[发明专利]固体氧化物型燃料电池单电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物型燃料电池单电池。

背景技术

近年来一直致力于进行低温工作型固体氧化物型燃料电池的研究，其目的是使固体氧化物型燃料电池的工作温度降低至600℃～800℃左右。作为低温工作型固体氧化物型燃料电池的固体电解质材料，提出了镓酸镧氧化物（例如参照日本国特开2002-15756号公报（第1-9页，图1-图9）以及日本国特开平11-335164号公报（第1-12页，图1-图12））。在镓酸镧氧化物用作固体电解质材料的固体氧化物型燃料电池中，作为支撑体材料采用热膨胀极为相似的NiO-YSZ。但是，NiO-YSZ价格昂贵，因此希望有价格便宜的支撑体材料。对此，提出了作为支撑体材料使用价格较为便宜的镁橄榄石质烧结体（参照日本国特开2005-93241号公报）。

专利文献1：日本国特开2002-15756号公报

专利文献2：日本国特开平11-335164号公报

专利文献3：日本国特开2005-93241号公报。

但是，作为支撑体材料使用镁橄榄石而制作了在多孔质支撑体表面上依次层叠有内侧电极、固体电解质及外侧电极的固体氧化物型燃料电池单电池时，由于多孔质支撑体的Mg/Si摩尔比，所层叠的电解质无法变得致密，其结果，可知无法得到所希望的发电性能，或发电性能随时间而下降。另外，来自杂质的氧化物的量变多时，电解质的组成发生变化，而且电解质无法变得致密，其结果，可知无法得到所希望的发电性能，或发电性能随时间而下降。

发明内容

发现上述现象的本发明人发现通过使多孔质支撑体的Mg/Si比以及来自杂质的氧化物的量处于规定范围，而能够抑制上述现象。本发明是基于上述见解而进行的。即，本发明是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成，所述多孔质支撑体的Mg/Si比以摩尔比为1.90以上且2.2以下，并且，在使用Cu-Kα射线的粉末X射线衍射图谱中，衍射角2θ=26.5^o～27.0^o处出现的最大峰高A与36.5^o～37.0^o处出现的最大峰高B的比A/B为0.0%以上且9.0%以下。当Mg/Si<1.90时，在共烧时固体电解质的成分与多孔质支撑体的Si成分（来自游离二氧化硅）发生反应从而固体电解质发生变性。因此，发电性能的初期性能及长期稳定性一起下降。另一方面，当Mg/Si>2.2时，由于MgO的单独相较多，多孔质支撑体的热收缩率变小，因此在共烧时固体电解质的收缩也变少，固体电解质无法变得致密，发电性能下降。另外，当比A/B超过9.0%时，在共烧时来自杂质的氧化物与固体电解质发生反应从而固体电解质发生变性。因而，通过使多孔质支撑体的Mg/Si比及峰比A/B处于规定范围，可以防止高温环境下的燃料电池单电池的化学变化，因此，可以提供发电性能和耐久性优异的燃料电池单电池。另外，衍射角2θ=26.5^o～27.0^o处出现的峰是来自杂质的峰，衍射角2θ=36.5^o～37.0^o处出现的峰是来自主成分即镁橄榄石的峰。因而，比A/B表示来自杂质的氧化物的量。关于粉末X射线衍射法所使用的试样粉末，既可以将多孔质支撑体的原料粉末直接用于测定，也可以在将燃料电池单电池的多孔质支撑体粉碎成粉末之后用于测定。

本发明优选所述固体电解质包含镓酸镧系氧化物而构成，更理想的是所述固体电解质包含掺杂有Sr及Mg的镓酸镧系氧化物而构成。通过使Mg/Si比处于上述范围，在与固体电解质进行共烧时，可以抑制Sr、Mg的扩散而保持镓酸镧系氧化物的结晶结构，同时可形成致密的固体电解质层，因此，发电性能和长期稳定性优异。

另外，所述固体电解质优选由通式La_1-aSr_aGa_1-b-cMg_bCo_cO₃（但是0.05≤a≤0.3、0<b<0.3、0≤c≤0.15）表示。由此，可以在低温下得到高发电性能。由于可以在低温下进行运行，因此支撑体的稳定性进一步提高。