[發(fā)明專利]固體氧化物型燃料電池單電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310417122.6
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103715442A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安藤茂;古屋正紀(jì);籾山大;端山潔;岡本修;渡邊直樹;井坂暢夫;佐藤真樹
• 申請（專利權(quán)）人: TOTO株式會社
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M8/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔡曉菡;楊思捷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種固體氧化物型燃料電池單電池。

背景技術(shù)

近年來一直致力于進(jìn)行低溫工作型固體氧化物型燃料電池的研究，其目的是使固體氧化物型燃料電池的工作溫度降低至600℃～800℃左右。作為低溫工作型固體氧化物型燃料電池的固體電解質(zhì)材料，提出了鎵酸鑭氧化物（例如參照日本國特開2002-15756號公報（第1-9頁，圖1-圖9）以及日本國特開平11-335164號公報（第1-12頁，圖1-圖12））。在鎵酸鑭氧化物用作固體電解質(zhì)材料的固體氧化物型燃料電池中，作為支撐體材料采用熱膨脹極為相似的NiO-YSZ。但是，NiO-YSZ價格昂貴，因此希望有價格便宜的支撐體材料。對此，提出了作為支撐體材料使用價格較為便宜的鎂橄欖石質(zhì)燒結(jié)體（參照日本國特開2005-93241號公報）。

專利文獻(xiàn)1：日本國特開2002-15756號公報

專利文獻(xiàn)2：日本國特開平11-335164號公報

專利文獻(xiàn)3：日本國特開2005-93241號公報。

但是，作為支撐體材料使用鎂橄欖石而制作了在多孔質(zhì)支撐體表面上依次層疊有內(nèi)側(cè)電極、固體電解質(zhì)及外側(cè)電極的固體氧化物型燃料電池單電池時，由于多孔質(zhì)支撐體的Mg/Si摩爾比，所層疊的電解質(zhì)無法變得致密，其結(jié)果，可知無法得到所希望的發(fā)電性能，或發(fā)電性能隨時間而下降。另外，來自雜質(zhì)的氧化物的量變多時，電解質(zhì)的組成發(fā)生變化，而且電解質(zhì)無法變得致密，其結(jié)果，可知無法得到所希望的發(fā)電性能，或發(fā)電性能隨時間而下降。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象的本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過使多孔質(zhì)支撐體的Mg/Si比以及來自雜質(zhì)的氧化物的量處于規(guī)定范圍，而能夠抑制上述現(xiàn)象。本發(fā)明是基于上述見解而進(jìn)行的。即，本發(fā)明是在多孔質(zhì)支撐體的表面上依次層疊內(nèi)側(cè)電極、固體電解質(zhì)及外側(cè)電極而構(gòu)成的固體氧化物型燃料電池單電池，其特征在于，所述多孔質(zhì)支撐體含有鎂橄欖石而構(gòu)成，所述多孔質(zhì)支撐體的Mg/Si比以摩爾比為1.90以上且2.2以下，并且，在使用Cu-Kα射線的粉末X射線衍射圖譜中，衍射角2θ=26.5^o～27.0^o處出現(xiàn)的最大峰高A與36.5^o～37.0^o處出現(xiàn)的最大峰高B的比A/B為0.0%以上且9.0%以下。當(dāng)Mg/Si<1.90時，在共燒時固體電解質(zhì)的成分與多孔質(zhì)支撐體的Si成分（來自游離二氧化硅）發(fā)生反應(yīng)從而固體電解質(zhì)發(fā)生變性。因此，發(fā)電性能的初期性能及長期穩(wěn)定性一起下降。另一方面，當(dāng)Mg/Si>2.2時，由于MgO的單獨相較多，多孔質(zhì)支撐體的熱收縮率變小，因此在共燒時固體電解質(zhì)的收縮也變少，固體電解質(zhì)無法變得致密，發(fā)電性能下降。另外，當(dāng)比A/B超過9.0%時，在共燒時來自雜質(zhì)的氧化物與固體電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)從而固體電解質(zhì)發(fā)生變性。因而，通過使多孔質(zhì)支撐體的Mg/Si比及峰比A/B處于規(guī)定范圍，可以防止高溫環(huán)境下的燃料電池單電池的化學(xué)變化，因此，可以提供發(fā)電性能和耐久性優(yōu)異的燃料電池單電池。另外，衍射角2θ=26.5^o～27.0^o處出現(xiàn)的峰是來自雜質(zhì)的峰，衍射角2θ=36.5^o～37.0^o處出現(xiàn)的峰是來自主成分即鎂橄欖石的峰。因而，比A/B表示來自雜質(zhì)的氧化物的量。關(guān)于粉末X射線衍射法所使用的試樣粉末，既可以將多孔質(zhì)支撐體的原料粉末直接用于測定，也可以在將燃料電池單電池的多孔質(zhì)支撐體粉碎成粉末之后用于測定。

本發(fā)明優(yōu)選所述固體電解質(zhì)包含鎵酸鑭系氧化物而構(gòu)成，更理想的是所述固體電解質(zhì)包含摻雜有Sr及Mg的鎵酸鑭系氧化物而構(gòu)成。通過使Mg/Si比處于上述范圍，在與固體電解質(zhì)進(jìn)行共燒時，可以抑制Sr、Mg的擴散而保持鎵酸鑭系氧化物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，同時可形成致密的固體電解質(zhì)層，因此，發(fā)電性能和長期穩(wěn)定性優(yōu)異。

另外，所述固體電解質(zhì)優(yōu)選由通式La_1-aSr_aGa_1-b-cMg_bCo_cO₃（但是0.05≤a≤0.3、0<b<0.3、0≤c≤0.15）表示。由此，可以在低溫下得到高發(fā)電性能。由于可以在低溫下進(jìn)行運行，因此支撐體的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。