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JP2016115506A - Metal support SOFC - Google Patents

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JP2016115506A
JP2016115506A JP2014252663A JP2014252663A JP2016115506A JP 2016115506 A JP2016115506 A JP 2016115506A JP 2014252663 A JP2014252663 A JP 2014252663A JP 2014252663 A JP2014252663 A JP 2014252663A JP 2016115506 A JP2016115506 A JP 2016115506A
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JP
Japan
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layer
support
anode layer
metal support
anode
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JP2014252663A
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Japanese (ja)
Inventor
喜樹 植田
Yoshiki Ueda
喜樹 植田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce anxiety about the occurrence of exfoliation at a position between an anode layer and an electrolyte layer.SOLUTION: A metal support SOFC has a laminated structure in which an anode layer 18 containing Ni and an electrolyte layer 16 are sequentially laminated on a support body 14 of a porous metal containing Fe and Cr. A part of Fe and Cr contained in the support body 14 is diffused in the anode layer 18 and a part of Ni contained in the anode layer 18 is diffused in the support body 14. The amount of Fe and Cr diffused in the anode layer 18 is reduced as it goes farther from the composition surface between the support body 14 and the anode layer 18. The amount of Ni diffused in the support body is similarly reduced as it goes farther from the composition surface of the support body 14 and the anode layer 18.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、メタルサポートSOFC(Solid Oxide Fuel Cell)に関し、特に、Fe(鉄)およびCr(クロム)を含有する多孔質金属の支持体に、Ni(ニッケル)を含有するアノード層と電解質層とが順に積層された構造を有する、メタルサポートSOFCに関する。   The present invention relates to a metal support SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), in particular, a porous metal support containing Fe (iron) and Cr (chromium), an anode layer containing Ni (nickel), an electrolyte layer, The present invention relates to a metal support SOFC having a structure in which are sequentially stacked.

メタルサポートSOFCでは、アノード層,電解質層およびカソード層を積層した発電セルが、フェライト系ステンレスを材料とする多孔質の支持体上に形成される。このとき、支持体は発電セルをなすアノード層と接する。また、支持体はFeおよびCrを含有し、アノード層はNiおよび安定化ジルコニアを含有し、そして電解質層は安定化ジルコニアを含有する。   In the metal support SOFC, a power generation cell in which an anode layer, an electrolyte layer, and a cathode layer are laminated is formed on a porous support made of a ferritic stainless steel. At this time, the support is in contact with the anode layer forming the power generation cell. The support also contains Fe and Cr, the anode layer contains Ni and stabilized zirconia, and the electrolyte layer contains stabilized zirconia.

特表2012−508320号Special table 2012-508320

しかし、電解質を緻密化するために発電セルおよび支持体を1100℃以上で焼成すると、支持体からFeおよびCrがアノード層に拡散またはアノード層から支持体にNiが拡散し、支持体またはアノード層の各々の成分の少なくとも一部がFeCrNiからなる合金に変質する。   However, when the power generation cell and the support are fired at 1100 ° C. or higher in order to densify the electrolyte, Fe and Cr diffuse from the support to the anode layer or Ni diffuses from the anode layer to the support, and the support or anode layer At least a part of each of these components is transformed into an alloy made of FeCrNi.

アノード層または支持体に形成されたFeCrNiからなる合金の熱膨張係数はアノード層が含有する安定化ジルコニアの熱膨張係数よりも大きい。これによってアノード層が含有する安定化ジルコニアと、アノード層または支持体に形成されたFeCrNiからなる合金と、の間で剥離が生じるおそれがある。   The thermal expansion coefficient of the alloy composed of FeCrNi formed on the anode layer or the support is larger than that of the stabilized zirconia contained in the anode layer. This may cause separation between the stabilized zirconia contained in the anode layer and the alloy composed of FeCrNi formed on the anode layer or the support.

それゆえに、この発明の主たる目的は、アノード層と電解質層との間の位置で剥離が生じる懸念を軽減することができる、メタルサポートSOFCを提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a metal support SOFC that can alleviate the concern that peeling occurs at a position between an anode layer and an electrolyte layer.

この発明に係るメタルサポートSOFCは、FeおよびCrを含有する多孔質金属の支持体に、Niを含有するアノード層と電解質層とが順に積層された積層構造を有するメタルサポートSOFCであって、アノード層中のFeおよびCrの量は支持体から電解質層に向かうにつれて減少する。   A metal support SOFC according to the present invention is a metal support SOFC having a laminated structure in which an anode layer containing Ni and an electrolyte layer are sequentially laminated on a porous metal support containing Fe and Cr. The amount of Fe and Cr in the layer decreases as it goes from the support to the electrolyte layer.

好ましくは、支持体は互いに反対の方向を向く一方主面および他方主面を有し、アノード層は一方主面と接合し、支持体中のNiの量は一方主面から他方主面に向かうにつれて減少する。   Preferably, the support has one main surface and the other main surface facing in opposite directions, the anode layer is bonded to the one main surface, and the amount of Ni in the support is from one main surface to the other main surface. Decreases as

さらに好ましくは、支持体に拡散したNiは全て合金化している。   More preferably, all Ni diffused in the support is alloyed.

好ましくは、アノード層は電解質層と共焼結した層である。   Preferably, the anode layer is a layer co-sintered with the electrolyte layer.

好ましくは、積層構造は、アノード層と電解質層と犠牲層とからなる焼結体を共焼結で作製し、焼結体に支持体を接合して接合体を作製し、接合体から犠牲層を除去してなる。   Preferably, in the laminated structure, a sintered body including an anode layer, an electrolyte layer, and a sacrificial layer is manufactured by co-sintering, and a bonded body is manufactured by bonding a support to the sintered body. Is removed.

さらに好ましくは、焼結体は1100℃以上の温度で作製され、接合体は1050℃以下の温度で作製される。   More preferably, the sintered body is produced at a temperature of 1100 ° C. or higher, and the joined body is produced at a temperature of 1050 ° C. or lower.

支持体に含有されるFeおよびCrの一部がNiを含有するアノード層に拡散すると、FeCrNiからなる合金がアノード層に形成される。ただし、アノード層中のFeおよびCrの量は、支持体から電解質層に向かうにつれて減少する。この結果、アノード層の熱膨張係数は、支持体から電解質層に向かうにつれて、電解質層の熱膨張係数に近づく。これによって、アノード層と電解質層との間の位置で剥離が生じる懸念を軽減することができる。   When part of Fe and Cr contained in the support diffuses into the anode layer containing Ni, an alloy made of FeCrNi is formed in the anode layer. However, the amount of Fe and Cr in the anode layer decreases as it goes from the support to the electrolyte layer. As a result, the thermal expansion coefficient of the anode layer approaches the thermal expansion coefficient of the electrolyte layer as it goes from the support to the electrolyte layer. As a result, it is possible to reduce the concern that peeling occurs at a position between the anode layer and the electrolyte layer.

この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。   The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.

メタルサポートSOFCの構造の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the structure of metal support SOFC. メタルサポートSOFCを製造する過程で作製される積層体の構造の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the structure of the laminated body produced in the process of manufacturing metal support SOFC. メタルサポートSOFCを製造する過程で作製される接合体の構造の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the structure of the joined body produced in the process of manufacturing metal support SOFC. 図3に示す接合体から犠牲層を除去した状態の一例を示す図解図である。FIG. 4 is an illustrative view showing one example of a state where a sacrificial layer is removed from the joined body shown in FIG. 3. 実施例1〜6および比較例1〜2の各々のメタルサポートSOFCの構造の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the structure of each metal support SOFC of Examples 1-6 and Comparative Examples 1-2. 比較例5のメタルサポートSOFCの構造の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the structure of the metal support SOFC of the comparative example 5. 比較例6のメタルサポートSOFCを製造する過程で作製される積層体の構造の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the structure of the laminated body produced in the process of manufacturing the metal support SOFC of the comparative example 6. 比較例6のメタルサポートSOFCの構造の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the structure of the metal support SOFC of the comparative example 6. メタルサポートSOFCが搭載された燃料電池ユニットの構造の一例を示す図解図である。It is an illustration figure which shows an example of the structure of the fuel cell unit carrying the metal support SOFC.

図1を参照して、メタルサポートSOFCは、電解質層16,アノード層18およびカソード層20からなる発電セル12と、発電セル12を支持する支持体14とを備える。発電セル12において、電解質層16はアノード層18およびカソード層20によって挟持される。すなわち、電解質層16の下面にアノード層18が形成され、電解質層16の上面にカソード層20が形成される。このような発電セル12を作製する中間段階では、図2に示す犠牲層22が電解質層16の上面に形成される。
[実施例1〜6および比較例1〜2]
With reference to FIG. 1, the metal support SOFC includes a power generation cell 12 including an electrolyte layer 16, an anode layer 18, and a cathode layer 20, and a support 14 that supports the power generation cell 12. In the power generation cell 12, the electrolyte layer 16 is sandwiched between the anode layer 18 and the cathode layer 20. That is, the anode layer 18 is formed on the lower surface of the electrolyte layer 16, and the cathode layer 20 is formed on the upper surface of the electrolyte layer 16. In an intermediate stage for producing such a power generation cell 12, a sacrificial layer 22 shown in FIG. 2 is formed on the upper surface of the electrolyte layer 16.
[Examples 1-6 and Comparative Examples 1-2]

実施例1〜6および比較例1〜2の各々において、電解質層16,アノード層18,カソード層20,犠牲層22および支持体14は、以下のように構成される。
(電解質層)
In each of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, the electrolyte layer 16, the anode layer 18, the cathode layer 20, the sacrificial layer 22, and the support 14 are configured as follows.
(Electrolyte layer)

電解質層16は、イオン導電性が高い固体酸化物からなり、たとえば安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアによって形成される。安定化ジルコニアの具体例としては、10mol%イットリア安定化ジルコニア(10YSZ),11mol%スカンジア安定化ジルコニア(11ScSZ)などが挙げられる。また、部分安定化ジルコニアの具体例としては、3mol%イットリア部分安定化ジルコニア(3YSZ)などが挙げられる。   The electrolyte layer 16 is made of a solid oxide having high ionic conductivity, and is formed of, for example, stabilized zirconia or partially stabilized zirconia. Specific examples of the stabilized zirconia include 10 mol% yttria stabilized zirconia (10YSZ), 11 mol% scandia stabilized zirconia (11ScSZ), and the like. Specific examples of the partially stabilized zirconia include 3 mol% yttria partially stabilized zirconia (3YSZ).

また、Sm,Gdなどがドープされたセリア系酸化物によって電解質層16を形成したり、LaGaO3を母体として、Laの一部およびGaの一部をSrおよびMgでそれぞれ置換したLa0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O(3−δ)などのペロブスカイト型酸化物によって電解質層16を形成したりすることもできる。ただし、実施例1〜6および比較例1〜2では、11mol%スカンジア安定化ジルコニア(11ScSZ)を採用した。
(アノード層)
In addition, the electrolyte layer 16 is formed of a ceria-based oxide doped with Sm, Gd, or the like, or La0.8Sr0.2Ga0 in which a part of La and a part of Ga are substituted with Sr and Mg, respectively, using LaGaO3 as a base material. Alternatively, the electrolyte layer 16 may be formed of a perovskite oxide such as .8Mg0.2O (3-δ). However, in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, 11 mol% scandia-stabilized zirconia (11ScSZ) was employed.
(Anode layer)

アノード層18では、酸素イオンと燃料ガスとが反応し、これによって電子が放出される。アノード層18は、多孔質で電子伝導性が高い層であり、好ましくは高温において電解質層16などと固体間反応を起こし難い層とされる。また、アノード層18は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)・ニッケル金属の多孔質サーメットや、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)・ニッケル金属の多孔質サーメットなどによって形成される。ただし、実施例1〜6および比較例1〜2では、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)・ニッケル金属の多孔質サーメットを採用した。
(カソード層)
In the anode layer 18, oxygen ions react with the fuel gas, thereby releasing electrons. The anode layer 18 is a porous layer having a high electron conductivity, and is preferably a layer that hardly reacts with the electrolyte layer 16 or the like at a high temperature. The anode layer 18 is made of yttria-stabilized zirconia (YSZ) / nickel metal porous cermet, scandia-stabilized zirconia (ScSZ) / nickel metal porous cermet, or the like. However, in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, a scandia-stabilized zirconia (ScSZ) / nickel metal porous cermet was employed.
(Cathode layer)

カソード層20では、酸素が電子を取り込むことで酸素イオンが形成される。カソード層20もまた、多孔質で電子伝導性が高い層であり、好ましくは高温において電解質層16などと固体間反応を起こし難い層とされる。また、カソード層20は、LaMnO3系酸化物,LaCoO3系酸化物などによって形成され、たとえばLa0.8Sr0.2MnO3(通称:LSM),La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3(通称:LSCF)などが挙げられる。ただし、実施例1〜6および比較例1〜2では、La0.8Sr0.2MnO3を採用した。
(犠牲層)
In the cathode layer 20, oxygen ions are formed by oxygen taking in electrons. The cathode layer 20 is also a porous layer having a high electron conductivity, and is preferably a layer that hardly causes a solid-solid reaction with the electrolyte layer 16 or the like at a high temperature. The cathode layer 20 is made of LaMnO 3 oxide, LaCoO 3 oxide, or the like, such as La0.8Sr0.2MnO3 (common name: LSM), La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3 (common name: LSCF), or the like. It is done. However, in Examples 1-6 and Comparative Examples 1-2, La0.8Sr0.2MnO3 was employed.
(Sacrificial layer)

犠牲層22の材料としては、電解質層16との密着性が高く、一方で電解質層16から容易に除去できる性質のものが選ばれる。たとえば、熱膨張係数が電解質層16と同等の多孔質安定化ジルコニア,多孔質部分安定化ジルコニア等によって、犠牲層22が形成される。ただし、実施例1〜6および比較例1〜2では、多孔質の11mol%スカンジア安定化ジルコニア(11ScSZ)を採用した。
(支持体)
As a material for the sacrificial layer 22, a material having high adhesiveness to the electrolyte layer 16 and having a property of being easily removed from the electrolyte layer 16 is selected. For example, the sacrificial layer 22 is formed of porous stabilized zirconia, porous partially stabilized zirconia, or the like having a thermal expansion coefficient equivalent to that of the electrolyte layer 16. However, in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, porous 11 mol% scandia-stabilized zirconia (11ScSZ) was employed.
(Support)

支持体14の材料としては、電解質層16の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するフェライト系ステンレス(Fe,Crを含有)が使用される。実施例1〜6および比較例1〜2では、SUS430を材料としかつ厚みが500μmの多孔質板を採用した。
[作製方法]
As the material of the support 14, ferritic stainless steel (containing Fe and Cr) having a thermal expansion coefficient close to that of the electrolyte layer 16 is used. In Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, a porous plate made of SUS430 and having a thickness of 500 μm was used.
[Production method]

続いて、実施例1〜6および比較例1〜2の各々におけるメタルサポートSOFCの作製方法を以下に述べる。   Subsequently, a method for producing a metal support SOFC in each of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 will be described below.

まず、ポリビニルブチラール系バインダーと有機溶媒としてのエタノールおよびトルエンの混合物(重量比率で混合比が1:4)とを、電解質層16,アノード層18および犠牲層22の各々の原料粉末に混合する。次に、ドクターブレード法によって、電解質層16,アノード層18および犠牲層22の各々のグリーンシートを作製する。なお、アノード層18および犠牲層22に最終的に形成される気孔の比率は、バインダーと原料粉末との割合で調整する。   First, a polyvinyl butyral binder and a mixture of ethanol and toluene as an organic solvent (weight ratio is 1: 4) are mixed into the raw material powders of the electrolyte layer 16, the anode layer 18, and the sacrificial layer 22. Next, green sheets of each of the electrolyte layer 16, the anode layer 18, and the sacrificial layer 22 are produced by a doctor blade method. The ratio of pores finally formed in the anode layer 18 and the sacrificial layer 22 is adjusted by the ratio of the binder and the raw material powder.

続いて、アノード層18の厚みが50μmとなり、電解質層16の厚みが50μmとなり、犠牲層22の厚みが300μmとなるように各グリーンシートを積層し、1000kgf/cmの圧力および80℃の温度で2分間の冷間静水圧成形を施す。これらの作業は実施例1〜6および比較例1〜2の各々に対応して実行され、これによって、アノード層18,電解質層16および犠牲層22が互いに圧着した8つの積層体が作製される。作製された各積層体は、図2に示す構造をなす。 Subsequently, the green sheets were laminated so that the anode layer 18 had a thickness of 50 μm, the electrolyte layer 16 had a thickness of 50 μm, and the sacrificial layer 22 had a thickness of 300 μm, a pressure of 1000 kgf / cm 2 and a temperature of 80 ° C. And cold isostatic pressing for 2 minutes. These operations are performed corresponding to each of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, and thereby, eight laminated bodies in which the anode layer 18, the electrolyte layer 16, and the sacrificial layer 22 are pressure-bonded to each other are manufactured. . Each produced laminate has a structure shown in FIG.

作製された8つの積層体はいずれも、大気中において300〜500℃の温度範囲で脱脂処理を施す。脱脂処理を経た8つの積層体はその後、大気中において実施例1〜6および比較例1〜2の焼成温度で共焼結を施される。表1によれば、焼成温度は、実施例1〜3,6および比較例1〜2について1200℃に設定され、実施例4について1100℃に設定され、実施例5について1300℃に設定される。

Figure 2016115506
All of the produced eight laminated bodies are degreased in the temperature range of 300 to 500 ° C. in the atmosphere. The eight laminates that have undergone the degreasing treatment are then co-sintered at the firing temperatures of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 in the air. According to Table 1, the firing temperature is set to 1200 ° C. for Examples 1-3, 6 and Comparative Examples 1-2, 1100 ° C. for Example 4, and 1300 ° C. for Example 5. .
Figure 2016115506

こうして実施例1〜6および比較例1〜2にそれぞれ対応する8つの焼結体が作製されると、各焼結体をなすアノード層18の下面を平坦化のために研磨する。研磨された8つの焼結体はその後、アノード層18の下面を支持体14の上面と接触させた状態で、H2が5%含まれているH2/Ar雰囲気に置かれ、実施例1〜6および比較例1〜2の条件で熱処理を施される。   When eight sintered bodies corresponding to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 are produced in this manner, the lower surface of the anode layer 18 constituting each sintered body is polished for planarization. The polished eight sintered bodies were then placed in an H2 / Ar atmosphere containing 5% H2, with the lower surface of the anode layer 18 in contact with the upper surface of the support 14, and Examples 1-6 And it heat-processes on the conditions of Comparative Examples 1-2.

表1によれば、実施例1の焼結体は900℃のH2/Ar雰囲気に10分間置かれ、実施例2,4および5の焼結体は1000℃のH2/Ar雰囲気に10分間置かれ、実施例3の焼結体は1050℃のH2/Ar雰囲気に10分間置かれ、実施例6の焼結体は1050℃のH2/Ar雰囲気に60分間置かれ、比較例1の焼結体は1100℃のH2/Ar雰囲気に10分間置かれ、比較例2の焼結体は850℃のH2/Ar雰囲気に10分間置かれる。   According to Table 1, the sintered body of Example 1 was placed in an H2 / Ar atmosphere at 900 ° C. for 10 minutes, and the sintered bodies of Examples 2, 4 and 5 were placed in an H2 / Ar atmosphere at 1000 ° C. for 10 minutes. The sintered body of Example 3 was placed in an H2 / Ar atmosphere at 1050 ° C. for 10 minutes, the sintered body of Example 6 was placed in an H2 / Ar atmosphere at 1050 ° C. for 60 minutes, and the sintered body of Comparative Example 1 was sintered. The body is placed in an H2 / Ar atmosphere at 1100 ° C. for 10 minutes, and the sintered body of Comparative Example 2 is placed in an H2 / Ar atmosphere at 850 ° C. for 10 minutes.

これによって、実施例1〜6および比較例1〜2にそれぞれ対応する8つの接合体が作製される。作製された各接合体は、図3に示す構造をなす。図3を参照して、支持体14に含有するFeおよびCrの一部はアノード層18に拡散し、アノード層18に含有するNiの一部は支持体14に拡散する。これによって、支持体14とアノード層18との界面の近傍に熱膨張係数の大きなFeCrNi合金が形成される。   As a result, eight joined bodies respectively corresponding to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 are produced. Each manufactured joined body has a structure shown in FIG. Referring to FIG. 3, a part of Fe and Cr contained in support 14 diffuses into anode layer 18, and a part of Ni contained in anode layer 18 diffuses into support 14. As a result, an FeCrNi alloy having a large thermal expansion coefficient is formed in the vicinity of the interface between the support 14 and the anode layer 18.

また、アノード層18に拡散したFeおよびCrの量はアノード層18の下面から上面に向かうにつれて減少し、支持体14に拡散したNiの量は支持体14の上面から下面に向かうにつれて減少する。さらに、支持体14に拡散したNiは全て合金化している。   Further, the amount of Fe and Cr diffused in the anode layer 18 decreases as it goes from the lower surface of the anode layer 18 toward the upper surface, and the amount of Ni diffused into the support member 14 decreases as it goes from the upper surface of the support member 14 toward the lower surface. Furthermore, all the Ni diffused in the support 14 is alloyed.

犠牲層22は、ジルコニアスラリーの研磨剤を用いた研磨処理によって、各接合体から除去される。これによって、電解質層16の上面が露出する(図4参照)。露出した上面には、厚みが約50μmのカソード層20がスクリーン印刷によって形成される。これによって、実施例1〜6および比較例1〜2にそれぞれ対応する8つのメタルサポートSOFCが完成する。各メタルサポートSOFCは、図5に示す構造をなす。
[評価]
The sacrificial layer 22 is removed from each joined body by a polishing process using a zirconia slurry abrasive. As a result, the upper surface of the electrolyte layer 16 is exposed (see FIG. 4). On the exposed upper surface, a cathode layer 20 having a thickness of about 50 μm is formed by screen printing. Thus, eight metal support SOFCs corresponding to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 are completed. Each metal support SOFC has a structure shown in FIG.
[Evaluation]

完成した各メタルサポートSOFCを試料として外観観察し、剥離の有無を確認した。また、出力密度の評価が可能な状態の試料については、測定温度を850℃とし、アノード層18側に40%の加湿水素を供給するとともに、カソード層20側に空気を供給して、0.7Vでの出力密度を評価した。   The appearance of each completed metal support SOFC was observed as a sample, and the presence or absence of peeling was confirmed. For the sample in which the power density can be evaluated, the measurement temperature is 850 ° C., 40% humidified hydrogen is supplied to the anode layer 18 side, and air is supplied to the cathode layer 20 side. The power density at 7V was evaluated.

その後、各試料が初期特性で0.7V(=電圧V1)を示す電流値に固定にしたまま24時間通電し続け、24時間後の電圧V2が電圧V1よりも10%以上低下するかどうかで耐久性を評価した。   After that, each sample was kept energized for 24 hours while being fixed at a current value indicating 0.7 V (= voltage V1) in the initial characteristics, and whether or not the voltage V2 after 24 hours is lower than the voltage V1 by 10% or more. Durability was evaluated.

また、出力密度の評価が不可能な状態の試料については、断面の組成分析を行った。具体的には、Fe,CrおよびNiの組成を分析した。
[結果]
Moreover, the composition analysis of the cross section was performed about the sample of the state which cannot evaluate power density. Specifically, the composition of Fe, Cr and Ni was analyzed.
[result]

実施例1〜6にそれぞれ対応する6つの試料では、発電を確認できた。具体的には、実施例1の試料の出力密度は0.4W/cmを示し、実施例2の試料の出力密度は0.38W/cmを示し、実施例3の試料の出力密度は0.2W/cmを示し、実施例4の試料の出力密度は0.36W/cmを示し、実施例5の試料の出力密度は0.25W/cmを示し、実施例6の試料の出力密度は0.18W/cmを示した。また、これらの試料では、電解質層16の剥離や耐久性についても問題はなかった。なお、実施例6を実施例1〜5と比較すれば分かるように、1050℃の温度であれば、焼結体をH2/Ar雰囲気に長時間置いても良好な出力特性が得られる。 Power generation could be confirmed for the six samples corresponding to Examples 1 to 6, respectively. Specifically, the output density of the sample of Example 1 is 0.4 W / cm 2 , the output density of the sample of Example 2 is 0.38 W / cm 2, and the output density of the sample of Example 3 is 0.2 W / cm 2 , the output density of the sample of Example 4 is 0.36 W / cm 2 , the output density of the sample of Example 5 is 0.25 W / cm 2, and the sample of Example 6 The power density was 0.18 W / cm 2 . In these samples, there was no problem with respect to peeling or durability of the electrolyte layer 16. As can be seen from a comparison of Example 6 with Examples 1 to 5, if the temperature is 1050 ° C., good output characteristics can be obtained even if the sintered body is placed in an H2 / Ar atmosphere for a long time.

これに対して、比較例1の試料では、アノード層18と電解質層16との間の位置で剥離が生じ、発電特性は評価できなかった。剥離部について断面の組成分析を行ったところ、アノード層18の全域でFeおよびCrの拡散がみられ、実施例1〜6よりも拡散が進行していることが確認できた。熱膨張係数の大きなFeCrNiの合金が生成されたことが剥離の原因であると考えられる。また、比較例2の試料では、温度が低すぎるために焼結体を支持体14に接合することができず、出力密度を評価することもできなかった。
[比較例3〜5]
On the other hand, in the sample of Comparative Example 1, peeling occurred at a position between the anode layer 18 and the electrolyte layer 16, and the power generation characteristics could not be evaluated. When the composition analysis of the cross section of the peeled portion was performed, the diffusion of Fe and Cr was observed throughout the anode layer 18, and it was confirmed that the diffusion was proceeding more than in Examples 1-6. The formation of an alloy of FeCrNi having a large thermal expansion coefficient is considered to be a cause of peeling. Further, in the sample of Comparative Example 2, since the temperature was too low, the sintered body could not be joined to the support 14 and the output density could not be evaluated.
[Comparative Examples 3 to 5]

続いて、比較例3〜5にそれぞれ対応する3つのメタルサポートSOFCについて説明する。比較例3または4のメタルサポートSOFCは、比較例1および2の各々と同様の構造をなす。これに対して、比較例5のメタルサポートSOFCについては、拡散防止層24が支持体14とアノード層18との間に追加される(図6参照)。   Subsequently, three metal support SOFCs corresponding to Comparative Examples 3 to 5 will be described. The metal support SOFC of Comparative Example 3 or 4 has the same structure as each of Comparative Examples 1 and 2. On the other hand, in the metal support SOFC of Comparative Example 5, the diffusion prevention layer 24 is added between the support 14 and the anode layer 18 (see FIG. 6).

拡散防止層24の原料としては、電解質層16の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有しかつ高温で電子導電性を示すGdドープCeO2(GDC)を採用した。また、比較例3〜5では支持体14の作製方法が比較例1および2の各々と異なり、支持体14の原料としてはSUS430のアトマイズ粉を採用した。
[作製方法]
As a raw material for the diffusion preventing layer 24, Gd-doped CeO2 (GDC) having a thermal expansion coefficient relatively close to the thermal expansion coefficient of the electrolyte layer 16 and exhibiting electronic conductivity at a high temperature was employed. Further, in Comparative Examples 3 to 5, the production method of the support 14 was different from that of each of Comparative Examples 1 and 2, and SUS430 atomized powder was adopted as the raw material of the support 14.
[Production method]

まず、リビニルブチラール系バインダーと有機溶媒としてのエタノールおよびトルエンの混合物(重量比率で混合比が1:4)とを、支持体14,電解質層16,アノード層18および拡散防止層24の各々の原料粉末に混合する。次に、ドクターブレード法によって、支持体14,電解質層16,アノード層18および拡散防止層24の各々のグリーンシートを作製する。なお、支持体14,アノード層18および拡散防止層24に最終的に形成される気孔の比率は、バインダーと原料粉末との割合で調整する。   First, a mixture of a revinyl butyral binder and ethanol and toluene as an organic solvent (weight ratio is 1: 4) is added to each of the support 14, the electrolyte layer 16, the anode layer 18, and the diffusion prevention layer 24. Mix in raw powder. Next, green sheets of the support 14, the electrolyte layer 16, the anode layer 18, and the diffusion prevention layer 24 are prepared by a doctor blade method. The ratio of the pores finally formed in the support 14, the anode layer 18 and the diffusion preventing layer 24 is adjusted by the ratio of the binder and the raw material powder.

続いて、比較例3および4の各々については、支持体14の厚みが500μmとなり、アノード層18の厚みが50μmとなり、電解質層16の厚みが50μmとなるように、各グリーンシートを積層する。また、比較例5については、支持体14の厚みが500μmとなり、拡散防止層24の厚みが10μmとなり、アノード層18の厚みが50μmとなり、電解質層16の厚みが50μmとなるように、各グリーンシートを積層する。積層体は、上述と同様に、1000kgf/cmの圧力および80℃の温度で2分間の冷間静水圧成形を施される。 Subsequently, in each of Comparative Examples 3 and 4, the green sheets are laminated so that the thickness of the support 14 is 500 μm, the thickness of the anode layer 18 is 50 μm, and the thickness of the electrolyte layer 16 is 50 μm. In Comparative Example 5, the thickness of the support 14 is 500 μm, the thickness of the diffusion prevention layer 24 is 10 μm, the thickness of the anode layer 18 is 50 μm, and the thickness of the electrolyte layer 16 is 50 μm. Laminate sheets. The laminate is subjected to cold isostatic pressing for 2 minutes at a pressure of 1000 kgf / cm 2 and a temperature of 80 ° C. as described above.

作製された3つの積層体はいずれも、大気中において300〜500℃の温度範囲で脱脂処理を施される。脱脂処理を経た積層体はその後、H2が5%含まれているH2/Ar雰囲気に置かれ、比較例3〜5の各々の焼成温度で10時間保持される。表2によれば、比較例3の積層体は1000℃で10時間保持され、比較例4および5の各々の積層体は1100℃で10時間保持される。

Figure 2016115506
All the produced three laminated bodies are degreased in the temperature range of 300 to 500 ° C. in the atmosphere. Thereafter, the laminate subjected to the degreasing treatment is placed in an H2 / Ar atmosphere containing 5% of H2, and held at the firing temperature of each of Comparative Examples 3 to 10 for 10 hours. According to Table 2, the laminated body of the comparative example 3 is hold | maintained at 1000 degreeC for 10 hours, and each laminated body of the comparative examples 4 and 5 is hold | maintained at 1100 degreeC for 10 hours.
Figure 2016115506

こうして比較例3〜5にそれぞれ対応する3つの焼結体が作製されると、次に、電解質層16の上面(アノード層18側とは反対側の面)に、厚みが約50μmのカソード層20をスクリーン印刷によって形成する。これによって、比較例3〜5にそれぞれ対応する3つのメタルサポートSOFCが完成する。
[評価]
When three sintered bodies corresponding to Comparative Examples 3 to 5 are thus prepared, the cathode layer having a thickness of about 50 μm is then formed on the upper surface of the electrolyte layer 16 (the surface opposite to the anode layer 18 side). 20 is formed by screen printing. Thus, three metal support SOFCs corresponding to Comparative Examples 3 to 5 are completed.
[Evaluation]

完成した各メタルサポートセルを試料として外観観察し、剥離の有無を確認した。また、出力密度の評価が可能な状態の試料については、測定温度850℃とし、アノード層18側に40%の加湿水素を供給するとともに、カソード層20側に空気を供給して、0.7Vでの出力密度を評価した。   The appearance of each completed metal support cell was observed, and the presence or absence of peeling was confirmed. Further, for a sample in a state where the output density can be evaluated, the measurement temperature is set to 850 ° C., 40% humidified hydrogen is supplied to the anode layer 18 side, and air is supplied to the cathode layer 20 side to supply 0.7V. The power density at was evaluated.

その後、各試料が初期特性で0.7V(=電圧V1)を示す電流密度に固定したまま24時間通電し続け、24時間後の電圧V2が電圧V1よりも10%以上低下するかどうかで耐久性を評価した。   After that, each sample was continuously energized for 24 hours while being fixed at a current density of 0.7 V (= voltage V1) in the initial characteristics, and durability was determined depending on whether the voltage V2 after 24 hours was lower than the voltage V1 by 10% or more. Sex was evaluated.

また、出力密度の評価が不可能な状態の試料については、断面の組成分析を行った。具体的には、Fe,CrおよびNiの組成を分析した。
[結果]
Moreover, the composition analysis of the cross section was performed about the sample of the state which cannot evaluate power density. Specifically, the composition of Fe, Cr and Ni was analyzed.
[result]

比較例3の試料では、電解質層16の焼結が不十分で緻密化しなかったため、発電評価時にアノード層18側の雰囲気とカソード層20側の雰囲気とを分離することができず、そのため開回路電圧が得られなかった。   In the sample of Comparative Example 3, since the electrolyte layer 16 was not sufficiently sintered and was not densified, the atmosphere on the anode layer 18 side and the atmosphere on the cathode layer 20 side could not be separated during power generation evaluation. Voltage could not be obtained.

比較例4の試料については、電解質層16とアノード層18との間の位置で剥離が生じ、発電特性は評価できなかった。剥離部について断面の組成分析を行ったところ、アノード層18の全域でFeおよびCrの拡散がみられた。熱膨張係数の大きなFeCrNiの合金が生成されたことが剥離の原因と考えられる。   For the sample of Comparative Example 4, peeling occurred at a position between the electrolyte layer 16 and the anode layer 18, and the power generation characteristics could not be evaluated. When the composition analysis of the cross section of the peeled portion was performed, diffusion of Fe and Cr was observed throughout the anode layer 18. The formation of an FeCrNi alloy having a large thermal expansion coefficient is considered to be a cause of peeling.

比較例5の試料については、拡散防止層24が有効に機能し、拡散が抑制できたことが分かる。しかし、拡散防止層24の導電率が低いため、発電特性は発電できた試料の中で最も低い。
[比較例6]
As for the sample of Comparative Example 5, it can be seen that the diffusion preventing layer 24 functioned effectively and the diffusion could be suppressed. However, since the conductivity of the diffusion preventing layer 24 is low, the power generation characteristics are the lowest among the samples that can generate power.
[Comparative Example 6]

続いて、比較例6に対応するメタルサポートSOFCについて説明する。比較例6のメタルサポートSOFCは、比較例3または4と同様の構造をなす。ただし、アノード層18の形成にあたっては、まずアノード骨格層18fが形成される(図7参照)。アノード骨格層18fの材料は犠牲層22の材料と同じであり、アノードの触媒(Ni(O))を含浸させるための多孔質層がアノード骨格層18fとされる。
[作製方法]
Subsequently, a metal support SOFC corresponding to Comparative Example 6 will be described. The metal support SOFC of Comparative Example 6 has the same structure as that of Comparative Example 3 or 4. However, in forming the anode layer 18, first, the anode skeleton layer 18f is formed (see FIG. 7). The material of the anode skeleton layer 18f is the same as the material of the sacrificial layer 22, and a porous layer for impregnating the anode catalyst (Ni (O)) is used as the anode skeleton layer 18f.
[Production method]

ポリビニルブチラール系バインダーと有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物(重量比率で混合比が1:4)とを、支持体14,電解質層16およびアノード骨格層18fの各々の原料粉末に混合する。次に、ドクターブレード法によって、支持体14,電解質層16およびアノード骨格層18fの各々のグリーンシートを作製する。なお、支持体14およびアノード骨格層18fに最終的に形成される気孔の比率は、バインダーと原料粉末との割合で調整する。   A polyvinyl butyral binder and a mixture of ethanol and toluene as an organic solvent (mixing ratio by weight is 1: 4) are mixed into the raw material powder of each of the support 14, the electrolyte layer 16, and the anode skeleton layer 18f. Next, green sheets of the support 14, the electrolyte layer 16, and the anode skeleton layer 18 f are prepared by a doctor blade method. The ratio of the pores finally formed in the support 14 and the anode skeleton layer 18f is adjusted by the ratio of the binder and the raw material powder.

続いて、支持体14の厚みが500μmとなり、アノード骨格層18fの厚みが50μmとなり、電解質層16の厚みが50μmとなるように、各グリーンシートを積層する。積層体は、上述と同様に、1000kgf/cmの圧力および80℃の温度で2分間の冷間静水圧成形を施される。 Subsequently, the green sheets are laminated so that the support 14 has a thickness of 500 μm, the anode skeleton layer 18 f has a thickness of 50 μm, and the electrolyte layer 16 has a thickness of 50 μm. The laminate is subjected to cold isostatic pressing for 2 minutes at a pressure of 1000 kgf / cm 2 and a temperature of 80 ° C. as described above.

作製された積層体は、大気中において300〜500℃の温度範囲で脱脂処理を施される。脱脂処理を経た積層体はその後、H2が5%含まれているH2/Ar雰囲気に置かれ、1100℃で10時間保持される(表3参照)。

Figure 2016115506
The produced laminate is degreased in the temperature range of 300 to 500 ° C. in the air. The degreased laminate is then placed in an H2 / Ar atmosphere containing 5% H2, and held at 1100 ° C. for 10 hours (see Table 3).
Figure 2016115506

こうして焼結体が作製されると、次に、硝酸ニッケル水溶液を用いてNiOが含浸させる。具体的には、焼結体を硝酸ニッケル水溶液に浸し、煮沸して、多孔質内部に硝酸ニッケルを析出させる。NiOが含浸された焼結体(試料)はその後、大気中に配置されて550℃で焼成する。   When the sintered body is thus produced, NiO is then impregnated using an aqueous nickel nitrate solution. Specifically, the sintered body is immersed in an aqueous nickel nitrate solution and boiled to deposit nickel nitrate inside the porous body. The sintered body (sample) impregnated with NiO is then placed in the atmosphere and fired at 550 ° C.

次に電解質層16の上面(アノード層18側とは反対側の面)に、厚みが約50μmのカソード層20をスクリーン印刷によって形成する。これによって、比較例6のメタルサポートSOFCが完成する(図8参照)。
[評価]
Next, the cathode layer 20 having a thickness of about 50 μm is formed on the upper surface of the electrolyte layer 16 (the surface opposite to the anode layer 18 side) by screen printing. Thereby, the metal support SOFC of Comparative Example 6 is completed (see FIG. 8).
[Evaluation]

完成したメタルサポートセルを試料として外観観察し、剥離の有無を確認した。また、出力密度の評価が可能な状態の試料については、測定温度850℃とし、アノード層18側に40%の加湿水素を供給するとともに、カソード層20側に空気を供給して、0.7Vでの出力密度を評価した。   The appearance of the completed metal support cell was observed as a sample, and the presence or absence of peeling was confirmed. Further, for a sample in a state where the output density can be evaluated, the measurement temperature is set to 850 ° C., 40% humidified hydrogen is supplied to the anode layer 18 side, and air is supplied to the cathode layer 20 side to supply 0.7V. The power density at was evaluated.

その後、各試料が初期特性で0.7V(=電圧V1)を示す電流密度に固定したまま24時間通電し続け、24時間後の電圧V2が電圧V1よりも10%以上低下するかどうかで耐久性を評価した。
[結果]
After that, each sample was continuously energized for 24 hours while being fixed at a current density of 0.7 V (= voltage V1) in the initial characteristics, and durability was determined depending on whether the voltage V2 after 24 hours was lower than the voltage V1 by 10% or more. Sex was evaluated.
[result]

比較例6の試料では、発電はできたが、24時間の耐久性はNGであった。低温で焼成したNiが850℃の発電条件下において凝集したためと考えられる。これらの結果から、実施例1〜4のように、アノード層18,電解質層16および犠牲層22からなる脱脂された積層体を1100℃〜1200℃の温度で焼成し、焼結体を900℃〜1050℃のH2/Ar雰囲気で支持体14と接合することが、メタルサポートSOFCの作製に有効であると思われる。
[燃料電池ユニットの構成]
In the sample of Comparative Example 6, power generation was possible, but the durability for 24 hours was NG. This is presumably because Ni sintered at a low temperature aggregated under power generation conditions of 850 ° C. From these results, as in Examples 1 to 4, the degreased laminate including the anode layer 18, the electrolyte layer 16, and the sacrificial layer 22 was fired at a temperature of 1100 ° C to 1200 ° C, and the sintered body was 900 ° C. Joining the support 14 in a H2 / Ar atmosphere at 1050 ° C. seems to be effective for producing a metal support SOFC.
[Configuration of fuel cell unit]

実施例1〜4の各々に対応するメタルサポートSOFCは、図9に示す要領で石英ガラス製の密封容器30に収められ、これによって燃料電池ユニットが完成する。   The metal support SOFC corresponding to each of Examples 1 to 4 is housed in a sealed container 30 made of quartz glass in the manner shown in FIG. 9, thereby completing the fuel cell unit.

図9を参照して、密封容器30の内側には、筒体32,アルミナ管36,38が配置される。また、筒体32の上端には、パイレックスガラス34が設けられる。メタルサポートSOFCは、上下逆さまの姿勢で、筒体32の上端に載置される。メタルサポートSOFCをなす電解質層16は、パイレックスガラス34を介して筒体32に接する。   Referring to FIG. 9, a cylindrical body 32 and alumina tubes 36 and 38 are disposed inside the sealed container 30. A pyrex glass 34 is provided at the upper end of the cylindrical body 32. The metal support SOFC is placed on the upper end of the cylindrical body 32 in an upside down posture. The electrolyte layer 16 forming the metal support SOFC is in contact with the cylindrical body 32 through the Pyrex glass 34.

燃料ガス(水素)はアルミナ管36を経て支持体14の周辺に供給され、空気はアルミナ管38を経てカソード層20の周辺に供給される。供給された燃料ガスおよび空気に基づいて発生した電力は、集電体(PtペーストまたはPT線)40および42によって外部に取り出される。   Fuel gas (hydrogen) is supplied to the periphery of the support 14 via the alumina tube 36, and air is supplied to the periphery of the cathode layer 20 via the alumina tube 38. Electric power generated based on the supplied fuel gas and air is taken out by current collectors (Pt paste or PT wire) 40 and 42.

以上の説明から分かるように、実施例1〜4の各々に対応するメタルサポートSOFCは、FeおよびCrを含有する多孔質金属の支持体14に、Niを含有するアノード層18と電解質層16とが順に積層された積層構造を有する。ここで、支持体14に含有するFeおよびCrの一部はアノード層18に拡散する一方、アノード層18に含有するNiの一部は支持体14に拡散し、これによって支持体14とアノード層18との界面の近傍にFeCrNi合金が形成される。   As can be seen from the above description, the metal support SOFC corresponding to each of Examples 1 to 4 includes a porous metal support 14 containing Fe and Cr, an anode layer 18 containing Ni, an electrolyte layer 16, and the like. Have a stacked structure in which are sequentially stacked. Here, a part of Fe and Cr contained in the support 14 diffuses into the anode layer 18, while a part of Ni contained in the anode layer 18 diffuses into the support 14, whereby the support 14 and the anode layer are diffused. An FeCrNi alloy is formed in the vicinity of the interface with 18.

また、アノード層18に拡散したFeおよびCrの量はアノード層18の下面から上面に向かうにつれて減少し、支持体14に拡散したNiの量は支持体14の上面から下面に向かうにつれて減少する。さらに、支持体14に拡散したNiは全て合金化している。   Further, the amount of Fe and Cr diffused into the anode layer 18 decreases as it goes from the lower surface to the upper surface of the anode layer 18, and the amount of Ni diffused into the support member 14 decreases as it goes from the upper surface to the lower surface of the support member 14. Furthermore, all the Ni diffused in the support 14 is alloyed.

アノード層18が含有するNiの熱膨張係数は電解質層16が含有する安定化ジルコニアの熱膨張係数よりも大きく、FrCrNi合金の熱膨張係数はNiの熱膨張係数よりもさらに大きいところ、アノード層18に拡散したFeおよびCrの量はアノード層18の下面から上面に向かうにつれて減少する。   The thermal expansion coefficient of Ni contained in the anode layer 18 is larger than that of the stabilized zirconia contained in the electrolyte layer 16, and the thermal expansion coefficient of the FrCrNi alloy is larger than that of Ni. The amount of Fe and Cr diffused in the anode decreases as it goes from the lower surface to the upper surface of the anode layer 18.

したがって、アノード層18の熱膨張係数は、支持体14から電解質層16に向かうにつれて、電解質層16の熱膨張係数に近づく。これによって、アノード層18と電解質層16との間の位置で剥離が生じる懸念を軽減することができる。また、FeCrNi合金層が形成されることで、アノード層18と支持体14の密着性が向上する。   Therefore, the thermal expansion coefficient of the anode layer 18 approaches the thermal expansion coefficient of the electrolyte layer 16 as it goes from the support 14 to the electrolyte layer 16. As a result, it is possible to reduce the concern that peeling occurs at a position between the anode layer 18 and the electrolyte layer 16. Moreover, the adhesion between the anode layer 18 and the support 14 is improved by forming the FeCrNi alloy layer.

さらに、支持体14に拡散したNiの量は、支持体14の上面から下面に向かうにつれて減少する。この結果、支持体14内において熱膨張係数が急激に変化することはなく、支持体14が剥離する懸念が軽減される。   Further, the amount of Ni diffused into the support 14 decreases as it goes from the upper surface to the lower surface of the support 14. As a result, the thermal expansion coefficient does not change abruptly in the support 14, and the concern that the support 14 is peeled off is reduced.

また、支持体14に拡散したNiは全て合金化しているため、完成したメタルサポートSOFCの高温発電中に、支持体14中でNiが合金化することはなく、局所的にNi含有量の大きいFeCrNi合金が形成されることもない。この結果、熱膨張係数の相違に起因してヒートサイクルで支持体14が破壊される懸念を軽減することができる。   Further, since Ni diffused in the support 14 is all alloyed, Ni is not alloyed in the support 14 during high-temperature power generation of the completed metal support SOFC, and the Ni content is locally high. No FeCrNi alloy is formed. As a result, it is possible to reduce the concern that the support 14 is destroyed in the heat cycle due to the difference in thermal expansion coefficient.

また、上述の積層構造は、アノード層18と電解質層16と犠牲層22とからなる焼結体を共焼結で作製し、焼結体に支持体14を接合して接合体を作製し、接合体から犠牲層22を除去してなる。ここで、焼結体は1100℃以上の温度(=高温)で作製され、接合体は1050℃以下の温度(=低温)で作製される。   Moreover, the above-mentioned laminated structure is produced by co-sintering a sintered body composed of the anode layer 18, the electrolyte layer 16, and the sacrificial layer 22, and joining the support 14 to the sintered body to produce a joined body. The sacrificial layer 22 is removed from the joined body. Here, the sintered body is manufactured at a temperature of 1100 ° C. or higher (= high temperature), and the bonded body is manufactured at a temperature of 1050 ° C. or lower (= low temperature).

高温で共焼結することで、電解質層16の緻密化が図られる。また、アノード層18中のNi(O)粒子が適度に凝集し、発電中の凝集を抑制することができる。こうして、焼結体の特性が向上する。さらに、支持体14を焼結体に低温で接合することで、Fe,Cr,Niの相互拡散が最小限に抑制され、FeCrNi合金の量は支持体14とアノード層18との界面において最大となる。なお、犠牲層22はハンドリングの向上に貢献する。   By co-sintering at a high temperature, the electrolyte layer 16 can be densified. Further, the Ni (O) particles in the anode layer 18 are appropriately aggregated, and aggregation during power generation can be suppressed. Thus, the characteristics of the sintered body are improved. Further, by joining the support 14 to the sintered body at a low temperature, interdiffusion of Fe, Cr, Ni is suppressed to a minimum, and the amount of FeCrNi alloy is maximized at the interface between the support 14 and the anode layer 18. Become. The sacrificial layer 22 contributes to improved handling.

12 …発電セル
14 …支持体
16 …電解質層
18 …アノード層
20 …カソード層
22 …犠牲層
24 …拡散防止層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Power generation cell 14 ... Support body 16 ... Electrolyte layer 18 ... Anode layer 20 ... Cathode layer 22 ... Sacrificial layer 24 ... Diffusion prevention layer

Claims (6)

FeおよびCrを含有する多孔質金属の支持体に、Niを含有するアノード層と電解質層とが順に積層された積層構造を有するメタルサポートSOFCであって、
前記アノード層中の前記Feおよび前記Crの量は前記支持体から前記電解質層に向かうにつれて減少する、メタルサポートSOFC。
A metal support SOFC having a laminated structure in which an anode layer containing Ni and an electrolyte layer are sequentially laminated on a porous metal support containing Fe and Cr,
A metal support SOFC in which the amount of Fe and Cr in the anode layer decreases from the support toward the electrolyte layer.
前記支持体は互いに反対の方向を向く一方主面および他方主面を有し、
前記アノード層は前記一方主面と接合し、
前記支持体中の前記Niの量は前記一方主面から前記他方主面に向かうにつれて減少する、請求項1記載のメタルサポートSOFC。
The support has one main surface and the other main surface facing in opposite directions;
The anode layer is bonded to the one main surface,
2. The metal support SOFC according to claim 1, wherein the amount of Ni in the support decreases from the one main surface toward the other main surface.
前記支持体に拡散した前記Niは全て合金化している、請求項2記載のメタルサポートSOFC。   The metal support SOFC according to claim 2, wherein the Ni diffused in the support is all alloyed. 前記アノード層は前記電解質層と共焼結した層である、請求項1ないし3のいずれかに記載のメタルサポートSOFC。   4. The metal support SOFC according to claim 1, wherein the anode layer is a layer co-sintered with the electrolyte layer. 5. 前記積層構造は、前記アノード層と前記電解質層と犠牲層とからなる焼結体を共焼結で作製し、前記焼結体に前記支持体を接合して接合体を作製し、前記接合体から前記犠牲層を除去してなる、請求項1ないし4のいずれかに記載のメタルサポートSOFC。   In the laminated structure, a sintered body including the anode layer, the electrolyte layer, and a sacrificial layer is produced by co-sintering, and the joined body is produced by joining the support to the sintered body. 5. The metal support SOFC according to claim 1, wherein the sacrificial layer is removed from the metal support SOFC. 前記焼結体は1100℃以上の温度で作製され、前記接合体は1050℃以下の温度で作製される、請求項5記載のメタルサポートSOFC。   The metal support SOFC according to claim 5, wherein the sintered body is manufactured at a temperature of 1100 ° C. or higher, and the joined body is manufactured at a temperature of 1050 ° C. or lower.
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