[发明专利]固体氧化物型燃料电池单电池及其制造方法

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及其制造方法。

背景技术

为了以便宜的价格提供固体氧化物型燃料电池单电池，提出了通过由镁橄榄石构成的烧结体来制作支撑体(参照日本国特开2005-93241号公报)。而且，在日本国特开2005-93241号公报中公开有，由于镁橄榄石的热膨胀率与固体电解质近似，因此可以防止燃料电池单电池的断裂或漏气。

专利文献1：日本国特开2005-93241号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池单电池，在将镁橄榄石用于支撑体的燃料电池单电池中，提高发电性能、长期稳定性等。

本发明人发现通过在含有镁橄榄石的多孔质支撑体中配合锶，从而多孔质支撑体的强度增大，同时对透气性产生影响的连通的气孔的直径和量变大。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，以SrO换算相对于所述镁橄榄石的质量还含有0.02质量％以上且1质量％以下的锶元素而构成。可以认为通过使多孔质支撑体以规定浓度含有锶，形成多孔质支撑体的烧结粒子的一次粒子由于烧成而生长，从而强度提高。另外，可以认为在一次粒子由于烧成而生长的过程中气孔也生长，其结果，对透气性产生影响的连通的气孔的直径变大。另外，通常气孔量和强度存在相关性，气孔量变多时强度降低。但是，在本发明中，通过在多孔质支撑体中配合锶，从而不使多孔质支撑体的强度降低(强度反倒提高)便能增多气孔量。因而，在本发明中，可以在提高多孔质支撑体的强度的同时增多气孔量，并且增大连通的气孔径，即提高多孔质支撑体的透气性。据此，本发明可以使固体氧化物型燃料电池单电池的发电性能提高，进而使发电稳定(也就是提高耐久性)。

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。如果是镓酸镧系氧化物(理想的是LSGM)，则由于可以在运行时的温度为600°C～800C的较低的温度区域进行发电，因此不容易引起多孔质支撑体的化学变化。

另外，包含于所述固体电解质的掺杂有Sr及Mg的镓酸镧系氧化物优选由通式La_1-aSr_aGa_1-b-cMg_bCo_c0₃(但是0.05<a<0.3、0<b<0.3、0≤c≤0.15)表示。

在本发明中，所述多孔质支撑体优选至少在所述内侧电极层叠侧的表面区域中，不含钙元素(Ca)，或者钙元素浓度以CaO换算为0.2质量％以下。通过降低多孔质支撑体表面的钙元素浓度，可以在(单电池制造过程中的)烧成时防止镓酸镧系氧化物的掺杂剂的扩散。如果能够防止掺杂剂扩散，则能够保持固体电解质的结晶结构，因此，发电性能长期稳定。多孔质支撑体中含有的Ca因烧成而向多孔质支撑体之外移动，与从各层移动过来的其它元素结合而在支撑体和内侧电极之间形成扩散层。通过降低多孔质支撑体中的钙元素浓度，可防止形成含有Ca及其它元素的扩散层。另外，在烧成后也能保持固体电解质的结晶结构。另外，镓酸镧系氧化物中含有的掺杂剂Sr因为多孔质支撑体中含有的Ca而容易从结晶脱离，并与Ca一起形成扩散层。因而，当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时，降低多孔质支撑体中含有的钙元素浓度则对于在烧成后也能保持镓酸镧系氧化物的结晶结构就很重要。另外，所述多孔质支撑体优选是至少由2个层构成的成形体。通过使多孔质支撑体成为具备至少2个层的结构，从而可以组合使Ca浓度减少的层和Ca浓度较高的高强度的层，其中Ca成为使固体电解质的掺杂剂脱离的原因，因此，能够容易制造高性能的单电池。另外，所述多孔质支撑体的硫浓度优选小于0.01质量％。如果硫浓度为0.01质量％以上，则层叠于多孔质支撑体的燃料极中的NiO会因硫而中毒。通过使所述多孔质支撑体的硫浓度小于0.01质量％，从而能得到稳定的发电性能。

另外，本发明涉及一种多孔质支撑体的制造方法，是在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用多孔质支撑体的制造方法，其特征在于，包括：对含有镁橄榄石且以SrO换算相对于所述镁橄榄石的质量还含有0.02质量％以上且1质量％以下的锶元素的成形体进行烧成而形成所述多孔质支撑体。

根据本发明，可以提供一种发电性能大且长期稳定性也优异的燃料电池单电池。