本發(fā)明涉及燃料電池。

背景技術(shù)：

目前，已知包括燃料極、空氣極、以及配置在燃料極與空氣極之間的固體電解質(zhì)層的燃料電池(例如參見專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1中，使用YSZ(被三氧化二釔穩(wěn)定化的氧化鋯)作為固體電解質(zhì)層的主成分。

另一方面，已知在燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境下固體電解質(zhì)層中所含的氧化鋯由立方晶相變?yōu)檎骄?例如參見非專利文獻(xiàn)1)。該氧化鋯的相變存在從燃料極側(cè)朝向空氣極側(cè)發(fā)展的傾向。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2009－238430號公報(bào)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：第21回SOFC研究発表會(huì)、2012年12月17日～18日、岸本治夫、外9名、“熱力學(xué)的解析による耐久性向上のための基盤技術(shù)開発”(第21次SOFC研究發(fā)表會(huì)、2012年12月17日～18日、岸本治夫等10人、“通過熱力學(xué)解析開發(fā)用于提高耐久性的基礎(chǔ)技術(shù)”)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

但是，如果氧化鋯的相變發(fā)展，則存在固體電解質(zhì)層的電導(dǎo)率降低的問題。因此，要求維持固體電解質(zhì)層與燃料極的連接性，并且抑制固體電解質(zhì)層的電導(dǎo)率降低。

本發(fā)明是鑒于上述狀況而完成的，目的是提供一種能夠維持固體電解質(zhì)層與燃料極的連接性，并且抑制固體電解質(zhì)層的電導(dǎo)率降低的燃料電池。

本發(fā)明所涉及的燃料電池包括：燃料極、空氣極、以及配置在燃料極與空氣極之間的固體電解質(zhì)層。燃料極20含有鎳和氧離子傳導(dǎo)性材料。固體電解質(zhì)層含有氧化鋯系材料作為主成分，且含有二氧化鈰系材料及鎳作為副成分。固體電解質(zhì)層具有配置在燃料極上的第一區(qū)域和配置在第一區(qū)域與空氣極之間的第二區(qū)域。第一區(qū)域中的、二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例為0.5％以下。第一區(qū)域中的、正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例為3.0％以上。第一區(qū)域中的、鎳相對于鋯的原子量比為3.0at％以下。第二區(qū)域中的、二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例為1.0％以上。第二區(qū)域中的、正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例為0.1％以下。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種可維持固體電解質(zhì)層與燃料極的連接性，且抑制固體電解質(zhì)層的電導(dǎo)率降低的燃料電池。

附圖說明

圖1是示出燃料電池的構(gòu)成的放大截面圖。

圖2是示出燃料電池的構(gòu)成的放大截面圖。

圖3是示出燃料電池的構(gòu)成的放大截面圖。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在以下的附圖的記載中，對相同或類似的部分賦予相同或類似的符號。但是，附圖是示意圖，各尺寸的比率等有時(shí)與實(shí)際的尺寸比率不同。因此，具體的尺寸等應(yīng)該參考以下的說明進(jìn)行判斷。另外，當(dāng)然也包括在附圖彼此之間相互的尺寸關(guān)系、比率不同的部分。

(燃料電池10的構(gòu)成)

參照附圖，對燃料電池10的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖1是示出燃料電池10的構(gòu)成的放大截面圖。

燃料電池10是所謂的固體氧化物型燃料電池(SOFC：Solid Oxide Fuel Cell)。燃料電池10可以采用縱向條紋型、橫向條紋型、燃料極支撐型、電解質(zhì)平板型、或者圓筒型等各種形態(tài)。如圖1所示，燃料電池10包括：燃料極20、固體電解質(zhì)層30、阻隔層40以及空氣極50。

燃料極20作為燃料電池10的陽極起作用。燃料極20為多孔質(zhì)的板狀燒成體。如圖1所示，燃料極20具有燃料極集電層21和燃料極活性層22。

燃料極集電層21為氣體透過性優(yōu)異的多孔質(zhì)體。作為構(gòu)成燃料極集電層21的材料，可以使用目前SOFC的燃料極集電層中所使用的材料，例如可以舉出：NiO(氧化鎳)-8YSZ(被8mol％的三氧化二釔穩(wěn)定化的氧化鋯)、NiO‐Y₂O₃(三氧化二釔)。但是，燃料極集電層21包含NiO的情況下，NiO的至少一部分可以被還原為Ni。可以使燃料極集電層21的厚度為0.2mm～5.0mm。

燃料極活性層22配置在燃料極集電層21上。燃料極活性層22為比燃料極集電層21致密的多孔質(zhì)體。作為構(gòu)成燃料極活性層22的材料，可以使用目前SOFC的燃料極活性層中所使用的材料，包含Ni和氧離子傳導(dǎo)性材料。作為氧離子傳導(dǎo)性材料，例如可以舉出：8YSZ、10YSZ(被10mol％的三氧化二釔穩(wěn)定化的氧化鋯)及ScSZ(被三氧化二鈧穩(wěn)定化的氧化鋯)等氧化鋯系材料；CeO₂(二氧化鈰)、GDC(釓摻雜二氧化鈰)及SDC(釤摻雜二氧化鈰)等二氧化鈰系材料。燃料極活性層22可以以NiO的形式含有Ni。燃料極活性層22含有的NiO的至少一部分可以被還原為Ni?？梢允谷剂蠘O活性層22的厚度為5.0μm～30μm。

固體電解質(zhì)層30配置在燃料極20上。固體電解質(zhì)層30含有氧化鋯系材料作為主成分，且含有二氧化鈰系材料作為副成分。作為氧化鋯系材料，可以使用8YSZ、10YSZ及ScSZ等。作為二氧化鈰系材料，可以使用CeO₂、GDC及SDC等。

固體電解質(zhì)層30含有Ni。固體電解質(zhì)層30可以以NiO的形式含有Ni。固體電解質(zhì)層30含有的NiO的至少一部分可以被還原為Ni。

在固體電解質(zhì)層30與燃料極20之間形成界面P。界面P可以基于對燃料極20和固體電解質(zhì)層30的成分濃度進(jìn)行映射(mapping)時(shí)濃度分布急劇變化的線或在燃料極20與固體電解質(zhì)層30之間氣孔率急劇變化的線進(jìn)行規(guī)定。后面對固體電解質(zhì)層30的構(gòu)成進(jìn)行說明。

本實(shí)施方式中，組合物X含有物質(zhì)Y“作為主成分”是指：整個(gè)組合物X中，物質(zhì)Y優(yōu)選占60重量％以上，更優(yōu)選占70重量％以上，進(jìn)一步優(yōu)選占90重量％以上。組合物X含有物質(zhì)Z“作為副成分”是指：整個(gè)組合物X中，物質(zhì)Z優(yōu)選占40重量％以下，更優(yōu)選占30重量％以下，進(jìn)一步優(yōu)選占10重量％以下。

阻隔層40配置在固體電解質(zhì)層30與空氣極50之間。阻隔層40抑制在固體電解質(zhì)層30與空氣極50之間形成高電阻層。阻隔層40優(yōu)選為致密質(zhì)的燒成體。作為阻隔層40的材料，可以使用CeO₂、GDC及SDC等?？梢允棺韪魧?0的厚度為3μm～20μm。應(yīng)予說明，燃料電池10可以不具備阻隔層40。

空氣極50配置在阻隔層40上?？諝鈽O50作為燃料電池10的陰極起作用?？諝鈽O50為多孔質(zhì)的燒成體?？諝鈽O50含有通式ABO₃所示的、A位點(diǎn)包含La及Sr中的至少一者的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物作為主成分。作為這樣的鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，可以舉出：(La,Sr)(Co,Fe)O₃、(La,Sr)FeO₃、(La,Sr)CoO₃、LaSrMnO₃等?？梢允箍諝鈽O50的厚度為5μm～50μm。應(yīng)予說明，燃料電池10不具備阻隔層40的情況下，空氣極50配置在固體電解質(zhì)層30上。

(固體電解質(zhì)層30的構(gòu)成)

如圖1所示，固體電解質(zhì)層30具有第一區(qū)域31和第二區(qū)域32。第一區(qū)域31配置在燃料極20上。第二區(qū)域32配置在第一區(qū)域31上。

第一區(qū)域31含有氧化鋯系材料。作為氧化鋯系材料，可以使用8YSZ、10YSZ及ScSZ等。第一區(qū)域31含有立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯。第一區(qū)域31中，正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例為3.0％以上。

另外，第一區(qū)域31可以含有二氧化鈰系材料。作為二氧化鈰系材料，可以舉出：GDC、SDC等，但并不限定于此。第一區(qū)域31中，二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例為0.5％以下。第一區(qū)域31可以不含有二氧化鈰系材料。但是，即便第一區(qū)域31含有微量的二氧化鈰系材料，只要二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例為0.1％以下，就可以說第一區(qū)域31實(shí)質(zhì)上不含有二氧化鈰系材料。通過像這樣地限制第一區(qū)域31中的二氧化鈰的比例，能夠抑制燒成后的還原處理中第一區(qū)域31過度膨脹。

另外，第一區(qū)域31含有Ni。第一區(qū)域31可以以NiO的形式含有Ni。第一區(qū)域31含有的Ni或/和NiO可以固溶于氧化鋯系材料(立方晶系氧化鋯及正方晶系氧化鋯中的至少一者)。在這種情況下，第一區(qū)域31含有的Ni或/和NiO可以位于氧化鋯系材料的粒子內(nèi)。第一區(qū)域31中的、Ni相對于Zr的原子量比大于0.0at％，且在3.0at％以下。

第二區(qū)域32含有氧化鋯系材料。作為氧化鋯系材料，可以使用8YSZ、10YSZ及ScSZ等。第二區(qū)域32中，正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例為0.1％以下。第二區(qū)域32可以不含有正方晶系氧化鋯。但是，即便第二區(qū)域32含有微量的正方晶系氧化鋯，只要正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例為0.1％以下，就可以說第二區(qū)域32實(shí)質(zhì)上不含有正方晶系氧化鋯。應(yīng)予說明，第二區(qū)域32的第一區(qū)域側(cè)表面32S可以規(guī)定為正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例為0.1％的線。

另外，第二區(qū)域32含有二氧化鈰系材料。作為二氧化鈰系材料，可以舉出：GDC、SDC等，但并不限定于此。第二區(qū)域32中，二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例為1.0％以上。通過像這樣地確保第二區(qū)域32中的二氧化鈰系材料的比例，能夠抑制第二區(qū)域32中的正方晶系氧化鋯的比例。

本實(shí)施方式中，“正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例”是由截面中的拉曼光譜分析求出的拉曼光譜強(qiáng)度比的概念?！罢骄笛趸喯鄬τ诹⒎骄笛趸喓驼骄笛趸喌目偭康谋壤庇衫庾V強(qiáng)度比直接求出，本實(shí)施方式中，僅記為“％”。例如可以通過使用各材料固有的拉曼光譜(已知的光譜數(shù)據(jù))解析由拉曼分光法獲得的固體電解質(zhì)層30的拉曼光譜來計(jì)算拉曼光譜強(qiáng)度比。此時(shí)，優(yōu)選通過解析在第一區(qū)域31及第二區(qū)域32各自的任意10處獲得的拉曼光譜來計(jì)算源自于各材料的比例的平均值。

可以使用堀場制作所制的顯微激光拉曼分光裝置(型號：LabRAM ARAMIS)來獲得拉曼光譜。作為基于已知的光譜數(shù)據(jù)解析所取得的拉曼光譜的方法，可以使用用于由多個(gè)拉曼光譜推定化學(xué)物類的眾所周知的方法、亦即CLS法。

“正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例”可以通過調(diào)整制造工序中的二氧化鈰系材料粉末的加料量來控制。

另外，本實(shí)施方式中，“二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例”是由截面中的成分分析求出的含有率的概念。“二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例”的單位為“mol％”，但是，本實(shí)施方式中，有時(shí)僅記為“％”。作為成分分析，可以利用由EDX(Energy Dispersive X－ray Spectroscopy：能量分散型X射線分光法)獲得的EDX光譜來進(jìn)行元素分析。

“二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例”可以通過調(diào)整制造工序中的氧化鋯系材料粉末和二氧化鈰系材料粉末的加料量來控制。

應(yīng)予說明，可以使第一區(qū)域31的厚度為1μm～10μm?？梢允沟诙^(qū)域32的厚度為3μm～20μm?？梢允箯呐c燃料極20的界面P至第二區(qū)域32的第一區(qū)域側(cè)表面32S的距離L為1μm～20μm，優(yōu)選為10μm以下。另外，距離L優(yōu)選為固體電解質(zhì)層30的總厚度的1/2以下，更優(yōu)選為1/3以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1/4以下。

(燃料電池10的制造方法)

接下來，對燃料電池10的制造方法之一例進(jìn)行說明。

首先，利用模具沖壓成型法將燃料極集電層用粉末成型，由此，形成燃料極集電層21的成型體。

接下來，在燃料極活性層用粉末與造孔劑(例如PMMA)的混合物中添加作為粘合劑的PVA(聚乙烯醇縮丁醛)，制作燃料極活性層用漿料。然后，通過印刷法等將燃料極活性層用漿料印刷在燃料極集電層21的成型體上，由此，形成燃料極活性層22的成型體。通過以上操作形成燃料極20的成型體。

接下來，在含有立方晶系氧化鋯的氧化鋯系材料粉末和NiO粉末(或Ni粉末)中混合松油醇和粘合劑，制作第一區(qū)域用漿料。此時(shí)，除氧化鋯系材料粉末以外，還可以混合二氧化鈰系材料，但是，二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例限制為0.5％以下。由此，可以使第一區(qū)域31中的、正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例為3.0％以上。另外，調(diào)整NiO粉末，以使Ni相對于Zr的原子量比為3.0at％以下。

接下來，通過印刷法等將第一區(qū)域用漿料印刷在燃料極20的成型體上，由此，形成固體電解質(zhì)層30中的第一區(qū)域31的成型體。

接下來，在含有立方晶系氧化鋯的氧化鋯系材料粉末和二氧化鈰系材料粉末中混合松油醇和粘合劑，制作第二區(qū)域用漿料。此時(shí)，按二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例為1.0％以上稱量各材料。由此，能夠使第二區(qū)域31中的、正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例為0.1％以下。

接下來，通過印刷法等將第二區(qū)域用漿料印刷在第一區(qū)域31的成型體上，由此，形成固體電解質(zhì)層30中的第二區(qū)域32的成型體。通過以上操作形成固體電解質(zhì)層30的成型體。

接下來，在阻隔層用粉末中混合松油醇和粘合劑，制作漿料。然后，通過絲網(wǎng)印刷法等將漿料涂布在固體電解質(zhì)層30的成型體上，由此，形成阻隔層40的成型體。

對以上制作的成型體的層疊體進(jìn)行共燒成(1300～1600℃、2～20小時(shí))，由此，形成燃料極20、固體電解質(zhì)層30及阻隔層40的共燒成體。

接下來，在空氣極用粉末中混合松油醇和粘合劑，制作漿料。然后，使用絲網(wǎng)印刷法等將漿料涂布在阻隔層40上，由此，形成空氣極活性層52的成型體。然后，對空氣極50的成型體進(jìn)行燒成(1000～1100℃、1～10小時(shí))。

(其它實(shí)施方式)

本發(fā)明并不限定于如上所述的實(shí)施方式，可以在不脫離本發(fā)明范圍的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形或變更。

(A)上述實(shí)施方式中，燃料電池10具備阻隔層40，但是，燃料電池10可以不具備阻隔層40。在這種情況下，固體電解質(zhì)層30的第二區(qū)域32可以與空氣極50連接。

(B)上述實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)層30具有第一區(qū)域31和第二區(qū)域32，但并不限于此。第二區(qū)域32只要配置在第一區(qū)域31與空氣極50之間即可，如圖2所示，固體電解質(zhì)層30還可以具有配置在第一區(qū)域31與第二區(qū)域32之間的第三區(qū)域33。

第三區(qū)域33含有氧化鋯系材料。第三區(qū)域33含有立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯。第三區(qū)域33中，正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例大于0.1％，且低于3.0％。另外，第三區(qū)域33可以含有二氧化鈰系材料。作為二氧化鈰系材料，可以舉出：GDC、SDC等，但并不限定于此。第三區(qū)域33中，二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例大于0.5％，且低于1.0％。應(yīng)予說明，第三區(qū)域33可以實(shí)質(zhì)上不含有二氧化鈰系材料。

(C)上述實(shí)施方式中，固體電解質(zhì)層30具有第一區(qū)域31和第二區(qū)域32，但并不限于此。第二區(qū)域32只要配置在第一區(qū)域31與空氣極50之間即可，如圖3所示，固體電解質(zhì)層30可以具有配置在第二區(qū)域32上的第四區(qū)域34。

實(shí)施例

(樣品No.1～No.15的制作)

如下制作樣品No.1～No.15。

首先，將NiO粉末、8YSZ粉末、造孔材(PMMA)的調(diào)合粉末以及IPA混合，得到漿料，使該漿料在氮?dú)夥障赂稍?，由此，制作混合粉末?/p>

接下來，通過對混合粉末進(jìn)行單軸沖壓(成型壓力50MPa)，成型長度30mm×寬度30mm、厚度3mm的板，用CIP(成型壓力：100MPa)使該板進(jìn)一步固結(jié)，由此，制作燃料極集電層的成型體。

接下來，將NiO粉末、表1所示的氧離子傳導(dǎo)性材料(氧化鋯系材料或二氧化鈰系材料)、PMMA的調(diào)合粉末以及IPA混合，得到漿料，將該漿料印刷在燃料極集電層的成型體上。

接下來，在NiO粉末和表1所示的氧化鋯系材料(8YSZ或10YSZ)中混合松油醇和粘合劑，制作第一區(qū)域用漿料。此時(shí)，調(diào)整表1所示的二氧化鈰系材料(GDC或SDC)在第一區(qū)域用漿料中的加料量，以便調(diào)整第一區(qū)域中的二氧化鈰系材料的比例。但是，在樣品No.5～No.10、14、15的第一區(qū)域用漿料中不添加二氧化鈰系材料。接下來，將第一區(qū)域用漿料印刷在燃料極的成型體上，由此，形成固體電解質(zhì)層中的第一區(qū)域的成型體。另外，調(diào)整NiO粉末的混合量，以使Ni相對于Zr的原子量比為3.0at％以下。

接下來，在表1所示的氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料中混合松油醇和粘合劑，制作第二區(qū)域用漿料。此時(shí)，調(diào)整表1所示的二氧化鈰系材料在第二區(qū)域用漿料中的加料量，以便調(diào)整第二區(qū)域中的二氧化鈰系材料的比例。接下來，將第二區(qū)域用漿料印刷在第一區(qū)域的成型體上，由此，形成固體電解質(zhì)層中的第二區(qū)域的成型體。

接下來，制作GDC漿料，在固體電解質(zhì)層的成型體上涂布GDC漿料，由此，制作阻隔層的成型體。

接下來，將燃料極、固體電解質(zhì)層及阻隔層的成型體在1400℃下進(jìn)行2小時(shí)共燒成。

接下來，制作LSCF漿料，在共燒成體上涂布LSCF漿料，由此，制作空氣極的成型體。接下來，將空氣極的成型體在1100℃下進(jìn)行1小時(shí)燒成。

(利用拉曼分光法測定立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的拉曼光譜強(qiáng)度比)

對于樣品No.1～No.15，在固體電解質(zhì)層的截面處利用拉曼分光法實(shí)施結(jié)晶相解析。具體而言，參照立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯各自固有的拉曼光譜，解析固體電解質(zhì)層的截面處獲得的拉曼光譜。通過在厚度方向上連續(xù)地進(jìn)行該拉曼光譜的解析來確定正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例為0.1％的線，以該線為邊界將固體電解質(zhì)層區(qū)分為第一區(qū)域和第二區(qū)域。第一區(qū)域及第二區(qū)域各自的厚度如表1所示。

接下來，通過解析第一區(qū)域內(nèi)的平面方向及厚度方向上的多處(n＝10)拉曼光譜數(shù)據(jù)，基于分別源自于立方晶系氧化鋯及正方晶系氧化鋯的拉曼光譜的強(qiáng)度比例，獲得正方晶系氧化鋯的比例的平均值。第一區(qū)域中的正方晶系氧化鋯的比例的平均值如表1所示。

接下來，通過解析第二區(qū)域內(nèi)的平面方向及厚度方向上的多處(n＝10)拉曼光譜數(shù)據(jù)，基于分別源自于立方晶系氧化鋯及正方晶系氧化鋯的拉曼光譜的強(qiáng)度比例，獲得正方晶系氧化鋯的比例的平均值。第二區(qū)域中的正方晶系氧化鋯的比例的平均值如表1所示。

(利用EDX測定氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的含有率)

對于樣品No.1～No.15，使用EDX獲得固體電解質(zhì)層的截面處的多處(n＝10)EDX光譜。然后，基于EDX光譜進(jìn)行元素分析，由此，獲得固體電解質(zhì)層的第一區(qū)域及第二區(qū)域各自中的二氧化鈰系材料的比例(mol％)的平均值。第一區(qū)域及第二區(qū)域各自中的二氧化鈰系材料的比例(mol％)的平均值如表1所示。

(還原處理后的裂紋觀察)

接下來，對各樣品實(shí)施還原處理。具體而言，于將各樣品的燃料極側(cè)維持在4％氫氣氛中的狀態(tài)下以400℃/hr從常溫升溫至750℃，然后，由4％氫氣氛切換為100％氫氣氛。接著，于將氫氣供給到燃料極的狀態(tài)下在750℃下維持100小時(shí)后，在通過供給Ar氣體和氫氣(相對于Ar為4％)來維持還原氣氛的狀態(tài)下經(jīng)12小時(shí)降溫至常溫。

然后，通過用顯微鏡觀察燃料極與固體電解質(zhì)層的第一區(qū)域的界面附近來確認(rèn)有無裂紋。確認(rèn)結(jié)果如表1所示。

(測定固體電解質(zhì)層的電導(dǎo)率)

對各樣品實(shí)施還原處理后，通過交流阻抗法測定各樣品的IR電阻。測定結(jié)果如表1所示。

表1

如表1所示，對于樣品No.1及No.11，還原處理后，在燃料極與固體電解質(zhì)層的第一區(qū)域的界面附近觀察到裂紋。這是因?yàn)闃悠種o.1及No.11各自的固體電解質(zhì)層的第一區(qū)域中的二氧化鈰的比例較多，導(dǎo)致還原處理時(shí)的第一區(qū)域的膨脹量與燃料極相比變大。另外，眾所周知正方晶系氧化鋯的強(qiáng)度大于立方晶系氧化鋯的強(qiáng)度，因?yàn)榈谝粎^(qū)域中的正方晶系氧化鋯的比例較低，所以在燃料極與第一區(qū)域的界面處未能得到充分的連接性也是原因之一。

因此，可知：第一區(qū)域31中的、二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例優(yōu)選為0.5％以下，正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例優(yōu)選為3.0％以上。

另外，如表1所示，對于樣品No.1及No.11，電池的電導(dǎo)率降低。這是因?yàn)闃悠種o.1及No.11各自的固體電解質(zhì)層的第二區(qū)域中的正方晶系氧化鋯的比例過高。

因此，可知：第二區(qū)域32中的、二氧化鈰系材料相對于氧化鋯系材料和二氧化鈰系材料的總量的比例優(yōu)選為1.0％以上，正方晶系氧化鋯相對于立方晶系氧化鋯和正方晶系氧化鋯的總量的比例優(yōu)選為0.1％以下。

另外，如表1所示，對于樣品No.1～No.10和樣品No.12～No.15，確認(rèn)了無論燃料極中所含的氧離子傳導(dǎo)性材料是何種類，均可得到上述效果。

符號說明

10 燃料電池

20 燃料極

30 固體電解質(zhì)層

31 第一區(qū)域

32 第二區(qū)域

40 阻隔層

50 空氣極