JP2010218759A - Metal support type solid oxide fuel cell and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属支持型の固体酸化物形燃料電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a metal-supported solid oxide fuel cell and a method for manufacturing the same.
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質層と、該電解質層を挟み込む燃料極層及び空気極層という３つの部材を１つの単位とする単電池（セル）により構成されている。この固体酸化物形燃料電池では、燃料極に供給された燃料極側ガスと、空気極に供給された空気極側ガスが、混ざらないように、つまり、燃料極側ガス及び空気極側ガスが電解質層を透過して、対極に漏れないように、電解質層は、ガスタイトである必要がある。 A solid oxide fuel cell (SOFC) is constituted by a single cell (cell) having an electrolyte layer, and a fuel electrode layer and an air electrode layer sandwiching the electrolyte layer as one unit. In this solid oxide fuel cell, the fuel electrode side gas supplied to the fuel electrode and the air electrode side gas supplied to the air electrode are not mixed, that is, the fuel electrode side gas and the air electrode side gas are not mixed. The electrolyte layer needs to be gas tight so that the electrolyte layer does not pass through and leak to the counter electrode.
そして、近年、機械的強度、急速起動性、耐レドックス特性に優れる金属支持型の固体酸化物形燃料電池の開発が盛んに行われている。該金属支持型の固体酸化物形燃料電池は、金属支持体上に、該セルが形成されている。 In recent years, development of metal-supported solid oxide fuel cells excellent in mechanical strength, rapid startability, and redox resistance has been actively conducted. In the metal-supported solid oxide fuel cell, the cell is formed on a metal support.
金属支持型の固体酸化物形燃料電池では、支持体が金属であるために、ガスタイトな電解質層の形成に、金属酸化物粉末を成形後焼成するという焼成法を採用することは、支持体の金属を酸化させないような焼成温度、雰囲気等の焼成条件の制限が大きい為、セル性能、生産性、コストを考慮すると極めて困難である。そのため、金属支持型の固体酸化物形燃料電池の製造において、各層の形成には、蒸着法又は溶射法が採用されている。 In a metal-supported solid oxide fuel cell, since the support is a metal, adopting a firing method in which the metal oxide powder is formed and fired is used for forming a gastight electrolyte layer. Since there are large restrictions on firing conditions such as firing temperature and atmosphere that do not oxidize the metal, it is extremely difficult in consideration of cell performance, productivity, and cost. Therefore, in the production of a metal-supported solid oxide fuel cell, a vapor deposition method or a thermal spraying method is employed for forming each layer.
例えば、特開２００６−７３４０１号公報（特許文献１）には、金属支持型の固体酸化物形燃料電池の各層の形成に、直流加熱蒸着法、イオンビーム蒸着法、反応性イオンビーム蒸着法、２極スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、反応性スパッタ法、３極スパッタ法、イオンビームスパッタ法、イオンプレーティング法、ホローカソードビーム法、イオンビーム注入法又はプラズマＣＶＤ法を用いることが記載されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-73401 (Patent Document 1) discloses a direct current heating deposition method, an ion beam deposition method, a reactive ion beam deposition method, It describes the use of bipolar sputtering, magnetron sputtering, reactive sputtering, tripolar sputtering, ion beam sputtering, ion plating, hollow cathode beam, ion beam implantation, or plasma CVD. .
金属支持型の固体酸化物形燃料電池は、支持体が金属であるために、７００℃以下の低温で作動されるので、電解質のイオン導電性と厚みに起因する抵抗（以下、純抵抗とも記載する。）、及び電極反応に起因する抵抗（以下、電極抵抗とも記載する。）が大きくなる。そのため、７００℃を超える高温で作動される金属支持型ではない固体酸化物形燃料電池に比べ、出力特性が低くなるという問題があった。 Since the metal-supported solid oxide fuel cell is operated at a low temperature of 700 ° C. or lower because the support is a metal, resistance due to the ionic conductivity and thickness of the electrolyte (hereinafter also referred to as pure resistance) And the resistance resulting from the electrode reaction (hereinafter also referred to as electrode resistance) increases. For this reason, there is a problem that the output characteristics are lower than that of a solid oxide fuel cell that is not a metal-supported type operated at a high temperature exceeding 700 ° C.
電極抵抗を低くする方法としては、電解質層と電極層との界面に適度な表面粗さを持たせて、三相界面を増やすという方法が考えられる。 As a method of reducing the electrode resistance, a method of increasing the three-phase interface by giving an appropriate surface roughness to the interface between the electrolyte layer and the electrode layer can be considered.
ところが、蒸着法では、ガスタイトな電解質層を得るためには、蒸着対象である電極層の表面を、例えば、表面粗さＲａが０．１μｍ未満とのように、極力平滑化する必要がある。よって、蒸着法では、電解質層と電極層との界面に適度な表面粗さを持たせることはできないため、電極抵抗を低くすることはできなかった。 However, in the vapor deposition method, in order to obtain a gas tight electrolyte layer, it is necessary to smooth the surface of the electrode layer as a vapor deposition target as much as possible, for example, the surface roughness Ra is less than 0.1 μm. Therefore, in the vapor deposition method, an appropriate surface roughness cannot be given to the interface between the electrolyte layer and the electrode layer, so that the electrode resistance cannot be lowered.
一方、溶射法では、例えば、溶射対象となる電極層の表面粗さＲａが大きくなっても、その表面に電解質層を形成させることはできる。しかし、従来の溶射法では、平均粒径が１０μｍ以上の溶射材粉末を用いなければならないため、電解質層の厚さを５０μｍ以上にし且つ封孔処理を施さなければ、ガスタイトな電解質層は得られなかった。よって、従来の溶射法では、厚みが小さく且つガスタイトな電解質層は得られないため、純抵抗を低くすることはできなかった。 On the other hand, in the thermal spraying method, for example, even when the surface roughness Ra of the electrode layer to be sprayed increases, an electrolyte layer can be formed on the surface. However, in the conventional thermal spraying method, a thermal spray powder having an average particle size of 10 μm or more must be used. Therefore, if the thickness of the electrolyte layer is 50 μm or more and no sealing treatment is performed, a gastight electrolyte layer can be obtained. There wasn't. Therefore, since the conventional thermal spraying method cannot obtain an electrolyte layer having a small thickness and a gas tightness, the pure resistance cannot be lowered.
これらのことから、従来の金属支持型の固体酸化物形燃料電池には、純抵抗及び電極抵抗が高いために、出力特性が低いという問題があった。 For these reasons, the conventional metal-supported solid oxide fuel cell has a problem of low output characteristics due to high pure resistance and electrode resistance.
従って、本発明の課題は、純抵抗及び電極抵抗が低く、出力特性が高い金属支持型固体酸化物形燃料電池を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a metal-supported solid oxide fuel cell having low pure resistance and electrode resistance and high output characteristics.
本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、高速フレーム溶射法により、特定粒径の金属酸化物の粉末を溶射して、電極層及び電解質層を形成させれば、電極層と電解質層の界面を適度な表面粗さにでき且つ厚みが小さくてもガスタイトな電解質層を形成させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-described problems in the prior art, the present inventors sprayed metal oxide powder having a specific particle size by a high-speed flame spraying method to form an electrode layer and an electrolyte layer. Then, it has been found that the interface between the electrode layer and the electrolyte layer can have an appropriate surface roughness and a gas tight electrolyte layer can be formed even if the thickness is small, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明（１）は、金属支持体上に、順に、燃料極層、電解質層及び空気極層が形成されている金属支持型固体酸化物形燃料電池であって、
該電解質層の厚みが５〜３０μｍであり、
該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍであり、
該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍであること、
を特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池を提供するものである。
That is, the present invention (1) is a metal-supported solid oxide fuel cell in which a fuel electrode layer, an electrolyte layer, and an air electrode layer are sequentially formed on a metal support,
The thickness of the electrolyte layer is 5 to 30 μm,
The surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is 0.5 to 3.0 μm,
The surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is 0.5 to 3.0 μm,
A metal-supported solid oxide fuel cell is provided.
また、本発明（２）は、金属支持体上に、順に、空気極層、電解質層及び燃料極層が形成されている金属支持型固体酸化物形燃料電池であって、
該電解質層の厚みが５〜３０μｍであり、
該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍであり、
該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍであること、
を特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池を提供するものである。
The present invention (2) is a metal-supported solid oxide fuel cell in which an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer are formed on a metal support in this order.
The thickness of the electrolyte layer is 5 to 30 μm,
The surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is 0.5 to 3.0 μm,
The surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is 0.5 to 3.0 μm,
A metal-supported solid oxide fuel cell is provided.
また、本発明（３）は、金属支持体上に、高速フレーム溶射法により、平均粒径が１〜５μｍの燃料極用の金属酸化物粉末を溶射して、燃料極層を形成させる燃料極層形成工程と、
該燃料極層の表面に、高速フレーム溶射法により、平均粒径が１〜５μｍの電解質用の金属酸化物粉末を溶射して、電解質層を形成させる電解質層形成工程と、
該電解質層の表面に、空気極層を形成させる空気極層形成工程と、
を有することを特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法を提供するものである。
Further, the present invention (3) is a fuel electrode in which a fuel electrode layer is formed by spraying a metal oxide powder for a fuel electrode having an average particle diameter of 1 to 5 μm on a metal support by a high-speed flame spraying method. A layer forming step;
An electrolyte layer forming step of spraying a metal oxide powder for an electrolyte having an average particle diameter of 1 to 5 μm on the surface of the fuel electrode layer by a high-speed flame spraying method to form an electrolyte layer;
An air electrode layer forming step of forming an air electrode layer on the surface of the electrolyte layer;
The present invention provides a method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell.
また、本発明（４）は、金属支持体上に、高速フレーム溶射法により、平均粒径が１〜５μｍの空気極用の金属酸化物粉末を溶射して、空気極層を形成させる空気極層形成工程と、
該空気極層の表面に、高速フレーム溶射法により、平均粒径が１〜５μｍの電解質用の金属酸化物粉末を溶射して、電解質層を形成させる電解質層形成工程と、
該電解質層の表面に、燃料極層を形成させる燃料極層形成工程と、
を有することを特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法を提供するものである。
Moreover, this invention (4) is the air electrode which forms the air electrode layer by spraying the metal oxide powder for air electrodes with an average particle diameter of 1-5 micrometers on a metal support body by the high-speed flame spraying method. A layer forming step;
On the surface of the air electrode layer, an electrolyte layer forming step for forming an electrolyte layer by spraying a metal oxide powder for an electrolyte having an average particle diameter of 1 to 5 μm by a high-speed flame spraying method;
A fuel electrode layer forming step of forming a fuel electrode layer on the surface of the electrolyte layer;
The present invention provides a method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell.
本発明によれば、純抵抗及び電極抵抗が低く、出力特性が高い金属支持型固体酸化物形燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a metal-supported solid oxide fuel cell having low pure resistance and electrode resistance and high output characteristics.
本発明の第一の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池は、金属支持体上に、順に、燃料極層、電解質層及び空気極層が形成されている金属支持型固体酸化物形燃料電池であって、
該電解質層の厚みが５〜３０μｍであり、
該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍであり、
該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍである金属支持型固体酸化物形燃料電池である。
The metal-supported solid oxide fuel cell according to the first aspect of the present invention is a metal-supported solid oxide fuel cell in which a fuel electrode layer, an electrolyte layer, and an air electrode layer are sequentially formed on a metal support. A battery,
The thickness of the electrolyte layer is 5 to 30 μm,
The surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is 0.5 to 3.0 μm,
In the metal-supported solid oxide fuel cell, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is 0.5 to 3.0 μm.
本発明の第一の形態の固体酸化物形燃料電池について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の模式的な断面図である。 A solid oxide fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention.
図１中、金属支持型固体酸化物形燃料電池１０は、金属支持体１と、該金属支持体１上に形成されている燃料極層２と、該燃料極層２の表面に形成されている電解質層３と、該電解質層３の表面に形成されている空気極層４とからなる。そして、該燃料極層２、該電解質層３及び該空気極層４が、固体酸化物形燃料電池用セル５である。 In FIG. 1, a metal-supported solid oxide fuel cell 10 is formed on a metal support 1, a fuel electrode layer 2 formed on the metal support 1, and the surface of the fuel electrode layer 2. And an air electrode layer 4 formed on the surface of the electrolyte layer 3. The fuel electrode layer 2, the electrolyte layer 3, and the air electrode layer 4 are solid oxide fuel cell 5.
該金属支持体１の材質としては、特に制限されず、金属支持型の固体酸化物形燃料電池に用いられている材質が挙げられ、具体的には、例えば、鉄合金、ニッケル合金などの合金、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、銀などの純金属等が挙げられる。 The material of the metal support 1 is not particularly limited, and examples thereof include materials used in metal support type solid oxide fuel cells. Specifically, for example, alloys such as iron alloys and nickel alloys And pure metals such as iron, nickel, copper, aluminum and silver.
該金属支持体１の構造は、該燃料極層２に燃料極側ガスを供給できる構造であれば、特に制限されず、そのような構造としては、例えば、多孔質構造、貫通孔が形成されている構造が挙げられる。 The structure of the metal support 1 is not particularly limited as long as the fuel electrode side gas can be supplied to the fuel electrode layer 2. Examples of such a structure include a porous structure and a through hole. Structure.
該燃料極層２は、固体酸化物形燃料電池の燃料極用の金属酸化物で形成されている。なお、本発明において、燃料極用の金属酸化物とは、発電時には還元され、燃料極側ガスの水素及び酸化物イオンから水及び電子を生成させ且つ電子を導電する性質を持つ金属となるような金属酸化物、又はこのような金属酸化物と酸化物イオン導電性金属酸化物との混合物を指す。該燃料極用の金属酸化物としては、下記Ａ群に挙げられる金属酸化物のうちの１種以上が挙げられる。下記Ａ群に挙げられる金属酸化物は、燃料電池製造時には酸化物であるが、発電雰囲気では、燃料極側ガスにより還元されて金属となる。また、該燃料極用の金属酸化物としては、下記Ａ群に挙げられる金属酸化物のうちの１種以上と、下記Ｂ群に挙げられる金属酸化物のうちの１種以上との混合物が挙げられる。下記Ｂ群に挙げられる金属酸化物は、酸化物イオン導電性金属酸化物である。これらのうち、該燃料極用の金属酸化物としては、低温での高い電極活性を有するＮｉＯとドープドセリアの混合物が好ましい。 The fuel electrode layer 2 is formed of a metal oxide for a fuel electrode of a solid oxide fuel cell. In the present invention, the metal oxide for the fuel electrode is reduced at the time of power generation so that it becomes a metal having the property of generating water and electrons from hydrogen and oxide ions of the fuel electrode side gas and conducting the electrons. Or a mixture of such a metal oxide and an oxide ion conductive metal oxide. Examples of the metal oxide for the fuel electrode include one or more of metal oxides listed in the following group A. The metal oxides listed in Group A below are oxides during the production of the fuel cell, but in the power generation atmosphere, they are reduced to the metal by the fuel electrode side gas. The metal oxide for the fuel electrode includes a mixture of one or more of the metal oxides listed in the following group A and one or more of the metal oxides listed in the following group B. It is done. The metal oxides listed in Group B below are oxide ion conductive metal oxides. Among these, the metal oxide for the fuel electrode is preferably a mixture of NiO and doped ceria having high electrode activity at low temperatures.
Ａ群：酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化コバルト（Ｃｏ３Ｏ４）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）、酸化銅（ＣｕＯ） Group A: nickel oxide (NiO), cobalt oxide (Co 3 O 4 ), ruthenium oxide (RuO 2 ), copper oxide (CuO)
Ｂ群：安定化ジルコニア（ＺｒＯ２−ＹＯ１．５、ＺｒＯ２−ＳｃＯ１．５）、ドープドセリア（ＣｅＯ２−ＲＯ１．５；ＲはＳｍ、Ｇｄ、Ｙ及びＬａのうちの１種以上）、ドープドランタンガレート（（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇａ，Ｍｇ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇａ，Ｍｇ，Ｍ）Ｏ３；ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｕのうちの１種以上） Group B: Stabilized zirconia (ZrO 2 —YO 1.5 , ZrO 2 —ScO 1.5 ), doped ceria (CeO 2 —RO 1.5 ; R is one or more of Sm, Gd, Y, and La) , Doped lanthanum gallate ((La, Sr) (Ga, Mg) O 3 , (La, Sr) (Ga, Mg, M) O 3 ; M is one or more of Co, Ni, Fe and Cu)
該電解質層３は、固体酸化物形燃料電池の電解質用の金属酸化物で形成されている。なお、本発明において、電解質用の金属酸化物とは、空気極で生成する酸化物イオンを燃料極に伝導させる性質を持つ金属酸化物を指す。該電解質用の金属酸化物としては、例えば、安定化ジルコニア（ＺｒＯ２−ＹＯ１．５、ＺｒＯ２−ＳｃＯ１．５）、ドープドセリア（ＣｅＯ２−ＲＯ１．５；ＲはＳｍ、Ｇｄ、Ｙ及びＬａのうちの１種以上）、ドープドランタンガレート（（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇａ，Ｍｇ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇａ，Ｍｇ，Ｍ）Ｏ３；ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｕのうちの１種以上）等が挙げられる。これらのうち、該電解質用の金属酸化物としては、低温での高い酸化物イオン導電性を有するドープドセリア、ドープドランタンガレートが好ましい。 The electrolyte layer 3 is formed of a metal oxide for an electrolyte of a solid oxide fuel cell. In the present invention, the metal oxide for electrolyte refers to a metal oxide having a property of conducting oxide ions generated at the air electrode to the fuel electrode. Examples of the metal oxide for the electrolyte include stabilized zirconia (ZrO 2 —YO 1.5 , ZrO 2 —ScO 1.5 ), doped ceria (CeO 2 —RO 1.5 ; R is Sm, Gd, Y And one or more of La), doped lanthanum gallate ((La, Sr) (Ga, Mg) O 3 , (La, Sr) (Ga, Mg, M) O 3 ; M is Co, Ni, Fe And one or more of Cu and the like). Of these, the metal oxide for the electrolyte is preferably doped ceria or doped lanthanum gallate having high oxide ion conductivity at low temperatures.
該電解質層３は、燃料極側ガス及び空気極側ガスが透過しない程度に緻密であること、すなわち、ガスタイトであることが必要である。 The electrolyte layer 3 needs to be dense so that the fuel electrode side gas and the air electrode side gas do not permeate, that is, gas tight.
該空気極層４は、固体酸化物形燃料電池の空気極用の金属酸化物で形成されている。なお、本発明において、空気極用の金属酸化物とは、空気極側ガスの酸素及び電子から酸化物イオンを生成させ且つ電子を導電する性質を持つ金属酸化物、又はこのような金属酸化物と酸化物イオン導電性金属酸化物との混合物を指す。該空気極用の金属酸化物としては、下記Ｃ群に挙げられる金属酸化物のうちの１種以上が挙げられる。これらのうち、低温での高い電極活性を有するドープドランタンコバルトフェライト、ドープドストロンチウムコバルタイトが好ましい。また、該空気極用の金属酸化物としては、下記Ｃ群に挙げられる金属酸化物のうちの１種以上と、酸化物イオン導電性金属酸化物のうちの１種以上（例えば、前記Ｂ群に挙げられる金属酸化物の１種以上）との混合物が挙げられる。 The air electrode layer 4 is formed of a metal oxide for an air electrode of a solid oxide fuel cell. In the present invention, the metal oxide for the air electrode is a metal oxide having the property of generating oxide ions from the oxygen and electrons of the air electrode side gas and conducting the electrons, or such a metal oxide. And a mixture of oxide ion conductive metal oxide. Examples of the metal oxide for the air electrode include one or more of metal oxides listed in the following group C. Of these, doped lanthanum cobalt ferrite and doped strontium cobaltite having high electrode activity at low temperatures are preferred. In addition, as the metal oxide for the air electrode, one or more of the metal oxides listed in the following group C and one or more of the oxide ion conductive metal oxides (for example, the group B) And one or more metal oxides listed in (1)).
Ｃ群：ドープドランタンマンガナイト（（Ｌａ，ＡＥ）ＭｎＯ３；ＡＥはＳｒ、Ｃａ、Ｙ及びＢａのうちの１種以上）、ドープドランタンフェライト（（Ｌａ，ＡＥ）ＦｅＯ３；ＡＥはＳｒ、Ｃａ、Ｙ及びＢａのうちの１種以上）、ドープドランタンコバルトフェライト（（Ｌａ，ＡＥ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３；ＡＥはＳｒ、Ｃａ、Ｙ及びＢａのうちの１種以上）、ドープドストロンチウムコバルタイト（（Ｓｒ，Ｒ）ＣｏＯ３；ＲはＳｍ、Ｇｄ、Ｙ及びＬａのうちの１種以上） Group C: doped lanthanum manganite ((La, AE) MnO 3 ; AE is one or more of Sr, Ca, Y, and Ba), doped lanthanum ferrite ((La, AE) FeO 3 ; AE is Sr , One or more of Ca, Y and Ba), doped lanthanum cobalt ferrite ((La, AE) (Co, Fe) O 3 ; AE is one or more of Sr, Ca, Y and Ba), Doped strontium cobaltite ((Sr, R) CoO 3 ; R is one or more of Sm, Gd, Y and La)
該電解質層３の厚みは、５〜３０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍである。該電解質層の厚みが上記範囲内にあることにより、燃料電池の純抵抗が低くなる。一方、該電解質層の厚みが、上記範囲未満だと、ガスタイトな電解質層とすることが困難となり、また、上記範囲を超えると、燃料電池の純抵抗が高くなり過ぎる。 The thickness of the electrolyte layer 3 is 5 to 30 μm, preferably 10 to 20 μm. When the thickness of the electrolyte layer is within the above range, the pure resistance of the fuel cell is lowered. On the other hand, if the thickness of the electrolyte layer is less than the above range, it becomes difficult to obtain a gastight electrolyte layer, and if it exceeds the above range, the pure resistance of the fuel cell becomes too high.
該電解質層３と該燃料極層２との界面７の表面粗さＲａは、０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍである。該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａが、上記範囲内にあることにより、燃料電池の電極抵抗が低くなる。一方、該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａが、上記範囲未満のだと、燃料電池の電極抵抗が高くなり過ぎ、また、上記範囲を超えると、電解質層の厚みを３０μｍ以下にすることが困難となる。なお、本発明において表面粗さＲａは、表面粗さ測定機により測定される。 The surface roughness Ra of the interface 7 between the electrolyte layer 3 and the fuel electrode layer 2 is 0.5 to 3.0 μm, preferably 1.0 to 2.0 μm. When the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is within the above range, the electrode resistance of the fuel cell is lowered. On the other hand, if the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is less than the above range, the electrode resistance of the fuel cell becomes too high, and if it exceeds the above range, the thickness of the electrolyte layer is reduced. It becomes difficult to make it 30 μm or less. In the present invention, the surface roughness Ra is measured by a surface roughness measuring machine.
該電解質層３と該空気極層４との界面８の表面粗さＲａは、０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍである。該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａが、上記範囲内にあることにより、燃料電池の電極抵抗が低くなる。一方、該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａが、上記範囲未満のだと、燃料電池の電極抵抗が高くなり過ぎ、また、上記範囲を超えると、電解質層の厚みを３０μｍ以下にすることが困難となる。 The surface roughness Ra of the interface 8 between the electrolyte layer 3 and the air electrode layer 4 is 0.5 to 3.0 μm, preferably 1.0 to 2.0 μm. When the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is within the above range, the electrode resistance of the fuel cell is lowered. On the other hand, if the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is less than the above range, the electrode resistance of the fuel cell becomes too high, and if it exceeds the above range, the thickness of the electrolyte layer is reduced. It becomes difficult to make it 30 μm or less.
該燃料極層２の厚さは、好ましくは１０〜１００μｍ、特に好ましくは２０〜８０μｍである。 The thickness of the fuel electrode layer 2 is preferably 10 to 100 μm, particularly preferably 20 to 80 μm.
該空気極層４の厚さは、好ましくは１０〜５０μｍ、特に好ましくは２０〜４０μｍである。 The thickness of the air electrode layer 4 is preferably 10 to 50 μm, particularly preferably 20 to 40 μm.
該金属支持体１と該燃料極層２との界面６の表面粗さＲａは、特に制限されないが、好ましくは１．０〜５．０μｍ、特に好ましくは２．０〜３．０μｍである。 The surface roughness Ra of the interface 6 between the metal support 1 and the fuel electrode layer 2 is not particularly limited, but is preferably 1.0 to 5.0 μm, particularly preferably 2.0 to 3.0 μm.
本発明の第二の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池は、金属支持体上に、順に、空気極層、電解質層及び燃料極層が形成されている金属支持型固体酸化物形燃料電池であって、
該電解質層の厚みが５〜３０μｍであり、
該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍであり、
該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍである金属支持型固体酸化物形燃料電池である。
The metal-supported solid oxide fuel cell according to the second aspect of the present invention is a metal-supported solid oxide fuel cell in which an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer are sequentially formed on a metal support. A battery,
The thickness of the electrolyte layer is 5 to 30 μm,
The surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is 0.5 to 3.0 μm,
In the metal-supported solid oxide fuel cell, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is 0.5 to 3.0 μm.
つまり、本発明の第二の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池は、該燃料極層、該電解質層及び該空気極層が、該金属支持体側から形成されている順序が反対であること以外は、本発明の第一の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池と同様である。 That is, in the metal-supported solid oxide fuel cell according to the second aspect of the present invention, the order in which the fuel electrode layer, the electrolyte layer, and the air electrode layer are formed from the metal support side is opposite. Except this, it is the same as the metal-supported solid oxide fuel cell of the first aspect of the present invention.
そして、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池では、該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａ及び該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａを、いずれも０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとし、且つ、該電解質層の厚みを５〜３０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍとすることにより、燃料電池の純抵抗と電極抵抗の両方を同時に低くすることができるので、燃料電池の出力特性が高くなる。 In the metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer and the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer are determined. , Both 0.5 to 3.0 μm, preferably 1.0 to 2.0 μm, and the thickness of the electrolyte layer is 5 to 30 μm, preferably 10 to 20 μm. Since both electrode resistances can be lowered simultaneously, the output characteristics of the fuel cell are improved.
なお、図１では、金属支持体及びセルが平板状の形状であるものについて示したが、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、円筒型、中空扁平型等が挙げられる。 In FIG. 1, the metal support and the cell are shown as having a flat plate shape, but the shape of the metal support solid oxide fuel cell of the present invention is not limited to this, for example, A cylindrical type, a hollow flat type, etc. are mentioned.
本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の作動温度は、４００〜７００℃、好ましくは５００〜６５０℃である。 The operating temperature of the metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention is 400 to 700 ° C, preferably 500 to 650 ° C.
本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池は、以下に述べる本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法により、好適に製造される。 The metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention is preferably produced by the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention described below.
本発明の第一の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法は、金属支持体上に、高速フレーム溶射法により、平均粒径が１〜５μｍの燃料極用の金属酸化物粉末を溶射して、燃料極層を形成させる燃料極層形成工程と、
該燃料極層の表面に、高速フレーム溶射法により、平均粒径が１〜５μｍの電解質用の金属酸化物粉末を溶射して、電解質層を形成させる電解質層形成工程と、
該電解質層の表面に、空気極層を形成させる空気極層形成工程と、
を有する金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法である。なお、本発明において平均粒径は、日機装製レーザー回折式粒度分布測定器ＭＴ３１００により測定される。
The method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell according to the first aspect of the present invention comprises a metal oxide powder for a fuel electrode having an average particle diameter of 1 to 5 μm on a metal support by a high-speed flame spraying method. A fuel electrode layer forming step of forming a fuel electrode layer by spraying
An electrolyte layer forming step of spraying a metal oxide powder for an electrolyte having an average particle diameter of 1 to 5 μm on the surface of the fuel electrode layer by a high-speed flame spraying method to form an electrolyte layer;
An air electrode layer forming step of forming an air electrode layer on the surface of the electrolyte layer;
Is a method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell having In the present invention, the average particle diameter is measured by a Nikkiso laser diffraction particle size distribution analyzer MT3100.
また、本発明の第二の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法は、金属支持体上に、高速フレーム溶射法により、平均粒径が１〜５μｍの空気極用の金属酸化物粉末を溶射して、空気極層を形成させる空気極層形成工程と、
該空気極層の表面に、高速フレーム溶射法により、平均粒径が１〜５μｍの電解質用の金属酸化物粉末を溶射して、電解質層を形成させる電解質層形成工程と、
該電解質層の表面に、燃料極層を形成させる燃料極層形成工程と、
を有する金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法である。
The method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell according to the second aspect of the present invention includes a metal oxide for an air electrode having an average particle diameter of 1 to 5 μm on a metal support by a high-speed flame spraying method. An air electrode layer forming step of thermally spraying a powder to form an air electrode layer;
On the surface of the air electrode layer, an electrolyte layer forming step for forming an electrolyte layer by spraying a metal oxide powder for an electrolyte having an average particle diameter of 1 to 5 μm by a high-speed flame spraying method;
A fuel electrode layer forming step of forming a fuel electrode layer on the surface of the electrolyte layer;
Is a method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell having
本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該金属支持体、該燃料極用の金属酸化物、該電解質用の金属酸化物、及び該空気極用の金属酸化物は、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池に係る該金属支持体、該燃料極用の金属酸化物、該電解質用の金属酸化物、及び該空気極用の金属酸化物と同様である。 The metal support according to the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention, the metal oxide for the fuel electrode, the metal oxide for the electrolyte, and the metal oxide for the air electrode, This is the same as the metal support, the metal oxide for the fuel electrode, the metal oxide for the electrolyte, and the metal oxide for the air electrode according to the metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention.
本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該高速フレーム溶射法（ＨＶＯＦ）とは、燃焼室で発生し外部に向けて吐出される燃焼炎に、溶射材粉末を供給して、該溶射材粉末を該燃焼炎により軟化又は溶融して、溶射ターゲットに射出することにより、該溶射ターゲットに対して該溶射材粉末を溶射する溶射方法である。 The high-speed flame spraying method (HVOF) according to the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention is to supply spray powder to a combustion flame generated in a combustion chamber and discharged to the outside. In this method, the thermal spray powder is sprayed onto the thermal spray target by softening or melting the thermal spray powder with the combustion flame and injecting the thermal spray powder onto the thermal spray target.
本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該高速フレーム溶射法では、補助燃料としてアセチレンガスを用いたアフターバーナーを適用することで、２０００℃以上、好ましくは２５００〜２９００℃と、３０００℃近い温度と、８００ｍ／秒以上、好ましくは１２００〜２４００ｍ／秒の高い粉末飛行速度が得られるため、平均粒径が１〜５μｍの金属酸化物粉末を溶射材粉末として用いて、ＨＶＯＦ溶射が実現可能となる。そして、平均粒径が１〜５μｍの金属酸化物粉末は凝集し易いため、平均粒径が１〜５μｍの金属酸化物の粉末を、水、アルコール、灯油等の溶剤に分散させたスラリーにして溶射装置に供給することで、高い粉末飛行速度を実現でき、微粉末溶射を実現できる。このとき、該スラリー中、溶射材粉末である金属酸化物粉末の含有量は、１０〜４０質量％、好ましくは２０〜３０質量％である。 In the high-speed flame spraying method according to the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention, by applying an afterburner using acetylene gas as an auxiliary fuel, 2000 ° C. or more, preferably 2500 to 2900 ° C. HVOF using a metal oxide powder having an average particle size of 1 to 5 μm as a thermal spray powder because a temperature close to 3000 ° C. and a high powder flight speed of 800 m / sec or more, preferably 1200 to 2400 m / sec are obtained. Thermal spraying can be realized. Since the metal oxide powder having an average particle diameter of 1 to 5 μm is likely to aggregate, a metal oxide powder having an average particle diameter of 1 to 5 μm is dispersed in a solvent such as water, alcohol or kerosene. By supplying it to the thermal spraying device, high powder flight speed can be realized and fine powder thermal spraying can be realized. At this time, content of the metal oxide powder which is a thermal spraying material powder in this slurry is 10-40 mass%, Preferably it is 20-30 mass%.
本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該高速フレーム溶射法の溶射材として用いられる該溶射材粉末は、金属酸化物粉末であるが、これらは、該燃焼炎により軟化又は溶融するものであればよい。通常、該燃焼炎の温度は１５００〜２９００℃で制御できるので、該溶射材粉末として用いられる金属酸化物粉末の融点は、好ましくは５００〜２５００℃、特に好ましくは１０００〜２０００℃である。 The thermal spray powder used as the thermal spray material of the high-speed flame spraying method according to the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention is a metal oxide powder, which is softened by the combustion flame. Or what is necessary is just to melt. Usually, since the temperature of the combustion flame can be controlled at 1500 to 2900 ° C., the melting point of the metal oxide powder used as the thermal spray material powder is preferably 500 to 2500 ° C., particularly preferably 1000 to 2000 ° C.
本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池に係る該高速フレーム溶射法において、該燃焼炎に、該溶射材粉末を供給する方法としては、例えば、該溶射材粉末を分散媒に分散させて、溶射材粉末スラリーを調製し、得られた溶射材粉末スラリーを、キャリアーガスと混合して、該燃焼炎に連続的に供給する方法が挙げられる。このような溶射材粉末の供給方法において、該分散媒としては、水、アルコール、灯油等の炭化水素などが挙げられ、また、該キャリアーガスとしては、空気、アセチレン、プロパン、プロピレン、ＭＡＰガス、水素ガス等が挙げられ、また、該溶射材粉末の該燃焼炎への供給量は、３０〜２００ｇ／分、好ましくは６０〜１５０ｇ／分である。なお、該溶射材粉末スラリー中の該溶射材粉末の含有量、該溶射材粉末スラリーの供給速度、該キャリアーガスの供給量、該キャリアーガスの圧力などは、適宜選択される。このような溶射材粉末の供給方法は、例えば、特開２００５−２４４６号公報に記載された方法である。 In the high-speed flame spraying method according to the metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention, as a method of supplying the spray material powder to the combustion flame, for example, the spray material powder is dispersed in a dispersion medium. There is a method in which a thermal spray powder slurry is prepared, and the obtained thermal spray powder slurry is mixed with a carrier gas and continuously supplied to the combustion flame. In such a spraying material powder supply method, examples of the dispersion medium include water, alcohol, hydrocarbons such as kerosene, and examples of the carrier gas include air, acetylene, propane, propylene, MAP gas, Hydrogen gas etc. are mentioned, Moreover, the supply amount to this combustion flame of this thermal spray material powder is 30-200 g / min, Preferably it is 60-150 g / min. The content of the thermal spray powder in the thermal spray powder slurry, the supply rate of the thermal spray powder slurry, the supply amount of the carrier gas, the pressure of the carrier gas, and the like are appropriately selected. Such a method of supplying the thermal spray material powder is, for example, a method described in JP-A-2005-2446.
本発明の第一の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該燃料極層形成工程では、該溶射材粉末として、平均粒径が１〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍ、特に好ましくは２．５〜３．５μｍの該燃料極用の金属酸化物粉末を用いて、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該高速フレーム溶射法により、該金属支持体に対し該燃料極用の金属酸化物粉末を溶射して、該金属支持体上に該燃料極層を形成させる。該燃料極用の金属酸化物粉末の平均粒径が、上記範囲内にあることにより、該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａを、０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとすることができる。該燃料極用の金属酸化物粉末の平均粒径が、上記範囲未満だと、溶射を行うことができなくなり、また、上記範囲を超えると、電解質層と燃料極層との界面の表面粗さＲａが大きくなり過ぎる。そして、該燃料極層形成工程で形成させる該燃料極層の厚みは、好ましくは１０〜１００μｍ、特に好ましくは２０〜８０μｍである。 In the fuel electrode layer forming step according to the production method of the metal-supported solid oxide fuel cell of the first aspect of the present invention, the spray particle powder has an average particle size of 1 to 5 μm, preferably 2 to 4 μm, Particularly preferably, the metal oxide powder for a fuel electrode having a thickness of 2.5 to 3.5 μm is used to produce the metal by the high-speed flame spraying method according to the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention. The fuel electrode metal oxide powder is sprayed onto the support to form the fuel electrode layer on the metal support. When the average particle diameter of the metal oxide powder for the fuel electrode is within the above range, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is preferably 0.5 to 3.0 μm, preferably May be 1.0 to 2.0 μm. When the average particle size of the metal oxide powder for the fuel electrode is less than the above range, thermal spraying cannot be performed, and when the average particle size exceeds the above range, the surface roughness of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is not possible. Ra becomes too large. The thickness of the fuel electrode layer formed in the fuel electrode layer forming step is preferably 10 to 100 μm, particularly preferably 20 to 80 μm.
本発明の第一の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該電解質層形成工程では、該溶射材粉末として、平均粒径が１〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍ、特に好ましくは２．５〜３．５μｍの該電解質用の金属酸化物粉末を用いて、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該高速フレーム溶射法により、該燃料極層の表面（該金属支持体側とは反対側の表面）に対し該電解質用の金属酸化物粉末を溶射して、該燃料極層の表面に該電解質層を形成させる。該電解質用の金属酸化物粉末の平均粒径が、上記範囲内にあることにより、該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａを、０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとすることができ、且つ、該電解質層の厚みを５〜３０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍとすることができる。該電解質用の金属酸化物粉末の平均粒径が、上記範囲未満だと、溶射を行うことができなくなり、また、上記範囲を超えると、電解質層と空気極層との界面の表面粗さＲａが大きくなり過ぎることに加え、厚みが小さく且つガスタイトな電解質層を形成させることができなくなる。そして、該電解質層形成工程で形成させる該電解質層の厚みは、５〜３０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍである。 In the electrolyte layer forming step according to the method for producing the metal-supported solid oxide fuel cell of the first aspect of the present invention, the spray particle powder has an average particle size of 1 to 5 μm, preferably 2 to 4 μm, particularly Preferably, the fuel electrode layer is formed by the high-speed flame spraying method according to the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention using the metal oxide powder for electrolyte of 2.5 to 3.5 μm. The metal oxide powder for the electrolyte is sprayed on the surface (the surface opposite to the metal support side) to form the electrolyte layer on the surface of the fuel electrode layer. When the average particle diameter of the metal oxide powder for the electrolyte is within the above range, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is preferably 0.5 to 3.0 μm, preferably The thickness of the electrolyte layer can be 5 to 30 μm, preferably 10 to 20 μm. If the average particle size of the metal oxide powder for the electrolyte is less than the above range, thermal spraying cannot be performed, and if the average particle size exceeds the above range, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer In addition to becoming too large, it becomes impossible to form a gas tight electrolyte layer with a small thickness. And the thickness of this electrolyte layer formed at this electrolyte layer formation process is 5-30 micrometers, Preferably it is 10-20 micrometers.
本発明の第一の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該空気極層形成工程では、該電解質層の表面（該燃料極層側とは反対側の表面）に、該空気極用の金属酸化物で形成された該空気極層を形成させる。そして、該空気極層形成工程で形成される該空気極層の厚みは、好ましくは１０〜５０μｍ、特に好ましくは２０〜４０μｍである。 In the air electrode layer forming step according to the method for producing the metal-supported solid oxide fuel cell of the first aspect of the present invention, on the surface of the electrolyte layer (surface opposite to the fuel electrode layer side), The air electrode layer formed of the metal oxide for the air electrode is formed. And the thickness of this air electrode layer formed by this air electrode layer formation process becomes like this. Preferably it is 10-50 micrometers, Most preferably, it is 20-40 micrometers.
本発明の第一の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該空気極層形成工程において、空気極層を形成させる方法としては、該溶射材粉末として、平均粒径が１〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍ、特に好ましくは２．５〜３．５μｍの該空気極用の金属酸化物粉末を用いて、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該高速フレーム溶射法により、該電解質層の表面に対し該空気極用の金属酸化物粉末を溶射して、該電解質層の表面に該空気極層を形成させる方法が好ましい。 In the air electrode layer forming step according to the method for producing the metal-supported solid oxide fuel cell of the first aspect of the present invention, as the method of forming the air electrode layer, the spray particle powder has an average particle size. 1 to 5 μm, preferably 2 to 4 μm, particularly preferably 2.5 to 3.5 μm, using the metal oxide powder for an air electrode, in the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention. A method of spraying the metal oxide powder for the air electrode on the surface of the electrolyte layer by the high-speed flame spraying method to form the air electrode layer on the surface of the electrolyte layer is preferable.
本発明の第二の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該空気極層形成工程では、該溶射材粉末として、平均粒径が１〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍ、特に好ましくは２．５〜３．５μｍの該空気極用の金属酸化物粉末を用いて、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該高速フレーム溶射法により、該金属支持体に対し該空気極用の金属酸化物粉末を溶射して、該金属支持体上に該空気極層を形成させる。該空気極用の金属酸化物粉末の平均粒径が、上記範囲内にあることにより、該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａを、０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとすることができる。該空気極用の金属酸化物粉末の平均粒径が、上記範囲未満だと、溶射を行うことができなくなり、また、上記範囲を超えると、電解質層と空気極層との界面の表面粗さＲａが大きくなり過ぎる。そして、該空気極層形成工程で形成される該空気極層の厚みは、好ましくは１０〜１００μｍ、特に好ましくは２０〜８０μｍである。 In the air electrode layer forming step according to the method for producing the metal-supported solid oxide fuel cell of the second embodiment of the present invention, the spray particle powder has an average particle size of 1 to 5 μm, preferably 2 to 4 μm, Particularly preferably, the metal oxide powder for air electrode having a size of 2.5 to 3.5 μm is used to perform the high-speed flame spraying method according to the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention. The metal oxide powder for the air electrode is sprayed on the support to form the air electrode layer on the metal support. When the average particle size of the metal oxide powder for the air electrode is within the above range, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is preferably 0.5 to 3.0 μm, preferably May be 1.0 to 2.0 μm. When the average particle size of the metal oxide powder for the air electrode is less than the above range, thermal spraying cannot be performed, and when the average particle size exceeds the above range, the surface roughness of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is not possible. Ra becomes too large. And the thickness of this air electrode layer formed at this air electrode layer formation process becomes like this. Preferably it is 10-100 micrometers, Most preferably, it is 20-80 micrometers.
本発明の第二の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該電解質層形成工程では、該溶射材粉末として、平均粒径が１〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍ、特に好ましくは２．５〜３．５μｍの該電解質用の金属酸化物粉末を用いて、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該高速フレーム溶射法により、該空気極層の表面（該金属支持体側とは反対側の表面）に対し該電解質用の金属酸化物粉末を溶射して、該空気極層の表面に該電解質層を形成させる。該電解質用の金属酸化物粉末の平均粒径が、上記範囲内にあることにより、該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａを、０．５〜３．０μｍ、好ましくは１．０〜２．０μｍとすることができ、且つ、該電解質層の厚みを５〜３０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍとすることができる。該電解質用の金属酸化物粉末の平均粒径が、上記範囲未満だと、溶射を行うことができなくなり、また、上記範囲を超えると、電解質層と燃料極層との界面の表面粗さＲａが大きくなり過ぎることに加え、厚みが小さく且つガスタイトな電解質層を形成させることができなくなる。そして、該電解質層形成工程で形成される該電解質層の厚みは、５〜３０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍである。 In the electrolyte layer forming step according to the method for producing the metal-supported solid oxide fuel cell of the second aspect of the present invention, the spray particle powder has an average particle size of 1 to 5 μm, preferably 2 to 4 μm, particularly Preferably, the air electrode layer is formed by the high-speed flame spraying method according to the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention using the metal oxide powder for electrolyte of 2.5 to 3.5 μm. The metal oxide powder for the electrolyte is sprayed on the surface (the surface opposite to the metal support) to form the electrolyte layer on the surface of the air electrode layer. When the average particle size of the metal oxide powder for electrolyte is within the above range, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is preferably 0.5 to 3.0 μm, preferably The thickness of the electrolyte layer can be 5 to 30 μm, preferably 10 to 20 μm. When the average particle size of the metal oxide powder for the electrolyte is less than the above range, thermal spraying cannot be performed, and when the average particle size exceeds the above range, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer In addition to becoming too large, it becomes impossible to form a gas tight electrolyte layer with a small thickness. And the thickness of this electrolyte layer formed at this electrolyte layer formation process is 5-30 micrometers, Preferably it is 10-20 micrometers.
本発明の第二の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該燃料極層形成工程では、該電解質層の表面（該空気極層側とは反対側の表面）に、該燃料極用の金属酸化物で形成された該燃料極層を形成させる。そして、該燃料極層形成工程で形成される該燃料極層の厚みは、好ましくは１０〜５０μｍ、特に好ましくは２０〜４０μｍである。 In the fuel electrode layer forming step according to the method for producing the metal-supported solid oxide fuel cell of the second aspect of the present invention, on the surface of the electrolyte layer (surface opposite to the air electrode layer side), The fuel electrode layer formed of the metal oxide for the fuel electrode is formed. And the thickness of this fuel electrode layer formed at this fuel electrode layer formation process becomes like this. Preferably it is 10-50 micrometers, Most preferably, it is 20-40 micrometers.
本発明の第二の形態の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該燃料極層形成工程において、燃料極層を形成させる方法としては、該溶射材粉末として、平均粒径が１〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍ、特に好ましくは２．５〜３．５μｍの該燃料極用の金属酸化物粉末を用いて、本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法に係る該高速フレーム溶射法により、該電解質層の表面に対し該燃料極用の金属酸化物粉末を溶射して、該電解質層の表面に該燃料極層を形成させる方法が好ましい。 In the fuel electrode layer forming step according to the method for producing the metal-supported solid oxide fuel cell of the second aspect of the present invention, as a method of forming the fuel electrode layer, the spray particle powder has an average particle size. 1 to 5 μm, preferably 2 to 4 μm, particularly preferably 2.5 to 3.5 μm, using the metal oxide powder for a fuel electrode in the method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention. A method of spraying the metal oxide powder for the fuel electrode on the surface of the electrolyte layer by the high-speed flame spraying method to form the fuel electrode layer on the surface of the electrolyte layer is preferable.
なお、本発明において、該燃料極層、該電解質層及び該空気極層の厚み、該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａ及び該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａの調節は、該高速フレーム溶射の溶射条件、例えば、溶射時間、溶射回数や、該高速フレーム溶射に用いる該溶射材粉末の平均粒径や該溶射材スラリーの濃度等を、適宜選択することにより調節することができる。 In the present invention, the thickness of the fuel electrode layer, the electrolyte layer and the air electrode layer, the surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer, and the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer The surface roughness Ra is adjusted by spraying conditions of the high-speed flame spraying, for example, the spraying time, the number of times of spraying, the average particle diameter of the sprayed material powder used for the high-speed flame spraying, the concentration of the sprayed material slurry, etc. It can adjust by selecting suitably.
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。 EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this is only an illustration and does not restrict | limit this invention.
（実施例１）
（金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造）
＜金属支持体＞
厚み１．０ｍｍ、材質ＳＵＳ４３０、気孔率４０％である金属支持体を用意した。該金属支持体の表面粗さＲａは、２．０μｍであった。なお、表面粗さＲａは、東京精機製表面粗さ測定機ハンディサーフにより測定された値である。
Example 1
(Manufacture of metal-supported solid oxide fuel cells)
<Metal support>
A metal support having a thickness of 1.0 mm, a material SUS430, and a porosity of 40% was prepared. The surface roughness Ra of the metal support was 2.0 μm. The surface roughness Ra is a value measured by a surface roughness measuring instrument Handy Surf manufactured by Tokyo Seiki.
＜燃料極層の形成＞
次いで、平均粒径３．５μｍのＮｉＯ／ガドリニウムドープドセリア（ＧＤＣ）混合粉末（組成：ＮｉＯ／Ｃｅ０．８Ｇｄ０．２Ｏ１．９＝５０／５０質量％）を、メタノールに混合し、撹拌して、溶射材粉末スラリーａを作製した。このとき、得られた溶射材粉末スラリーａ中のＮｉＯ／ＧＤＣ粉末の含有量は、２５質量％であった。
<Formation of fuel electrode layer>
Next, NiO / gadolinium doped ceria (GDC) mixed powder (composition: NiO / Ce 0.8 Gd 0.2 O 1.9 = 50/50 mass%) having an average particle size of 3.5 μm was mixed with methanol. The thermal spray material powder slurry a was prepared by stirring. At this time, the content of the NiO / GDC powder in the obtained thermal spray material powder slurry a was 25 mass%.
次いで、高速フレーム溶射装置（溶射ガン型番：ＡＸＺ−Ｇｕｎ、ウィティコジャパン社製、微粉末供給装置型番：ＷＳＰＦ−１、ウィティコジャパン社製）に、上記で得た溶射材粉末スラリーａを、アフターバーナー用補助燃料を兼ねるキャリアーガスを用いて供給し、上記金属支持体上に高速フレーム溶射し、燃料極層を形成させた。形成された燃料極層の厚みは４０μｍ、表面粗さＲａは１．０μｍであった。
・高速フレーム溶射条件
燃焼ガス：灯油
燃料圧、供給量：１．１０Ｍｐａ、０．３Ｌ／分
酸素圧、供給量：１．１４Ｍｐａ、６００Ｌ／分
ガン圧力：０．８５ＭＰａ
溶射材粉末スラリーａの供給量：６５ｇ／分
キャリアーガス：アセチレン
キャリアーガスの圧力、供給量：０．１４ＭＰａ、３０Ｌ／分
溶射距離：１５０ｍｍ
Next, the thermal spray powder slurry a obtained above is applied to a high-speed flame spraying device (spraying gun model number: AXZ-Gun, manufactured by Witco Japan, fine powder supply device model number: WSPF-1, manufactured by Witco Japan). A carrier gas that also serves as auxiliary fuel for the afterburner was supplied, and high-speed flame spraying was performed on the metal support to form a fuel electrode layer. The formed fuel electrode layer had a thickness of 40 μm and a surface roughness Ra of 1.0 μm.
・ High-speed flame spraying conditions Combustion gas: Kerosene fuel pressure, supply amount: 1.10 Mpa, 0.3 L / min oxygen pressure, supply amount: 1.14 Mpa, 600 L / min gun pressure: 0.85 MPa
Supply amount of thermal spray powder slurry a: 65 g / min Carrier gas: Pressure of acetylene carrier gas, supply amount: 0.14 MPa, 30 L / min Spray distance: 150 mm
＜電解質層の形成＞
次いで、平均粒径２．５μｍのランタンガレート粉末（組成：Ｌａ０．９Ｓｒ０．１Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３−ｘ）を、メタノールに混合し、撹拌して、溶射材粉末スラリーｂを作製した。このとき、得られた溶射材粉末スラリーｂ中のランタンガレート粉末の含有量は、２５質量％であった。
次いで、溶射材粉末スラリーａに代えて、溶射材粉末スラリーｂとすること以外は、燃料極層の形成と同様の方法で、高速フレーム溶射を行い、燃料極層の表面に電解質層を形成させた。形成された電解質層の厚みは１５μｍ、表面粗さＲａは１．０μｍであった。
<Formation of electrolyte layer>
Next, lanthanum gallate powder having an average particle size of 2.5 μm (composition: La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3-x ) was mixed with methanol, stirred, and sprayed powder Slurry b was produced. At this time, the content of the lanthanum gallate powder in the obtained thermal spray material powder slurry b was 25% by mass.
Next, high-speed flame spraying is performed in the same manner as in the formation of the fuel electrode layer, except that the thermal spray powder slurry b is used in place of the thermal spray powder slurry a, and an electrolyte layer is formed on the surface of the fuel electrode layer. It was. The formed electrolyte layer had a thickness of 15 μm and a surface roughness Ra of 1.0 μm.
＜空気極層の形成＞
次いで、平均粒径０．５μｍのランタンコバルトフェライト粉末（組成：Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−ｘ）を、１０質量％のエチルセルロースを添加したα−テルピネオールに混合し、撹拌して、空気極形成用インクｃを作製した。このとき、得られた空気極形成用インクｃ中のランタンコバルトフェライト粉末の含有量は、６５質量％であった。
次いで、スクリーン印刷法を用いて電解質層の表面に空気極層を成膜して、窒素ガス雰囲気中９００℃で焼成して空気極を形成し、金属支持型固体酸化物形燃料電池Ａを得た。
<Formation of air electrode layer>
Subsequently, lanthanum cobalt ferrite powder (composition: La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3-x ) having an average particle diameter of 0.5 μm was added to 10% by mass of ethyl cellulose and α-terpineol. The mixture was stirred and stirred to prepare an air electrode forming ink c. At this time, the content of the lanthanum cobalt ferrite powder in the obtained air electrode forming ink c was 65 mass%.
Next, an air electrode layer is formed on the surface of the electrolyte layer using a screen printing method, and fired at 900 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to form an air electrode. Thus, a metal-supported solid oxide fuel cell A is obtained. It was.
（金属支持型固体酸化物形燃料電池の性能評価）
＜純抵抗の測定及び電極抵抗の測定＞
作製した金属支持型固体酸化物形燃料電池Ａの空気極には空気、燃料極に水素を流通させ、抵抗測定を実施した。抵抗測定には交流インピーダンス法を用いた。測定温度は６００℃、測定電位は０．７Ｖとした。その結果、金属支持型固体酸化物形燃料電池Ａの純抵抗は０．３Ω・ｃｍ２であった。また、金属支持型固体酸化物形燃料電池Ａの電極抵抗は０．６Ω・ｃｍ２であった。測定された電極抵抗は空気極と燃料極の合計である。
(Performance evaluation of metal-supported solid oxide fuel cells)
<Measurement of pure resistance and measurement of electrode resistance>
The resistance of the metal-supported solid oxide fuel cell A thus produced was measured by passing air through the air electrode and hydrogen through the fuel electrode. The AC impedance method was used for resistance measurement. The measurement temperature was 600 ° C. and the measurement potential was 0.7V. As a result, the pure resistance of the metal-supported solid oxide fuel cell A was 0.3 Ω · cm 2 . The electrode resistance of the metal-supported solid oxide fuel cell A was 0.6 Ω · cm 2 . The measured electrode resistance is the sum of the air electrode and the fuel electrode.
上記純抵抗及び電極抵抗の測定の結果、金属支持型固体酸化物形燃料電池Ａの全抵抗は０．９Ω・ｃｍ２であった。 As a result of measuring the pure resistance and the electrode resistance, the total resistance of the metal-supported solid oxide fuel cell A was 0.9 Ω · cm 2 .
（実施例２）
＜金属支持体＞
実施例１と同じ金属支持体を用意した。
＜燃料極層の形成＞
実施例１と同様の方法で、燃料極層を形成させた。
＜電解質層の形成＞
実施例１と同様の方法で、電解質層を形成させた。
＜空気極層の形成＞
次いで、平均粒径３．５μｍのランタンコバルトフェライト粉末（組成：Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３−ｘ）を、メタノールに混合し、撹拌して、溶射材粉末スラリーｄを作製した。このとき、得られた溶射材粉末スラリーｄ中のランタンコバルトフェライト粉末の含有量は、２５質量％であった。
次いで、実施例１の燃料極の形成における溶射材粉末スラリーａに代えて、溶射材粉末スラリーｄとすること以外は、燃料極層の形成と同様の方法で、高速フレーム溶射を行い、電解質層の表面に空気極層を形成させ、金属支持型固体酸化物形燃料電池Ｂを得た。
(Example 2)
<Metal support>
The same metal support as in Example 1 was prepared.
<Formation of fuel electrode layer>
A fuel electrode layer was formed in the same manner as in Example 1.
<Formation of electrolyte layer>
An electrolyte layer was formed in the same manner as in Example 1.
<Formation of air electrode layer>
Subsequently, a lanthanum cobalt ferrite powder (composition: La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3-x ) having an average particle diameter of 3.5 μm is mixed with methanol, stirred, and sprayed. A powder slurry d was prepared. At this time, the content of the lanthanum cobalt ferrite powder in the obtained thermal spray powder slurry d was 25% by mass.
Next, high-speed flame spraying is performed in the same manner as in the formation of the fuel electrode layer, except that the thermal spray powder slurry d is used in place of the thermal spray powder slurry a in the formation of the fuel electrode of Example 1, and the electrolyte layer An air electrode layer was formed on the surface of the obtained metal support solid oxide fuel cell B.
（金属支持型固体酸化物形燃料電池の性能評価）
金属支持型固体酸化物形燃料電池Ａに代えて、金属支持型固体酸化物形燃料電池Ｂを用いること以外は、実施例１と同様の方法で行った。その結果、純抵抗は０．３５Ω・ｃｍ２、電極抵抗は０．６５Ω・ｃｍ２、全抵抗は１．０Ω・ｃｍ２であった。
(Performance evaluation of metal-supported solid oxide fuel cells)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the metal-supported solid oxide fuel cell A was used instead of the metal-supported solid oxide fuel cell A. As a result, the pure resistance was 0.35 Ω · cm 2 , the electrode resistance was 0.65 Ω · cm 2 , and the total resistance was 1.0 Ω · cm 2 .
（比較例１）
＜金属支持体＞
実施例１と同じ金属支持体を用意した。
＜燃料極層の形成＞
実施例１と同様の方法で、燃料極層を形成させた。
＜電解質層の形成＞
平均粒径の２．５μｍのランタンガレート粉末に代えて、平均粒径の０．６μｍのランタンガレート粉末（組成：Ｌａ０．９Ｓｒ０．１Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３−ｘ）とすること以外は、実施例１と同様に行ったが、電解質層を形成できなかった。原因は粉末の粒径が小さすぎると、衝突エネルギーが不足する為であると推測される。
(Comparative Example 1)
<Metal support>
The same metal support as in Example 1 was prepared.
<Formation of fuel electrode layer>
A fuel electrode layer was formed in the same manner as in Example 1.
<Formation of electrolyte layer>
Instead of the lanthanum gallate powder having an average particle diameter of 2.5 μm, the lanthanum gallate powder having an average particle diameter of 0.6 μm (composition: La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3-x ) The procedure was the same as in Example 1, except that the electrolyte layer could not be formed. The cause is presumed to be that when the particle size of the powder is too small, the collision energy is insufficient.
（比較例２）
＜金属支持体＞
実施例１と同じ金属支持体を用意した。
＜燃料極層の形成＞
実施例１と同様の方法で、燃料極層を形成させた。
＜電解質層の形成＞
平均粒径の２．５μｍのランタンガレート粉末に代えて、平均粒径の１０μｍのランタンガレート粉末（組成：Ｌａ０．９Ｓｒ０．１Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３−ｘ）とすること以外は、実施例１と同様に行った。
形成された電解質層のガス透過性を調べたところ、ガスが透過することがわかった。また、開回路電圧は０．４Ｖと低かった。
(Comparative Example 2)
<Metal support>
The same metal support as in Example 1 was prepared.
<Formation of fuel electrode layer>
A fuel electrode layer was formed in the same manner as in Example 1.
<Formation of electrolyte layer>
Instead of lanthanum gallate powder having an average particle diameter of 2.5 μm, lanthanum gallate powder having an average particle diameter of 10 μm (composition: La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3-x ) is used. Except that, the same procedure as in Example 1 was performed.
When the gas permeability of the formed electrolyte layer was examined, it was found that the gas permeated. The open circuit voltage was as low as 0.4V.
（比較例３）
（金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造）
＜金属支持体＞
実施例１と同じ金属支持体を用意した。
(Comparative Example 3)
(Manufacture of metal-supported solid oxide fuel cells)
<Metal support>
The same metal support as in Example 1 was prepared.
＜燃料極層の形成＞
実施例１と同様の方法で、燃料極層を形成させた後、バフ研磨を行った。研磨後の燃料極層の厚みは２０μｍ、表面粗さＲａは０．０５μｍであった。
<Formation of fuel electrode layer>
After the fuel electrode layer was formed by the same method as in Example 1, buffing was performed. The thickness of the fuel electrode layer after polishing was 20 μm, and the surface roughness Ra was 0.05 μm.
＜電解質層の形成＞
次いで、燃料極層の表面に、真空度４×１０−１Ｐａ、蒸着法温度５００℃、Ａｒ雰囲気の条件で、ランタンガレート（組成：Ｌａ０．９Ｓｒ０．１Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３−ｘ）をＲＦスパッタ法により成膜し、電解質層を形成させた。形成された電解質層の厚みは５μｍ、表面粗さＲａは０．０５μｍであった。
<Formation of electrolyte layer>
Next, on the surface of the fuel electrode layer, lanthanum gallate (composition: La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0 .0) under conditions of a degree of vacuum of 4 × 10 −1 Pa, a vapor deposition temperature of 500 ° C., and an Ar atmosphere . 2 O 3-x ) was deposited by RF sputtering to form an electrolyte layer. The formed electrolyte layer had a thickness of 5 μm and a surface roughness Ra of 0.05 μm.
＜空気極層の形成＞
実施例１と同様の方法で、空気極層を形成させ、金属支持型固体酸化物形燃料電池Ｃを得た。
<Formation of air electrode layer>
An air electrode layer was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a metal-supported solid oxide fuel cell C.
（金属支持型固体酸化物形燃料電池の性能評価）
金属支持型固体酸化物形燃料電池Ａに代えて、金属支持型固体酸化物形燃料電池Ｃを用いること以外は、実施例１と同様の方法で行った。その結果、純抵抗は０．１５Ω・ｃｍ２、電極抵抗は１．２Ω・ｃｍ２、全抵抗は１．３５Ω・ｃｍ２であった。
(Performance evaluation of metal-supported solid oxide fuel cells)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the metal-supported solid oxide fuel cell A was used instead of the metal-supported solid oxide fuel cell A. As a result, the pure resistance was 0.15 Ω · cm 2 , the electrode resistance was 1.2 Ω · cm 2 , and the total resistance was 1.35 Ω · cm 2 .
（比較例４）
（金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造）
＜金属支持体＞
実施例１と同じ金属支持体を用意した。
(Comparative Example 4)
(Manufacture of metal-supported solid oxide fuel cells)
<Metal support>
The same metal support as in Example 1 was prepared.
＜燃料極層の形成＞
平均粒径３０μｍのＮｉＯ／ＧＤＣ造粒粉末（組成：ＮｉＯ／Ｃｅ０．８Ｇｄ０．２Ｏ１．９＝５０／５０質量％）をプラズマ溶射し、燃料極層を形成させた。形成された燃料極層の厚みは６０μｍ、表面粗さＲａは２．５μｍであった。
・プラズマ溶射条件
雰囲気：大気中
使用電力：３０ｋＶ
１次ガス、供給量：アルゴン、４０Ｌ／分
２次ガス、供給量：水素、１０Ｌ／分
溶射材粉末の供給量：３０ｇ／分
溶射距離：６０ｍｍ
<Formation of fuel electrode layer>
NiO / GDC granulated powder having an average particle size of 30 μm (composition: NiO / Ce 0.8 Gd 0.2 O 1.9 = 50/50 mass%) was plasma sprayed to form a fuel electrode layer. The formed fuel electrode layer had a thickness of 60 μm and a surface roughness Ra of 2.5 μm.
・ Plasma spraying condition atmosphere: In-air power consumption: 30 kV
Primary gas, supply amount: argon, 40 L / min secondary gas, supply amount: hydrogen, supply rate of 10 L / min spray material powder: 30 g / min Spraying distance: 60 mm
＜電解質層の形成＞
平均粒径３０μｍのＮｉＯ／ＧＤＣ造粒粉末に代えて、平均粒径１０μｍのランタンガレート粉末（組成：Ｌａ０．９Ｓｒ０．１Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３−ｘ）とすること以外は、燃料極層の形成と同様の方法で、プラズマ溶射を行い、燃料極層の表面に電解質層を形成させた。形成された電解質層の厚みは５０μｍ、表面粗さＲａは２．５μｍであった。さらに、使用したランタンガレートと同組成となるよう調整された金属硝酸塩水溶液を滴下、乾燥する工程を繰り返し、封孔処理を施した。
<Formation of electrolyte layer>
Instead of NiO / GDC granulated powder with an average particle size of 30 μm, lanthanum gallate powder with an average particle size of 10 μm (composition: La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3-x ) Except for the above, plasma spraying was performed in the same manner as the formation of the fuel electrode layer to form an electrolyte layer on the surface of the fuel electrode layer. The formed electrolyte layer had a thickness of 50 μm and a surface roughness Ra of 2.5 μm. Furthermore, a step of dropping and drying a metal nitrate aqueous solution adjusted to have the same composition as the lanthanum gallate used was repeated to perform sealing treatment.
＜空気層の形成＞
実施例１と同様の方法で、空気極層を形成させ、金属支持型固体酸化物形燃料電池Ｄを得た。
<Formation of air layer>
An air electrode layer was formed in the same manner as in Example 1 to obtain a metal-supported solid oxide fuel cell D.
（金属支持型固体酸化物形燃料電池の性能評価）
金属支持型固体酸化物形燃料電池Ａに代えて、金属支持型固体酸化物形燃料電池Ｄを用いること以外は、実施例１と同様の方法で行った。その結果、純抵抗は０．９Ω・ｃｍ２、電極抵抗は０．５Ω・ｃｍ２、全抵抗は１．４Ω・ｃｍ２であった。
(Performance evaluation of metal-supported solid oxide fuel cells)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the metal-supported solid oxide fuel cell A was used instead of the metal-supported solid oxide fuel cell A. As a result, the pure resistance is 0.9Ω · cm 2, the electrode resistance is 0.5 .OMEGA · cm 2, the total resistance was 1.4Ω · cm 2.
本発明の金属支持型固体酸化物形燃料電池によれば、出力特性が高い燃料電池を提供できる。 According to the metal-supported solid oxide fuel cell of the present invention, a fuel cell having high output characteristics can be provided.
１ 金属支持体
２ 燃料極層
３ 電解質層
４ 空気極層
５ 固体酸化物形燃料電池用セル
６ 金属支持体と燃料極層との界面
７ 電解質層と燃料極層との界面
８ 電解質層と空気極層との界面
１０ 金属支持型固体酸化物形燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal support 2 Fuel electrode layer 3 Electrolyte layer 4 Air electrode layer 5 Cell for solid oxide fuel cells 6 Interface between metal support and fuel electrode layer 7 Interface between electrolyte layer and fuel electrode layer 8 Electrolyte layer and air Interface 10 with electrode layer Metal supported solid oxide fuel cell
Claims (6)
該電解質層の厚みが５〜３０μｍであり、
該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍであり、
該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍであること、
を特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池。 A metal-supported solid oxide fuel cell in which a fuel electrode layer, an electrolyte layer, and an air electrode layer are sequentially formed on a metal support,
The thickness of the electrolyte layer is 5 to 30 μm,
The surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is 0.5 to 3.0 μm,
The surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is 0.5 to 3.0 μm,
A metal-supported solid oxide fuel cell.
該電解質層の厚みが５〜３０μｍであり、
該電解質層と該燃料極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍであり、
該電解質層と該空気極層との界面の表面粗さＲａが０．５〜３．０μｍであること、
を特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池。 A metal-supported solid oxide fuel cell in which an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer are sequentially formed on a metal support,
The thickness of the electrolyte layer is 5 to 30 μm,
The surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the fuel electrode layer is 0.5 to 3.0 μm,
The surface roughness Ra of the interface between the electrolyte layer and the air electrode layer is 0.5 to 3.0 μm,
A metal-supported solid oxide fuel cell.
該燃料極層の表面に、高速フレーム溶射法により、平均粒径が１〜５μｍの電解質用の金属酸化物粉末を溶射して、電解質層を形成させる電解質層形成工程と、
該電解質層の表面に、空気極層を形成させる空気極層形成工程と、
を有することを特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法。 A fuel electrode layer forming step of forming a fuel electrode layer by spraying a metal oxide powder for a fuel electrode having an average particle diameter of 1 to 5 μm on a metal support by a high-speed flame spraying method;
An electrolyte layer forming step of spraying a metal oxide powder for an electrolyte having an average particle diameter of 1 to 5 μm on the surface of the fuel electrode layer by a high-speed flame spraying method to form an electrolyte layer;
An air electrode layer forming step of forming an air electrode layer on the surface of the electrolyte layer;
A method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell, comprising:
該空気極層の表面に、高速フレーム溶射法により、平均粒径が１〜５μｍの電解質用の金属酸化物粉末を溶射して、電解質層を形成させる電解質層形成工程と、
該電解質層の表面に、燃料極層を形成させる燃料極層形成工程と、
を有することを特徴とする金属支持型固体酸化物形燃料電池の製造方法。 An air electrode layer forming step in which a metal oxide powder for an air electrode having an average particle diameter of 1 to 5 μm is sprayed on a metal support by a high-speed flame spraying method to form an air electrode layer;
On the surface of the air electrode layer, an electrolyte layer forming step for forming an electrolyte layer by spraying a metal oxide powder for an electrolyte having an average particle diameter of 1 to 5 μm by a high-speed flame spraying method;
A fuel electrode layer forming step of forming a fuel electrode layer on the surface of the electrolyte layer;
A method for producing a metal-supported solid oxide fuel cell, comprising:
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