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JP2018092783A - Manufacturing method of fuel cell and cylindrical fuel cell - Google Patents

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JP2018092783A
JP2018092783A JP2016234858A JP2016234858A JP2018092783A JP 2018092783 A JP2018092783 A JP 2018092783A JP 2016234858 A JP2016234858 A JP 2016234858A JP 2016234858 A JP2016234858 A JP 2016234858A JP 2018092783 A JP2018092783 A JP 2018092783A
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current collecting
layer
bonding layer
forming sheet
cathode layer
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JP2016234858A
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充明 加藤
Mitsuaki Kato
充明 加藤
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

【課題】集電接合層を間に挟んで接合され且つ電気的に接続されるカソード層と集電部材の間の電気抵抗を低減することができる燃料電池セルの製造方法および筒状燃料電池セルを提供する。【解決手段】燃料電池セル100の製造方法であって、カソード層2と集電接合層形成用シートJ0との間、又は、集電接合層形成用シートJ0と集電部材Eとの間、のうち少なくともいずれか一方との間に、集電接合層形成用シートJ0を変形可能とするとともにカソード層2又は/および集電部材Eと集電接合層形成用シートJ0とを密着させる密着補助剤Aを付ける集電接合層形成用シート配設工程と、集電接合層形成用シート配設工程の後に、カソード層2又は/および集電部材Eと集電接合層形成用シートJ0との間の密着状態を維持して加熱し、集電接合層Jを形成するとともにカソード層2と集電部材Eとを接合する焼付工程を有する。【選択図】図6A fuel cell manufacturing method and a cylindrical fuel cell capable of reducing electrical resistance between a current collector and a cathode layer joined and electrically connected with a current collector junction layer interposed therebetween I will provide a. A method of manufacturing a fuel cell 100, comprising: a cathode layer 2 and a current collecting bonding layer forming sheet J0; or a current collecting bonding layer forming sheet J0 and a current collecting member E; Adhesion assistance for making the current collecting bonding layer forming sheet J0 deformable and bringing the current collecting member E and the current collecting bonding layer forming sheet J0 into close contact with each other. After the current collecting bonding layer forming sheet arranging step for applying the agent A and the current collecting bonding layer forming sheet arranging step, the cathode layer 2 or / and the current collecting member E and the current collecting bonding layer forming sheet J0 It is heated while maintaining a close contact state between them, and a collector bonding layer J is formed, and a cathode layer 2 and a collector member E are bonded. [Selection] Figure 6

Description

本発明は、燃料電池セルの製造方法および筒状燃料電池セルに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell and a cylindrical fuel cell.

従来から、例えば、燃料電池セルのカソード層(以下、空気極とも記す)と、複数の燃料電池セル間を電気的に接続する集電部材と、の間に、両者を接合し且つ電気的に接続するための集電接合層を積層する構造が知られている。   Conventionally, for example, between a cathode layer of a fuel cell (hereinafter also referred to as an air electrode) and a current collecting member that electrically connects a plurality of fuel cells, both are joined and electrically A structure in which a current-collecting bonding layer for connection is laminated is known.

上記の構造を形成するために、特許文献1,2に記載の燃料電池セルでは、所定量の溶媒を含む導電性ペーストを用いて集電接合層を形成している。カソード層と集電部材との間に導電性ペーストを挟み込んだ状態で熱処理を行い、集電部材或いは空気極に導電性ペーストを焼付けて両者を接合し、集電接合層を形成している。   In order to form the above structure, in the fuel cells described in Patent Documents 1 and 2, the current collecting bonding layer is formed using a conductive paste containing a predetermined amount of solvent. Heat treatment is performed in a state where the conductive paste is sandwiched between the cathode layer and the current collecting member, the conductive paste is baked on the current collecting member or the air electrode, and both are bonded to form a current collecting bonding layer.

具体的には、特許文献1の燃料電池では、空気極の表面18aと集電体12との間に、コンタクト層24(集電接合層に相当)が設けられている。コンタクト層24は、空気極の表面18aに接合される第1部位241と、集電体12に接合される第2部位242との二重積層構造を有している。例えば、第1部位241は、第1部位用材料241aを空気極18にスクリーン印刷した後に加熱して形成される。第2部位242も同様に形成することで、空気極18にコンタクト層24を接合する製法が開示されている。特許文献2の燃料電池では、空気極は、空気極基部181と空気極凸部182との二重積層構造を有している。電解質層側に積層され電極反応を主に担う空気極基部181の集電金属側に、空気極凸部182が積層される。空気極凸部182は、電子導電性能が期待される層であり、集電接合層に相当すると解される。空気極凸部182を形成する材料として、含有溶媒量を調整された凸部形成用材料が用いられる。これを金属集電体12に押し当てて、その後焼付けて、金属集電体12を空気極凸部182に接合する製法が開示されている。   Specifically, in the fuel cell of Patent Document 1, a contact layer 24 (corresponding to a current collecting bonding layer) is provided between the air electrode surface 18 a and the current collector 12. The contact layer 24 has a double stacked structure of a first part 241 joined to the surface 18 a of the air electrode and a second part 242 joined to the current collector 12. For example, the first part 241 is formed by screen-printing the first part material 241 a on the air electrode 18 and then heating. A manufacturing method for joining the contact layer 24 to the air electrode 18 by forming the second portion 242 in the same manner is disclosed. In the fuel cell of Patent Document 2, the air electrode has a double stacked structure of an air electrode base 181 and an air electrode convex 182. The air electrode convex portion 182 is stacked on the current collecting metal side of the air electrode base portion 181 that is stacked on the electrolyte layer side and mainly performs the electrode reaction. The air electrode convex portion 182 is a layer that is expected to have electronic conductivity, and is understood to correspond to a current collecting bonding layer. As a material for forming the air electrode convex portion 182, a convex portion forming material having an adjusted amount of solvent is used. A manufacturing method is disclosed in which this is pressed against the metal current collector 12 and then baked to join the metal current collector 12 to the air electrode convex portion 182.

また、上記の構造を形成するために、特許文献3,4に記載の燃料電池セルでは、上記の導電性ペーストに代えて、含有溶媒量が制限された導電性シートを用いて集電接合層を形成する材料としている。   Moreover, in order to form said structure, in the fuel battery cell of patent document 3, 4, it replaces with said electroconductive paste, and uses the electroconductive sheet by which the content amount of solvent was restrict | limited, and a current collection joining layer As a material to form.

具体的には、特許文献3に記載の燃料電池では、セル5と集電部材7との接続を流動性のないシート状の成形体を用いて行う。バインダと導電性金属粒子を成分とするスラリーより成形した粘着性導電性シート6を、セル5又は集電部材7に貼り付けた後に、セル5と集電部材7とを貼り合せる。セルスタック製造時には樹脂バインダの粘着性によってセル5と集電部材7が接着されており、燃料電池の運転温度である700〜1000℃程度の熱履歴を加え、シート6中に含まれている導電性金属粒子でセル5と集電部材7とを焼付ける製法が開示されている。特許文献4に記載の燃料電池では、隣り合う単セル間に配置されるセパレータと空気極との間に(集電)接続層を設ける。接続層形成材料として、導電性を有する金属酸化物粉末を有機バインダと一体にシート状に成形した接続層形成用シートを用いる。この接続層形成用シートを空気極とセパレータとの間に挟み込み、燃料電池の作動温度まで加熱して、有機バインダを除去して、両者を接合する接続層を形成する製法が開示されている。   Specifically, in the fuel cell described in Patent Document 3, connection between the cell 5 and the current collecting member 7 is performed using a sheet-like molded body having no fluidity. After the adhesive conductive sheet 6 formed from a slurry containing a binder and conductive metal particles as a component is attached to the cell 5 or the current collector 7, the cell 5 and the current collector 7 are bonded together. When the cell stack is manufactured, the cell 5 and the current collecting member 7 are bonded to each other due to the adhesiveness of the resin binder, and a heat history of about 700 to 1000 ° C. which is the operating temperature of the fuel cell is added, so The manufacturing method which bakes the cell 5 and the current collection member 7 with a conductive metal particle is disclosed. In the fuel cell described in Patent Document 4, a (current collection) connection layer is provided between a separator and an air electrode arranged between adjacent single cells. As the connection layer forming material, a connection layer forming sheet is used in which a conductive metal oxide powder is formed into a sheet shape integrally with an organic binder. A manufacturing method is disclosed in which the connection layer forming sheet is sandwiched between an air electrode and a separator, heated to the operating temperature of the fuel cell, the organic binder is removed, and a connection layer is formed to join them together.

特開2016−24996号公報JP 2016-24996 A 特開2016−9649号公報JP-A-2006-9649 特開2008−71676号公報JP 2008-71676 A 特許第5189405号公報Japanese Patent No. 5189405

しかしながら、特許文献1,2に記載の導電性ペーストを用いて空気極或いは集電接合層を形成する製造方法では、熱処理時に不可避的に導電性ペースト中の溶媒が蒸発する。そのために導電性ペーストの体積が収縮(嵩が減少)して、熱処理後に形成すべき集電接合層等の接合部材にクラックや空隙が生じてしまう。接合部材自体に発生するクラックや空隙が、導電性ペーストを密着させて接合すべき集電部材等の被接合部材との境界面に及び、熱処理後に形成される接合部材と被接合部材との間の接触抵抗が大きくなり、燃料電池セルの発電性能を低下させるおそれがあった。   However, in the manufacturing method in which the air electrode or the current collecting bonding layer is formed using the conductive paste described in Patent Documents 1 and 2, the solvent in the conductive paste inevitably evaporates during the heat treatment. Therefore, the volume of the conductive paste shrinks (decreases in volume), and cracks and voids are generated in the bonding member such as the current collecting bonding layer to be formed after the heat treatment. Cracks and voids generated in the joining member itself reach the boundary surface with the joined member such as a current collecting member to be joined with the conductive paste adhered, and between the joined member and the joined member formed after heat treatment. There is a risk that the contact resistance of the fuel cell increases and the power generation performance of the fuel cell decreases.

また、特許文献3,4に記載の導電性シートを用いて集電接合層を形成する製造方法では、導電性ペーストを用いる場合よりも、熱処理前に予め導電性シートと被接合部材とを密着状態で接触させることが困難になる。特に、導電性金属酸化物を主成分とする導電性シートの表面粗さと異なる部材を接合する場合には、困難さが増す。また、導電性シートは、導電性ペーストよりも固いので、例えば円筒型の燃料電池セルの表面のような曲面に沿って接触させる作業が困難になる。導電性シートを熱処理して形成した後の集電接合層と、集電部材等の被接合部材との境界面に空隙が残り、両者の接合が充分でなくなるおそれが生じる。導電性ペーストを用いる場合と同様に、熱処理後に形成される集電接合層と被接合部材との間の接触抵抗が大きくなり、燃料電池セルの発電性能を低下させるおそれがあった。   Moreover, in the manufacturing method which forms a current collection joining layer using the electroconductive sheet of patent document 3, 4, an electroconductive sheet and to-be-joined member are closely_contact | adhered before heat processing rather than the case where an electroconductive paste is used. It becomes difficult to make contact in a state. In particular, when a member having a surface roughness different from that of a conductive sheet mainly composed of a conductive metal oxide is joined, difficulty increases. In addition, since the conductive sheet is harder than the conductive paste, for example, it is difficult to make contact with a curved surface such as the surface of a cylindrical fuel cell. There is a possibility that voids remain at the boundary surface between the current collecting bonding layer after the conductive sheet is formed by heat treatment and the member to be bonded such as the current collecting member, and the bonding between the two becomes insufficient. As in the case of using the conductive paste, the contact resistance between the current collecting bonding layer formed after the heat treatment and the member to be bonded is increased, and there is a possibility that the power generation performance of the fuel cell is lowered.

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、集電接合層を間に挟んで接合され且つ電気的に接続されるカソード層と集電部材との間の電気抵抗を低減することができる燃料電池セルの製造方法および筒状燃料電池セルを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and reduces the electrical resistance between the cathode layer and the current collector member joined and electrically connected with the current collector junction layer interposed therebetween. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a fuel cell and a cylindrical fuel cell that can be used.

本発明の燃料電池セルの製造方法は、電解質層と、電解質層の一方側に配置され燃料ガス雰囲気下にあるアノード層と、電解質層の他方側に配置され酸化剤ガス雰囲気下にあるカソード層と、カソード層に対向して電気的に接続され、カソード層に電子を供給する集電部材と、カソード層と集電部材との間に設けられ、カソード層と集電部材とを接合しかつ電気的に接続する集電接合層と、を備え、集電接合層は、導電性金属酸化物を主成分とするとともにシート状に形成された集電接合層形成用シートを用いて形成される燃料電池セルの製造方法であって、カソード層と集電部材との間に集電接合層形成用シートを設ける際に、前記カソード層と前記集電接合層形成用シートとの間、又は、前記集電接合層形成用シートと前記集電部材との間、のうち少なくともいずれか一方の間に、集電接合層形成用シートを変形可能とするとともにカソード層又は/および集電部材と集電接合層形成用シートとを密着させる密着補助剤を付ける集電接合層形成用シート配設工程と、集電接合層形成用シート配設工程の後に、カソード層又は/および集電部材と集電接合層形成用シートとの間の密着状態を維持して加熱し、集電接合層を形成するとともにカソード層と前記集電部材とを接合する焼付工程と、を有する。   The fuel cell manufacturing method of the present invention includes an electrolyte layer, an anode layer disposed on one side of the electrolyte layer and under a fuel gas atmosphere, and a cathode layer disposed on the other side of the electrolyte layer and under an oxidant gas atmosphere And a current collecting member that is electrically connected to face the cathode layer and supplies electrons to the cathode layer, and is provided between the cathode layer and the current collecting member, and joins the cathode layer and the current collecting member; A current collecting joint layer electrically connected, and the current collecting joint layer is formed using a sheet for forming a current collecting joint layer formed of a conductive metal oxide as a main component and formed into a sheet shape. A method for producing a fuel cell, wherein when a current collecting bonding layer forming sheet is provided between a cathode layer and a current collecting member, between the cathode layer and the current collecting bonding layer forming sheet, or Between the current collecting bonding layer forming sheet and the current collecting member , A collecting auxiliary agent for making the current collecting bonding layer forming sheet deformable and adhering the cathode layer or / and the current collecting member and the current collecting bonding layer forming sheet to each other. After the electric bonding layer forming sheet arranging step and the current collecting bonding layer forming sheet arranging step, the contact state between the cathode layer and / or the current collecting member and the current collecting bonding layer forming sheet is maintained. A baking step of heating to form a current collecting bonding layer and bonding the cathode layer to the current collecting member.

本発明の燃料電池セルの製造方法によれば、カソード層又は集電部材のうち少なくともいずれか一方と集電接合層形成用シートとの間に、集電接合層形成用シートを変形可能とするとともにカソード層又は/および集電部材と集電接合層形成用シートとを密着させる密着補助剤を付ける。集電接合層形成用シートが変形可能なので、集電接合層形成用シートに柔軟性を付与することができる。カソード層の表面又は/および集電部材の表面に沿うように集電接合層形成用シートを配設できる。さらに、集電接合層形成用シートをカソード層又は/および集電部材に密着させることができるので、凹凸状のカソード層表面又は/および集電部材の表面と凹凸状の集電接合層形成用シートの表面との密着性をより高くすることができる。カソード層の表面又は/および集電部材の表面の凹部に集電接合層形成用シート中の導電性金属酸化物の粒子が入り込み易くなる。導電性金属酸化物の粒子とカソード層又は/および集電部材の表面を形成する成分粒子とが近接することによって、両粒子間で相互作用を奏しやすくなり、粒子同士の接着性が高まり、カソード層又は/および集電部材と集電接合層形成用シートとの接触界面での空隙が少なくなる。焼付工程を行った後でも接合界面にて空隙が少ない状態が維持され、カソード層又は/および集電部材と集電接合層との接合強度が大きくなって接触抵抗の増加が抑制される。よって、燃料電池セルの発電性能を高めることができる。   According to the method for producing a fuel cell of the present invention, the current collecting bonding layer forming sheet can be deformed between at least one of the cathode layer and the current collecting member and the current collecting bonding layer forming sheet. At the same time, an adhesion aid for attaching the cathode layer or / and the current collecting member and the current collecting bonding layer forming sheet is attached. Since the current collecting bonding layer forming sheet can be deformed, flexibility can be imparted to the current collecting bonding layer forming sheet. The current collecting bonding layer forming sheet can be disposed along the surface of the cathode layer and / or the surface of the current collecting member. Further, since the current collecting bonding layer forming sheet can be adhered to the cathode layer and / or current collecting member, the surface of the uneven cathode layer or / and the surface of the current collecting member and the uneven current collecting bonding layer are formed. Adhesion with the surface of the sheet can be further increased. The conductive metal oxide particles in the current collecting bonding layer forming sheet are likely to enter the concave portions of the surface of the cathode layer and / or the surface of the current collecting member. When the conductive metal oxide particles and the component particles forming the surface of the cathode layer or / and the current collecting member are close to each other, the interaction between the two particles is facilitated, and the adhesion between the particles is increased. The voids at the contact interface between the layer or / and the current collecting member and the current collecting bonding layer forming sheet are reduced. Even after performing the baking step, a state where there are few voids at the bonding interface is maintained, the bonding strength between the cathode layer and / or the current collecting member and the current collecting bonding layer is increased, and an increase in contact resistance is suppressed. Therefore, the power generation performance of the fuel cell can be enhanced.

第一実施形態のSOFCを示す図である。It is a figure which shows SOFC of 1st embodiment. 第一実施形態の燃料電池セルの製造方法の各工程を示す図である。It is a figure which shows each process of the manufacturing method of the fuel cell of 1st embodiment. 単セルの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a single cell. 集電接合層形成用シート配設工程(1)を説明する図である。It is a figure explaining the sheet | seat arrangement | positioning process (1) for current collection joining layer formation. 集電接合層形成用シート配設工程(2)を説明する図である。It is a figure explaining the sheet | seat arrangement | positioning process (2) for current collection joining layer formation. 集電接合層形成用シート配設工程(3)を説明する図である。It is a figure explaining the sheet | seat arrangement | positioning process (3) for current collection joining layer formation. 焼付工程を説明する図である。It is a figure explaining a baking process. 密着補助剤を付ける作用を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action which attaches a close_contact | adherence adjuvant. 第一実施形態のSOFCセルの効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect of the SOFC cell of a first embodiment. 第二実施形態の筒状SOFCセルを説明する図である。It is a figure explaining the cylindrical SOFC cell of 2nd embodiment.

以下、本発明の燃料電池セルの一例として酸化物イオン伝導性固体電解質を用いた固体酸化物形燃料電池(以下、単に「SOFC」とも記す)の製造方法にについて説明する。   Hereinafter, a method for producing a solid oxide fuel cell (hereinafter also simply referred to as “SOFC”) using an oxide ion conductive solid electrolyte as an example of the fuel battery cell of the present invention will be described.

《第一実施形態》
[SOFCセル]
まず、第一実施形態のSOFCセルの製造方法に係るSOFCセル100の構成について、図1を用いて説明する。図1は第一実施形態の平板型のSOFCセル100の構造を簡略に示す断面図である。図示のとおり、平板型のSOFCセル100は、複数の単セルCと、隣り合う単セルCの間に配置され、一方側の単セルCのアノード層1及び他方側の単セルCのカソード層2に電気的に接続される集電部材Eと、他方側の単セルCのカソード層2と集電部材Eとの間に設けられ、カソード層2と集電部材Eとを接合しかつ電気的に接続する集電接合層Jと、を備えている。SOFCセル100は、平板状の複数の単セルCと集電部材Eとを、それぞれの表面(図示において上面および下面)を相対向させて法線(上下)方向に沿って交互に積層しており、同様に平板状の集電接合層Jを、集電部材Eの他方側の表面と単セルCのカソード層2の表面とに相対向させて上下方向に沿って交互に積層する構成を有している。
<< first embodiment >>
[SOFC cell]
First, the configuration of the SOFC cell 100 according to the SOFC cell manufacturing method of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a flat plate-type SOFC cell 100 according to the first embodiment. As shown in the figure, the flat SOFC cell 100 is arranged between a plurality of single cells C and adjacent single cells C, and the anode layer 1 of the single cell C on one side and the cathode layer of the single cell C on the other side. 2 between the current collecting member E electrically connected to 2 and the cathode layer 2 and current collecting member E of the single cell C on the other side. Current-collecting junction layer J connected to each other. The SOFC cell 100 is formed by alternately laminating a plurality of flat single cells C and current collecting members E along their normal (up and down) directions with their surfaces (upper and lower surfaces in the drawing) facing each other. In the same manner, a flat current collecting bonding layer J is alternately laminated in the vertical direction so as to face the other surface of the current collecting member E and the surface of the cathode layer 2 of the single cell C. Have.

(単セル)
単セルCは、SOFCセル100において、燃料電池として発電するセル本体である。単セルCは、平らな薄膜状の電解質層3と、酸化剤ガス雰囲気下に在って電解質層3の一方側(図示において上方側)に設けられた同様に平らなカソード層2と、カソード層2と電解質層3との間に設けられた同様に平らな薄膜状の中間層4と、燃料ガス雰囲気下に在って電解質層3の他方側(図示において下方側)に設けられた同様に平らなアノード層1と、を備えた積層構造を備える。
(Single cell)
The single cell C is a cell body that generates power as a fuel cell in the SOFC cell 100. The single cell C includes a flat thin-film electrolyte layer 3, a similarly flat cathode layer 2 provided on one side (upper side in the drawing) of the electrolyte layer 3 in an oxidizing gas atmosphere, a cathode Similarly, a flat thin-film intermediate layer 4 provided between the layer 2 and the electrolyte layer 3, and the same provided on the other side (lower side in the drawing) of the electrolyte layer 3 in the fuel gas atmosphere And a flat anode layer 1.

アノード層1は、電極内を流通する燃料ガスと電解質層3中を移動してきた酸素イオンとが接し、燃料ガスが酸化されて電子を生成する電極反応が進行する燃料極である。第一実施形態では、燃料ガスとして水素を用いるが、メタン、プロパン等の炭化水素であっても構わない。
電解質層3は、カソード層2で生成する酸素イオンをアノード層1に移動させるパスを形成する層である。電解質層3は、高い酸素イオン導電性及び低い電子導電性を有し、ガスを透過しないように緻密に形成されている。
カソード層2は、電極内に供給される電子によって空気中の酸素を還元し、酸素イオンとして電解質層3に送り出す空気極である。カソード層2では、集電部材Eおよび集電接合層Jを介して電極内に供給される電子を空気中の酸素が消費し、酸素イオンを生成し、酸素イオンを電解質層3に移動させる電極反応が進行する。第一実施形態では、酸化剤ガスとして空気を用いるが、他の酸化剤ガス(例えば純酸素等)であっても構わない。
中間層4は、カソード層2中の所定の成分と電解質層3中の所定の成分とで高抵抗成分を生成する反応に備える障壁層として形成され、電解質層3とカソード層2の間に設けられる。例えば、カソード極材料としてペロブスカイト型構造を有するコバルタイト系酸化物を選択し、電解質層材料としてイットリア安定化ジルコニア(以下、「YSZ」とも記す)等の酸化ジルコニウム系酸化物を選択する場合には、これらの接触する部分(界面)において高抵抗成分が生成し、酸素イオン導電性が低下するおそれがあるためである。
The anode layer 1 is a fuel electrode in which the fuel gas flowing through the electrode and the oxygen ions that have moved through the electrolyte layer 3 are in contact with each other, and an electrode reaction in which the fuel gas is oxidized to generate electrons proceeds. In the first embodiment, hydrogen is used as the fuel gas, but it may be a hydrocarbon such as methane or propane.
The electrolyte layer 3 is a layer that forms a path for moving oxygen ions generated in the cathode layer 2 to the anode layer 1. The electrolyte layer 3 has high oxygen ion conductivity and low electronic conductivity, and is densely formed so as not to transmit gas.
The cathode layer 2 is an air electrode that reduces oxygen in the air with electrons supplied into the electrode and sends the oxygen as oxygen ions to the electrolyte layer 3. In the cathode layer 2, the oxygen supplied in the electrode through the current collecting member E and the current collecting bonding layer J is consumed by oxygen in the air, generates oxygen ions, and moves the oxygen ions to the electrolyte layer 3. The reaction proceeds. In the first embodiment, air is used as the oxidant gas, but other oxidant gas (for example, pure oxygen) may be used.
The intermediate layer 4 is formed as a barrier layer for a reaction that generates a high resistance component from a predetermined component in the cathode layer 2 and a predetermined component in the electrolyte layer 3, and is provided between the electrolyte layer 3 and the cathode layer 2. It is done. For example, when selecting a cobaltite-based oxide having a perovskite structure as the cathode electrode material and selecting a zirconium oxide-based oxide such as yttria stabilized zirconia (hereinafter also referred to as “YSZ”) as the electrolyte layer material, This is because a high resistance component is generated at these contacting portions (interfaces), and oxygen ion conductivity may be reduced.

(集電部材)
集電部材Eは、隣接する単セルCの間に介装され、集電部材Eの一方側に配置する単セルCのアノード層1と、他方側に配置する単セルCのカソード層2との間に対向配置される。集電部材Eは、一方側の単セルCのアノード層1で生成した電子を集電して、他方側の単セルCのカソード層2に供給するために電子の移動パスを形成する部材である。また、集電部材Eは、カソード層2に供給される酸化性の酸化剤ガスとアノード層1に供給される還元性の燃料ガスとを分離するセパレータとしての役割を担う。アノード層1に対向する集電部材Eの一方側の表面には、燃料ガスが流通する流路Eaが(図示において左右方向に)形成され、カソード層2に対向する集電部材Eの他方側の表面には、酸化剤ガスが流通する流路Ecが(図示において手前−奥側方向に)形成されている。
(Current collector)
The current collecting member E is interposed between adjacent single cells C, and the anode layer 1 of the single cell C disposed on one side of the current collecting member E and the cathode layer 2 of the single cell C disposed on the other side. Between the two. The current collecting member E is a member that collects electrons generated in the anode layer 1 of the single cell C on one side and forms an electron movement path to supply the electrons to the cathode layer 2 of the single cell C on the other side. is there. The current collecting member E also serves as a separator that separates the oxidizing oxidant gas supplied to the cathode layer 2 and the reducing fuel gas supplied to the anode layer 1. On one surface of the current collecting member E facing the anode layer 1, a flow path Ea through which fuel gas flows is formed (in the left-right direction in the drawing), and the other side of the current collecting member E facing the cathode layer 2. Is formed with a flow path Ec through which the oxidant gas flows (in the front-back direction in the drawing).

集電部材Eは、公知の材料を用いて形成することができ、特に限定されないが、例えば、Ni、Fe−Cr、SUS等の金属板を用いて金型成形等により得ることができる。または、所定の導電性材料とバインダとの混合物を焼成し、切削加工することにより得ることができる。   The current collecting member E can be formed using a known material, and is not particularly limited. For example, the current collecting member E can be obtained by molding using a metal plate such as Ni, Fe—Cr, or SUS. Alternatively, it can be obtained by firing and cutting a mixture of a predetermined conductive material and a binder.

(集電接合層)
集電接合層Jは,集電部材Eと単セルCとを接合する層であり、集電部材Eの他方側の表面と単セルCのカソード層2の表面に接触して間に挟み込まれるような状態で両者を接合している。集電接合層Jは、集電部材Eとカソード層2とを電気的に接続する導電性材料で形成されており、集電部材Eが集電した電子を単セルCのカソード層2に供給するために中継する。また、集電接合層Jは、後述するように、導電性金属酸化物を主成分とするとともにシート状に形成された集電接合層形成用シートJ0を用いて形成される。
(Current collector bonding layer)
The current collecting bonding layer J is a layer for bonding the current collecting member E and the single cell C, and is sandwiched between the other surface of the current collecting member E and the surface of the cathode layer 2 of the single cell C. Both are joined in such a state. The current collecting bonding layer J is formed of a conductive material that electrically connects the current collecting member E and the cathode layer 2, and supplies the electrons collected by the current collecting member E to the cathode layer 2 of the single cell C. To relay. Further, as will be described later, the current collecting bonding layer J is formed using a current collecting bonding layer forming sheet J0 which is mainly formed of a conductive metal oxide and is formed into a sheet shape.

[SOFCセルの製造]
次に、上記した第一実施形態のSOFCセル100の製造方法について説明する。本実施形態のSOFCセル100の製造方法では、図2に示すように、ステップS1のSOFCセル100の本体である単セルCを作製する準備工程と、ステップS2およびステップS3でのカソード層2と集電部材Eとの間に集電接合層形成用シートJ0を設ける集電接合層形成用シート配設工程と、ステップS4の集電接合層形成用シートJ0を焼付けて集電接合層Jを形成する焼付工程と、を行う。本実施形態のSOFCセル100の製造方法は、上記の集電接合層形成用シート配設工程において、カソード層2と集電接合層形成用シートJ0との間、又は、集電接合層形成用シートJ0と集電部材Eとの間、のうち少なくともいずれか一方に、集電接合層形成用シートJ0を変形可能とするとともにカソード層2と集電接合層形成用シートJ0とを密着させる密着補助剤Aを付けることを特徴とする。つまり、この特徴工程以外は、従来公知のSOFCセルの製造方法と同様に製造することができる。
[Manufacture of SOFC cells]
Next, a method for manufacturing the SOFC cell 100 according to the first embodiment will be described. In the manufacturing method of the SOFC cell 100 of this embodiment, as shown in FIG. 2, the preparation process for producing the single cell C that is the main body of the SOFC cell 100 in step S1, the cathode layer 2 in step S2 and step S3, The current collecting bonding layer forming sheet J0 is provided between the current collecting member E and the current collecting bonding layer forming sheet J0. In step S4, the current collecting bonding layer forming sheet J0 is baked to form the current collecting bonding layer J. A baking step to be formed. In the manufacturing method of the SOFC cell 100 of the present embodiment, in the current collecting bonding layer forming sheet disposing step, between the cathode layer 2 and the current collecting bonding layer forming sheet J0 or for collecting the current collecting bonding layer. Adhesion between the sheet J0 and the current collecting member E so that the current collecting bonding layer forming sheet J0 can be deformed and the cathode layer 2 and the current collecting bonding layer forming sheet J0 are in close contact with each other. Adjunct A is added. That is, it can manufacture similarly to the manufacturing method of a conventionally well-known SOFC cell except this characteristic process.

以下、本明細書において「密着補助剤を付ける」のうち『付ける』の表現は、例えば、一面に塗る、塗布する、塗工する、しみをつける、浸潤する、上にのせる等の概念を含む上位概念として用いる。   Hereinafter, in the present specification, the expression “attaching” in “attaching an adhesion aid” refers to, for example, the concept of applying to one side, applying, applying, spotting, infiltrating, and placing on the surface. Used as a superordinate concept.

[単セルCの準備工程:ステップS1]
まず、ステップS1のセル本体(単セルC)を作製する工程について詳しく説明する。単セルCの作製手順は、公知の製法による。例えば、図3に示すように、(1)アノード層前駆体10、電解質層前駆体30、中間層前駆体40を積層し、(2)予め共焼成して得られたハーフセル積層体HCを得る。(3)ハーフセル積層体HCの中間層4上に、カソード層前駆体20を積層して(4)焼成する方法によって、単セルCを作製することができる。
[Preparing Step of Single Cell C: Step S1]
First, the step of manufacturing the cell body (single cell C) in step S1 will be described in detail. The manufacturing procedure of the single cell C is based on a well-known manufacturing method. For example, as shown in FIG. 3, (1) the anode layer precursor 10, the electrolyte layer precursor 30, and the intermediate layer precursor 40 are laminated, and (2) a half cell laminate HC obtained by co-firing in advance is obtained. . (3) The single cell C can be produced by a method in which the cathode layer precursor 20 is laminated on the intermediate layer 4 of the half cell laminate HC and (4) firing.

(アノード層前駆体)
アノード層前駆体10は、アノード層1を形成するセラミックス材料粉末と金属材料粉末との混合粉末に、バインダと造孔剤と溶剤を加えて混合することによりスラリーを調製して作製できる。次に、このスラリーでグリーンシートを作製し、所定の形状に切断した後に乾燥する。これにより、グリーンシート状のアノード層前駆体10が得られる。スラリーを調整するためのバインダとして、ポリビニルブチラールやエチルセルロース等、造孔剤として、ポリメタクリル酸メチル又はカーボン等の微粒子を、溶剤として、トルエン、ブタノールまたはエタノール等を好適に用いることができる。
(Anode layer precursor)
The anode layer precursor 10 can be prepared by preparing a slurry by adding a binder, a pore former and a solvent to a mixed powder of a ceramic material powder and a metal material powder forming the anode layer 1 and mixing them. Next, a green sheet is produced from this slurry, cut into a predetermined shape, and then dried. Thereby, the green sheet-like anode layer precursor 10 is obtained. As the binder for adjusting the slurry, polyvinyl butyral, ethyl cellulose or the like, as the pore-forming agent, fine particles such as polymethyl methacrylate or carbon, and as the solvent, toluene, butanol or ethanol can be suitably used.

アノード層1を形成する材料としては、触媒活性、還元雰囲気下での安定性、コスト等を考慮して選定される金属材料の粉末に、適当な電解質層中のセラミックス材料の粉末を混合した公知のサーメットを用いることができる。特に制限はないが、代表的には、金属材料としての酸化ニッケル(NiO)に、セラミックス材料としてのYSZを混合したNi−YSZサーメットを挙げることができる。セラミックス材料として、YSZに代えて、スカンジア安定化ジルコニア(ScSZ)、ガドリニアドープセリア(GDC)、サマリウムドープセリア(SDC)等を用いることもできる。金属材料として、Niに代えて、Fe、Co、Ru、Pd、Pt等を用いることもできる。
アノード層1は、単セルCの薄膜状の他層を支持する支持体としての機能を有していてもよい。アノード層1の厚みは、例えば10μm〜300μm程度であればよいが、アノード層1を支持体とする場合は、アノード層1の厚みを他層の厚みよりも大きく形成できる。
As a material for forming the anode layer 1, a known ceramic material powder in an appropriate electrolyte layer is mixed with a metal material powder selected in consideration of catalytic activity, stability in a reducing atmosphere, cost, and the like. Cermets can be used. Although there is no particular limitation, a typical example is Ni-YSZ cermet in which YSZ as a ceramic material is mixed with nickel oxide (NiO) as a metal material. As the ceramic material, scandia-stabilized zirconia (ScSZ), gadolinia-doped ceria (GDC), samarium-doped ceria (SDC), or the like can be used instead of YSZ. As the metal material, Fe, Co, Ru, Pd, Pt, or the like can be used instead of Ni.
The anode layer 1 may have a function as a support for supporting the thin-film other layer of the single cell C. The thickness of the anode layer 1 may be, for example, about 10 μm to 300 μm. However, when the anode layer 1 is used as a support, the thickness of the anode layer 1 can be made larger than the thickness of other layers.

(電解質層前駆体)
電解質層前駆体30は、アノード層前駆体10と同様に電解質層材料粉末にバインダを加え、溶剤中で混合することによってスラリーを調製し、このスラリーをスクリーン印刷によってアノード層前駆体10の表面上に積層し、乾燥させて作製できる。
電解質層3を形成する材料としては、特に制限はないが、Y等の異原子価金属酸化物を添加して安定化したジルコニア(ZrO)を用いることができる。異原子価金属酸化物として、具体的には、Y、Yb、Sc、Gd、Sm、CeO等から選択される1種以上を用いることができる。中でも、Yで安定化したYSZを好ましく用いることができる。異原子価金属酸化物の添加量は、凡そ5mol%〜10mol%とすることができる。電解質層3の厚みは、例えば30μm程度であればよい。
(Electrolyte layer precursor)
Similarly to the anode layer precursor 10, the electrolyte layer precursor 30 is prepared by adding a binder to the electrolyte layer material powder and mixing in a solvent to prepare a slurry. The slurry is screen-printed on the surface of the anode layer precursor 10. It can be produced by laminating and drying.
The material for forming the electrolyte layer 3 is not particularly limited, but zirconia (ZrO 2 ) stabilized by adding a heterovalent metal oxide such as Y can be used. Specifically, at least one selected from Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Sc 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , CeO 2 and the like is used as the heterovalent metal oxide. be able to. Among these, YSZ stabilized with Y 2 O 3 can be preferably used. The amount of the heterovalent metal oxide added can be about 5 mol% to 10 mol%. The thickness of the electrolyte layer 3 should just be about 30 micrometers, for example.

(中間層前駆体)
中間層前駆体40は、電解質層前駆体30と同様に中間層材料粉末にバインダを加え、溶剤中で混合することによってスラリーを調製し、このスラリーをスクリーン印刷によって電解質層前駆体30の表面上に積層し、乾燥させて作製できる。
中間層を形成する材料としては、セリウム酸化物を用いることができる。具体的には、Y、Gd、Sm等をドープしたCeOが挙げられる。中間層4の厚みは、例えば10μm程度であればよい。
(Interlayer precursor)
Similarly to the electrolyte layer precursor 30, the intermediate layer precursor 40 is prepared by adding a binder to the intermediate layer material powder and mixing in a solvent to prepare a slurry, which is screen-printed on the surface of the electrolyte layer precursor 30. It can be produced by laminating and drying.
As a material for forming the intermediate layer, cerium oxide can be used. Specifically, CeO 2 doped with Y 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Sm 2 O 3 or the like can be given. The thickness of the intermediate layer 4 may be about 10 μm, for example.

(ハーフセル積層体)
次に、アノード層前駆体10、電解質層前駆体30および中間層前駆体40を順に積層したハーフセル前駆体HC0を、これらの焼成に適した温度(例えば1300℃以上)及び時間をかけて共焼成し、アノード層1、電解質層3および中間層4が積層されたハーフセル積層体HCを得る。なお、アノード層前駆体10、電解質層前駆体30を順に積層したハーフセル前駆体を共焼成して積層体を作製した後に、その積層体の電解質層3の表面上に中間層前駆体40のスラリーを印刷して、再び焼成する方法でも構わない。なお、各前駆体に他の前駆体を順に積層する方法については特に限定はなく、スクリーン印刷法の他に、スラリーコート法、テープキャスティング法、ドクタブレード法などを用いて積層することができる。
(Half cell laminate)
Next, the half-cell precursor HC0 in which the anode layer precursor 10, the electrolyte layer precursor 30, and the intermediate layer precursor 40 are sequentially laminated is co-fired over a temperature (for example, 1300 ° C. or higher) and time suitable for firing them. As a result, a half-cell laminate HC in which the anode layer 1, the electrolyte layer 3 and the intermediate layer 4 are laminated is obtained. In addition, after producing the laminated body by co-firing the half cell precursor which laminated | stacked the anode layer precursor 10 and the electrolyte layer precursor 30 in order, the slurry of the intermediate | middle layer precursor 40 on the surface of the electrolyte layer 3 of the laminated body The method of printing and baking again may be used. In addition, there is no limitation in particular about the method of laminating | stacking another precursor in order on each precursor, It can laminate | stack using a slurry coat method, a tape casting method, a doctor blade method etc. other than a screen printing method.

(カソード層前駆体)
カソード層前駆体20は、アノード層前駆体10と同様にカソード層2の材料粉末に、バインダと造孔剤と溶剤を加えて混合することによりスラリーを調製し、このスラリーをスクリーン印刷によってハーフセル積層体HCの中間層4の表面上に積層し、乾燥させて作製できる。
カソード層2を形成する材料としては、特に制限はないが、La、Sr及びSmのうちから少なくとも1種以上をAサイトに含有し、Ca、Mn、Co、Fe、Cr及びNiのうち少なくとも1種以上をBサイトに含有する、ペロブスカイト型構造を有する酸化物を用いることができる。具体的には、ランタンストロンチウムコバルタイト(以下、単に「LSC」とも記す)、ランタンストロンチウムコバルタイトフェライト(以下、単に「LSFC」とも記す)、サマリウムストロンチウムコバルタイト(SSC)、等を挙げることができる。カソード層2の厚みは、例えば50μm程度であればよい。
(Cathode layer precursor)
As with the anode layer precursor 10, the cathode layer precursor 20 is prepared by adding a binder, a pore forming agent and a solvent to the material powder of the cathode layer 2 and mixing them, and this slurry is half-cell laminated by screen printing. It can be produced by laminating on the surface of the intermediate layer 4 of the body HC and drying.
The material for forming the cathode layer 2 is not particularly limited, but contains at least one of La, Sr and Sm at the A site, and at least one of Ca, Mn, Co, Fe, Cr and Ni. An oxide having a perovskite structure containing at least seeds at the B site can be used. Specific examples include lanthanum strontium cobaltite (hereinafter also simply referred to as “LSC”), lanthanum strontium cobaltite ferrite (hereinafter also simply referred to as “LSFC”), samarium strontium cobaltite (SSC), and the like. . The thickness of the cathode layer 2 may be about 50 μm, for example.

そして、ハーフセル積層体HCの中間層4の表面の上にカソード層前駆体20のスラリーを積層した単セル前駆体C0を、これらの焼成に適した温度(好ましくは900℃以上1250℃以下)で、好ましくは1時間以上12時間以下の時間だけ保持することによって焼成する。アノード層1、電解質層3、中間層4およびカソード層2が積層されたSOFCの単セルCを作製することができる。   Then, the single cell precursor C0 obtained by laminating the slurry of the cathode layer precursor 20 on the surface of the intermediate layer 4 of the half cell laminate HC is subjected to a temperature suitable for firing (preferably 900 ° C. or more and 1250 ° C. or less). The firing is preferably carried out by holding for not less than 1 hour and not more than 12 hours. A single cell C of SOFC in which the anode layer 1, the electrolyte layer 3, the intermediate layer 4, and the cathode layer 2 are laminated can be produced.

[集電接合層形成用シート配設工程:ステップS2,S3]
次に、図2においてステップS2,S3に相当する集電接合層形成用シート配設工程について詳しく説明する。集電接合層形成用シート配設工程では、ステップS2の密着補助剤を付けて浸潤させる処理と、ステップS3の単セルC、集電接合層形成用シートJ0および集電部材Eを積層する処理を行う。まず、ステップS2の密着補助剤を付けて浸潤させる処理で用いる集電接合層形成用シートJ0および密着補助剤Aについて説明する。
[Current Disposition Bonding Layer Forming Sheet Arrangement Step: Steps S2 and S3]
Next, the current collecting bonding layer forming sheet disposing step corresponding to steps S2 and S3 in FIG. 2 will be described in detail. In the current collecting bonding layer forming sheet disposing step, the process of attaching and adhering the adhesion auxiliary agent in step S2, and the process of laminating the single cell C, the current collecting bonding layer forming sheet J0 and the current collecting member E in step S3. I do. First, the current collector bonding layer forming sheet J0 and the adhesion aid A used in the step S2 for attaching and infiltrating the adhesion aid will be described.

(集電接合層形成用シート)
集電接合層形成用シートJ0は、熱処理を行うことによって集電部材Eとカソード層2とを接合する集電接合層Jを形成するためのシートである。集電接合層形成用シートJ0は、導電性金属酸化物を主成分とし、均一な厚みを有し、ペーストとは異なり、所定の定形を有するように成形された未焼成のシートである。集電接合層形成用シートJ0は、カソード層2の全表面を覆って重なり合うような、略方形の平板状に形成されている。集電接合層形成用シートJ0は、好ましくは、溶剤を含有しない状態でシート状に成形されている。さらに好ましくは、導電性金属酸化物粉末を有機バインダで結着して所定の定形をなすように成形されている。なお、集電接合層形成用シートJ0は、有機バインダの他に、可塑剤、酸化防止剤、増粘剤、分散剤等の各種添加剤等を必要に応じて含有できる。
(Sheet for current collector bonding layer)
The current collecting bonding layer forming sheet J0 is a sheet for forming the current collecting bonding layer J for bonding the current collecting member E and the cathode layer 2 by performing heat treatment. The current collecting bonding layer forming sheet J0 is an unfired sheet that has a conductive metal oxide as a main component, has a uniform thickness, and has a predetermined fixed shape, unlike a paste. The current collecting bonding layer forming sheet J0 is formed in a substantially square flat plate shape so as to cover and overlap the entire surface of the cathode layer 2. The current collecting bonding layer forming sheet J0 is preferably formed into a sheet shape without containing a solvent. More preferably, the conductive metal oxide powder is bound with an organic binder so as to form a predetermined shape. In addition to the organic binder, the current collecting bonding layer forming sheet J0 can contain various additives such as a plasticizer, an antioxidant, a thickener, and a dispersant as required.

集電接合層形成用シートJ0中の主成分の導電性金属酸化物としては、集電接合層Jが高温下で酸化剤ガスに曝されるため、高温大気中で安定であり、金属に匹敵する高い導電性を示し、導電性の温度依存性が小さく、耐久変動が小さく、加工を行い易く等の条件を満たす材料が選択される。さらにコスト等の実用性面も考慮すると、上記したカソード層2を形成する材料に準じる材料を用いることができる。カソード層2の材料よりも導電性をより重視する観点から、ランタンコバルタイト(LaCoO)系、ランタンマンガンナイト(LaMnO)系、ランタンフェライト(LaFeO)系、ランタンニッケライト系(LaNiO)等のペロブスカイト型構造を有する金属酸化物を挙げることができる。より具体的には、LaSrMnO3、LSC、LSCF、LaCoNiO等が挙げられる。これらの中では、使用実績等を考慮すると、LSCを好ましく用いることができる。 As the main component conductive metal oxide in the current collecting bonding layer forming sheet J0, the current collecting bonding layer J is exposed to an oxidant gas at a high temperature. A material that satisfies such conditions as high electrical conductivity, low temperature dependence of electrical conductivity, small endurance fluctuation, and ease of processing is selected. Furthermore, considering practical aspects such as cost, a material similar to the material for forming the cathode layer 2 described above can be used. From the viewpoint of placing more emphasis on conductivity than the material of the cathode layer 2, lanthanum cobaltite (LaCoO 3 ) system, lanthanum manganese knight (LaMnO 3 ) system, lanthanum ferrite (LaFeO 3 ) system, lanthanum nickelite system (LaNiO 3 ) Examples thereof include metal oxides having a perovskite type structure. More specifically, LaSrMnO 3, LSC, LSCF, LaCoNiO 3 and the like can be mentioned. Among these, LSC can be preferably used in consideration of the usage record.

集電接合層形成用シートJ0中に含有される有機バインダとしては、特に限定されないが、公知の有機バインダを適宜選択して使用できる。例えば(メタ)アクリレート系共重合体、エチルセルロース等のセルロース系高分子、エチレン系共重合体、スチレン系共重合体、酢酸ビニル系共重合体、ポリビニルブチラール等のビニルブチラール系樹脂、ポリビニルアルコール等のビニルアルコール系樹脂、スチレンブタジエンゴム等のゴム類等が例示される。中でも、エチルセルロース、またはポリビニルブチラールを好ましく用いることができる。   Although it does not specifically limit as an organic binder contained in the sheet | seat J0 for current collection joining layer formation, A well-known organic binder can be selected suitably and can be used. For example, (meth) acrylate copolymers, cellulose polymers such as ethyl cellulose, ethylene copolymers, styrene copolymers, vinyl acetate copolymers, vinyl butyral resins such as polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, etc. Examples thereof include rubbers such as vinyl alcohol resin and styrene butadiene rubber. Among these, ethyl cellulose or polyvinyl butyral can be preferably used.

(密着補助剤)
密着補助剤Aは、集電接合層形成用シートJ0に働きかけ、集電接合層形成用シートJ0を変形可能とするとともにカソード層2と集電接合層形成用シートJ0とを密着させる剤である。密着補助剤Aとしては、これらの機能を有すれば特に限定されないが、一例として、テルピネオール系溶剤、或いは集電接合層形成用シートJ0中の有機バインダを溶解可能な溶剤を好ましく用いることができる。又は、密着補助剤Aとして、これらの溶剤中に導電性金属酸化物粉末を分散させた導電性ペーストを好ましく用いることができる。
(Adhesion aid)
The adhesion auxiliary agent A is an agent that acts on the current collecting bonding layer forming sheet J0 so that the current collecting bonding layer forming sheet J0 can be deformed and the cathode layer 2 and the current collecting bonding layer forming sheet J0 are in close contact with each other. . The adhesion aid A is not particularly limited as long as it has these functions, but as an example, a terpineol solvent or a solvent capable of dissolving the organic binder in the current collecting bonding layer forming sheet J0 can be preferably used. . Alternatively, as the adhesion aid A, a conductive paste in which a conductive metal oxide powder is dispersed in these solvents can be preferably used.

(テルピネオール系溶剤)
密着補助剤Aとして用いるテルピネオール系溶剤には、テルピネオールの他に、テルピネオールの基本骨格を有し、テルピネオールの分子構造における末端の水素或いはヒド口キシ基の少なくとも一つを炭化水素基に置換した構造を有する溶剤を含めることができる。或いは、所定のテルピネオール誘導体であっても構わない。α,β,γ,δの各テルピネオール異性体のうち、どのテルピネオールを基本骨格に定めても構わない。例えば、α−テルピネオールの分子構造を基本骨格として定めれば、下記一般式(1)で表されるα−テルピネオール系溶剤を用いることができる。

Figure 2018092783
但し、一般式(1)中、R,R,Rは、各々独立の水素原子または炭化水素基を示し、R,RおよびRの少なくとも1つは水素原子でない。 (Terpineol solvent)
The terpineol solvent used as the adhesion aid A has a terpineol basic skeleton in addition to terpineol, and has a structure in which at least one of the terminal hydrogen or hydroxy group in the terpineol molecular structure is substituted with a hydrocarbon group A solvent can be included. Alternatively, a predetermined terpineol derivative may be used. Of the terpineol isomers α, β, γ, and δ, any terpineol may be defined as the basic skeleton. For example, if the molecular structure of α-terpineol is defined as the basic skeleton, an α-terpineol solvent represented by the following general formula (1) can be used.
Figure 2018092783
However, in the general formula (1), R 1 , R 2 and R 3 each represents an independent hydrogen atom or hydrocarbon group, and at least one of R 1 , R 2 and R 3 is not a hydrogen atom.

一般式(1)中のR,Rは各々独立した炭化水素基であって、水素原子、アルキル基またはアルコキシ基である。アルキル基としては、特に限定されないが、炭素数1〜14の直鎖または分岐鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜10の直鎖または分岐鎖状のアルキル基であればより好ましい。アルコキシ基としては、特に制限されないが、炭素数1〜4の直鎖または分岐鎖状のアルコキシ基であれば好ましい。特に、R,Rとしては、水素原子またはアルキル基であるのが好ましく、水素原子またはメチル基であればより好ましい。 R 1 and R 2 in the general formula (1) are each an independent hydrocarbon group, which is a hydrogen atom, an alkyl group or an alkoxy group. Although it does not specifically limit as an alkyl group, A C1-C14 linear or branched alkyl group is preferable, and a C1-C10 linear or branched alkyl group is more preferable. The alkoxy group is not particularly limited, but is preferably a linear or branched alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms. In particular, R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom or an alkyl group, and more preferably a hydrogen atom or a methyl group.

一般式(1)中のRは炭化水素基であって、水素原子、アルキル基、アルコキシ基またはアシル基である。アルキル基およびアルコキシ基については、上記と同様であってよい。アシル基については、ホルミル基、アセチル基、プ口パノイル基、ベンゾイル基等を挙げることができる。R,R,Rについては、いずれかが炭化水素基であることが必須である。また、テルピネオール誘導体としては、テルピネオールの有機酸エステルが好ましく、具体的には、ジヒドロテルピネオールアセテ一卜、ジヒドロテルピニルプロピオネート等を用いることができる。テルピネオール系溶剤の中では、α−テルピネオールを好ましく用いることができる。 R 3 in the general formula (1) is a hydrocarbon group, which is a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group or an acyl group. The alkyl group and alkoxy group may be the same as described above. Examples of the acyl group include a formyl group, an acetyl group, a propanoyl group, and a benzoyl group. Any of R 1 , R 2 , and R 3 must be a hydrocarbon group. Further, as the terpineol derivative, an organic acid ester of terpineol is preferable, and specifically, dihydroterpineol acetate, dihydroterpinylpropionate, and the like can be used. Of the terpineol solvents, α-terpineol can be preferably used.

(有機バインダを溶解可能な溶剤)
密着補助剤Aとして用いる「有機バインダを溶解可能な溶剤」は、集電接合層形成用シートJ0に用いられる有機バインダとの関係で定められる。例えば、用いる有機バインダの溶解度パラメータと溶剤の溶解度パラメータとの差を目安にして、なるべく差が小さくなるような溶剤を選択することができる。用いる有機バインダの種類に応じて適切な溶剤が変わり得ると考えられるが、一例として、一般的に用いられている使用実績を有する有機溶剤を挙げることができる。具体的には、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、環状エーテル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤または他の有機溶剤が挙げられる。より具体的には、エタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、オクタノール、エチレングリコール、α−テルピネオール、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、ブチルジグリコールアセテート、イソボルニルアセテート、ブチルカルビトール、ブチルセロソルブ、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン等を用いることができ、なかでもα−テルピネオールを好ましく用いることができる。
(Solvent that can dissolve organic binder)
The “solvent capable of dissolving the organic binder” used as the adhesion aid A is determined in relation to the organic binder used in the current collecting bonding layer forming sheet J0. For example, it is possible to select a solvent whose difference is as small as possible with reference to the difference between the solubility parameter of the organic binder to be used and the solubility parameter of the solvent. Although it is thought that a suitable solvent may change according to the kind of organic binder to be used, the organic solvent which has the use track record generally used as an example can be mentioned. Specific examples include alcohol solvents, ether solvents, ester solvents, ketone solvents, cyclic ether solvents, aromatic hydrocarbon solvents, and other organic solvents. More specifically, ethanol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, octanol, ethylene glycol, α-terpineol, butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, butyl diglycol acetate, isobornyl acetate, butyl carbitol, butyl cellosolve, methyl ethyl ketone, cyclohexane , Toluene, xylene, etc., among which α-terpineol can be preferably used.

(導電性ペースト)
密着補助剤Aとして用いる導電性ペーストは、上記の集電接合層形成用シートJ0中の導電性金属酸化物と同様の導電性金属酸化物を、上記の各溶剤中に分散させてペースト状に調整したものを好ましく用いることができる。密着補助剤Aとして用いる導電性ペーストは、カソード層2の表面或いは集電部材Eの表面、または集電接合層形成用シートJ0の表面を被膜するように、薄く塗ることができれば好ましい。作業性に応じて適当に粘度調節するのがよく、必要に応じてバインダ等を加えるものであっても構わない。
(Conductive paste)
The conductive paste used as the adhesion aid A is a paste obtained by dispersing the conductive metal oxide similar to the conductive metal oxide in the current collecting bonding layer forming sheet J0 in each of the above solvents. What was adjusted can be used preferably. It is preferable that the conductive paste used as the adhesion aid A can be applied thinly so as to cover the surface of the cathode layer 2, the surface of the current collecting member E, or the surface of the current collecting bonding layer forming sheet J0. The viscosity should be adjusted appropriately according to workability, and a binder or the like may be added if necessary.

(密着補助剤を付ける処理)
次に、図2に示すステップS2の密着補助剤を付けて浸潤させる処理について説明する。図4(1)に示すとおり、上記のとおり作製したSOFCの単セルCと、集電部材Eと、集電接合層形成用シートJ0とを用意する。第一実施形態の集電部材Eは、金属材料で形成されており、集電接合層形成用シートJ0は、導電性金属酸化物としてLSCを用い、有機バインダとしてポリビニルブチラールを用いて形成されている。
(Treatment with adhesion aid)
Next, the process for attaching and infiltrating the adhesion aid in step S2 shown in FIG. 2 will be described. As shown in FIG. 4A, the SOFC single cell C, the current collecting member E, and the current collecting junction layer forming sheet J0 prepared as described above are prepared. The current collecting member E of the first embodiment is formed of a metal material, and the current collecting bonding layer forming sheet J0 is formed using LSC as a conductive metal oxide and polyvinyl butyral as an organic binder. Yes.

そして、密着補助剤Aを塗布する作業を行う。密着補助剤Aとしてα−テルピネオールを用いる。図4(2)は、カソード層2の表面22(以下カソード層表面22ともいう。)およびカソード層2に対向する集電部材の凸表面E11に密着補助剤Aを塗布した直後の状態を示した図である。図示のとおり、カソード層2に対向する集電部材Eの表面には、手前−奥側方向に沿って(図1参照)直状の凸部E1が形成されている。凸部E1は、隣接する凹部E2ととともに酸化剤ガスの流路Ecを形成するための凸部である。
密着補助剤Aを集電部材Eの表面に塗布する際には、集電接合層形成用シートJ0に接触する予定の少なくとも凸部E1の凸表面E11に塗ればよい。カソード層2に対向する集電部材Eの全体表面E3(凸表面E11、凹表面E21、凸部E1の側面E12全てを含む面)に塗る方法でも構わないが、少なくとも凸表面E11に塗れば良い。また、カソード層2においては、そのカソード層表面22に沿って一様に密着補助剤Aを塗る方法が好ましい。必ずしもカソード層の全表面に塗る必要は無いが、接合強度を確保する観点から、全表面に塗るのが好ましい。
図4(2)では、密着補助剤Aは、未だ液体状態でカソード層表面22および凸表面E11の上に付着していることを示している。なお、図示において、部分的な斜線のハッチングは、密着補助剤Aが液状であることを示している。
And the operation | work which apply | coats the adhesion adjuvant A is performed. Α-Terpineol is used as the adhesion aid A. FIG. 4B shows a state immediately after the adhesion auxiliary agent A is applied to the surface 22 of the cathode layer 2 (hereinafter also referred to as the cathode layer surface 22) and the convex surface E11 of the current collecting member facing the cathode layer 2. It is a figure. As shown in the figure, a straight convex portion E1 is formed on the surface of the current collecting member E facing the cathode layer 2 along the front-back direction (see FIG. 1). The convex portion E1 is a convex portion for forming the oxidant gas flow path Ec together with the adjacent concave portion E2.
When the adhesion aid A is applied to the surface of the current collecting member E, it may be applied to at least the convex surface E11 of the convex portion E1 that is to contact the current collecting bonding layer forming sheet J0. Although it may be applied to the entire surface E3 (surface including all of the convex surface E11, the concave surface E21, and the side surface E12 of the convex portion E1) of the current collecting member E facing the cathode layer 2, it may be applied to at least the convex surface E11. . Moreover, in the cathode layer 2, the method of apply | coating the adhesion adjuvant A uniformly along the cathode layer surface 22 is preferable. Although it is not always necessary to apply to the entire surface of the cathode layer, it is preferable to apply to the entire surface from the viewpoint of securing the bonding strength.
FIG. 4 (2) shows that the adhesion aid A is still attached on the cathode layer surface 22 and the convex surface E11 in a liquid state. In the drawing, partial hatching indicates that the adhesion aid A is liquid.

また、密着補助剤Aを塗布する箇所は、上記形態に限定されない。例えば、集電接合層形成用シートJ0の上面J0e(以下、集電接合層形成用シート上面J0eともいう。)および下面J02(以下、集電接合層形成用シート下面J02ともいう。)に塗る方法でも構わない。つまり、図5に示すように、カソード層側領域CSで相対向するカソード層表面22と集電接合層形成用シートJ0の下面J02とのうちいずれか一方に塗れば良い。また、集電部材側領域ESで相対向する集電接合層形成用シートJ0の上面J0eと集電部材の凸表面E11(若しくは全体表面E3)のうちいずれか一方に塗れば良い。また、上述した実施形態のように、カソード層側領域CS及び集電部材側領域ESの両方の領域において、密着補助剤Aを介在させることにより、接合強度が大きくなって接触抵抗がより低減される可能性を高めることができる。或いは、カソード層側領域CSでは、相対向する表面がセラミックス材料同士であり、接合強度が小さくなることにより集電部材側領域ESよりも接触抵抗がより大きくなると想定される場合には、カソード層表面22または集電接合層形成用シートJ0の下面J02のうちいずれかに密着補助剤Aを塗布する方法でも構わない。   Moreover, the location which apply | coats the adhesion adjuvant A is not limited to the said form. For example, it is applied to the upper surface J0e (hereinafter also referred to as the current collecting bonding layer forming sheet upper surface J0e) and the lower surface J02 (hereinafter also referred to as the current collecting bonding layer forming sheet lower surface J02) of the current collecting bonding layer forming sheet J0. It doesn't matter how. That is, as shown in FIG. 5, it may be applied to any one of the cathode layer surface 22 and the lower surface J02 of the current collecting bonding layer forming sheet J0 facing each other in the cathode layer side region CS. Moreover, what is necessary is just to apply | coat to either one of the upper surface J0e of the current collection joining layer formation sheet | seat J0 and the convex surface E11 (or whole surface E3) of a current collection member which mutually oppose in the current collection member side area | region ES. Further, as in the above-described embodiment, by interposing the adhesion auxiliary agent A in both the cathode layer side region CS and the current collecting member side region ES, the bonding strength is increased and the contact resistance is further reduced. Can increase the possibility of Alternatively, in the cathode layer side region CS, when the opposing surfaces are made of ceramic materials and the contact strength is assumed to be larger than that of the current collecting member side region ES due to a decrease in bonding strength, the cathode layer A method may be used in which the adhesion aid A is applied to either the front surface 22 or the lower surface J02 of the current collecting bonding layer forming sheet J0.

(積層処理)
図5は、図4(2)で未だ液体状態で付着していた密着補助剤Aの流動性が低下して、カソード層表面22および凸表面E11の上に付着していることを示している。図示において、やや密なドットで示した断面表示は、密着補助剤Aが流動性を失って表面近傍に付着する状態を示している。カソード層表面22では、塗布された密着補助剤Aは、表面22からセラミックス材料の内部に染み込みながら、表面に付着する状態となっている。凸表面E11では、金属表面に広がりながら、付着する状態となっている。密着補助剤Aを塗布した処理の次には、単セルC、集電接合層形成用シートJ0および集電部材Eを積層する処理に移るが、その際に、図4(2)に示したように、密着補助剤Aが液体状態で付着していても構わないし、図5に示したように、密着補助剤Aの塗布後に時間が経過して、密着補助剤Aが流動性を失って表面に付着する状態であっても構わない。
(Lamination process)
FIG. 5 shows that the fluidity of the adhesion aid A, which was still attached in the liquid state in FIG. 4 (2), is reduced and is attached on the cathode layer surface 22 and the convex surface E11. . In the drawing, the cross-sectional display indicated by somewhat dense dots shows a state where the adhesion aid A loses fluidity and adheres to the vicinity of the surface. On the cathode layer surface 22, the applied adhesion aid A is in a state of adhering to the surface while soaking into the ceramic material from the surface 22. The convex surface E11 is attached to the metal surface while spreading. Next to the process of applying the adhesion auxiliary agent A, the process proceeds to a process of laminating the single cell C, the current collecting bonding layer forming sheet J0 and the current collecting member E. At that time, as shown in FIG. Thus, the adhesion aid A may be adhered in a liquid state, and as shown in FIG. 5, after the application of the adhesion aid A, the adhesion aid A loses fluidity. It may be in a state of adhering to the surface.

次に、図6に示すとおり、単セルC、集電接合層形成用シートJ0および集電部材Eを積層する処理を行う。単セルCのカソード層表面22と集電接合層形成用シート下面J02を接触ないし密着させ、集電部材の凸表面E11と集電接合層形成用シート上面J0eとを接触ないし密着させて積層する。図8上段に表面を拡大した状態を模式的に示したように、その際に、カソード層表面22、集電接合層形成用シートJ0の上下面J0e,J02、集電部材Eの凸表面E11は、密着補助剤Aを塗布した箇所の全表面で、必ずしも相互に密着する状態(密着状態)になくても構わない。積層処理した後に全表面で密着する状態(密着状態)になっていれば好ましいが、次に熱処理を行った結果、さらに全表面で密着する状態(密着状態)に近づくように変形可能であれば良く、積層処理後に直ちに全面密着状態に変形すべき必要は無い。   Next, as shown in FIG. 6, the process of laminating | stacking the single cell C, the sheet | seat J0 for current collection joining layers, and the current collection member E is performed. The cathode layer surface 22 of the single cell C and the current collecting bonding layer forming sheet lower surface J02 are brought into contact with or in close contact with each other, and the convex surface E11 of the current collecting member and the current collecting bonding layer forming sheet upper surface J0e are brought into contact with or brought into close contact with each other. . As schematically shown in the upper part of FIG. 8, the surface of the cathode layer 22, the upper and lower surfaces J0e and J02 of the current collecting bonding layer forming sheet J0, and the convex surface E11 of the current collecting member E are shown. May not necessarily be in a state of being in close contact with each other (adhered state) on the entire surface where the adhesion auxiliary agent A is applied. It is preferable if the entire surface is in close contact (adhesion state) after the lamination treatment, but if the next heat treatment is performed, the surface can be further deformed so as to approach the entire surface (adhesion state). Good, it is not necessary to be transformed into a close contact state immediately after the lamination process.

積層工程では、必要に応じて、積層体を乾燥させる目的で加温しても構わない。所定温度下に加温することで、集電接合層形成用シートJ0中の有機バインダを軟化ないしは溶融させて、密着性をより高めることができる。有機バインダは高分子材料であり、有機溶剤である密着補助剤Aは当該高分子を溶解する蓋然性が少なくない。有機バインダを軟化ないしは溶融させることで、高分子と溶剤分子の間の相互作用がより強く働きやすくなり、高分子(鎖)同士の相互作用に勝ることによって高分子の溶解が始まる。高分子の溶解が進めば、集電接合層形成用シートJ0の表面のいわゆる「ぬれ性」を高められ、集電接合層形成用シートJ0と、カソード層2若しくは集電部材Eとの密着性がより高めることができる。集電接合層形成用シートJ0中の成分(導電性金属酸化物等)粒子が、カソード層2の成分(カソード極材料)粒子若しくは集電部材Eの金属成分粒子に近接するように流動して、図8下段に示すように、集電接合層形成用シートJ0は、相手表面の凸凹を埋めるように変形する。結果、双方の粒子同士の接着性が高まり、接合界面での空隙が小さくなる。熱処理後でも空隙が小さい状態が維持され、オーム抵抗の低減に寄与すると考えられる。   In the laminating step, heating may be performed for the purpose of drying the laminated body, if necessary. By heating at a predetermined temperature, the organic binder in the current collecting bonding layer forming sheet J0 can be softened or melted to further improve the adhesion. The organic binder is a polymer material, and the adhesion aid A, which is an organic solvent, has a high probability of dissolving the polymer. By softening or melting the organic binder, the interaction between the polymer and the solvent molecule becomes stronger and easier to work, and the dissolution of the polymer starts by surpassing the interaction between the polymers (chains). As the dissolution of the polymer proceeds, so-called “wetting” of the surface of the current collecting bonding layer forming sheet J0 is enhanced, and the adhesion between the current collecting bonding layer forming sheet J0 and the cathode layer 2 or the current collecting member E Can be increased. The component (conductive metal oxide or the like) particles in the current collecting bonding layer forming sheet J0 flow so as to be close to the component (cathode electrode material) particles of the cathode layer 2 or the metal component particles of the current collecting member E. As shown in the lower part of FIG. 8, the current collecting bonding layer forming sheet J <b> 0 is deformed so as to fill the unevenness of the mating surface. As a result, the adhesiveness between both particles increases, and the gap at the bonding interface decreases. Even after the heat treatment, it is considered that the gap is kept small and contributes to the reduction of the ohmic resistance.

[焼付工程:ステップS4]
次に、図2においてステップS4に相当する焼付工程(焼成工程)について説明する。
焼付工程では、集電接合層形成用シートJ0を焼成して、カソード層2および集電部材Eに焼付けて接合する。 焼成温度については、集電接合層形成用シートJ0を焼付け可能な温度であれば特に制限はないが、例えば、700℃〜1000℃程度で焼付工程を行うことができる。焼成温度を保持する時間は、例えば、概ね0.5時間〜5時間程度とすることができる。なお、上記の積層工程または焼付工程を行う際には、上下方向の圧力を加えても良いし、上下方向の圧力を加えなくても良いが、上下方向の圧力を加えた方がより良好に製造することができる。以上のようにして、集電接合層形成用シート配設工程において集電接合層形成用シートJ0を変形可能とするとともにカソード層2と集電接合層形成用シートJ0とを密着させる密着補助剤Aを付けることによって、図7に示すSOFCセル100を好ましく製造することができる。
[Baking process: Step S4]
Next, the baking process (firing process) corresponding to step S4 in FIG. 2 will be described.
In the baking step, the current collecting bonding layer forming sheet J0 is baked, and is baked and bonded to the cathode layer 2 and the current collecting member E. The baking temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which the current collecting bonding layer forming sheet J0 can be baked. For example, the baking process can be performed at about 700 ° C to 1000 ° C. The time for maintaining the firing temperature can be, for example, about 0.5 to 5 hours. In addition, when performing said lamination process or baking process, you may apply the pressure of an up-down direction, and it is not necessary to apply the pressure of an up-down direction, but it is better to apply the pressure of an up-down direction. Can be manufactured. As described above, the adhesion auxiliary agent that enables the current collecting bonding layer forming sheet J0 to be deformed and the cathode layer 2 and the current collecting bonding layer forming sheet J0 to be in close contact in the current collecting bonding layer forming sheet disposing step. By attaching A, the SOFC cell 100 shown in FIG. 7 can be preferably manufactured.

[実施例]
次に、第一実施形態の実施例について説明する。本発明に係る密着補助剤を用いて集電接合層形成用シート配設工程を行ったSOFCセルサンプルと、行わなかったSOFCセルサンプルについて発電試験を行い、双方セルの出力特性を確認し、オーム損の大きさを比較する評価を行った。具体的には、実施形態で説明したSOFC100に準じる構成を有するセルについて、各構成要素の材料として表1の材料を用いたサンプルを作製した。各サンプルの構成及び製造方法は、表1に記載した材料又は部材のみで異なり、それら以外は全て同じ構成及び製法で作製した。各サンプルについて、焼付け工程時の焼付け温度は、850℃で行った。実施例2,比較例1に係るLSCペーストの溶剤として、α−テルピネオールを用いた。
[Example]
Next, examples of the first embodiment will be described. A power generation test was performed on the SOFC cell sample subjected to the current collecting bonding layer forming sheet disposing step using the adhesion auxiliary agent according to the present invention and the SOFC cell sample not performed, and the output characteristics of both cells were confirmed. Evaluation was made to compare the magnitude of the loss. Specifically, for a cell having a configuration conforming to SOFC 100 described in the embodiment, a sample using the material shown in Table 1 as a material of each component was manufactured. The configuration and manufacturing method of each sample differed only in the materials or members described in Table 1, and all other components were manufactured in the same configuration and manufacturing method. About each sample, the baking temperature at the time of a baking process was performed at 850 degreeC. As a solvent of the LSC paste according to Example 2 and Comparative Example 1, α-terpineol was used.

Figure 2018092783
但し、表1中、密着補助剤A1は、カソード層2と集電接合層形成用シートJ0(集電接合層J)との間に塗布した剤を示し、密着補助剤A2は、集電部材Eと集電接合層形成用シートJ0(集電接合層J)との間に塗布した剤を示す。
実施例1,2、比較例2のサンプルセルで用いたLSCシートとして、厚みが200μmのシート状のものを用意した。
Figure 2018092783
However, in Table 1, adhesion aid A1 indicates an agent applied between the cathode layer 2 and the current collecting bonding layer forming sheet J0 (current collecting bonding layer J), and adhesion aid A2 is a current collecting member. The agent applied between E and the current collecting bonding layer forming sheet J0 (current collecting bonding layer J) is shown.
As the LSC sheets used in the sample cells of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2, sheet-like sheets having a thickness of 200 μm were prepared.

[発電試験]
実施例及び比較例で得られたSOFCセルを用いて、以下の条件にて発電試験を行い、各サンプルの出力特性を測定した。650℃の環境温度下で、アノード層1の露出部に白金製のメッシュ状部材からなる電極体を接触させてアノード極側の集電を行い、同様に、集電部材Eの表面に電極体を接触させてカソード層2側の集電を行った。燃料ガスとして3%加湿の20%H/Nを用い、酸化剤ガスとして空気を用い、それぞれ200(ml/min)、200(ml/min)の流量で流した。所定の各電流密度における電極体間の電圧を測定した。出力電圧−電流の関係を図示するとともに、オーム損の測定結果を図9のグラフに示した。
[Power generation test]
Using the SOFC cells obtained in the examples and comparative examples, a power generation test was performed under the following conditions, and the output characteristics of each sample were measured. At an ambient temperature of 650 ° C., an electrode body made of a platinum mesh member is brought into contact with the exposed portion of the anode layer 1 to collect current on the anode electrode side. The current was collected on the cathode layer 2 side. 20% H 2 / N 2 with 3% humidification was used as the fuel gas, and air was used as the oxidant gas. The flow rates were 200 (ml / min) and 200 (ml / min), respectively. The voltage between the electrode bodies at each predetermined current density was measured. The relationship between the output voltage and the current is illustrated, and the measurement result of the ohmic loss is shown in the graph of FIG.

[評価]
図示したとおり、実施例1,2でLSCの集電接合層形成用シートJ0を用い、かつ、密着補助剤A1,A2を用いたサンプルの方が、比較例1,2のサンプルよりも優れた発電性能を示した。密着補助剤A1,A2は、それぞれα−テルピネオール、LSCペーストであり、何れであっても比較例1,2のサンプルよりも優れた発電性能を示した。比較例2のサンプルは、試験途中でカソード層2および集電部材EからLSCシートが剥離し、発電試験を行うことができなかった。
[Evaluation]
As shown in the figure, the samples using the current collecting bonding layer forming sheet J0 of LSC in Examples 1 and 2 and using the adhesion assistants A1 and A2 were superior to the samples of Comparative Examples 1 and 2. The power generation performance was shown. Adhesion aids A1 and A2 were α-terpineol and LSC paste, respectively, which showed better power generation performance than the samples of Comparative Examples 1 and 2. In the sample of Comparative Example 2, the LSC sheet peeled off from the cathode layer 2 and the current collecting member E during the test, and the power generation test could not be performed.

なお、本発明の燃料電池セルの製造方法において、集電接合層が、導電性金属酸化物を有機バインダで結着してシート状に成形される集電接合層形成用シートを用いて形成されており、密着補助剤が、有機バインダを溶解可能な溶剤を含有していれば好ましい。   In the fuel cell manufacturing method of the present invention, the current collecting bonding layer is formed using a current collecting bonding layer forming sheet formed by binding a conductive metal oxide with an organic binder into a sheet shape. It is preferable that the adhesion aid contains a solvent capable of dissolving the organic binder.

(第一実施形態の効果)
以上詳述したとおり、本実施形態のSOFC100の製造方法によれば、SOFCセル100は、電解質層3と、電解質層3の一方側に配置され燃料ガス雰囲気下にあるアノード層1と、電解質層3の他方側に配置され酸化剤ガス雰囲気下にあるカソード層2と、カソード層2に対向して電気的に接続され、カソード層2に電子を供給する集電部材Eと、カソード層2と集電部材Eとの間に設けられ、カソード層2と集電部材Eとを接合しかつ電気的に接続する集電接合層Jと、を備えており、集電接合層Jは、導電性金属酸化物を主成分とするとともにシート状に形成された集電接合層形成用シートJ0を用いて形成されており、カソード層2と集電部材Eとの間に集電接合層形成用シートJ0を設ける際に、カソード層2と集電接合層形成用シートJ0との間、又は、集電接合層形成用シートJ0と集電部材Eとの間、のうち少なくともいずれか一方の間に、集電接合層形成用シートJ0を変形可能とするとともにカソード層2又は/および集電部材Eと集電接合層形成用シートJ0とを密着させる密着補助剤Aを付ける集電接合層形成用シート配設工程と、集電接合層形成用シート配設工程の後に、カソード層2又は/および集電部材Eと集電接合層形成用シートJ0との間の密着状態を維持して加熱し、集電接合層Jを形成するとともにカソード層2と集電部材Eとを接合する焼付工程とを有している。
(Effects of the first embodiment)
As described in detail above, according to the SOFC 100 manufacturing method of the present embodiment, the SOFC cell 100 includes the electrolyte layer 3, the anode layer 1 disposed on one side of the electrolyte layer 3, and in the fuel gas atmosphere, and the electrolyte layer. 3, a cathode layer 2 disposed on the other side of the gas generator 3 and in an oxidant gas atmosphere, a current collector E electrically connected to the cathode layer 2 so as to face the cathode layer 2, and supplying electrons to the cathode layer 2; A current collecting joint layer J provided between the current collecting member E and joining and electrically connecting the cathode layer 2 and the current collecting member E. The current collecting joint layer J is electrically conductive. A current collecting bonding layer forming sheet formed between the cathode layer 2 and the current collecting member E, using the current collecting bonding layer forming sheet J0 which is mainly composed of a metal oxide and formed into a sheet shape. When J0 is provided, cathode layer 2 and current collecting junction layer type The current collecting bonding layer forming sheet J0 can be deformed between the sheet J0 or between the current collecting bonding layer forming sheet J0 and the current collecting member E. Current collecting bonding layer forming sheet arranging step for applying adhesion auxiliary agent A for making cathode layer 2 or / and current collecting member E and current collecting bonding layer forming sheet J0 in close contact with each other, and current collecting bonding layer forming sheet arrangement After the process, the cathode layer 2 and / or the current collecting member E and the current collecting bonding layer forming sheet J0 are heated while maintaining a close contact state to form the current collecting bonding layer J and the cathode layer 2 and the current collecting layer. A baking process for joining the electric member E.

カソード層2と集電接合層形成用シートJ0との間、又は、集電接合層形成用シートJ0と集電部材Eとの間、のうち少なくともいずれか一方の間に(好ましくは、カソード層2と集電接合層形成用シートJ0との間、及び、集電接合層形成用シートJ0と集電部材Eとの間に)、集電接合層形成用シートJ0を変形可能とするとともにカソード層2又は/及び集電部材Eと集電接合層形成用シートJ0とを密着させる密着補助剤Aを付ける。集電接合層形成用シートJ0が変形可能なので、集電接合層形成用シートJ0に柔軟性を付与することができる。カソード層2又は/および集電部材Eの表面に沿うように集電接合層形成用シートJ0を配設できる。さらに、集電接合層形成用シートJ0をカソード層2又は/および集電部材Eに密着させることができるので、凹凸状のカソード層2の表面22又は/および集電部材Eの凸表面E11と凹凸状の集電接合層形成用シートJ0の表面との密着性をより高くすることができる。カソード層表面22又は/および凸表面E11の凹部に集電接合層形成用シートJ0中の導電性金属酸化物の粒子が入り込み易くなる。導電性金属酸化物の粒子とカソード層2の各表面22又は/および集電部材Eの凸表面E11を形成する成分粒子とが近接することによって、両粒子間で相互作用を奏しやすくなり、粒子同士の接着性が高まり、カソード層2又は/および集電部材Eと集電接合層形成用シートJ0の接触界面での空隙が少なくなる。焼付工程を行った後でも空隙が少ない状態が維持され、カソード層2又は/および集電部材Eと集電接合層Jとの接合強度が大きくなって接触抵抗の増加が抑制される。よって、SOFCセルの発電性能を高めることができる。   Between the cathode layer 2 and the current collecting bonding layer forming sheet J0 or between the current collecting bonding layer forming sheet J0 and the current collecting member E (preferably, the cathode layer) 2 and the current collecting bonding layer forming sheet J0 and between the current collecting bonding layer forming sheet J0 and the current collecting member E), the current collecting bonding layer forming sheet J0 can be deformed and the cathode. Adhesion aid A for adhering layer 2 or / and current collecting member E and current collecting bonding layer forming sheet J0 is applied. Since the current collecting bonding layer forming sheet J0 is deformable, flexibility can be imparted to the current collecting bonding layer forming sheet J0. The current collecting bonding layer forming sheet J0 can be disposed along the surface of the cathode layer 2 and / or the current collecting member E. Furthermore, since the current collecting bonding layer forming sheet J0 can be adhered to the cathode layer 2 and / or the current collecting member E, the surface 22 of the uneven cathode layer 2 and / or the convex surface E11 of the current collecting member E and Adhesiveness with the surface of the uneven | corrugated current collection joining layer formation sheet J0 can be made higher. The conductive metal oxide particles in the current collecting bonding layer forming sheet J0 can easily enter the cathode layer surface 22 and / or the concave portion of the convex surface E11. When the conductive metal oxide particles and the component particles forming each surface 22 of the cathode layer 2 and / or the convex surface E11 of the current collecting member E are close to each other, the interaction between the two particles is facilitated. Adhesiveness between them increases, and the gap at the contact interface between the cathode layer 2 and / or the current collecting member E and the current collecting bonding layer forming sheet J0 is reduced. Even after the baking step, the state in which there are few voids is maintained, the bonding strength between the cathode layer 2 and / or the current collecting member E and the current collecting bonding layer J is increased, and the increase in contact resistance is suppressed. Therefore, the power generation performance of the SOFC cell can be improved.

さらに、第一実施形態において、集電接合層Jが、導電性金属酸化物を有機バインダで結着してシート状に成形される集電接合層形成用シートJ0を用いて形成されており、密着補助剤Aが、有機バインダを溶解可能な溶剤であるαテルピネオールを含有している。   Furthermore, in 1st embodiment, the current collection joining layer J is formed using the sheet | seat J0 for current collection joining layers formed in a sheet form by binding a conductive metal oxide with an organic binder, Adhesion aid A contains α-terpineol, which is a solvent that can dissolve the organic binder.

よって、集電接合層Jが、導電性金属酸化物を有機バインダで結着してシート状に成形される接合層形成用シートを用いて形成されており、密着補助剤Aが、有機バインダを溶解可能な溶剤であるα−テルピネオールを含有するので、カソード層2又は/および集電部材Eと集電接合層形成用シートJ0とを重ね合わせる際の密着性を高めることができる。つまり、密着補助剤A中の溶剤が集電接合層形成用シートJ0中の有機バインダに作用して有機バインダの溶解が進めば、集電接合層形成用シートJ0の表面(上面J0e、下面J02)のぬれ性を高め、接合表面の密着性を高めることができる。この状態で集電接合層形成用シートJ0を焼付けるべく熱処理することで、集電接合層Jに接合されるカソード層2との接合界面又は/および集電部材Eとの接合界面でオーム抵抗が大きくなることをより確実に抑制することができる。   Therefore, the current collecting bonding layer J is formed by using a bonding layer forming sheet formed by binding a conductive metal oxide with an organic binder into a sheet shape, and the adhesion auxiliary agent A includes an organic binder. Since α-terpineol, which is a soluble solvent, is contained, adhesion when the cathode layer 2 or / and the current collecting member E and the current collecting bonding layer forming sheet J0 are superposed can be improved. That is, when the solvent in the adhesion auxiliary agent A acts on the organic binder in the current collecting bonding layer forming sheet J0 to dissolve the organic binder, the surface of the current collecting bonding layer forming sheet J0 (upper surface J0e, lower surface J02). ) Wettability and adhesion of the bonding surface can be improved. In this state, the current collecting bonding layer forming sheet J0 is heat-treated to be baked, so that an ohmic resistance is formed at the bonding interface with the cathode layer 2 bonded to the current collecting bonding layer J and / or the bonding interface with the current collecting member E. Can be suppressed more reliably.

また、密着補助剤Aとしてα−テルピネオールを用いることによって、簡便に集電接合層形成用シートJ0に柔軟性を与えることができる。実施例で示すように、α−テルピネオールを用いることによって、燃料電池セルの発電性能が高めることができる。テルピネオールと同じモノテルペンアルコール骨格を有するテルピネオール系溶剤について、同様に効果を奏すると考えられる。   Further, by using α-terpineol as the adhesion aid A, flexibility can be easily given to the current collecting bonding layer forming sheet J0. As shown in the Examples, the power generation performance of the fuel cell can be improved by using α-terpineol. A terpineol-based solvent having the same monoterpene alcohol skeleton as terpineol is considered to have the same effect.

また、密着補助剤Aとして、導電性金属酸化物粉末を有機バインダとともに溶剤中に分散させた導電性ペーストを用いることによって、カソード層2と集電接合層形成用シートJ0又は/および集電部材Eと集電接合層形成用シートJ0との密着性をさらに向上させることができる。簡便に集電接合層形成用シートJ0に柔軟性を与えることができる。よって、より確実に燃料電池セルの発電性能を高めることができる。なお、密着補助剤として用いる導電性ペーストは薄く塗れば足りるので、焼付工程での加熱によって、導電性ペースト自体にクラック、空隙等が生じるおそれが小さくなっている。   Further, by using a conductive paste in which a conductive metal oxide powder is dispersed in a solvent together with an organic binder as the adhesion assistant A, the cathode layer 2 and the current collecting bonding layer forming sheet J0 and / or the current collecting member The adhesiveness between E and the current collecting bonding layer forming sheet J0 can be further improved. Flexibility can be easily given to the current collecting bonding layer forming sheet J0. Therefore, the power generation performance of the fuel cell can be improved more reliably. In addition, since it is sufficient to apply a thin conductive paste used as an adhesion aid, there is less risk of cracks, voids, and the like occurring in the conductive paste itself due to heating in the baking process.

また、導電性ペーストが、導電性金属酸化物としてLSCを含有するので、実施例で示すように、密着補助剤AとしてLSCの導電性ペーストを用いることによって、確実に燃料電池セルの発電性能を高めることができる。集電接合層J中の導電性酸化物も主成分としてLSCを含有する場合には、同じ金属酸化物を含有することになるので、集電接合層Jと導電性ペーストの間で発電作用を阻害する不測の相互作用(例えば、膨脹係数が異なることに起因して接合強度が小さくなり接触抵抗が増大する)が生じるおそれが基本的に無くなり好ましい。   In addition, since the conductive paste contains LSC as the conductive metal oxide, as shown in the examples, by using the conductive paste of LSC as the adhesion aid A, the power generation performance of the fuel cell can be reliably ensured. Can be increased. When the conductive oxide in the current collecting bonding layer J also contains LSC as a main component, the same metal oxide is contained, so that a power generation action is generated between the current collecting bonding layer J and the conductive paste. It is preferable that there is basically no possibility of an unexpected interaction to be hindered (for example, the bonding strength is reduced and the contact resistance is increased due to different expansion coefficients).

集電接合層Jが、導電性金属酸化物としてLSCを主成分とする集電接合層形成用シートJ0を用いて形成されている。LSCは、高価な稀少金属を含まず、環境負荷が低く、大気中で安定であり、SOFCの作動(高)温度下であっても利用可能である等の各条件を満たす金属酸化物の中で、高い導電率を示す化合物として知られている。よって、実用性を考慮した場合に、集電接合層自体のオーム抵抗損を総合的に好ましく抑制することができる。   The current collecting bonding layer J is formed using a current collecting bonding layer forming sheet J0 mainly composed of LSC as a conductive metal oxide. LSC is a metal oxide that does not contain expensive rare metals, has a low environmental impact, is stable in the atmosphere, and can be used even under the operating (high) temperature of SOFC. Thus, it is known as a compound exhibiting high conductivity. Therefore, when practicality is considered, the ohmic resistance loss of the current collecting bonding layer itself can be preferably suppressed comprehensively.

《第二実施形態》
[SOFCセル]
次に、第二実施形態のSOFCセルの製造方法に係るSOFCセル200の構成について、図10を用いて説明する。第二実施形態のSOFCセル200は、第一実施形態のSOFCセル100が平板型の単セルCを用いるのに対して、円筒型の筒状単セルC2を用いる点で主に異なっている。以下、第一実施形態のSOFCセル100と異なる点を中心に説明する。
<< Second Embodiment >>
[SOFC cell]
Next, the configuration of the SOFC cell 200 according to the SOFC cell manufacturing method of the second embodiment will be described with reference to FIG. The SOFC cell 200 according to the second embodiment is mainly different from the SOFC cell 100 according to the first embodiment in that a cylindrical single cell C2 is used, whereas the flat single cell C is used. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the SOFC cell 100 of the first embodiment.

図10は第二実施形態の円筒型のSOFCセル200示す図である。図示のとおり、円筒型のSOFCセル200は、外側電極がカソード層21であり内側電極がアノード層11である複数の筒状単セルC2と、電気的に隣り合う筒状単セルC2の間に配置され、一方側の筒状単セルC2のアノード層11及び他方側の筒状単セルC2のカソード層21とを電気的に接続するように、筒状単セルC2のカソード層21に対向配置される集電部材E20と、他方側の筒状単セルC2のカソード層21と集電部材E20との間に設けられ、カソード層21と集電部材E20とを接合しかつ電気的に接続する集電接合層J2と、を備えている。SOFCセル200は、筒状単セルC2の外周面の外側に、筒状単セルC2のほぼ全外周面を覆うとともに径方向に沿って相対向する略筒状の集電部材E20を積層しており、さらに集電部材E20の内周面と筒状単セルC2の外周面との間に、同様に筒状の集電接合層J2を径方向に沿って積層する構成を有している。   FIG. 10 is a view showing a cylindrical SOFC cell 200 of the second embodiment. As shown in the figure, a cylindrical SOFC cell 200 includes a plurality of cylindrical single cells C2 whose outer electrode is the cathode layer 21 and whose inner electrode is the anode layer 11, and between the cylindrical single cells C2 that are electrically adjacent to each other. Disposed so as to face the cathode layer 21 of the cylindrical single cell C2 so as to electrically connect the anode layer 11 of the cylindrical single cell C2 on one side and the cathode layer 21 of the cylindrical single cell C2 on the other side. The current collecting member E20 is provided between the cathode layer 21 of the other cylindrical unit cell C2 and the current collecting member E20, and the cathode layer 21 and the current collecting member E20 are joined and electrically connected. A current collecting bonding layer J2. The SOFC cell 200 is formed by laminating a substantially cylindrical current collecting member E20 that covers substantially the entire outer peripheral surface of the cylindrical single cell C2 and is opposed to each other along the radial direction outside the outer peripheral surface of the cylindrical single cell C2. In addition, a cylindrical current collecting bonding layer J2 is similarly laminated along the radial direction between the inner peripheral surface of the current collecting member E20 and the outer peripheral surface of the cylindrical single cell C2.

(筒状単セル)
筒状単セルC2は、SOFCセル200において、燃料電池として発電するセル本体である。筒状単セルC2は、内側電極であるアノード層11と、電解質層31と、外側電極であるカソード層21とを備えており、これらは、層状に積層されて形成されている。アノード層11は、長尺筒状に形成されており、燃料ガス(H)が一端側(図示において下方側)から他端側(図示において上方側)に向けて流通する。カソード層21は、アノード層11の外側に積層されており、酸化剤ガス(空気)の雰囲気中に設けられる。酸化剤ガスは、一端側(図示において下方側)から他端側(図示において上方側)に向けて流通する。電解質層31は、アノード層11とカソード層21との間に形成されている。つまり、複数の筒状単セルC2の各々は、内側からアノード層11、電解質層31およびカソード層21の順に形成されている。なお、筒状単セルC2は、内側からカソード層21、電解質層31およびアノード層11の順に形成されるようにしても構わない。また、電解質層31とカソード層21との間には、第一実施形態と同様に中間層が設けられていても構わない。
(Cylindrical single cell)
The cylindrical single cell C <b> 2 is a cell body that generates power as a fuel cell in the SOFC cell 200. The cylindrical single cell C2 includes an anode layer 11 that is an inner electrode, an electrolyte layer 31, and a cathode layer 21 that is an outer electrode, and these are formed in a layered manner. The anode layer 11 is formed in a long cylindrical shape, and the fuel gas (H 2 ) flows from one end side (lower side in the drawing) to the other end side (upper side in the drawing). The cathode layer 21 is laminated on the outside of the anode layer 11 and is provided in an oxidant gas (air) atmosphere. The oxidant gas flows from one end side (lower side in the drawing) to the other end side (upper side in the drawing). The electrolyte layer 31 is formed between the anode layer 11 and the cathode layer 21. That is, each of the plurality of cylindrical single cells C <b> 2 is formed in order of the anode layer 11, the electrolyte layer 31, and the cathode layer 21 from the inside. The cylindrical single cell C2 may be formed in the order of the cathode layer 21, the electrolyte layer 31, and the anode layer 11 from the inside. Further, an intermediate layer may be provided between the electrolyte layer 31 and the cathode layer 21 as in the first embodiment.

(集電部材)
略筒状の集電部材E20は、カソード層21の外側に対向配置するように装着されている。左側の筒状単セルC2に装着される集電部材E20は、所定の接続部材50を介して右側の筒状単セルC2のアノード層11で生成した電子を受け取る。集電部材E20は、左側の筒状単セルC2のカソード層21に向けて、受け取った電子を移動させるパスを形成する。略筒状をなす集電部材E20の周壁には、軸線方向に沿って貫通するスリットE201が設けられており、集電部材E20が全体的に径方向に拡径して周方向に開口可能に形成されている。また、集電部材E20の周壁には、周方向沿って長孔状をなすスリットE202が設けられており、多数のスリットE202が、軸線方向に沿ってほぼ全長に亘って連続的に形成されている。これらのスリットE201,E202は、集電部材E20を筒状単セルC2に装着した状態で、筒状単セルのカソード層21の表面に効率的に酸化剤ガスを供給するために設けられている。
(Current collector)
The substantially cylindrical current collecting member E <b> 20 is mounted so as to face the outside of the cathode layer 21. The current collecting member E20 attached to the left cylindrical single cell C2 receives electrons generated in the anode layer 11 of the right cylindrical single cell C2 via a predetermined connecting member 50. The current collecting member E20 forms a path for moving received electrons toward the cathode layer 21 of the left cylindrical single cell C2. The circumferential wall of the substantially cylindrical current collecting member E20 is provided with a slit E201 penetrating along the axial direction so that the current collecting member E20 can be expanded in the radial direction as a whole and opened in the circumferential direction. Is formed. In addition, the peripheral wall of the current collecting member E20 is provided with slits E202 having a long hole shape along the circumferential direction, and a large number of slits E202 are continuously formed over substantially the entire length along the axial direction. Yes. These slits E201 and E202 are provided in order to efficiently supply the oxidant gas to the surface of the cathode layer 21 of the cylindrical single cell in a state where the current collecting member E20 is mounted on the cylindrical single cell C2. .

(集電接合層)
集電接合層J2は,集電部材E20と筒状単セルC2とを接合する層であり、集電部材E20のスリットE201,E202を除いたほぼ全内周面とカソード層21のほぼ全外周面に接触して間に挟み込まれるように積層される状態で両者を接合している。集電接合層J2は、集電部材E20とカソード層21とを電気的に接続する導電性材料で形成されており、集電部材E20に集電された電子をカソード層21に供給するために中継する。また、集電接合層J2は、導電性金属酸化物を主成分とするとともにシート状に形成された集電接合層形成用シートJ20を用いて形成される。集電接合層形成用シートJ20は、カソード層21のほぼ全外周面を覆って重なり合えるような略方形の平板状に形成されている。
(Current collector bonding layer)
The current collecting bonding layer J2 is a layer for bonding the current collecting member E20 and the cylindrical single cell C2, and substantially the entire inner peripheral surface excluding the slits E201 and E202 of the current collecting member E20 and the substantially entire outer periphery of the cathode layer 21. Both are joined in a state of being stacked so as to be in contact with the surface and sandwiched therebetween. The current collecting bonding layer J2 is formed of a conductive material that electrically connects the current collecting member E20 and the cathode layer 21 to supply electrons collected by the current collecting member E20 to the cathode layer 21. Relay. Further, the current collecting bonding layer J2 is formed by using a current collecting bonding layer forming sheet J20 which is mainly formed of a conductive metal oxide and is formed in a sheet shape. The current collecting bonding layer forming sheet J20 is formed in a substantially rectangular flat plate shape so as to cover and overlap almost the entire outer peripheral surface of the cathode layer 21.

[SOFCセルの製造]
次に、上記した第二実施形態のSOFCセル200の製造方法について、第一実施形態と異なる点を中心に説明する。第二実施形態でも、第一実施形態と同様にSOFCセル200の本体である筒状単セルC2を作製する準備工程と、カソード層21と集電部材E20との間に集電接合層形成用シートJ20を設ける集電接合層形成用シート配設工程と、集電接合層形成用シートJ20を焼付けて集電接合層J2を形成する焼付工程と、を行う。また、第一実施形態と同様に、集電接合層形成用シート配設工程において、カソード層21と集電接合層形成用シートJ20との間、又は、集電接合層形成用シートJ20と集電部材E20との間、のうち少なくともいずれか一方の間に、集電接合層形成用シートJ20を変形可能とするとともにカソード層21又は/および集電部材E20と集電接合層形成用シートJ20とを密着させる密着補助剤Aを付けることを特徴とし、この特徴工程以外は、従来公知のSOFCセルの製造方法と同様に製造することができる。
[Manufacture of SOFC cells]
Next, the manufacturing method of the SOFC cell 200 of the above-described second embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. Also in the second embodiment, as in the first embodiment, a preparation step for producing a cylindrical single cell C2 that is a main body of the SOFC cell 200, and a current collector bonding layer formation between the cathode layer 21 and the current collector E20 The current collecting bonding layer forming sheet disposing step for providing the sheet J20 and the baking step for baking the current collecting bonding layer forming sheet J20 to form the current collecting bonding layer J2 are performed. Similarly to the first embodiment, in the current collecting bonding layer forming sheet disposing step, between the cathode layer 21 and the current collecting bonding layer forming sheet J20 or the current collecting bonding layer forming sheet J20 and the current collecting sheet. The current collecting bonding layer forming sheet J20 can be deformed between at least one of the electric members E20 and the cathode layer 21 or / and the current collecting member E20 and the current collecting bonding layer forming sheet J20. In addition to this characteristic step, it can be produced in the same manner as in the conventionally known SOFC cell production method.

集電接合層形成用シート配設工程において、第一実施形態のSOFC100では、平板状のカソード層21及び集電部材E20に対して、ほぼ全面で重なり合うように、同様に平板状の集電接合層形成用シートJ0を積層していたが、第二実施形態のSOFC200では、円筒状のカソード層21の外周面全体に略方形の集電接合層形成用シートJ20を巻き付け、ほぼ全周面で重なり合うように積層して製造する点で異なっている。例えば、SOFCセル200は、カソード層21の外周面に密着補助剤(図示せず)を塗布した後に集電接合層形成用シートJ20をカソード層21に貼り合わせ、内周面側に密着補助剤(図示せず)を塗布した集電部材E20を集電接合層形成用シートJ20の外周に装着して製造される。   In the current collector bonding layer forming sheet disposing step, in the SOFC 100 of the first embodiment, the flat plate current collector bonding is performed in such a manner that the flat plate cathode layer 21 and the current collecting member E20 overlap almost the entire surface. The layer forming sheet J0 was laminated, but in the SOFC 200 of the second embodiment, the substantially rectangular current collecting bonding layer forming sheet J20 is wound around the entire outer peripheral surface of the cylindrical cathode layer 21, and the substantially entire peripheral surface is wound. It differs in that it is laminated and manufactured so as to overlap. For example, in the SOFC cell 200, after applying a close adhesion agent (not shown) to the outer peripheral surface of the cathode layer 21, the current collecting bonding layer forming sheet J20 is bonded to the cathode layer 21, and the close adhesion auxiliary agent is formed on the inner peripheral surface side. The current collecting member E20 coated with (not shown) is mounted on the outer periphery of the current collecting bonding layer forming sheet J20.

上記のとおり第二実施形態のSOFC200(筒状燃料電池セル)は、筒状に形成される電解質層31と、電解質層31の内側および外側のうちいずれか一方側に積層され燃料ガスが一端側から他端側に向けて流通するアノード層11と、電解質層31の内側および外側のうちいずれか他方側に積層され酸化剤ガスが一端側から他端側に向けて流通するカソード層21と、カソード層21に対向して電気的に接続され、カソード層21に電子を供給する集電部材E20と、カソード層21と集電部材E20の間に設けられ、カソード層21と集電部材E20とを接合しかつ電気的に接続する集電接合層J2と、を備え、集電接合層J2は、導電性金属酸化物を主成分とするとともにシート状に形成された集電接合層形成用シートJ20を用いて形成されている。   As described above, the SOFC 200 (cylindrical fuel cell) of the second embodiment is laminated on one side of the electrolyte layer 31 formed in a cylindrical shape and the inside and outside of the electrolyte layer 31, and the fuel gas is on one end side. An anode layer 11 that flows from the other end side to the other end side, a cathode layer 21 that is laminated on either the inner side or the outer side of the electrolyte layer 31 and in which an oxidant gas flows from one end side to the other end side; A current collecting member E20 that is electrically connected to face the cathode layer 21 and supplies electrons to the cathode layer 21, and is provided between the cathode layer 21 and the current collecting member E20. The cathode layer 21 and the current collecting member E20 And a current collecting bonding layer J2 which is formed into a sheet shape with a conductive metal oxide as a main component. Using J20 It is formed.

第二実施形態によれば、第一実施形態のSOFCセル100に係る製造方法の発明を筒状燃料電池セルの観点から把握した発明であり、同様の作用効果を奏する。集電接合層J2は、導電性金属酸化物を主成分とするとともにシート状に形成された集電接合層形成用シートJ20を用いて形成されており、基本的に成分中に溶剤を含まないので、加熱によって集電接合層形成用シートJ20にクラック、空隙、ひけ等が生じることを抑制できる。カソード層21又は/および集電部材E20と、集電接合層J2との間の接合強度が大きくなって接触抵抗の増加が抑制される。よって、筒状燃料電池セルの発電性能を高めることができる。
なお、筒状単セルC2が筒状なので、一定の厚みを有する集電接合層形成用シートJ20をカソード層21と集電部材E20との間に配設する困難性が、平板型のSOFCセル100と比較すると高くなっている。筒形状の場合は、積層方向に沿って圧力を加えることが、平板型より難しくなる事情があるからである。特に、一定の厚みを有する上記の集電接合層形成用シートJ20を筒状周面に沿わせて、かつ、密着した状態に配設する作業性が悪くなる。第二実施形態のSOFCセル200は、第一実施形態の製造方法に準じて作製することで、密着補助剤を付ける簡単な製法により、容易に得ることができる。
According to the second embodiment, the invention of the manufacturing method according to the SOFC cell 100 of the first embodiment is an invention grasped from the viewpoint of the cylindrical fuel cell, and has the same effects. The current collecting bonding layer J2 is formed by using the current collecting bonding layer forming sheet J20 which is mainly formed of a conductive metal oxide and formed into a sheet shape, and basically does not contain a solvent in the components. Therefore, it can suppress that a crack, a space | gap, a sink mark etc. arise in the sheet | seat J20 for current collection joining layer formation by heating. The bonding strength between the cathode layer 21 and / or the current collecting member E20 and the current collecting bonding layer J2 is increased, and an increase in contact resistance is suppressed. Therefore, the power generation performance of the cylindrical fuel battery cell can be enhanced.
In addition, since the cylindrical single cell C2 is cylindrical, the difficulty of disposing the current collecting bonding layer forming sheet J20 having a certain thickness between the cathode layer 21 and the current collecting member E20 is a flat SOFC cell. Higher than 100. This is because in the case of a cylindrical shape, it is more difficult to apply pressure along the stacking direction than a flat plate type. In particular, the workability of disposing the current collecting bonding layer forming sheet J20 having a certain thickness along the cylindrical peripheral surface and in a close contact state is deteriorated. The SOFC cell 200 of the second embodiment can be easily obtained by producing according to the production method of the first embodiment, by a simple production method with an adhesion aid.

C…単セル、C2…筒状単セル、E,E20…集電部材、J,J2…集電接合層、J0,J20…集電接合層形成用シート、1,11…アノード層、2,21…カソード層、3,31…電解質層、100…SOFCセル(燃料電池セル)、200…SOFC筒状セル(筒状燃料電池セル)。 C ... single cell, C2 ... cylindrical single cell, E, E20 ... current collecting member, J, J2 ... current collecting bonding layer, J0, J20 ... current collecting bonding layer forming sheet, 1, 11 ... anode layer, 2, 21 ... cathode layer, 3, 31 ... electrolyte layer, 100 ... SOFC cell (fuel cell), 200 ... SOFC cylindrical cell (cylindrical fuel cell).

Claims (6)

電解質層と、前記電解質層の一方側に配置され燃料ガス雰囲気下にあるアノード層と、前記電解質層の他方側に配置され酸化剤ガス雰囲気下にあるカソード層と、前記カソード層に対向して電気的に接続され、前記カソード層に電子を供給する集電部材と、前記カソード層と前記集電部材との間に設けられ、前記カソード層と前記集電部材とを接合しかつ電気的に接続する集電接合層と、を備え、
前記集電接合層は、導電性金属酸化物を主成分とするとともにシート状に形成された集電接合層形成用シートを用いて形成される燃料電池セルの製造方法であって、
前記カソード層と前記集電部材との間に前記集電接合層形成用シートを設ける際に、前記カソード層と前記集電接合層形成用シートとの間、又は、前記集電接合層形成用シートと前記集電部材との間、のうち少なくともいずれか一方の間に、前記集電接合層形成用シートを変形可能とするとともに前記カソード層又は/および前記集電部材と前記集電接合層形成用シートとを密着させる密着補助剤を付ける集電接合層形成用シート配設工程と、
前記集電接合層形成用シート配設工程の後に、前記カソード層又は/および前記集電部材と前記集電接合層形成用シートとの間の密着状態を維持して加熱し、前記集電接合層を形成するとともに前記カソード層と前記集電部材とを接合する焼付工程と、
を有する燃料電池セルの製造方法。
An electrolyte layer, an anode layer disposed on one side of the electrolyte layer and in a fuel gas atmosphere, a cathode layer disposed on the other side of the electrolyte layer and in an oxidant gas atmosphere, and facing the cathode layer A current collector that is electrically connected and supplies electrons to the cathode layer; and is provided between the cathode layer and the current collector, and joins and electrically connects the cathode layer and the current collector. A current collecting junction layer to be connected,
The current collecting bonding layer is a manufacturing method of a fuel cell formed by using a sheet for collecting current collecting bonding layer formed in a sheet shape with a conductive metal oxide as a main component,
When providing the current collecting bonding layer forming sheet between the cathode layer and the current collecting member, between the cathode layer and the current collecting bonding layer forming sheet, or for the current collecting bonding layer forming The current collecting bonding layer forming sheet can be deformed between at least one of the sheet and the current collecting member, and the cathode layer and / or the current collecting member and the current collecting bonding layer A current collecting bonding layer forming sheet disposing step for attaching a close adhesion auxiliary agent that closely contacts the forming sheet;
After the step of disposing the current collecting bonding layer forming sheet, heating is performed while maintaining a close contact state between the cathode layer and / or the current collecting member and the current collecting bonding layer forming sheet. A baking step of forming a layer and joining the cathode layer and the current collector;
The manufacturing method of the fuel cell which has these.
前記密着補助剤が、テルピネオール系溶剤である請求項1に記載の燃料電池セルの製造方法。   The method for producing a fuel cell according to claim 1, wherein the adhesion aid is a terpineol solvent. 前記密着補助剤が、導電性金属酸化物粉末を有機バインダとともに溶剤中に分散させた導電性ペーストである請求項1に記載の燃料電池セルの製造方法。   The method for producing a fuel cell according to claim 1, wherein the adhesion assistant is a conductive paste in which a conductive metal oxide powder is dispersed in a solvent together with an organic binder. 前記導電性ペーストが、前記導電性金属酸化物としてランタンストロンチウムコバルタイト(LaSrCoO)を含有する請求項3に記載の燃料電池セルの製造方法。 The method for producing a fuel cell according to claim 3 , wherein the conductive paste contains lanthanum strontium cobaltite (LaSrCoO 3 ) as the conductive metal oxide. 前記集電接合層が、前記導電性金属酸化物としてランタンストロンチウムコバルタイト(LaSrCoO)を主成分とする前記集電接合層形成用シートを用いて形成されている請求項1ないし4のいずれか一項に記載の燃料電池セルの製造方法。 The current collecting bonding layer is formed by using the current collecting bonding layer forming sheet containing lanthanum strontium cobaltite (LaSrCoO 3 ) as a main component as the conductive metal oxide. A method for producing a fuel cell according to one item. 筒状に形成される電解質層と、前記電解質層の内側および外側のうちいずれか一方側に積層され燃料ガスが一端側から他端側に向けて流通するアノード層と、前記電解質層の前記内側および外側のうちいずれか他方側に積層され酸化剤ガスが前記一端側から他端側に向けて流通するカソード層と、前記カソード層に対向して電気的に接続され、前記カソード層に電子を供給する集電部材と、前記カソード層と前記集電部材の間に設けられ、前記カソード層と前記集電部材とを接合しかつ電気的に接続する集電接合層と、を備え、
前記集電接合層は、導電性金属酸化物を主成分とするとともにシート状に形成された集電接合層形成用シートを用いて形成される筒状燃料電池セル。
An electrolyte layer formed in a cylindrical shape, an anode layer that is laminated on either the inner side or the outer side of the electrolyte layer, and in which fuel gas flows from one end side to the other end side, and the inner side of the electrolyte layer And a cathode layer laminated on either side of the outer side and an oxidant gas flowing from the one end side toward the other end side, and electrically connected to face the cathode layer, and electrons are supplied to the cathode layer. A current collecting member to be supplied; and a current collecting joint layer provided between the cathode layer and the current collecting member, for joining and electrically connecting the cathode layer and the current collecting member,
The said current collection joining layer is a cylindrical fuel cell formed using the sheet | seat for current collection joining layer formation which formed the electroconductive metal oxide as a main component and was formed in the sheet form.
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