氢和氧离子反应的催化剂功能、及输送通过反应而产生的电荷(电子)的功能。在本实施方式的燃料电池单电池200中，用比上层燃料极层204b导电性更高的材料构成下层燃料极层204a，另一方面，用比下层燃料极层204a催化剂活性更高的材料形成了上层燃料极层204b。由此，可以通过下层燃料极层204a有效地输送在电解质层206正下方的上层燃料极层204b中产生的电荷，从而能够构成高性能的燃料极层204。
[0119]在本实施方式中，固体电解质层206由下层电解质层206a、及在其上形成的上层电解质层206b构成。这2个层之中的下层电解质层206a是由铈系复合氧化物(LDC40。即40mol%的La203-60mol%的CeO2)的粉末等构成的薄膜。另一方面，上层电解质层206b与第I实施方式相同，是由Laa9Sra AaasMga2O3的组成的LSGM粉末构成的薄膜。
[0120]下层电解质层206a作为反应抑制层而发挥作用，通过下层电解质层206a，上层燃料极层204b和上层电解质层206b之间的化学反应被抑制。
上层电解质层206b与第I实施方式的电解质层相同，通过氧化物离子和氢或一氧化碳介由其进行反应而生成电能。
[0121]在本实施方式中，空气极层208由下层空气极层208a、及在其上形成的上层空气极层208b构成。这2个层之中的下层空气极层208a是由Laa6Sra4Coa2Fea2O3的组成的LSCF粉末构成的导电性薄膜。上层空气极层208b是由Laa6Sra4CoasFea2O3的组成的LSCF粉末构成的导电性薄膜。
[0122]在此，空气极层通常需要具备使空气中的氧离子化的催化剂功能、及输送应与氧反应的电子的功能。在本实施方式的燃料电池单电池200中，用比上层空气极层208b催化剂活性更高的材料(氧离子转换性能高的材料)构成下层空气极层208a，另一方面，用比下层空气极层208a电子传导性高的材料形成了上层空气极层208b。由此，可以通过利用上层空气极层208b而被输送的电子，而使氧在与电解质层206邻接的下层空气极层208a中有效地离子化，从而能够构成高性能的空气极层208。
[0123]互连层210与第I实施方式相同，由第I互连层210a、及在其上设置的第2互连层210b构成。
[0124]对本发明的第2实施方式的燃料电池单电池的制造方法进行说明。
在此，仅对与使用图9而进行了说明的第I实施方式的制造工序相对的变更点进行说明。
首先，图9的步骤SI?S3与第I实施方式相同。
[0125]接下来，在第I实施方式中，在图9的步骤S4中，在通过面成膜装置130而对燃料极层进行面成膜后，通过干燥工序使堆积的浆料干燥。在第2实施方式中，首先，通过面成膜装置130对下层燃料极层204a进行成膜，在通过干燥工序使其干燥后，再通过面成膜装置130对上层燃料极层204b进行成膜，并使其干燥。由此，在多孔质支撑体202上的未形成有覆盖层的部分上形成下层燃料极层204a，且在该下层燃料极层204a之上形成上层燃料极层204b。
[0126]在此，用于形成下层燃料极层204a的浆料的粘性被形成为比用于形成上层燃料极层204b的浆料的粘性更高。即，通过预先提高在多孔质支撑体202上直接成膜的下层燃料极层204a用的浆料的粘性，能够防止浆料的向多孔质支撑体202内的过度的浸透。此夕卜，通过降低上层燃料极层204b用的浆料的粘性而堆积的浆料容易扩散，从而能够提高所堆积的上层燃料极层204b表面的平滑度。此外，浆料的粘性可以根据构成燃料极层的材料的粉末、使其悬浊的溶剂的比例、悬浊的粉末的粒径、使其悬浊的溶剂的种类等进行适当设定。
[0127]当上层燃料极层204b的平滑度低且层的厚度变得不均匀时，则在燃料极层中发生的发电反应在燃料极层上的各部上变得不均匀。当发电反应变得不均匀时，则电流集中在发电反应强的部分上，导致燃料电池单电池200的发电作用变得不稳定。根据本实施方式，能够抑制这样的电流集中。而且，通过提高上层燃料极层204b表面的平滑度，能够防止给在上层燃料极层204b之上堆积的电解质层206、及空气极层208的平滑度带来不良影响。
[0128]而且，图9的步骤S5?S8与第I实施方式相同。
接下来，在第I实施方式中，在图9的步骤S9中，在通过面成膜装置130对电解质层进行面成膜后，通过干燥工序使堆积的浆料干燥。在第2实施方式中，首先，通过面成膜装置130对下层电解质层206a进行成膜，在通过干燥工序使其干燥后，再通过面成膜装置130对上层电解质层206b进行成膜，并使其干燥。由此，在第I互连层210a上的未形成有覆盖层的部分上形成下层电解质层206a，并在该下层电解质层206a之上形成上层电解质层206b。
[0129]而且，图9的步骤SlO?S12与第I实施方式相同。
接下来，在第I实施方式中，在图9的步骤S13中，在通过点成膜装置110对空气极层进行成膜后，通过干燥工序使堆积的浆料干燥。在第2实施方式中，首先，通过点成膜装置110对下层空气极层208a进行成膜，在通过干燥工序使其干燥后，再通过点成膜装置110对上层空气极层208b进行成膜，并使其干燥。由此，以覆盖第2互连层210b及上层电解质层206b的一部分的方式形成下层空气极层208a及上层空气极层208b。
[0130]在此，用于形成下层空气极层208a的浆料的粘性被形成为比用于形成上层空气极层208b的浆料的粘性低。即，因为通过降低下层空气极层208a用的浆料的粘性，使由喷射点胶设备122喷射而附着于上层电解质层206b的浆料的液滴更薄地扩展，所以点痕难以残留，从而能够形成平滑的下层空气极层208a。另一方面，通过提高上层空气极层208b用的浆料的粘性，被喷射而附着于下层空气极层208a的浆料的液滴几乎不扩展，从而所形成的上层空气极层208b变厚。如此，通过预先平滑地构成催化剂活性高的下层空气极层208a，能够使空气极层中的催化剂反应均匀，从而能够抑制因催化剂反应的不均匀性而导致的电流集中。此外，因为更厚地形成上层空气极层208b，所以在能够降低空气极层的电阻的同时，还能够强化最容易发生剥离的最外功能层即上层空气极层208b。
最后，通过与第I实施方式相同的图9的步骤S14的第2烧成工序，完成本实施方式的固体氧化物型燃料电池单电池200。
[0131]根据本发明的第2实施方式的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，最外功能层即空气极层208具有下层空气极层208a、及在该下层空气极层208a之上形成的上层空气极层208b。此外，用比上层空气极层208b氧离子转换性能更高的材料，比上层空气极层208b更薄地且平滑地形成下层空气极层208a，并用比下层空气极层208a电子传导性(导电性)更高的材料形成上层空气极层208b。由此，能够有效地制造性能稳定的燃料电池单电池200。S卩，通过用氧离子转换性能高的材料更薄且平滑地形成下层空气极层208a，能够使发电元件200a各部的氧离子转换性能均勾，从而能够防止向离子转换性能高的部分的电流的集中。此外，通过用电子传导性(导电性)高的材料更厚地形成上层空气极层208b，能够使上层空气极层208b的电阻降低，从而能够以低损失传输所生成的电荷。
[0132]以上，虽然对本发明的优选的实施方式进行了说明，但在上述的实施方式中可以实施各种各样的变更。尤其，虽然在上述的实施方式中，使用图7所记述的面成膜装置，通过使浆料从下方吐出而使其与实施有覆盖的多孔质支撑体接触，从而进行了面成膜，但作为变形例，可以以各种方向使浆料接触。例如，也可以从实施有覆盖的多孔质支撑体的上方使浆料流下，而使浆料接触。此外，也可以在实施有覆盖的多孔质支撑体上，通过对浆料进行喷雾来使浆料接触。而且，也可以通过将实施有覆盖的多孔质支撑体浸渍于收容有浆料的槽内，来使浆料接触。
[0133]此外，在上述的实施方式中，虽然在多孔质支撑体上以燃料极层、电解质层、空气极层的顺序层叠了功能层，但也可以以空气极层、电解质层、燃料极层的顺序形成功能层。此时，通过使空气流入多孔质支撑体的内侧，并使燃料气体流经外侧而进行发电。
而且，虽然在上述的实施方式中多孔质支撑体为圆筒形，但本发明可以适用于椭圆形、平板形等各种各样的形态的固体氧化物型燃料电池单电池。
【主权项】
1.一种固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其为在多孔质支撑体上形成有具备功能层即燃料极层、电解质层、及空气极层的多个发电元件，且通过互连器将这些发电元件进行连接的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其特征在于，具有: 支撑体形成工序，形成所述多孔质支撑体； 成膜工序，在所述多孔质支撑体上依次形成所述功能层之中的第I的功能层、第2的功會； 最外层成膜工序，其为在通过该成膜工序而形成的2个功能层之上，形成最外功能层的最外层成膜工序，通过将用于形成所述最外功能层的浆料形成为液滴状并连续喷射而形成浆料的点，通过该点的聚集形成比所述第I的功能层更厚的所述最外功能层； 及加热所述功能层并进行烧成的烧成工序， 且通过所述最外层成膜工序而形成的所述最外功能层残留有聚集的点的痕迹，通过所述烧成工序，在所述各点的痕迹的周围形成有环状的裂纹。2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其特征在于，在所述最外层成膜工序中，所述浆料的各点形成为其一部分重叠。3.根据权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其特征在于，所述第I的功能层为燃料极层，所述最外功能层为空气极层，形成所述燃料极层的所述成膜工序是通过使用于形成所述燃料极层的浆料与所述多孔质支撑体接触，并通过同时形成所述多个发电元件的燃料极层的面成膜而执行的。4.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其特征在于，在所述最外层成膜工序中形成的所述最外功能层以其边缘部变薄的方式聚集有浆料的点。5.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其特征在于，所述最外功能层即空气极层具有下层空气极层、及在该下层空气极层之上形成的上层空气极层，所述下层空气极层由与所述上层空气极层相比氧离子转换性能更高的材料形成，且比所述上层空气极层更薄且平滑地形成，所述上层空气极层由与所述下层空气极层相比电子传导性更高的材料形成。6.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其特征在于，所述空气极层为LSCF制。7.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其特征在于，在所述最外层成膜工序中聚集的所述浆料的各点为椭圆形。8.根据权利要求7所述的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其特征在于，所述椭圆形的点的长轴的长度为100 μ???500 μπι。9.一种固体氧化物型燃料电池单电池制造系统，其为用于实施权利要求1?8的任意一项所述的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法的制造系统，其特征在于，具有:点成膜装置，通过将用于形成所述功能层的浆料形成为液滴状并连续喷射而形成所述功能层；及加热炉，加热形成有所述功能层的所述多孔质支撑体，对各层进行烧成。10.一种固体氧化物型燃料电池单电池，其为通过权利要求1?8的任意一项所述的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法而制造的。
【专利摘要】本发明提供一种一边得到充分的发电性能，一边提高耐久性的固体氧化物型燃料电池单电池。具体而言，本发明为通过互连器而连接有多个发电元件的固体氧化物型燃料电池单电池的制造方法，其特征在于，具有：支撑体形成工序；在多孔质支撑体上依次形成第1、第2的功能层的成膜工序；在通过该成膜工序而形成的2个功能层之上，形成最外功能层的最外层成膜工序，连续喷射形成为液滴状的浆料而形成点，通过点的聚集而形成比第1的功能层更厚的最外功能层的最外层成膜工序；及烧成功能层的烧成工序，且通过最外层成膜工序而形成的最外功能层残留有聚集的点的痕迹，通过烧成工序在各点的痕迹的周围形成有环状的裂纹。
【IPC分类】H01M8/10, H01M8/12
【公开号】CN105609844
【申请号】CN201510752094
【发明人】古屋正纪, 安藤茂, 籾山大, 端山洁, 冈本修, 渡邉直树, 井坂畅夫, 佐藤真树, 柿沼保夫, 田中修平, 村上弘展, 星子琢也
【申请人】Toto株式会社
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年11月6日
【公告号】EP3021411A1, US20160133977