[发明专利]固体氧化物型燃料电池半电池和固体氧化物型燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物型燃料电池的半电池和固体氧化物型燃料电池。

背景技术

近年来，燃料电池作为清洁能源受到关注。在燃料电池中，电解质使用了固体陶瓷的固体氧化物型燃料电池(下文中有时记为“SOFC”)具有下述优点：由于工作温度高，因而可以利用余热；进而能够以高效率得到电力；等等，被期待用于家庭用电源至大规模发电的广泛的领域中。

SOFC具有下述基本结构：在阴极(空气极)与阳极(燃料极)之间配置有由陶瓷构成的固体电解质层。例如关于平面的SOFC，将阴极、固体电解质层和阳极重合而成的物质为SOFC用单电池(下文中称为“SOFC电池”)，在该单电池中夹入内部连接板并堆积多个，由此得到高输出功率。这种平面的SOFC包括：将电解质作为支撑体来维持电池的强度的电解质支撑型电池(ESC)；将阳极作为支撑体来维持电池的强度的阳极支撑型电池(ASC)；和将阴极作为支撑体的阴极支撑型电池(CSC)等。另外，作为SOFC电池的半成品，还提供例如在单电池的结构中未形成阴极的半电池。

专利文献1中记载了使用镍和三氧化二钇稳定化氧化锆(下文中有时称为“YSZ”)的金属陶瓷作为SOFC的阳极。另外，在专利文献1中，作为SOFC的电解质层，示例出3mol％三氧化二钇稳定化氧化锆(3YSZ)、6mol％三氧化二钇稳定化氧化锆(6YSZ)、8mol％三氧化二钇稳定化氧化锆(8YSZ)、10mol％三氧化二钇稳定化氧化锆(10YSZ)。

专利文献2中记载了优选使用由镍-氧化锆金属陶瓷构成的阳极材料作为SOFC的阳极。此处，作为氧化锆，示例出经3重量％～10重量％的三氧化二钇稳定化的氧化锆。

专利文献3中记载了选择Ni和YSZ的金属陶瓷作为ASC的阳极的材质。另外，记载了例如使用8mol％三氧化二钇稳定化氧化锆(8YSZ)作为固体电解质。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-228093号公报

专利文献2：日本特表2006-505094号公报

专利文献3：日本特开2012-104407号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在上述文献中，对于阳极中所用的YSZ的三氧化二钇含量和电解质层中所用的YSZ的三氧化二钇含量与SOFC电池的发电性能的关系并未进行具体研究。

鉴于该情况，本发明的目的在于提供一种在阳极和电解质层中包含YSZ、并具有高发电性能的新型SOFC半电池或SOFC。

用于解决课题的方案

本发明提供一种固体氧化物型燃料电池半电池，其具备阳极功能层和第1电解质层，

上述阳极功能层包含导电成分和三氧化二钇稳定化氧化锆，该导电成分包含在还原性气氛中变化为导电性金属的金属氧化物，

上述第1电解质层形成于上述阳极功能层的一个主面并以三氧化二钇稳定化氧化锆作为主要成分，

在上述阳极功能层的上述三氧化二钇稳定化氧化锆和上述电解质层的上述三氧化二钇稳定化氧化锆中，三氧化二钇的含量超过9.00mol％且为11mol％以下。

另外，本发明提供一种固体氧化物型燃料电池，其具备：

上述的固体氧化物型燃料电池半电池；和

形成于上述第1电解质层的与上述阳极功能层相反侧的阴极。

发明的效果

本发明中，通过使阳极功能层的YSZ和第1电解质层的YSZ的三氧化二钇含量均超过9.00mol％且为11mol％以下，可以实现高发电性能。

附图说明

图1是第1实施方式的SOFC半电池的示意性截面图。

图2是第1实施方式的SOFC电池的示意性截面图。

图3是第1实施方式的变形例的SOFC电池的示意性截面图。

图4是第2实施方式的SOFC半电池的示意性截面图。

图5是第2实施方式的SOFC电池的示意性截面图。

图6是第2实施方式的变形例的SOFC电池的示意性截面图。

图7是示出实施例1～3和比较例1～3的SOFC电池的发电性能的曲线图。

图8是实施例1的SOFC半电池截面的SEM(扫描型电子显微镜)照片。

图9是比较例1的SOFC半电池截面的SEM照片。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，下述说明涉及本发明的一例，本发明并不被这些说明所限定。