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公開番号2024083913
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-24
出願番号2022197997
出願日2022-12-12
発明の名称固体酸化物型燃料電池およびその製造方法
出願人太陽誘電株式会社
代理人個人
主分類H01M 8/1213 20160101AFI20240617BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】カソードの剥離を抑制しつつ、内部抵抗を抑制することができる固体酸化物型燃料電池およびその製造方法を提供する。
【解決手段】固体酸化物型燃料電池は、厚み方向の貫通孔を有する金属基板と、前記金属基板上に設けられたアノードと、前記アノード上に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層上に設けられたカソードと、を備え、前記アノードおよび前記電解質層は、前記貫通孔の方向に向かって凸に湾曲する湾曲部を有し、前記カソードは、前記電解質層側の表面に、前記湾曲部に向かって突出する突出部を有する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
厚み方向の貫通孔を有する金属基板と、
前記金属基板上に設けられたアノードと、
前記アノード上に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体酸化物を含む電解質層と、
前記電解質層上に設けられたカソードと、を備え、
前記アノードおよび前記電解質層は、前記貫通孔の方向に向かって凸に湾曲する湾曲部を有し、
前記カソードは、前記電解質層側の表面に、前記湾曲部に向かって突出する突出部を有する、固体酸化物型燃料電池。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記電解質層における前記湾曲部の深さは、１μｍ以上、３００μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項３】
前記電解質層における前記湾曲部の長さは、０．１ｍｍ以上、６ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項４】
前記電解質層の前記湾曲部において、長さに対する深さの比は、１／２０００以上、１／２０以下である、請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項５】
前記電解質層の前記湾曲部の底における曲率半径は、０．１ｍｍ以上、１０００ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項６】
前記金属基板の面内方向における前記貫通孔の径は、０．１ｍｍ以上、６ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項７】
前記金属基板において、前記貫通孔は複数設けられており、
複数の前記貫通孔の各中心間の距離は、複数の前記貫通孔の径の１．２倍以上、５倍以下である、請求項６に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項８】
前記金属基板と前記アノードとの間に、前記金属基板上に設けられて金属を主成分とする多孔質状の多孔質金属層と、前記多孔質金属層上に設けられ金属成分とセラミックス成分とが混合された混合層とが設けられている、請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項９】
前記電解質層と前記カソードとの間に、酸化物イオン伝導性を有し、前記電解質層と前記カソードとの反応を抑制する中間層を備える、請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項１０】
前記アノードは、電極骨格に担持された触媒を備える、請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、固体酸化物型燃料電池は、カーボンニュートラルの実現可能性の追求から、低炭素型かつ高発電効率な分散型定設置電源として注目を集めている。固体酸化物型燃料電池は、酸化物イオンが反応する空気極（カソード）と、水素分子と酸化物イオンが反応する燃料極（アノード）と、両極の反応を分け隔て、かつ酸化物イオンを伝導させる固体電解質層と、を含んで構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１４－３８７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体酸化物型燃料電池の発電性能は、セルの内部抵抗に大きく依存する。内部抵抗は、酸化物イオンの伝導に由来するオーム抵抗、カソードおよびアノードで生じる化学反応に由来する反応抵抗、そして気相分子の移動に由来する拡散抵抗など、様々な抵抗成分で構成されている。一般的には、これらの内部抵抗成分を抑えることで発電性能が向上することが知られており、抵抗抑制のための研究開発が盛んに行われている。
【０００５】
固体酸化物型燃料電池は、例えば、７００℃以上の高温運転を特徴とする。そのため、昇降温の繰り返しで、各機能層間で熱膨張率の違いにより、界面剥がれが生じるおそれがある。そのため、熱サイクルに強い、界面間の密着性を向上した固体酸化物型燃料電池が求められる。例えば、特許文献１では、カソードを覆うように接着層を設けることで、カソードの剥離を抑制している。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の手法では、密着性が向上するものの、カソードを覆う密着層の存在が、ガス拡散抵抗の増加を引き起こす。このことから、カソードの機能性の向上には、カソードへの空気流入を阻害する層を設けずに、カソードの剥離および内部抵抗の抑制を達成することが求められる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、カソードの剥離を抑制しつつ、内部抵抗を抑制することができる固体酸化物型燃料電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る固体酸化物型燃料電池は、厚み方向の貫通孔を有する金属基板と、前記金属基板上に設けられたアノードと、前記アノード上に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層上に設けられたカソードと、を備え、前記アノードおよび前記電解質層は、前記貫通孔の方向に向かって凸に湾曲する湾曲部を有し、前記カソードは、前記電解質層側の表面に、前記湾曲部に向かって突出する突出部を有する。
【０００９】
上記固体酸化物型燃料電池において、前記電解質層における前記湾曲部の深さは、１μｍ以上、３００μｍ以下であってもよい。
【００１０】
上記固体酸化物型燃料電池において、前記電解質層における前記湾曲部の長さは、０．１ｍｍ以上、６ｍｍ以下であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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