JP2006019044A - Solid oxide fuel cell - Google Patents

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宏年 坂元
Takanori Oboshi
隆則 大星
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    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide fuel cell capable of obtaining high output with a good durability maintained. <P>SOLUTION: The solid oxide fuel cell comprises a fuel electrode 5, an air electrode 9, and a single cell 1 with an electrolyte 7, wherein at least on one side surface of a substrate 3 that supports the single cell 1, the layers of a fuel electrode 5, an electrolyte 7, and an air electrode 9 are laminated in this order or reverse order. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池に関し、より詳しくは、主に炭化水素系ガスからなる燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガス中において安定的に発電する固体酸化物形燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a solid oxide fuel cell that stably generates power in a mixed gas of a fuel gas mainly composed of a hydrocarbon-based gas and an oxidant gas.

燃料電池とは外部からの燃料供給と燃焼生成物の排気とを連続的に行いながら、燃料が酸化する際に発生する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる電池である。燃料電池の種類は電解質により分類分けされ、電解質にイオン伝導性を持つ固体酸化物を用いたものを固体酸化物形燃料電池と呼んでいる。固体酸化物形燃料電池の特徴としては、作動温度が500〜1000℃と高いため、燃料の改質が必要なく、また、排熱を利用できるため、非常に高い出力及び燃料効率を得ることができる。   A fuel cell is a cell that can directly convert chemical energy generated when fuel is oxidized into electric energy while continuously supplying fuel from the outside and exhausting combustion products. The types of fuel cells are classified according to electrolytes, and those using solid oxides having ionic conductivity for the electrolyte are called solid oxide fuel cells. As a feature of the solid oxide fuel cell, since the operating temperature is as high as 500 to 1000 ° C., it is not necessary to reform the fuel, and exhaust heat can be used, so that a very high output and fuel efficiency can be obtained. it can.

また、固体酸化物形燃料電池の構造は反応ガスの供給方法に着目すると、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離して供給するタイプ(以下、隔膜式という)と、燃料ガスと酸化剤ガスとの混合ガスを供給するタイプ(以下、非隔膜式という)とに分けることができる。   Further, the structure of the solid oxide fuel cell focuses on the supply method of the reaction gas. The fuel gas and the oxidant gas are supplied separately (hereinafter referred to as a diaphragm type), the fuel gas and the oxidant gas, Can be divided into the type that supplies the mixed gas (hereinafter referred to as non-diaphragm type).

従来より、隔膜式固体酸化物形燃料電池のセルデザインとして、平板型、円筒型などが提案されている。   Conventionally, a flat plate type, a cylindrical type, and the like have been proposed as cell designs for the diaphragm type solid oxide fuel cell.

平板型セルは、板状の電解質の表面及び裏面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、こうして形成されたセルはセパレーターを介して複数個積層された状態で使用される。セパレーターは各セルに供給される燃料ガスと酸化剤ガスとを完全に分離する役割を果たしており、各セルとセパレーターとの間にはガスシールが施されている(特許文献1等)。しかしながら、この平板型セルでは、セルに対して圧力をかけてガスシールを施すため、セルが振動や熱サイクルなどに対して脆弱であるなどの欠点があり、実用化に大きな課題を有している。   In the flat plate-type cell, a fuel electrode and an air electrode are respectively disposed on the front and back surfaces of a plate-like electrolyte, and a plurality of cells formed in this manner are used in a state where they are stacked via separators. The separator plays the role which completely isolate | separates the fuel gas and oxidant gas which are supplied to each cell, and the gas seal is given between each cell and the separator (patent document 1 etc.). However, this flat cell has a drawback that the cell is vulnerable to vibration, thermal cycle, etc. because it applies pressure to the cell to provide a gas seal, and has a big problem in practical use. Yes.

一方、円筒型セルは、円筒形の電解質の外周面及び内周面に燃料極及び空気極をそれぞれ配置したものであり、円筒縦縞型、円筒横縞型などが提案されている(特許文献2等)。ところが円筒型セルは、ガスシール性に優れるという利点を有する一方、平板型セルに比べて構造が複雑であるため、製造プロセスが複雑になり、製造コストが高くなるという欠点がある。   On the other hand, a cylindrical cell is one in which a fuel electrode and an air electrode are respectively arranged on the outer peripheral surface and inner peripheral surface of a cylindrical electrolyte, and a cylindrical vertical stripe type, a cylindrical horizontal stripe type, and the like have been proposed (Patent Document 2, etc.). ). However, the cylindrical cell has the advantage of excellent gas sealing properties, but has a disadvantage that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high because the structure is more complicated than that of the flat plate cell.

このため、上述した平板型、円筒型に代わる燃料電池として、燃料極及び空気極を固体電解質からなる基板の同一平面上に配置し、燃料及び空気の混合ガスを供給することにより電解質の表面付近にイオン伝導を生じさせて発電を行う非隔膜式固体酸化物形燃料電池が提案されている(特許文献3等)。これによれば、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する必要がないため、セパレーター及びガスシールが不要となり、構造及び製造工程の大幅な簡略化を図ることができる。
特開平5−3045号公報 特開平5−94830号公報 特開平8−264195号公報
Therefore, as a fuel cell that replaces the flat plate type and the cylindrical type described above, the fuel electrode and the air electrode are arranged on the same plane of the substrate made of a solid electrolyte, and the vicinity of the surface of the electrolyte is supplied by supplying a mixed gas of fuel and air. Non-diaphragm solid oxide fuel cells that generate electricity by generating ionic conduction have been proposed (Patent Document 3, etc.). According to this, since it is not necessary to separate the fuel gas and the oxidant gas, the separator and the gas seal are unnecessary, and the structure and the manufacturing process can be greatly simplified.
JP-A-5-3045 Japanese Patent Laid-Open No. 5-94830 JP-A-8-264195

しかしながら、上述した非隔膜式固体酸化物形燃料電池の電池性能を向上させるには、同一平面上に配置した燃料極と空気極とを近づける必要があるが、スクリーン印刷による従来の電極の作成方法では、電極形成時のにじみや制御方法の限界により、燃料極及び空気極間の距離を100μm以下となるように正確に制御することは困難であった。   However, in order to improve the cell performance of the above-described non-membrane type solid oxide fuel cell, it is necessary to bring the fuel electrode and the air electrode arranged on the same plane close to each other. However, it is difficult to accurately control the distance between the fuel electrode and the air electrode to be 100 μm or less due to bleeding at the time of electrode formation and the limit of the control method.

また、上述した非隔膜式固体酸化物形燃料電池は、電解質を基板としても用いるため、電解質を薄膜化した場合、セル自身の耐久性が損なわれ、脆弱化してしまうというような問題があった。また、このような脆弱化を防止するため、電解質を割れが生じない程度に厚くすると、イオン伝導は電解質の表面付近にて主に生じるため、電池反応にあまり寄与しない部分が存在してしまい、コストパフォーマンスが低下するという問題があった。   Further, since the above-described non-membrane type solid oxide fuel cell uses an electrolyte as a substrate, there is a problem that when the electrolyte is thinned, the durability of the cell itself is impaired and weakened. . Also, in order to prevent such weakening, if the electrolyte is thick enough to prevent cracking, ion conduction occurs mainly near the surface of the electrolyte, so there is a part that does not contribute much to the battery reaction, There was a problem that cost performance deteriorated.

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、コストパフォーマンスを増大しつつ、電池性能も向上し、更に良好な耐久性を維持することが可能な燃料電池を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve such problems, and provides a fuel cell capable of improving cost performance while improving cell performance and maintaining good durability. The task is to do.

上記課題を解決するため、本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、燃料極、空気極、及び電解質を有する単電池セルを備えた燃料電池であって、前記単電池セルを支持する基板の少なくとも一方の面に、前記燃料極、電解質、及び空気極の層がこの順に、もしくはこの逆の順に積層されていることを特徴とする。このとき、前記積層された単電池セルは、前記基板側となる前記燃料極又は空気極の層の少なくとも一つの側面が露出するように積層されていることが好ましい。また、電解質の一方側に積層された燃料極又は空気極と、電解質の他方側に積層された空気極又は燃料極とが非接触となるように積層されていることが好ましい。   In order to solve the above-described problems, a solid oxide fuel cell according to the present invention is a fuel cell including a unit cell having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte, and a substrate that supports the unit cell. The fuel electrode, electrolyte, and air electrode layers are laminated on at least one surface in this order or in the reverse order. At this time, the stacked unit cells are preferably stacked such that at least one side surface of the fuel electrode or air electrode layer on the substrate side is exposed. In addition, it is preferable that the fuel electrode or air electrode stacked on one side of the electrolyte and the air electrode or fuel electrode stacked on the other side of the electrolyte are stacked so as not to contact each other.

基板側となる燃料極又は空気極の複数領域に電解質が積層されていても良い。このとき、隣り合う電解質上に積層された空気極又は燃料極をインターコネクターにより接続しても良い。また、このインターコネクターの下層に、当該インターコネクターと、基板側となる燃料極又は空気極とを絶縁する絶縁層が形成されていることが好ましい。   An electrolyte may be laminated in a plurality of regions of the fuel electrode or air electrode on the substrate side. At this time, the air electrode or fuel electrode laminated on the adjacent electrolyte may be connected by an interconnector. Moreover, it is preferable that the insulating layer which insulates the said interconnector and the fuel electrode or air electrode used as a board | substrate side is formed in the lower layer of this interconnector.

上記燃料極及び空気極を多孔体にすることもできる。   The fuel electrode and the air electrode can be made porous.

また、基板は、セラミック系絶縁材料、もしくは多孔質セラミック系材料とすることができる。   The substrate can be a ceramic insulating material or a porous ceramic material.

また、基板に、積層された単電池セルを複数具備し、その隣り合う各単電池セル間の一方の単電池セルの最上層と他方の単電池セルの最下層とがインターコネクターで接続された固体酸化物形燃料電池であって、インターコネクターの下層に該インターコネクターと一方の単電池セルの最下層とを絶縁する絶縁層を形成することができる。もしくは、隣り合う各単電池セル間の最上層同士をインターコネクターで接続するときは、インターコネクターの下層に該インターコネクターと、隣り合う単電池セルの最下層とを絶縁する絶縁層を形成することができる。   Also, the substrate has a plurality of stacked unit cells, and the uppermost layer of one unit cell and the lowermost layer of the other unit cell are connected by an interconnector between the adjacent unit cells. In the solid oxide fuel cell, an insulating layer that insulates the interconnector from the lowermost layer of one unit cell can be formed in the lower layer of the interconnector. Alternatively, when connecting the uppermost layers between adjacent unit cells with an interconnector, an insulating layer that insulates the interconnector from the lowermost layer of adjacent unit cells is formed under the interconnector. Can do.

また、固体酸化物形燃料電池の製造方法として、燃料極、空気極、電解質、インターコネクター、及び絶縁層を印刷により形成することができる。   Moreover, as a manufacturing method of a solid oxide fuel cell, a fuel electrode, an air electrode, an electrolyte, an interconnector, and an insulating layer can be formed by printing.

本発明によれば、燃料極、空気極、及び電解質が基板によって支持されているため、コストパフォーマンスを高め、良好な耐久性が維持できるとともに、電解質を薄膜化することができ、より高い出力を得ることができる。   According to the present invention, since the fuel electrode, the air electrode, and the electrolyte are supported by the substrate, the cost performance can be improved, good durability can be maintained, the electrolyte can be thinned, and higher output can be achieved. Obtainable.

また、同一基板に多数の燃料極、空気極、及び電解質からなる単電池セルを形成し、インターコネクターにより直列又は並列に接続することができるため、必要な電流、電圧を制御可能とすることができる。特に単電池セルを直列に接続した場合には、単電池セル内のみに電解質が存在し、隣り合う単電池セル間に電解質が存在しないため、複数の単電池セルを直列に接続しても、起電力の相殺の発生が無く、高い出力を得ることができる。   In addition, since a single battery cell composed of a large number of fuel electrodes, air electrodes, and electrolytes can be formed on the same substrate and connected in series or in parallel by an interconnector, necessary current and voltage can be controlled. it can. Especially when the unit cells are connected in series, the electrolyte exists only in the unit cells, and there is no electrolyte between adjacent unit cells, so even if a plurality of unit cells are connected in series, There is no occurrence of electromotive force cancellation, and a high output can be obtained.

以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第1実施形態について説明する。図1は本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の断面図(a)及び平面図(b)である。
Hereinafter, embodiments of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of a solid oxide fuel cell according to the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) of a solid oxide fuel cell according to the present embodiment.

図1に示すように、この固体酸化物形燃料電池は、燃料極5、電解質7、及び空気極9を有する一つの単電池セル1を備え、この単電池セル1が基板3上に支持されている。   As shown in FIG. 1, this solid oxide fuel cell includes one unit cell 1 having a fuel electrode 5, an electrolyte 7, and an air electrode 9, and this unit cell 1 is supported on a substrate 3. ing.

単電池セル1は、次のように構成されている。基板3の上面に燃料極5が矩形に形成されており、その燃料極5の上面にこれより小さく電解質7が矩形に形成されており、さらにその電解質7の上面にこれと同等の大きさの空気極9が形成されている。ここで、電解質7は燃料極5よりも小さくしているが、これを同等の大きさにすることもできる。また、電解質7と空気極9との大きさは同等としたが、電解質7よりも空気極9の大きさを小さくすることもできる。このように、燃料極5は電解質7及び空気極9と同等もしくは大きいので、単電池セル1の最下層にある燃料極5は露出し混合ガスと接触することができる。また、空気極9は電解質7と同等もしくは小さいので、単電池セル1の最上層に積層された空気極9と、最下層に積層された燃料極5は非接触となっている。   The single battery cell 1 is configured as follows. A fuel electrode 5 is formed in a rectangular shape on the upper surface of the substrate 3, and a smaller electrolyte 7 is formed in a rectangular shape on the upper surface of the fuel electrode 5. Further, the upper surface of the electrolyte 7 has a size equivalent to this. An air electrode 9 is formed. Here, although the electrolyte 7 is made smaller than the fuel electrode 5, it can also be made into the same magnitude | size. Moreover, although the magnitude | size of the electrolyte 7 and the air electrode 9 was made equivalent, the magnitude | size of the air electrode 9 can also be made smaller than the electrolyte 7. FIG. Thus, since the fuel electrode 5 is equal to or larger than the electrolyte 7 and the air electrode 9, the fuel electrode 5 in the lowermost layer of the unit cell 1 can be exposed and contacted with the mixed gas. Further, since the air electrode 9 is equal to or smaller than the electrolyte 7, the air electrode 9 stacked on the uppermost layer of the unit cell 1 and the fuel electrode 5 stacked on the lowermost layer are not in contact with each other.

次に、上記固体酸化物形燃料電池を構成する材料について説明する。基板3は、十分な強度と高温(500〜1700℃)の製造や使用に耐えられるだけの耐熱性を有する材料を用いるのが好ましい。具体的には、アルミナ系材料、チタン系材料、及びシリカ系材料等のセラミック系材料を好ましく用いることができる。なお、基板3の厚みは特には限定されないが、強度面及びコスト面から50μm〜10mm程度とすることができる。   Next, materials constituting the solid oxide fuel cell will be described. The substrate 3 is preferably made of a material having sufficient strength and heat resistance that can withstand the manufacture and use at high temperatures (500 to 1700 ° C.). Specifically, ceramic materials such as alumina materials, titanium materials, and silica materials can be preferably used. The thickness of the substrate 3 is not particularly limited, but can be about 50 μm to 10 mm from the viewpoint of strength and cost.

電解質7の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物等の酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。また、電解質の膜厚としては、0.01〜5000μmが好ましく、1〜100μmが特に好ましい。   As the material of the electrolyte 7, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. For example, ceria-based oxides doped with samarium or gadolinium, lanthanum galade-based oxides doped with strontium or magnesium, etc. And oxygen ion conductive ceramic materials such as zirconia oxide containing scandium or yttrium can be used. Moreover, as a film thickness of electrolyte, 0.01-5000 micrometers is preferable and 1-100 micrometers is especially preferable.

燃料極5及び空気極9は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末の平均粒径は、好ましくは10nm〜100μmであり、さらに好ましくは50nm〜50μmであり、特に好ましくは100nm〜10μmである。なお、平均粒径は、例えば、JISZ8901に従って計測することができる。   The fuel electrode 5 and the air electrode 9 can be formed of a ceramic powder material. The average particle size of the powder used at this time is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 50 nm to 50 μm, and particularly preferably 100 nm to 10 μm. The average particle diameter can be measured according to, for example, JISZ8901.

燃料極5は、例えば、金属触媒と酸化物形イオン導電体からなるセラミック粉末材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属(白金、ルテニウム、パラジウム等)等の還元性雰囲気中で安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極4を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなるセラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、1種類を単独で、或いは2種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極5は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。   For example, the fuel electrode 5 may be a mixture of a metal catalyst and a ceramic powder material made of an oxide ion conductor. As the metal catalyst used at this time, a material that is stable in a reducing atmosphere, such as nickel, iron, cobalt, or a noble metal (platinum, ruthenium, palladium, etc.) and has hydrogen oxidation activity can be used. In addition, as the oxide ion conductor, one having a fluorite structure or a perovskite structure can be preferably used. Examples of those having a fluorite structure include ceria-based oxides doped with samarium, gadolinium, and the like, and zirconia-based oxides containing scandium and yttrium. In addition, examples of those having a perovskite structure include lanthanum galide oxides doped with strontium and magnesium. Among the above materials, the fuel electrode 4 is preferably formed of a mixture of an oxide ion conductor and nickel. The mixed form of the ceramic material made of the oxide ion conductor and nickel may be a physical mixed form or a form of powder modification to nickel. Moreover, the ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Moreover, the fuel electrode 5 can also be comprised using a metal catalyst alone.

空気極9を形成するセラミックス粉末材料としては、ペロブスカイト型構造等を有するCo,Fe,Ni,Cr又はMn等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には(Sm,Sr)CoO,(La,Sr)MnO,(La,Sr)CoO,(La,Sr)(Fe,Co)O,(La,Sr)(Fe,Co,Ni)Oなどの酸化物が挙げられ、好ましくは(La,Sr)MnOである。上述したセラミックス材料は、1種を単独で、或いは2種以上を混合して使用することができる。 As the ceramic powder material forming the air electrode 9, a metal oxide made of Co, Fe, Ni, Cr, Mn or the like having a perovskite structure or the like can be used. Specifically, (Sm, Sr) CoO 3 , (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) CoO 3 , (La, Sr) (Fe, Co) O 3 , (La, Sr) (Fe, Co , Ni) O 3 and the like, and (La, Sr) MnO 3 is preferable. The ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

上記燃料極5、及び空気極9は、上述した材料を主成分として、さらにバインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。より詳細には、上記主成分とバインダー樹脂との混合において、上記主成分が50〜95重量%となるように、バインダー樹脂等を加えることが好ましい。   The fuel electrode 5 and the air electrode 9 are formed by adding appropriate amounts of a binder resin, an organic solvent, and the like with the above-described material as a main component. More specifically, it is preferable to add a binder resin or the like so that the main component is 50 to 95% by weight in the mixing of the main component and the binder resin.

次に上述した固体酸化物形燃料電池の製造方法の一例を、図2を参照しながら説明する。まず、上述した電解質7、燃料極5、及び空気極9の粉末材料を主成分として、バインダー樹脂、有機溶媒などを適量加えて混練し、電解質ペースト、燃料極ペースト、空気極ペーストをそれぞれ作成する。各ペーストの粘度は10〜10mPa・s程度に調整されることが好ましい。 Next, an example of a method for producing the above-described solid oxide fuel cell will be described with reference to FIG. First, an electrolyte paste, a fuel electrode paste, and an air electrode paste are respectively prepared by adding an appropriate amount of a binder resin, an organic solvent, and the like, using the powder materials of the electrolyte 7, the fuel electrode 5, and the air electrode 9 as main components. . The viscosity of each paste is preferably adjusted to about 10 3 to 10 6 mPa · s.

次いで、図2(a)に示すように、基板3上に燃料極ペーストを矩形状に塗布した後、所定の時間及び温度で乾燥させる。燃料極ペーストを塗布する方法としては、スクリーン印刷法が好適であるが、CVD法、PVD法、蒸着、スパッタリング、溶射、イオンプレーティング、イオン注入法、ティッピング、スピンコーティング、電気泳動法、ロールコート法、グラビアコート法、リソグラフィー法、ディスペンサー法などを適用することも可能である。同様にして、図2(b)に示すように、電解質ペーストを乾燥させた燃料極ペーストの上面に矩形状に塗布した後、乾燥させ、所定の時間及び温度で焼結を行うことにより燃料極5及び電解質7を形成する。続いて、図2(c)に示すように、空気極ペーストを電解質7の上面に矩形状に塗布した後、乾燥・焼結を行うことにより空気極9を形成すると、図1で説明した燃料電池が形成される。電解質7、燃料極5及び空気極9のそれぞれの厚さは、使用材料の粒径やガス拡散、電極・電解質7中の内部抵抗を考慮すると、電解質7は1〜100μm程度、燃料極5及び空気極9は1〜100μm程度で、好ましくは10〜50μmであることが望ましい。なお、図示を省略するが、各電極5、9には、電流を取り出すための集電部が設けられる。   Next, as shown in FIG. 2A, the fuel electrode paste is applied in a rectangular shape on the substrate 3, and then dried at a predetermined time and temperature. As a method for applying the fuel electrode paste, a screen printing method is suitable, but a CVD method, a PVD method, vapor deposition, sputtering, thermal spraying, ion plating, ion implantation method, tipping, spin coating, electrophoresis method, roll coating. It is also possible to apply a method, a gravure coating method, a lithography method, a dispenser method, or the like. Similarly, as shown in FIG. 2 (b), the electrolyte electrode is applied in a rectangular shape on the upper surface of the dried fuel electrode paste, then dried, and sintered at a predetermined time and temperature to perform fuel electrode treatment. 5 and electrolyte 7 are formed. Subsequently, as shown in FIG. 2 (c), after the air electrode paste is applied to the upper surface of the electrolyte 7 in a rectangular shape, the air electrode 9 is formed by drying and sintering. A battery is formed. The thickness of each of the electrolyte 7, the fuel electrode 5, and the air electrode 9 is about 1 to 100 μm for the electrolyte 7 in consideration of the particle diameter of the material used, gas diffusion, and internal resistance in the electrode / electrolyte 7. The air electrode 9 is about 1 to 100 μm, preferably 10 to 50 μm. Although not shown, each of the electrodes 5 and 9 is provided with a current collector for taking out current.

上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。まず、各単電池セル1の一方面上に、メタンやエタンなどの炭化水素からなる燃料ガスと空気との混合ガスを高温の状態(例えば400〜1000℃)で供給する。これにより、燃料極5と空気極9との間の電解質7で、酸素イオン伝導が起こって発電が行われる。   The fuel cell configured as described above generates power as follows. First, a mixed gas of a fuel gas composed of a hydrocarbon such as methane or ethane and air is supplied to one surface of each unit cell 1 at a high temperature (eg, 400 to 1000 ° C.). Thereby, oxygen ion conduction occurs in the electrolyte 7 between the fuel electrode 5 and the air electrode 9 to generate power.

以上のように、本実施形態に係る燃料電池によれば、電解質7、燃料極5及び空気極9が基板3に支持されているため、良好な耐久性を維持することができるとともに、電解質7を薄膜化することで高い出力を得ることができ、コストパフォーマンスを増大させることができる。   As described above, according to the fuel cell according to the present embodiment, since the electrolyte 7, the fuel electrode 5, and the air electrode 9 are supported by the substrate 3, good durability can be maintained, and the electrolyte 7 A high output can be obtained by making the film thin, and cost performance can be increased.

ところで、上記説明では、燃料極5上には電解質7と空気極9との組を一組しか形成していないが、電解質7と空気極9との組を燃料極5上に複数組積層することもできる。図3(c)にその例を示す。同図に示すように、この例ではインターコネクター13により空気極9a,9bを接続している。また、このとき、インターコネクター13が燃料極5と接触しないように、絶縁層11は、空気極9aと9bとの間を表面形状に沿って積層されている。   In the above description, only one set of the electrolyte 7 and the air electrode 9 is formed on the fuel electrode 5, but a plurality of sets of the electrolyte 7 and the air electrode 9 are stacked on the fuel electrode 5. You can also. An example is shown in FIG. As shown in the figure, in this example, the air electrodes 9a and 9b are connected by the interconnector 13. At this time, the insulating layer 11 is laminated between the air electrodes 9a and 9b along the surface shape so that the interconnector 13 does not contact the fuel electrode 5.

次に、図3に示す燃料電池の製造方法について説明する。電解質7、燃料極5及び空気極9を構成する材料は、上述したものと同じである。インターコネクター13は、Pt,Au,Ni,Ag,Cu,SUS等の導電性金属、或いは金属材料、又はLa(Cr,Mg)O,(La,Ca)CrO,(La,Sr)CrOなどのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料によって形成することができ、これらのうちの1種を単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。そして、電解質等と同様の添加物を加え、粘度10〜10mPa・s程度のインターコネクター用ペーストを形成する。 Next, a method for manufacturing the fuel cell shown in FIG. 3 will be described. The materials constituting the electrolyte 7, the fuel electrode 5 and the air electrode 9 are the same as those described above. The interconnector 13 is made of a conductive metal such as Pt, Au, Ni, Ag, Cu, or SUS, or a metal material, or La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3 , (La, Sr) CrO. It can be formed of a lanthanum / chromite-based conductive ceramic material such as 3, and one of these may be used alone, or two or more may be used in combination. And the additive similar to electrolyte etc. is added and the paste for interconnectors with a viscosity of about 10 < 3 > -10 < 6 > mPa * s is formed.

また、絶縁層11は、アルミナ、チタニア、シリカ等によって形成することができ、好ましくは融点の低いガラス等が用いられる。そして、電解質等と同様の添加物を加え、絶縁層ペーストを形成する。   The insulating layer 11 can be formed of alumina, titania, silica or the like, and preferably glass or the like having a low melting point is used. Then, the same additive as the electrolyte or the like is added to form an insulating layer paste.

続いて、先程と同様に基板3上に、燃料極ペーストを塗布し乾燥させ、その上面に電解質ペーストを2つ塗布し乾燥させ、所定の時間及び温度で焼結を行い、燃料極5及び電解質7a,7bを形成した。次いで、それぞれの電解質7の上面に空気極9を形成する(図3(a)参照)。   Subsequently, the fuel electrode paste is applied and dried on the substrate 3 in the same manner as described above, and two electrolyte pastes are applied and dried on the upper surface, followed by sintering at a predetermined time and temperature, and the fuel electrode 5 and the electrolyte. 7a and 7b were formed. Next, the air electrode 9 is formed on the upper surface of each electrolyte 7 (see FIG. 3A).

次に、空気極9a及び9b間を表面形状に沿って絶縁層ペーストをスクリーン印刷によって塗布し、所定の時間及び温度で乾燥させる(図3(b)参照)。   Next, an insulating layer paste is applied by screen printing along the surface shape between the air electrodes 9a and 9b, and dried at a predetermined time and temperature (see FIG. 3B).

次いで、空気極9a,9bを接続するように、空気極9a,9bの上面及び絶縁層11の上面に、インターコネクター用ペーストをスクリーン印刷によって塗布し、乾燥させ、所定の時間及び温度で焼結を行い、絶縁層11及びインターコネクター13を形成する(図3(c)参照)。   Next, the interconnector paste is applied by screen printing on the upper surfaces of the air electrodes 9a and 9b and the upper surface of the insulating layer 11 so as to connect the air electrodes 9a and 9b, dried, and sintered at a predetermined time and temperature. The insulating layer 11 and the interconnector 13 are formed (see FIG. 3C).

次に、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の第2実施形態について図4を参照しつつ説明する。   Next, a second embodiment of the solid oxide fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG.

図4(c)に示すように、この固体酸化物形燃料電池は、燃料極5a,5b、電解質7a,7b及び空気極9a,9bを有する二つの単電池セル1,2を備え、この単電池セル1,2が基板3上に支持されている。また、単電池セル1の空気極9aと単電池セル2の燃料極5bとを接続するようインターコネクター13を有しており、このインターコネクター13が燃料極5aと接触しないように、絶縁層11を備えている。   As shown in FIG. 4 (c), this solid oxide fuel cell includes two unit cells 1 and 2 having fuel electrodes 5a and 5b, electrolytes 7a and 7b, and air electrodes 9a and 9b. Battery cells 1 and 2 are supported on the substrate 3. In addition, an interconnector 13 is provided so as to connect the air electrode 9a of the unit cell 1 and the fuel electrode 5b of the unit cell 2, and the insulating layer 11 is provided so that the interconnector 13 does not contact the fuel electrode 5a. It has.

単電池セル1,2はそれぞれ第1実施形態と同様に構成されている。すなわち基板3上に、燃料極5a,5b、電解質7a,7b、及び空気極9a,9bがこの順で形成されている。また、空気極9aと燃料極5bを接続するようにインターコネクター13が形成されており、このインターコネクター13が燃料極5aに接続しないように、絶縁層11が形成されている。これらの材料は第1実施形態と同様とすることができる。   The single battery cells 1 and 2 are configured in the same manner as in the first embodiment. That is, the fuel electrodes 5a and 5b, the electrolytes 7a and 7b, and the air electrodes 9a and 9b are formed on the substrate 3 in this order. An interconnector 13 is formed so as to connect the air electrode 9a and the fuel electrode 5b, and an insulating layer 11 is formed so that the interconnector 13 is not connected to the fuel electrode 5a. These materials can be the same as those in the first embodiment.

この第2実施形態の燃料電池も第1実施形態で示したものと同様の方法で製造することができる。すなわち、基板3上に、燃料極ペーストを2つ塗布し乾燥させ、その各上面に電解質ペーストを塗布し乾燥させ、所定の時間及び温度で焼結を行い、燃料極5a,5b及び電解質7a,7bを形成する。更にその各上面に空気極9a,9bを形成する(図4(a)参照)。続いて、単電池セル1の単電池セル2と向かい合う側面の表面形状に沿って絶縁層用ペーストを塗布し、乾燥させる(図4(b))。その後、空気極9aと、燃料極5bの単電池セル1側上面との間を、表面形状に沿ってインターコネクター用ペーストを塗布し、乾燥させた後、所定の時間及び温度で焼結を行い、絶縁層11及びインターコネクター13を形成する。このとき、インターコネクター13は、単電池セル1の空気極9a及び単電池セル2の燃料極5bを接続するのみで、これ以外の燃料極及び空気極には接続されないように塗布する(図4(c)参照)。   The fuel cell of the second embodiment can also be manufactured by the same method as that shown in the first embodiment. That is, two fuel electrode pastes are applied and dried on the substrate 3, and the electrolyte paste is applied and dried on each upper surface, and sintered at a predetermined time and temperature, so that the fuel electrodes 5a, 5b and the electrolyte 7a, 7b is formed. Further, air electrodes 9a and 9b are formed on the upper surfaces thereof (see FIG. 4A). Subsequently, the insulating layer paste is applied along the surface shape of the side surface of the single battery cell 1 facing the single battery cell 2 and dried (FIG. 4B). Thereafter, the interconnector paste is applied along the surface shape between the air electrode 9a and the upper surface of the fuel electrode 5b on the unit cell 1 side, dried, and then sintered at a predetermined time and temperature. Then, the insulating layer 11 and the interconnector 13 are formed. At this time, the interconnector 13 is applied so as to connect only the air electrode 9a of the unit cell 1 and the fuel electrode 5b of the unit cell 2, but not to the other fuel electrode and air electrode (FIG. 4). (See (c)).

こうして形成された非隔膜式固体酸化物形燃料電池は、第1実施形態と同様の混合ガスを供給することで、発電が行われる。   The non-diaphragm solid oxide fuel cell formed in this way generates power by supplying the same mixed gas as in the first embodiment.

上記第2実施形態によれば、単電池セルを二つ設けることができるので、前記第1実施形態よりも高い起電力を得ることができる。   According to the second embodiment, since two single battery cells can be provided, an electromotive force higher than that in the first embodiment can be obtained.

また第2実施形態では、インターコネクター13が単電池セル1の空気極9a及び単電池セル2の燃料極5bを接続するように形成されているが、単電池セル1の空気極9a及び単電池セル2の空気極9bを接続するように形成することもできる。このとき、絶縁層11は、インターコネクター13が空気極9a,9b以外の電極と接触しないようにするため、単電池セル1、2間の表面形状を覆うように形成される(図5参照)。   Moreover, in 2nd Embodiment, although the interconnector 13 is formed so that the air electrode 9a of the single battery cell 1 and the fuel electrode 5b of the single battery cell 2 may be connected, the air electrode 9a and single battery of the single battery cell 1 are formed. It can also be formed so as to connect the air electrode 9b of the cell 2. At this time, the insulating layer 11 is formed so as to cover the surface shape between the unit cells 1 and 2 in order to prevent the interconnector 13 from coming into contact with electrodes other than the air electrodes 9a and 9b (see FIG. 5). .

以下に実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。以下では、図1に示す燃料電池を実施例として作成した場合について説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Below, the case where the fuel cell shown in FIG. 1 is created as an example will be described.

電解質7の材料として、SDC[(Ce,Sm)O]粉末(粒径0.01〜10μm:平均粒径0.1μm)を使用し、セルロース系バインダー樹脂と混合して電解質ペーストを作製した。電解質ペーストの粘度は、スクリーン印刷に適した5×10mPa・sとした。また、燃料極5の材料として、NiO粉末(粒径0.01〜10μm:平均粒径1μm)と、SDC[(Ce,Sm)O]粉末(粒径0.01〜10μm:平均粒径0.1μm)とを重量比で7:3となるように混合した後、セルロース系バインダー樹脂と混合して燃料極ペーストを作製した。燃料極ペーストの粘度は、スクリーン印刷に適した5×10mPa・sとした。また、空気極9の材料として、SSC[(Sm,Sr)CoO]粉末(粒径0.1〜10μm、平均粒径3μm)を使用し、セルロース系ワニスと混合して空気極ペーストを作製した。空気極ペーストの粘度は、スクリーン印刷に適した5×10mPa・sとした。基板3には、厚みが2mmで10mm角のアルミナ系基板を使用した。 SDC [(Ce, Sm) O 3 ] powder (particle size 0.01 to 10 μm: average particle size 0.1 μm) was used as a material for the electrolyte 7 and mixed with a cellulose binder resin to prepare an electrolyte paste. . The viscosity of the electrolyte paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. Further, as the material of the fuel electrode 5, NiO powder (particle size 0.01 to 10 μm: average particle size 1 μm) and SDC [(Ce, Sm) O 3 ] powder (particle size 0.01 to 10 μm: average particle size) 0.1 μm) was mixed to a weight ratio of 7: 3, and then mixed with a cellulosic binder resin to prepare a fuel electrode paste. The viscosity of the fuel electrode paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. Moreover, SSC [(Sm, Sr) CoO 3 ] powder (particle size 0.1 to 10 μm, average particle size 3 μm) is used as a material for the air electrode 9 and mixed with a cellulosic varnish to produce an air electrode paste. did. The viscosity of the air electrode paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. As the substrate 3, an alumina substrate having a thickness of 2 mm and a 10 mm square was used.

まず、上述した燃料極ペーストを基板3上にスクリーン印刷により、7.5mm、塗布厚み100μmとなるように塗布した。そして、130℃で5分間乾燥させた。 First, the above-described fuel electrode paste was applied onto the substrate 3 by screen printing so that the thickness was 7.5 mm 2 and the coating thickness was 100 μm. And it was made to dry at 130 degreeC for 5 minute (s).

次に、この上面に上述した電解質ペーストを3.5mm,塗布厚み200μmとなるようにスクリーン印刷により塗布し、130℃で5分間乾燥させた後、1450℃、1時間で焼結させ、燃料極5及び電解質7を形成した。 Next, the above-described electrolyte paste is applied to the upper surface by screen printing so as to have a coating thickness of 3.5 mm 2 and a coating thickness of 200 μm, dried at 130 ° C. for 5 minutes, and then sintered at 1450 ° C. for 1 hour. Electrode 5 and electrolyte 7 were formed.

続いて、上述した空気極ペーストを、電解質7の上面にスクリーン印刷により、3.5mm,塗布厚み20μmとなるように塗布し、130℃で5分間乾燥させた後、1200℃、1時間で焼結させ、空気極9を形成した。 Subsequently, the air electrode paste described above was applied to the upper surface of the electrolyte 7 by screen printing so as to have a coating thickness of 3.5 mm 2 and a coating thickness of 20 μm, dried at 130 ° C. for 5 minutes, and then at 1200 ° C. for 1 hour. The air electrode 9 was formed by sintering.

以上により作製した燃料電池にメタンガスと空気との混合ガスを800℃で導入し、電池特性の評価を行った結果、起電力で600±10mV、出力で2.30mWを得ることができた。   As a result of introducing a mixed gas of methane gas and air into the fuel cell produced as described above at 800 ° C. and evaluating the battery characteristics, it was possible to obtain 600 ± 10 mV in electromotive force and 2.30 mW in output.

以下では図3に示す燃料電池を実施例として作製した場合について説明する。   Hereinafter, a case where the fuel cell shown in FIG. 3 is manufactured as an example will be described.

電解質7の材料として、SDC[(Ce,Sm)O]粉末(粒径0.01〜10μm:平均粒径0.1μm)を使用し、セルロース系ワニスと混合して電解質ペーストを作製した。電解質ペーストの粘度は、スクリーン印刷に適した5×10mPa・sとした。また、燃料極5の材料として、NiO粉末(粒径0.01〜10μm:平均粒径1μm)と、SDC[(Ce,Sm)O]粉末(粒径0.01〜10μm:平均粒径0.1μm)とを重量比で7:3となるように混合した後、セルロース系ワニスと混合して燃料極ペーストを作製した。燃料極ペーストの粘度は、スクリーン印刷に適した5×10mPa・sとした。また、空気極9の材料として、SSC[(Sm,Sr)CoO]粉末(粒径0.1〜10μm、平均粒径3μm)を使用し、セルロース系ワニスと混合して空気極ペーストを作製した。空気極ペーストの粘度は、スクリーン印刷に適した5×10mPa・sとした。インターコネクター13の材料として、Au粉末(粒径1μm)を使用し、セルロース系ワニスと混合してインターコネクター用ペーストを作製した。インターコネクター用ペーストの粘度はスクリーン印刷に適した5×10mPa・sとした。絶縁層11の材料としては、ガラス粉末(粒径0.01〜10μm:平均粒径1μm)を使用し、セルロース系ワニスと混合して絶縁層用ペーストを作製した。絶縁層用ペーストの粘度はスクリーン印刷に適した5×10mPa・sとした。基板3には、厚みが2mmで10mm角のアルミナ系基板を使用した。 An SDC [(Ce, Sm) O 3 ] powder (particle size 0.01 to 10 μm: average particle size 0.1 μm) was used as a material for the electrolyte 7 and mixed with a cellulosic varnish to prepare an electrolyte paste. The viscosity of the electrolyte paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. Further, as the material of the fuel electrode 5, NiO powder (particle size 0.01 to 10 μm: average particle size 1 μm) and SDC [(Ce, Sm) O 3 ] powder (particle size 0.01 to 10 μm: average particle size) 0.1 μm) was mixed to a weight ratio of 7: 3, and then mixed with a cellulosic varnish to prepare a fuel electrode paste. The viscosity of the fuel electrode paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. Moreover, SSC [(Sm, Sr) CoO 3 ] powder (particle size 0.1 to 10 μm, average particle size 3 μm) is used as a material for the air electrode 9 and mixed with a cellulosic varnish to produce an air electrode paste. did. The viscosity of the air electrode paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. Au powder (particle size: 1 μm) was used as a material for the interconnector 13 and mixed with a cellulose varnish to prepare an interconnector paste. The interconnect paste viscosity was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. As a material of the insulating layer 11, glass powder (particle size 0.01 to 10 μm: average particle size 1 μm) was used and mixed with a cellulosic varnish to prepare an insulating layer paste. The viscosity of the insulating layer paste was 5 × 10 5 mPa · s suitable for screen printing. As the substrate 3, an alumina substrate having a thickness of 2 mm and a 10 mm square was used.

まず、上述した燃料極ペーストを基板3上にスクリーン印刷により、9.5mm、塗布厚み100μmとなるように塗布した。そして、130℃で5分間乾燥させた。 First, the above-described fuel electrode paste was applied on the substrate 3 by screen printing so that the coating thickness was 9.5 mm 2 and the coating thickness was 100 μm. And it was made to dry at 130 degreeC for 5 minute (s).

次に、この上面に上述した電解質ペーストを3.5mm、塗布厚み200μmとなるように2つスクリーン印刷により塗布し、130℃で5分間乾燥させた後、1450℃、1時間で焼結させ、燃料極5、及び電解質7a,7bを形成した。 Next, on the upper surface, the above-described electrolyte paste is applied by screen printing so that the coating thickness is 3.5 mm 2 and the coating thickness is 200 μm, dried at 130 ° C. for 5 minutes, and then sintered at 1450 ° C. for 1 hour. The fuel electrode 5 and the electrolytes 7a and 7b were formed.

続いて、上述した空気極ペーストを、電解質7a,7bの上面にそれぞれスクリーン印刷により、3.25mm、塗布厚み20μmとなるように二つ塗布し、130℃で5分間乾燥させた後、1200℃、1時間で焼結させ、空気極9a,9bを形成した。 Subsequently, two air electrode pastes as described above were applied to the upper surfaces of the electrolytes 7a and 7b by screen printing so as to have a coating thickness of 3.25 mm 2 and a coating thickness of 20 μm, respectively, dried at 130 ° C. for 5 minutes, and then 1200. Sintering was performed at 1 ° C. for 1 hour to form air electrodes 9a and 9b.

次いで、上述した絶縁層用ペーストをスクリーン印刷により、隣り合う空気極9a,9b間に、幅300μmとなるように塗布し、130℃で5分間乾燥させた。   Next, the above-described insulating layer paste was applied between the adjacent air electrodes 9a and 9b by screen printing so as to have a width of 300 μm, and dried at 130 ° C. for 5 minutes.

そして、上述したインターコネクター用ペーストをスクリーン印刷により、空気極9a,9bを接続するように、幅250μmで塗布した。このとき、インターコネクター13と、空気極9a又は9bとの接触面積は1.0mmとなるようにした。これを130℃で5分間乾燥させた後、1000℃、1時間で焼結させ、絶縁層11及びインターコネクター13を形成した。 Then, the above-described interconnector paste was applied with a width of 250 μm by screen printing so as to connect the air electrodes 9a and 9b. At this time, the contact area between the interconnector 13 and the air electrode 9a or 9b was set to 1.0 mm 2 . This was dried at 130 ° C. for 5 minutes and then sintered at 1000 ° C. for 1 hour to form the insulating layer 11 and the interconnector 13.

以上により作製した燃料電池にメタンガスと空気との混合ガスを800℃で導入し、電池特性の評価を行った結果、実施例1と同等の起電力、実施例1と約2倍の出力を得ることができた。   As a result of introducing a mixed gas of methane gas and air into the fuel cell produced as described above at 800 ° C. and evaluating the cell characteristics, an electromotive force equivalent to that of Example 1 and an output approximately twice that of Example 1 are obtained. I was able to.

以下では、図4に示す燃料電池を実施例として作製した場合について説明する。   Below, the case where the fuel cell shown in FIG. 4 is produced as an Example is demonstrated.

基板3、電解質7、燃料極5a,5b、空気極9a,9b、絶縁層11及びインターコネクター13の材料は、実施例2と同様のものを使用し、電解質ペースト、燃料極ペースト、空気極ペースト、絶縁層用ペースト及びインターコネクター用ペーストを作製する。   The materials of the substrate 3, the electrolyte 7, the fuel electrodes 5a and 5b, the air electrodes 9a and 9b, the insulating layer 11 and the interconnector 13 are the same as those in Example 2, and the electrolyte paste, fuel electrode paste, and air electrode paste are used. Then, an insulating layer paste and an interconnector paste are prepared.

まず、上述した燃料極ペーストを基板3上にスクリーン印刷により、8.5mm、塗布厚み100μmとなるように二つ塗布した。そして、130℃で5分間乾燥させた。 First, two of the above-described fuel electrode pastes were applied onto the substrate 3 by screen printing so that the thickness was 8.5 mm 2 and the coating thickness was 100 μm. And it was made to dry at 130 degreeC for 5 minute (s).

次に、この上面に上述した電解質ペーストをそれぞれ、3.5mm、塗布厚み200μmとなるようにスクリーン印刷により二つ塗布し、130℃で5分間乾燥させた後、1450℃で1時間焼結させ、燃料極5a,5b及び電解質7a,7bを形成した。 Next, on the upper surface, the above-described electrolyte paste is applied by screen printing so that the thickness is 3.5 mm 2 and the coating thickness is 200 μm, respectively, dried at 130 ° C. for 5 minutes, and then sintered at 1450 ° C. for 1 hour. Thus, the fuel electrodes 5a and 5b and the electrolytes 7a and 7b were formed.

続いて、上述した空気極ペーストを、電解質7a,7bの上面にそれぞれスクリーン印刷により、3.5mm、塗布厚み20μmとなるように二つ塗布し、130℃で5分間乾燥させた後、1200℃で1時間焼結させ、空気極9a,9bを形成した。 Subsequently, two air electrode pastes as described above were applied to the upper surfaces of the electrolytes 7a and 7b by screen printing so as to have a coating thickness of 3.5 mm 2 and a coating thickness of 20 μm, respectively, dried at 130 ° C. for 5 minutes, and then 1200. Sintering was performed at a temperature of 1 hour to form air electrodes 9a and 9b.

次いで、上述した絶縁層用ペーストをスクリーン印刷により、幅300μmとなるように、単電池セル1の単電池セル2と向かい合う側面を覆うように塗布し、130℃で5分間乾燥させた。   Next, the above-mentioned insulating layer paste was applied by screen printing so as to cover the side surface of the unit cell 1 facing the unit cell 2 so as to have a width of 300 μm, and dried at 130 ° C. for 5 minutes.

そして、上述したインターコネクター用ペーストをスクリーン印刷により、空気極9aと燃料極5bとを接続するように幅250μmで塗布した。このとき、インターコネクター13と、空気極9a又は燃料極5bとの接触面積は1.0mmとなるようにした。これを130℃で5分間乾燥させた後、1000℃,1時間で焼結させ、絶縁層11及びインターコネクタ13を形成した。 Then, the above-described interconnector paste was applied with a width of 250 μm by screen printing so as to connect the air electrode 9a and the fuel electrode 5b. At this time, the contact area between the interconnector 13 and the air electrode 9a or the fuel electrode 5b was set to 1.0 mm 2 . This was dried at 130 ° C. for 5 minutes and then sintered at 1000 ° C. for 1 hour to form the insulating layer 11 and the interconnector 13.

以上により作製した燃料電池にメタンガスと空気との混合ガスを800℃で導入し、電池特性の評価を行った結果、実施例1と比較し、2倍の起電力及び出力を得ることができた。   As a result of introducing a mixed gas of methane gas and air into the fuel cell produced as described above at 800 ° C. and evaluating the cell characteristics, it was possible to obtain twice the electromotive force and output as compared with Example 1. .

以下では、図5に示す燃料電池を実施例として作製した場合について説明する。   Below, the case where the fuel cell shown in FIG. 5 is produced as an example is described.

基板3、電解質7、燃料極5a,5b、空気極9a,9b、絶縁層11及びインターコネクター13の材料は実施例2と同様のものを使用し、電解質ペースト、燃料極ペースト、空気極ペースト、絶縁層用ペースト及びインターコネクター用ペーストを作製する。   The materials of the substrate 3, the electrolyte 7, the fuel electrodes 5a and 5b, the air electrodes 9a and 9b, the insulating layer 11 and the interconnector 13 are the same as in Example 2, and the electrolyte paste, fuel electrode paste, air electrode paste, An insulating layer paste and an interconnector paste are prepared.

燃料極5a,5b、電解質7a,7b及び空気極9a,9bは、実施例3と同様に形成する。   The fuel electrodes 5a and 5b, the electrolytes 7a and 7b, and the air electrodes 9a and 9b are formed in the same manner as in the third embodiment.

次に、絶縁層用ペーストを、スクリーン印刷により、幅300μmとなるように燃料極9a,9b間に塗布し、130℃で5分間乾燥させた。   Next, the insulating layer paste was applied between the fuel electrodes 9a and 9b so as to have a width of 300 μm by screen printing, and dried at 130 ° C. for 5 minutes.

そして、インターコネクター用ペーストをスクリーン印刷により、空気極9a,9bを接続するように幅250μmで塗布した。これを130℃で5分間乾燥させた後、1000℃で1時間焼結させ、絶縁層11及びインターコネクター13を形成した。このとき、インターコネクター13と、空気極9a又は9bとの接触面積は1.0mmとなるようにした。 Then, the interconnector paste was applied with a width of 250 μm by screen printing so as to connect the air electrodes 9a and 9b. This was dried at 130 ° C. for 5 minutes and then sintered at 1000 ° C. for 1 hour to form the insulating layer 11 and the interconnector 13. At this time, the contact area between the interconnector 13 and the air electrode 9a or 9b was set to 1.0 mm 2 .

以上により作製した燃料電池にメタンガスと空気との混合ガスを800℃で導入し、電池特性の評価を行った結果、実施例1と比較し、同等の起電力、約2倍の出力を得ることができた。   As a result of introducing a mixed gas of methane gas and air into the fuel cell produced as described above at 800 ° C. and evaluating the cell characteristics, it is possible to obtain an equivalent electromotive force and about twice the output as compared with Example 1. I was able to.

本発明に係る燃料電池の第1実施形態の断面図(a)及び平面図(b)である。It is sectional drawing (a) and top view (b) of 1st Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention. 図1に示す燃料電池の製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of the fuel cell shown in FIG. 図1に示す燃料電池の他の例の製造方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the other example of the fuel cell shown in FIG. 本発明に係る燃料電池の第2実施形態の製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method of 2nd Embodiment of the fuel cell which concerns on this invention. 第2実施形態の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,2 単電池セル
3 基板
5 燃料極
7 電解質
9 空気極
11 絶縁体
13 インターコネクター
1, 2 single cell 3 substrate 5 fuel electrode 7 electrolyte 9 air electrode 11 insulator 13 interconnector

Claims (12)

燃料極、空気極、及び電解質を有する単電池セルを備えた燃料電池であって、
前記単電池セルを支持する基板の少なくとも一方の面に、前記燃料極、前記電解質、及び前記空気極の層がこの順に、もしくはこの逆の順に積層されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
A fuel cell comprising a unit cell having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte,
Solid oxide form characterized in that layers of the fuel electrode, the electrolyte, and the air electrode are laminated in this order or in the reverse order on at least one surface of a substrate that supports the unit cell. Fuel cell.
前記積層された単電池セルは、前記基板側となる前記燃料極又は前記空気極の層の少なくとも一つの側面が露出するように積層されていることを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。   2. The solid oxide according to claim 1, wherein the stacked unit cells are stacked such that at least one side surface of the fuel electrode or the air electrode layer on the substrate side is exposed. Physical fuel cell. 前記電解質の一方側に積層された前記燃料極又は前記空気極と、前記電解質の他方側に積層された前記空気極又は前記燃料極とが非接触となるように積層されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池。   The fuel electrode or the air electrode stacked on one side of the electrolyte and the air electrode or the fuel electrode stacked on the other side of the electrolyte are stacked so as not to contact each other. The solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2. 前記基板側となる前記燃料極又は前記空気極の複数領域に前記電解質が積層されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。   4. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the electrolyte is laminated in a plurality of regions of the fuel electrode or the air electrode on the substrate side. 5. 前記隣り合う電解質上に積層された前記空気極又は燃料極をインターコネクターにより接続していることを特徴とする請求項4に記載の固体酸化物形燃料電池。 5. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein the air electrode or fuel electrode stacked on the adjacent electrolyte is connected by an interconnector. 前記インターコネクターの下層に、当該インターコネクターと、前記基板側となる燃料極又は空気極とを絶縁する絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池。   6. The solid oxide fuel cell according to claim 5, wherein an insulating layer is formed under the interconnector to insulate the interconnector from the fuel electrode or air electrode on the substrate side. . 前記燃料極及び前記空気極が多孔体であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。   The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel electrode and the air electrode are porous bodies. 前記基板は、セラミック系絶縁材料からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。   The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate is made of a ceramic insulating material. 前記基板は、多孔質セラミック系材料からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。   6. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the substrate is made of a porous ceramic material. 前記基板に、前記積層された単電池セルを複数具備し、その隣り合う各単電池セル間の一方の単電池セルの最上層と他方の単電池セルの最下層とがインターコネクターで接続された固体酸化物形燃料電池であって、
前記インターコネクターの下層に該インターコネクターと一方の単電池セルの最下層とを絶縁する絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項1〜3,7〜9のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
A plurality of the stacked unit battery cells are provided on the substrate, and the uppermost layer of one unit battery cell and the lowermost layer of the other unit cell between the adjacent unit battery cells are connected by an interconnector. A solid oxide fuel cell,
The insulating layer which insulates this interconnector and the lowest layer of one single battery cell in the lower layer of the said interconnector is formed, The any one of Claims 1-3 and 7-9 characterized by the above-mentioned. Solid oxide fuel cell.
前記基板に、前記積層された単電池セルを複数具備し、その隣り合う各単電池セル間の最上層同士がインターコネクターで接続された固体酸化物形燃料電池であって、
前記インターコネクターの下層に該インターコネクターと、前記隣り合う単電池セルの最下層とを絶縁する絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項1〜3,7〜9のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池。
The substrate is a solid oxide fuel cell comprising a plurality of the stacked unit cells, the uppermost layers between the adjacent unit cells connected by an interconnector,
The insulating layer which insulates this interconnector and the lowest layer of the said adjacent single battery cell in the lower layer of the said interconnector is formed, The any one of Claims 1-3 and 7-9 characterized by the above-mentioned. 2. A solid oxide fuel cell according to 1.
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の固体酸化物形燃料電池を製造する方法であって、
前記燃料極、前記空気極、前記電解質、前記インターコネクター、及び前記絶縁層が印刷により形成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の製造方法。
A method for producing the solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 11,
The method for producing a solid oxide fuel cell, wherein the fuel electrode, the air electrode, the electrolyte, the interconnector, and the insulating layer are formed by printing.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008041540A (en) * 2006-08-09 2008-02-21 Dainippon Printing Co Ltd Single chamber solid oxide fuel cell and fabrication method thereof
JP2008053016A (en) * 2006-08-23 2008-03-06 Dainippon Printing Co Ltd Single chamber type solid oxide fuel cell, and its stack structure
JP2008251383A (en) * 2007-03-30 2008-10-16 Dainippon Printing Co Ltd Solid oxide fuel cell
JP2011171124A (en) * 2010-02-18 2011-09-01 Nippon Shokubai Co Ltd Anode support type half cell, its manufacturing method, and anode support type cell
JP2011216345A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Nippon Shokubai Co Ltd Method for manufacturing anode support type half cell, anode support type half cell obtained by this method for manufacturing, and anode support type cell, solid electrolyte fuel cell
JP2012059476A (en) * 2010-09-08 2012-03-22 Nippon Shokubai Co Ltd Anode support type half cell and method for manufacturing the same, and anode support type cell
JP4962640B1 (en) * 2011-07-22 2012-06-27 大日本印刷株式会社 Solid oxide fuel cell

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0236165U (en) * 1988-08-31 1990-03-08
JPH04364139A (en) * 1991-05-10 1992-12-16 Mitsui Toatsu Chem Inc Production of partical oxide of propylene
JPH05166530A (en) * 1991-12-12 1993-07-02 Yoshida Kogyo Kk <Ykk> Battery member for solid electrolyte fuel cell
JPH07135017A (en) * 1993-11-08 1995-05-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Solid electrolyte fuel cell and its manufacture
JPH07235313A (en) * 1994-02-24 1995-09-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Manufacture of solid electrolyte fuel cell
JPH08264195A (en) * 1995-03-23 1996-10-11 Agency Of Ind Science & Technol Non-diaphragm solid electrolyte type fuel cell for co-generation
JP2001256986A (en) * 2000-03-10 2001-09-21 Mitsuru Sano Solid electrolytic fuel cell
JP2002313357A (en) * 2001-04-06 2002-10-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Single-chamber fuel cell
JP2002334706A (en) * 2001-05-08 2002-11-22 Nissan Motor Co Ltd Cell element layer base and cell plate for solid electrolyte type fuel cell
JP2002352816A (en) * 2001-05-22 2002-12-06 Nissan Motor Co Ltd Cell plate for fuel cell, manufacturing method therefor, and solid electrolyte fuel cell
JP2003051319A (en) * 2001-08-06 2003-02-21 Nissan Motor Co Ltd Cell plate for solid electrolyte type fuel cell and power generation unit
WO2003063286A1 (en) * 2002-01-26 2003-07-31 Rolls-Royce Plc A high-temperature fuel cell module
WO2003096453A2 (en) * 2002-05-09 2003-11-20 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell assembly and a separator therefor
JP2004031158A (en) * 2002-06-26 2004-01-29 Nissan Motor Co Ltd Cell of fuel cell and fuel cell stack using this
JP2004055564A (en) * 2002-07-23 2004-02-19 Hewlett-Packard Development Co Lp Fuel cell assembly
JP2004119108A (en) * 2002-09-25 2004-04-15 Nissan Motor Co Ltd Unit cell for solid oxide fuel cell, and its manufacturing method

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0236165U (en) * 1988-08-31 1990-03-08
JPH04364139A (en) * 1991-05-10 1992-12-16 Mitsui Toatsu Chem Inc Production of partical oxide of propylene
JPH05166530A (en) * 1991-12-12 1993-07-02 Yoshida Kogyo Kk <Ykk> Battery member for solid electrolyte fuel cell
JPH07135017A (en) * 1993-11-08 1995-05-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Solid electrolyte fuel cell and its manufacture
JPH07235313A (en) * 1994-02-24 1995-09-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Manufacture of solid electrolyte fuel cell
JPH08264195A (en) * 1995-03-23 1996-10-11 Agency Of Ind Science & Technol Non-diaphragm solid electrolyte type fuel cell for co-generation
JP2001256986A (en) * 2000-03-10 2001-09-21 Mitsuru Sano Solid electrolytic fuel cell
JP2002313357A (en) * 2001-04-06 2002-10-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Single-chamber fuel cell
JP2002334706A (en) * 2001-05-08 2002-11-22 Nissan Motor Co Ltd Cell element layer base and cell plate for solid electrolyte type fuel cell
JP2002352816A (en) * 2001-05-22 2002-12-06 Nissan Motor Co Ltd Cell plate for fuel cell, manufacturing method therefor, and solid electrolyte fuel cell
JP2003051319A (en) * 2001-08-06 2003-02-21 Nissan Motor Co Ltd Cell plate for solid electrolyte type fuel cell and power generation unit
WO2003063286A1 (en) * 2002-01-26 2003-07-31 Rolls-Royce Plc A high-temperature fuel cell module
WO2003096453A2 (en) * 2002-05-09 2003-11-20 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell assembly and a separator therefor
JP2004031158A (en) * 2002-06-26 2004-01-29 Nissan Motor Co Ltd Cell of fuel cell and fuel cell stack using this
JP2004055564A (en) * 2002-07-23 2004-02-19 Hewlett-Packard Development Co Lp Fuel cell assembly
JP2004119108A (en) * 2002-09-25 2004-04-15 Nissan Motor Co Ltd Unit cell for solid oxide fuel cell, and its manufacturing method

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008041540A (en) * 2006-08-09 2008-02-21 Dainippon Printing Co Ltd Single chamber solid oxide fuel cell and fabrication method thereof
JP2008053016A (en) * 2006-08-23 2008-03-06 Dainippon Printing Co Ltd Single chamber type solid oxide fuel cell, and its stack structure
JP2008251383A (en) * 2007-03-30 2008-10-16 Dainippon Printing Co Ltd Solid oxide fuel cell
JP2011171124A (en) * 2010-02-18 2011-09-01 Nippon Shokubai Co Ltd Anode support type half cell, its manufacturing method, and anode support type cell
JP2011216345A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Nippon Shokubai Co Ltd Method for manufacturing anode support type half cell, anode support type half cell obtained by this method for manufacturing, and anode support type cell, solid electrolyte fuel cell
JP2012059476A (en) * 2010-09-08 2012-03-22 Nippon Shokubai Co Ltd Anode support type half cell and method for manufacturing the same, and anode support type cell
JP4962640B1 (en) * 2011-07-22 2012-06-27 大日本印刷株式会社 Solid oxide fuel cell
WO2013015115A1 (en) * 2011-07-22 2013-01-31 大日本印刷株式会社 Solid-oxide fuel cell
JP2013026085A (en) * 2011-07-22 2013-02-04 Dainippon Printing Co Ltd Solid oxide fuel cell

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