[发明专利]固体氧化物型燃料电池单电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物型燃料电池单电池及具备该燃料电池单电池而构成的燃料电池系统，可防止运行停止时尤其关机时的空气极剥离。

背景技术

在现有的燃料电池中，有一种将固体氧化物用于固体电解质的固体氧化物型燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell:SOFC）。

进而，已知有一种作为空气极使用镧锶钴铁氧体（LSCF）的固体氧化物型燃料电池（例如日本国特开2001-196083号公报（专利文献1））。而且，存在该空气极所含有的LSCF因与空气极接触的空气中含有的SOx尤其是SO₂的硫而中毒的报告（Wang etal.,J.Electrochem.Soc.,158,B1391(2011)）（非专利文献1）。该文献报告在作为空气极使用LSCF的固体氧化物型燃料电池单电池中，硫与LSCF的Sr发生反应而在LSCF表面上形成SrSO₄，由此发电性能下降。但是，据本发明人所知，在固体氧化物型燃料电池的使用前，并没有肯定空气极中的硫的存在的报告。

专利文献1：日本国特开2001-196083号公报

非专利文献1：Wang et al.,J.Electrochem.Soc.,158,B1391(2011)

根据本发明人进行的实验，在运行停止时尤其在关机时观察到含有钙钛矿型氧化物而构成的空气极的剥离。该剥离使固体氧化物型燃料电池单电池的耐久性下降，甚至有时该单电池会丧失发电性能。本发明人本次得到了如下见解，可以通过使空气极含有特定量的硫而抑制该剥离。

发明内容

因而，本发明的目的在于提供一种通过抑制空气极剥离而具有耐久性的固体氧化物型燃料电池单电池。

进而，本发明的目的在于提供一种基于本发明的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法及具备该燃料电池单电池而构成的燃料电池系统。

而且，本发明的固体氧化物型燃料电池单电池是至少具有固体电解质、燃料极及空气极而构成的固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，所述空气极是对含有钙钛矿型氧化物和硫元素的成形体进行烧成而构成的，刚刚烧成之后或发电开始前的所述空气极中的硫含量为50ppm以上且3,000ppm以下。

而且，本发明的燃料电池系统的特征在于，具备上述本发明的固体氧化物型燃料电池单电池而构成。

而且，本发明的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法的特征在于，准备钙钛矿型氧化物中添加有硫化合物的原料粉末，将所述原料粉末分散在溶剂中从而制备浆料，将所述浆料涂覆在固体电解质或其前体上，并进行干燥后，进行烧成来制备空气极。

而且，又一个本发明的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法的特征在于，对在钙钛矿型氧化物的制备原料中添加有硫化合物的混合物进行烧成，从而得到含有硫元素的钙钛矿型氧化物，粉碎所述钙钛矿型氧化物而得到原料粉末，将所述原料粉末分散在溶剂中从而制备浆料，将所述浆料涂覆在固体电解质或其前体上，并进行干燥后，进行烧成来制备空气极。

附图说明

图1是表示本发明的固体氧化物型燃料电池单电池的剖面的一个形态的模式图。

图2是表示本发明的燃料电池单电池单元的局部剖视图。

图3是表示具备本发明的固体氧化物型燃料电池的固体氧化物型燃料电池系统的一个形态的构成图。

图4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5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6是沿图4的III-III线的剖视图。

具体实施方式

定义

本发明的燃料电池单电池是指除空气极满足后述的必要条件以外，是至少具备燃料极、固体电解质及空气极而构成的与本行业中通常被分类或理解为固体氧化物型燃料电池单电池相同的燃料电池单电池。而且，本发明的燃料电池单电池据此可用于本行业中被理解为燃料电池系统以及今后会被理解的系统。另外，本发明的燃料电池单电池并不限定其形状，例如也可以是圆筒状、板状、在内部形成有多个气体流路的中空板状等。另外，内侧电极也可以形成在支撑体的表面上。

另外，在本发明中，“发电开始前”是指在燃料电池单电池的烧成后，且进行实际运行之前。另外，即使是试运行后、出货前试验后、或者与它们相当的运行后，只要它们是在实际运行开始前，则也同样视为发电开始前。