固體氧化物型燃料電池的制作方法
【專利說明】固體氧化物型燃料電池
[0001]本申請(qǐng)是2013年10月11日進(jìn)入中國國家階段的、發(fā)明名稱為“固體電解質(zhì)型燃料電池”的國家申請(qǐng)?zhí)枮?01280018035.7專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002 ]本發(fā)明涉及一種固體氧化物型燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0003]—種固體氧化物型燃料電池，其具備:固體電解質(zhì)層，由固體電解質(zhì)形成為層狀；燃料極，形成在前述固體電解質(zhì)層的一個(gè)側(cè)面使燃料氣體滲透至前述固體電解質(zhì)層;及空氣極，形成在前述固體電解質(zhì)層的另一個(gè)側(cè)面使氧化劑氣體滲透至前述固體電解質(zhì)層，其中，提出了各種各樣的材料來用作固體電解質(zhì)。
[0004]在這種背景下，近年來作為能夠得到比穩(wěn)定氧化鋯高的氧離子導(dǎo)電性的物質(zhì)，開始關(guān)注至少含有La及Ga的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物(以下有時(shí)也記載為鎵酸鑭氧化物)，且正在進(jìn)行大量的研究。該鎵酸鑭氧化物是如下氧化物，通過即使在低溫下氧離子導(dǎo)電性也很少下降的物質(zhì)，La、Ga的一部分利用置換固溶而被原子價(jià)比其低的Sr、Mg等取代，由此，其具有燒結(jié)體的氧離子導(dǎo)電性變大的性質(zhì)。如此，作為一個(gè)例子在下述專利文獻(xiàn)I中提出了將鎵酸鑭氧化物用作固體電解質(zhì)的鎵酸鑭系電解質(zhì)。
[0005]專利文獻(xiàn)I:日本國特開2008-77998號(hào)公報(bào)
[0006]鎵酸鑭系電解質(zhì)與穩(wěn)定氧化鋯系電解質(zhì)相比低溫下的離子導(dǎo)電性高，能夠有利于提高低溫下的發(fā)電性能。但是，鎵酸鑭系電解質(zhì)與穩(wěn)定氧化鋯系電解質(zhì)相比，其與燃料極中含有的Ni成分的反應(yīng)性高，在單電池制作時(shí)或運(yùn)行中，Ni成分容易擴(kuò)散至鎵酸鑭系電解質(zhì)中。如果Ni成分?jǐn)U散至鎵酸鑭系電解質(zhì)中，則由于電解質(zhì)的離子迀移數(shù)下降，因此燃料極和空氣極發(fā)生電氣內(nèi)部短路，則存在作為燃料電池的輸出有時(shí)會(huì)下降這樣的應(yīng)解決的課題。
[0007]為了解決該課題，在上述專利文獻(xiàn)I中，在由鎵酸鑭系電解質(zhì)形成的電解質(zhì)層和燃料極之間設(shè)置由含鈰氧化物構(gòu)成的層。如此，由含鈰氧化物構(gòu)成的層被有意形成為，作為抑制燃料極中含有的Ni成分向鎵酸鑭系電解質(zhì)擴(kuò)散的反應(yīng)防止層而發(fā)揮作用。但是，僅通過含有含鈰氧化物的反應(yīng)防止層則無法完全防止Ni成分的擴(kuò)散，為了提高輸出性能而需要進(jìn)一步的對(duì)策。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是鑒于上述課題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種固體氧化物型燃料電池，進(jìn)一步提高抑制燃料極中含有的Ni成分向電解質(zhì)層側(cè)擴(kuò)散的效果。
[0009]為了解決上述課題，本發(fā)明所涉及的固體氧化物型燃料電池具備:固體電解質(zhì)層，由固體電解質(zhì)形成為層狀;燃料極，形成在所述固體電解質(zhì)層的一個(gè)側(cè)面使燃料氣體滲透至所述固體電解質(zhì)層;及空氣極，形成在所述固體電解質(zhì)層的另一個(gè)側(cè)面使氧化劑氣體滲透至所述固體電解質(zhì)層，其特征在于，所述燃料極包含Ni及MO的至少一種，所述固體電解質(zhì)層包含至少含有La及Ga的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物和MgO，在所述固體電解質(zhì)層中所述MgO為粒子狀的MgO粒子，散布于以所述鈣鈦礦型復(fù)合氧化物為主成分的粒子的晶界，所述MgO粒子以4vol%以上且20vol%以下的比例被包含在所述固體電解質(zhì)層中。
[0010]這里所說的以鈣鈦礦型復(fù)合氧化物為主成分的粒子的晶界是指包括通過燒結(jié)而得到的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的粒子彼此的界面及晶界三重點(diǎn)。
[0011]從燃料極側(cè)向固體電解質(zhì)層側(cè)擴(kuò)散的Ni成分通過沿固體電解質(zhì)中的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的晶界移動(dòng)，而在固體電解質(zhì)中向空氣極側(cè)擴(kuò)散。在本發(fā)明中，由于在固體電解質(zhì)層中，MgO為粒子狀的MgO粒子，散布于以鈣鈦礦型復(fù)合氧化物為主成分的粒子的晶界，因此從燃料極側(cè)擴(kuò)散來的Ni成分經(jīng)過MgO粒子所散布的區(qū)域。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)MgO粒子具有捕捉Ni成分的功能，本發(fā)明利用了該見解。因而，途經(jīng)MgO粒子所散布的區(qū)域的Ni成分在該散布區(qū)域被MgO粒子捕捉，可切實(shí)地抑制從固體電解質(zhì)層向空氣極側(cè)區(qū)域擴(kuò)散。因而，可以切實(shí)地防止燃料極和空氣極發(fā)生電氣內(nèi)部短路而導(dǎo)致發(fā)電性能下降。
[0012]另外，在本發(fā)明中，使MgO粒子散布于固體電解質(zhì)層中的以鈣鈦礦型復(fù)合氧化物為主成分的粒子的晶界。通過這種MgO粒子的散布化，可以抑制因MgO粒子而引起的離子導(dǎo)電性下降。而且，通過使MgO粒子散布于用于防止Ni成分?jǐn)U散而最有效的區(qū)域，從而能夠通過較少的MgO粒子來發(fā)揮最大限度的Ni成分?jǐn)U散防止效果。
[0013]這里所說的MgO粒子是指以鎂(Mg)和氧(O)為主成分的氧化物粒子。即，在MgO粒子中也可以包含一部分除Mg和O以外的元素成分。例如還包括如下情況，在單電池制作時(shí)的燒成工序中，燃料極所包含的Ni成分?jǐn)U散至固體電解質(zhì)層，散布于固體電解質(zhì)層的MgO粒子已經(jīng)捕捉Ni成分，成為以Mg成分、Ni成分及氧為主成分的粒子。
[0014]另外，在本發(fā)明所涉及的固體氧化物型燃料電池中，所述MgO粒子優(yōu)選以大于Ovol %且20vol%以下的比例被包含在所述固體電解質(zhì)層中。而且，更優(yōu)選以大于Ovol %且15vol%以下的比例而被包含。
[0015]在該優(yōu)選方式中，通過使固體電解質(zhì)層中所包含的MgO粒子的量為大于0vol%且20vol%以下的比例，從而可以使MgO粒子最大限度地發(fā)揮Ni成分?jǐn)U散防止效果，另一方面，可以將MgO粒子引起的離子導(dǎo)電性下降抑制于最小限度。而且，通過使MgO粒子的量為15vol%以下的比例，可以更有效地將離子導(dǎo)電性下降抑制于最小限度。
[0016]在本發(fā)明所涉及的固體氧化物型燃料電池中，MgO粒子的平均粒徑優(yōu)選為0.01?2.0μηι。而且，更優(yōu)選為0.1?1.Ομπι。
[0017]在該優(yōu)選方式中，通過使固體電解質(zhì)層中所包含的MgO粒子的平均粒徑為0.01?
2.Ομπι，從而可以使MgO粒子最大限度地發(fā)揮Ni成分?jǐn)U散防止效果，另一方面，可以將MgO粒子引起的離子導(dǎo)電性下降抑制于最小限度。而且，通過使MgO粒子的平均粒徑更優(yōu)選為0.1?1.Ομπι，從而可以更有效且最大限度地發(fā)揮Ni成分?jǐn)U散防止效果，另一方面，可以將MgO粒子引起的離子導(dǎo)電性下降抑制于最小限度。
[0018]另外，雖然MgO粒子的一部分也可以存在于鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的粒內(nèi)，但是為了通過較少的MgO粒子而發(fā)揮最大限度的Ni成分?jǐn)U散防止效果，優(yōu)選存在于粒內(nèi)的MgO粒子盡可能少。因而在本發(fā)明中，優(yōu)選使大部分MgO粒子散布于晶界，理想上優(yōu)選MgO粒子不存在于鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的粒內(nèi)。
[0019]另外，在本發(fā)明所涉及的固體氧化物型燃料電池中，還優(yōu)選所述MgO為粒子狀的MgO粒子，偏在于所述固體電解質(zhì)層的所述一個(gè)側(cè)面?zhèn)取?br>[0020]通過這種MgO粒子的偏在化，可以抑制因MgO粒子而引起的離子導(dǎo)電性下降。而且，通過使MgO粒子偏在于用于防止Ni擴(kuò)散而最有效的區(qū)域，從而能夠通過較少的MgO粒子來發(fā)揮最大限度的Ni擴(kuò)散防止效果。
[0021]另外，在本發(fā)明所涉及的固體氧化物型燃料電池中，還優(yōu)選在所述固體電解質(zhì)層的燃料極側(cè)的界面，以所述鈣鈦礦型復(fù)合氧化物為主成分的粒子和所述MgO粒子的體積比率為80:20 ?20:80。
[0022]在該優(yōu)選方式中，通過使LSGM粒子和MgO粒子的體積比率為80:20?20:80，從而可以使MgO粒子最大限度地發(fā)揮Ni擴(kuò)散防止效果，另一方面，可以將MgO粒子引起的離子導(dǎo)電性下降抑制于最小限度。
[0023]另外，在本發(fā)明所涉及的固體氧化物型燃料電池中，還優(yōu)選在所述固體電解質(zhì)層和所述燃料極之間具備由含有La的鈰氧化物構(gòu)成的中間層。
[0024]在該優(yōu)選方式中，通過在固體電解質(zhì)層和燃料極之間具備由含有La的鈰氧化物構(gòu)成的中間層，從而可以抑制固體電解質(zhì)層的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物所含有的La擴(kuò)散至燃料極側(cè)，可以使鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的粒子和MgO粒子穩(wěn)定存在。因而，穩(wěn)定存在的MgO粒子可以切實(shí)地捕捉向固體電解質(zhì)層側(cè)擴(kuò)散來的Ni。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種固體氧化物