金属支撑电池和金属支撑电池的制造方法技术

为了防止因热应力引起的裂纹，提供了一种对电解质层施加内部残余应力的金属支撑电池和金属支撑电池的制造方法。金属支撑电池10层叠包括电解质层(40)、电极层(50)以及金属支撑层(60)的多个层而构成。电解质层具有沿表面方向的压缩残余应力，多个层中除电解质层以外的其它层中的至少一个具有沿表面方向的拉伸残余应力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属支撑电池和金属支撑电池的制造方法
本专利技术涉及一种金属支撑电池和金属支撑电池的制造方法。
技术介绍
一直以来，机械强度、快速启动性等优异的金属支撑电池(MSC：Metal-SupportedCell)适用于固体氧化物型燃料电池(SOFC：SolidOxideFullCell)。金属支撑电池层叠包括电解质层、电极层和金属支撑层的多个层而构成。在由脆弱陶瓷形成的电解质层中，存在因热应力引起裂纹的问题。针对上述课题，例如在下述专利文献1中公开了如下的金属支撑电池，其在制造时与电解质层的化学收缩量相比增大热收缩量的差(金属支撑层-电解质层)，在烧结冷却时维持电解质层的内部应力的压缩状态，抑制电解质层的裂纹。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-99408号公报但是，在上述专利文献1的金属支撑电池中，虽然能够防止制造时的裂纹，但是在反复运转和停止的实际领域中，依然存在由于热膨胀和冷却收缩引起的热应力而在电解质层中产生裂纹的可能性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种防止由于热应力引起的电解质层的裂纹而对电解质层施加内部残余应力的金属支撑电池和金属支撑电池的方法。用于实现上述目的的本专利技术的金属支撑电池是层叠了包括电解质层、电极层以及金属支撑(支承)层的多个层的金属支撑电池。所述电解质层具有沿面方向的压缩残余应力，所述多个层中除了所述电解质层以外的至少一个具有沿面方向的拉伸残余应力。用于实现上述目的的本专利技术的金属支撑电池的制造方法是层叠包括电解质层、电极层以及金属支撑层的多个层，对所述电解质层施加沿面方向的压缩残余应力，对所述多个层中除了所述电解质层以外的其它层的至少一个施加沿面方向的拉伸残余应力。附图说明图1是表示本专利技术实施方式的燃料电池堆栈的分解立体图。图2是图1所示的电池单元的分解立体图。图3是图2所示的金属支撑电池组件的分解立体图。图4是沿着图2的A-A线的金属支撑电池组件的部分剖面图。图5是放大表示图4所示的金属支撑电池的部分剖面图。图6是放大表示图5所示的金属支撑电池的电解质层以及阳极层的部分剖面图。图7是用于说明图5所示的金属支撑电池的各层的内部应力的部分剖面图和应力分布。图8是用于说明本专利技术实施方式的金属支撑电池的制造方法的概略图。图9是表示在烧结工序中使第一阳极层烧结硬化时的内部应力的剖面图。图10是表示在烧结工序中使第二阳极层烧结硬化时的内部应力的剖面图。图11是放大表示图10所示的电解质层以及阳极层的部分剖面图。图12是表示图10所示状态下的电解质层的厚度比率与电解质层的表面应力之间的关系的图表。图13是表示在烧结工序中使第二金属支撑层烧结硬化时的内部应力的剖面图。图14是表示在烧结工序中使第一金属支撑层烧结硬化时的内部应力的剖面图。图15是用于说明变形例1的金属支撑电池的各层的内部应力的部分剖面图。图16A是用于说明变形例2的金属支撑电池的各层的内部应力的部分剖面图。图16B是表示变形例2的金属支撑电池挠曲的状态的部分剖面图。图17A是用于说明变形例3的金属支撑电池的制造方法的概略剖面图。图17B是表示根据变形例3的制造方法制造的金属支撑电池的内部应力的剖面图。图18是用于说明变形例4的金属支撑电池的制造方法的概略剖面图。图19是用于说明变形例6的金属支撑电池的制造方法的概略剖面图。图20是用于说明变形例7的金属支撑电池的制造方法的概略剖面图。具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。另外，以下说明并不限定本专利技术请求的技术范围和用语的意义。另外，附图的尺寸比例在说明的情况下被放大，有时与实际的比率不同。例如，图中所示的各层的厚度或构成颗粒(陶瓷颗粒或金属颗粒)的尺寸比例或形状，除非特别提及，否则可能与实际情况不同。参照图1至图6，对本专利技术实施方式的金属支撑电池(MSC)10进行说明。本实施方式的金属支撑电池10用于固体氧化物型燃料电池(SOFC)。为了便于以下说明，图中示出XYZ正交坐标系。X轴和Y轴表示与水平方向平行的轴，Z轴表示与上下方向平行的轴。图1是表示将第一实施方式的由多个电池单元1U在上下方向上层叠而成的燃料电池堆栈1的分解立体图。以下，图中Z轴所示的燃料电池堆栈1的上下方向也称作“层叠方向”。另外，构成电池单元1U的各层的面方向对应于XY面方向。(电池单元1U)图2是电池单元1U的分解立体图。如图2所示，电池单元1U层叠地配置有金属支撑电池组件1A、具有划分形成气体的流路的流路部121的分隔板120、和集电辅助层130而构成。另外，也可以在金属支撑电池组件1A和集电辅助层130之间配置使两者导通接触的触点材料，也可以是省略集电辅助层130的结构。图3是金属支撑电池组件1A的分解立体图，图4是金属支撑电池组件1A的部分剖面图。如图3和图4所示，金属支撑电池组件1A包括金属支撑电池10和保持金属支撑电池10的外围的电池框架113。(金属支撑电池10)图5是表示放大图4所示的金属支撑电池10的部分剖面图。如图3～图5所示，金属支撑电池10层叠包括电解质层40、电极层30、50及金属支撑层60的多个层而构成。电极层30、50包括阴极层30和阳极层50。下面，阴极层30和阳极层50也可以统称为电极层30、50。如图5所示，金属支撑电池10依次层叠阴极层30、电解质层40、阳极层50和金属支撑层60而构成。电极层30、50及电解质层40构成电解质电极接合体20。金属支撑层60支撑电解质电极接合体20。金属支撑电池10与电解质支撑型电池或电极支撑型电池相比，机械强度、快速启动性等优越，因此，能够更好地适用于SOFC。(电解质电极接合体20)如图3～图5所示，电解质电极接合体20是在电解质层40的一个面上层叠阴极层30，在另一个面上层叠阳极层50而构成。(阴极层30)阴极层30是氧化剂极，使阴极气体(例如空气中所含的氧)和电子反应，将氧分子转换成氧化物离子。阴极层30对氧化气体环境具有耐受性，并且使阴极气体透过的气体透过性和电(电子和离子)传导性高。进而，阴极层30具有将氧分子转换成氧离子的催化功能。阴极层30的形成材料例如可以是由镧、锶、锰、钴等构成的氧化物。(电解质层40)电解质层40具有将阳极气体和阴极气体分离的功能。电解质层40在从阴极层30向阳极层50使氧化物离子通过的同时不使气体和电子通过。在氧离子是发电的传导体的情况下，则电解质层40优选由具有高的氧离子传导性的材料形成。电解质层40由陶瓷形成。形成电解质层40的陶瓷例如是掺杂有稀土类氧化物(例如，Y2O3、Sc2O3、Gd2O3、Sm2O3、Yb2O3、Nd2O3等中选择的一种或两种以上)的稳定化氧化锆、胶质固溶体、钙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属支撑电池，层叠包括电解质层、电极层以及金属支撑层的多个层，其特征在于，/n所述电解质层具有沿面方向的压缩残余应力，/n所述多个层中除所述电解质层以外的至少一个其它层具有沿面方向的拉伸残余应力。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180413 JP 2018-0775511.一种金属支撑电池，层叠包括电解质层、电极层以及金属支撑层的多个层，其特征在于，
所述电解质层具有沿面方向的压缩残余应力，
所述多个层中除所述电解质层以外的至少一个其它层具有沿面方向的拉伸残余应力。


2.如权利要求1所述的金属支撑电池，其特征在于，
所述电极层以及所述金属支撑层中的至少一方具有沿面方向的拉伸残余应力。


3.如权利要求1或2所述的金属支撑电池，其特征在于，
所述电极层以及所述金属支撑层中的至少一方具有沿面方向的压缩残余应力。


4.如权利要求1～3中任一项所述的金属支撑电池，其特征在于，
所述金属支撑层由多个层构成，
所述金属支撑层的多个层中的至少表面层具有沿面方向的压缩残余应力，
所述金属支撑层的多个层中除所述表面层以外的层具有沿面方向的拉伸残余应力。


5.如权利要求1～4中任一项所述的金属支撑电池，其特征在于，
线膨胀系数的大小关系为，所述电解质层的线膨胀系数＜所述电极层的线膨胀系数＜所述金属支撑层的线膨胀系数。


6.一种金属支撑电池的制造方法，其特征在于，
层叠包括电解质层、电极层以及金属支撑层的多个层，
对所述电解质层施加沿面方向的压缩残余应力，
对所述多个层中除所述电解质层以外的至少一个施加沿面方向的拉伸残余应力。


7.如权利要求6所述的金属支撑电池的制造方法，其特征在于，
对所述电极层以及所述金属支撑层中的至少一方施加沿面方向的拉伸残余应力。


8.如权利要求6或7所述的金属支撑电池的制造方法，其特征在于，
对所述电极层以及所述金属支撑层中的至少一方施加沿面方向的压缩残余应力。

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【专利技术属性】
技术研发人员：入月桂太，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP