[发明专利]固体氧化物型燃料电池的空气极材料粉体

说明书

根据本发明，提供固体氧化物型燃料电池的空气极材料粉体，其是由用通式ABO₃表示，且含有La和Sr作为A元素，含有Co和Fe作为B元素的钙钛矿型复合氧化物的粒子构成的粉体，其中，上述粒子含有粒径为0.2μm以上的粗粒和粒径低于0.2μm的微粒，上述微粒按个数基准计为总粒子数的60%以上，并且按个数基准占总微粒数的40%以上的比例的微粒的表面层中的Sr/La原子比为上述粗粒的表面层中的Sr/La原子比的3倍以上。这样的空气极材料粉体在将其制成糊，并将其涂布在电解质基板上，进行烧结，从而形成空气极时，该空气极中不产生裂纹。

技术领域

本发明涉及用于形成固体氧化物型燃料电池的空气极的材料粉体。以下有时将用于形成固体氧化物型燃料电池的空气极的材料粉体简称为空气极材料粉体。在本发明中，上述空气极材料粉体不只包括用于形成固体氧化物型燃料电池的空气极的材料粉体，也包括用于形成固体氧化物型燃料电池的集电体的材料粉体。因此，本发明的空气极材料粉体不只可适用于固体氧化物型燃料电池的空气极，也可适用于形成固体氧化物型燃料电池的集电体。

更具体而言，本发明涉及一种空气极材料粉体，所述粉体在糊化，并将其涂布在固体氧化物电解质上，进行烧结，从而形成固体氧化物型燃料电池的空气极时，该空气极上难以产生裂缝。此外，本发明涉及可适用于设置固体氧化物型燃料电池的集电体的空气极材料粉体。

背景技术

近年来，燃料电池作为清洁能源而受到关注。其中，使用具有离子传导性的固体氧化物作为电解质的固体氧化物型燃料电池(以下有时称为SOFC。)的工作温度高达800~1000℃左右，不仅发电效率高，而且还具有可使用烃系燃料或一氧化碳气体作为燃料，此外可利用废热的优点，期待从家庭用到大规模发电的广泛的应用，一部分已经实用化。

众所周知，这样的SOFC中，作为基本结构，具有：在供给空气的空气极(阴极)与供给燃料(通常是氢)的燃料极(阳极)之间配置固体氧化物电解质层而成的燃料电池单电池，并且根据需要，在上述空气极与上述电解质层之间具有用于防止两者间的反应的防反应层(也称为中间层、阻挡层。)。

通过作为导电性的接合部件的互连器或集电体将多个上述燃料电池单电池串联电连接，构成为具有所需的电动势的燃料电池电池组(cell stack)。上述互连器还作为将上述燃料和空气相互分离的间隔壁起作用。例如为了在降低从空气极的集电损失的同时，提高空气极与互连器之间的密合性，将上述集电体配设在空气极与互连器之间等。

目前，电解质层代表性地例如使用氧化钇稳定化氧化锆的烧结体，近年来，为了使SOFC提高输出功率，空气极使用同时具有电子传导性和离子传导性的混合传导性的具有ABO₃结构的钙钛矿型复合氧化物、例如(La,Sr)(Co,Fe)O₃ (例如参照专利文献1)。

另外，空气极例如通过将空气极材料粉体用树脂溶液制成糊，将其涂布在电解质上形成生坯层，并将其烧结而形成。

但是，在通过如上所述的方法，将由钙钛矿型氧化物构成的空气极材料粉体糊化，将其涂布在电解质层表面上，并进行烧结，从而将上述粉体在电解质层表面呈层状烧接以形成空气极时，由于上述钙钛矿型氧化物与电解质层的热膨胀系数不同，所以形成的空气极中产生裂纹，或形成的空气极从电解质层剥离，因此，有得到的SOFC的性能降低的问题。

因此，作为即使在空气极与电解质层之间的热膨胀系数的差异大的情况下，空气极也难以产生裂纹或剥离等缺陷的方法，提出了使用平均粒径不同的2种空气极材料粉体。根据该方法，即使在空气极材料与电解质材料的热膨胀系数之差大的情况下，也可抑制空气极材料的生坯层在烧结时的收缩，因此空气极中难以产生裂纹(参照专利文献2)。