电堆，其特征在于，L和L’
满足L’/L≧2的关系，所述L为在所述第3区域中配置的所述第1固体电解质的
从所述第1燃料极上面到所述第1空气极下面的Z轴方向的长度，所述L’为所述
绝...

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