[发明专利]互连器用材料、单元间分离结构体及固体电解质型燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及互连器用材料、使用该互连器用材料形成的单元间分离结构体及具备该单元间分离结构体的固体电解质型燃料电池。

背景技术

平板型的固体电解质型燃料电池(也称固体氧化物燃料电池(SOFC))一般由作为发电要素的平板状的多个单元和配置在多个单元之间的互连器(也称间隔物)构成，所述多个单元分别由阳极(负极、燃料极)、固体电解质和阴极(正极、空气极)构成。互连器将多个单元彼此在电学上串联连接，并且为了将分别供至多个单元的气体分离，具体而言是为了将作为供至阳极的阳极气体的燃料气体(例如氢)和作为供至阴极的阴极气体的氧化剂气体(例如空气)分离，在多个单元之间配置互连器。

互连器需要在作为固体电解质型燃料电池的工作温度的800℃～1000℃的高温环境下具有化学稳定性，并且需要在氧化气氛和还原气氛中均具有化学稳定性。此外，互连器用材料希望是电导率高且可减小电阻损耗(IR损耗)的材料。

根据上述要求，互连器一直以来都由耐热性的金属材料或铬酸镧(LaCrO₃)等导电性陶瓷材料形成。如果用这样的导电性材料形成互连器，则可用一种材料构成起到上述的电连接和气体分离的作用的构件。作为互连器用材料，一般使用掺有Sr、Ca、Mg等的钙钛矿结构的铬酸镧等陶瓷的致密体。

但是，作为一直以来为了用铬酸镧形成互连器而采用的方法，在空气中将铬酸镧烧结的方法中，从铬酸镧粉体中蒸发的氧化铬和易蒸发的含6价铬的化合物在蒸发、再凝结的过程中烧结。因此，由粒子内扩散引起的致密化受阻，无法获得气密性的烧结体。

为解决上述问题，例如日本专利特开平4-119924号公报(下称专利文献1)中，作为用于形成间隔物的铬酸镧原料粉末，提出了以由组成式La_1-xCa_xCr_1-yO₃(x、y的值满足0＜x≤0.4，0＜y≤0.05，y≤x)表示的组合物为主要成分的粉末。据专利文献1中记载，该铬酸镧原料粉末中，因为可以使铬不足来减少该铬的蒸发量以提高烧结性，所以可实现气密性优良的间隔物，可获得作为间隔物所要求的氧化还原气氛等中的化学稳定性、高电子传导性等。

此外，作为不含Cr的互连器用材料，例如日本专利特开2001-52725号公报(下称专利文献2)中提出了以由组成式Sr_1-xLa_xTiO₃(x的值满足0＜x≤0.3)表示的组合物为主要成分的材料。

还有，作为烧结性好、可在1400℃以下烧结的不含Cr的互连器用材料，例如日本专利特开2006-185697号公报(下称专利文献3)中提出了由组成式(La_1-xSr_x)(Fe_1-yTi_y)O₃(x、y的值满足0≤x≤0.1，0＜y＜0.5)表示的组合物。

专利文献1：日本专利特开平4-119924号公报

专利文献2：日本专利特开2001-52725号公报

专利文献3：日本专利特开2006-185697号公报

发明的揭示

铬酸镧的烧结温度高，如果用于形成互连器，则难以与形成燃料极、固体电解质、空气极的其它材料一体地烧结(共烧结)，因此固体电解质型燃料电池的制造效率差，制造成本高。尤其是如果为了形成互连器而使用铬酸镧，则铬酸镧与作为形成空气极的材料的锰酸镧((La，Sr)MnO₃)的反应性高，Cr和Mn之间发生相互扩散，因此存在促进分解反应的问题。此外，为了使Sr类铬酸镧致密化，需要在1600℃以上的高温下烧结。在该温度下，空气极或燃料极中存在的气孔减少，形成空气极或燃料极的材料中的离子扩散变得显著，因而无法获得高电极特性。

专利文献1中提出的Ca类铬酸镧可通过在1300℃左右的低温下烧结而致密化，但因为通过液相烧结进行烧结，所以引起离子的扩散等，反应性提高，因此无法与形成燃料极、固体电解质、空气极的其它材料共烧结。

还有，铬酸镧在制造时生成作为6价铬化合物的例如SrCrO₄、CaCrO₄，因此在环境方面成为问题。

另一方面，专利文献2中提出的(Sr，La)TiO₃类陶瓷组合物在温度900℃的空气中的电导率小，为0.001S/cm左右，因此不宜作为互连器用材料。