[發(fā)明專利]金屬支承型電化學元件、固體氧化物型燃料電池和金屬支承型電化學元件的制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680053954.6
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN108028410A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發(fā)明（設計）人: 越后滿秋;大西久男;真鍋享平;山崎修;南和徹;津田裕司
• 申請（專利權(quán)）人: 大阪瓦斯株式會社
• 主分類號: H01M8/1286
• 分類號: H01M8/1286;H01M4/86;H01M8/0289
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;閆小龍

實現(xiàn)具有致密且氣體阻隔性能高的電解質(zhì)層的元件。金屬支承型電化學元件至少具有：作為支承體的金屬基板、在金屬基板之上形成的電極層、在電極層之上形成的緩沖層、以及在緩沖層之上形成的電解質(zhì)層。電極層為多孔質(zhì)，電解質(zhì)層為致密，緩沖層的致密度比電極層的致密度大且比電解質(zhì)層的致密度小。

技術領域

本發(fā)明涉及至少具有：作為支承體的金屬基板、在前述金屬基板之上形成的電極層、在前述電極層之上形成的緩沖層、以及在前述緩沖層之上形成的電解質(zhì)層的金屬支承型電化學元件和固體氧化物型燃料電池以及該金屬支承型電化學元件的制造方法。

背景技術

在以往的電解質(zhì)支承型的固體氧化物型燃料電池（以下，記為“SOFC”。）或電極支承型的SOFC中，為了得到致密且氣密性和氣體阻隔性高的電解質(zhì)層，進行高溫（例如1400℃）下的燒結(jié)。近年來，開發(fā)了為了提高堅固性而在金屬基板上支承燃料極、空氣極和電解質(zhì)層的金屬支承型SOFC。

在專利文獻1中，公開了在多孔質(zhì)的金屬基板上將薄膜狀的燃料極層、電解質(zhì)層、空氣極層按照此順序?qū)盈B后的金屬支承型SOFC。在該SOFC的制造工序中，在燃料極層之上涂敷、干燥電解質(zhì)層的材料之后，進行按壓。之后進行燒結(jié)，形成了致密的電解質(zhì)層。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2008-234927號公報。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的課題

可是，即使為使用專利文獻1的方法得到的電解質(zhì)層，其性能也不充分，無法到達得到充分的開路電壓（OCV），有改良的必要性。另一方面，當在金屬支承型SOFC的制造時進行高溫的熱處理時，作為支承體的金屬基板劣化或由于來自金屬基板的Cr等的元素擴散而對SOFC的結(jié)構(gòu)要素（電極層、電解質(zhì)層）造成壞影響，存在SOFC的性能或耐久性降低的情況。因此，優(yōu)選低的溫度下的熱處理?？墒牵斀档椭圃鞎r的熱處理溫度時，難以得到良質(zhì)的電極層或電解質(zhì)層。當例如使電解質(zhì)層的燒結(jié)溫度變低時，難以得到致密且氣密性和氣體阻隔性高的電解質(zhì)層。

進而，在以往的電極支承型SOFC或電解質(zhì)支承型SOFC等中，例如通過共燒結(jié)而得到了金屬陶瓷的陽極電極層和陶瓷的電解質(zhì)層。在該情況下，各層與支承體一起同時收縮，因此，支承體上的各層從支承體接受的拘束力并沒有那么大。可是，在將金屬基板作為支承體的金屬支承型SOFC中，在金屬基板與電解質(zhì)層或電極層中燒結(jié)時的收縮率不同，因此，在金屬基板上形成電解質(zhì)層和電極層時，電解質(zhì)層和電極層從金屬基板接受的拘束力變大。因此，在金屬基板上形成針對以熱沖擊（heat shock）為首的各種應力的耐性高且性能、可靠性、穩(wěn)定性優(yōu)越的多孔質(zhì)的電極層、以及致密且氣密性和氣體阻隔性高的電解質(zhì)層是非常困難的。

即，在能夠抑制金屬基板的損傷的例如1100℃以下的溫度區(qū)域中得到在金屬基板上具有性能、可靠性、穩(wěn)定性優(yōu)越的多孔質(zhì)的電極層以及致密且氣密性和氣體阻隔性高的電解質(zhì)層的金屬支承型SOFC是非常困難的，尤其，將燒結(jié)所需要的溫度區(qū)域高的YSZ等氧化鋯類材料用作電解質(zhì)是極其困難的。

本發(fā)明是鑒于上述的課題而完成的，其目的在于實現(xiàn)在金屬基板上具有多孔質(zhì)的電極層和致密且氣密性和氣體阻隔性高的電解質(zhì)層的性能、可靠性、穩(wěn)定性優(yōu)越的金屬支承型電化學元件。

用于解決課題的方案

用于達成上述目的的本發(fā)明的金屬支承型電化學元件的特征結(jié)構(gòu)在于以下方面：至少具有：作為支承體的金屬基板、在所述金屬基板之上形成的電極層、在所述電極層之上形成的緩沖層、以及在所述緩沖層之上形成的電解質(zhì)層，所述電極層為多孔質(zhì)，所述電解質(zhì)層為致密，所述緩沖層的致密度比所述電極層的致密度大且比所述電解質(zhì)層的致密度小。