燃料電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種產(chǎn)品壽命較長的燃料電池。燃料電池(1)中，在互連件(14)的包含選自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的組中的至少一種的部分、與包含Ni的第一電極(33)之間，配置有中間膜(53)。中間膜(53)由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成。
【專利說明】燃料電池【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池。本發(fā)明特別涉及一種固體氧化物燃料電池。
【背景技術(shù)】 [0002]近年來，作為新能源，燃料電池正受到越來越多的關(guān)注。燃料電池例如有固體氧化物燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、固體高分子燃料電池等。在這些燃料電池中，固體氧化物燃料電池并不一定需要使用液體的構(gòu)成要素，而且在使用烴類燃料時還能夠進行內(nèi)部的改性。因此，對固體氧化物燃料電池進行了廣泛的研究開發(fā)。
[0003]固體氧化物燃料電池具有發(fā)電元件，該發(fā)電元件包括固體氧化物電解質(zhì)層、夾著固體氧化物電解質(zhì)層的燃料極及空氣極。在燃料極上配置有間隔物，該間隔物劃分形成有用于提供燃料氣體的流路。在該間隔物內(nèi)，設(shè)置有用于將燃料極引出到外部的互連件。另一方面，在空氣極上配置有間隔物，該間隔物劃分形成有用于提供氧化劑氣體的流路。在該間隔物內(nèi)，設(shè)置有用于將空氣極引出到外部的互連件。
[0004]例如在下述的專利文獻I中，作為燃料極的構(gòu)成材料，記載有包含選自N1、Cu、Fe、Ru及Pd中的至少一種金屬的氧化乾穩(wěn)定氧化錯(YSZ:Yttria Stabilized Zirconia)。
[0005]另外，在專利文獻I中，作為互連件的構(gòu)成材料，記載有包含Ag-Pd合金的玻璃。 現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻
[0006]專利文獻1:W02004/088783A1 號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0007]然而，在如上述專利文獻I所記載的那樣、燃料極包含Ni且互連件包含Ag-Pd合金的情況下，存在如下問題:燃料極和互連件之間的電連接會隨時間劣化，從而導(dǎo)致燃料電池的產(chǎn)品壽命不夠長。
[0008]本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種產(chǎn)品壽命較長的燃料電池。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明所涉及的燃料電池包括發(fā)電元件、間隔物、以及互連件。發(fā)電元件具有固體氧化物電解質(zhì)層、第一電極、及第二電極。第一電極設(shè)置在固體氧化物電解質(zhì)層的一個主面上。第二電極設(shè)置在固體氧化物電解質(zhì)層的另一個主面上。間隔物設(shè)置在第一電極之上。間隔物劃分形成有面向第一電極的流路?；ミB件與第一電極相連接。第一電極包含Ni?；ミB件具有包含選自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的組中的至少一種的部分。本發(fā)明所涉及的燃料電池還包括中間膜。中間膜配置在包含選自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的組中的至少一種的部分、與第一電極之間。中間膜由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成。
[0010]本發(fā)明所涉及的燃料電池的某一特定方面中，中間膜由鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
[0011]本發(fā)明所涉及的燃料電池的另一特定方面中，中間膜由表示為ABO3的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成，其中，A是選自Ca、Sr、Ba、La及Y所形成的組中的至少一種，B是選自T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo、Ru、Rh、Pd及Re所形成的組中的至少一種。
[0012]本發(fā)明所涉及的燃料電池的其他特定方面中，中間膜由包含選自Sr、Ca及Ba所形成的組中的至少一種的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成。
[0013]本發(fā)明所涉及的燃料電池的進一步的其他特定方面中，中間膜由表示為(DhEx),(Ti1^yGy)O3的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成，其中，D是選自Sr、Ca及Ba所形成的組中的至少一種，E是稀土元素，G是Nb及Ta中的至少一種，O≥X≥1，0≥y≥0.5,0.66≥z≥1.5。
[0014]本發(fā)明所涉及的燃料電池的進一步的另一特定方面中，中間膜由表示為(SivxCax) z (Ti1^yNby) O3的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成，其中，0.5≥X≥0.9，O≥y≥0.3，0.66 ^ z ^ 0.95。
[0015]本發(fā)明所涉及的燃料電池的又一其它特定方面中，中間膜由表示為(SivxCax)z(IVyNby)O3的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成，其中，O≥X < 0.5,0≥y≥0.3,0.66≥z≥0.95。
[0016]本發(fā)明所涉及的燃料電池的又一另一特定方面中，中間膜由η型半導(dǎo)體構(gòu)成。
[0017]本發(fā)明所涉及的燃料電池的進一步的又一其他特定方面中，第一電極由氧化鎳、包含Ni的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、包含Ni的氧化鈣穩(wěn)定氧化鋯、包含Ni的氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯、包含Ni的氧化鋪穩(wěn)定氧化錯、包含Ni的氧化鈦、包含Ni的氧化招、包含Ni的氧化鎂、包含Ni的氧化釔、包含Ni的氧化鈮或包含Ni的氧化鉭構(gòu)成。
[0018]本發(fā)明所涉及的燃料電池的進一步的又一另一特定方面中，互連件具有包含Ag的部分。
[0019]本發(fā)明所涉及的燃料電池的又一進一步的其他特定方面中，互連件具有由Ag-Pd合金構(gòu)成的部分。
發(fā)明效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供產(chǎn)品壽命較長的燃料電池。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是第一實施方式所涉及的燃料電池的簡要分解立體圖。
圖2是第一實施方式中的第一間隔物主體的簡要俯視圖。
圖3是第一實施方式中的第一流路形成構(gòu)件的簡要俯視圖。
圖4是第一實施方式中的空氣極層的簡要俯視圖。
圖5是第一實施方式中的固體氧化物電解質(zhì)層的簡要俯視圖。
圖6是第一實施方式中的燃料極層的簡要俯視圖。
圖7是第一實施方式中的第二流路形成構(gòu)件的簡要俯視圖。
圖8是第一實施方式中的第二間隔物主體的簡要俯視圖。
圖9是沿圖3的線IX-1X的簡要剖視圖。
圖10是沿圖7的線X-X的簡要剖視圖。
圖11是第二實施方式所涉及的燃料電池的簡要剖視圖。 圖12是第三實施方式所涉及的燃料電池的簡要剖視圖。
圖13是第四實施方式所涉及的燃料電池的簡要剖視圖。
圖14是表示實驗例1、2中的X與密度的關(guān)系的曲線圖。
圖15是表示實驗例3中的y與密度的關(guān)系的曲線圖。
圖16是表示實驗例4中的z與密度的關(guān)系的曲線圖。
圖17是表示分別在實施例及比較例中制造的燃料電池的通電試驗結(jié)果的曲線圖?！揪唧w實施方式】
[0022]下面，對實施本發(fā)明的優(yōu)選方式的一個示例進行說明。然而，下述實施方式僅僅是例示。本發(fā)明不限于下述任一實施方式。
[0023]此外，在實施方式等所參照的各附圖中，以相同的標號來參照實質(zhì)上具有相同功能的構(gòu)件。此外，實施方式等所參照的附圖是示意性描述的圖，附圖中所繪制的物體的尺寸比率等可能會與現(xiàn)實中的物體的尺寸比率等不同。附圖相互間的物體的尺寸比率等也可能不同。具體的物體的尺寸比率等應(yīng)當(dāng)參考以下的說明來判斷。
[0024](第一實施方式)
圖1是第一實施方式所涉及的燃料電池的簡要分解立體圖。圖2是第一實施方式中的第一間隔物主體的簡要俯視圖。圖3是第一實施方式中的第一流路形成構(gòu)件的簡要俯視圖。圖4是第一實施方式中的空氣極層的簡要俯視圖。圖5是第一實施方式中的固體氧化物電解質(zhì)層的簡要俯視圖。圖6是第一實施方式中的燃料極層的簡要俯視圖。圖7是第一實施方式中的第二流路形成構(gòu)件的簡要俯視圖。圖8是第一實施方式中的第二間隔物主體的簡要俯視圖。圖9是沿圖3的線IX-1X的簡要剖視圖。圖10是沿圖7的線X-X的簡要首1J視圖。
[0025]如圖1、圖9、及圖10所示，本實施方式的燃料電池I具有第一間隔物10、發(fā)電元件30、和第二間隔物50。燃料電池I中，第一間隔物10、發(fā)電元件30、以及第二隔離物50按照
此順序依次層疊。
[0026]此外，在本實施方式的燃料電池I中，僅有一個發(fā)電兀件30。但本發(fā)明并不限于該結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的燃料電池I例如也可具有多個發(fā)電元件。在這種情況下，相鄰的發(fā)電元件由間隔物進行隔離。發(fā)電元件間的電連接可利用互連件來進行?；ミB件既可為與間隔物分開另行設(shè)置，也可為由導(dǎo)電性材料來構(gòu)成間隔物，且間隔物同時兼有作為互連件的功能。即，互連件也可與間隔物形成為一體。
[0027](發(fā)電元件30)
發(fā)電元件30是使由氧化劑氣體流路(氧化劑氣體用歧管)61提供的氧化劑氣體和由燃料氣體流路(燃料氣體用歧管)62提供的燃料氣體發(fā)生反應(yīng)從而進行發(fā)電的部分。氧化劑氣體例如可由空氣、氧氣等含有氧的氣體等構(gòu)成。另外，燃料氣體可采用包含氫氣、一氧化碳氣體等烴類氣體等的氣體。
[0028](固體氧化物電解質(zhì)層31)
發(fā)電元件30包括固體氧化物電解質(zhì)層31。固體氧化物電解質(zhì)層31優(yōu)選為離子導(dǎo)電性較高的材料。固體氧化物電解質(zhì)層31例如可由穩(wěn)定氧化鋯、部分穩(wěn)定氧化鋯等形成。作為穩(wěn)定氧化鋯的具體示例，可舉出10mol%氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(10YSZ)、Ilmol%氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯(IIScSZ)等。作為部分穩(wěn)定氧化鋯的具體示例，可舉出3mol%氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(3YSZ)等。此外，固體氧化物電解質(zhì)層31也可由例如摻雜了 Sm、Gd等的氧化鈰類氧化物、以LaGaO3為母體而分別用Sr和Mg來置換一部分La和Ga后得到的Laa8Sra2Gaa8Mga2O^s)等鈣鈦礦型氧化物等來形成。
[0029]此外，如圖5所示，在固體氧化物電解質(zhì)層31中形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔31a、31b。
[0030]固體氧化物電解質(zhì)層31由空氣極層32和燃料極層33夾持。即，在固體氧化物電解質(zhì)層31的一個主面上形成有空氣極層32，在另一個主面上形成有燃料極層33。
[0031](空氣極層32)
如圖4所示，空氣極層32具有空氣極32a及周邊部32b。周邊部32b中，形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔32c、32d。
[0032]空氣極32a為陰極?？諝鈽O32a中，氧捕獲電子，從而形成氧離子?？諝鈽O32a優(yōu)選為多孔質(zhì)、電子傳導(dǎo)性較高、且在高溫下不易與固體氧化物電解質(zhì)層31等發(fā)生固體間反應(yīng)的材料?？諝鈽O32a例如 可由氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯(ScSZ)、摻入有Sn的氧化銦、PrCoO3類氧化物、LaCoO3類氧化物、LaMnO3類氧化物等形成。作為LaMnO3類氧化物的具體示例，例如可列舉出 LaQ.8SrQ.2Mn03(通稱為 LSM)或 Latl 6Catl 4MnO3 (通稱為 LCM)等。
[0033]關(guān)于周邊部32b，例如可利用與下述的第一及第二間隔物主體11、51相同的材料來形成。
[0034](燃料極層33)
如圖6所示，燃料極層33具有燃料極33a及周邊部33b。周邊部33b中，形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔33c、33d。
[0035]燃料極33a為陽極。燃料極33a中，氧離子與燃料氣體發(fā)生反應(yīng)從而釋放出電子。燃料極33a優(yōu)選為多孔質(zhì)、電子傳導(dǎo)性較高、且在高溫下不易與固體氧化物電解質(zhì)層31等發(fā)生固體間反應(yīng)的材料。
[0036]燃料極33a包含Ni。具體而言，燃料極33a優(yōu)選為例如由氧化鎳、包含Ni的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ))、包含Ni的氧化鈣穩(wěn)定氧化鋯、包含Ni的氧化鈧穩(wěn)定氧化錯(氧化鈧穩(wěn)定氧化錯(ScSZ))、包含Ni的氧化鋪穩(wěn)定氧化錯、包含Ni的氧化鈦、包含Ni的氧化鋁、包含Ni的氧化鎂、包含Ni的氧化釔、包含Ni的氧化鈮或包含Ni的氧化鉭等構(gòu)成。
[0037]例如，在形成包含Ni的燃料極33a時，能夠抑制因燃料電池I中的鎳氧化而產(chǎn)生的應(yīng)力所導(dǎo)致的損壞。另外，穩(wěn)定氧化鋯、氧化鈦、氧化鋁、氧化鎂、氧化釔、氧化鈮、氧化鉭等在將氧化鎳還原成為鎳時不會分解且穩(wěn)定地存在，因此不會阻礙鎳彼此之間的接觸，從而不會阻礙燃料極33a的導(dǎo)電性。
[0038]此外，優(yōu)選為燃料極33a中的Ni的含有率為20體積％左右以上。
[0039](第一間隔物10)
如圖1、圖9及圖10所示，在發(fā)電元件30的空氣極層32之上，配置有第一間隔物10。該第一間隔物10具有形成流路12a的功能，該流路12a用于將由氧化劑氣體流路61所提供的氧化劑氣體供應(yīng)到空氣極32a。另外，在包括多個發(fā)電元件的燃料電池中，第一間隔物還同時兼有將燃料氣體與氧化劑氣體分離的功能。[0040]第一間隔物10具有第一間隔物主體11和第一流路形成構(gòu)件12。第一間隔物主體11配置在空氣極32a之上。第一間隔物主體11中，形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔lla、llb。
[0041]第一流路形成構(gòu)件12配置在第一間隔物主體11與空氣極層32之間。第一流路形成構(gòu)件12具有周邊部12b、以及多個線狀凸部12c。周邊部12b中，形成有構(gòu)成燃料氣體流路62的一部分的貫通孔12d。
[0042]多個線狀凸部12c分別設(shè)置成從第一間隔物主體11的空氣極層32 —側(cè)的表面朝空氣極層32—側(cè)突出。多個線狀凸部12c分別沿X方向進行設(shè)置。多個線狀凸部12c沿著y方向彼此隔開間隔地進行配置。在相鄰的線狀凸部12c之間、以及線狀凸部12c與周邊部12b之間，劃分形成有上述流路12a。
[0043]第一間隔物主體11及第一流路形成構(gòu)件12的材料并無特別限定。第一間隔物主體11及第一流路形成構(gòu)件12分別可由例如穩(wěn)定氧化鋯、部分穩(wěn)定氧化鋯等形成。另外，第一間隔物主體11及第一流路形成構(gòu)件12分別也可由例如摻雜了稀土金屬的鉻酸鑭、摻雜了稀土金屬的鈦酸鍶、用Al置換后的鐵酸鑭等導(dǎo)電性陶瓷；氧化鋁、氧化鎂、鈦酸鍶等絕緣性陶瓷等形成。
[0044]在多個線狀凸部12c中，分別埋設(shè)有多個通孔電極12cl。多個通孔電極12cl形成為在z方向上貫通多個線狀凸部12c。另外，第一間隔物主體11中，與多個通孔電極12cl的位置相對應(yīng)地形成有多個通孔電極11c。多個通孔電極Ilc形成為貫通第一間隔物主體
11。這些多個通孔電極Ilc及多個通孔電極12cl構(gòu)成了從線狀凸部12c的與第一間隔物主體11相反一側(cè)的表面直至第一間隔物主體11的與線狀凸部12c相反一側(cè)的表面為止的多個互連件13。此外，互連件13的形狀并無特別限定?；ミB件13既可為例如四棱柱形、三棱柱形的多棱柱形，也可為圓柱形。
[0045]通孔電極Ilc及通孔電極12cl的材質(zhì)并無特別限定。通孔電極Ilc及通孔電極12cl分別可由例如Ag-Pd合金、Ag-Pt合金、添加了堿土金屬的鉻酸鑭(LaCrO3)、鐵酸鑭(LaFeO3)、LSM 等形成。
[0046](第二間隔物50)
在發(fā)電元件30的燃料極層33上，配置有第二間隔物50。該第二間隔物50具有形成流路52a的功能，該流路52a用于將由燃料氣體流路62所提供的燃料氣體供應(yīng)到燃料極33a。另外，在包括多個發(fā)電元件的燃料電池中，第二間隔物還同時兼有將燃料氣體與氧化劑氣體分離的功能。
[0047]第二間隔物50具有第二間隔物主體51和第二流路形成構(gòu)件52。第二間隔物主體51配置在燃料極33a上。第二間隔物主體51中，形成有構(gòu)成流路61、62的一部分的貫通孔 51a、51b。
[0048]
第二流路形成構(gòu)件52配置在第二間隔物主體51與燃料極層33之間。第二流路形成構(gòu)件52具有周邊部52b、以及多個線狀凸部52c。周邊部52b中，形成有構(gòu)成燃料氣體流路62的一部分的貫通孔52d。
[0049]多個線狀凸部52c分別設(shè)置成從第二間隔物主體51的燃料極層33 —側(cè)的表面朝燃料極層33 —側(cè)突出。多個線狀凸部52c分別沿著與線狀凸部52c的延伸方向相垂直的y方向設(shè)置。多個線狀凸部52c沿著X方向彼此隔開間隔地進行配置。在相鄰的線狀凸部52c之間、以及線狀凸部52c與周邊部52b之間，劃分形成有上述流路52a。因此，流路52a的延伸方向與流路12a的延伸方向正交。
[0050]第二間隔物本體51及第二流路形成構(gòu)件52的材料并無特別限定。第二間隔物主體51及第二流路形成構(gòu)件52分別可由例如穩(wěn)定氧化鋯、部分穩(wěn)定氧化鋯等形成。另外，第二間隔物主體51及第二流路形成構(gòu)件52分別不僅可由例如摻雜了稀土金屬等的鉻酸鑭、摻雜了稀土金屬等的鈦酸鍶、用Al置換后的鐵酸鑭等導(dǎo)電性陶瓷形成，而且還可由氧化鋁、氧化鎂、鈦酸鍶等絕緣性陶瓷等形成。
[0051]如圖9及圖10所示，在多個線狀凸部52c中分別埋設(shè)有多個通孔電極52cl。另外，第二間隔物主體51中，與多個通孔電極52cl的位置相對應(yīng)地形成有多個通孔電極51c。多個通孔電極51c與多個通孔電極52cl進行電連接。多個通孔電極51c形成為貫通第二間隔物主體51。利用上述多個通孔電極51c及多個通孔電極52cl，來構(gòu)成將燃料極33a引出到外部的互連件14。
[0052]互連件14具有包含選自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的組中的
至少一種的部分。本實施方式中，具體而言，互連件14具有包含Ag的部分。更具體而言，互連件14具有由Ag-Pd合金構(gòu)成的部分。進一步具體而言，整個互連件14由Ag-Pd合金構(gòu)成。因此，互連件14的阻氣性較高。
[0053]本實施方式中，在互連件14與燃料極33a之間配置有中間膜53。具體而言，中間膜53配置在形成于線狀凸部52c的通孔52c2的燃料極33a —側(cè)的端部?；ミB件14與燃料極33a被該中間膜53隔離。
[0054]中間膜53由鈣鈦礦型導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成。本實施方式中，具體而言，中間膜53由表示為ABO3的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成，其中，A是選自Ca、Sr、Ba、La及Y所形成的組中的至少一種，B是選自T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo、Ru、Rh、Pd及Re所形成的組中的至少一種。更具體而言，中間膜53由包含選自Sr、Ca及Ba所形成的組中的至少一種的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成。而且，具體而言，中間膜53由表示為(DhEx)z(TipyGy)Od≤鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成，其中，D是選自Sr、Ca及Ba所形成的組中的至少一種，E是稀土元素，G是Nb及Ta中的至少一個，O≤X≤l,0≤y≤0.5,0.66≤ z ≤ 1.5。而且此外，具體而言，中間膜53由表示為(SivxCax)ζ(Τυ\)O3(其中，0.5 ≤ x ≤ 0.9，O ≤ y ≤ 0.3，0.66 ≤ z ≤ 0.95)的鈣鈦礦型鈦氧化物或者表示為(SivxCax) JTLyNby)O3(其中，O≤x < 0.5，O≤y≤0.3，0.66 ≤ z ≤ 0.95)的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成。
[0055]由此，本實施方式中，中間膜53由鈣鈦礦鈦氧化物構(gòu)成，因此在還原氣氛中，由η型半導(dǎo)體構(gòu)成。中間膜53也可不含有η型摻雜劑，但優(yōu)選含有η型摻雜劑。
[0056]中間膜53既可為致密的層，也可為多孔質(zhì)體。
[0057]如上所述，本實施方式中，在包含Ni的燃料極33a與互連件14之間配置有由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成的中間膜53。因此，燃料電池I的產(chǎn)品壽命較長。其理由可認為是:由于由鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成的中間膜53使Ni等金屬無法透過，因此能夠利用中間膜53來抑制燃料極33a與互連件14之間的反應(yīng)所引起的劣化。
[0058]中間膜53優(yōu)選為由鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。此時，能夠降低中間膜53的電阻。因此，能夠抑制因設(shè)置中間膜53所引起的電壓下降。[0059]中間膜53優(yōu)選為由表示為AB03的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成，其中，A是選自Ca、Sr、Ba、La及Y所形成的組中的至少一種，B是選自T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo、Ru、Rh、Pd及Re所形成的組中的至少一種。此時，能夠降低中間膜53的電阻。因此，能夠抑制因設(shè)置中間膜53所引起的電壓下降。
[0060]另外，中間膜53優(yōu)選為由包含選自Sr、Ca及Ba所形成的組中的至少一種的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成。此時，中間膜53為η型半導(dǎo)體。另外，不管是在氧化性氣氛中還是還原性氣氛中，中間膜53的穩(wěn)定性都較高。而且，此時，能夠以例如1400°C以下的低溫來進行中間膜53的燒成。[0061]另外，中間膜53優(yōu)選為由表示為(DhEx)z(TipyGy)O3的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成，其中，D是選自Sr、Ca及Ba所形成的組中的至少一種，E是稀土元素，G是Nb及Ta中的至少一個，O≤X≤1，0≤y≤0.5,0.66≤z≤1.5。此時，能夠進一步降低中間膜53的電阻。因此，能夠更有效地抑制因設(shè)置中間膜53所引起的電壓下降。
[0062]另外，在中間膜53是表示為(Sr1^xCax) ,(Ti1^yNby) O3 (其中，0.5≤x≤0.9， y ^ 0.3,0.66^z^0.95)的鈣鈦礦型鈦氧化物的情況下，能夠提高中間膜53的密
度。因而，能夠更有效地抑制燃料極33a與互連件14之間的反應(yīng)所引起的劣化。另外，由于能夠提高中間膜53的導(dǎo)電性，因此能夠抑制因設(shè)置中間膜53所引起的電壓下降。另外，能夠以例如1200°C以下的低溫來進行中間膜53的燒成。因而，作為互連件14等的構(gòu)成材料，容易使用Ag、包含Ag的合金、賤金屬等金屬。
[0063]另一方面，在中間膜53是表示為(SivxCax)ζ(Τυ\)O3 (其中，0.5≤x≤0.9， y ^ 0.3,0.66^z^0.95)的鈣鈦礦型鈦氧化物的情況下，能夠降低中間膜53的密
度。因而，可抑制因熱膨脹系數(shù)與其他構(gòu)成材料不一致而引起的破裂及剝離的產(chǎn)生。
[0064]本實施方式中，中間膜53是η型半導(dǎo)體。因此，能夠降低中間膜53與作為電子導(dǎo)電體的燃料極33a之間以及中間膜53與互連件14之間各自的接觸電阻。因此，能夠抑制因設(shè)置中間膜53所引起的電壓下降。
[0065]下面，對實施本發(fā)明的優(yōu)選方式的另一個示例進行說明。在下面的說明中，用相同的標號來參照與上述第一實施方式實質(zhì)上具有相同功能的構(gòu)件，并省略說明。
[0066](第二~第四實施方式)
圖11是第二實施方式所涉及的燃料電池的簡要剖視圖。圖12是第三實施方式所涉及的燃料電池的簡要剖視圖。
[0067]在上述第一實施方式中，對中間膜53配置在通孔52c2的燃料極33a —側(cè)端部的示例進行了說明。但本發(fā)明并不限于該結(jié)構(gòu)。例如，如圖11所示，也可將中間膜53設(shè)置成覆蓋燃料極33a的互連件14 一側(cè)的表面。具體而言，在第二實施方式中，中間膜53設(shè)置成覆蓋燃料極層33的互連件14 一側(cè)的表面。在第二實施方式中，中間膜53由多孔質(zhì)體構(gòu)成。因此，燃料氣體透過中間膜53而供應(yīng)到燃料極33a。
[0068]另外，也可將中間膜配置在第二線狀凸部與燃料極之間，并且在面向燃料極的流路的部分上不設(shè)置中間膜。
[0069]另外，如圖12所示，也可將中間膜53配置在通孔52c2的中央部。如圖13所示，也可將中間膜53配置在通孔52c2的間隔物主體51 —側(cè)端部。第三及第四實施方式的各個方式中，互連件14的相比于中間膜53更靠間隔物50 —側(cè)的部分52cll包含選自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的組中的至少一種。燃料極33a —側(cè)的部分52cl2利用與燃料極33a相同的材料來構(gòu)成。
[0070](實驗例I)
按照化學(xué)計量對CaC03、SrCO3> TiO2及Nb2O5進行稱量，以使得成為(SivxCax)a9 (Tia9Nba JO3 (其中，X 為 0,0.3,0.6,0.8,0.9 或 1.0)，使用氧化鋯球，在水中粉碎并混合，并使其干燥。之后，以1000°C對混合物進行4小時的預(yù)燒成。接著，使用直徑5_的氧化鋯球在水中對燒成物進行粉碎，得到陶瓷粉末。將該陶瓷粉末、與有機溶劑和丁縮醛類粘合劑進行混合，來制作漿料。利用刮刀法將該漿料成形為片材狀。之后，以1150°C將所得到的片材燒成6小時，從而得到陶瓷片材。
[0071]之后，測定所得到的陶瓷片材的密度。將結(jié)果用菱形示于圖14所示的曲線圖中。
[0072](實驗例2)
按照化學(xué)計量對SrTi03、CaTiO3及Nb2O5進行稱量，以使得成為(SivxCax)a9(Tia9Nbai)O3 (其中，X為0、0.4、0.6、0.8或1.0)，使用氧化鋯球，在水中粉碎并混合，并使其干燥。之后，以850°C對混合物進行4小時的預(yù)燒成。接著，使用直徑5mm的氧化錯球在水中對燒成物進行粉碎，得到陶瓷粉末。將該陶瓷粉末、與有機溶劑和丁縮醛類粘合劑進行混合，來制作漿料。利用刮刀法將該漿料成形為片材狀。之后，以1150°C將所得到的片材燒成6小時，從而得到陶瓷片材。
[0073]之后，測定所得到的陶瓷片材的密度。將結(jié)果用三角示于圖14所示的曲線圖中。
[0074]由圖14所示的結(jié)果可知，通過使0.5 SxS 0.9，從而能夠提高密度。另一方面可知，通過使O < X < 0.5，從而 能夠降低密度。
[0075](實驗例3)
按照化學(xué)計量對SrTi03、CaTiO3及Nb2O5進行稱量，以使得成為(Sra2Caa8) z (Ti^Nby)03(其中，z 為 I — y，且 z 為 0.91,0.873,0.83,0.77，y 為 0.09,0.127,0.17 或 0.23)，使用氧化鋯球，在水中粉碎并混合，并使其干燥。之后，以850°C對混合物進行4小時的預(yù)燒成。接著，使用直徑5mm的氧化鋯球在水中對燒成物進行粉碎，得到陶瓷粉末。將該陶瓷粉末、與有機溶劑和丁縮醛類粘合劑進行混合，來制作漿料。利用刮刀法將該漿料成形為片材狀。之后，以1170°C將所得到的片材燒成6小時，從而得到陶瓷片材。
[0076]之后，測定所得到的陶瓷片材的密度。將結(jié)果示于圖15。
[0077]由圖15所示的結(jié)果可知，即使y發(fā)生變化，密度也變化不大。
[0078](實驗例4)
按照化學(xué)計量對SrTi03、CaTiO3及Nb2O5進行稱量，以使得成為(Sra2Caa8) z (Tia9Nb0.^O3 (其中，z為0.920,0.927,0.936,0.955或1.000)，使用氧化鋯球，在水中粉碎并混合，并使其干燥。之后，以850°C對混合物進行4小時的預(yù)燒成。接著，使用直徑5_的氧化鋯球在水中對燒成物進行粉碎，得到陶瓷粉末。將該陶瓷粉末、與SrTiO3、CaTiO3、有機溶劑和丁縮醛類粘合劑進行混合，來制作漿料。利用刮刀法將該漿料成形為片材狀。之后，以1150°C將所得到的片材燒成6小時，從而得到陶瓷片材。
[0079]之后，測定所得到的陶瓷片材的密度。將結(jié)果示于圖16。
[0080]由圖16所示的結(jié)果可知，通過使z小于0.95，從而能夠提高密度。另一方面可知，通過使z成為0.95以上，從而能夠降低密度。[0081]另外，由實驗例3及4的結(jié)果可知，通過使z小于0.95，從而能夠提高密度。但從穩(wěn)定地保持鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的觀點出發(fā)，優(yōu)選z為0.66以上。進一步優(yōu)選為，z為0.90以上。
[0082](實施例)
利用以下所示的條件來制作與上述第四實施方式所涉及的燃料電池實質(zhì)上具有相同結(jié)構(gòu)的燃料電池。
[0083]間隔物的構(gòu)成材料:3YSZ (利用添加量為3摩爾％的Y2O3進行部分穩(wěn)定后的ZrO2) 固體氧化物電解質(zhì)層的構(gòu)成材料=ScCeSZ (利用添加量為10摩爾％的Sc2O3以及I摩
爾％的CeO2穩(wěn)定后的ZrO2)
空氣極的構(gòu)成材料:對60質(zhì)量％的Laa8Sra2MnO3粉末和40質(zhì)量％的上述ScCeSZ的混合物添加30質(zhì)量％的碳粉末后得到的材料
燃料極的構(gòu)成材料:對65質(zhì)量％的NiO和35質(zhì)量％的上述ScCeSZ的混合物添加30質(zhì)量％的碳粉末后得到的材料
燃料極側(cè)的互連件的比中間膜更靠燃料極一側(cè)的部分的構(gòu)成材料:70質(zhì)量％的NiO和30質(zhì)量％的TiO2的混合物
互連件的比中間膜更靠燃料極相反側(cè)的部分的構(gòu)成材料:Pd的含有量為30質(zhì)量％的Pd-Ag合金
中間膜的構(gòu)成材料:(Sra2Caa8)a9Tia9NbaiO3
通孔的直徑:0.2mm
中間膜的厚度:30μπι
燃料極的厚度:30 μ m
空氣極的厚度:30 μ m
固體氧化物電解質(zhì)層的厚度:30 μ m
線狀凸部的高度:240 μ m
間隔物主體的厚度:360 μ m
燒成前的沖壓條件:1000kgf/cm2
燒成溫度:1150°C
[0084]中間膜的制作:對SrTiO3XaTiO3及Nb2O5進行稱量，使用氧化鋯球，在水中粉碎并混合，并使其干燥。之后，以850°C對混合物進行4小時的預(yù)燒成。接著，使用直徑5_的氧化鋯球在水中對燒成物進行粉碎，得到陶瓷粉末。將該陶瓷粉末、與CaCO3及SrCO3、有機溶劑和丁縮醛類粘合劑進行混合，來制作漿料。將所得到的漿料填充到通孔中。之后，與其他構(gòu)成構(gòu)件一起進行一體燒成。
[0085](比較例)
制作除了未設(shè)置中間膜之外與上述實施例相同的燃料電池。
[0086](評估)
對于上述實施例及比較例中分別制作的燃料電池，在750°C下，使包含15.5%水蒸汽的66%H2-N2氣體和氧化劑氣體流通以進行發(fā)電，并以0.4A/cm2進行了通電試驗。將結(jié)果示于圖17。
[0087]由圖17所示的結(jié)果可知，在設(shè)置有中間膜的實施例中，相比于未設(shè)置中間膜的比較例，電壓不易下降。因此可知，通過設(shè)置中間膜從而能夠增加燃料電池的電池壽命。標號說明
[0088]I…燃料電池
10…第一間隔物
11…第一間隔物主體
11a、Ilb…貫通孔
Ilc…通孔電極
12…第一流路形成構(gòu)件
12a…第一流路
12b…周邊部
12c…第一線狀凸部
12cl…通孔電極
12cl...貫通孔
13、14…互連件 30...發(fā)電兀件
31…固體氧化物電解質(zhì)層
31a、31b…貫通孔
32…空氣極層
32a…空氣極
32b…周邊部
32c、32d…貫通孔
33…燃料極層
33a…燃料極
33b…周邊部
33c、33d…貫通孔
50…第二間隔物
51…第二間隔物主體
51a、51b…貫通孔
51cl…通孔電極
52…第二流路形成構(gòu)件
52a…流路
52b…周邊部
52c…通孔電極
52c…第二線狀凸部
52d…貫通孔
61…氧化劑氣體流路
62…燃料氣體流路
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池，包括:發(fā)電元件，該發(fā)電元件具有固體氧化物電解質(zhì)層、配置在所述固體氧化物電解質(zhì)層的一個主面上的第一電極、和配置在所述固體氧化物電解質(zhì)層的另一個主面上的第二電極；間隔物，該間隔物配置在所述第一電極上，且劃分形成有面向所述第一電極的流路；以及 互連件，該互連件與所述第一電極相連接， 所述第一電極包含Ni， 所述互連件具有包含選自Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的組中的至少一種的部分， 還包括中間膜，該中間膜配置在包含選自所述Ag、Pd、Pt、Fe、Co、Cu、Ru、Rh、Re及Au所形成的組中的至少一種的部分、與第一電極之間，且由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于， 所述中間膜由鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池，其特征在于， 所述中間膜由表 示為ABO3的鈣鈦礦型氧化物構(gòu)成，其中，A是選自Ca、Sr、Ba、La及Y所形成的組中的至少一種，B是選自T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo、Ru、Rh、Pd及Re所形成的組中的至少一種。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池，其特征在于， 所述中間膜由包含選自Sr、Ca及Ba所形成的組中的至少一種的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的燃料電池，其特征在于， 所述中間膜由表示為(D1J丄(TipyGy) O3的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成，其中，D是選自Sr、Ca及Ba所形成的組中的至少一種，E是稀土元素，G是Nb及Ta中的至少一種，O≤x≤I，O ≤ y ≤ 0.5,0.66 ≤ z ≤ 1.5。
6.如權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于， 所述中間膜由表示為(SivxCax) z (Ti1≤yNby) O3的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成，其中，0.5 ≤ X ≤ 0.9，0 ≤ y ≤ 0.3,0.66 ≤ z ≤ 0.95。
7.如權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于， 所述中間膜由表示為(SivxCax)z(TihNby)O3的鈣鈦礦型鈦氧化物構(gòu)成，其中，O ( x< 0.5,0 ≤ y ≤ 0.3,0.66 ≤ z ≤ 0.95。
8.如權(quán)利要求1至7中的任一項所述的燃料電池，其特征在于， 所述中間膜由η型半導(dǎo)體構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1至8中的任一項所述的燃料電池，其特征在于， 所述第一電極由氧化鎳、包含Ni的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、包含Ni的氧化鈣穩(wěn)定氧化鋯、包含Ni的氧化鈧穩(wěn)定氧化 錯、包含Ni的氧化鋪穩(wěn)定氧化錯、包含Ni的氧化鈦、包含Ni的氧化鋁、包含Ni的氧化鎂、包含Ni的氧化釔、包含Ni的氧化鈮或包含Ni的氧化鉭構(gòu)成。
10.如權(quán)利要 求1至9中的任一項所述的燃料電池，其特征在于， 所述互連件具有包含Ag的部分。
11.如權(quán)利要求10所述的燃料電池，其特征在于，所述互連件具有由Ag-P d合金構(gòu)成的部分。
【文檔編號】H01M8/12GK103477484SQ201280016360
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月31日
【發(fā)明者】高田和英 申請人:株式會社村田制作所