[发明专利]燃料电池单元及燃料电池单元组、以及燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及在固体电解质的一侧的表面上设置有氧侧电极，在另一侧 的表面设置有燃料侧电极，在固体电解质和氧侧电极之间具有中间层的燃 料电池单元及燃料电池单元组、以及燃料电池。

背景技术

作为下一代能量，近年来，提出了各种将串联电连接多个燃料电池单 元而成的燃料电池单元组收容于收容容器内的燃料电池。

图3中示出了以往的固体电解质形燃料电池单元组，在该燃料电池单 元组中，排列集合了多个燃料电池单元21(21a、21b)，在一方的燃料电 池单元21a和另一方的燃料电池单元21b之间夹有由金属毡构成的集电部 件25，将一方的燃料电池单元21a的燃料侧电极27和另一方的燃料电池 单元21b的氧侧电极23电连接。

另外，燃料电池单元21(21a、21b)如下构成，在由圆筒状金属构成 的燃料侧电极27的外周面依次设置有固体电解质29、由导电性陶瓷构成 的氧侧电极23，在从固体电解质29、氧侧电极23露出的燃料侧电极27 以不与氧侧电极23连接的方式设置有中继馈线(interconnector)22，该中 继馈线22与燃料侧电极27电连接。

该中继馈线22为了可靠地隔断在燃料侧电极27的内部流动的燃料气 体、和在氧侧电极23的外侧流过的含氧气体，利用致密且不易由于燃料 气体及含氧气体而变质的导电性陶瓷形成。

一方的燃料电池单元21a和另一方的燃料电池单元21b的电连接如下 所述地进行，即：将一方的燃料电池单元21a的燃料侧电极27经由设置 在燃料侧电极27的中继馈线22、集电部件25，与另一方的燃料电池单元 21b的氧侧电极23连接。

另外，燃料电池构成为将上述燃料电池单元组收容于收容容器内，使 燃料(氢)流过燃料侧电极27内部，使空气(氧)流过氧侧电极23，在 100℃左右下发电。

在这样的燃料电池单元21中，通常，燃料侧电极27由含有Ni和Y₂O₃的ZrO₂(YSZ)构成，固体电解质29由含有Y₂O₃的ZrO₂(YSZ)构成， 氧侧电极23由Sr(锶)共存的LaMnO₃系复合氧化物形成。

另外，最近，还提出了同时烧结(同时烧成)固体电解质和氧侧电极 的制法。然而，在同时烧结固体电解质和氧侧电极的情况下，含于氧侧电 极的成分(例如，Sr等)向固体电解质中扩散，在固体电解质和氧侧电极 的界面形成电阻高的反应层，由此导致燃料电池单元的性能降低的问题。

因此，作为防止固体电解质和氧侧电极的同时烧结中的燃料电池单元 的性能降低的目的，提出了在固体电解质和氧侧电极之间形成中间层的燃 料电池单元及其制法(例如，参照特开2003-288914号公报、特开2004 -63226号公报)。

另外，为了提供对热循环的耐久性优越，且具有充分的发电性能的固 体电解质形燃料电池，提出了在燃料极基板的表面依次层叠有固体电解质 层、反应防止层、混合层、空气极层，并且，混合层含有反应防止层和空 气极层的材料而构成的固体电解质形燃料电池(例如，参照特开2005- 327637号公报)。

进而，为了提供耐久性及发电性能优越的燃料电池，提出了在燃料极 基板的上表面依次层叠有固体电解质、反应防止层、空气极层，并且，反 应防止层由第一反应防止层、及具有空隙的第二反应防止层构成，将固体 电解质层、第一反应防止层、第二反应防止层同时烧结而制作的固体电解 质形燃料电池(例如，参照特开2005-327507号公报)。

然而，在固体电解质和氧侧电极之间形成了由一层构成的中间层的情 况下，含于固体电解质中的成分(Zr、锆)也有时向中间层扩散，并且， 含于氧侧电极的成分(Sr)也有时向固体电解质侧扩散，在长期进行了发 电的情况下，所述扩散的固体电解质成分和从氧侧电极扩散的成分发生反 应，形成电阻高的反应层，由此导致燃料电池的发电性能劣化的问题。另 外，还由于含于氧侧电极的固体电解质成分向固体电解质中扩散，含于固 体电解质中的氧侧电极成分和固体电解质成分发生反应而形成电阻高的 反应层，由此导致燃料电池的发电性能劣化的问题。