JPH06144940A - Material for thermally spraying lanthanum chromite, solid electrolyte fuel cell, and production of thermally spraying powdery material - Google Patents

Material for thermally spraying lanthanum chromite, solid electrolyte fuel cell, and production of thermally spraying powdery material

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JPH06144940A
JPH06144940A JP4302531A JP30253192A JPH06144940A JP H06144940 A JPH06144940 A JP H06144940A JP 4302531 A JP4302531 A JP 4302531A JP 30253192 A JP30253192 A JP 30253192A JP H06144940 A JPH06144940 A JP H06144940A
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JP
Japan
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lanthanum chromite
lanthanum
film
particles
raw material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4302531A
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Japanese (ja)
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Shinji Kawasaki
真司 川崎
Makoto Murai
真 村井
Yasufumi Aihara
靖文 相原
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To stably produce the lanthanum chromite small in permeation constant of gaseous nitrogen without deposition of lanthanum oxide. CONSTITUTION:The granulated particles of lanthanum chromite in which chromium oxide particles are dispersed is used as the thermally spraying material. A thermally sprayed film is formed by thermally spraying the granulated particles on a substrate, and the thermally sprayed film is heat treated, and a airtight lanthanum chromite film is obtained. The specific surface area of the granulated particle is preferably <=0.9m<2>/g. More than 80vol.% of the granulated particles has 20-110mum grain size preferably. And, the granulated particles are thermally sprayed on the electrode of the solid electrolyte type fuel cell and the thermally sprayed film is heat treated, and an interconnector is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ランタンクロマイト溶
射用原料及びこれを用いて作製した固体電解質型燃料電
池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lanthanum chromite thermal spray material and a solid oxide fuel cell produced by using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体電解質型燃料電池(SOFC) は、1000
℃の高温で作動するため電極反応が極めて活発で、高価
な白金などの貴金属触媒を全く必要とせず、分極が小さ
く、出力電圧も比較的高いため、エネルギー変換効率が
他の燃料電池にくらべ著しく高い。更に、構造材は全て
固体から構成されるため、安定且つ長寿命である。
2. Description of the Related Art A solid oxide fuel cell (SOFC) has 1000
Since it operates at a high temperature of ℃, the electrode reaction is extremely active, no expensive noble metal catalyst such as platinum is required, the polarization is small, and the output voltage is relatively high, so the energy conversion efficiency is remarkably higher than other fuel cells. high. Furthermore, since the structural material is composed entirely of solid, it is stable and has a long life.

【0003】こうしたSOFCでは、一般に、隣接するSOFC
素子(単電池)の燃料電極と空気電極とを、インターコ
ネクター及び接続端子を介して直列に接続する。従っ
て、特にインターコネクターを薄膜化し、この電気抵抗
を低減することが望まれる。
In such SOFCs, in general, adjacent SOFCs
The fuel electrode and the air electrode of the element (single cell) are connected in series via the interconnector and the connection terminal. Therefore, in particular, it is desired to reduce the electrical resistance by thinning the interconnector.

【0004】インターコネクターを薄膜化する技術とし
ては、化学蒸着法(CVD) や電気化学的蒸着法(EVD) 等が
考えられるが、これでは成膜用装置が大型化するうえ、
処理面積、処理速度が小さすぎる。
Chemical vapor deposition (CVD), electrochemical vapor deposition (EVD), and the like are conceivable as techniques for thinning the interconnector, but this increases the size of the film forming apparatus and
Processing area and processing speed are too small.

【0005】プラズマ溶射を固体電解質型燃料電池の製
造に使用する方法は、成膜速度が早く、簡単で、薄く且
つ比較的緻密に成膜出来ると言う点で優れており、従来
から行われている(サンシャイン1981, vo12, No.1) 。
例えば、酸化セリウムまたは酸化ジルコニウムとアルカ
リ土類金属または希土類元素等の金属酸化物とを固溶し
た溶射原料を、粒度調整後にプラズマ溶射し、固体電解
質膜を形成することが公知である(特開昭61-198569 号
公報、同61-198570 号公報) 。
The method of using plasma spraying for manufacturing a solid oxide fuel cell is excellent in that the film formation rate is fast, simple, and thin and relatively dense can be formed. (Sunshine 1981, vo12, No.1).
For example, it is known to form a solid electrolyte membrane by plasma spraying a spraying raw material in which cerium oxide or zirconium oxide and a metal oxide such as an alkaline earth metal or a rare earth element are solid-solved after particle size adjustment (JP 61-198569 and 61-198570).

【0006】しかし、プラズマ溶射によって作製した膜
には、クラックや層状をなした欠陥が存在する。このた
め、SOFCのインターコネクターをプラズマ溶射によって
形成した場合には、SOFCの動作時に、インターコネクタ
ーを水素、一酸化炭素等が透過する燃料漏れが発生し、
SOFC単セル当りの起電力が例えば通常の1Vよりも小さ
くなり、出力が低下し、燃料の電力への変換率が悪くな
った。
However, a film produced by plasma spraying has cracks and layered defects. For this reason, when the SOFC interconnector is formed by plasma spraying, fuel leakage occurs when hydrogen, carbon monoxide, etc. permeate the interconnector during operation of the SOFC.
The electromotive force per SOFC single cell became smaller than, for example, the usual 1 V, the output decreased, and the conversion rate of fuel to electric power deteriorated.

【0007】この際、インターコネクターの膜厚を大き
くして燃料漏れに対処することも考えられるが、この場
合は、電池抵抗が大きくなり、電池の出力が低下する。
このため、インターコネクターを気密化すると同時に、
燃料漏れの発生しない限りで薄膜化し、電池の出力を大
きくする方法が望まれている。
At this time, it is conceivable to increase the film thickness of the interconnector to cope with fuel leakage, but in this case, the battery resistance increases and the battery output decreases.
Therefore, at the same time as making the interconnector airtight,
There is a demand for a method of increasing the output of the battery by thinning the film as long as fuel leakage does not occur.

【0008】ランタンカルシウムクロマイトをランタン
マンガナイト基体の表面に溶射し、その後熱処理して緻
密なランタンクロマイト膜を作製し、SOFCのインタ
ーコネクターとして用いることが公表された(1991年9
月、第32回電池討論会要旨集、205 頁) 。この発表より
も先に、本出願人は、やはりランタンクロマイト溶射膜
を加熱し、緻密化させる技術を開発し、特許出願を行っ
ている(1991年1月28日出願、特願平3−25245 号明細
書) 。
It was announced that lanthanum calcium chromite was sprayed on the surface of a lanthanum manganite substrate and then heat-treated to form a dense lanthanum chromite film, which was used as an interconnector of SOFC (September 1991).
March, 32nd Battery Symposium Abstracts, p. 205). Prior to this announcement, the applicant also developed a technology for heating and densifying the lanthanum chromite sprayed film, and has applied for a patent (filed on January 28, 1991, Japanese Patent Application No. 3-25245). (Specification).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者がこ
の技術について更に検討を進めていたところ、新たな問
題のあることが解った。即ち、ランタンクロマイト膜を
プラズマ溶射によって形成すると、溶射時にクロム成分
が一部蒸発し、原料組成に対してクロム成分が欠損して
しまう。このため、溶射膜中に酸化ランタンが析出し、
電気抵抗が上昇することが解った。更に、酸化ランタン
は著しく吸湿性が高いので、溶射膜中で吸湿して水酸化
ランタンに化学変化する。この化学変化に伴なって体積
変化し、ランタンクロマイト膜を崩壊させてしまう。こ
のため、酸化ランタンの析出しているランタンクロマイ
ト膜は、実用に耐えない。
However, when the present inventor further studied this technique, it was found that there was a new problem. That is, when the lanthanum chromite film is formed by plasma spraying, the chromium component is partially evaporated during the spraying, and the chromium component is lost from the raw material composition. Therefore, lanthanum oxide is deposited in the sprayed film,
It was found that the electric resistance increased. Furthermore, since lanthanum oxide has a remarkably high hygroscopicity, it absorbs moisture in the sprayed film and chemically changes to lanthanum hydroxide. Along with this chemical change, the volume changes and the lanthanum chromite film is destroyed. Therefore, the lanthanum chromite film in which lanthanum oxide is deposited is not practical.

【0010】本発明者は、この課題に対し、溶射用原料
中に予め過剰のクロム成分を添加し、溶射時におけるク
ロム成分の蒸発分を埋め合わせることで、酸化ランタン
の析出を防止する技術を開発した(特願平03−320584号
参照、本出願時未公開) 。しかし、この方法によって
も、未だ問題点が残されていることを発見した。即ち、
加熱処理後の溶射膜中に、クロム成分の拡散跡であるポ
アが発生し、このために、膜の窒素ガス透過係数が大き
くなることがあった。
To solve this problem, the present inventor has developed a technique for preventing the precipitation of lanthanum oxide by adding an excessive chromium component in advance to the thermal spraying raw material and compensating for the evaporation of the chromium component during thermal spraying. (See Japanese Patent Application No. 03-320584, unpublished at the time of this application). However, it was discovered that this method still had some problems. That is,
Pore, which is a trace of diffusion of chromium component, was generated in the thermal sprayed film after the heat treatment, which sometimes increased the nitrogen gas permeation coefficient of the film.

【0011】本発明の課題は、酸化ランタンの析出がな
く、かつ窒素ガス透過係数の小さなランタンクロマイト
膜を安定して製造できるようにすることである。また、
本発明の課題は、このランタンクロマイト膜をSOFCに適
用し、SOFCの出力を増大させることである。
An object of the present invention is to make it possible to stably produce a lanthanum chromite film having no nitrogen gas permeation coefficient and no precipitation of lanthanum oxide. Also,
An object of the present invention is to apply this lanthanum chromite film to SOFC and increase the output of SOFC.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、ランタンクロ
マイト造粒粒子からなる溶射用原料であって、前記造粒
粒子中に酸化クロム粒子が分散していることを特徴とす
る、ランタンクロマイト溶射用原料に係るものである。
The present invention is a lanthanum chromite thermal spray comprising a lanthanum chromite granulated particle for thermal spraying, characterized in that chromium oxide particles are dispersed in the granulated particle. It relates to raw materials.

【0013】上記において、「ランタンクロマイト」
は、Aサイトにランタン、Bサイトにクロムを有するペ
ロブスカイト型構造を持った複合酸化物であり、Aサイ
トやBサイトに上記以外の金属元素がドープされている
ものを含む。この場合、Aサイトの置換金属元素として
は、カルシウム、ストロンチウムを例示でき、置換率は
10〜30モル%とすることが好ましい。Bサイトの置換金
属元素としては鉄、チタン、コバルト、亜鉛、銅、アル
ミニウム、ニッケルを例示でき、この置換割合は10〜50
モル%とすることが好ましい。
In the above, "lanthanum chromite"
Is a complex oxide having a perovskite structure having lanthanum at the A site and chromium at the B site, including those in which the A site and the B site are doped with a metal element other than the above. In this case, calcium and strontium can be exemplified as the substitution metal element of the A site, and the substitution rate is
It is preferably 10 to 30 mol%. Examples of the substitutional metal element at the B site include iron, titanium, cobalt, zinc, copper, aluminum and nickel, and the substitution ratio is 10 to 50.
It is preferably set to mol%.

【0014】[0014]

【作用】本発明では、造粒粒子中に酸化クロム粒子が分
散しているランタンクロマイト溶射用原料を用いて基体
上に溶射することにより、溶射膜中のクロムの分散状態
が良くなることが判った。そして、この溶射膜を加熱処
理することにより、酸化ランタンが存在せずかつ窒素ガ
ス透過係数が小さいランタンクロマイト膜が得られた。
この結果、膜の特性からみると、電気抵抗の低い、長時
間安定なランタンクロマイト膜を作製できるようになっ
た。
In the present invention, it was found that the dispersion state of chromium in the sprayed film is improved by spraying the lanthanum chromite spraying raw material in which the chromium oxide particles are dispersed in the granulated particles onto the substrate. It was Then, a lanthanum chromite film free of lanthanum oxide and having a small nitrogen gas permeation coefficient was obtained by heat-treating this sprayed film.
As a result, the lanthanum chromite film, which has low electric resistance and is stable for a long time, can be produced from the viewpoint of the characteristics of the film.

【0015】ここで、ランタンクロマイト膜中に酸化ラ
ンタンが存在しないとは、走査型電子顕微鏡の反射電子
像およびEDS (エネルギー分散型X線マイクロアナライ
ザー)によって、酸化ランタンの存在が確認できないこ
とをいう。
Here, the absence of lanthanum oxide in the lanthanum chromite film means that the presence of lanthanum oxide cannot be confirmed by the backscattered electron image of a scanning electron microscope and EDS (energy dispersive X-ray microanalyzer). .

【0016】上記の「溶射」とは、現在知られているプ
ラズマ溶射、フレーム溶射、爆裂溶射を指し、プラズマ
溶射が特に好ましい。このプラズマ溶射には、低圧プラ
ズマ溶射や常圧プラズマ溶射を含む。
The above-mentioned "spraying" refers to currently known plasma spraying, flame spraying, and explosion spraying, and plasma spraying is particularly preferable. This plasma spraying includes low pressure plasma spraying and atmospheric pressure plasma spraying.

【0017】更に、本発明をSOFCに適用することによ
り、気密で電気抵抗が低く、かつ長期間安定なインター
コネクターを形成できるようになった。この結果、イン
ターコネクター部分での燃料洩れが小さくなり、SOFC単
セル当りの起電力が高くなる。また、インターコネクタ
ー部分の抵抗が低くなり、その分電池の出力を向上させ
ることができる。さらにSOFCを長期間安定に作動させる
ことができる。
Further, by applying the present invention to SOFC, it becomes possible to form an interconnector that is airtight, has low electric resistance, and is stable for a long period of time. As a result, fuel leakage at the interconnector is reduced and electromotive force per SOFC single cell is increased. Further, the resistance of the interconnector portion is lowered, and the output of the battery can be improved accordingly. Furthermore, SOFC can be operated stably for a long period of time.

【0018】ランタンクロマイト溶射用原料の比表面積
は、0.9m2/g 以下とすることが好ましく、0.2 〜0.9m2/
g の範囲内とすると更に好ましい。この比表面積が0.2m
2/g未満であるか、0.9m2/g より大きい粉末は、プラズ
マアーク中に送入した際に溶融性が悪く、溶射膜が緻密
になりにくい。
The specific surface area of the raw material for lanthanum chromite spraying is preferably set to less 0.9m 2 / g, 0.2 ~0.9m 2 /
More preferably, it is within the range of g. This specific surface area is 0.2m
If the powder is less than 2 / g or more than 0.9 m 2 / g, the meltability of the powder when fed into the plasma arc is poor, and the sprayed film is difficult to be dense.

【0019】また、全造粒粒子のうち80vol %以上が、
20μm 〜110 μm の粒径を有していることが好ましく、
90vol %以上が20μm 〜110 μm の粒径を有しているこ
とが更に好ましい。即ち、粒径が20μm 未満の造粒粒子
が多いと、造粒粒子全体の流動性が悪くなり、溶射膜の
膜厚が不均一になり易い。また、粒径が110 μm より大
きい造粒粒子が多いと、粒子が完全には溶融しないため
に溶射膜中に未溶融粒子として取り込まれるため、溶射
膜の緻密性、均一性が悪くなる。
Further, 80 vol% or more of all the granulated particles are
It is preferable to have a particle size of 20 μm to 110 μm,
More preferably, 90 vol% or more has a particle size of 20 μm to 110 μm. That is, if there are many granulated particles having a particle size of less than 20 μm, the fluidity of the granulated particles as a whole deteriorates, and the film thickness of the sprayed film tends to become non-uniform. Also, if there are many granulated particles having a particle size of more than 110 μm, the particles are not completely melted and taken into the sprayed film as unmelted particles, so that the denseness and uniformity of the sprayed film deteriorate.

【0020】加熱処理温度は、1250℃〜1500℃とするこ
とが好ましい。これが1250℃未満であると、ランタンク
ロマイト膜の窒素ガス透過係数(後述)が大きくなりす
ぎ、気密性が不十分である。1500℃を超えると、基体が
変形し易い。例えば、ランタンマンガナイトからなる空
気電極基体は、1500℃を超えると収縮し、その上のラン
タンクロマイト膜(インターコネクター)との収縮差か
ら大きな反りが生じた。
The heat treatment temperature is preferably 1250 ° C to 1500 ° C. If this is less than 1250 ° C, the nitrogen gas permeability coefficient (described later) of the lanthanum chromite membrane becomes too large, and the airtightness is insufficient. If it exceeds 1500 ° C, the substrate is easily deformed. For example, an air electrode substrate made of lanthanum manganite shrank when the temperature exceeded 1500 ° C., and a large warpage occurred due to the difference in shrinkage with the lanthanum chromite film (interconnector) on the air electrode substrate.

【0021】本発明のランタンクロマイト膜は、気密で
薄膜化が可能であること等の特徴を有しているので、SO
FCのインターコネクター以外に、金属表面に溶射して高
温耐食性導電体をつくることも可能である。
The lanthanum chromite film of the present invention is characterized in that it is airtight and can be made into a thin film.
In addition to FC interconnectors, it is also possible to spray high temperature corrosion resistant conductors on metal surfaces.

【0022】[0022]

【実施例】次いで、本発明の一つの適用対象であるSO
FCについて例示する。図1は円筒状SOFCの一例を
示す破断斜視図である。図1においては、円筒状多孔質
セラミックス基体4の外周に空気電極膜3が設けられ、
空気電極膜3の外周に沿って固体電解質膜2、燃料電極
膜1が配設され、また図1において上方側の領域では空
気電極膜3上にインターコネクター6が設けられ、この
上に接続端子7が付着している。そして、円筒状SOF
Cを直列接続するには、SOFCの空気電極膜3と隣接
SOFCの燃料電極膜1とをインターコネクター6、接
続端子7を介して接続し、また円筒状SOFCを並列接
続するには、隣接するSOFC素子の燃料電極膜1間を
Niフェルト等で接続する。そして、インターコネクター
6の形成時には、本発明に従い、空気電極膜3の表面
(多孔質基体4上)に溶射膜を形成し、加熱処理する。
EXAMPLES Next, the SO to which one of the present invention is applied
The FC will be exemplified. FIG. 1 is a cutaway perspective view showing an example of a cylindrical SOFC. In FIG. 1, the air electrode film 3 is provided on the outer periphery of the cylindrical porous ceramic substrate 4.
The solid electrolyte membrane 2 and the fuel electrode membrane 1 are arranged along the outer periphery of the air electrode membrane 3, and the interconnector 6 is provided on the air electrode membrane 3 in the upper region in FIG. 7 is attached. And cylindrical SOF
In order to connect C in series, the SOFC air electrode film 3 and the adjacent SOFC fuel electrode film 1 are connected via the interconnector 6 and the connection terminal 7, and in order to connect the cylindrical SOFCs in parallel, they are adjacent to each other. Between the fuel electrode membranes 1 of the SOFC element
Connect with Ni felt or the like. Then, at the time of forming the interconnector 6, according to the present invention, a sprayed film is formed on the surface of the air electrode film 3 (on the porous substrate 4) and heat treatment is performed.

【0023】図1において、燃料電極膜1と空気電極膜
3との配置を逆にしてもよい。また、多孔質基体4の表
面に空気電極膜3を設ける代わりに、図2に示すよう
に、多孔質の空気電極材料からなる単層の円筒状空気電
極基体13を使用してもよい。この場合には、円筒状空気
電極基体13の表面に直接インターコネクター6を設け
る。
In FIG. 1, the arrangement of the fuel electrode membrane 1 and the air electrode membrane 3 may be reversed. Further, instead of providing the air electrode film 3 on the surface of the porous substrate 4, as shown in FIG. 2, a single layer cylindrical air electrode substrate 13 made of a porous air electrode material may be used. In this case, the interconnector 6 is provided directly on the surface of the cylindrical air electrode substrate 13.

【0024】円筒状SOFCは両端を開口させてもよ
く、また一方の端部を開口させ、他方の端部を封止して
袋管状の円筒状SOFCを形成してもよい。
Both ends of the cylindrical SOFC may be opened, or one end may be opened and the other end may be sealed to form a tubular tubular SOFC.

【0025】空気電極は、ドーピングされたか、又はド
ーピングされていないLaMnO3, CaMnO3, LaNiO3, LaCo
O3, LaCrO3等で製造でき、ストロンチウムやカルシウム
をドーピングしたLaMnO3が好ましい。燃料電極は、一般
にはニッケル‐ジルコニアサーメット又はコバルト‐ジ
ルコニアサーメットが好ましい。固体電解質は、イット
リア等の希土類金属元素で安定化または部分安定化した
酸化ジルコニウムか、又は希土類元素を含有する酸化セ
リウムで形成するのが好ましい。
The air electrode is made of doped or undoped LaMnO 3 , CaMnO 3 , LaNiO 3 , LaCo.
LaMnO 3 which can be produced from O 3 , LaCrO 3 or the like and is doped with strontium or calcium is preferable. Generally, the fuel electrode is preferably a nickel-zirconia cermet or a cobalt-zirconia cermet. The solid electrolyte is preferably formed of zirconium oxide stabilized or partially stabilized with a rare earth metal element such as yttria or cerium oxide containing a rare earth element.

【0026】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。 (実験1)出発原料として、La2O3, CaCO3, Cr2O3, SrC
O3, CuO の各粉末を用いた。これの各粉末を、表1に示
す組成となるように秤量し、混合した。この混合粉末10
0重量部に対して、水200 重量部とジルコニア玉石200
重量部とを加え、ボールミルで15時間粉砕、混合し、ス
ラリーを得た。このスラリーを120 ℃で乾燥し、次いで
この乾燥物を粒径149 μm 以下に解砕し、空気中1300℃
で5時間仮焼し、目的とする組成のランタンクロマイト
合成物を得た。このランタンクロマイト合成物を解砕
し、この解砕物100 重量部に対して水200 重量部とジル
コニア玉石200重量部とを加え、ボールミルで15時間粉
砕し、混合し、スラリーを得た。次いで、スプレードラ
イヤーにこのスラリーを供給して造粒し、本発明の造粒
粒子中に酸化クロムが分散しているランタンクロマイト
溶射用原料を得た。
Hereinafter, more specific experimental results will be described. (Experiment 1) As starting materials, La 2 O 3 , CaCO 3 , Cr 2 O 3 and SrC
O 3 and CuO powders were used. Each powder of this was weighed and mixed so as to have the composition shown in Table 1. This mixed powder 10
200 parts by weight of water and 200 zirconia boulders for 0 parts by weight
Parts by weight, and pulverized and mixed by a ball mill for 15 hours to obtain a slurry. The slurry is dried at 120 ° C, then the dried product is crushed to a particle size of 149 µm or less, and the particles are dried at 1300 ° C in air
The mixture was calcined for 5 hours to obtain a lanthanum chromite compound having a desired composition. This lanthanum chromite compound was crushed, and 200 parts by weight of water and 200 parts by weight of zirconia boulder were added to 100 parts by weight of this crushed product, and the mixture was crushed for 15 hours in a ball mill and mixed to obtain a slurry. Next, this slurry was supplied to a spray dryer for granulation to obtain a lanthanum chromite thermal spraying raw material in which chromium oxide was dispersed in the granulated particles of the present invention.

【0027】比較のため、試料1−1の作製に用いたB
サイト欠損の溶射用原料粉末100 重量部に対し、5.3 重
量部の酸化クロム粉末を混合し、試料1−2作製用の粉
末(A)を作製した。この粉末の全体としての組成比率
は、表1に示すように、試料1−3の作製に用いた粉末
(B)と同じ比率になる。
For comparison, B used in the preparation of Sample 1-1
5.3 parts by weight of chromium oxide powder was mixed with 100 parts by weight of the site-defective thermal spraying raw material powder to prepare powder (A) for preparing sample 1-2. As shown in Table 1, the composition ratio of this powder as a whole is the same as that of the powder (B) used in the preparation of Sample 1-3.

【0028】表1において、「酸化クロム粒子の状態」
の項で「無し」と表記した場合は、ランタンクロマイト
造粒粒子のみであり、酸化クロム粉末が存在しない。ま
た、ランタンクロマイトからなる造粒粒子と酸化クロム
粒子とが混在している状態の場合には、「酸化クロム粒
子の状態」の項に「A」と表記した。また、ランタンク
ロマイト造粒粒子中に酸化クロム粒子が分散している状
態の場合には、「酸化クロム粒子の状態」の項に「B」
と表記した。表1の「ランタンクロマイト溶射用原料組
成」の項は、酸化クロム粒子が原料中に含まれる場合に
は、酸化クロム粒子を含んだ化学分析値を示す。
In Table 1, "state of chromium oxide particles"
When described as “none” in the above item, there is only lanthanum chromite granulated particles, and there is no chromium oxide powder. Further, in the case where the granulated particles of lanthanum chromite and the chromium oxide particles are mixed, “A” is described in the section “State of chromium oxide particles”. Further, in the case where the chromium oxide particles are dispersed in the lanthanum chromite granulated particles, "B" is added in the "state of chromium oxide particles" section.
Was written. The item "Lantan chromite thermal spray raw material composition" in Table 1 shows a chemical analysis value containing chromium oxide particles when the chromium oxide particles are contained in the raw material.

【0029】上記の「A」と「B」との相違について、
更に述べる。「A」は、ランタンクロマイト造粒粒子と
酸化クロム粒子とが別々に存在し、2種の粒子が混合さ
れている状態である。「B」は、ランタンクロマイト造
粒粒子中に酸化クロム粒子が分散しており、ランタンク
ロマイト粒子と酸化クロム粒子とを分離できない状態で
ある。
Regarding the difference between the above "A" and "B",
Further description. "A" is a state in which lanthanum chromite granulated particles and chromium oxide particles are present separately and two kinds of particles are mixed. “B” is a state in which chromium oxide particles are dispersed in the lanthanum chromite granulated particles, and the lanthanum chromite particles and the chromium oxide particles cannot be separated.

【0030】図2に示す円筒状の空気電極基体13の表面
にプラズマ溶射機を用いて、上記の各溶射用原料を、厚
さ200 μm となるようにプラズマ溶射した。次いで、溶
射済みの各空気極基体を電気炉内に入れ、1500℃で5時
間加熱処理を行った。こうして得たランタンクロマイト
膜について窒素ガス透過係数を測定した。また、走査型
電子顕微鏡の反射電子像及びEDS によって、酸化ランタ
ンの存在の有無を確認した。この結果を表1に示す。
The surface of the cylindrical air electrode substrate 13 shown in FIG. 2 was plasma sprayed using a plasma sprayer so that each of the above-mentioned spraying raw materials had a thickness of 200 μm. Next, each sprayed air electrode substrate was placed in an electric furnace and heat-treated at 1500 ° C. for 5 hours. The nitrogen gas permeation coefficient of the lanthanum chromite membrane thus obtained was measured. Moreover, the presence or absence of lanthanum oxide was confirmed by the backscattered electron image of a scanning electron microscope and EDS. The results are shown in Table 1.

【0031】N2 ガス透過係数については、図3に模式
的に示す装置を使用して測定した。即ち、円筒状の試料
25を治具24にセットし、試料25と治具24との間を接着剤
で封着した。試料25の内側の面は、加圧された2気圧の
窒素雰囲気にさらし、試料の外側は常圧の空気雰囲気に
さらす(室温にて測定)。この時2気圧側から1気圧側
へ流れでる流量をマスフローコントローラー23で測定
し、以下の式にてN2 ガス透過係数K(cm4 -1 se
c-1)を求めた。ただし、図3において、22はN2 ボン
ベを示し、26は圧力計を示し、27はバルブを示す。
The N 2 gas permeation coefficient was measured using an apparatus schematically shown in FIG. That is, a cylindrical sample
25 was set on the jig 24, and the sample 25 and the jig 24 were sealed with an adhesive. The inner surface of the sample 25 is exposed to a pressurized nitrogen atmosphere at 2 atm, and the outer surface of the sample is exposed to an atmospheric air atmosphere (measured at room temperature). At this time, the flow rate flowing from 2 atm side to 1 atm side was measured by the mass flow controller 23, and the N 2 gas permeation coefficient K (cm 4 g -1 se
c -1 ). However, in FIG. 3, 22 indicates an N 2 cylinder, 26 indicates a pressure gauge, and 27 indicates a valve.

【0032】k=t・Q/(ΔP・A)。 t:試料厚さ(cm) 。 Q:N2 ガス透過流量(cm3/s)。 ΔP:差圧(g/cm2)。 A:試料25の表面積(cm2)。K = t · Q / (ΔP · A). t: sample thickness (cm). Q: N 2 gas permeation flow rate (cm 3 / s). ΔP: differential pressure (g / cm 2 ). A: Surface area of sample 25 (cm 2 ).

【0033】この際、試料25として空気電極基体を単独
でセットしてそのN2 ガス透過係数K1 を測定すると共
に、空気電極基体とインターコネクターとの積層体をセ
ットしてそのN2 ガス透過係数K3 を測定した。そし
て、下式から、インターコネクターの単独でのN2 ガス
透過係数K2 を算出した。
[0033] At this time, with the sample 25 by setting the air electrode substrate alone and measuring the N 2 gas permeation coefficient K 1, Part N 2 gas permeability set the laminate of the air electrode substrate and the interconnector The coefficient K 3 was measured. Then, the N 2 gas permeation coefficient K 2 of the interconnector alone was calculated from the following formula.

【0034】K2 =t2 ・K1 ・K3 /(K1 ・t3
1 ・K3 )。 t2 :インターコネクターの膜厚 t3 :積層体の厚さ t1 :空気電極基体の厚さ
K 2 = t 2 · K 1 · K 3 / (K 1 · t 3 +
t 1 · K 3 ). t 2 : Thickness of interconnector t 3 : Thickness of laminated body t 1 : Thickness of air electrode substrate

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】試料1-1 においては、溶射用原料中に酸化
クロム粒子が存在せず、ランタンクロマイトのBサイト
が欠損している。この場合は、加熱処理後のランタンク
ロマイト膜中に酸化ランタンが存在していた。
In sample 1-1, chromium oxide particles were not present in the thermal spraying raw material, and the B site of lanthanum chromite was missing. In this case, lanthanum oxide was present in the lanthanum chromite film after the heat treatment.

【0037】試料1-2 においては、ランタンクロマイト
造粒粒子と酸化クロム粒子とが混在している。この場合
は、加熱処理後の膜中に酸化ランタンは存在しないが、
2ガス透過係数が大きくなり、10-7cm4/g ・sec 台の
値となる。このように、膜のN2 ガス透過係数が10-7
以上になると、SOFCにおいては燃料ガスの漏れの原因と
なるため、実用に耐えない。
In sample 1-2, lanthanum chromite granulated particles and chromium oxide particles are mixed. In this case, lanthanum oxide does not exist in the film after the heat treatment,
The N 2 gas permeation coefficient increases, reaching a value of the order of 10 −7 cm 4 / g · sec. As described above, when the N 2 gas permeation coefficient of the membrane is 10 −7 or more, the SOFC causes leakage of the fuel gas, which is not practical.

【0038】試料1-3, 1-4, 1-5 においては、ランタン
クロマイト造粒粒子中に酸化クロム粒子が分散してい
る。これらの場合には、加熱処理後の膜中に酸化ランタ
ンが存在せず、かつ膜の窒素ガス透過係数も10-8台であ
った。
In Samples 1-3, 1-4 and 1-5, chrome oxide particles are dispersed in the lanthanum chromite granulated particles. In these cases, lanthanum oxide was not present in the film after the heat treatment, and the nitrogen gas permeability coefficient of the film was in the order of 10 -8 .

【0039】(実験2)実験1と同様の方法で、表2に
示す組成のランタンクロマイト溶射用原料を得た。そし
て、この溶射用原料に加熱処理を施し、この際加熱処理
時間を変更することで、表2に示すように溶射用原料の
比表面積を種々変更させた。そして、実験1と同様の方
法でランタンクロマイト膜を作製し、窒素ガス透過係数
と酸化ランタンの有無とを測定した。この結果を表2に
示す。ただし、本例では、ランタンクロマイト造粒粒子
中に酸化クロム粒子が分散されている。表2に示す溶射
用原料組成は、この酸化クロム粒子を含む化学分析値で
ある。
(Experiment 2) In the same manner as in Experiment 1, raw materials for lanthanum chromite spraying having the compositions shown in Table 2 were obtained. Then, the thermal spraying raw material was subjected to heat treatment, and at this time, the heat treatment time was changed to change various specific surface areas of the thermal spraying raw material as shown in Table 2. Then, a lanthanum chromite film was prepared in the same manner as in Experiment 1, and the nitrogen gas permeation coefficient and the presence or absence of lanthanum oxide were measured. The results are shown in Table 2. However, in this example, chromium oxide particles are dispersed in the lanthanum chromite granulated particles. The thermal spraying raw material composition shown in Table 2 is a chemical analysis value containing the chromium oxide particles.

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】表2から解るように、いずれの例において
も、加熱処理後の膜中に酸化ランタンは存在していなか
った。また、比表面積が0.9m2/g 以下の溶射用原料を用
いた場合、得られたランタンクロマイト膜のN2 ガス透
過係数は10-8台以下となる。しかし比表面積が0.9m2/g
よりも大きい原料粉末を用いた場合は、N2 ガス透過係
数が10-7台以上となる。
As can be seen from Table 2, no lanthanum oxide was present in the film after the heat treatment in any of the examples. When a thermal spraying raw material having a specific surface area of 0.9 m 2 / g or less is used, the N 2 gas permeation coefficient of the obtained lanthanum chromite film is 10 −8 or less. However, the specific surface area is 0.9 m 2 / g
When a larger raw material powder is used, the N 2 gas permeation coefficient becomes 10 −7 or more.

【0042】(実験3)実験1と同様の方法で、表3に
示す組成及び比表面積のランタンクロマイト溶射用原料
を得た。そして、この溶射用原料を、ふるいを用いて分
級し、表3に示す粒度分布を持った各溶射用原料を得
た。そして、実験1と同様の方法でランタンクロマイト
膜を作製し、窒素ガス透過係数と酸化ランタンの有無と
を測定した。この結果を表3に示す。ただし、本例で
は、ランタンクロマイト造粒粒子中に酸化クロム粒子が
分散されている。表3に示す溶射用原料組成は、酸化ク
ロム粒子を含む化学分析値である。
(Experiment 3) In the same manner as in Experiment 1, raw materials for lanthanum chromite spraying having the compositions and specific surface areas shown in Table 3 were obtained. Then, this thermal spraying raw material was classified using a sieve to obtain each thermal spraying raw material having a particle size distribution shown in Table 3. Then, a lanthanum chromite film was prepared in the same manner as in Experiment 1, and the nitrogen gas permeation coefficient and the presence or absence of lanthanum oxide were measured. The results are shown in Table 3. However, in this example, chromium oxide particles are dispersed in the lanthanum chromite granulated particles. The thermal spraying raw material composition shown in Table 3 is a chemical analysis value containing chromium oxide particles.

【0043】[0043]

【表3】 [Table 3]

【0044】表3から解るように、いずれの例において
も、加熱処理後の膜中に酸化ランタンは析出していな
い。また、粒径が20〜110 μm の粒子の割合が80vol %
以上の原料を用いた場合、得られたランタンクロマイト
膜のN2 ガス透過係数は10-8台以下となる。しかし20〜
110 μm の粒子の割合が80vol %未満の原料を用いた場
合は、N2 ガス透過係数が10-7台以上となる。粒径が20
μm未満の造粒粒子が10vol %以上存在する溶射用粉末
は、流動性が悪いために、原料粉末供給装置内で造粒粒
子が詰まってしまい、溶射できなかった。
As can be seen from Table 3, no lanthanum oxide was deposited in the film after the heat treatment in any of the examples. In addition, the proportion of particles with a particle size of 20 to 110 μm is 80 vol%.
When the above raw materials are used, the N 2 gas permeation coefficient of the obtained lanthanum chromite membrane is 10 −8 or less. But 20 ~
When a raw material in which the proportion of particles of 110 μm is less than 80 vol% is used, the N 2 gas permeation coefficient is 10 −7 or more. Particle size 20
Since the powder for thermal spraying containing 10 vol% or more of granulated particles of less than μm had poor fluidity, the granulated particles were clogged in the raw material powder supply device and could not be sprayed.

【0045】(実験4)La2O3 106.1gと、MnO2 68.4g
と、SrCO3 10.8g とを秤量した。玉石800gと、水200g
と、前記秤量した3種の化合物を、2リットルのボール
ミルに入れ、3時間混合してスラリーとした。このスラ
リーを110 ℃で20時間乾燥した後、乾燥物を149 μm 以
下に解砕し、空気中1200℃で10時間仮焼し、La0.9 Sr
0.1 MnO3を合成した。
(Experiment 4) La 2 O 3 106.1 g and MnO 2 68.4 g
And 10.8 g of SrCO 3 were weighed. 800g boulders and 200g water
Then, the weighed three kinds of compounds were put into a 2 liter ball mill and mixed for 3 hours to form a slurry. After drying this slurry at 110 ℃ for 20 hours, the dried material was crushed to 149 μm or less, and calcined in air at 1200 ℃ for 10 hours to obtain La 0.9 Sr.
0.1 MnO 3 was synthesized.

【0046】その後これをボールミルで解砕、粉砕し
て、平均粒径1μm の粉末とし、セルロースを20wt%添
加して混合し、これをラバープレスによって内径φ16m
m、外径φ20mmの円筒状に成形した。これを1500℃×10
時間で焼成し多孔質空気電極基体とした。
Thereafter, this was crushed and crushed by a ball mill to obtain a powder having an average particle size of 1 μm, 20 wt% of cellulose was added and mixed, and this was pressed by a rubber press to have an inner diameter of 16 m.
It was molded into a cylindrical shape with m and an outer diameter of φ20 mm. This is 1500 ℃ × 10
The porous air electrode substrate was fired for a period of time.

【0047】この基体を、円筒状基体の軸方向に縦長に
幅5mmで溶射できるようマスキングして、実験1〜3の
各ランタンクロマイト溶射用原料を基体表面に厚さ150
μmで溶射した。その後、ランタンクロマイトの溶射膜
部のみマスキングし、その他の部分に固体電解質材料で
ある8mol %イットリア安定化ジルコニア(8YSZ )を
厚さ100 μm で溶射した。その後、この構造体を基体ご
と1500℃で5時間熱処理し、気密なランタンクロマイト
膜とYSZ 膜とを有する構造体を得た。この後固体電解膜
表面にNi/YSZ =4/6(重量比)のスラリーを塗布し
て1300℃で5時間焼成して燃料電極とし、燃料電池単電
池を作製した。
This substrate was masked so as to have a width of 5 mm in the lengthwise direction in the axial direction of the cylindrical substrate, and each of the lanthanum chromite thermal spraying raw materials of Experiments 1 to 3 had a thickness of 150 on the surface of the substrate.
Sprayed at μm. Thereafter, only the sprayed film portion of the lanthanum chromite was masked, and 8 mol% yttria-stabilized zirconia (8YSZ), which is a solid electrolyte material, was sprayed on the other portion at a thickness of 100 μm. Then, this structure was heat-treated together with the substrate at 1500 ° C. for 5 hours to obtain a structure having an airtight lanthanum chromite film and a YSZ film. After that, a slurry of Ni / YSZ = 4/6 (weight ratio) was applied to the surface of the solid electrolyte membrane and fired at 1300 ° C. for 5 hours to prepare a fuel electrode to prepare a fuel cell unit cell.

【0048】こうして作製したSOFCの空気電極側に空気
を流し、燃料電極側には室温で加湿した水素を流し、10
00℃で1000時間保持する耐久試験を行った。この耐久試
験後の燃料電池の外観を調べたところ、実験1〜3の溶
射用原料を用いて作製した酸化ランタンの存在しないラ
ンタンクロマイト膜をインターコネクターとして用いた
SOFCでは、試験前のものと差異は見られなかった。しか
し、酸化ランタンが析出している試料1-1 のランタンク
ロマイト膜をインターコネクターとしたSOFCでは、上記
試験後に、ランタンクロマイト膜が円筒状基体から剥離
していた。
Air was made to flow to the air electrode side of the SOFC thus manufactured, and hydrogen that had been humidified at room temperature was made to flow to the fuel electrode side,
An endurance test of holding at 00 ° C. for 1000 hours was performed. When the appearance of the fuel cell after this durability test was examined, a lanthanum chromite film containing no lanthanum oxide, which was produced using the thermal spraying raw materials of Experiments 1 to 3, was used as an interconnector.
SOFC showed no difference from the pre-test. However, in SOFC using the lanthanum chromite film of Sample 1-1, in which lanthanum oxide was deposited, as an interconnector, the lanthanum chromite film was peeled from the cylindrical substrate after the above test.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の溶射用原料
を用いて基体上に溶射し、この溶射膜を加熱処理するこ
とにより、酸化ランタンが存在せずかつ窒素ガス透過係
数が小さいランタンクロマイト膜を安定して製造でき
る。この結果、膜の特性からみると、電気抵抗の低い、
長期間安定なランタンクロマイト膜を作製できるように
なった。
As described above, lanthanum oxide free from lanthanum and having a small nitrogen gas permeation coefficient is obtained by subjecting the substrate to thermal spraying using the thermal spraying raw material of the present invention and subjecting this thermal sprayed film to heat treatment. A chromite film can be manufactured stably. As a result, in view of the characteristics of the film, the electric resistance is low,
It became possible to fabricate a lanthanum chromite film that was stable for a long period of time.

【0050】更に、このように緻密で電気抵抗の低いラ
ンタンクロマイト膜でSOFCのインターコネクターを
形成する事で、インターコネクターの抵抗を下げ、かつ
気密性を上げて、電池の抵抗を下げることができる。従
って、電池の出力を向上させることができる。
Further, by forming an SOFC interconnector with such a dense lanthanum chromite film having a low electric resistance, the resistance of the interconnector can be reduced and the airtightness can be increased to reduce the resistance of the battery. . Therefore, the output of the battery can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】円筒状SOFCを一端側から見た破断斜視図であ
る。
FIG. 1 is a cutaway perspective view of a cylindrical SOFC seen from one end side.

【図2】円筒状SOFCを一端側から見た破断斜視図であ
る。
FIG. 2 is a cutaway perspective view of a cylindrical SOFC seen from one end side.

【図3】窒素ガス透過係数の測定装置を示す模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic view showing a measuring device of a nitrogen gas permeation coefficient.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電極膜 2 固体電解質 3 空気電極膜 4 多孔質基体 6 インターコネクター 7 接続端子 13 空気電極基体 1 Fuel Electrode Membrane 2 Solid Electrolyte 3 Air Electrode Membrane 4 Porous Substrate 6 Interconnector 7 Connection Terminal 13 Air Electrode Substrate

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ランタンクロマイト造粒粒子からなる溶
射用原料であって、前記造粒粒子中に酸化クロム粒子が
分散していることを特徴とする、ランタンクロマイト溶
射用原料。
1. A lanthanum chromite thermal spraying raw material comprising lanthanum chromite granulated particles, wherein chromium oxide particles are dispersed in the granulated particles.
【請求項2】 比表面積が0.9m2/g 以下である、請求項
1記載のランタンクロマイト溶射用原料。
2. The raw material for lanthanum chromite thermal spraying according to claim 1, which has a specific surface area of 0.9 m 2 / g or less.
【請求項3】 前記造粒粒子のうち80vol %以上が、20
μm 〜110 μm の粒径を有する造粒粒子である、請求項
1記載のランタンクロマイト溶射用原料。
3. 80% by volume or more of the granulated particles are 20
The raw material for lanthanum chromite spraying according to claim 1, which is a granulated particle having a particle diameter of µm to 110 µm.
【請求項4】 請求項1記載のランタンクロマイト溶射
用原料から得た溶射膜を加熱処理することにより形成さ
れたランタンクロマイト膜をインターコネクターとして
備えることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
4. A solid oxide fuel cell comprising a lanthanum chromite film formed by heating a thermal sprayed film obtained from the lanthanum chromite thermal spraying raw material according to claim 1 as an interconnector.
【請求項5】 前記ランタンクロマイト膜中に酸化ラン
タンが存在しないことを特徴とする、請求項4記載の固
体電解質型燃料電池。
5. The solid oxide fuel cell according to claim 4, wherein lanthanum oxide is not present in the lanthanum chromite film.
【請求項6】 ランタンクロマイト粒子と酸化クロム粒
子が混在している粉末を造粒することによりランタンク
ロマイト造粒粒子中に酸化クロム粒子を分散させる、溶
射用原料粉末の製造方法。
6. A method for producing a raw material powder for thermal spraying, which comprises dispersing powders of lanthanum chromite in the lanthanum chromite granulated particles by granulating a powder in which lanthanum chromite particles and chromium oxide particles are mixed.
【請求項7】 スプレードライヤーによって前記造粒を
行うことを特徴とする、請求項6記載の溶射用原料粉末
の製造方法。
7. The method for producing a raw material powder for thermal spraying according to claim 6, wherein the granulation is performed with a spray dryer.
JP4302531A 1992-11-12 1992-11-12 Material for thermally spraying lanthanum chromite, solid electrolyte fuel cell, and production of thermally spraying powdery material Withdrawn JPH06144940A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310090A (en) * 2005-04-28 2006-11-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Solid electrolyte fuel cell and manufacturing method of the same

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JP2006310090A (en) * 2005-04-28 2006-11-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Solid electrolyte fuel cell and manufacturing method of the same

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