JP5809159B2 - 燃料電池用のアッセンブリー及びそれの製造法 - Google Patents
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Description
1)任意に、拡散バリア層(支持材と電極、特にアノードとの間の金属相互拡散を阻止するためのもの)、
2)第一の電極(アノードまたはカソード)、
3)電解質、
4)任意に、特にLSCF(ランタン−ストロンチウム−コバルト−フェライト)からできた高性能カソードの場合に、電解質と電極との間の反応を阻止するための拡散バリア層、
5)第二の電極(カソードまたはアノード)。
S: FeCr合金またはCFY合金。
D: LSMまたはCGOでできた拡散バリア。
A: Ni/8YSZ(ニッケルと、8モル%の酸化イットリウムで安定化された二酸化ジルコンとからなるサーメット混合物)またはNiO/8YSZ(酸化ニッケルと、8モル%の酸化イットリウムで安定化された二酸化ジルコンとの混合物)。
AD: YSZ(酸化イットリウム安定化二酸化ジルコニウム)またはScSZ(酸化スカンジウム安定化二酸化ジルコニウム)。
E: CGO。
K: LSCGまたはLSMまたはLSC。
S: FeCr合金またはCFY合金。
K: LSMまたはLSCFまたはLSC。
AD: CGO。
E: YSZまたはScSZ。
A: Ni/8YSZまたはNiO/8YSZ。
Claims (27)
- 電極(A、K)、電解質(E)、並びに電極(A、K)及び電解質(E)のためのキャリアとしての金属製多孔性キャリア支持材(S)を備えた、燃料電池用のアッセンブリーであって、電極(A、K)と電解質(E)との間に、電極(A、K)に電解質(E)を適応させるためのアダプテーション層(AD)が配置され、
この際、
アダプテーション層(AD)の平均孔径が、電極(A、K)の平均孔径よりも小さく、及び
アダプテーション層(AD)が、ドープド酸化ジルコニウムからできており、ここで、ドーピングが、Y、Sc、Al、Sr、Caの群からのドーピング元素の少なくとも一種の酸化物を含むか、またはアダプテーション層(AD)が、ドープド酸化セリウムからできており、ここで、ドーピングが、希土元素の群及び/またはY、Sc、Al、Sr、Caの群からのドーピング元素の少なくとも一種の酸化物を含む、
ことを特徴とする、前記アッセンブリー。 - 前記希土元素が、Gd及びSmから選択されることを特徴とする、請求項1のアッセンブリー。
- アダプテーション層(AD)の平均孔径が、電極(A、K)の平均孔径と比べて最大でもその半分の大きさであることを特徴とする、請求項1または2のアッセンブリー。
- アダプテーション層(AD)の平均孔径が最大でも500nmであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つのアッセンブリー。
- アダプテーション層(AD)の平均孔径が最大でも350nmであることを特徴とする、請求項4のアッセンブリー。
- アダプテーション層(AD)が、2.5μm未満の平均表面粗さR q を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つのアッセンブリー。
- アダプテーション層(AD)が、最大でも1.5μmの平均表面粗さR q を有することを特徴とする、請求項6のアッセンブリー。
- アダプテーション層(AD)が、最大でも1.0μmの平均表面粗さR q を有することを特徴とする、請求項6のアッセンブリー。
- キャリア支持材(S)と電極(A、K)との間に拡散バリア(D)を有することを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一つのアッセンブリー。
- 電極がアノード(A)として形成されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一つのアッセンブリー。
- 電解質(E)が、アダプテーション層(AD)の電解質(E)側の層表面に直接配置されることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一つのアッセンブリー。
- アダプテーション層(AD)が、3〜20μmの厚さを有することを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一つのアッセンブリー。
- アダプテーション層(AD)が、3〜7μmの厚さを有することを特徴とする、請求項12のアッセンブリー。
- 電解質(E)が、0.2〜10μmの厚さを有することを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一つのアッセンブリー。
- 電解質(E)が、1〜3μmの厚さを有することを特徴とする、請求項14のアッセンブリー。
- 電子非伝導性材料からできた電解質(E)を特徴とする、請求項1〜15のいずれか一つのアッセンブリー。
- ドープド酸化ジルコニウムからできた電解質(E)であって、ドーピングが、Y、Sc、Al、Sr、Caの群からのドーピング元素の少なくとも一種の酸化物を含むことを特徴とする、請求項16のアッセンブリー。
- イオン及び電子伝導性材料からできた電解質(E)を特徴とする、請求項1〜15のいずれか一つのアッセンブリー。
- ドープド酸化セリウムからできた電解質(E)であって、この際、ドーピングが、希土元素の群及び/またはY、Sc、Al、Sr、Caの群からのドーピング元素の少なくとも一種の酸化物を含むことを特徴とする、請求項18のアッセンブリー。
- 前記希土元素が、Gd及びSmから選択されることを特徴とする、請求項19のアッセンブリー。
- 電極(A、K)及び電解質(E)を備えた、燃料電池用のアッセンブリーの製造方法であって、次のプロセスステップ;
a)電極(A、K)及び電解質(E)のためのキャリアとしての金属製多孔性キャリア支持材(S)を用意するステップ、
b)キャリア支持材(S)上に電極(A、K)を施与するステップ、
c)電極(A、K)に電解質(E)を適応させるために、電極(A、K)上に多孔性アダプテーション層(AD)を施与するステップ、但しここで、
アダプテーション層(AD)の平均孔径は、電極(A、K)の平均孔径よりも小さく、
アダプテーション層(AD)は、ドープド酸化ジルコニウムからできており、ここで、ドーピングが、Y、Sc、Al、Sr、Caの群からのドーピング元素の少なくとも一種の酸化物を含むか、またはアダプテーション層(AD)は、ドープド酸化セリウムからできており、ここで、ドーピングが、希土元素の群及び/またはY、Sc、Al、Sr、Caの群からのドーピング元素の少なくとも一種の酸化物を含み、
及び
d)アダプテーション層(AD)上に電解質(E)を施与するステップ、
を含む、前記方法。 - キャリア支持材(S)と電極(A、K)との間で、キャリア支持材(S)上に拡散バリア(D)が施与されることを特徴とする、請求項21の方法。
- アダプテーション層(AD)が電極(A、K)上に湿式化学的に施与されることを特徴とする請求項21または22の方法。
- アダプテーション層(AD)が多層状に施与されることを特徴とする、請求項21〜23のいずれか一つの方法。
- 施与されたアダプテーション層(AD)が焼結によって処理されることを特徴とする、請求項21〜24のいずれか一つの方法。
- 焼結温度が950〜1300℃であることを特徴とする、請求項25の方法。
- 電解質材料が、気相堆積法またはゾル−ゲル法によってアダプテーション層(AD)上に施与されることを特徴とする、請求項21〜26のいずれか一つの方法。
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