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]本申請是2013年10月11日進入中國國家階段的、發明名稱為“固體電解質型燃料電池”的國家申請號為201280018035.7專利申請的分案申請。
技術領域
[0002 ]本發明涉及一種固體氧化物型燃料電池。
【背景技術】
[0003]—種固體氧化物型燃料電池，其具備:固體電解質層，由固體電解質形成為層狀；燃料極，形成在前述固體電解質層的一個側面使燃料氣體滲透至前述固體電解質層;及空氣極，形成在前述固體電解質層的另一個側面使氧化劑氣體滲透至前述固體電解質層，其中，提出了各種各樣的材料來用作固體電解質。
[0004]在這種背景下，近年來作為能夠得到比穩定氧化鋯高的氧離子導電性的物質，開始關注至少含有La及Ga的鈣鈦礦型復合氧化物(以下有時也記載為鎵酸鑭氧化物)，且正在進行大量的研究。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電性也很少下降的物質，La、Ga的一部分利用置換固溶而被原子價比其低的Sr、Mg等取代，由此，其具有燒結體的氧離子導電性變大的性質。如此，作為一個例子在下述專利文獻I中提出了將鎵酸鑭氧化物用作固體電解質的鎵酸鑭系電解質。
[0005]專利文獻I:日本國特開2008-77998號公報
[0006]鎵酸鑭系電解質與穩定氧化鋯系電解質相比低溫下的離子導電性高，能夠有利于提高低溫下的發電性能。但是，鎵酸鑭系電解質與穩定氧化鋯系電解質相比，其與燃料極中含有的Ni成分的反應性高，在單電池制作時或運行中，Ni成分容易擴散至鎵酸鑭系電解質中。如果Ni成分擴散至鎵酸鑭系電解質中，則由于電解質的離子迀移數下降，因此燃料極和空氣極發生電氣內部短路，則存在作為燃料電池的輸出有時會下降這樣的應解決的課題。
[0007]為了解決該課題，在上述專利文獻I中，在由鎵酸鑭系電解質形成的電解質層和燃料極之間設置由含鈰氧化物構成的層。如此，由含鈰氧化物構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擴散的反應防止層而發揮作用。但是，僅通過含有含鈰氧化物的反應防止層則無法完全防止Ni成分的擴散，為了提高輸出性能而需要進一步的對策。
【發明內容】
[0008]本發明是鑒于上述課題而進行的，其目的在于提供一種固體氧化物型燃料電池，進一步提高抑制燃料極中含有的Ni成分向電解質層側擴散的效果。
[0009]為了解決上述課題，本發明所涉及的固體氧化物型燃料電池具備:固體電解質層，由固體電解質形成為層狀;燃料極，形成在所述固體電解質層的一個側面使燃料氣體滲透至所述固體電解質層;及空氣極，形成在所述固體電解質層的另一個側面使氧化劑氣體滲透至所述固體電解質層，其特征在于，所述燃料極包含Ni及MO的至少一種，所述固體電解質層包含至少含有La及Ga的鈣鈦礦型復合氧化物和MgO，在所述固體電解質層中所述MgO為粒子狀的MgO粒子，散布于以所述鈣鈦礦型復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層中。
[0010]這里所說的以鈣鈦礦型復合氧化物為主成分的粒子的晶界是指包括通過燒結而得到的鈣鈦礦型復合氧化物的粒子彼此的界面及晶界三重點。
[0011]從燃料極側向固體電解質層側擴散的Ni成分通過沿固體電解質中的鈣鈦礦型復合氧化物的晶界移動，而在固體電解質中向空氣極側擴散。在本發明中，由于在固體電解質層中，MgO為粒子狀的MgO粒子，散布于以鈣鈦礦型復合氧化物為主成分的粒子的晶界，因此從燃料極側擴散來的Ni成分經過MgO粒子所散布的區域。本發明人發現MgO粒子具有捕捉Ni成分的功能，本發明利用了該見解。因而，途經MgO粒子所散布的區域的Ni成分在該散布區域被MgO粒子捕捉，可切實地抑制從固體電解質層向空氣極側區域擴散。因而，可以切實地防止燃料極和空氣極發生電氣內部短路而導致發電性能下降。
[0012]另外，在本發明中，使MgO粒子散布于固體電解質層中的以鈣鈦礦型復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電性下降。而且，通過使MgO粒子散布于用于防止Ni成分擴散而最有效的區域，從而能夠通過較少的MgO粒子來發揮最大限度的Ni成分擴散防止效果。
[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，在單電池制作時的燒成工序中，燃料極所包含的Ni成分擴散至固體電解質層，散布于固體電解質層的MgO粒子已經捕捉Ni成分，成為以Mg成分、Ni成分及氧為主成分的粒子。
[0014]另外，在本發明所涉及的固體氧化物型燃料電池中，所述MgO粒子優選以大于Ovol %且20vol%以下的比例被包含在所述固體電解質層中。而且，更優選以大于Ovol %且15vol%以下的比例而被包含。
[0015]在該優選方式中，通過使固體電解質層中所包含的MgO粒子的量為大于0vol%且20vol%以下的比例，從而可以使MgO粒子最大限度地發揮Ni成分擴散防止效果，另一方面，可以將MgO粒子引起的離子導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電性下降抑制于最小限度。
[0016]在本發明所涉及的固體氧化物型燃料電池中，MgO粒子的平均粒徑優選為0.01?2.0μηι。而且，更優選為0.1?1.Ομπι。
[0017]在該優選方式中，通過使固體電解質層中所包含的MgO粒子的平均粒徑為0.01?
2.Ομπι，從而可以使MgO粒子最大限度地發揮Ni成分擴散防止效果，另一方面，可以將MgO粒子引起的離子導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選為0.1?1.Ομπι，從而可以更有效且最大限度地發揮Ni成分擴散防止效果，另一方面，可以將MgO粒子引起的離子導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合氧化物的粒內，但是為了通過較少的MgO粒子而發揮最大限度的Ni成分擴散防止效果，優選存在于粒內的MgO粒子盡可能少。因而在本發明中，優選使大部分MgO粒子散布于晶界，理想上優選MgO粒子不存在于鈣鈦礦型復合氧化物的粒內。
[0019]另外，在本發明所涉及的固體氧化物型燃料電池中，還優選所述MgO為粒子狀的MgO粒子，偏在于所述固體電解質層的所述一個側面側。
[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電性下降。而且，通過使MgO粒子偏在于用于防止Ni擴散而最有效的區域，從而能夠通過較少的MgO粒子來發揮最大限度的Ni擴散防止效果。
[0021]另外，在本發明所涉及的固體氧化物型燃料電池中，還優選在所述固體電解質層的燃料極側的界面，以所述鈣鈦礦型復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粒子最大限度地發揮Ni擴散防止效果，另一方面，可以將MgO粒子引起的離子導電性下降抑制于最小限度。
[0023]另外，在本發明所涉及的固體氧化物型燃料電池中，還優選在所述固體電解質層和所述燃料極之間具備由含有La的鈰氧化物構成的中間層。
[0024]在該優選方式中，通過在固體電解質層和燃料極之間具備由含有La的鈰氧化物構成的中間層，從而可以抑制固體電解質層的鈣鈦礦型復合氧化物所含有的La擴散至燃料極側，可以使鈣鈦礦型復合氧化物的粒子和MgO粒子穩定存在。因而，穩定存在的MgO粒子可以切實地捕捉向固體電解質層側擴散來的Ni。
[0025]根據本發明，可以提供一種固體氧化物