JP5422867B2 - Solid oxide fuel cell and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、固体酸化物形燃料電池及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell and a method for producing the same.
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。この固体酸化物形燃料電池としては、種々のものが提案されているが、例えば特許文献１には、電解質を基板として、その一方面に燃料極（アノード）を、他方面に空気極（カソード）を形成して単電池セル（単電池板）を構成し、この単電池セルを、両面にガス流路（ガス溝）がそれぞれ形成されたセパレータに積層したものが開示されている。このような燃料電池では、耐久性の観点から電解質基板を厚くする必要があるが、このようにすると電解質での抵抗が大きくなり発電効率が悪くなるという問題が指摘されている。 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 the electrolyte, and those using a solid oxide having ionic conductivity for the electrolyte are called solid oxide fuel cells. Various types of solid oxide fuel cells have been proposed. For example, in Patent Document 1, an electrolyte is used as a substrate, a fuel electrode (anode) is provided on one surface, and an air electrode (cathode) is provided on the other surface. ) To form a single battery cell (single battery plate), and this single battery cell is laminated on a separator having gas flow paths (gas grooves) formed on both sides. In such a fuel cell, it is necessary to increase the thickness of the electrolyte substrate from the viewpoint of durability. However, it has been pointed out that the resistance in the electrolyte increases and the power generation efficiency deteriorates.
そこで、電解質を薄膜化するために別途基板を設け、その基板上に燃料極、空気極、電解質を印刷により形成した燃料電池が提案されている。例えば特許文献２では図３，４に示されるように、支持基板上に印刷した電極に燃料ガスや酸化剤ガスなどの反応ガスを供給するために、その支持基板を多孔質にしている。
ところで、特許文献２のような燃料電池では、支持基板が多孔質であるため、その強度を保つためにある程度の厚みが必要となる。しかしながら、この支持基板上に燃料極、空気極及び電解質を印刷などで薄膜状に形成すると、多孔体上へ印刷するためにしみ込みなどの問題が発生し、薄膜形成や電解質の緻密化が困難であるといった問題がある。 By the way, in a fuel cell like patent document 2, since a support substrate is porous, in order to maintain the intensity | strength, a certain amount of thickness is required. However, if a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte are formed on the support substrate in a thin film by printing or the like, problems such as penetration occur due to printing on the porous body, and it is difficult to form the thin film and make the electrolyte dense. There is a problem such as.
そこで、本発明は、電解質の薄膜化が可能な固体酸化物形燃料電池及びその製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of reducing the thickness of an electrolyte and a method for manufacturing the same.
本発明の固体酸化物形燃料電池は、上記問題を解決するためになされたものであり、非多孔質の基板と、前記基板の一方面に薄膜状に形成される、燃料極（アノード）及び空気極（カソード）のいずれか一方の電極と、前記一方の電極上に形成される薄膜状の電解質と、前記電解質上に形成される薄膜状の他方の電極と、を備え、前記基板には、その他方面と前記一方の電極とを連通させるガス流路が形成されており、前記ガス流路は、前記基板を貫通し、前記基板上を直線状に延びている複数の溝からなる。 The solid oxide fuel cell of the present invention has been made in order to solve the above-described problem, and includes a non-porous substrate, a fuel electrode (anode) formed in a thin film on one surface of the substrate, and One of the electrodes of the air electrode (cathode), a thin film electrolyte formed on the one electrode, and the other thin film electrode formed on the electrolyte, and the substrate A gas flow path is formed to communicate the other surface with the one electrode, and the gas flow path includes a plurality of grooves penetrating the substrate and extending linearly on the substrate .
この構成によれば、基板を別途設けているので、電解質を薄膜化して電池性能を向上させることができる。 According to this configuration, since the substrate is separately provided, the battery performance can be improved by reducing the thickness of the electrolyte.
上記燃料電池において、一方の電極を、基板と電解質の間で、他方の電極と気密に隔離すると、二室型の固体酸化物形燃料電池として使用することができる。より具体的には、例えば電解質の周縁を基板と連結することによって隔離させると、別途ガスシール部材を設ける必要が無くなり、低コスト化、製造工程の短縮化を図ることができる。また、上記燃料電池において、前記燃料極、空気極及び電解質は、印刷により形成されていてもよい。 In the fuel cell, when one electrode is hermetically isolated from the other electrode between the substrate and the electrolyte, it can be used as a two-chamber solid oxide fuel cell. More specifically, for example, when the periphery of the electrolyte is isolated by connecting it to the substrate, it is not necessary to provide a separate gas seal member, and the cost can be reduced and the manufacturing process can be shortened . Also, in the above fuel cell, the fuel electrode, an air electrode and electrolyte may be formed by printing.
本発明の固体酸化物形燃料電池の製造方法は、非多孔質の基板の一方面に燃料極及び空気極のいずれか一方の電極を薄膜状に形成する工程と、前記一方の電極上に薄膜状の電解質を形成する工程と、前記電解質上に薄膜状の他方の電極を形成する工程と、前記一方の電極を形成した前記基板に、その他方面と前記一方の電極とを連通させるガス流路を前記基板を貫通するように形成する工程と、を備え、前記ガス流路を形成する工程において、前記ガス流路を前記基板上を直線状に延びる複数の溝状に形成する。 The method for producing a solid oxide fuel cell according to the present invention includes a step of forming a fuel electrode or an air electrode on one surface of a non-porous substrate in a thin film shape, and a thin film on the one electrode. Forming a thin electrolyte, forming a thin film-like electrode on the electrolyte, and a gas flow path for communicating the other surface with the one electrode on the substrate on which the one electrode is formed Forming the gas flow path so that the gas flow path is formed into a plurality of grooves extending linearly on the substrate .
この製造方法によれば、基板を別途設けているので、電解質を薄膜化することができ、その結果、電池性能を向上させることができる。 According to this manufacturing method, since the substrate is separately provided, the electrolyte can be thinned, and as a result, the battery performance can be improved.
また、基板に電極を形成した後に、基板を貫通するガス流路を形成しているため、次のような利点がある。例えば、予めガス流路を形成した基板に印刷などで電極を形成しようとすると、ガス流路が電極で埋まってしまうため、印刷などで電極を形成することができなかった。そのため、従来は多孔質の基板を使用する必要があった。しかし、多孔質の基板を使用すると基板の熱膨張によって電極などに割れが生じるおそれがある。これに対して、本発明では、基板に一方の電極を形成した後にガス流路を形成しているので、多孔質の基板を使用せずに印刷などで電極を形成してもガス流路を確保できる。よって薄膜可撓性の基板を使用することができるので、印刷などで薄膜状に形成した燃料極などは基板の膨張収縮に追随することができ、割れや剥離などの発生を防止することができる。 Further, since the gas flow path penetrating the substrate is formed after the electrodes are formed on the substrate, there are the following advantages. For example, when an electrode is formed by printing or the like on a substrate on which a gas channel has been formed in advance, the gas channel is filled with the electrode, and thus the electrode cannot be formed by printing or the like. Therefore, conventionally, it has been necessary to use a porous substrate. However, when a porous substrate is used, there is a possibility that the electrode or the like is cracked due to thermal expansion of the substrate. In contrast, in the present invention, since the gas flow path is formed after forming one electrode on the substrate, the gas flow path can be formed even if the electrode is formed by printing or the like without using a porous substrate. It can be secured. Therefore, since a thin film flexible substrate can be used, a fuel electrode or the like formed in a thin film shape by printing or the like can follow the expansion and contraction of the substrate and can prevent the occurrence of cracks and peeling. .
上記電解質を形成する工程において、一方の電極全体を覆い、周縁が基板に連結するよう電解質を印刷することができる。このようにすることで、例えば多孔質性の電極を使用しても、電解質が気密にその電極を隔離しているので、その電極から燃料ガスや酸化剤ガスなどの反応ガスが漏れることを防ぐことができる。よって、ガスシール部材を別途設ける必要がなくなり、低コスト化、製造工程の短縮化を図ることができる。 In the step of forming the electrolyte, the electrolyte can be printed so as to cover one whole electrode and to connect the peripheral edge to the substrate. By doing so, for example, even when a porous electrode is used, the electrolyte isolates the electrode in an airtight manner, so that a reactive gas such as a fuel gas or an oxidant gas is prevented from leaking from the electrode. be able to. Therefore, it is not necessary to separately provide a gas seal member, and it is possible to reduce the cost and shorten the manufacturing process.
また、上記ガス流路を形成する工程において、基板にガス流路を形成する方法としては、基板の他方面側からエッチングすることでガス流路を形成することができる。これにより、例えば一方の電極には作用せず基板のみに作用するエッチング材料を使用することで、一方の電極を損傷させず基板のみにガス流路を形成するなど、より正確にガス流路を形成することが可能となる。 In the step of forming the gas flow path, as a method of forming the gas flow path on the substrate, the gas flow path can be formed by etching from the other surface side of the substrate. Thus, for example, by using an etching material that does not act on one electrode but acts only on the substrate, the gas channel is formed more accurately, such as forming a gas channel only on the substrate without damaging one electrode. It becomes possible to form.
なお、上記燃料極、空気極及び電解質は、種々の方法によって形成することができ、例えば印刷によって形成することができる。 The fuel electrode, the air electrode, and the electrolyte can be formed by various methods, for example, by printing .
本発明によれば、電解質の薄膜化が可能な固体酸化物形燃料電池及びその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid oxide fuel cell which can make thin film of an electrolyte, and its manufacturing method can be provided.
以下、本発明を二室型の固体酸化物形燃料電池及びその製造方法に適用した場合の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a two-chamber solid oxide fuel cell and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings.
図１は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。 FIG. 1 is a plan view of a solid oxide fuel cell 1 according to this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池１は、薄膜状の基板５と、その一方面５１に配置された燃料極２、電解質４、及び空気極３を備えている。燃料極２、空気極３及び電解質４は薄膜状に形成され、この順で基板５の一方面５１に配置されている。また、電解質４の周縁４１は、燃料極２の周縁を覆うように下方へ延び基板５の一方面５１に連結している。これにより、燃料極２は空気極３に対して気密に隔離されている。基板５は薄膜状で、その厚さは５０μｍ〜１０００μｍが好ましく、１００μｍ〜３００μｍとすることがさらに好ましい。また、この基板５には、その他方面５２と燃料極２とを連通させるガス流路６が形成されている。このガス流路６は、基板５の他方面５２から一方面５１まで貫通する複数の溝からなり、これらの溝は基板５上を直線状で平行に延びている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the solid oxide fuel cell 1 according to the present embodiment includes a thin film substrate 5, a fuel electrode 2, an electrolyte 4, and an air electrode 3 disposed on one surface 51. It has. The fuel electrode 2, the air electrode 3, and the electrolyte 4 are formed in a thin film shape, and are arranged on one surface 51 of the substrate 5 in this order. The peripheral edge 41 of the electrolyte 4 extends downward so as to cover the peripheral edge of the fuel electrode 2 and is connected to one surface 51 of the substrate 5. Thereby, the fuel electrode 2 is hermetically isolated from the air electrode 3. The substrate 5 is in the form of a thin film, and the thickness is preferably 50 μm to 1000 μm, and more preferably 100 μm to 300 μm. The substrate 5 is formed with a gas flow path 6 that communicates the other surface 52 with the fuel electrode 2. The gas flow path 6 includes a plurality of grooves penetrating from the other surface 52 of the substrate 5 to the one surface 51, and these grooves extend in a straight line on the substrate 5 in parallel.
次に、上記燃料電池１を構成する材料について説明する。基板５は、例えば、耐熱性の観点から、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｒ等の導電性金属材料からなる。 Next, materials constituting the fuel cell 1 will be described. The substrate 5 is made of a conductive metal material such as Pt, Au, Ag, Ni, Ti, Cu, Fe, and Cr, for example, from the viewpoint of heat resistance.
電解質４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など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。 As the material of the electrolyte 4, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. Oxygen ion conductive ceramic materials such as oxides, zirconia-based oxides containing scandium and yttrium can be used.
燃料極２は、例えば、金属触媒と酸化物イオン導電体からなるセラミックス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２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２は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。 As the fuel electrode 2, for example, a mixture of a metal catalyst and a ceramic powder material made of an oxide ion conductor can be used. 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, it is preferable to form the fuel electrode 2 with 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. The fuel electrode 2 can also be configured using a metal catalyst alone.
空気極３を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、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）ＣｏＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）Ｏ３などの酸化物が挙げられ、好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３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 3, for example, 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.
電解質４、燃料極２及び空気極３を、セラミックス粉末材料から形成する場合、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にしたがって計測することができる。 When the electrolyte 4, the fuel electrode 2 and the air electrode 3 are formed from a ceramic powder material, the average particle size of the powder used is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 50 nm to 50 μm, and particularly preferably 100 nm. 10 μm. In addition, an average particle diameter can be measured according to JISZ8901, for example.
上記燃料極２、及び空気極３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。また、電解質４も、上記燃料極２及び空気極３と同様に、上述した材料を主成分として、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成型されるが、上記主成分とバインダーとの混合において、上記主成分の割合が８０重量％以上となるように混合されることが好ましい。そして、これら空気極３及び燃料極２の膜厚は、焼結後に５μｍ〜１００μmとなるように形成することが好ましく、１０μm〜３０μmとすることがさらに好ましい。また、電解質４の膜厚は、１〜１００μｍであることが好ましく、１０〜５０μｍであることがさらに好ましい。 The fuel electrode 2 and the air electrode 3 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. Similarly to the fuel electrode 2 and the air electrode 3, the electrolyte 4 is molded by adding an appropriate amount of a binder resin, an organic solvent, or the like with the above-described material as a main component. In the mixing, it is preferable to mix so that the ratio of the main component is 80% by weight or more. The film thicknesses of the air electrode 3 and the fuel electrode 2 are preferably formed so as to be 5 μm to 100 μm after sintering, and more preferably 10 μm to 30 μm. The film thickness of the electrolyte 4 is preferably 1 to 100 μm, and more preferably 10 to 50 μm.
次に、上述した燃料電池１の製造方法について図３を参照しつつ説明する。図３は、燃料電池１の製造方法を示す説明図である。 Next, a method for manufacturing the above-described fuel cell 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory view showing a method for manufacturing the fuel cell 1.
まず、上述した材料からなる基板５を準備する（図３（ａ））。続いて、上述した電解質４、燃料極２、及び空気極３用の粉末材料を主成分として、これらそれぞれにバインダー樹脂、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製する。各ペーストの粘度は、次に説明するスクリーン印刷法に適合するように１０３〜１０６ｍＰａ・ｓ程度であることが好ましい。 First, the substrate 5 made of the above-described material is prepared (FIG. 3A). Subsequently, the powder materials for the electrolyte 4, fuel electrode 2, and air electrode 3 described above are used as main components, and an appropriate amount of a binder resin, an organic solvent, and the like are added and kneaded to each of them, and the electrolyte paste, fuel electrode paste, air electrode Each paste is prepared. The viscosity of each paste is preferably about 10 3 to 10 6 mPa · s so as to be compatible with the screen printing method described below.
次に、燃料極ペーストをスクリーン印刷法により基板５の一方面５１上に塗布した後、所定の時間及び温度で乾燥・焼結し、燃料極２を形成する（図３（ｂ））。 Next, the fuel electrode paste is applied on one surface 51 of the substrate 5 by screen printing, and then dried and sintered at a predetermined time and temperature to form the fuel electrode 2 (FIG. 3B).
続いて、この燃料極２上を覆うように、燃料極２より一回り大きく電解質ペ−ストをスクリーン印刷により塗布した後、所定の時間及び温度で乾燥・焼結することにより電解質４を形成する（図３（ｃ））。なお、電解質４は、種々の方法で形成することができるが、金属の基板５を用い燃料極２および空気極３を多孔体として形成するには、これらよりも低温で焼結することが好ましく、例えば真空法、溶射法等による低温焼成手法で形成することができる。このとき、電解質４の周縁４１が基板５の一方面５１と連結するように、電解質ペーストを塗布する。これにより、燃料極２は電解質４と基板５とで密閉されている。 Subsequently, an electrolyte paste is applied by screen printing so as to cover the fuel electrode 2 so as to be slightly larger than the fuel electrode 2, and then the electrolyte 4 is formed by drying and sintering at a predetermined time and temperature. (FIG. 3C). The electrolyte 4 can be formed by various methods, but in order to form the fuel electrode 2 and the air electrode 3 as a porous body using a metal substrate 5, it is preferable to sinter at a lower temperature than these. For example, it can be formed by a low-temperature firing method such as a vacuum method or a thermal spraying method. At this time, the electrolyte paste is applied so that the peripheral edge 41 of the electrolyte 4 is connected to the one surface 51 of the substrate 5. Thereby, the fuel electrode 2 is sealed by the electrolyte 4 and the substrate 5.
これに続いて、各電解質４上に、空気極ペーストをスクリーン印刷法によって塗布し、所定時間及び温度で乾燥・焼結することにより空気極３を形成する（図３（ｄ））。 Subsequently, an air electrode paste is applied on each electrolyte 4 by screen printing, and dried and sintered at a predetermined time and temperature to form the air electrode 3 (FIG. 3D).
そして、エッチングにより、基板５の他方面５２側から燃料極２まで基板５を貫通するガス流路６を形成する（図３（ｅ））。ここで、用いられるエッチング剤としては、基板５のみに作用し、燃料極２には作用しないものを使用することが好ましい。以上の工程により、図１及び２に示すような燃料電池１が完成する。 And the gas flow path 6 which penetrates the board | substrate 5 from the other surface 52 side of the board | substrate 5 to the fuel electrode 2 is formed by an etching (FIG.3 (e)). Here, it is preferable to use an etching agent that acts only on the substrate 5 and does not act on the fuel electrode 2. Through the above steps, the fuel cell 1 as shown in FIGS. 1 and 2 is completed.
次に、上記のように構成された燃料電池１の発電動作について説明する。まず、基板５の一方面５１側と他方面５２側とは予め種々の方法で隔離しておく。そして、基板５の一方面５１側には酸素などからなる酸化剤ガスを供給し、他方面５２側にはＨ２やメタンやエタンなどの炭化水素系ガスからなる燃料ガスを供給する。これによって、燃料極２には燃料ガスがガス流路６を介して供給され、また空気極３には酸化剤ガスが供給される。ここで、電解質４と基板５とで燃料極２と空気極３とを気密に隔離しているために、燃料ガスを燃料極２に、酸化剤ガスを空気極３に、それぞれ混合させずに供給することができる。なお、このときの作動温度は４００〜９００℃とすることができる。このように通常の固体酸化物形燃料電池より低い温度でも作動するのは、上述したように電解質４を印刷により薄膜状に形成することができるので、その電解質４中をイオンが移動する際の抵抗が小さくなるためである。 Next, the power generation operation of the fuel cell 1 configured as described above will be described. First, the one surface 51 side and the other surface 52 side of the substrate 5 are previously separated by various methods. An oxidant gas made of oxygen or the like is supplied to the one surface 51 side of the substrate 5, and a fuel gas made of a hydrocarbon gas such as H 2 , methane or ethane is supplied to the other surface 52 side. As a result, fuel gas is supplied to the fuel electrode 2 via the gas flow path 6, and oxidant gas is supplied to the air electrode 3. Here, since the fuel electrode 2 and the air electrode 3 are hermetically separated by the electrolyte 4 and the substrate 5, the fuel gas is not mixed with the fuel electrode 2 and the oxidant gas is not mixed with the air electrode 3, respectively. Can be supplied. In addition, the operating temperature at this time can be 400-900 degreeC. As described above, since the electrolyte 4 can be formed into a thin film by printing as described above, it operates even at a temperature lower than that of a normal solid oxide fuel cell. This is because the resistance is reduced.
以上のように、本実施形態によれば、基板５に燃料極２を形成した後にガス流路６を形成しているので、多孔質の基板を使用せずに印刷などで燃料極２を形成してもガス流路６を確保できる。 As described above, according to the present embodiment, since the gas flow path 6 is formed after the fuel electrode 2 is formed on the substrate 5, the fuel electrode 2 is formed by printing or the like without using a porous substrate. Even in this case, the gas flow path 6 can be secured.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.
例えば、上記実施形態では、基板５に燃料極２、電解質４、空気極３を形成した後にガス流路６を形成する製造方法としているが、基板５に燃料極２を形成した後であればガス流路６を形成するタイミングは電解質４を形成する前あるいは空気極３を形成する前でもよく、特に限定されるものではない。 For example, in the above embodiment, the manufacturing method is such that the gas flow path 6 is formed after the fuel electrode 2, the electrolyte 4, and the air electrode 3 are formed on the substrate 5. The timing of forming the gas flow path 6 may be before the electrolyte 4 is formed or before the air electrode 3 is formed, and is not particularly limited.
また、上記実施形態では、燃料極２を電解質４で覆うことにより、燃料極２に供給した燃料ガスが漏れるのを防止しているが、その他の方法でも燃料極２と空気極３とを気密に隔離することができる。例えば、図４に示すように、基板５の一方面５１上で燃料極２及び電解質４の周縁を囲むようガスシール部材７を別途設けることもできる。このように、ガスシール部材７を設けることで、燃料極２へ供給する燃料ガスと空気極３に供給する酸化剤ガスとを混合させないようにすることができる。 Further, in the above embodiment, the fuel electrode 2 is covered with the electrolyte 4 to prevent the fuel gas supplied to the fuel electrode 2 from leaking, but the fuel electrode 2 and the air electrode 3 are hermetically sealed by other methods. Can be isolated. For example, as shown in FIG. 4, a gas seal member 7 can be separately provided on the one surface 51 of the substrate 5 so as to surround the periphery of the fuel electrode 2 and the electrolyte 4. Thus, by providing the gas seal member 7, it is possible to prevent the fuel gas supplied to the fuel electrode 2 and the oxidant gas supplied to the air electrode 3 from being mixed.
また、上記実施形態では、各ペーストの塗布にスクリーン印刷法を用いているが、これに限定されるものではなく、ドクターブレード法、スプレーコート法、スピンコート法、リソグラフィー法、電気泳動法、ロールコート法、グラビアロ−ルコ−ト法、ディスペンサーコート法、ＣＶＤ，ＥＶＤ，スパッタリング法、転写法等の印刷方法等、その他一般的な印刷法を用いることができる。また、印刷後の後工程として、ＣＩＰ（静水圧プレス）、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）、ホットプレス、その他の一般的なプレス工程を用いることができる。さらには、ガス流路の形成方法としてエッチング以外にも、フォトリソグラフィーや切削加工など種々の方法を用いることができる。 In the above embodiment, the screen printing method is used for applying each paste. However, the present invention is not limited to this. The doctor blade method, the spray coating method, the spin coating method, the lithography method, the electrophoresis method, the roll Other general printing methods such as coating methods, gravure roll coating methods, dispenser coating methods, CVD, EVD, sputtering methods, printing methods such as transfer methods, and the like can be used. Moreover, as a post-process after printing, CIP (hydrostatic pressure press), HIP (hot isostatic press), hot press, and other general press processes can be used. In addition to etching, various methods such as photolithography and cutting can be used as a method for forming the gas flow path.
また、上記実施形態では固体酸化物形燃料電池を二室型のものとして説明をしたが、単室型の固体酸化物形燃料電池とすることができる。なお、この場合は、燃料ガスと酸化剤ガスとを別々に分けて供給する必要がないため、燃料極２と空気極３とを気密に隔離する必要がなく、電解質４の周縁４１を基板５の一方面５１に結合させたり、別途ガスシール部材を設けたりしなくてもよい。 In the above embodiment, the solid oxide fuel cell is described as a two-chamber type, but a single-chamber solid oxide fuel cell can be obtained. In this case, since it is not necessary to supply the fuel gas and the oxidant gas separately separately, it is not necessary to hermetically separate the fuel electrode 2 and the air electrode 3, and the peripheral edge 41 of the electrolyte 4 is disposed on the substrate 5. It is not necessary to couple | bond with the one side 51 of this, or to provide a gas seal member separately.
１ 固体酸化物形燃料電池
２ 燃料極（一方の電極）
３ 空気極（他方の電極）
４ 電解質
４１ 周縁
５ 基板
５１ 一方面
５２ 他方面
６ ガス流路
1 Solid oxide fuel cell 2 Fuel electrode (one electrode)
3 Air electrode (the other electrode)
4 Electrolyte 41 Perimeter 5 Substrate 51 One surface 52 Other surface 6 Gas flow path
Claims (8)
前記基板の一方面に薄膜状に形成される、燃料極及び空気極のいずれか一方の電極と、
前記一方の電極上に形成される薄膜状の電解質と、
前記電解質上に形成される薄膜状の他方の電極と、を備え、
前記基板には、その他方面と前記一方の電極とを連通させるガス流路が形成されており、
前記ガス流路は、前記基板を貫通し、前記基板上を直線状に延びている複数の溝からなる、固体酸化物形燃料電池。 A non-porous substrate;
One electrode of a fuel electrode and an air electrode formed in a thin film on one surface of the substrate;
A thin-film electrolyte formed on the one electrode;
The other electrode in the form of a thin film formed on the electrolyte,
The substrate is formed with a gas flow path that communicates the other direction with the one electrode,
The gas flow path is a solid oxide fuel cell comprising a plurality of grooves penetrating the substrate and extending linearly on the substrate .
前記一方の電極上に薄膜状の電解質を形成する工程と、
前記電解質上に薄膜状の他方の電極を形成する工程と、
前記一方の電極を形成した前記基板に、その他方面と前記一方の電極とを連通させるガス流路を前記基板を貫通するように形成する工程と、
を備え、
前記ガス流路を形成する工程において、前記ガス流路を前記基板上を直線状に延びる複数の溝状に形成する、固体酸化物形燃料電池の製造方法。 Forming one of a fuel electrode and an air electrode in a thin film on one surface of a non-porous substrate;
Forming a thin film electrolyte on the one electrode;
Forming the other electrode in the form of a thin film on the electrolyte;
Forming a gas flow path through which the other electrode and the one electrode communicate with each other on the substrate on which the one electrode is formed;
Equipped with a,
The method of manufacturing a solid oxide fuel cell , wherein in the step of forming the gas flow path, the gas flow path is formed into a plurality of grooves extending linearly on the substrate .
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