电池结构体制造技术

本公开提供了一种电池结构体，包括阴极、阳极和介于阴极和阳极之间的固体电解质层，其中阴极呈片状形式，阳极呈片状形式，固体电解质层呈片状形式，固体电解质层层叠在阳极上，阴极层叠在固体电解质层上，阴极的电阻Rc与阳极和固体电解质层的电阻Ra满足关系式Rc/Ra≥0.3，阴极包含具有钙钛矿晶体结构的第一金属氧化物，并且阴极的厚度大于15μm且为30μm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池结构体
本公开涉及一种电池结构体。本申请要求基于2018年3月6日提交的日本专利申请No.2018-039521的优先权。该日本专利申请中描述的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
燃料电池是通过诸如氢和空气(或氧)之类的燃料之间的电化学反应产生电力的装置。燃料电池可以将化学能直接转化成电能，从而高效地发电。尤其是，操作温度为700℃以上、特别是约800℃至1000℃的固体氧化物燃料电池(以下称为“SOFC”)的反应速度快，并且固体氧化物燃料电池易于处理，因为固体氧化物燃料电池具有其组成要素全部为固体的电池结构体。该电池结构体包括阴极、阳极和介于阴极和阳极之间的固体电解质层。当电池结构体的电阻变小时，燃料电池提供了增加的输出。电池结构体的电阻(单元电池电阻)受固体电解质层支配。因此，例如，PCT国家公开No.2016-076078(专利文献1)提出通过改变固体电解质层的组成来减小固体电解质层的电阻值。减小固体电解质层的厚度也可以减小该层的电阻值。引用列表专利文献专利文献1：PCT国家公开No.2016-076078
技术实现思路
本公开的一个方面是一种电池结构体，包括阴极、阳极以及介于阴极和阳极之间的固体电解质层，阴极呈片状的形式，阳极呈片状的形式，固体电解质层呈片状的形式，固体电解质层设置在阳极上，阴极设置在固体电解质层上，阴极具有电阻Rc，阳极和固体电解质层具有电阻Ra，电阻Rc与电阻Ra满足关系式Rc/Ra≥0.3，阴极包含具有钙钛矿晶体结构的第一金属氧化物，阴极的厚度大于15μm且为30μm以下。附图说明图1为根据本公开的实施方案的电池结构体的示意性截面图。具体实施方式[本公开要解决的问题]如此控制组成和厚度的固体电解质层具有减小到极限值的电阻值。此外，电池电阻受除固体电解质层之外的构成要素(即，阴极)支配。[本公开的有利效果]根据本公开，电池结构体具有减小的电阻，因此，燃料电池提供了增加的输出。[本公开的实施方案的描述]首先，将列举本公开的实施方案的内容。(1)根据本公开的实施方案的电池结构体为包括阴极、阳极以及介于阴极和阳极之间的固体电解质层的电池结构体，阴极呈片状的形式，阳极呈片状的形式，固体电解质层呈片状的形式，固体电解质层设置在阳极上，阴极设置在固体电解质层上，阴极具有电阻Rc，阳极和固体电解质层具有电阻Ra，电阻Rc与电阻Ra满足关系式Rc/Ra≥0.3，阴极包含具有钙钛矿晶体结构的第一金属氧化物，阴极的厚度大于15μm且为30μm以下。因此，电池结构体具有减小的电阻值。(2)第一金属氧化物可由下式(1)表示：A11-xB1xC1yO3-δ...式(1)，其中元素A1为选自由La、Sm和Ba组成的组中的至少一种，元素B1为选自由Sr和Ca组成的组中的至少一种，元素C1为选自由Fe、Co、Mn和Ni组成的组中的至少一种，0＜x＜1，0＜y≤1，并且δ表示氧空位浓度。(3)固体电解质层可以包括具有钙钛矿晶体结构的第二金属氧化物，并且第二金属氧化物可为由下式(2)表示的质子导体：A2mB2nC21-nO3-δ...式(2)，其中元素A2为选自由Ba、Ca和Sr组成的组中的至少一种，元素B2为选自由Ce和Zr组成的组中的至少一种，元素C2为选自由Y、Yb、Er、Ho、Tm、Gd、In和Sc组成的组中的至少一种，0.85≤m≤1，0.5≤n＜1，并且δ表示氧空位浓度。(4)固体电解质层的厚度可为5μm以上30μm以下。(5)阴极的厚度可为20μm以上30μm以下。在这种情况下，电池结构体具有进一步减小的电阻值。[本专利技术的实施方案的细节]下面将适当地参考附图描述本专利技术的实施方案的具体实例。应当注意，本专利技术并不限于这些实例；相反，本专利技术由所附权利要求书限定，并且旨在包括在与权利要求书的条款等同的含义和范围内的任何修改。在本说明书中，“X至Y”形式的表述是指范围的上限和下限(即，X以上Y以下)，并且当X后没有单位且仅Y后有单位时，X的单位与Y的单位相同。根据本实施方案的电池结构体包括阴极、阳极以及介于阴极和阳极之间的固体电解质层。将阴极、阳极以及固体电解质层(例如)烧结，从而一体化在一起。在本实施方案的一个方面中，还可以理解，阴极呈片状的形式，阳极呈片状的形式，固体电解质层呈片状的形式，固体电解质层设置在阳极上，并且阴极设置在固体电解质层上。在本实施方案中，将讨论满足关系式Rc/Ra≥0.3的情况，也就是说，阴极的电阻Rc对电池结构体的电阻具有高贡献率，并且阴极包含具有钙钛矿晶体结构的第一金属氧化物。电池结构体具有作为反应电阻和直流电阻的总和的电阻(单元电池电阻)。阴极具有电阻Rc，其是阴极的反应电阻和阴极的直流电阻RDCc的总和。阳极和固体电解质层具有电阻Ra，其是阳极的反应电阻加上阳极和固体电解质层的直流电阻之和RDCe的总和。在下文中，将描述反应电阻和直流电阻。反应电阻表示在阴极或阳极处引起反应的难度如何。例如，通过使用频率响应分析器(FRA)的交流阻抗测定来确定反应电阻。例如，可以如下测定交流阻抗：在600℃的温度，将氢作为燃料气体以100cc/min的速率通入到阳极，并且将氧(或空气)以200cc/min的速率通入到阴极，且频率在0.1Hz至100kHz之间变化。由对应于各测定频率的交流阻抗的Cole-Cole曲线确定阴极的反应电阻和阳极的反应电阻。Cole-Cole曲线为在x轴上绘制对应于各频率的交流阻抗(实数)并在y轴上绘制假想阻抗的图，并且Cole-Cole曲线描绘为圆弧形。在电池结构体的Cole-Cole曲线中，通常形成阴极的反应电阻引起的圆弧和阳极的反应电阻引起的圆弧。通过改变引入的气体的浓度，可以确定哪个圆弧对应于阴极以及哪个圆弧对应于阳极。例如，当引入到阴极的氧的浓度降低时，变大的圆弧为阴极的反应电阻引起的圆弧。另一方面，当引入到阳极的氢的浓度降低时，变大的圆弧为阳极的反应电阻引起的圆弧。直流电阻为当将直流施加到实验对象时的电阻值，并且直流电阻表示在电子等的移动反应中的电阻。可以如下计算直流电阻：计算当具有多个预定值的电流通过实验对象时产生的电压，并由I-V特性的梯度计算直流电阻，I-V特性由表示电流值的横轴和表示电压的纵轴表示。例如，可以如下测定电压：在电流通过60分钟，且温度为600℃的情况下，将氢作为燃料气体以100cc/min的速率通入到阳极，并将空气以200cc/min的速率通入到阴极，并且电流值在0mA/cm2至600mA/cm2之间变化。例如，可以如下确定阴极的直流电阻或阳极和固体电解质层的直流电阻：制作包括含有第一金属氧化物且厚度为Tc的阴极、厚度为Ta的阳极以及厚度为Te的固体电解质层的电池结构体。在改变固体电解质层的厚度Te的同时测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池结构体，包括/n阴极；/n阳极；以及/n介于所述阴极和所述阳极之间的固体电解质层，/n所述阴极呈片状的形式，/n所述阳极呈片状的形式，/n所述固体电解质层呈片状的形式，/n所述固体电解质层设置在所述阳极上，/n所述阴极设置在所述固体电解质层上，/n所述阴极具有电阻Rc，所述阳极和所述固体电解质层具有电阻Ra，所述电阻Rc与所述电阻Ra满足关系式Rc/Ra≥0.3，/n所述阴极包含具有钙钛矿晶体结构的第一金属氧化物，/n所述阴极的厚度大于15μm且为30μm以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180306 JP 2018-0395211.一种电池结构体，包括
阴极；
阳极；以及
介于所述阴极和所述阳极之间的固体电解质层，
所述阴极呈片状的形式，
所述阳极呈片状的形式，
所述固体电解质层呈片状的形式，
所述固体电解质层设置在所述阳极上，
所述阴极设置在所述固体电解质层上，
所述阴极具有电阻Rc，所述阳极和所述固体电解质层具有电阻Ra，所述电阻Rc与所述电阻Ra满足关系式Rc/Ra≥0.3，
所述阴极包含具有钙钛矿晶体结构的第一金属氧化物，
所述阴极的厚度大于15μm且为30μm以下。


2.根据权利要求1所述的电池结构体，其中所述第一金属氧化物由下式(1)表示：
A11-xB1xC1yO3-δ...式(1)，
其中元素A1为选自由La、Sm和Ba组成的组中的至少一种，元素B1为选自由Sr和Ca组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：平岩千寻，小川光靖，水原奈保，俵山博匡，东野孝浩，真岛正利，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP