[发明专利]固体氧化物型燃料电池电堆

说明书

技术领域

本发明涉及固体氧化物型燃料电池电堆。具体而言，涉及抑制反向电池的形成、具有高导电性的、发电性能优秀的固体氧化物型燃料电池电堆。

背景技术

燃料电池不同于经过热能、动能的过程的热机，是介由固体电解质使天然气、氢等燃料与空气中的氧进行反应，从而由燃料所带有的化学能连续且直接地得到电能的能量转换器。其中，固体氧化物型燃料电池是使用固体氧化物(陶瓷)作为固体电解质，并以燃料极作为负极，以空气极作为正极的电池而进行工作的燃料电池。此外，已知固体氧化物型燃料电池是具有可得到高能量转换效率这样的优点的装置。

由于每个单电池的输出小，因此固体氧化物型燃料电池通过串联连接多个单电池而将输出提高从而进行发电。电连接邻接的单电池的部件被称为互连器。已知有使用陶瓷作为其材料的互连器(以下也称为陶瓷互连器)。作为陶瓷互连器的特性，要求有不使气体透过的气密性、导电性、氧化物离子绝缘性、及与固体电解质的密合性。

通常，如果陶瓷互连器的厚度不薄(例如，大约100μm以下)，则得不到足够的导电性。但是，当为了得到足够的导电性而将陶瓷互连器的厚度减薄，且将如此厚度的薄的陶瓷互连器形成在多孔质电极(燃料极、空气极)的表面上时，则存在有陶瓷互连器被混入到多孔质电极的危险。由此，存在有无法形成陶瓷互连器的危险、或即使形成后也因厚度薄而得不到足够的气密性的危险。

如果陶瓷互连器的气密性低，则由于导致燃料气体从陶瓷互连器的燃料极侧泄漏到空气极侧并与空气混合，因此并不理想。为了提高陶瓷互连器的气密性，需要提高陶瓷互连器的致密性，从而要求将陶瓷互连器进行致密的烧结。此外，如果陶瓷互连器的导电性低，则陶瓷互连器的电阻变大，导致燃料电池的输出降低。而且，如果陶瓷互连器的氧化物离子绝缘性低，则导致氧化物离子从陶瓷互连器的空气极侧泄漏到燃料极侧，从而导致燃料电池的效率降低。另外，当固体电解质和陶瓷互连器的密合性低时，则导致在固体电解质和陶瓷互连器之间产生裂纹等间隙，从而导致燃料气体从该间隙泄漏。

作为陶瓷互连器的材料，铬酸镧(LaCrO₃)系互连器被广泛使用。已知该LaCrO₃系互连器虽然通常导电性较高但烧结困难。此外，由于包含铬(Cr)，因此存在有发生所谓的Cr中毒的危险。

此外，作为陶瓷互连器的材料，以SrLaTiO_3-δ表示的lanthanum-dopedstrontiumtitanate(SLT)系互连器被广泛使用。已知虽然该SLT系互连器比LaCrO₃系互连器导电性低，但烧结性良好。SLT系互连器例如通过用镧(La)置换绝缘体即SrTiO₃的晶格中的Sr的位置而构成SrLaTiO_3-δ(SLT)，从而通过使SrLaTiO_3-δ(SLT)晶格中的Ti的位置的Ti⁴⁺的一部分变化成Ti³⁺而使其表现出导电性。此外，δ是以满足电中性条件的方式确定的值。

日本特开2008-270203号公报(专利文献1)的目的在于提供一种一边良好地保持气密性，一边同时实现导电性的提高及与电解质层的密合性的提高的SLT系互连器。为了实现该目的，记述有将该陶瓷互连器构成为形成于燃料极侧的气密性重视部分和形成于空气极侧的导电性重视部分的2层结构，且导电性重视部分比气密性重视部分导电率更高。此外，根据该文献的图2，记述有在邻接的其中一个发电元件的燃料极和另一个发电元件的燃料极之间形成固体电解质。

然而，当像图8所示的现有的固体氧化物型燃料电池电堆280那样，邻接的其中一个发电元件的空气极205与另一个发电元件的燃料极302接近时，则在该空气极205和其中一个发电元件的固体电解质204的界面上发生的氧化物离子向另一个发电元件的燃料极302流动。由此，反向电池被形成，所述反向电池相对于在原来发电元件上发生的电动势而在反方向上发生电动势，从而导致发电性能降低。