[0082]另外，针对未使空气极23成膜的单电池SC2，通过SEM-EDX(S4100:日立制作所制造)观察了固体电解质层22b的表面。图4中示出该表面的状态。(A)是二次电子图像，(B)是相同视野下的背散射电子图像。如图4所示，MgO粒子散布于LSGM(固体电解质层22b)粒子的晶界。根据10个视野的10000倍SEM背散射电子图像对镓酸镧氧化物粒子和MgO粒子的分布进行图像解析，根据MgO粒子的面积比例求出MgO粒子的体积分率。其结果，MgO粒子的体积分率为4vol %，另外，MgO粒子的最大粒径为0.6μηι，最小粒径为0.02μηι，平均粒径为0.3μηι。[0083 ] 如图3、图4所示，通过基于固体电解质层的断面及表面的观察，可知MgO粒子散布于LSGM(固体电解质层22b)粒子的晶界。
[0084]另外，切断所得到的单电池SC2，在研磨切断面后通过SEM-EDX(S4100:日立制作所制造)观察了切断面。图5中示出该切断面的状态。图5(A)示出二次电子图像，图5(B)示出背散射电子图像。如图5(A)及(B)所示，MgO粒子偏在于LSGM(固体电解质层22b)和LDC(中间层22a)的界面附近。MgO还存在于远离界面的LSGM中，但是更多的MgO粒子偏在于界面附近的LSGM中，在该区域中MgO粒子沿LSGM和LDC的界面排成一排，捕捉从LDC侧(中间层22a)及燃料极支撑体21侧扩散的Ni。
[0085]接下来，为了确认MgO粒子捕捉Ni成分的状态，通过基于EDX的判定量来测定LSGM层内的Ni成分扩散状态。图6中示出其结果。在图6中，使每I点的分析范围为在沿界面的方向上为ΙΟμπι，在与界面正交的方向上为2μπι。拍摄如图3(B)所示的倍率5000倍的背散射电子图像，从LSGM(固体电解质层22b)和LDC(中间层22a)的界面朝向LSGM(固体电解质层22b)，求出每I点的分析范围中的MgO粒子(图3的黑色粒子)的存在面积比率。在图6所示的曲线图中，将LSGM(固体电解质层22b)和LDC(中间层22a)的界面作为基准位置，将离开该基准位置的距离作为横轴。如图6所示，可知Mg成分和Ni成分的浓度存在关联性。
[0086]接下来，图7中示出图3所示的第一区域ARl中的成分分布，图8中示出图3所示的第二区域AR2中的成分分布。第一区域AR I在图3中作为浅色区域而被识别，是MgO粒子少的状态，推测是以镓酸镧氧化物为主成分的粒子。如图7所示，在第一区域ARl中，表示Mg成分存在的峰呈现为较低，从而成为该推测是合理的证据。而且，在第一区域ARl中表示Ni成分的峰几乎未被检测到。另一方面，第二区域AR2在图3中作为深色区域而被识别，推测是MgO粒子多的状态。如图8所示，在第二区域AR2中，表示Mg成分存在的峰呈现为较高，从而成为该推测是合理的证据。另外，在第二区域AR2中，Ni成分的峰呈现为较高，可知Ni成分被MgO粒子捕捉。
[0087]据此，可知散布于镓酸镧氧化物粒子的晶界的MgO粒子捕捉从燃料极向固体电解质层侧扩散来的Ni成分，有效地抑制固体电解质层中的Ni成分向空气极侧扩散。其结果，可切实地防止燃料极和空气极发生电气内部短路而导致发电性能下降，可得到高发电性能。另外，优选的MgO粒子的粒径为0.01?2.Ομπι。而且，更优选的MgO粒子的粒径为0.I?I.Ομπι。另外，固体电解质层中的优选的MgO粒子的体积比例为大于OVo I %且20Vo I %以下。而且，更优选的MgO粒子的体积比例为大于Oνο I %且15νοI %以下。通过如此进行调节，可以使MgO粒子最大限度地发挥Ni扩散防止效果，另一方面，可以将MgO粒子引起的离子导电性下降抑制于最小限度。
[0088]以上，参照具体例对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明并不限定于上述具体例。即，本领域技术人员对上述具体例施加了适当设计变更的实施方式只要具备本发明的特征，则也属于本发明的范围。例如，前述的各具体例所具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于例示的内容，而可以进行适当变更。而且，前述的各实施方式所具备的各要素只要在技术上可行就能够组合，对它们进行了组合的要素只要包含本发明的特征，则也属于本发明的范围。
【主权项】
1.一种固体氧化物型燃料电池，其具备:固体电解质层，由固体电解质形成为层状;燃料极，形成在所述固体电解质层的一个侧面使燃料气体渗透至所述固体电解质层;及空气极，形成在所述固体电解质层的另一个侧面使氧化剂气体渗透至所述固体电解质层，其特征在于， 所述燃料极包含Ni及N1的至少一种， 所述固体电解质层包含至少含有La及Ga的钙钛矿型复合氧化物和MgO， 在所述固体电解质层中所述MgO为粒子状的MgO粒子，散布于以所述钙钛矿型复合氧化物为主成分的粒子的晶界， 所述MgO粒子以4voI %以上且20voI %以下的比例被包含在所述固体电解质层中。2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，所述MgO粒子的粒径小于以所述钙钛矿型复合氧化物为主成分的粒子的粒径。3.根据权利要求1或2所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，所述MgO为粒子状的MgO粒子，偏在于所述固体电解质层的所述一个侧面侧。4.根据权利要求1或2所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，在所述固体电解质层的燃料极侧的界面，以所述钙钛矿型复合氧化物为主成分的粒子和所述MgO粒子的体积比率为80:20?20:80。5.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，在所述固体电解质层的燃料极侧的界面，以所述钙钛矿型复合氧化物为主成分的粒子和所述MgO粒子的体积比率为80:20?20:80。6.根据权利要求1或2所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，在所述固体电解质层和所述燃料极之间具备由含有La的铈氧化物构成的中间层。7.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，在所述固体电解质层和所述燃料极之间具备由含有La的铈氧化物构成的中间层。8.根据权利要求4所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，在所述固体电解质层和所述燃料极之间具备由含有La的铈氧化物构成的中间层。9.根据权利要求1或2所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，所述钙钛矿型复合氧化物是由通式La1-JraGapbMgbO3表示的镓酸镧氧化物，所述a、b满足O Ka^0.3、OSb<0.3。10.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，所述钙钛矿型复合氧化物是由通式La1-JraGa1-bMgb03表示的镓酸镧氧化物，所述a、b满足O Ka^0.3、.0.3。11.根据权利要求4所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，所述钙钛矿型复合氧化物是由通式La1-JraGa1-bMgb03表示的镓酸镧氧化物，所述a、b满足O Ka^0.3、.0.3。12.根据权利要求6所述的固体氧化物型燃料电池，其特征在于，所述钙钛矿型复合氧化物是由通式La1-JraGa1-bMgb03表示的镓酸镧氧化物，所述a、b满足O Ka^0.3、.0.3。
【专利摘要】本发明提供一种固体氧化物型燃料电池，使MgO散布于固体电解质层即LSGM的晶界。从夹着LDC而形成在与LSGM相反一侧的燃料极扩散的Ni成分被该散布的MgO粒子捕捉，抑制其在电解质层中向空气极侧扩散。
【IPC分类】H01M4/90, H01B1/08, H01M8/1246
【公开号】CN105575461
【申请号】CN201610029931
【发明人】籾山大, 柿沼保夫, 高桥悠也, 石黑明, 安藤茂, 川上晃
【申请人】Toto株式会社
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2012年4月10日
【公告号】CN103493268A, EP2698852A1, EP2698852A4, US9269980, US20140087288, WO2012141177A1