[发明专利]固体氧化物型燃料电池单电池及固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法

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固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法。

背景技术

固体氧化物型燃料电池单电池通过燃料极和空气极夹持固体电解质区域而形成。通过使含氢的燃料气体流向该固体氧化物型燃料电池单电池的燃料极侧，使作为氧化剂气体的空气流向空气极侧而引起发电反应。

固体氧化物型燃料电池单电池的形状存在各种各样的形状。例如，已知有一种固体氧化物型燃料电池单电池，通过在固体氧化物型燃料电池单电池的内部设置燃料气体流路，并在外部使空气流动而引起发电反应(例如日本国特开2006-302709号公报)。在如上所述的固体氧化物型燃料电池单电池中，已知有外部的空气和燃料在燃料气体流路的出口侧开口部混合并燃烧的构成(例如日本国特开2010-277845号公报)。

由于在运行固体氧化物型燃料电池时，燃料气体被供给至燃料极侧，因此燃料极被置于还原气氛中。然而，在运行停止时中断供给燃料气体后，有时在高温状态下空气从燃料气体流路的出口侧开口部流入燃料极侧。此时，燃料极上发生氧化膨胀，其结果，发生电解质龟裂或单电池破损所引起的不良现象。

虽然也可以考虑持续供给燃料气体直到处于燃料极的氧化膨胀量变小的低温范围，但是处于前述低温范围时，设置在固体氧化物型燃料电池单电池前段的重整器中的重整反应变得不稳定，乙烷等C₂以上的燃料气体有时会流入固体氧化物型燃料电池单电池的燃料极气体流路。此时，燃料极发生焦化。也就是说，在燃料极的催化剂表面部分上发生碳附着，从而妨碍与燃料气体的反应，会使燃料极的传导性降低。而且，当燃料极作为单电池的结构支撑体而发挥作用时，会与燃料极发生反应而引起膨胀。其结果，发生燃料极劣化的不良现象。

于是，需要即使在高温状态下空气从燃料气体的出口侧开口部流入燃料极侧，也不会发生电解质龟裂或单电池破损的固体氧化物型燃料电池单电池。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而进行的，其目的在于提供一种固体氧化物型燃料电池单电池，即使发生伴随燃料电池的运行停止而空气向燃料极侧流入，也能够防止电解质龟裂及单电池破损。

本发明人等对发生空气流入燃料极侧而引起的电解质龟裂或单电池破损的固体氧化物型燃料电池单电池的燃料极进行了详细研讨，结果在实验上发现存在即便氧化膨胀量大也未发生不良现象的单电池。于是，针对有无前述不良现象，进一步从氧化膨胀的观点出发进行了详细研讨，结果发现抑制从中断燃料气体供给开始的几分钟内的氧化膨胀速度是有效的。也就是说，发现重点不是氧化引起的膨胀的大小，而是膨胀的速度，从而完成了本发明。

为了解决上述课题，本发明所涉及的固体氧化物型燃料电池单电池是一种固体氧化物型燃料电池单电池，其特征在于，具有：燃料气体流路；燃料极层，设置在所述燃料气体流路的周围含有铁族元素和陶瓷而构成；固体电解质层，设置在所述燃料极层的周围；及空气极层，设置在所述固体电解质层的周围，燃料气体从所述燃料气体流路的一侧被供给，从设置在所述燃料气体流路的另一侧的开口部被排出，施加有膨胀速度抑制处理，用于在固体氧化物型燃料电池单电池的温度接近发电温度的高温状态下，对氧化剂气体从所述开口部流入时产生的所述燃料极层的氧化膨胀的速度进行抑制。在此，不需要因为说“设置在周围”而在周围整体上设置，也可以是在其周围一部分上设置。

在具备施加有该膨胀速度抑制处理的燃料极层的固体氧化物型燃料电池中，由于可以抑制从中断燃料气体供给开始的几分钟内的氧化膨胀速度，因此例如在像关机停止这样在高温状态下中断燃料气体供给时，即使空气从燃料气体的出口侧开口部流入燃料极侧，也能够抑制燃料极层的氧化速度。由此，可以提供能有效抑制电解质龟裂或单电池破损的燃料电池。例如，关机停止是指可列举因智能煤气表(Microcomputer meter)的警报装置而气体供给自动停止的情况。

另外，在此固体氧化物型燃料电池单电池的温度接近发电温度的高温状态是指单电池的温度处于500～800℃的状态。进而，优选处于550～700℃的状态。

而且，在一个形态中，本发明的固体氧化物型燃料电池单电池的特征在于，所述氧化剂气体开始从所述开口部流入之后的期间内的所述燃料极的每1分钟的线膨胀率为0.09％以下。通过抑制于上述膨胀速度来缓和因燃料极的膨胀而给予电解质的应力，可防止电解质龟裂或单电池破损。