金属支撑型电化学元件用的带电极层基板、电化学元件、电化学模块、固体氧化物型燃料电池和制造方法技术

提供可靠性/耐久性优异、且低成本的电化学元件。金属支撑型电化学元件用的带电极层基板具有：金属支撑体和形成于金属支撑体上的电极层2，电极层2具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。

Charged electrode layer substrate, electrochemical element, electrochemical module, solid oxide fuel cell and manufacturing method for metal supported electrochemical element

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属支撑型电化学元件用的带电极层基板、电化学元件、电化学模块、固体氧化物型燃料电池和制造方法
本专利技术涉及具有金属支撑体和电极层的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板等。
技术介绍
就现有的金属支撑型的固体氧化物型燃料电池(SOFC)而言，在烧结Fe-Cr系合金粉末而得到的多孔金属支撑体上，形成阳极电极层，并在其上形成电解质层而得到SOFC。现有技术文献非专利文献非专利文献1：Jong-JinChoi和Dong-SooPark,“PreparationofMetal-supportedSOFCusingLowTemperatureCeramicCoatingProcess”,Proceedingsof11thEuropeanSOFC&SOEForum,A1502,第09章-会议B15-14/117-20/117(2014年7月1-4日)。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，如非专利文献1所示，为了在低温域形成氧化锆系电解质，需要准备在1300℃的高温下烧制处理的阳极电极层。因此，不能避免金属支撑体的损伤，另外，导致需要通过1200℃的烧制处理来设置昂贵的LST(LaSrTiO3)扩散防止层，用于防止从金属支撑体扩散毒害电池(cell)的元素，在性能或可靠性/耐久性、以及成本的方面存在问题。本专利技术是鉴于上述课题而完成的专利技术，其目的在于提供性能/可靠性/耐久性优异、且低成本的电化学元件。用于解决课题的手段用于达成上述目的的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的特征构成在于以下的方面：具有金属支撑体和形成于前述金属支撑体上的电极层，前述电极层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。根据上述的特征构成，成为适于在低温域的电解质层形成工艺的电极层，无需设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层和电解质层的电化学元件。另外，即使在电解质层为薄膜的情况下，若电极层表面的平滑度高，则也可以均匀地保持电解质层，因此可以构成性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。另外，若电极层表面的平滑度高(电极层表面的凹凸少)，则电极层与电解质层之间的空隙少，可以构成粘附性良好的、性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。需说明的是，前述电极层更优选具有表面粗糙度(Ra)为0.5μm以下的区域、进一步优选具有为0.3μm以下的区域。这是由于：电极层表面的平滑性变得越高，可以使上述效果越大。用于达成上述目的的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的特征构成在于以下的方面：具有金属支撑体、形成于前述金属支撑体上的电极层和形成于前述电极层上的中间层，前述中间层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。根据上述的特征构成，成为适于在低温域的电解质层形成工艺的中间层，无需设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层、中间层和电解质层的电化学元件。另外，即使在电解质层为薄膜的情况下，若中间层表面的平滑度高，则也可以均匀地保持电解质层，因此可以构成性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。另外，若中间层表面的平滑度高(中间层表面的凹凸少)，则中间层与电解质层之间的空隙少，可以构成粘附性良好的、性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。需说明的是，前述中间层更优选具有表面粗糙度(Ra)为0.5μm以下的区域、进一步优选具有为0.3μm以下的区域。这是由于：中间层表面的平滑性变得越高，可以使上述效果越大。本专利技术所涉及的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的另外的特征构成在于以下的方面：前述电极层形成于前述金属支撑体的一个面上，前述金属支撑体具有从一个面向另一个面贯通的贯通孔。根据上述的特征构成，由于可以使在电极层反应的气体等从金属支撑体的另一个面顺畅地供给，因此可以实现高性能的电化学元件。本专利技术所涉及的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的另外的特征构成在于以下的方面：前述金属支撑体为施行了孔加工的金属板。根据上述的特征构成，由于可以通过利用孔加工而生成的孔使在电极层反应的气体等从金属支撑体的另一个面顺畅地供给，因此可以实现高性能的电化学元件。此外，具有贯通孔的金属支撑体可以容易地制造，是适合的。而且，若将金属板作为基板，则可以实现强度高、可靠性/耐久性优异的电化学元件。具有上述的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板、对电极层和配置于前述电极层与前述对电极层之间的电解质层的电化学元件，成为可靠性/耐久性优异、且低成本的电化学元件，是适合的。本专利技术所涉及的电化学模块的特征构成在于以下的方面：上述的电化学元件以多个层叠的状态进行配置。根据上述的特征构成，由于上述的电化学元件以多个层叠的状态进行配置，因此可以抑制材料成本和加工成本，同时可以得到紧凑且高性能的、强度和可靠性优异的电化学模块。本专利技术所涉及的电化学装置的特征构成在于以下的方面：至少具有上述的电化学模块和改质器，且具有对前述电化学模块供给含有还原性成分的燃料气体的燃料供给部和由前述电化学模块取出电力的逆变器。根据上述的特征构成，由于具有电化学模块和改质器，且具有对于电化学模块供给含有还原性成分的燃料气体的燃料供给部和由电化学模块取出电力的逆变器，因此使用城市燃气等的现有的原燃料供给基础设施，可以由耐久性/可靠性和性能优异的电化学模块取出电力，可以实现耐久性/可靠性和性能优异的电化学装置。另外，由于容易构建将从电化学模块排出的未利用的燃料气体进行再循环的系统，因此可以实现高效率的电化学装置。本专利技术所涉及的能量系统的特征构成在于以下的方面：具有上述的电化学装置和再利用从前述电化学装置排出的热的排热利用部。根据上述的特征构成，由于具有电化学装置和将从电化学装置排出的热进行再利用的排热利用部，因此可以实现耐久性/可靠性和性能优异、且能量效率也优异的能量系统。需说明的是，通过与利用从电化学装置排出的未利用的燃料气体的燃烧热而发电的发电系统组合，还可以实现能量效率优异的混合系统(hybridsystem)。本专利技术所涉及的固体氧化物型燃料电池的特征构成在于以下的方面：具备上述的电化学元件，在额定运转时于600℃以上且850℃以下的温度，在前述电化学元件中产生发电反应。根据上述的特征构成，由于在额定运转时于600℃以上且850℃以下的温度产生发电反应，因此可发挥高的发电性能，同时可抑制金属支撑型电化学元件的劣化而长期维持燃料电池的性能。需说明的是，若在额定运转时可于650℃以上800℃以下的温度域运转，则在以城市燃气等的烃系气体为原燃料的燃料电池系统中，由于可以构建以燃料电池的排热来供应将原燃料转换为氢时所需要的热的系统，所以可以提高燃料电池系统的发电效率，因此更优选。本专利技术所涉及的制造方法的特征构成在于以下的方面：是具有金属支撑体和形成于前述金属支撑体上的电极层的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的制造方法，包括使前述电极层平滑化的电极层平滑化工序。根据上述的特征构成，通过电极层的平滑化工序，使电极层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。因此，根据上述的特征构成，成为适于在低温域的电解质层形成工艺的电极层，无需设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层和电解质层的电化学元件。另外，即使在电解质层为薄膜的情况下，若电极层表面的平滑度高，则也本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.金属支撑型电化学元件用的带电极层基板，其具有金属支撑体和形成于前述金属支撑体上的电极层，前述电极层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.22 JP 2017-0567311.金属支撑型电化学元件用的带电极层基板，其具有金属支撑体和形成于前述金属支撑体上的电极层，前述电极层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。2.金属支撑型电化学元件用的带电极层基板，其具有金属支撑体、形成于前述金属支撑体上的电极层和形成于前述电极层上的中间层，前述中间层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。3.权利要求1或2所述的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板，其中，在前述金属支撑体的一个面上形成有前述电极层，前述金属支撑体具有从一个面向另一个面贯通的贯通孔。4.权利要求1~3中任一项所述的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板，其中，前述金属支撑体为实施了孔加工的金属板。5.电化学元件，其具有：权利要求1~4中任一项所述的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板、对电极层和配置于前述电极层与前述对电极层之间的电解质层。6.电化学模块，其中，权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：越后满秋，大西久男，津田裕司，真锅享平，南和彻，山崎修，
申请(专利权)人：大阪瓦斯株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP