[发明专利]金属支承型电化学元件、固体氧化物型燃料电池和金属支承型电化学元件的制造方法

说明书

实现具有致密且气体阻隔性能高的电解质层的元件。金属支承型电化学元件至少具有：作为支承体的金属基板、在金属基板之上形成的电极层、在电极层之上形成的缓冲层、以及在缓冲层之上形成的电解质层。电极层为多孔质，电解质层为致密，缓冲层的致密度比电极层的致密度大且比电解质层的致密度小。

技术领域

本发明涉及至少具有：作为支承体的金属基板、在前述金属基板之上形成的电极层、在前述电极层之上形成的缓冲层、以及在前述缓冲层之上形成的电解质层的金属支承型电化学元件和固体氧化物型燃料电池以及该金属支承型电化学元件的制造方法。

背景技术

在以往的电解质支承型的固体氧化物型燃料电池（以下，记为“SOFC”。）或电极支承型的SOFC中，为了得到致密且气密性和气体阻隔性高的电解质层，进行高温（例如1400℃）下的烧结。近年来，开发了为了提高坚固性而在金属基板上支承燃料极、空气极和电解质层的金属支承型SOFC。

在专利文献1中，公开了在多孔质的金属基板上将薄膜状的燃料极层、电解质层、空气极层按照此顺序层叠后的金属支承型SOFC。在该SOFC的制造工序中，在燃料极层之上涂敷、干燥电解质层的材料之后，进行按压。之后进行烧结，形成了致密的电解质层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-234927号公报。

发明内容

发明要解决的课题

可是，即使为使用专利文献1的方法得到的电解质层，其性能也不充分，无法到达得到充分的开路电压（OCV），有改良的必要性。另一方面，当在金属支承型SOFC的制造时进行高温的热处理时，作为支承体的金属基板劣化或由于来自金属基板的Cr等的元素扩散而对SOFC的结构要素（电极层、电解质层）造成坏影响，存在SOFC的性能或耐久性降低的情况。因此，优选低的温度下的热处理。可是，当降低制造时的热处理温度时，难以得到良质的电极层或电解质层。当例如使电解质层的烧结温度变低时，难以得到致密且气密性和气体阻隔性高的电解质层。

进而，在以往的电极支承型SOFC或电解质支承型SOFC等中，例如通过共烧结而得到了金属陶瓷的阳极电极层和陶瓷的电解质层。在该情况下，各层与支承体一起同时收缩，因此，支承体上的各层从支承体接受的拘束力并没有那么大。可是，在将金属基板作为支承体的金属支承型SOFC中，在金属基板与电解质层或电极层中烧结时的收缩率不同，因此，在金属基板上形成电解质层和电极层时，电解质层和电极层从金属基板接受的拘束力变大。因此，在金属基板上形成针对以热冲击（heat shock）为首的各种应力的耐性高且性能、可靠性、稳定性优越的多孔质的电极层、以及致密且气密性和气体阻隔性高的电解质层是非常困难的。

即，在能够抑制金属基板的损伤的例如1100℃以下的温度区域中得到在金属基板上具有性能、可靠性、稳定性优越的多孔质的电极层以及致密且气密性和气体阻隔性高的电解质层的金属支承型SOFC是非常困难的，尤其，将烧结所需要的温度区域高的YSZ等氧化锆类材料用作电解质是极其困难的。

本发明是鉴于上述的课题而完成的，其目的在于实现在金属基板上具有多孔质的电极层和致密且气密性和气体阻隔性高的电解质层的性能、可靠性、稳定性优越的金属支承型电化学元件。

用于解决课题的方案

用于达成上述目的的本发明的金属支承型电化学元件的特征结构在于以下方面：至少具有：作为支承体的金属基板、在所述金属基板之上形成的电极层、在所述电极层之上形成的缓冲层、以及在所述缓冲层之上形成的电解质层，所述电极层为多孔质，所述电解质层为致密，所述缓冲层的致密度比所述电极层的致密度大且比所述电解质层的致密度小。