JP2011124079A - 固体酸化物形燃料電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明により提供される燃料電池(SOFC)10は、燃料極(アノード)12と、空気極(カソード)16と、固体電解質14とを備えており、上記固体電解質14が2軸方向に結晶配向した多結晶体から構成されていることを特徴としている。かかるSOFCは、典型的には、多孔質基材からなる燃料極12と、該燃料極12上に膜状に形成されて該燃料極12に支持された固体電解質14と、該膜状の固体電解質14の表面上に形成された空気極16の層とからなる積層構造を備えている。
【選択図】図2
Description
本発明に係るSOFCでは、固体電解質が2軸方向に配向した(すなわち2軸配向性の)結晶構造を有する多結晶体からなることにより、固体電解質におけるイオン伝導経路が効率化されて該イオン伝導経路としての抵抗が低減されるので、酸素イオンを伝導させ易くなり、酸素イオン伝導性が向上し得る。したがって、本発明に係るSOFCによると、酸素イオン伝導性が向上した固体電解質を備える高性能のSOFCが実現される。
ここで、「結晶配向した」とは、上記固体電解質を構成する多結晶体のうちの全部または一部が、ある特定の結晶面(または結晶軸(方向))を特定の方向に沿わせるように配列(すなわち、配向)していることをいう。
また、「燃料電池(具体的にはSOFC)」は、燃料極と空気極と固体電解質とを構成要素とする単セル、および該単セルを複数備えたいわゆるスタックを包含する用語である。
かかる構成によると、固体電解質が上記のような無機酸化物からなる多結晶体であって2軸配向性を有する多結晶体から構成されることにより、より一層酸素イオン伝導性が向上した固体電解質を備える高性能のSOFCが実現される。
かかる構成によると、上記のような膜厚の固体電解質を有することにより、該固体電解質が備える酸素イオン伝導性が十分に発揮された高性能のSOFCが実現される。
かかる構成のSOFCが、上記のような膜状の固体電解質を含む多層構造を備えたSOFC(いわゆるアノード支持形のSOFC)であることにより、上記2軸配向性の固体電解質膜のイオン伝導性が十分に発揮される。したがって、かかる構成によると、酸素イオン伝導性が向上した固体電解質(膜)を備える高性能のSOFCが実現される。
なお、本明細書中で「固体電解質膜」とは特定の厚みに限定されず、上記SOFCにおいて、少なくとも酸素イオン伝導性を発揮し得る固体電解質として機能する膜状若しくは層状の部分をいう。
かかる構成によると、上記のような酸素イオン伝導度を有することにより、酸素イオン伝導性が向上して実用に優れたSOFCを実現することができる。
本発明に係るSOFCの製造方法は、多孔質基材の表面上に上記2軸配向性の結晶構造を有する固体電解質(膜)を形成させることを特徴とするSOFCを製造する方法である。かかる製造方法によると、燃料極として機能する多孔質基材上に固体電解質膜と空気極層とを備えた積層構造を有するSOFC(すなわちアノード支持形SOFC)を好ましく製造することができる。
かかる構成の製造方法では、上記多孔質基材の一好適例として、上記のような樹脂材料を用いて被覆されることにより緻密化された表面を備えた多孔質基材を用意する。このように被覆されて緻密化された表面を備える多孔質基材を用いることにより、上記被覆面に2軸配向性を有する固体電解質を好ましく形成させることができるとともに、上記多孔質基材(燃料極)と固体電解質と空気極とからなる積層体を焼成する際に上記樹脂材料を焼き飛ばすことができる。したがって、かかる構成の製造方法によると、多孔質基材上に2軸配向性の固体電解質を備えてなるSOFCの製造をより好ましく実現することができる。
かかる構成の製造方法を用いることにより、無配向性または1軸配向性の固体電解質に比べて酸素イオン伝導性が向上し得る2軸配向性の固体電解質を好ましく形成することができる。したがって、かかる構成の製造方法によると、酸素イオン伝導性が向上した固体電解質を備えてなるSOFCを好ましく製造することができる。
かかる構成の製造方法によると、上記のような入射角度でイオンビームを照射することにより、酸素イオン伝導性により優れる結晶配向性を有する固体電解質を好ましく形成することができる。したがって、かかる構成の製造方法によると、酸素イオン伝導性に優れる固体電解質を備えたSOFCを製造することができる。
かかる構成の製造方法では、室温(典型的には常温とされる温度領域をいい、例えば25℃±15℃であり得る。)条件下で上記固体電解質を形成できるので加熱処理を要さず経済的であり、また、例えば多孔質基材表面が高温下で揮発し得る樹脂材料で被覆されている場合でも、上記樹脂材料が変質したり揮発したりすることなく好ましい結晶配向性を有する固体電解質を形成することができる。したがって、かかる構成の製造方法によると、イオン伝導性に優れる固体電解質が経済的に且つ良好に形成されてなるSOFCを製造することができる。
また、セリア系酸化物とは、主成分のセリア(酸化セリウム;CeO2)に別の金属元素(典型的には金属酸化物)が添加(固溶)されてなる酸化物セラミックスをいう。このような酸化物セラミックスとしては、例えばイットリウム(Y)、サマリウム(Sm)、ガドリニウム(Gd)あるいはネオジム(Nd)等の金属酸化物がセリアに添加されてなる複合酸化物が挙げられる。
このような結晶配向性を有する固体電解質では、該固体電解質の酸素イオン伝導経路が効率化されて該酸素イオン伝導経路としての抵抗が低減されるので、対象とする酸素イオンを伝導させ易くなる。この結果、無配向、1軸配向、2軸配向の順に固体電解質のイオン伝導性が向上し得る。
例えば、上記のような2軸方向への結晶配向性を有する固体電解質は、直流四端子法による酸素イオン伝導度として、(典型的にはSOFCの動作温度域である800℃〜1200℃の温度域下で)少なくとも0.1S/cm(好ましくは0.1S/cm〜0.3S/cm、より好ましくは0.1S/cm〜0.2S/cm、例えば0.15S/cm〜0.02S/cm)を有し得る。これに対して、例えばスクリーン印刷等の従来の製膜方法により形成された無配向性の固体電解質、あるいは後述のPLD法により形成された1軸配向性の固体電解質では、これらの酸素イオン伝導度は0.1S/cm未満となり得る。
したがって、2軸方向に結晶配向した上記固体電解質は、無配向および1軸配向の固体電解質よりもより一層高い酸素イオン伝導性を有し得るので、優れた酸素イオン伝導性を供する高性能のSOFCを実現することができ、好適である。
かかる燃料極の気孔率としては、一般的なSOFCに用いられる燃料極の気孔率と同程度でよく、特に限定されないが、例えば水銀圧入法に基づく気孔率として、凡そ70体積%以下(典型的には凡そ20体積%〜60体積%)が適当であり、好ましくは50体積%以下(典型的には30体積%〜50体積%)である。また、かかる燃料極の平均細孔径(水銀圧入法に基づく)としては、例えば10μm以下(典型的には0.1μm〜5μm)が好ましい。
かかる燃料極の形状としては、プレート(板)状、シート状、もしくは燃料ガスを燃料極内を流通させるための中空部(ガス流路)を備えた中空箱型状、または中空扁平状(フラットチューブラ−状)等、特に制限されないが、少なくとも該燃料極12の表面のうち少なくとも上記結晶配向性を有する固体電解質が形成(製膜)される部分が平坦面を有しているものが適当である。本実施形態の燃料極は、図2に示されるように、燃料極12内部に燃料ガスを流通させるための中空部(ガス流路15)を有する中空箱型形状を有しており、燃料ガスの流入口または排出口が形成されていない外側表面であって互いに対向する一対の表面(のほぼ全面)に固体電解質14の形成面13が設けられている。燃料極12の厚み(燃料極における供給された燃料ガスの接触(供給)面から(典型的には反対側の)固体電解質14側の表面までの距離)としては、特に限定されず、上記固体電解質14の膜厚やSOFC10全体のサイズを考慮して適宜設定される。例えば0.1mm〜20mmが適当であり、好ましくは0.2mm〜10mmであり、より好ましくは0.3mm〜5mmである。
上記のような樹脂材料を用いて燃料極の表面を被覆して緻密化する方法としては、一般的な表面コーティング方法を好ましく採用することができ、例えば上記樹脂材料(典型的には溶剤等で希釈されて所定の粘度に調製されているもの)に被覆対象の表面部分を浸す(ディッピング)か、あるいは該材料を上記表面部分にスプレーガンや霧吹き等で噴霧、または刷毛塗りで塗布すればよい。
以上のように固体電解質を形成する表面部分が緻密化した多孔質基材であって燃料極として機能する多孔質基材を得ることができる。
結晶配向性を有する固体電解質膜は、物理気相蒸着(PVD)法を用いることにより上記緻密化された表面上に形成することができる。PVD法は、熱、レーザ光、電子ビームなどによる物理的作用(熱源)を利用して膜原料である固体物質を蒸気化し、基材上に堆積させて薄膜を形成する方法であり、かかるPVD法は、膜原料の気化方法によりスパッタ系と蒸発系に大別される。スパッタ系のPVD法は、高エネルギーの原子、イオン、プラズマ、あるいはレーザ光をターゲットに衝突させて(スパッタさせて)膜原料物質の原子や分子を基材表面に堆積させる方法である。上記固体電解質膜の形成(製膜)方法として好適なスパッタ系PVD法としては、例えばパルスレーザアブレーション堆積(PLD)法、イオンビームスパッタ法、マグネトロン法等が挙げられる。このようなPVD法の一つであるPLD法は、パルスレーザアブレーション法、もしくはパルスレーザ堆積法と呼ばれることもある。PLD法ではターゲットにパルスレーザを照射することにより、順次ターゲット材料からそれぞれ蒸気(典型的にはパルスレーザ照射によりターゲットから発生した分子、原子、イオン、ナノまたはミクロンサイズの微小粒子(クラスター)等をいう。)を発生させ、この蒸気を一定の温度に保持した基材上に堆積させてターゲット材料成分を含む薄膜を結晶配向(例えば1軸配向)させた状態で形成することができる。また、イオンビームスパッタ法は、イオン源で発生させたAr+などの高速なイオンビームをターゲットに照射して、イオンの衝突によりターゲットの元素を弾き出し、基材上に堆積させる方法である。成膜速度は遅いものの、高真空中で比較的高純度の薄膜を得ることができる。またイオン源が独立しているので、スパッタ条件の制御が容易あり、上記固体電解質の製膜方法として好ましく用いることができる。
かかる方法によれば、例えば上記PLD法単独で形成させた固体電解質膜よりもさらに結晶配向性が向上した固体電解質膜(典型的には2軸配向性の固体電解質膜)の形成を実現できる。
図1に模式的に示されるように、上記固体電解質膜14を形成するために使用され得る蒸着源(ターゲット22)として、例えば電子ビームやパルスレーザを照射して蒸発可能な固体電解質膜原料(典型的には固体電解質膜を構成する酸素イオン伝導性セラミック材料、すなわち上述のジルコニア系酸化物またはセリア系酸化物)からなる固形物を好ましく用いることができる。かかるターゲット22は、例えば、上記固体電解質膜14に含まれる金属元素を含む金属化合物、例えば主成分のZrO2またはCeO2と、添加物としての金属元素(例えばY、Ca、Sc、Sm、Gd、Nd等の金属元素であり、典型的には該金属元素の酸化物、炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩、シュウ酸塩、ハロゲン化物、水酸化物等の金属化合物であって加熱により酸化物となり得る金属化合物)を適当な配合比で混合して出発原料を調製し、該出発原料を所定形状に成形し、その後焼成することにより得られる焼結体を好ましく用いることができる。上記各金属化合物の配合比については、レーザ照射により蒸気化した上記ターゲット成分23が燃料極12上に堆積したときに上記固体電解質膜14が目標とする組成比となるように決定される。なお、例えば3〜8mol%YSZ粉末等の市販品を用いてターゲットを作製してもよい。また、上記ジルコニア系酸化物またはセリア系酸化物からなるターゲット22を得る際の焼成温度としては、1000℃〜1600℃が適当である。
なお、ここではPLD法による蒸着を例としているため、ターゲット22から固体電解質膜の蒸気を発生させる手段として上記パルスレーザ24を用いている。ここで、上記パルスレーザ24を用いる以外に、例えば、電子銃を用いて所定エネルギー(例えば10W〜1000W)の電子ビームをターゲットに照射してもよい。あるいは、イオンビームスパッタ法による蒸着を採用する場合には、イオン銃を用いて所定エネルギーのイオンビームをターゲットに照射してもよい。
また、上記イオンガス27を照射する角度(入射角度)θとしては、上記固体電解質膜14が結晶配向した状態で上記燃料極12上に好ましく形成される限りにおいて特に限定されないが、例えば上記燃料極12表面との角度が30°≦θ≦70°の範囲内にあることが適当であり、好ましくは45°≦θ≦65°であり、より好ましくは50°≦θ≦60°である。ここで、例えば分子軌道法による理論計算に基づく分子モデル等においても、上記入射角度θは55°程度が最適となり得る。このような角度範囲で上記イオンガス27が照射されることにより、結晶配向性が向上してより酸素イオン伝導度のより高い固体電解質膜14を形成することができる。
焼成後に得られた固体電解質膜14の厚さについては、固体電解質膜14の緻密性が維持される程度に厚くする一方、またSOFCとして好ましい酸素イオン伝導度を供し得る程度に薄くなるように、両者をバランスさせて厚さ寸法を設定されることが好ましい。例えば、かかる厚さ(膜厚)として、5μm以下が適当であり、好ましくは0.01μm〜5μmが適当であり、より好ましくは0.01μm〜1μmであり、さらに好ましくは0.1μm〜0.5μmであり、例えば0.2μm±0.1μmである。したがって、上記燃料極12上に固体電解質膜14を製膜する際には、かかる固体電解質膜14が焼成後に上記のような膜厚となるように、焼成による収縮分を考慮して蒸着(製膜)することが好ましい。
ここで開示されるアノード支持形SOFCが備える空気極は、一般的なSOFCと同様に、酸化雰囲気でも高耐久性の材料から構成されることが好ましい。例えば、ランタンコバルテート(LaCoO3)系、ランタンマンガネート(LaMnO3)系、ランタンフェライト(LaFeO3)系、またはランタンニッケラート(LaNiO3)系のペロブスカイト型酸化物、あるいはサマリウムコバルテート(SmCoO3)系ペロブスカイト型酸化物等の多孔質体から構成されることが好ましい。
また、空気極の作製(積層)方法としては、一般的なアノード支持形SOFCの空気極の作製方法と同様でよい。例えば、空気極として好適な材料、例えば平均粒径1μm〜10μm程度のLaSrO3粉末、バインダー、分散剤、溶媒等からなるスラリー状の空気極用の成形材料を調製する。この空気極用成形材料を上記得られた焼成後の固体電解質膜の表面に膜厚100μm以下(典型的には1μm〜100μm、好ましくは10μm〜100μm、例えば10μm〜50μm)で印刷成形することにより未焼成の空気極層(を形成する。これを乾燥後、例えば1000℃〜1200℃の焼成温度で大気中で焼成する。このようにして、上記固体電解質膜上に多孔質な空気極(層)が形成される。かかる空気極層の気孔率(水銀圧入法による)としては、凡そ20体積%〜60体積%が適当であり、好ましくは50体積%以下(典型的には30体積%〜50体積%)である。また、かかる空気極の平均細孔径(水銀圧入法に基づく)としては、例えば10μm以下(典型的には0.1μm〜5μm)が好ましい。
以上のようにして、燃料極、結晶配向性の固体電解質膜、および空気極からなる積層構造を備えたアノード支持形SOFC(単セル)が製造される。
なお、上記説明においては、上記燃料極上に製膜した固体電解質膜を焼成により形成させた後、空気極層を上記焼成後の固体電解質膜の上に積層し、再び焼成することによって上記SOFCを製造したが、例えば未焼成状態の固体電解質膜上に空気極層を積層し、上記固体電解質膜と空気極層とを一度の焼成で同時に形成させてSOFCを製造することもあり得る。このような場合の焼成温度としては、固体電解質膜の結晶配向性を維持しつつ好適な空気極層を形成可能な温度であることが好ましく、例えば900℃〜1500℃が適当であり、好ましくは1000℃〜1300℃である。
8mol%イットリア安定化ジルコニア(YSZ)粉末(平均粒径:約1μm)および酸化ニッケル(NiO)粉末を6:4の質量比で混合した混合粉末に一般的なバインダー(ここではポリビニルアルコール(PVA)を使用した。)、および溶媒(ここでは水)を添加して混練した。次いで、この混練物(スラリーまたはペースト状の燃料極用成形材料)を用いてプレス成形を行い、直径約20mm×厚み3mm程度の円盤形状の燃料極成形体を得た。これを1400℃の焼成温度で焼成することにより、燃料極として機能するNiO−YSZ多孔質基材を作製した。
次いで、表面コーティング用の樹脂材料として、フェノール樹脂(住友ベークライト株式会社製PRシリーズ)を用意し、エタノール(または水)で所定濃度に希釈したものを用いた。この樹脂材料を上記燃料極の一方の表面に塗布して乾燥することにより、該表面を被覆して緻密化した。
次いで、8mol%YSZ(以下、単に「8YSZ」ということもある。)からなるターゲットを用意した。かかるターゲットは以下のようにして作製した。すなわち、8YSZ粉末(平均粒径:約0.5μm)を用意し、これにバインダーを添加してターゲット用成形材料を調製した。該バインダーはターゲット用成形材料全体の0.5wt%となるように添加した。この調製されたターゲット用成形材料を100MPaのプレス成形によって直径35mm、厚さ5mmの円盤形状に成形した。この成形体を1400℃の焼成温度で6時間焼成し、得られた焼成体を研磨処理することによりターゲットを作製した。
次に、上記一方の表面が緻密化した多孔質基材(燃料極)および上記ターゲットをIBAD装置における所定位置にセットし、パルスレーザをターゲットに照射した。これにより蒸気化したターゲット成分を上記多孔質基材における緻密な表面上に堆積(蒸着)させて、8YSZからなる固体電解質膜を上記多孔質基材上に形成した。パルスレーザとしては、波長248nm、パルス幅30nsのKrFレーザを用いた。また、当該レーザのパルスエネルギーは、450mJ/パルス、およびその周波数は30Hzであった。製膜条件は、0.01PaのAr雰囲気下で、エネルギー密度0.8J/cm2で上記レーザを20分間ターゲットに照射した。また、固体電解質膜の形成をアシストするために、Ar+イオンを300Vの電圧で加速して5mA/cm2のイオン電流密度で、上記多孔質基材の緻密化された表面に対して45°〜65°の傾斜角度(図1における角度θ)で照射した(入射させた)。このときの上記多孔質基材の温度を室温〜400℃の温度域内で適宜設定した。以上のようにして、膜厚約0.2μmの(IBAD法による)固体電解質膜を上記多孔質基材上に形成した。
ここで、上記多孔質基材の温度と上記Ar+イオンの入射角度とを互いに変えて5種類の条件で固体電解質膜(サンプル1〜5)を作製した。各サンプルと上記基材温度と入射角度との相関を表1に示した。
上記と同じNiO−YSZ多孔質基材であって一方の表面が緻密化されている多孔質基材、および上記8YSZのターゲットをPLD装置における所定位置にセットし、パルスレーザをターゲットに照射した。これにより蒸気化したターゲット成分を上記多孔質基材における緻密な表面上に堆積(蒸着)させて、上記8YSZからなる固体電解質膜を上記多孔質基材上に形成した。上記パルスレーザとしては、波長248nm、パルス幅30nsのKrFレーザを用いた。また、当該レーザのパルスエネルギーは、450mJ/パルス、およびその周波数は30Hzであった。製膜条件は、0.04PaのAr雰囲気下で、エネルギー密度0.8J/cm2で上記レーザを15分間ターゲットに照射した。上記多孔質基材の温度を室温に維持した。以上のようにして、膜厚約0.2μmの(PLD法による)固体電解質膜を上記多孔質基材上に形成した。この8YSZ固体電解質膜を結晶化させるために大気(空気)中、1400℃の焼成温度で焼成した。これをサンプル6とした。
上記と同じNiO−YSZ多孔質基材を用意した。次いで、8YSZ粉末を所定のバインダー、分散剤、および溶媒とともに混練して8YSZのペースト状組成物(印刷用材料)を調製した。このペースト状組成物を上記多孔質基材の表面上にスクリーン印刷により約20μmの膜厚で塗布した。かかる8YSZの塗布膜(未焼成膜)が形成された上記多孔質基材を1400℃で焼成することにより、スクリーン印刷による固体電解質膜を上記多孔質基材上に形成した。これをサンプル7とした。
次に、上記サンプル1〜7に対して、X線をサンプルに照射するによって観測される(222)面および(220)面における極点図解析を実施した。すなわち、上記二面の極点図を組み合わせることにより、サンプル1〜7の固体電解質膜の結晶構造が1軸配向か2軸配向かを評価した。この結果、IBAD法によって製膜された固体電解質膜を備えるサンプル1〜5では、固体電解質膜を構成するほぼ全ての多結晶体の結晶構造の<100>方向が上記NiO−YSZ多孔質基材(燃料極)の表面に対して垂直方向に揃うように配向し、且つ<010>方向が互いに平行に揃うように配向した2軸配向性を有することが分かった。一方、PLD法単独によって製膜された固体電解質膜を備えるサンプル6では、固体電解質膜を構成するほぼ全ての多結晶体の結晶構造の<100>方向が上記NiO−YSZ多孔質基材(燃料極)の表面に対して垂直方向に揃うように配向した1軸配向性を有することが分かった。また、サンプル7は無配向であることが確認された。
次に、結晶配向性を示すサンプル1〜6に対して、(222)面における極点の径方向の分散角で結晶配向性を評価した。得られた分散角を半値幅にして表1に示した。この半値幅が小さい値であるほど、各結晶体の結晶方位が揃っている、すなわち結晶配向性が高いことを示している。
かかる評価の結果、表1に示されるように、サンプル6ではサンプル1〜5に比べて半値幅が大きく、IBAD法によって形成された固体電解質膜の方が、PLD法によって形成されたものよりも結晶配向性が高いことが確認された。また、サンプル1〜5の中では、多孔質基材の温度が25℃であるサンプル1、4および5では、上記半値幅が60°以下であり、該温度が120℃のサンプル2、および該温度が400℃のサンプル3に比べて小さい値となった。この結果、多孔質基材の温度が室温条件下であると固体電解質膜の結晶配向性が向上することが確認された。また、上記サンプル1、4および5の中では、Ar+イオンの多孔質基材に対する入射角度が55°であったサンプル1において上記半値幅の値が50°以下となり、最も小さかった。したがって、サンプル1〜6の中でサンプル1が最も結晶配向性が高いことが確認された。
上記サンプル1〜7について、それぞれの電気伝導度を測定することにより、それぞれの酸素イオン伝導性について評価した。まず、サンプル1における固体電解質膜表面に電極となる白金ペーストを塗布した後、電流端子および電圧端子を上記電極部分に接続するための白金線を取り付けて850℃〜1100℃で10分間〜60分間焼き付けた。次いで、かかるサンプル1を任意の酸素分圧と温度に調整可能な装置内に収容し、直流四端子法で各酸素分圧下における導電率を測定することにより、900℃の温度条件下における酸素イオン伝導度[S/cm]を求めた。サンプル2〜7についても同様に測定した。この結果を表1に「イオン伝導度」として示した。
この結果、サンプル1〜5では、いずれも酸素イオン伝導度が0.1S/cm以上であった。サンプル6および7では、酸素イオン伝導度は、0.1S/cm未満であった。また、サンプル1〜5の中では、多孔質基材の温度が25℃であるサンプル1、4および5では、該温度が120℃のサンプル2、および該温度が400℃のサンプル3に比べて酸素イオン伝導度が向上していた。この結果、多孔質基材の温度が室温条件下であると固体電解質膜の結晶配向性が向上することが確認された。また、上記サンプル1、4および5の中では、Ar+イオンの多孔質基材に対する入射角度が55°であったサンプル1において上記酸素イオン伝導度が0.17S/cmとなり、最も大きかった。
また、上記固体電解質膜の材料として、上記8YSZをセリア(CeO2)に代えて同様の評価を行ったところ、得られた固体電解質膜は、上記8YSZの固体電解質膜と同様の傾向を示すことが確認された。
このことにより、本実施例によると、酸素イオン伝導性が向上した固体電解質を備える優れたSOFC(アノード支持形SOFC)を実現することができる。
12 燃料極
13 固体電解質の形成面
14 固体電解質(膜)
15 ガス流路
16 空気極
22 ターゲット
23 ターゲット成分
24 パルスレーザ
26 イオンビーム
27 イオンガス
Claims (10)
- 燃料極と、空気極と、固体電解質とを備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記固体電解質は、2軸方向に結晶配向した多結晶体から構成されている、固体酸化物形燃料電池。 - 前記固体電解質は、ジルコニア系酸化物またはセリア系酸化物から構成されている、請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記固体電解質は、膜厚5μm以下の膜状に形成されている、請求項1または2に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記燃料極と、該燃料極上に膜状に形成されて前記燃料極に支持された前記固体電解質と、該膜状の固体電解質の表面上に形成された前記空気極の層とからなる積層構造を備えている、請求項1〜3のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記固体電解質の直流四端子法による酸素イオン伝導度が、少なくとも0.1S/cmである、請求項1〜4のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
- 燃料極と、空気極と、固体電解質とを備える焼成体からなる固体酸化物形燃料電池を製造する方法であって:
燃料極として機能する多孔質基材であって少なくとも表面の一部が緻密化した多孔質基材を用意すること;
前記多孔質基材における緻密化した表面上に固体電解質を2軸方向に結晶配向させた状態で膜状に形成すること;および
前記固体電解質上に空気極を積層させて形成すること;
を包含する、固体酸化物形燃料電池の製造方法。 - イオンビームを使用した蒸着法を用いることにより、前記結晶配向した膜状の固体電解質を形成する、請求項6に記載の製造方法。
- 前記多孔質基材の前記緻密化された側の表面に前記膜状の固体電解質を形成する際に、該表面に対して45°以上65°以下の範囲の入射角度で前記イオンビームを照射することにより前記固体電解質を結晶配向させる、請求項7に記載の製造方法。
- 前記結晶配向した膜状の固体電解質を、室温条件下で形成する、請求項6〜8のいずれかに記載の製造方法。
- 前記多孔質基材の前記緻密化した表面は、室温より高温で且つ前記焼成体を得るために設定される焼成温度域以下で揮発する樹脂材料を用いて被覆されている、請求項6〜9のいずれかに記載の製造方法。
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