本发明专利技术提供一种燃料电池单电池，可防止形成含有Ca及其它元素的扩散层，并防止因烧成而导致电解质的结晶结构崩溃，且低温下的发电性能优异。一种固体氧化物型燃料电池单电池，是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成，至少在所述内侧电极层叠侧的表面区域中，以CaO换算Ca元素含量为0.2质量%以下。
【技术实现步骤摘要】
[0001 ] 本专利技术涉及一种。
技术介绍
近年来一直致力于进行低温工作型固体氧化物型燃料电池的研究，其目的是使固体氧化物型燃料电池的工作温度降低至600°C?800°C左右。作为低温工作型固体氧化物型燃料电池的固体电解质材料，提出了镓酸镧氧化物(例如参照日本国特开2002-15756号公报(第1-9页，图1-图9)以及日本国特开平11-335164号公报(第1_12页，图1-图12))。在镓酸镧氧化物用作固体电解质材料的固体氧化物型燃料电池中，作为支撑体材料采用热膨胀极为相似的NiO-YSZ。但是，NiO-YSZ价格昂贵，因此希望有价格便宜的支撑体材料。对此，提出了作为支撑体材料使用价格较为便宜的镁橄榄石质烧结体(参照日本国特开2005-93241号公报)。专利文献1:日本国特开2002-15756号公报 专利文献2:日本国特开平11-335164号公报 专利文献3:日本国特开2005-93241号公报。但是，作为支撑体材料使用镁橄榄石，以及作为固体电解质材料使用镓酸镧系氧化物，而制作了在多孔质支撑体的表面上依次层叠有内侧电极、固体电解质及外侧电极的固体氧化物型燃料电池单电池时，发现该燃料电池单电池无法发电。在调查其原因时，发现由于烧成作为支撑体材料而使用的镁橄榄石原料中的Ca向支撑体之外移动，与从各层移动过来的其它元素结合而在支撑体和内侧电极之间形成扩散层。而且，发现在烧成后，未保持镓酸镧系氧化物的结晶结构。作为其原因，推测是因为镓酸镧系氧化物中含有的掺杂剂Sr因从支撑体移动过来的Ca而容易从结晶脱离从而与Ca —起形成扩散层，因为Sr的脱离而导致镓酸镧系氧化物无法保持结晶结构。
技术实现思路
发现上述现象的本专利技术人发现在通常市售的镁橄榄石原料中作为杂质含有CaO。然而，发现通过减少作为该杂质而存在的CaO的含量，则可以抑制上述现象。本专利技术是基于上述见解而进行的。即，本专利技术是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成，至少在所述内侧电极层叠侧的表面区域中，以CaO换算Ca元素含量为0.2质量％以下。支撑体中含有的Ca因烧成而向多孔质支撑体之外移动，与从各层移动过来的其它元素结合而在支撑体和内侧电极之间形成扩散层。通过减少多孔质支撑体中的Ca，可防止形成含有Ca及其它元素的扩散层。而且，在烧成后也能保持固体电解质层的结晶结构。当所述固体电解质包含掺杂有Sr及Mg的镓酸镧系氧化物而构成时，则本专利技术更为有效。镓酸镧系氧化物中含有的掺杂剂Sr因为支撑体中含有的Ca而容易从结晶脱离，并与Ca —起形成扩散层。因而，当所述固体电解质包含掺杂有Sr及Mg的镓酸镧系氧化物而构成时，减少支撑体中含有的Ca则对于在烧成后也能保持镓酸镧系氧化物的结晶结构就很重要。另外，所述固体电解质优选由通式LahSraGamMgbCoA (但是0.05≤a≤0.3、0〈b〈0.3、0≤c≤0.15)表示。由此，可以在低温下得到高发电性能。在本专利技术中，通过减少支撑体中含有的Ca这样简单的做法，可得到保持了可保证电解质性能的理想配比的烧成体。在本专利技术中，所述多孔质支撑体优选以CaO换算Ca元素含量为0.2质量％以下。不仅在表面区域，还通过减少多孔质支撑体整体的Ca元素含量，可以进一步防止形成含有Ca及其它元素的扩散层。另外，本专利技术涉及一种固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其特征在于，包括:以CaO换算Ca元素含量为0.2质量％以下，进而对含有镁橄榄石的成形体进行烧成从而形成所述多孔质支撑体。而且，所述成形体优选由Ca元素含量不同的至少2个层构成，在所述内侧电极层叠侧的层中，以CaO换算Ca元素含量为0.2质量％以下。由此，在支撑体下部使用含有较高浓度的Ca的通用材料则成为可能，可以提供价格便宜的单电池。另外，由于可以对Ca浓度赋予梯度，因此可以防止在烧成时Ca向支撑体之外扩散。根据本专利技术，可以防止在烧成时Ca向支撑体之外扩散而形成含有Ca及其它元素的扩散层。而且，可以提供一种燃料电池单电池，防止因烧成而导致电解质的结晶结构崩溃，且低温下的发电性能优异。【附图说明】图1是表示本专利技术的固体氧化物型燃料电池单电池的剖面的一个方式的模式图。图2是表示固体氧化物型燃料电池系统的整体构成图。图3是表示固体氧化物型燃料电池系统的燃料电池模块的侧视剖视图。图4是表示固体氧化物型燃料电池系统的燃料电池电堆的立体图。图5是表示固体氧化物型燃料电池系统的燃料电池单电池单元的局部剖视图。图6是沿图3的II1-1II线的剖视图。图7是通过实施例1而得到的固体氧化物型燃料电池单电池的SEM断面图。图8是通过对比例I而得到的固体氧化物型燃料电池单电池的SEM断面图。图9是通过实施例8而得到的固体氧化物型燃料电池单电池的SEM断面图。【具体实施方式】本专利技术的固体氧化物型燃料电池单电池是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的。本专利技术的燃料电池单电池的形状不限定于特定的形状，例如也可以是圆筒、板状、在内部形成有多个气体流路的中空板状等。由于本专利技术的燃料电池单电池的多孔质支撑体是绝缘性支撑体，因此优选在I个支撑体上串联形成有多个发电元件的横条纹型单电池。在此，发电元件是指依次层叠有内侧电极(燃料极或空气极)、固体电解质、外侧电极(空气极或燃料极)的叠层体。[0021 ] 在本专利技术的燃料电池单电池中，多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成。多孔质支撑体是含有续撤揽石(Mg2SiO4)结晶、晶质及/或非晶质MgO、晶质及/或非晶质SiO2、其它的玻璃质或杂质的烧结体。在本专利技术的燃料电池单电池中，优选多孔质支撑体分别以MgO及SiO2换算Mg元素及Si元素合计含有90质量％,优选为95质量％,更优选为98质量％以上而构成。在本专利技术的燃料电池单电池中，更优选多孔质支撑体在使通过X射线衍射而得到的镁橄榄石结晶的第一衍射线(即强度最大的衍射线)的峰强为100时，除此以外的结晶成分的第一衍射线的峰强的总和为5以下。理想的是多孔质支撑体本质上由镁橄榄石构成(也就是说，主要由镁橄榄石形成)。多孔质支撑体至少在发电元件层叠侧的表面区域中以CaO换算Ca元素含量为0.2质量％以下，理想的是0.1质量％以下，更理想的是0.06质量％以下，也可以不含Ca元素。在此，“表面区域”是指深度距表面约100 u m为止的区域。这种表面区域的Ca元素含量例如可以通过XRF来进行测定。测定试样是机械剥掉燃料电池单电池的层叠面，之后机械粉碎至距露出的多孔质支撑体表面约100 并进行取样，从而作为XRF的试样。另外，通过XRF进行定量时使用社团法人日本陶瓷协会的认证标准物质JCRM R 901滑石粉，制作单点校正曲线后进行。多孔质支撑体中的Ca元素的浓度分布既可以是均匀的，另外也可以向发电元件层叠侧的表面倾斜。或者，多孔质支撑体也可以是Ca元素含量不同的2层以上的叠层体。使用Ca元素的浓度分布向发电元件层叠侧的表面倾斜的多孔质支撑体或者2层以上的叠层体的多孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固体氧化物型燃料电池单电池，是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成，至少在所述内侧电极层叠侧的表面区域中，以CaO换算Ca元素含量为0.2质量%以下。
【技术特征摘要】
2012.09.14 JP 2012-203132;2013.08.29 JP 2013-17831.一种固体氧化物型燃料电池单电池，是在多孔质支撑体的表面上依次层叠内侧电极、固体电解质及外侧电极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于， 所述多孔质支撑体含有镁橄榄石而构成，至少在所述内侧电极层叠侧的表面区域中，以CaO换算Ca元素含量为0.2质量％以下。2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述固体电解质包含掺杂有Sr及Mg的镓酸镧系氧化物而构成。3.根据权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述固体电解质由通式 La^SraGa卜b_cMgbCoc03 表示，但是 0.05 ≤ a ≤ 0.3、...
【专利技术属性】
技术研发人员：安藤茂，古屋正纪，籾山大，端山洁，冈本修，渡边直树，井坂畅夫，佐藤真树，
申请(专利权)人：TOTO株式会社，
类型：发明
国别省市：
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