氫和氧離子反應的催化劑功能、及輸送通過反應而產生的電荷(電子)的功能。在本實施方式的燃料電池單電池200中，用比上層燃料極層204b導電性更高的材料構成下層燃料極層204a，另一方面，用比下層燃料極層204a催化劑活性更高的材料形成了上層燃料極層204b。由此，可以通過下層燃料極層204a有效地輸送在電解質層206正下方的上層燃料極層204b中產生的電荷，從而能夠構成高性能的燃料極層204。
[0119]在本實施方式中，固體電解質層206由下層電解質層206a、及在其上形成的上層電解質層206b構成。這2個層之中的下層電解質層206a是由鈰系復合氧化物(LDC40。即40mol%的La203-60mol%的CeO2)的粉末等構成的薄膜。另一方面，上層電解質層206b與第I實施方式相同，是由Laa9Sra AaasMga2O3的組成的LSGM粉末構成的薄膜。
[0120]下層電解質層206a作為反應抑制層而發揮作用，通過下層電解質層206a，上層燃料極層204b和上層電解質層206b之間的化學反應被抑制。
上層電解質層206b與第I實施方式的電解質層相同，通過氧化物離子和氫或一氧化碳介由其進行反應而生成電能。
[0121]在本實施方式中，空氣極層208由下層空氣極層208a、及在其上形成的上層空氣極層208b構成。這2個層之中的下層空氣極層208a是由Laa6Sra4Coa2Fea2O3的組成的LSCF粉末構成的導電性薄膜。上層空氣極層208b是由Laa6Sra4CoasFea2O3的組成的LSCF粉末構成的導電性薄膜。
[0122]在此，空氣極層通常需要具備使空氣中的氧離子化的催化劑功能、及輸送應與氧反應的電子的功能。在本實施方式的燃料電池單電池200中，用比上層空氣極層208b催化劑活性更高的材料(氧離子轉換性能高的材料)構成下層空氣極層208a，另一方面，用比下層空氣極層208a電子傳導性高的材料形成了上層空氣極層208b。由此，可以通過利用上層空氣極層208b而被輸送的電子，而使氧在與電解質層206鄰接的下層空氣極層208a中有效地離子化，從而能夠構成高性能的空氣極層208。
[0123]互連層210與第I實施方式相同，由第I互連層210a、及在其上設置的第2互連層210b構成。
[0124]對本發明的第2實施方式的燃料電池單電池的制造方法進行說明。
在此，僅對與使用圖9而進行了說明的第I實施方式的制造工序相對的變更點進行說明。
首先，圖9的步驟SI?S3與第I實施方式相同。
[0125]接下來，在第I實施方式中，在圖9的步驟S4中，在通過面成膜裝置130而對燃料極層進行面成膜后，通過干燥工序使堆積的漿料干燥。在第2實施方式中，首先，通過面成膜裝置130對下層燃料極層204a進行成膜，在通過干燥工序使其干燥后，再通過面成膜裝置130對上層燃料極層204b進行成膜，并使其干燥。由此，在多孔質支撐體202上的未形成有覆蓋層的部分上形成下層燃料極層204a，且在該下層燃料極層204a之上形成上層燃料極層204b。
[0126]在此，用于形成下層燃料極層204a的漿料的粘性被形成為比用于形成上層燃料極層204b的漿料的粘性更高。即，通過預先提高在多孔質支撐體202上直接成膜的下層燃料極層204a用的漿料的粘性，能夠防止漿料的向多孔質支撐體202內的過度的浸透。此夕卜，通過降低上層燃料極層204b用的漿料的粘性而堆積的漿料容易擴散，從而能夠提高所堆積的上層燃料極層204b表面的平滑度。此外，漿料的粘性可以根據構成燃料極層的材料的粉末、使其懸濁的溶劑的比例、懸濁的粉末的粒徑、使其懸濁的溶劑的種類等進行適當設定。
[0127]當上層燃料極層204b的平滑度低且層的厚度變得不均勻時，則在燃料極層中發生的發電反應在燃料極層上的各部上變得不均勻。當發電反應變得不均勻時，則電流集中在發電反應強的部分上，導致燃料電池單電池200的發電作用變得不穩定。根據本實施方式，能夠抑制這樣的電流集中。而且，通過提高上層燃料極層204b表面的平滑度，能夠防止給在上層燃料極層204b之上堆積的電解質層206、及空氣極層208的平滑度帶來不良影響。
[0128]而且，圖9的步驟S5?S8與第I實施方式相同。
接下來，在第I實施方式中，在圖9的步驟S9中，在通過面成膜裝置130對電解質層進行面成膜后，通過干燥工序使堆積的漿料干燥。在第2實施方式中，首先，通過面成膜裝置130對下層電解質層206a進行成膜，在通過干燥工序使其干燥后，再通過面成膜裝置130對上層電解質層206b進行成膜，并使其干燥。由此，在第I互連層210a上的未形成有覆蓋層的部分上形成下層電解質層206a，并在該下層電解質層206a之上形成上層電解質層206b。
[0129]而且，圖9的步驟SlO?S12與第I實施方式相同。
接下來，在第I實施方式中，在圖9的步驟S13中，在通過點成膜裝置110對空氣極層進行成膜后，通過干燥工序使堆積的漿料干燥。在第2實施方式中，首先，通過點成膜裝置110對下層空氣極層208a進行成膜，在通過干燥工序使其干燥后，再通過點成膜裝置110對上層空氣極層208b進行成膜，并使其干燥。由此，以覆蓋第2互連層210b及上層電解質層206b的一部分的方式形成下層空氣極層208a及上層空氣極層208b。
[0130]在此，用于形成下層空氣極層208a的漿料的粘性被形成為比用于形成上層空氣極層208b的漿料的粘性低。即，因為通過降低下層空氣極層208a用的漿料的粘性，使由噴射點膠設備122噴射而附著于上層電解質層206b的漿料的液滴更薄地擴展，所以點痕難以殘留，從而能夠形成平滑的下層空氣極層208a。另一方面，通過提高上層空氣極層208b用的漿料的粘性，被噴射而附著于下層空氣極層208a的漿料的液滴幾乎不擴展，從而所形成的上層空氣極層208b變厚。如此，通過預先平滑地構成催化劑活性高的下層空氣極層208a，能夠使空氣極層中的催化劑反應均勻，從而能夠抑制因催化劑反應的不均勻性而導致的電流集中。此外，因為更厚地形成上層空氣極層208b，所以在能夠降低空氣極層的電阻的同時，還能夠強化最容易發生剝離的最外功能層即上層空氣極層208b。
最后，通過與第I實施方式相同的圖9的步驟S14的第2燒成工序，完成本實施方式的固體氧化物型燃料電池單電池200。
[0131]根據本發明的第2實施方式的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，最外功能層即空氣極層208具有下層空氣極層208a、及在該下層空氣極層208a之上形成的上層空氣極層208b。此外，用比上層空氣極層208b氧離子轉換性能更高的材料，比上層空氣極層208b更薄地且平滑地形成下層空氣極層208a，并用比下層空氣極層208a電子傳導性(導電性)更高的材料形成上層空氣極層208b。由此，能夠有效地制造性能穩定的燃料電池單電池200。S卩，通過用氧離子轉換性能高的材料更薄且平滑地形成下層空氣極層208a，能夠使發電元件200a各部的氧離子轉換性能均勾，從而能夠防止向離子轉換性能高的部分的電流的集中。此外，通過用電子傳導性(導電性)高的材料更厚地形成上層空氣極層208b，能夠使上層空氣極層208b的電阻降低，從而能夠以低損失傳輸所生成的電荷。
[0132]以上，雖然對本發明的優選的實施方式進行了說明，但在上述的實施方式中可以實施各種各樣的變更。尤其，雖然在上述的實施方式中，使用圖7所記述的面成膜裝置，通過使漿料從下方吐出而使其與實施有覆蓋的多孔質支撐體接觸，從而進行了面成膜，但作為變形例，可以以各種方向使漿料接觸。例如，也可以從實施有覆蓋的多孔質支撐體的上方使漿料流下，而使漿料接觸。此外，也可以在實施有覆蓋的多孔質支撐體上，通過對漿料進行噴霧來使漿料接觸。而且，也可以通過將實施有覆蓋的多孔質支撐體浸漬于收容有漿料的槽內，來使漿料接觸。
[0133]此外，在上述的實施方式中，雖然在多孔質支撐體上以燃料極層、電解質層、空氣極層的順序層疊了功能層，但也可以以空氣極層、電解質層、燃料極層的順序形成功能層。此時，通過使空氣流入多孔質支撐體的內側，并使燃料氣體流經外側而進行發電。
而且，雖然在上述的實施方式中多孔質支撐體為圓筒形，但本發明可以適用于橢圓形、平板形等各種各樣的形態的固體氧化物型燃料電池單電池。
【主權項】
1.一種固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，其為在多孔質支撐體上形成有具備功能層即燃料極層、電解質層、及空氣極層的多個發電元件，且通過互連器將這些發電元件進行連接的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，其特征在于，具有: 支撐體形成工序，形成所述多孔質支撐體； 成膜工序，在所述多孔質支撐體上依次形成所述功能層之中的第I的功能層、第2的功會； 最外層成膜工序，其為在通過該成膜工序而形成的2個功能層之上，形成最外功能層的最外層成膜工序，通過將用于形成所述最外功能層的漿料形成為液滴狀并連續噴射而形成漿料的點，通過該點的聚集形成比所述第I的功能層更厚的所述最外功能層； 及加熱所述功能層并進行燒成的燒成工序， 且通過所述最外層成膜工序而形成的所述最外功能層殘留有聚集的點的痕跡，通過所述燒成工序，在所述各點的痕跡的周圍形成有環狀的裂紋。2.根據權利要求1所述的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，其特征在于，在所述最外層成膜工序中，所述漿料的各點形成為其一部分重疊。3.根據權利要求2所述的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，其特征在于，所述第I的功能層為燃料極層，所述最外功能層為空氣極層，形成所述燃料極層的所述成膜工序是通過使用于形成所述燃料極層的漿料與所述多孔質支撐體接觸，并通過同時形成所述多個發電元件的燃料極層的面成膜而執行的。4.根據權利要求3所述的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，其特征在于，在所述最外層成膜工序中形成的所述最外功能層以其邊緣部變薄的方式聚集有漿料的點。5.根據權利要求3所述的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，其特征在于，所述最外功能層即空氣極層具有下層空氣極層、及在該下層空氣極層之上形成的上層空氣極層，所述下層空氣極層由與所述上層空氣極層相比氧離子轉換性能更高的材料形成，且比所述上層空氣極層更薄且平滑地形成，所述上層空氣極層由與所述下層空氣極層相比電子傳導性更高的材料形成。6.根據權利要求3所述的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，其特征在于，所述空氣極層為LSCF制。7.根據權利要求3所述的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，其特征在于，在所述最外層成膜工序中聚集的所述漿料的各點為橢圓形。8.根據權利要求7所述的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，其特征在于，所述橢圓形的點的長軸的長度為100 μ???500 μπι。9.一種固體氧化物型燃料電池單電池制造系統，其為用于實施權利要求1?8的任意一項所述的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法的制造系統，其特征在于，具有:點成膜裝置，通過將用于形成所述功能層的漿料形成為液滴狀并連續噴射而形成所述功能層；及加熱爐，加熱形成有所述功能層的所述多孔質支撐體，對各層進行燒成。10.一種固體氧化物型燃料電池單電池，其為通過權利要求1?8的任意一項所述的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法而制造的。
【專利摘要】本發明提供一種一邊得到充分的發電性能，一邊提高耐久性的固體氧化物型燃料電池單電池。具體而言，本發明為通過互連器而連接有多個發電元件的固體氧化物型燃料電池單電池的制造方法，其特征在于，具有：支撐體形成工序；在多孔質支撐體上依次形成第1、第2的功能層的成膜工序；在通過該成膜工序而形成的2個功能層之上，形成最外功能層的最外層成膜工序，連續噴射形成為液滴狀的漿料而形成點，通過點的聚集而形成比第1的功能層更厚的最外功能層的最外層成膜工序；及燒成功能層的燒成工序，且通過最外層成膜工序而形成的最外功能層殘留有聚集的點的痕跡，通過燒成工序在各點的痕跡的周圍形成有環狀的裂紋。
【IPC分類】H01M8/10, H01M8/12
【公開號】CN105609844
【申請號】CN201510752094
【發明人】古屋正紀, 安藤茂, 籾山大, 端山潔, 岡本修, 渡邉直樹, 井坂暢夫, 佐藤真樹, 柿沼保夫, 田中修平, 村上弘展, 星子琢也
【申請人】Toto株式會社
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年11月6日
【公告號】EP3021411A1, US20160133977