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JP6213614B2 - Solid oxide fuel cell and method for producing solid oxide fuel cell - Google Patents
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Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスと反応することにより発電する固体酸化物形燃料電池およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell that generates power by reacting with a fuel gas and an oxidant gas, and a method for manufacturing the same.

燃料電池とは、外部からの燃料供給と燃焼生成物の排気とを連続的に行いながら、燃料が酸化する際に発生する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる電池である。燃料電池の種類は電解質により分類され、電解質にイオン伝導性を持つ固体酸化物を用いたものを固体酸化物形燃料電池と呼んでいる。この固体酸化物形燃料電池として、例えば、特許文献1に記載のものが従来から知られている。   A fuel cell is a cell that can directly convert chemical energy generated when fuel is oxidized into electric energy while continuously supplying fuel from the outside and exhausting combustion products. The types of fuel cells are classified according to the electrolyte, and those using a solid oxide having ionic conductivity for the electrolyte are called solid oxide fuel cells. As this solid oxide fuel cell, for example, the one described in Patent Document 1 is conventionally known.

図8は、従来の固体酸化物形燃料電池の断面図である。図8に示すように、従来の固体酸化物形燃料電池100(以下、「燃料電池100」という)は、金属基板101と、金属基板101の一方面に配置された燃料極102と、燃料極102の一方面に配置された電解質103と、電解質103の一方面に配置された空気極104と、を備えている。そして、金属基板101には、厚み方向に貫通する貫通孔105が複数形成されており、これらの貫通孔105は、金属基板101に対して化学的エッチングを施すことにより形成されている。そして、この燃料電池100により発電するときは、燃料極102に燃料ガスを供給し、空気極104に酸化剤ガスを供給することにより発電を行う。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional solid oxide fuel cell. As shown in FIG. 8, a conventional solid oxide fuel cell 100 (hereinafter referred to as “fuel cell 100”) includes a metal substrate 101, a fuel electrode 102 disposed on one surface of the metal substrate 101, and a fuel electrode. An electrolyte 103 disposed on one surface of 102 and an air electrode 104 disposed on one surface of the electrolyte 103 are provided. A plurality of through holes 105 penetrating in the thickness direction are formed in the metal substrate 101, and these through holes 105 are formed by performing chemical etching on the metal substrate 101. When power is generated by the fuel cell 100, power is generated by supplying fuel gas to the fuel electrode 102 and supplying oxidant gas to the air electrode 104.

特許第3940946号公報Japanese Patent No. 3940946

しかしながら、上記の燃料電池100では、金属基板101に対して化学的エッチングを施すため、金属基板101の材料および厚みに制限があるという問題や、コストが高いといった問題があった。
さらには、ガス拡散性を向上させるために貫通孔105を多くすると金属基板101と燃料極102との接触面積、すなわち集電面積が小さくなるため性能が低下するという問題や、強度が低下するといった問題があった。
However, in the fuel cell 100 described above, since the metal substrate 101 is chemically etched, there are problems that the material and thickness of the metal substrate 101 are limited and that the cost is high.
Furthermore, if the number of through-holes 105 is increased in order to improve gas diffusibility, the contact area between the metal substrate 101 and the fuel electrode 102, that is, the current collection area becomes smaller, so that the performance deteriorates and the strength decreases. There was a problem.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、強度を向上させると共に、電池性能を向上することができる固体酸化物形燃料電池およびその製造方法の提供を目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell capable of improving strength and battery performance and a method for manufacturing the same.

本発明の1つは、上記課題を解決するための固体酸化物形燃料電池であって、多孔質の少なくとも1層の金属基板と、前記少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された燃料極と、前記燃料極の一方面に配置された電解質と、前記電解質の一方面に配置された空気極と、を備え、前記金属基板には、厚み方向に貫通する貫通孔が複数形成されていることを特徴としている。   One aspect of the present invention is a solid oxide fuel cell for solving the above-described problem, wherein the fuel is disposed on at least one porous metal substrate and one surface of the at least one metal substrate. An electrode disposed on one surface of the fuel electrode, and an air electrode disposed on one surface of the electrolyte, and the metal substrate has a plurality of through-holes penetrating in the thickness direction. It is characterized by being.

あるいは、本発明は、上記に限定されず、多孔質の少なくとも1層の金属基板と、前記少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された電解質と、前記電解質の一方面に配置された空気極と、を備え、前記金属基板は、燃料極の活性を有しており、当該金属基板には厚み方向に貫通する貫通孔が複数形成されている固体酸化物形燃料電池であってもよい。   Alternatively, the present invention is not limited to the above, and is at least one porous metal substrate, an electrolyte disposed on one surface of the at least one metal substrate, and air disposed on one surface of the electrolyte. A solid oxide fuel cell in which the metal substrate has a fuel electrode activity, and the metal substrate has a plurality of through holes penetrating in the thickness direction. .

上記の燃料極の活性とは、燃料極の表面で、水素等の燃料ガスの酸化反応を生じることをいう。   The above-mentioned activity of the fuel electrode means that an oxidation reaction of a fuel gas such as hydrogen occurs on the surface of the fuel electrode.

また、上記固体酸化物形燃料電池において、前記金属基板は、基板用グリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を複数形成し、当該貫通孔を有する基板用グリーンシートを焼結することにより多孔質に形成されることが好ましい。   In the solid oxide fuel cell, the metal substrate is porous by forming a plurality of through holes penetrating in the thickness direction in the substrate green sheet and sintering the substrate green sheet having the through holes. It is preferable to be formed.

このような構成によれば、多孔質の金属基板を用いることで貫通孔とともに金属基板内をガスが拡散できる。そのため、ガス拡散性を向上させるために多くの貫通孔を設ける必要もないため、強度も維持することが可能である。また、ガスの拡散性を向上させつつ十分な集電面積を確保できるため電池性能を向上させることができる。また、金属基板に貫通孔を形成するときに、化学的エッチングを用いることがないので、金属基板の材料および厚さに制限がなく、低コストで貫通孔を形成することができる。したがって、本発明によれば、強度を向上させると共に、電池性能を向上することができる。   According to such a structure, gas can be diffused in the metal substrate together with the through holes by using the porous metal substrate. Therefore, since it is not necessary to provide many through holes in order to improve gas diffusivity, the strength can be maintained. Further, since a sufficient current collecting area can be ensured while improving gas diffusivity, battery performance can be improved. Further, since chemical etching is not used when forming the through hole in the metal substrate, the material and thickness of the metal substrate are not limited, and the through hole can be formed at low cost. Therefore, according to the present invention, the strength can be improved and the battery performance can be improved.

また、本発明の固体酸化物形燃料電池は、積層された複数の前記金属基板を備え、前記複数の金属基板を構成する各金属基板における前記貫通孔が、積層方向に隣接する前記金属基板における前記貫通孔のいずれかと互いに連通しており、積層方向の上層側の前記金属基板における前記貫通孔の孔径がそれに隣接する下層側の前記金属基板における前記貫通孔の孔径より小さいことが好ましい。   The solid oxide fuel cell of the present invention includes a plurality of the stacked metal substrates, and the through holes in the metal substrates constituting the plurality of metal substrates are in the metal substrate adjacent in the stacking direction. It is preferable that the hole diameter of the through hole in the metal substrate on the upper layer side in the stacking direction is smaller than the hole diameter of the through hole in the metal substrate on the lower layer side adjacent thereto.

このような構成によれば、燃料極と接触する最上層の金属基板における貫通孔が最も縮径することになり、燃料極と金属基板との接触面積を大きくすることができる。したがって、貫通孔の孔径を徐々に縮径することにより、燃料極へのガスの拡散性(到達時間)を維持したまま、集電面積を大きくすることができる。   According to such a configuration, the through hole in the uppermost metal substrate in contact with the fuel electrode has the smallest diameter, and the contact area between the fuel electrode and the metal substrate can be increased. Therefore, by gradually reducing the diameter of the through hole, the current collection area can be increased while maintaining the gas diffusivity (arrival time) to the fuel electrode.

また、本発明は、上記課題を解決するために次のような構成であってもよい。すなわち、多孔質の少なくとも1層の金属基板と、当該少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された燃料極と、当該燃料極の一方面に配置された電解質と、当該電解質の一方面に配置された空気極と、を備える固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、前記金属基板を形成する基板形成ステップを備え、前記基板形成ステップは、基板用グリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を複数形成する貫通ステップと、当該貫通孔を有する基板用グリーンシートを焼結する焼結ステップと、を備える固体酸化物形燃料電池の製造方法であってもよい。   Further, the present invention may have the following configuration in order to solve the above problems. That is, at least one porous metal substrate, a fuel electrode disposed on one surface of the at least one metal substrate, an electrolyte disposed on one surface of the fuel electrode, and one surface of the electrolyte A solid oxide fuel cell manufacturing method comprising a substrate forming step of forming the metal substrate, wherein the substrate forming step penetrates through the substrate green sheet in the thickness direction. It may be a method for manufacturing a solid oxide fuel cell comprising a through step for forming a plurality of through holes and a sintering step for sintering a green sheet for a substrate having the through holes.

また、これに限定されるものではなく、多孔質の少なくとも1層の金属基板と、当該少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された電解質と、当該電解質の一方面に配置された空気極と、を備える固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、前記金属基板を形成する基板形成ステップを備え、前記基板形成ステップは、基板用グリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を複数形成する貫通ステップと、当該貫通孔を有する基板用グリーンシートを焼結する焼結ステップと、を備え、前記基板用グリーンシートは、燃料極の活性を有する物質を含む固体酸化物形燃料電池の製造方法であってもよい。   In addition, the present invention is not limited to this. At least one porous metal substrate, an electrolyte disposed on one surface of the at least one metal substrate, and an air electrode disposed on one surface of the electrolyte. And a substrate forming step for forming the metal substrate, wherein the substrate forming step forms a plurality of through-holes penetrating in the thickness direction in the green sheet for the substrate. And a sintering step of sintering the substrate green sheet having the through hole, wherein the substrate green sheet includes a material having a fuel electrode activity. It may be a method.

本発明の固体酸化物形燃料電池および固体酸化物形燃料電池の製造方法によれば、強度を向上させると共に発電性能を向上させることができる。   According to the solid oxide fuel cell and the manufacturing method of the solid oxide fuel cell of the present invention, the strength can be improved and the power generation performance can be improved.

本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の断面図である。1 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の下面図である。1 is a bottom view of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention. 固体酸化物形燃料電池の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of a solid oxide fuel cell. 固体酸化物形燃料電池の製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method of a solid oxide fuel cell. 他の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the solid oxide fuel cell which concerns on other one Embodiment. 更に他の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the solid oxide fuel cell which concerns on another one Embodiment. 更に他の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the solid oxide fuel cell which concerns on another one Embodiment. 従来の固体酸化物形燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the conventional solid oxide fuel cell.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の断面図であり、図2は固体酸化物形燃料電池の下面図である。図1及び図2に示すように、この固体酸化物形燃料電池1(以下、「燃料電池1」という)は、平板状の金属基板2と、金属基板2の一方面(表面)に配置された薄膜状の燃料極3と、燃料極3の一方面(表面)に配置された薄膜状の電解質4と、電解質4の一方面(表面)に配置された薄膜状の空気極5とを備えている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a bottom view of the solid oxide fuel cell. As shown in FIGS. 1 and 2, this solid oxide fuel cell 1 (hereinafter referred to as “fuel cell 1”) is disposed on a flat metal substrate 2 and one surface (front surface) of the metal substrate 2. A thin-film fuel electrode 3, a thin-film electrolyte 4 disposed on one surface (front surface) of the fuel electrode 3, and a thin-film air electrode 5 disposed on one surface (surface) of the electrolyte 4. ing.

金属基板2は、多孔質の金属から形成されている。ここで、多孔質とは、金属基板2の内部に多数の細孔を有している構成であり、当該多数の細孔を介してガスが通過可能な構成をいう。また、金属基板2には複数の貫通孔6,6・・が形成されており、これら貫通孔6,6・・は、金属基板2の他方面(裏面)から燃料極3に向かって延びており、燃料ガスを燃料極3に導入できるように構成されている。また、これら複数の貫通孔6,6・・は、上記の多孔質とは異なる概念である。また、金属基板2の厚みは、強度の観点から、5μm〜1000μmが好ましく、100μm〜500μmがより好ましい。また、貫通孔6の孔径は、0.1μm〜250μmが好ましく、5μm〜50μmがより好ましい。   The metal substrate 2 is formed from a porous metal. Here, the term “porous” refers to a configuration having a large number of pores inside the metal substrate 2 and allows gas to pass through the plurality of pores. The metal substrate 2 has a plurality of through holes 6, 6... Which extend from the other surface (back surface) of the metal substrate 2 toward the fuel electrode 3. The fuel gas can be introduced into the fuel electrode 3. Further, the plurality of through holes 6, 6,... Are different in concept from the porous material. Further, the thickness of the metal substrate 2 is preferably 5 μm to 1000 μm, and more preferably 100 μm to 500 μm from the viewpoint of strength. Moreover, the hole diameter of the through hole 6 is preferably 0.1 μm to 250 μm, and more preferably 5 μm to 50 μm.

また、上記多孔質金属基板2の内部の細孔の体積は、金属基板2全体の体積の5〜50%が好ましく、多孔質金属基板2における貫通孔6の占有体積としては、多孔質金属基板2全体の体積の10〜70%が好ましい。   The volume of the pores inside the porous metal substrate 2 is preferably 5 to 50% of the total volume of the metal substrate 2, and the occupied volume of the through holes 6 in the porous metal substrate 2 is the porous metal substrate 2. 2 to 10 to 70% of the total volume is preferred.

燃料極3及び空気極5の厚さは、それぞれ、1〜100μmとすることができ、好ましくは5〜50μmとすることができる。   The thicknesses of the fuel electrode 3 and the air electrode 5 can be 1 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm, respectively.

また、電解質の厚みは、例えば0.1μm〜100μmとすることができ、好ましくは1〜50μmとすることができる。   Moreover, the thickness of electrolyte can be 0.1 micrometer-100 micrometers, for example, Preferably it can be 1-50 micrometers.

次に、上述した燃料電池1の各構成要素の材料について説明する。   Next, the material of each component of the fuel cell 1 described above will be described.

金属基板2の材料としては、例えばFe,Ti,Cr、Cu、Ni、Agを用いることができ、1種を単独で使用してもよく、また、2種以上の合金として用いてもよい。合金としては、例えばステンレス系耐熱材料などが使用でき、具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、インコネルやハステロイなどニッケル系合金などを用いることができる。   As a material of the metal substrate 2, for example, Fe, Ti, Cr, Cu, Ni, Ag can be used, one kind may be used alone, or two or more kinds of alloys may be used. As the alloy, for example, a stainless steel heat-resistant material can be used, and specifically, an austenitic stainless steel, a ferritic stainless steel, a nickel alloy such as Inconel or Hastelloy, or the like can be used.

燃料極3の材料としては、固体酸化物形燃料電池の燃料極の材料として公知のものを使用することができ、例えば、金属触媒と、酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属(白金、ルテニウム、パラジウム等)等の還元性雰囲気において安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなるセラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、1種類を単独で、或いは2種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極3は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。   As the material of the fuel electrode 3, known materials can be used as the material of the fuel electrode of the solid oxide fuel cell. For example, a mixture of a metal catalyst and a ceramic powder material made of an oxide ion conductor is used. Can be used. As the metal catalyst used at this time, a material that is stable in a reducing atmosphere, such as nickel, iron, cobalt, or a noble metal (platinum, ruthenium, palladium, etc.) and has hydrogen oxidation activity can be used. In addition, as the oxide ion conductor, one having a fluorite structure or a perovskite structure can be preferably used. Examples of those having a fluorite structure include ceria-based oxides doped with samarium, gadolinium, and the like, and zirconia-based oxides containing scandium and yttrium. In addition, examples of those having a perovskite structure include lanthanum galide oxides doped with strontium and magnesium. Among the above materials, it is preferable to form the fuel electrode with a mixture of an oxide ion conductor and nickel. The mixed form of the ceramic material made of the oxide ion conductor and nickel may be a physical mixed form or a form of powder modification to nickel. Moreover, the ceramic material mentioned above can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Moreover, the fuel electrode 3 can also be comprised using a metal catalyst alone.

電解質4の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物(GDC)、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物(YSZ)などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。   As the material of the electrolyte 4, those known as electrolytes for solid oxide fuel cells can be used. For example, ceria oxide (GDC) doped with samarium or gadolinium, lanthanum doped with strontium or magnesium An oxygen ion conductive ceramic material such as a galide oxide, zirconia oxide (YSZ) containing scandium or yttrium can be used.

空気極5の材料としては、固体酸化物形燃料電池の空気極の材料として公知のものを使用することができ、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するCo,Fe,Ni,Cr又はMn等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には(Sm,Sr)CoO,(La,Sr)MnO,(La,Sr)CoO,(La,Sr)(Fe,Co)O,(La,Sr)(Fe,Co,Ni)Oなどの酸化物が挙げられ、好ましくは、(La,Sr)(Fe,Co)Oである。上述した材料は、1種を単独で、或いは2種以上を混合して使用することができる。 As the material of the air electrode 5, known materials can be used as the material of the air electrode of the solid oxide fuel cell. Metal oxides can be used. Specifically, (Sm, Sr) CoO 3 , (La, Sr) MnO 3 , (La, Sr) CoO 3 , (La, Sr) (Fe, Co) O 3 , (La, Sr) (Fe, Co , Ni) O 3 and the like, and (La, Sr) (Fe, Co) O 3 is preferable. The above-mentioned materials can be used alone or in combination of two or more.

次に、固体酸化物形燃料電池の製造方法について説明する。図3は、固体酸化物形燃料電池の製造方法を説明する図である。また、図4は、固体酸化物形燃料電池の製造方法のフローチャートである。   Next, a method for manufacturing a solid oxide fuel cell will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing a solid oxide fuel cell. FIG. 4 is a flowchart of a method for manufacturing a solid oxide fuel cell.

図3及び図4に示すように、上記の燃料電池1は、基板用グリーンシート10、燃料極用グリーンシート13、電解質用グリーンシート14および空気極ペースト15を用いて製造することができる。これらの各グリーンシートは、固体酸化物形燃料電池を製造するための公知のグリーンシートであり、原料粉末、バインダー、分散剤、可塑剤および溶媒等を混合してスラリー作製し、このスラリーを薄膜状に延ばし、溶媒を除去した状態のシートのことである。   As shown in FIGS. 3 and 4, the fuel cell 1 can be manufactured by using a substrate green sheet 10, a fuel electrode green sheet 13, an electrolyte green sheet 14, and an air electrode paste 15. Each of these green sheets is a known green sheet for producing a solid oxide fuel cell, and a raw material powder, a binder, a dispersant, a plasticizer, a solvent, etc. are mixed to produce a slurry, and this slurry is formed into a thin film. It is a sheet in a state where it is extended into a shape and the solvent is removed.

ここで、上記各グリーンシートを製造する方法の一例について説明する。例えばドクターブレード法により製造する場合、基板用グリーンシート10および燃料極用グリーンシート13は、以下の方法で作製することができる。まず、上述した金属基板2または燃料極3の材料の粉末に、造孔剤を添加し、バインダー、分散剤および可塑剤を加え、エタノール、2−プロパノールといったアルコール系溶媒からなる分散媒体に分散されているスラリーを作製する。造孔剤の添加量は、5〜20w%が好ましい。添加されている造孔剤は、焼結の際に燃焼して気化するため、造孔剤が存在していた箇所には気孔が形成される。なお、造孔剤としては、カーボン系粉末や樹脂系粉末が挙げられるが、焼結の際に気化して気孔が形成可能な材料であれば、他の材料を用いるようにしてもよい。   Here, an example of a method for manufacturing each of the green sheets will be described. For example, when manufacturing by the doctor blade method, the substrate green sheet 10 and the fuel electrode green sheet 13 can be manufactured by the following method. First, a pore-forming agent is added to the powder of the material for the metal substrate 2 or the fuel electrode 3 described above, a binder, a dispersant and a plasticizer are added, and the mixture is dispersed in a dispersion medium composed of an alcohol solvent such as ethanol or 2-propanol. A slurry is prepared. As for the addition amount of a pore making material, 5-20 w% is preferable. Since the added pore former burns and vaporizes during sintering, pores are formed at the locations where the pore former was present. Examples of the pore-forming agent include carbon-based powder and resin-based powder, but other materials may be used as long as they can be vaporized during sintering to form pores.

また、上記スラリー組成物あるいは混練組成物を作製する際に用いられるバインダーの種類にも制限はなく、公知の有機質もしくは無機質のバインダーを使用することができる。有機質バインダーとしては、エチレン系共重合体、スチレン系共重合体、アクリレート系及びメタクリレート系共重合体、酢酸ビニル系共重合体、マレイン酸系共重合体、ビニルアセタール系樹脂、ビニルホルマール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ビニルアルコール系樹脂、エチルセルロース等のセルロース類、ワックス類等が例示される。   Moreover, there is no restriction | limiting in the kind of binder used when producing the said slurry composition or kneading | mixing composition, A well-known organic or inorganic binder can be used. Organic binders include ethylene copolymers, styrene copolymers, acrylate and methacrylate copolymers, vinyl acetate copolymers, maleic acid copolymers, vinyl acetal resins, vinyl formal resins, polyvinyl Examples include butyral resins, vinyl alcohol resins, celluloses such as ethyl cellulose, and waxes.

次に、作製したスラリーを公知のドクターブレード法により成形してポリエチレンテレフタレートなどのフィルム上にスラリーの層を形成し、このスラリーの層より分散媒体を除去することで乾燥させ、基板用グリーンシート10または燃料極用グリーンシート13が形成された状態とする。分散媒体としては、アルコール系溶媒に限らず、トルエン,キシレン,及びケトン系などの他の有機溶媒を用いてもよい。また、有機溶媒に限らず、上記混合粉末が、水に分散されたスラリーを用いるようにしてもよい。例えば、所定の分散剤を用いることで、上記混合粉末が水に分散された状態とすることができる。   Next, the produced slurry is formed by a known doctor blade method to form a slurry layer on a film of polyethylene terephthalate or the like, and the dispersion medium is removed from the slurry layer to dry it. Alternatively, the fuel electrode green sheet 13 is formed. The dispersion medium is not limited to alcohol solvents, and other organic solvents such as toluene, xylene, and ketones may be used. In addition to the organic solvent, a slurry in which the mixed powder is dispersed in water may be used. For example, by using a predetermined dispersant, the mixed powder can be dispersed in water.

電解質用グリーンシート14は以下の方法で作製する。上述した電解質4の材料の粉末に、バインダー及び分散剤および可塑剤を加え、有機溶媒からなる分散媒体に分散されているスラリーを作製する。作製したスラリーは燃料極等と同様にドクターブレード法にてポリエチレンテレフタレートなどのフィルム上にスラリー層を形成する。このスラリーの層より分散媒体を除去することで乾燥させ、電解質用グリーンシート14が形成された状態とする。   The electrolyte green sheet 14 is produced by the following method. A binder, a dispersant, and a plasticizer are added to the powder of the material of the electrolyte 4 described above to prepare a slurry that is dispersed in a dispersion medium made of an organic solvent. The produced slurry forms a slurry layer on a film such as polyethylene terephthalate by a doctor blade method in the same manner as the fuel electrode and the like. The dispersion medium is removed from the slurry layer to dry the electrolyte, and the electrolyte green sheet 14 is formed.

また、空気極ペースト15は、固体酸化物形燃料電池を製造するための公知のペーストであり、上述した空気極5の材料の原料粉末に、バインダー、有機溶媒などを混練することにより作製できる。   The air electrode paste 15 is a known paste for producing a solid oxide fuel cell, and can be produced by kneading a raw material powder of the material of the air electrode 5 with a binder, an organic solvent, or the like.

続いて燃料電池1を製造する方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the fuel cell 1 will be described.

燃料電池1を製造するときはまず、図3(a)、(b)及び図4に示すように、1枚の基板用グリーンシート10を準備し、この基板用グリーンシート10に対して厚み方向に貫通する貫通孔12,12・・を複数形成する(貫通ステップS1)。具体的には、公知の打ち抜き治具などにより、基板用グリーンシート10に貫通孔12を形成する。貫通孔12の数、孔径、形成位置などは特に限定されず適宜変更可能である。   When the fuel cell 1 is manufactured, first, as shown in FIGS. 3A, 3B, and 4, one substrate green sheet 10 is prepared, and the thickness direction with respect to the substrate green sheet 10 is prepared. A plurality of through-holes 12, 12,... Penetrating through are formed (penetration step S1). Specifically, the through holes 12 are formed in the substrate green sheet 10 using a known punching jig or the like. The number, the hole diameter, the formation position, and the like of the through holes 12 are not particularly limited and can be changed as appropriate.

次に、図3(c)に示すように、貫通孔12が形成された基板用グリーンシート10の一方面(表面)に燃料極用グリーンシート13を積層する(燃料極用積層ステップS2)。   Next, as shown in FIG. 3C, the fuel electrode green sheet 13 is stacked on one surface (front surface) of the substrate green sheet 10 in which the through-holes 12 are formed (fuel electrode stacking step S2).

次に、図3(d)に示すように、燃料極用グリーンシート13の一方面(表面)に電解質用グリーンシート14を積層する(電解質用積層ステップS3)。これにより、各グリーンシート10,13,14が積層された状態となる。   Next, as shown in FIG. 3D, the electrolyte green sheet 14 is laminated on one surface (front surface) of the fuel electrode green sheet 13 (electrolyte lamination step S3). Thereby, it will be in the state by which each green sheet 10,13,14 was laminated | stacked.

次に、上記の基板用グリーンシート10、燃料極用グリーンシート13及び電解質用グリーンシート14が積層されたものを共焼結する(第1焼結ステップS4)。このときの焼結温度は、1100℃〜1500℃が好ましい。焼結により、図3(e)に示すように、基板用グリーンシート10、燃料極用グリーンシート13、電解質用グリーンシート14はそれぞれ、金属基板2、燃料極3、電解質4になる。また、このとき、金属基板2が例えばフェライト系ステンレス鋼やNiなどの金属材料から作製される場合は、酸化を防止するために、NやArガスなどの不活性雰囲気下あるいは還元雰囲気下で焼結することが好ましい。一方、金属基板2が例えばNiOなどの金属酸化物材料から作製される場合は、酸化雰囲気下で焼結することもできる。 Next, the laminate of the substrate green sheet 10, the fuel electrode green sheet 13, and the electrolyte green sheet 14 is co-sintered (first sintering step S4). The sintering temperature at this time is preferably 1100 ° C to 1500 ° C. As shown in FIG. 3E, the green sheet for substrate 10, the green sheet for fuel electrode 13, and the green sheet for electrolyte 14 become the metal substrate 2, the fuel electrode 3, and the electrolyte 4 by the sintering, respectively. At this time, when the metal substrate 2 is made of a metal material such as ferritic stainless steel or Ni, for example, in an inert atmosphere or reducing atmosphere such as N 2 or Ar gas in order to prevent oxidation. Sintering is preferred. On the other hand, when the metal substrate 2 is made of a metal oxide material such as NiO, it can be sintered in an oxidizing atmosphere.

続いて、図3(f)に示すように、焼結により形成された電解質4の一方面(表面)に空気極ペースト15を塗布する(塗布ステップS5)。空気極ペースト15の塗布は、例えば、公知のスクリーン印刷法、ドクターブレード法、スプレーコート法、スパッタリング法等により行うことができる。   Subsequently, as shown in FIG. 3F, the air electrode paste 15 is applied to one surface (surface) of the electrolyte 4 formed by sintering (application step S5). The air electrode paste 15 can be applied by, for example, a known screen printing method, doctor blade method, spray coating method, sputtering method, or the like.

その後、空気極ペースト15を焼結することにより空気極5が形成され、これにより図1に示す燃料電池1が製造される(第2焼結ステップS6)。このときの焼結温度は、1100℃〜1500℃が好ましい。また、焼結はNやArガスなどの不活性雰囲気下あるいは還元雰囲気下で行うことが好ましいが、金属基板2の酸化を防止できる温度であれば酸化雰囲気下で焼結をすることもできる。また、上記の第1焼結ステップS4において酸化雰囲気下で焼結を行った場合は、第2焼結ステップS6の前に金属基板2を還元処理後、上記方法で空気極を焼結することができるが、第2焼結ステップS6の後に、金属基板2を還元処理することもできる。 Thereafter, the air electrode 5 is formed by sintering the air electrode paste 15, whereby the fuel cell 1 shown in FIG. 1 is manufactured (second sintering step S 6). The sintering temperature at this time is preferably 1100 ° C to 1500 ° C. Sintering is preferably performed in an inert atmosphere such as N 2 or Ar gas or in a reducing atmosphere. However, sintering can be performed in an oxidizing atmosphere as long as the temperature can prevent oxidation of the metal substrate 2. . Further, when sintering is performed in an oxidizing atmosphere in the first sintering step S4, the air electrode is sintered by the above method after the reduction treatment of the metal substrate 2 before the second sintering step S6. However, the metal substrate 2 can be reduced after the second sintering step S6.

上記実施形態に係る燃料電池1およびその製造方法によれば、金属基板2を形成する基板形成ステップにおいて、金属基板2を基板用グリーンシート10から形成するので、金属基板2の材料および厚みに制限がないため、金属基板2の強度を向上させることができる。また、金属基板2に貫通孔6を形成するときに、化学的エッチングを用いることがないので、低コストで貫通孔6を形成することができる。したがって、本発明によれば、強度を向上させると共に、コストを抑制することができる。   According to the fuel cell 1 and the manufacturing method thereof according to the above embodiment, the metal substrate 2 is formed from the substrate green sheet 10 in the substrate forming step of forming the metal substrate 2, so that the material and thickness of the metal substrate 2 are limited. Therefore, the strength of the metal substrate 2 can be improved. Further, since the chemical etching is not used when the through hole 6 is formed in the metal substrate 2, the through hole 6 can be formed at a low cost. Therefore, according to the present invention, the strength can be improved and the cost can be suppressed.

また、上記燃料電池1によれば、燃料極3に燃料ガスを供給するときに、貫通孔6を介して燃料ガスを導入できると共に、多孔質の金属基板2により燃料ガスを拡散させることができる。したがって、燃料ガスの導入と拡散とを同時に行うことができるので、燃料ガスを効率的に燃料極3に供給できる。   Further, according to the fuel cell 1, when supplying the fuel gas to the fuel electrode 3, the fuel gas can be introduced through the through hole 6 and can be diffused by the porous metal substrate 2. . Accordingly, since the introduction and diffusion of the fuel gas can be performed simultaneously, the fuel gas can be efficiently supplied to the fuel electrode 3.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、金属基板2の貫通孔6は、金属基板2の厚み方向に貫通するように形成されていればその構成は特に限定されず、図5に示すように、金属基板2の厚み方向に対して傾斜していてもよい。傾斜した貫通孔6を形成する場合は、上記の貫通ステップS2において、基板用グリーンシート10に傾斜した貫通孔12を形成する。このような構成でも燃料ガスを燃料極3に導入することができる。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific aspect of this invention is not limited to the said embodiment. For example, the configuration of the through hole 6 of the metal substrate 2 is not particularly limited as long as the through hole 6 is formed so as to penetrate in the thickness direction of the metal substrate 2. As shown in FIG. May be inclined. When the inclined through hole 6 is formed, the inclined through hole 12 is formed in the substrate green sheet 10 in the above-described through step S2. Even with such a configuration, the fuel gas can be introduced into the fuel electrode 3.

また、図6(a)〜(e)は、更に他の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の断面図である。図6(a)〜(e)に示すように、金属基板2の数は特に限定されるものではなく、厚み方向に複数の金属基板2、2・・を積層してもよい。   FIGS. 6A to 6E are cross-sectional views of solid oxide fuel cells according to still other embodiments. As shown in FIGS. 6A to 6E, the number of metal substrates 2 is not particularly limited, and a plurality of metal substrates 2, 2... May be stacked in the thickness direction.

また、図6(a)〜(e)に示すように、複数の貫通孔6,6・・の形成位置や孔径は特に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、積層された金属基板2、2・・の貫通孔6,6・・は、積層方向において互いの孔の中心が一致していてもよく、また、孔の中心が互いにずれていてもよい。また、図6に点線Xで示すように、積層された金属基板2,2・・の各層の貫通孔6,6・・は、それぞれ積層方向において連通していることが好ましい。また、必ずしも積層方向に連通していなくてもよい。また、図6(c)、(d)に示すように、各層の金属基板2において、異なる孔径の貫通孔6を複数形成してもよい。   6A to 6E, the formation positions and the hole diameters of the plurality of through holes 6, 6,... Are not particularly limited and can be changed as appropriate. For example, the through holes 6, 6... Of the stacked metal substrates 2, 2... May be aligned with each other in the stacking direction, and the centers of the holes may be shifted from each other. . Further, as indicated by a dotted line X in FIG. 6, it is preferable that the through holes 6, 6... Of the stacked metal substrates 2,. Moreover, it does not necessarily have to communicate with the lamination direction. Further, as shown in FIGS. 6C and 6D, a plurality of through holes 6 having different hole diameters may be formed in the metal substrate 2 of each layer.

また、図6(e)に示すように、複数の貫通孔6,6・・の孔径が金属基板2の積層方向において段階的に縮径する構成であってもよい。図6(e)に示す構成では、積層された複数の金属基板2を構成する各金属基板2における各貫通孔6が、積層方向に隣接する金属基板2における貫通孔6のいずれかと互いに連通している。このように複数の金属基板2の積層方向において貫通孔6がつながっているので、積層された金属基板2の最下層から最上層まで連通した貫通孔6を介してガスを通過させることができる。また、この実施形態では、隣り合って重なる金属基板2において、上層の金属基板2における貫通孔6の孔径が下層の金属基板2における貫通孔6の孔径より小さくなっている。つまり、積層方向の上層側の金属基板2における貫通孔6の孔径がそれに隣接する下層側の金属基板2における貫通孔6の孔径より小さくなっている。したがって、最下層の金属基板2から最上層の金属基板2に向かって貫通孔6の孔径が徐々に縮径している。このような構成によれば、燃料極3と接触する最上層の金属基板2における貫通孔6が最も縮径しているので、貫通孔の孔径を徐々に縮径することにより、燃料極へのガスの拡散性(到達時間)を維持したまま、集電面積を大きくすることができる。   Moreover, as shown in FIG.6 (e), the structure which the hole diameter of several through-holes 6,6 .. shrinks in steps in the lamination direction of the metal substrate 2 may be sufficient. In the configuration shown in FIG. 6 (e), each through hole 6 in each metal substrate 2 constituting the plurality of stacked metal substrates 2 communicates with any one of the through holes 6 in the metal substrate 2 adjacent in the stacking direction. ing. As described above, since the through holes 6 are connected in the stacking direction of the plurality of metal substrates 2, gas can be passed through the through holes 6 communicating from the lowermost layer to the uppermost layer of the stacked metal substrates 2. Moreover, in this embodiment, in the metal substrate 2 which overlaps adjacently, the hole diameter of the through hole 6 in the upper metal substrate 2 is smaller than the hole diameter of the through hole 6 in the lower metal substrate 2. That is, the hole diameter of the through hole 6 in the upper metal substrate 2 in the stacking direction is smaller than the hole diameter of the through hole 6 in the lower metal substrate 2 adjacent thereto. Therefore, the hole diameter of the through hole 6 is gradually reduced from the lowermost metal substrate 2 toward the uppermost metal substrate 2. According to such a configuration, since the through hole 6 in the uppermost metal substrate 2 that is in contact with the fuel electrode 3 has the smallest diameter, by gradually reducing the diameter of the through hole, The current collection area can be increased while maintaining the gas diffusivity (arrival time).

また、複数の金属基板2が積層された燃料電池1を製造する場合は、上述した貫通ステップS1において、複数の基板用グリーンシート10を準備し、これら複数の基板用グリーンシート10のそれぞれに複数の貫通孔12を形成する。そして、貫通孔12が形成された複数の基板用グリーンシート10を積層し、その後の各ステップS3〜S6を行うと、積層された複数の金属基板2を有する燃料電池1が製造される。   When manufacturing the fuel cell 1 in which a plurality of metal substrates 2 are stacked, a plurality of substrate green sheets 10 are prepared in the above-described penetration step S1, and a plurality of green sheets 10 for each of the plurality of substrates are provided. Through-holes 12 are formed. And if the several green sheet 10 for substrates in which the through-hole 12 was formed is laminated | stacked and each subsequent step S3-S6 is performed, the fuel cell 1 which has the several laminated metal substrate 2 will be manufactured.

また、貫通孔6が金属基板2の積層方向に沿って段階的に縮径している燃料電池1を製造する場合は、複数の基板用グリーンシート10を積層するときに、貫通孔12が大きい基板用グリーンシート10を下層に積層し、その上層に貫通孔12が小さい基板用グリーンシート10を積層する。これにより、基板用グリーンシート10を焼結したときに、上層の金属基板2における貫通孔6の孔径が下層の金属基板2における貫通孔6の孔径より小さくなる。   When manufacturing the fuel cell 1 in which the through holes 6 are reduced in diameter along the stacking direction of the metal substrate 2, the through holes 12 are large when the plurality of substrate green sheets 10 are stacked. The substrate green sheet 10 is laminated on the lower layer, and the substrate green sheet 10 having the small through-holes 12 is laminated on the upper layer. Thus, when the substrate green sheet 10 is sintered, the hole diameter of the through hole 6 in the upper metal substrate 2 is smaller than the hole diameter of the through hole 6 in the lower metal substrate 2.

また、上記実施形態では、金属基板2の一方面(表面)に燃料極3が配置されていたが、この燃料極3を省略し、図7(a)、(b)に示すように、金属基板2の一方面(表面)に電解質4を配置する構成であってもよい。図7(a)、(b)において、図1又は図6と同様の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。このように金属基板2に電解質4を直接配置する場合、金属基板2の材料としては、燃料極の活性を有することが好ましく、例えば酸化ニッケルと酸化鉄との混合材料を用いることができる。上記燃料極の活性を有する材料としては、Cuや,Ni、Pt、Ru等を挙げることができ、これらを単独若しくはFe、Cr、Al、Mn、Mo、Nbなどと2種以上を組み合わせて使用することができる。このような構成によっても、燃料極の活性を有する金属基板2が燃料極として機能することにより発電することができる。   Moreover, in the said embodiment, although the fuel electrode 3 was arrange | positioned at the one surface (surface) of the metal substrate 2, this fuel electrode 3 was abbreviate | omitted and as shown to FIG. 7 (a), (b), metal The structure which arrange | positions the electrolyte 4 to the one surface (surface) of the board | substrate 2 may be sufficient. 7A and 7B, the same components as those in FIG. 1 or FIG. When the electrolyte 4 is directly arranged on the metal substrate 2 as described above, it is preferable that the material of the metal substrate 2 has a fuel electrode activity. For example, a mixed material of nickel oxide and iron oxide can be used. Examples of the material having the fuel electrode activity include Cu, Ni, Pt, Ru, etc., which are used alone or in combination of two or more with Fe, Cr, Al, Mn, Mo, Nb, etc. can do. Even with such a configuration, it is possible to generate electric power when the metal substrate 2 having the activity of the fuel electrode functions as the fuel electrode.

また、金属基板2の一方面(表面)に電解質4が配置された燃料電池1を製造する場合は、上述した燃料極用積層ステップS2を行わずに、電解質用積層ステップS3を行う。そして、その後の各ステップ(第1焼結ステップS4、塗布ステップS5、第2焼結ステップS6)を行うと、金属基板2の一方面に電解質4が配置された燃料電池1が製造される。なお、燃料極の活性を有する材料を用いる場合は、還元雰囲気で共焼結を行っても構わないし、酸化雰囲気で焼結を実施し、その後、金属基板2のみを還元することによって、燃料電池1を形成することができる。   Moreover, when manufacturing the fuel cell 1 in which the electrolyte 4 is disposed on one surface (front surface) of the metal substrate 2, the electrolyte stacking step S3 is performed without performing the fuel electrode stacking step S2. And if each subsequent step (1st sintering step S4, application | coating step S5, 2nd sintering step S6) is performed, the fuel cell 1 by which the electrolyte 4 is arrange | positioned on the one surface of the metal substrate 2 will be manufactured. When a material having the activity of the fuel electrode is used, co-sintering may be performed in a reducing atmosphere, or sintering is performed in an oxidizing atmosphere, and then only the metal substrate 2 is reduced to thereby reduce the fuel cell. 1 can be formed.

また、上記実施形態では、基板形成ステップにおいて金属基板2を形成するときに1枚の基板用グリーンシート10から形成していたが、この構成に限定されるものではなく、少なくとも1層(1枚)の基板用グリーンシート10があれば金属基板2を形成することができる。したがって、複数の基板用グリーンシート10を用いて金属基板2を形成してもよい。この場合は、基板形成ステップにおいてまず、複数の基板用グリーンシート10を準備し、これら複数の基板用グリーンシート10を厚み方向に積層する(基板用積層ステップ)。続いて、積層された複数の基板用グリーンシート10に対して厚み方向に貫通する貫通孔12を複数形成する(貫通ステップS1)。そして、その後の各ステップS3〜S6を行うと、複数の基板用グリーンシート10から形成された金属基板2を有する燃料電池1が製造される。また、積層された金属基板2を形成する場合は、積層された複数の基板用グリーンシート10を更に積層して焼結することにより形成できる。   Moreover, in the said embodiment, when forming the metal substrate 2 in the board | substrate formation step, it formed from the one sheet | seat green sheet 10, However, It is not limited to this structure, At least 1 layer (one sheet) The metal substrate 2 can be formed with the substrate green sheet 10). Therefore, the metal substrate 2 may be formed using a plurality of substrate green sheets 10. In this case, in the substrate forming step, first, a plurality of substrate green sheets 10 are prepared, and the plurality of substrate green sheets 10 are stacked in the thickness direction (substrate stacking step). Subsequently, a plurality of through-holes 12 penetrating in the thickness direction are formed with respect to the plurality of laminated green sheets 10 for substrate (penetration step S1). And if each subsequent step S3-S6 is performed, the fuel cell 1 which has the metal substrate 2 formed from the some green sheet 10 for substrates will be manufactured. Moreover, when forming the laminated | stacked metal substrate 2, it can form by further laminating | stacking the several laminated | stacked green sheet 10 for substrates, and sintering.

また、上記実施形態では、金属基板2上に燃料極3を配置しているが、燃料極活性を有さない金属基板2を用いる場合、空気極5を形成し、その上面に、電解質4、燃料極3を配置してもかまわない。   Moreover, in the said embodiment, although the fuel electrode 3 is arrange | positioned on the metal substrate 2, when using the metal substrate 2 which does not have fuel electrode activity, the air electrode 5 is formed and the electrolyte 4, The fuel electrode 3 may be arranged.

また、上記実施形態では、空気極ペースト15を用いた方法により空気極5を形成していたが、空気極5の形成方法はこれに限定されるものではなく、上述の燃料極3及び電解質4と同様に、グリーンシートを用いた方法により形成することもできる。   Moreover, in the said embodiment, although the air electrode 5 was formed by the method using the air electrode paste 15, the formation method of the air electrode 5 is not limited to this, The above-mentioned fuel electrode 3 and electrolyte 4 are mentioned. Similarly to the above, it can be formed by a method using a green sheet.

また、上記実施形態では、グリーンシートを用いた方法により燃料極3及び電解質4を形成していたが、燃料極3及び電解質4の形成方法はこれに限定されるものではなく、上述の空気極5と同様に、ペーストを用いた方法により形成することもできる。   Moreover, in the said embodiment, although the fuel electrode 3 and the electrolyte 4 were formed by the method using a green sheet, the formation method of the fuel electrode 3 and the electrolyte 4 is not limited to this, The above-mentioned air electrode Similarly to 5, it can be formed by a method using a paste.

このように、燃料極3、電解質4および空気極5の形成方法は特に限定されるものではなく、スプレーコート法、スピンコ−ト法、電気泳動法、インクジェット法、CVD法(化学蒸着法)、EVD法(電気化学蒸着法)、PLD法(パルスレーザーデポジッション法)、エアロゾルデポジッション法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の一般的な印刷法を用いて作製することができる。   Thus, the formation method of the fuel electrode 3, the electrolyte 4 and the air electrode 5 is not particularly limited, and is a spray coating method, a spin coating method, an electrophoresis method, an ink jet method, a CVD method (chemical vapor deposition method), It can be produced using a general printing method such as an EVD method (electrochemical vapor deposition method), a PLD method (pulse laser deposition method), an aerosol deposition method, an ion plating method, or a sputtering method.

また、上記実施形態では、造孔剤が含まれた基板用グリーンシート10を焼結することにより、多孔質の金属基板2を作製していたが、多孔質の金属基板2を作製する方法はこの構成に限定されるものではない。例えば、造孔剤を含まない基板用グリーンシート10を用いて、基板用グリーンシート10を焼結するときの焼結温度を調節することにより、多孔質の金属基板2を作製することができる。具体的には、酸化ニッケルと酸化鉄の混合材料であるNiO−Fe(質量比9:1、酸化ニッケル:平均粒子径1μm、酸化鉄:平均粒子径3μm)を用いて、基板用グリーンシート10を1500℃で焼結すると緻密な基板2となる場合に、この温度より低い1400℃で焼結することにより、基板2の内部に多数の細孔を形成することができる。 Moreover, in the said embodiment, although the porous metal substrate 2 was produced by sintering the board | substrate green sheet 10 containing the pore making material, the method of producing the porous metal substrate 2 is the method of producing the porous metal substrate 2. It is not limited to this configuration. For example, the porous metal substrate 2 can be produced by adjusting the sintering temperature when the substrate green sheet 10 is sintered using the substrate green sheet 10 that does not contain a pore-forming agent. Specifically, NiO—Fe 2 O 3 (mass ratio 9: 1, nickel oxide: average particle diameter 1 μm, iron oxide: average particle diameter 3 μm), which is a mixed material of nickel oxide and iron oxide, is used for a substrate. When the green sheet 10 is sintered at 1500 ° C. to obtain a dense substrate 2, a large number of pores can be formed inside the substrate 2 by sintering at 1400 ° C. lower than this temperature.

また、上記材料の場合、基板を還元処理するが、その際の体積収縮により多孔質化することも可能である。   Moreover, in the case of the said material, although a board | substrate is reduce | restored, it can also be made porous by the volume contraction in that case.

1 固体酸化物形燃料電池
2 金属基板
3 燃料極
4 電解質
5 空気極
6 貫通孔
10 基板用グリーンシート
11 基板用積層体
13 燃料極用グリーンシート
14 電解質用グリーンシート
15 空気極グリーンシート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid oxide fuel cell 2 Metal substrate 3 Fuel electrode 4 Electrolyte 5 Air electrode 6 Through-hole 10 Green sheet for substrates 11 Laminate for substrates 13 Green sheet for fuel electrodes 14 Green sheet for electrolytes 15 Air electrode green sheets

Claims (6)

細孔を有している多孔質の少なくとも1層の金属基板と、
前記少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された燃料極と、
前記燃料極の一方面に配置された電解質と、
前記電解質の一方面に配置された空気極と、を備え、
前記金属基板には、前記細孔とは異なる厚み方向に貫通する貫通孔が複数形成されており、
前記燃料極は、前記貫通孔を塞ぐように配置されている固体酸化物形燃料電池。
A porous at least one layer of metal substrate having pores;
A fuel electrode disposed on one surface of the at least one metal substrate;
An electrolyte disposed on one side of the fuel electrode;
An air electrode disposed on one surface of the electrolyte,
The metal substrate has a plurality of through-holes penetrating in a thickness direction different from the pores,
The fuel electrode is a solid oxide fuel cell arranged so as to close the through hole.
細孔を有している多孔質の少なくとも1層の金属基板と、
前記少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された電解質と、
前記電解質の一方面に配置された空気極と、を備え、
前記金属基板は、燃料極の活性を有しており、当該金属基板には前記細孔とは異なる厚み方向に貫通する貫通孔が複数形成されており、
前記電解質は、前記貫通孔を塞ぐように配置されている固体酸化物形燃料電池。
A porous at least one layer of metal substrate having pores;
An electrolyte disposed on one side of the at least one metal substrate;
An air electrode disposed on one surface of the electrolyte,
The metal substrate has a fuel electrode activity, and the metal substrate has a plurality of through holes penetrating in a thickness direction different from the pores,
The electrolyte is a solid oxide fuel cell arranged so as to close the through hole.
細孔を有している多孔質の少なくとも1層の金属基板と、当該少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された燃料極と、当該燃料極の一方面に配置された電解質と、当該電解質の一方面に配置された空気極と、を備える固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
前記金属基板を形成する基板形成ステップを備え、
前記基板形成ステップは、基板用グリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を複数形成する貫通ステップと、当該貫通孔を有する基板用グリーンシートを焼結して、前記貫通孔とは異なる細孔を有する金属基板を形成する焼結ステップと、を備え、
前記燃料極は、前記貫通孔を塞ぐように配置されている固体酸化物形燃料電池の製造方法。
A porous at least one metal substrate having pores, a fuel electrode disposed on one surface of the at least one metal substrate, an electrolyte disposed on one surface of the fuel electrode, A method of manufacturing a solid oxide fuel cell comprising an air electrode disposed on one surface of an electrolyte,
A substrate forming step of forming the metal substrate;
The substrate forming step includes a step of forming a plurality of through holes penetrating the substrate green sheet in the thickness direction, and sintering the substrate green sheet having the through holes to form pores different from the through holes. Forming a metal substrate having a sintering step,
The method of manufacturing a solid oxide fuel cell, wherein the fuel electrode is disposed so as to close the through hole.
細孔を有している多孔質の少なくとも1層の金属基板と、当該少なくとも1層の金属基板の一方面に配置された電解質と、当該電解質の一方面に配置された空気極と、を備える固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
前記金属基板を形成する基板形成ステップを備え、
前記基板形成ステップは、基板用グリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を複数形成する貫通ステップと、当該貫通孔を有する基板用グリーンシートを焼結して、前記貫通孔とは異なる細孔を有する金属基板を形成する焼結ステップと、を備え、
前記基板用グリーンシートは、燃料極の活性を有する物質を含み、
前記電解質は、前記貫通孔を塞ぐように配置されている固体酸化物形燃料電池の製造方法。
A porous at least one metal substrate having pores, an electrolyte disposed on one surface of the at least one metal substrate, and an air electrode disposed on one surface of the electrolyte. A method for producing a solid oxide fuel cell, comprising:
A substrate forming step of forming the metal substrate;
The substrate forming step includes a step of forming a plurality of through holes penetrating the substrate green sheet in the thickness direction, and sintering the substrate green sheet having the through holes to form pores different from the through holes. Forming a metal substrate having a sintering step,
The green sheet for a substrate includes a substance having an activity of a fuel electrode,
The method for manufacturing a solid oxide fuel cell, wherein the electrolyte is disposed so as to close the through hole.
前記基板用グリーンシートは造孔剤を含む請求項3又は4に記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。   The method for producing a solid oxide fuel cell according to claim 3 or 4, wherein the green sheet for a substrate contains a pore-forming agent. 前記貫通ステップでは、前記貫通孔を打ち抜きによって形成する請求項3〜5のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。 6. The method for manufacturing a solid oxide fuel cell according to claim 3, wherein in the through step, the through hole is formed by punching.
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