(57)【要約】  円筒型の固体酸化物型電池、特に燃料電池を製造する方法であって、ａ）特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分から形成された基材、又は、無灰に完全燃焼可能な材料から形成された基材を準備するステップと、ｂ）基材に電極アセンブリを被着させるステップと、ｃ）電極アセンブリを備える基材を射出成形金型のキャビティの中に挿入することにより、電極アセンブリで、中空円筒形の中空室を画定するステップと、ｄ）管形の中空室の中に射出成形成分を射出するステップと、ｅ）射出成形体を焼結させ、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分を、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料に変換させるか、又は、無灰に完全燃焼可能な材料を完全燃焼させるステップと、を有することを特徴とする、円筒型の固体酸化物型電池を製造する方法。
2016507880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒型の固体酸化物型電池（１０）、特に燃料電池を製造する方法であって、
ａ）特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分から形成された基材（１）、又は、無灰に完全燃焼可能な材料から形成された基材（１）を準備するステップと、
ｂ）前記基材（１）に電極アセンブリ（１１）を被着させるステップと、
ｃ）前記電極アセンブリ（１１）を備える前記基材（１１）を射出成形金型のキャビティの中に挿入することにより、前記電極アセンブリ（１１）で、中空円筒形の中空室を画定するステップと、
ｄ）管形の前記中空室の中に射出成形成分（１２）を射出するステップと、
ｅ）射出成形体（１１，１２）を焼結させ、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料（１）を形成する前記成分（１）を、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料に変換させるか、又は、前記無灰に完全燃焼可能な材料を完全燃焼させるステップと、
を有することを特徴とする、円筒型の固体酸化物型電池を製造する方法。
【請求項２】
前記ステップｅ）において、
前記射出成形成分（１２）と、前記電極アセンブリ（１１）と、場合によっては前記基材の前記成分（１）とを、共に焼結させる
ことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｂ）において、
前記基材に、前記電極アセンブリをスクリーン印刷によって印刷し、
特に、前記電極アセンブリは、負極層（１１ａ，１１ａ’）と、正極層（１１ｂ，１１ｂ’）と、前記負極層（１１ａ，１１ａ’）と前記正極層（１１ｂ，１１ｂ’）との間に形成された電解質層（１１ｃ，１１ｃ’）とからなる機能層システムアセンブリである
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｃ）において、
前記電極アセンブリを備える前記基材（１，１１）は、中空円筒形状を有するか又は中空円筒形状にされ、
特に、印刷が施された中空円筒形の前記基材（１，１１）の外側の周面又は内側の周面を、前記電極アセンブリ、特に機能層アセンブリ（１１）によって構成し、
前記電極アセンブリ（１１）によって構成された前記外側の周面又は内側の周面により、前記管形の中空室を画定する、
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
前記基材（１）は、注型されたシート又は押出成形されたスリーブ又は射出成形されたスリーブである
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する前記成分（１）は、不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分である
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
特に前記ステップａ）に基づく、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する前記成分（１）は、フォルステライト、アルミニウムマグネシウム・スピネル及び／又はドーピングされた二酸化ジルコニウム、特にフォルステライトを含むか、
又は、
前記無灰に完全燃焼可能な材料（１）は、元素の炭素形態、特にカーボンブラックと、天然ポリマー、特にセルロース及び／又はデンプンと、これらの組み合わせと、からなるグループから選択されており、
特に、前記無灰に完全燃焼可能な材料（１）は、カーボンブラック及び／又はデンプン及び／又はセルロースである
ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項記載の方法。
【請求項８】
前記ステップｄ）において、
特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分（１２）を使用する
ことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項記載の方法。
【請求項９】
前記ステップｄ）における前記射出成形成分（１２）は、フォルステライト、アルミニウムマグネシウム・スピネル及び／又はドーピングされた二酸化ジルコニウム、特にフォルステライトを含む
ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】
ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する前記成分（１）を、前記射出成形成分（１２）としても使用する
ことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項記載の方法によって製造された円筒型の固体酸化物型電池（１０）、特に燃料電池。
【請求項１２】
円筒型の固体酸化物型電池（１０）、特に燃料電池であって、
電極アセンブリ（１１）を含み、
前記電極アセンブリ（１１）は、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる第１壁（１２）と、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる第２壁（１）との間に配置されており、
特に、前記電極アセンブリ（１１）は、前記第１壁（１２）及び前記第２壁（１）に材料接続的に続いている
ことを特徴とする、円筒型の固体酸化物型電池。
【請求項１３】
前記電極アセンブリ（１１）は、負極層（１１ａ，１１ａ’）と、正極層（１１ｂ，１１ｂ’）と、前記負極層（１１ａ，１１ａ’）と前記正極層（１１ｂ，１１ｂ’）との間に形成された電解質層（１１ｃ，１１ｃ’）とからなる機能層システムアセンブリであり、
前記正極層（１１ｂ，１１ｂ’）又は前記負極層（１１ａ，１１ａ’）は、前記第１壁（１２）に隣接しており、
前記負極層（１１ａ，１１ａ’）又は前記正極層（１１ｂ，１１ｂ’）は、前記第２壁（１）に隣接しており、
特に、前記第１壁（１２）は、管形の支持体の一部であり、
特に、前記管形の支持体は、１つの中空円筒形の中間部分（１２）と、２つの端部部分（１３，１４）とを有し、
前記２つの端部部分の一方（１３）は、取り付け部分であり、
他方の前記端部部分（１４）は、前記中空円筒形の中間部分（１２）の一方の端部を閉鎖するキャップ部分であるか、又は、別の１つの取り付け部分であり、
前記中空円筒形の中間部分（１２）は、前記第１壁（１２）を含むか又は前記第１壁（１２）であり、
前記第２壁（１）は、中空円筒形状を有する
ことを特徴とする、請求項１２記載の円筒型の固体酸化物型電池。
【請求項１４】
前記第２壁（１）の壁厚さは、前記第１壁（１２）よりも薄い壁厚さを有する
ことを特徴とする、請求項１２又は１３記載の円筒型の固体酸化物型電池。
【請求項１５】
円筒型の固体酸化物型電池（１０）、特に請求項１１から１４のいずれか一項記載の円筒型の固体酸化物型電池（１０）の使用であって、
前記円筒型の固体酸化物型電池（１０）は、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる中空円筒形の部分（１２）を備える管形の支持体（１２，１３，１４）を有し、
前記管形の支持体（１２，１３，１４）の内面又は外面、特に内面には、電極アセンブリ（１１）、特に負極層（１１ａ，１１ａ’，１１ａ”）と、正極層（１１ｂ，１１ｂ’）と、前記負極層（１１ａ，１１ａ’）と前記正極層（１１ｂ，１１ｂ’）との間に形成された電解質層（１１ｃ，１１ｃ’）とからなる機能層システムアセンブリ（１１ａ，１１ａ’，１１ｂ，１１ｂ’，１１ｃ，１１ｃ’）が被着されており、
前記中空円筒形の部分（１２）は、前記管形の支持体（１２，１３，１４）の中空円筒形の中間部分であり、
前記管形の支持体（１２，１３，１４）は、２つの端部部分（１３，１４）をさらに有し、前記２つの端部部分の一方（１３）は、取り付け部分であり、
他方の前記端部部分（１４）は、前記中空円筒形の中間部分（１２）の一方の端部を閉鎖するキャップ部分であるか、又は、別の１つの取り付け部分であり、
特に、前記端部部分（１３，１４）は、特に不活性の、気密のセラミック材料から形成されている、
円筒型の固体酸化物型電池の使用において、
前記円筒型の固体酸化物型電池（１０）を、特に熱電併給設備における燃料電池として、電解質電池としてかつ／又は金属空気電池として、産業用の熱電併給のため、家庭用エネルギ供給のため、発電所での電流発生のためかつ／又は車両での電流発生のために使用する
ことを特徴とする、円筒型の固体酸化物型電池の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒型の固体酸化物型電池を製造する方法と、固体酸化物型電池と、固体酸化物型電池の使用と、固体酸化物型電池が装備されたエネルギシステムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック電池を備える固体酸化物型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cells, SOFC）は、高温型の燃料電池の一つである。固体酸化物型燃料電池は、６００℃〜１０００℃で動作し、約５０％という非常に高い電気効率を提供する。
【０００３】
固体酸化物型燃料電池は、主に２つの形態で発展しており、すなわち、１つは管（円筒型）として発展し、１つは平坦な膜（平面型）として発展している。
【０００４】
独国特許出願公開第１９８０１４４０号明細書は、高温型燃料電池用の電極・電解質・ユニットを製造する方法を記載している。
【０００５】
特開平９−１９９１３８号広報は、燃料電池用の電極を製造する方法を記載している。
【０００６】
欧州特許第１２３７０６５号明細書は、固体酸化物型燃料電池の製造方法を記載している。
【０００７】
本発明の対象は、円筒型の固体酸化物型電池を製造する方法である。
【０００８】
方法のステップａ）において、特に、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分から形成された基材、又は、無灰に完全燃焼可能な材料から形成された基材が準備される。
【０００９】
方法のステップｂ）において、特に、基材に電極アセンブリが被着される。
【００１０】
電極アセンブリを備える基材に、フィルム加飾成形によって、特にセラミック射出成形によって、例えば管形の（支持体）本体が射出成形される。
【００１１】
このことは例えば、方法のステップｃ）において、電極アセンブリを備える基材を射出成形金型のキャビティの中に挿入することにより、電極アセンブリを備える基材の電極アセンブリで、射出成形金型の中空室又はキャビティを画定することによって実施される。そして、方法のステップｄ）において、特に、中空室又はキャビティの中に射出成形成分が射出成形される。
【００１２】
方法のステップｃ）において、特に、電極アセンブリを備える基材を射出成形金型のキャビティの中に挿入することにより、電極アセンブリで、中空円筒形の中空室を画定することができる。その後、方法のステップｄ）において、中空円筒形の中空室の中に射出成形成分を射出することができる。
【００１３】
方法のステップｅ）において、特に、例えば方法のステップｄ）で形成された射出成形体が焼結され、ガス透過性に多孔質のセラミックの材料を形成する前記成分が、ガス透過性に多孔質のセラミックの材料に変換されるか、又は、前記無灰に完全燃焼可能な材料が完全燃焼される。
【００１４】
固体酸化物型電池は、例えば固体酸化物型燃料電池、固体酸化物型電解質電池及び／又は固体酸化物型金属空気電池とすることができる。特に、固体酸化物型燃料電池、固体酸化物型電解質電池及び／又は固体酸化物型金属空気電池を製造する方法は、例えば固体酸化物型燃料電池又は固体酸化物型電解質電池、例えば固体酸化物型燃料電池のために構成することができる。
【００１５】
本方法によって有利には、円筒型の固体酸化物型電池、特に内側に電極アセンブリを備える円筒型の固体酸化物型電池、例えば負極層と、正極層と、負極層と正極層との間に配置された電解質層とからなる機能層システムアセンブリを内側に備える円筒型の固体酸化物型電池を製造することが可能となる。ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分からなる基材を使用した場合にも、無灰に完全燃焼可能な材料から形成された基材を使用した場合にも、有利には製造工程数を削減すること、電極アセンブリの損傷、特に機能層システムアセンブリの損傷を回避すること、及び／又は、不良品率を低減することが可能となる。
【００１６】
特に、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分からなる基材を使用した場合にも、無灰に完全燃焼可能な材料から形成された基材を使用した場合にも、有利には離型工程を簡単化又は省略することが可能となる。そうして有利には電極アセンブリの損傷、特に機能層システムアセンブリの損傷を回避すること、及び／又は、不良品率を低減することが可能となる。
【００１７】
フィルム加飾成形の場合には、電極アセンブリ、特に機能層システムアセンブリを射出成形工程中に直接、射出成形成分からなる射出成形体又はグリーンボディに固着させることができるので、有利にはさらなる製造工程を省略することが可能となる。
【００１８】
基材を、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分から形成する場合には、焼結工程中に、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料が形成され、このガス透過性を有する多孔質のセラミック材料は、電極アセンブリ又は機能層システムに、例えば機能層システムの負極層又は正極層に材料接続的に続いており、そして、例えば水素／燃焼ガス又は空気のようなガスを通過させて電極アセンブリ又は機能層システムへと、例えば機能層システムの負極層又は正極層へと拡散させることが可能な、ガス透過性に多孔質の壁として残留する。基材は、十分なガス透過性を有する壁として電極アセンブリ上に、特に機能層システムアセンブリ上に残留するので、離型のための追加的な工程は省略され、望ましくない残渣は残らない。
【００１９】
基材を、無灰に完全燃焼可能な材料から形成する場合には、基材材料は、焼結工程中に無灰かつ無残渣に完全燃焼する。この場合には、電極アセンブリ又は機能層システム、例えば機能層システムの負極層又は正極層は露出されるので、例えば水素／燃焼ガス又は空気のようなガスは、阻害されることなく電極アセンブリ又は機能層システムへと、例えば機能層システムの負極層又は正極層へと拡散すること可能である。基材は、焼結中に無灰に完全燃焼するので、離型のための追加的な工程は省略され、望ましくない残渣は残らない。
【００２０】
本実施形態においては、特に方法のステップｂ）において、基材に電極アセンブリが印刷される。この印刷は、特にスクリーン印刷によって実施することができる。スクリーン印刷は、特に有利であることが判明している。特に、電極アセンブリは、負極層と、正極層と、負極層と正極層との間に形成された電解質層とから形成された機能層システムアセンブリとすることができる。従って、方法のステップｃ）において、特に印刷が施された基材を射出成形金型のキャビティの中に挿入することができる。
【００２１】
負極材料は、例えばニッケルを含み得る。正極材料は、例えば導電性酸化物を含み得る。負極材料及び／又は正極材料は、例えば多孔性に焼結する材料とすることができる。電解質材料は、例えばセラミック固体電解質とすることができ、特に酸素イオンを伝導する材料とすることができ、例えば希土類、特にスカンジウム、イットリウム及び／又はセリウムがドーピングされた二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）とすることができる。電解質材料は、特に気密に焼結することができる。
【００２２】
基材は、例えば管の形態のスリーブとすることができるか、又は、例えばリボン又はいわゆるテープの形態のシートとすることができる。基材は、特にグリーンボディスリーブ又はグリーンシートとすることができる。
【００２３】
スリーブには、特に曲面スクリーン印刷によって印刷を施すことができる。スリーブは、有利には追加的な成形加工処理をせずに使用することができ、及び／又は、射出成形金型コアに又はキャビティの内壁に直接に位置決め可能である。スリーブを使用する場合にはさらに、場合によっては形状安定化処理を省略することが可能である。
【００２４】
スリーブを使用する場合には、場合によっては射出成形金型コアを省略することさえ可能であり、又は、射出成形金型及び／又は射出成形金型コア又はその取り扱いを簡単化することが可能である。
【００２５】
基材は、特に押出成形されたスリーブ又は射出成形されたスリーブとすることができる。
【００２６】
シート、特に平面のシートには、有利には平面スクリーン印刷によって非常に良好に印刷を施すことができる。このようにして本方法を有利に簡単化することができる。これに加えてシートは、平面から例えば曲面の射出成形金型コアへと、又は例えば曲面の支持体スリーブへと移動させる際に良好に持ち運ぶことが可能である。例えば射出成形金型コアへの又は射出成形金型キャビティの内壁への移動、支持体スリーブへの移動、例えば射出成形金型コアでの又は射出成形金型キャビティの内壁での位置決め、支持体スリーブでの位置決め、及び／又は、成形加工処理は、有利には真空を利用することによって、例えば真空技術を用いて、非常に簡単に実現することができる。
【００２７】
基材は、特に注型されたシートとすることができる。
【００２８】
別の１つの実施形態においては、特に方法のステップｅ）において、射出成形成分と、電極アセンブリ、特に機能層システムアセンブリと、場合によっては基材の成分とが焼結され、特に共に焼結される。従って有利にはさらなる工程を回避することができる。特に方法のステップｅ）におけるこの焼結は、唯１回の焼結ステップで実施することができる。焼結時には電極アセンブリ、特に機能層システムアセンブリを、射出成形成分及び場合によっては基材の成分に、特に材料接続的に続かせることができる。特に方法のステップｅ）におけるこの焼結は、例えば１０００℃又は１１００℃より高く、１３００℃又は１２００℃より低い範囲の温度で実施することができる。
【００２９】
別の１つの実施形態においては、特に方法のステップｃ）において、電極アセンブリを備える基材、特に電極アセンブリが印刷された基材が、中空円筒形状を有するか又は中空円筒形状にされる。このことは、シートの場合には真空によって、特に真空技術によって実施することができる、及び／又は、シートを支持体スリーブに被着させることによって実施することができる。電極アセンブリを備える、特に印刷された中空円筒形状の基材の外側の周面又は内側の周面を、電極アセンブリ、特に機能層アセンブリによって構成することができる。電極アセンブリ、特に機能層アセンブリによって構成された外側の周面又は内側の周面により、特に中空円筒形の中空室を画定することができる。
【００３０】
別の１つの実施形態においては、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分は、不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分である。
【００３１】
不活性という用語は特に、材料が電極又は電解質として使用されないということであると理解することができる。固体酸化物型電池は、例えば、不活性の支持体を備える固体酸化物型電池と呼ぶことができる。
【００３２】
特に方法のステップａ）における、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分として、基本的に全てのセラミック材料、特に不活性のセラミック材料が適しており、このようなセラミック材料からは、特にスリーブ又はシートのような基材を製造することができ、かつ、造孔剤を用いて焼結によって高多孔質の材料にすることができる。特に方法のステップａ）における、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分は、マグネシウムシリケート、特にフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）と、スピネル、例えばＭｇＡｌ２Ｏ４のようなアルミニウムマグネシウム・スピネルと、ドーピングされた二酸化ジルコニウム、例えば３重量％未満ドーピングされた二酸化ジルコニウムと、ドーピングされていない二酸化ジルコニウムと、酸化アルミニウムと、酸化アルミニウム・酸化ジルコニウム・混合物と、酸化ジルコニウム・ガラス・混合物と、酸化亜鉛と、これらの混合物と、からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み得る。
【００３３】
別の１つの実施形態においては、特に方法のステップａ）における、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分は、フォルステライト、アルミニウムマグネシウム・スピネル（ＡｌＭｇスピネル）及び／又はドーピングされた二酸化ジルコニウムを含む。特に方法のステップａ）における、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分は、特にフォルステライトを含み得る。
【００３４】
フォルステライトは、実質的に一般分子式Ｍｇ２ＳｉＯ４をベースにしている。フォルステライトは、有利には電気的にもイオン的にも高絶縁性であり、例えば２０℃では電気抵抗率１０１１Ω・ｍを有し、６００℃では電気抵抗率１０５Ω・ｍを有し得る。従って有利には、電気的及びイオン的な短絡を回避することができ、１つ又は複数の追加的な絶縁層を省略することができる。フォルステライトのさらなる利点は、フォルステライトの焼結挙動及び熱膨張係数である。つまりフォルステライトは、有利な収縮特性と、有利な収縮動力学とを有し得る。さらに、フォルステライトの熱膨張係数は、機能層システムの材料の熱膨張係数と実質的に一致することができ、約１０〜１１・１０−６Ｋ−１とすることができる。このことは、円筒型の（支持体）本体と電極アセンブリとを、特に機能層システムアセンブリとを同時に焼結（共焼結）するために有利に作用する。さらに、フォルステライトは、タルクや酸化マグネシウムのような安価な原材料から反応焼結によって得ることができ、このことは製造時のコスト削減に一層役立つ。
【００３５】
さらに、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分は、少なくとも１つの造孔剤を含み得る。例えば造孔剤として、熱処理中に、例えば焼結中に、分解、蒸発及び／又は溶解する化合物を使用することができる。造孔剤として、例えば有機造孔剤が適している。有機造孔剤は、熱処理中に例えば射出成形法による成形後に完全燃焼することができ、例えば浸透性の空洞を残すことができる。
【００３６】
特に方法のステップａ）における、無灰に完全燃焼可能な材料は、元素の炭素形態、特にカーボンブラックと、ポリマー、特にセルロース及び／又はデンプンのような天然ポリマーと、これらの組み合わせと、からなるグループから選択することができる。特に、無灰に完全燃焼可能な材料は、カーボンブラック及び／又はセルロース及び／又はデンプンとすることができるか又はこれらを含み得る。
【００３７】
別の１つの実施形態においては、特に方法のステップｄ）において、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分が使用される。特に、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分は、不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分とすることができる。
【００３８】
特に方法のステップｅ）における焼結時に、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分も、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料に変換させることができる。
【００３９】
特に方法のステップｄ）における、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分として、基本的に全てのセラミック材料、特に不活性のセラミック材料が適しており、このようなセラミック材料からは、特にスリーブ又はシートのような基材を製造することができ、かつ、造孔剤を用いて焼結によって高多孔質の材料にすることができる。特に方法のステップｄ）における、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分は、マグネシウムシリケート、特にフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）と、スピネル、例えばＭｇＡｌ２Ｏ４のようなアルミニウムマグネシウム・スピネルと、ドーピングされた二酸化ジルコニウム、例えば３重量％未満ドーピングされた二酸化ジルコニウムと、ドーピングされていない二酸化ジルコニウムと、酸化アルミニウムと、酸化アルミニウム・酸化ジルコニウム・混合物と、酸化ジルコニウム・ガラス・混合物と、酸化亜鉛と、これらの混合物と、からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み得る。
【００４０】
別の１つの実施形態においては、特に方法のステップｄ）における、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分は、フォルステライト、アルミニウムマグネシウム・スピネル（ＡｌＭｇスピネル）及び／又はドーピングされた二酸化ジルコニウムを含む。ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分は、特にフォルステライトを含み得る。
【００４１】
さらに、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分は、少なくとも１つの造孔剤を含み得る。
【００４２】
別の１つの実施形態においては、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分が、射出成形成分としても使用される。例えば、特に方法のステップａ）における、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分は、特に方法のステップｄ）における、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分と同じ成分とすることができる。
【００４３】
射出成形金型は、特に、キャビティの中に挿入可能な射出成形金型コアを有することができる。射出成形金型コアをキャビティの中に挿入することによって、射出成形金型コアとキャビティの内壁との間に、特に実質的に管形の中空室を形成することができる。実質的にというのは、この管形の中空室が中空円筒形の中空室（部分）を含み、それに加えてさらに、１つの取り付け部分と１つのキャップ部分とを形成するための、又は、２つの取り付け部分を形成するための、別の形状の中空室部分、特に中空室端部部分を有するということであると理解することができる。
【００４４】
電極アセンブリ、特に機能層システムアセンブリを備える基材は、射出成形金型コアに又はキャビティの内壁に被着させることができる。
【００４５】
電極アセンブリ、特に機能層システムアセンブリを備える基材を射出成形金型コアに被着させることによって、内側に電極アセンブリ、特に機能層システムアセンブリが被着された管形の支持体を有する電池を製造することができる。
【００４６】
電極アセンブリ、特に機能層システムアセンブリを備える基材をキャビティの内壁に被着させることによって、外側に電極アセンブリ、特に機能層システムアセンブリが被着された管形の支持体を有する電池を製造することができる。
【００４７】
機能層システムアセンブリを備える基材を使用する場合であって、当該基材に負極層が被着されており、負極層に電界質層が被着されており、電界質層に正極層が被着されている場合には、特に正極層により、特に方法のステップｃ）及び／又はｄ）における、例えば中空円筒形の中空室を画定することができる。
【００４８】
機能層システムアセンブリを備えるこのような基材を射出成形金型コアに被着させた場合には、内側に機能層システムアセンブリが被着された管形の支持体を有する電池を製造することができ、この機能層システムアセンブリにおいては、負極層が内側の層となり、正極層が外側の層となる。特に、管形の支持体には正極層を、特に材料接続的に続かせることができ、基材には負極層を、特に材料接続的に少なくとも一時的に続かせることができる。基材が無灰に完全燃焼する場合には、これにより負極層を露出させることができる。
【００４９】
機能層システムアセンブリを備えるこのような基材をキャビティの内壁に被着させた場合には、外側に機能層システムアセンブリが被着された管形の支持体を有する電池を製造することができ、この機能層システムアセンブリにおいては、正極層が内側の層となり、負極層が外側の層となる。特に、管形の支持体には正極層を、特に材料接続的に続かせることができ、基材には負極層を、特に材料接続的に少なくとも一時的に続かせることができる。基材が無灰に完全燃焼する場合には、これにより負極層を露出させることができる。
【００５０】
機能層システムアセンブリを備える基材を使用する場合であって、当該基材に正極層が被着されており、正極層に電界質層が被着されており、電界質層に負極層が被着されている場合には、特に負極層により、特に方法のステップｃ）及び／又はｄ）における、例えば管形の中空室を画定することができる。
【００５１】
機能層システムアセンブリを備えるこのような基材を射出成形金型コアに被着させた場合には、内側に機能層システムアセンブリが被着された管形の支持体を有する電池を製造することができ、この機能層システムアセンブリにおいては、正極層が内側の層となり、負極層が外側の層となる。特に、管形の支持体には負極層を、特に材料接続的に続かせることができ、基材には正極層を、特に材料接続的に少なくとも一時的に続かせることができる。基材が無灰に完全燃焼する場合には、これにより正極層を露出させることができる。
【００５２】
機能層システムアセンブリを備えるこのような基材をキャビティの内壁に被着させた場合には、外側に機能層システムアセンブリが被着された管形の支持体を有する電池を製造することができ、この機能層システムアセンブリにおいては、負極層が内側の層となり、正極層が外側の層となり、この場合、管形の支持体には負極層が、特に材料接続的に続いている。特に、管形の支持体には負極層を、特に材料接続的に続かせることができ、基材には正極層を、特に材料接続的に少なくとも一時的に続かせることができる。基材が無灰に完全燃焼する場合には、これにより正極層を露出させることができる。
【００５３】
本方法はさらに、少なくとも１つの別の方法のステップｄ１）、すなわち、別の射出成形成分を射出するステップｄ１）を有することができる。この別の射出成形成分は、特に不活性の、気密のセラミック材料を形成するために構成することができる。
【００５４】
特に方法のステップｅ）における焼結時に、特に方法のステップｄ１）における、特に不活性の、気密のセラミック材料を形成する別の射出成形成分も、特に不活性の、気密のセラミック材料に変換させることができる。
【００５５】
特に方法のステップｄ１）における、気密のセラミック材料を形成する別の射出成形成分として、基本的には全てのセラミック材料、特に不活性のセラミック材料が適しており、このようなセラミック材料からは、特にスリーブ又はシートのような基材を製造することができ、かつ、焼結によって気密の材料にすることができる。特に方法のステップｄ１）における、気密のセラミック材料を形成する別の射出成形成分も、マグネシウムシリケート、特にフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）と、スピネル、例えばＭｇＡｌ２Ｏ４のようなアルミニウムマグネシウム・スピネルと、ドーピングされた二酸化ジルコニウム、例えば３重量％未満ドーピングされた二酸化ジルコニウムと、ドーピングされていない二酸化ジルコニウムと、酸化アルミニウムと、酸化アルミニウム・酸化ジルコニウム・混合物と、酸化ジルコニウム・ガラス・混合物と、酸化亜鉛と、これらの混合物と、からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み得る。
【００５６】
別の１つの実施形態においては、特に方法のステップｄ１）における、気密のセラミック材料を形成する別の射出成形成分は、フォルステライト、アルミニウムマグネシウム・スピネル（ＡｌＭｇスピネル）及び／又はドーピングされた二酸化ジルコニウムを含む。気密のセラミック材料を形成する別の射出成形成分は、特にフォルステライトを含み得る。
【００５７】
特に方法のステップｄ１）における別の射出成形成分は、特に方法のステップａ）における成分、及び／又は、特に方法のステップｄ）における射出成形成分とは、造孔剤が用いられていないという点で異なっている。
【００５８】
射出成形金型は特に、当該射出成形金型の内部で管形の中空室が形成され得るように構成することができ、この管形の中空室は、１つの取り付け部分と１つのキャップ部分とを形成するための、又は、２つの取り付け部分を形成するための、２つの中空室端部部分と、１つの中空円筒形の中空室とを有する。
【００５９】
気密のセラミック材料を形成する別の射出成形成分は、特に方法のステップｄ１）において、１つ又は２つの中空室端部部分に射出することができる。
【００６０】
このようにして全体として、特に中空円筒形のガス透過性に多孔質の領域を備える管形の支持体（円筒）を有する、有利には円筒型の固体酸化物型電池、例えば円筒型の高温型燃料電池（円筒型ＳＯＦＣ）を製造することができ、この管形の支持体の内側又は場合によっては外側には、多孔質の領域の高さまで機能層を配置することができる。この場合、管形の支持体（円筒）は、機能層のための電気化学的に不活性の支持体として機能する。このような構造の利点は、こうすることによって非常に薄い層アセンブリを実現できることにあり、これによって機能層の材料が節約（コスト、ランタン化合物が使用可）されるのみならず、特に電気出力も増加する。
【００６１】
シートの形態の基材を使用する場合には、基材を電極アセンブリ、特に機能層アセンブリと共に支持体スリーブに被着させ、この支持体スリーブ自体を射出成形金型コアに被着させることができる。
【００６２】
ここで、さらなる利点及び技術的特徴に関しては、本発明の固体酸化物型電池、本発明の使用、本発明のエネルギシステムに関する説明と、図面及び図面に関連する記載とを参照されたい。
【００６３】
本発明の別の１つの対象は、本発明の方法によって製造された、円筒型の固体酸化物型電池である。固体酸化物型電池は、特に固体酸化物型燃料電池、固体酸化物型電解質電池及び／又は固体酸化物型金属空気電池とすることができる。
【００６４】
ここで、さらなる利点及び技術的特徴に関しては、本発明の方法、本発明の固体酸化物型電池、本発明の使用、本発明のエネルギシステムに関する説明と、図面及び図面に関連する記載とを明示的に参照されたい。
【００６５】
本発明の別の１つの対象は、円筒型の固体酸化物型電池である。
【００６６】
固体酸化物型電池は、特に固体酸化物型燃料電池、固体酸化物型電解質電池及び／又は固体酸化物型金属空気電池とすることができる。
【００６７】
円筒型の固体酸化物型電池は、特に電極アセンブリを含むことができ、この電極アセンブリは、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる第１壁と、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる第２壁との間に配置されている。特に電極アセンブリは、第１壁及び第２壁に材料接続的に続かせることができる。
【００６８】
１つの実施形態においては、電極アセンブリは、負極層と、正極層と、負極層と正極層との間に形成された電解質層とからなる機能層システムアセンブリである。１つの実施形態においては、第１壁には正極層が、特に材料接続的に続いており、第２壁には負極層が、特に材料接続的に続いている。別の１つの実施形態においては、第１壁には負極層が、特に材料接続的に続いており、第２壁には正極層が、特に材料接続的に続いている。例えば電極アセンブリは、第１壁及び第２壁に全面的に続かせることができる。例えば、第１壁には正極層を、特に材料接続的に全面的に続かせて、第２壁には負極層を、特に材料接続的に全面的に続かせることができるか、又はその逆に、第１壁に負極層を、特に材料接続的に全面的に続かせて、第２壁に正極層を、特に材料接続的に全面的に続かせることができる。
【００６９】
別の１つの実施形態においては、第１壁は、管形の支持体の一部分である。管形の支持体は、特に１つの中空円筒形の中間部分と、２つの端部部分とを有することができ、この２つの端部部分の一方は、特に電池を取り付けるための取り付け部分又は底部部分であり、他方の端部部分は、中空円筒形の中間部分の一方の端部を閉鎖するキャップ部分であるか、又は、特に電池を取り付けるための別の１つの取り付け部分又は底部部分である。特に中空円筒形の中間部分は、第１壁を含むか又は第１壁を構成することができる。
【００７０】
閉鎖された端部を有する実施形態の場合には、有利には未使用のガス、特に未使用の燃焼ガスをガス循環路、特に燃焼ガス循環路へと再循環させることができ、これによって有利には電気効率の向上が可能である。
【００７１】
第１壁又は中空円筒形の中間部分は、特に本発明の方法のステップｄ）における、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分から構成することができる又はガス透過性の多孔質とすることができる。
【００７２】
端部部分は、特に本発明の方法のステップｄ１）における気密のセラミック材料から構成することができる又は気密とすることができる。
【００７３】
第２壁は、中空円筒形状を有することができる。第２壁は、特に本発明の方法において使用される基材によって構成することができる又はガス透過性の多孔質とすることができる。
【００７４】
別の１つの実施形態においては、第２壁の壁厚さは、第１壁よりも薄い壁厚さを有する。第２壁の壁厚さは、特に第１壁の壁厚さの７５％未満、例えば５０％未満、例えば２５％未満とすることができる。
【００７５】
ここで、さらなる利点及び技術的特徴に関しては、本発明の方法、本発明の固体酸化物型電池、本発明の使用、本発明のエネルギシステムに関する説明と、図面及び図面に関連する記載とを明示的に参照されたい。
【００７６】
本発明はさらに、円筒型の固体酸化物型電池、特に本発明の円筒型の固体酸化物型電池を、例えば（マイクロ）熱電併給設備における燃料電池として、電解質電池として及び／又は金属空気電池として、産業用の熱電併給（ＣＨＰ）のため、家庭用エネルギ供給のため、発電所での電流発生のため及び／又は車両での電流発生のために使用する、使用に関する。
【００７７】
特に円筒型の固体酸化物型電池は、例えばフォルステライトのような、特に不活性の、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる中空円筒形の部分を有する管形の支持体を有することができ、この支持体の内面又は外面、特に内面には、電極アセンブリが被着されており、特に負極層と、正極層と、負極層と正極層との間に形成された電解質層とからなる機能層システムアセンブリが被着されている。例えば、中空円筒形の部分は、管形の支持体の中空円筒形の中間部分とすることができる。管形の支持体は、特に１つの中空円筒形の中間部分と、２つの端部部分とを有することができる。この２つの端部部分の一方は、特に電池を取り付けるための取り付け部分又は底部部分とすることができ、他方の端部部分は、中空円筒形の中間部分の一方の端部を閉鎖するキャップ部分であるか、又は、特に電池を取り付けるための別の１つの取り付け部分又は底部部分とすることができる。
【００７８】
端部部分は、例えばフォルステライトのような、特に不活性の、気密のセラミック材料から形成することができる。ここで、管形の支持体の中空円筒形の（中間）部分には正極層を、特に材料接続的に続かせることができる。この場合には負極層を露出させることができるか、又は、ガス透過性に多孔質の材料からなる基材又は壁に材料接続的に続かせることができる。又は、管形の支持体の中空円筒形の（中間）部分に負極層を、特に材料接続的に続かせることができ、この場合には特に正極層を露出させることができるか、又は、ガス透過性に多孔質の材料からなる基材又は壁に材料接続的に続かせることができる。
【００７９】
ここで、さらなる利点及び技術的特徴に関しては、本発明の方法、本発明の固体酸化物型電池、本発明のエネルギシステムに関する説明と、図面及び図面に関連する記載とを明示的に参照されたい。
【００８０】
本発明はさらに、少なくとも１つの本発明の電池、少なくとも１つの本発明によって製造された電池又は少なくとも１つの本発明によって使用される電池を含むエネルギシステム、例えば太陽光発電設備のための、風力発電設備のための、バイオガス設備のための、住宅又は商業施設のための、工業設備のための、発電所のための、又は、車両のための、エネルギ蓄積及び／又は変換設備、（マイクロ）熱電併給設備、又は、熱電併給エネルギ蓄積及び／又は変換設備のようなエネルギシステムに関する。（マイクロ）熱電併給設備とは、特に、エネルギ担体から電流と熱とを同時に形成する設備であると理解することができる。
【００８１】
ここで、さらなる利点及び技術的特徴に関しては、本発明の方法、本発明の固体酸化物型電池、本発明の使用に関する説明と、図面及び図面に関連する記載とを明示的に参照されたい。
【００８２】
本発明の対象のさらなる利点及び有利な実施形態を図面に示し、以下の記載において説明する。但し、これらの図面は単なる説明のためのものであり、如何なる形態においても本発明を制限することを想定したものではないことに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分からなる基材によって製造された、本発明の円筒型の固体酸化物型電池の１つの実施形態の概略断面図である。
【図２】焼結工程中に無灰に完全燃焼可能な材料が完全燃焼する前における、無灰に完全燃焼可能な材料からなる基材によって製造された、本発明の円筒型の固体酸化物型電池の１つの実施形態の概略断面図である。
【００８４】
図１及び図２は、円筒型の固体酸化物型電池１０、例えば固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を図示している。固体酸化物型電池１０は、機能層システムアセンブリ１１ａ，１１ａ’，１１ｂ，１１ｂ’，１１ｃ，１１ｃ’の形態の電極アセンブリ１１を有する。電極アセンブリ１１は、負極層１１ａ，１１ａ’と、正極層１１ｂ，１１ｂ’と、負極層１１ａ，１１ａ’と正極層１１ｂ，１１ｂ’との間に形成された電解質層１１ｃ，１１ｃ’とを含む。負極層１１ａ，１１ａ’は、複数の負極領域１１ａを含み、これらの負極領域１１ａは、電気絶縁性かつイオン絶縁性の領域１１ａ’を介して相互に離隔されている。正極層１１ｂ，１１ｂ’は、複数の正極領域１１ｂを含み、これらの正極領域１１ｂも、電気絶縁性かつイオン絶縁性の領域１１ｂ’を介して相互に離隔されている。電解質層１１ｃ，１１ｃ’は、複数の電解質領域１１ｃを含み、これらの電解質領域１１ｃは、導電性かつイオン絶縁性の領域１１ｃ’（インターコネクタ領域）を介して相互に離隔されている。
【００８５】
図１及び図２はさらに、負極領域１１ａと、正極領域１１ｂと、電解質領域１１ｃとが相互にずらされて構成されている様子を図示している。ここではそれぞれ、或る１つの負極・電解質・正極・ユニット１１ａ，１１ｃ，１１ｂの負極領域１１ａが、電解質層１１ｃ、１１ｃ’の導電性かつイオン絶縁性の領域１１ｃ’を介して、隣接する別の１つの負極・電解質・正極・ユニット１１ａ，１１ｃ，１１ｂの正極領域１１ｂに導電的に接続されている。このようにして、直システム接続された複数の負極・電解質・正極・ユニット１１ａ，１１ｃ，１１ｂからなる各ストランドが形成される（左側及び右側を参照）。図示した断面平面の外側においては、これらのストランド（左側及び右側）同士を、電気絶縁性かつイオン絶縁性の１つ又は複数の領域を介して相互に離隔させることができる。
【００８６】
図１及び図２はさらに、２つの異なるストランドの各負極・電解質・正極・ユニット１１ａ，１１ｃ，１１ｂの各負極領域１１ａが、負極材料からなる１つのリング導体１１ａ”を介して相互に接続されることにより、これらのストランド（左側及び右側）同士が相互に導電的に接続されている様子を図示している。
【００８７】
図１及び図２の矢印Ｏ２は、酸素イオンがそれぞれ正極領域１１ｂの１つから電解質領域１１ｃを通って負極領域１１ａの１つへと到達し得る様子を図示している。図１及び図２の矢印ｅ−は、電流が、一方のストランドを通ってリング導体１１ａ”へと流れ、そしてこのリング導体１１ａ”と他方のストランドとを通って帰還することができるように、複数のインターコネクタ領域１１ｃ’と１つのリング導体１１ａ”とによって、複数の負極・電解質・正極・ユニット１１ａ，１１ｃ，１１ｂを直システム接続させることができる様子を図示している。このようにして有利には、電気的な配線を電池の片側において実施することができる。図１及び図２は、電流が、負極材料１１ａ及び／又は正極材料１１ｂ及び／又はインターコネクタ材料１１ｃ’を通って導かれ得る様子を図示している。
【００８８】
図１及び図２はさらに、機能層システム１１ａ，１１ａ’，１１ｂ，１１ｂ’，１１ｃ，１１ｃ’が、管形の支持体の中空円筒形の部分１２の内側に被着されている様子を図示している。中空円筒形の部分１２には正極層１１ｂ，１１ｂ’が当接しており、この中空円筒形の部分１２は、不活性のガス透過性に多孔質の材料から形成されている。
【００８９】
図１及び図２は、管形の支持体の一方の端部部分が、取り付け部分又は底部部分１３として構成されており、他方の端部部分が、中空円筒形の中間部分１２を閉鎖するキャップ部分１４として構成されている様子を図示している。
【００９０】
これら２つの端部部分１３，１４は、場合によって不活性の、気密のセラミック材料から形成されている。
【００９１】
図１は、本発明の方法の１つの実施形態を図示しており、本実施形態においては、不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分からなる基材１に電極アセンブリ１１を被着させ、不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分１２によってフィルム加飾成形（film back molding）し、両成分１，１２を、焼結によって不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料に変換させることにより電池を形成する。その結果、この形成された不活性のガス透過性に多孔質のセラミック基材１は、電極アセンブリ１１上に残留する。図１は、不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる射出成形成分１２から形成された第１壁１２と、不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる基材１によって形成された第２壁１との間に、電極アセンブリ１１が配置されている様子を図示している。電極アセンブリ１１は、第１壁１２と第２壁１とに、材料接続的に続いている。特に、第１壁１２には正極層１１ｂ，１１ｂ’が接触しており、第２壁１には負極層１１ａ，１１ａ’が接触しているか、又は、その逆も可能である。図１は、第２壁１の壁厚さを、第１壁１２の壁厚さよりも格段に薄くすることができる様子を図示している。
【００９２】
以下、不活性の多孔質の支持体材料１を用いた実施形態をより詳細に説明する。本実施形態においては特に、十分な多孔性を有する層として、例えば内壁１としてチューブ１２内に残留可能な基材１に、電極アセンブリ１１が印刷される。このことは特に、テープ形又は管形の不活性の多孔質の支持体材料１に、スクリーン印刷技術を施すことによって実施することができる。このようにして有利には、特に、内側に電極を備える円筒型の固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を製造することができる。
【００９３】
本実施例においては特に、例えばフォルステライト、ＡｌＭｇスピネル又はドーピングされたＺｒＯ２のようなチューブ１２のための壁材料から、例えばテープ形の注型されたシート、特にグリーンシートを製造することができるか、又は、押出成形されたスリーブ又は管１を製造することができる。このシート（グリーンシート、テープ）又はスリーブ（管）１には、スクリーン印刷技術によって機能層１１ａ，１１ａ’，１１ｂ，１１ｂ’，１１ｃ，１１ｃ’を印刷することができる。機能層アセンブリ１１ａ，１１ａ’，１１ｂ，１１ｂ’，１１ｃ，１１ｃ’は、フィルム加飾成形によって射出工程中に直接、例えばフォルステライト製のグリーンボディ１２に固着させることができ、これによって有利には、製造工程数を削減することができる。焼結工程中に、シート（テープ）又はスリーブ（管）１の不活性の多孔質の材料は、機能層アセンブリ１１ａ，１１ａ’，１１ｂ，１１ｂ’，１１ｃ，１１ｃ’に、特に負極１１ａに材料接続的に結合し、そして、例えば水素を通過させて負極１１ａへと拡散させることが可能な内壁１として残留する。
【００９４】
上記方法は一般的に、例えばＡｌＭｇスピネルやドーピングされたＺｒＯ２等のような全ての不活性材料に対して転用することができる。これらの材料からは、シート（テープ）又はスリーブ（押出成形された管）１を製造することができ、造孔剤によって焼結後に高多孔質の材料にすることができる。
【００９５】
機能層アセンブリ１１のための基材材料として不活性材料からなるグリーンシート１を使用することの利点は、グリーンシート１が、平面印刷によって非常に良好に印刷可能であること、及び、例えば平面から曲面の射出成形金型コア、例えばＣＩＭコア（CIM, Ceramic Injection Moulding：セラミック射出成形法）へと移動させる際にも、良好に取り扱い可能であるということにある。射出成形金型コア、例えばＣＩＭコアへの位置決めは、真空によって非常に簡単に実施することができる。シート（テープ）１は高多孔質の内側層としてチューブ１２内に残留するので、離型のための追加的な工程を省略することができ、離型工程による機能層アセンブリの損傷の危険性を格段に低減することができる。さらには、望ましくない残渣を回避することができる。
【００９６】
シート（テープ）１を用いる他にも、例えばフォルステライト又はＡｌＭｇスピネル又はドーピングされたＺｒＯ２等のような不活性のセラミックから、スリーブ（管）１を押出成形することも可能である。スリーブ（管）１には曲面印刷によって直接に印刷を施すことができ、特にスリーブ（管）１は、例えばＣＩＭコアのような射出成形金型コアに直接に位置決め可能であるという利点を有する。この場合にもスリーブ１は、内壁１としてチューブ１２内に残留することができる。そうして例えば水素のようなガスが、多孔質の内壁１を通過して例えば負極１１ａへと拡散し得る。
【００９７】
このようにして有利には、内側に電極アセンブリ１１を備える円筒型のＳＯＦＣ電池を製造することができる。この電極アセンブリ１１は、特にスクリーン印刷によって、上に挙げた不活性材料からなるグリーンシート１に、又は、上に挙げた不活性材料からなる押出成形されたスリーブ１に印刷することができる。電極アセンブリ１１が被着されたスリーブ１又は射出成形コアを、射出成形金型、特にＣＩＭ金型の中へと挿入することにより、インサート成形することができる。シート（テープ）又はスリーブ（管）１は、射出成形工程後、チューブ１２内に残留することができる。焼結工程中に、シート（テープ）又はスリーブ（管）内に存在している造孔剤を完全燃焼させることができ、例えば水素を通過させて負極１１ａへと到達させることが可能な、不活性の多孔質の層を、チューブ１２の内部に残留させることができる。
【００９８】
この着想によれば特に、電極アセンブリ１１と多孔質のチューブ１２とを例えば１１００℃〜１３００℃の温度で共に焼結させる、唯１回の焼結工程を実施することができる。
【００９９】
セラミックの管１２には正極１１ｂを、特に材料接続的に続かせることができ、焼結工程後も十分な多孔性を維持することが可能である。負極１１ａは、内側に設けられる不活性の多孔質の層１又は管に、特に材料接続的に続かせることができる。
【０１００】
特に、機能層アセンブリ１１のための基材１として、例えばフォルステライトをベースにした不活性の多孔質のグリーンシート又は押出成形されたスリーブを使用することができ、このグリーンシート又は押出成形されたスリーブ１に、曲面スクリーン印刷によって電極アセンブリ１１が印刷される。チューブ１２は、例えばフォルステライトのような不活性の多孔質の材料からなる、フィルム加飾成形によって製造された、いわゆるＣＩＭ（セラミック射出成形）されたチューブとすることができる。
【０１０１】
図２は、本発明の方法の１つの実施形態を図示しており、本実施形態においては、無灰に完全燃焼可能な材料からなる基材１に電極アセンブリ１１を被着させ、不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分１２によってフィルム加飾成形し、当該成分１２を、焼結によって不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料へと変換させることにより電池を形成する。基材１は、焼結前であれば電極アセンブリ１１を覆うことが可能である。しかしながら本実施形態においては、基材は焼結によって完全に除去されるので、電極アセンブリ１１、特に負極層１１ａ，１１ａ”の内側は露出される（図２には図示せず）。
【０１０２】
以下、無灰に完全燃焼可能な支持体材料１を用いた実施形態をより詳細に説明する。本実施形態においては特に、焼結工程中に無灰かつ無残渣に完全燃焼する基材１に、電極アセンブリ１１が印刷される。このことは特に、テープ形又は管形の無灰に完全燃焼可能な支持体材料１に、スクリーン印刷技術を施すことによって実施することができる。このようにして有利には、特に、内側に電極アセンブリ１１ａを備える円筒型の固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を製造することができる。
【０１０３】
本実施形態においては特に、例えばカーボンブラック及び／又はセルロース及び／又はデンプンのような無灰に完全燃焼可能な材料から、支持体シート又は押出成形された管１を製造することができる。このシート又は管１には、例えばスクリーン印刷技術によって機能層１１ａ，１１ａ’，１１ｂ，１１ｂ’，１１ｃ，１１ｃ’を印刷することができる。機能層アセンブリ１１ａ，１１ａ’，１１ｂ，１１ｂ’，１１ｃ，１１ｃ’は、フィルム加飾成形によって射出工程中に直接、例えばフォルステライト製のグリーンボディ１２に固着させることができ、これによって有利には、製造工程数を削減することができる。基材材料１は、焼結工程中に無残渣に焼失させることができる。従って有利には、多孔質の負極層１１ａを露出させることができ、又は、多孔質の負極層１１ａを第１機能層としてチューブ内に存在させることができる。このチューブ内では、例えば燃焼ガス雰囲気を生成することができる。
【０１０４】
機能層アセンブリ１１のために無灰に完全燃焼可能な支持体シート１を使用することの利点は、支持体シート１が、平面印刷によって非常に良好に印刷可能であること、及び、例えば平面から曲面の射出成形金型コアへと、例えばＣＩＭコアへと移動させる際にも、良好に取り扱い可能であるということにある。射出成形金型コア、例えばＣＩＭコアへの位置決めは、真空によって非常に簡単に実施することができる。シート１は焼結中に無灰に完全燃焼させることができるので、電極アセンブリ１１上に残渣は残り得ない。
【０１０５】
シート１を用いる他にも、無灰に完全燃焼可能な材料（例えばカーボンブラック、セルロース、デンプン）から、スリーブ１を押出成形することも可能である。スリーブ１には曲面印刷によって直接に印刷を施すことができ、特にスリーブ１は、例えばＣＩＭコアのような射出成形金型コアに直接に位置決め可能であるという利点を有する。スリーブ１は、機能層アセンブリ１１のための内壁１として使用され、焼結工程中に無残渣に完全燃焼することができる。
【０１０６】
このようにして有利には、内側に電極アセンブリ１１を備える円筒型のＳＯＦＣ電池を製造することができる。この電極アセンブリ１１は、特にスクリーン印刷によって、例えばカーボンブラック及び／又はセルロース及び／又はデンプンのような無灰に完全燃焼可能な材料からなるグリーンシート１に、又は、無灰に完全燃焼可能な不活性材料からなる押出成形されたスリーブ１に印刷することができる。電極アセンブリ１１が被着されたスリーブ１又は射出成形コアを、射出成形金型、特にＣＩＭ金型の中へと挿入することにより、射出成形によって取り囲むことができる。シート（テープ）又はスリーブは焼結工程中に無残渣に完全燃焼するので、例えば負極１１ａを、チューブ１２の内部で露出させること又は剥き出しにすることができる。
【０１０７】
この着想によれば特に、電極アセンブリ１１と多孔質のチューブ１２とを例えば１１００℃〜１３００℃の温度で共に焼結させる、唯１回の焼結工程を実施することができる。
【０１０８】
セラミックの管１２には正極１１ｂを、特に材料接続的に続かせることができ、焼結工程後も十分な多孔性を維持することが可能である。電極アセンブリ１１の基材１は、無残渣に焼失させることができる。
【０１０９】
特に、機能層アセンブリ１１のための基材１として、例えばカーボンブラック及び／又はセルロース及び／又はデンプンからなる無灰に完全燃焼可能な平面の支持体シート又は押出成形されたスリーブを使用することができ、この支持体シート又は押出成形されたスリーブ１に、スクリーン印刷によって電極アセンブリ１１が印刷され、この支持体シート又は押出成形されたスリーブ１は、焼結工程中に無残渣に完全燃焼する。チューブ１２は、例えばフォルステライトのような不活性の多孔質の材料からなる、フィルム加飾成形によって製造された、いわゆるＣＩＭ（セラミック射出成形）されたチューブとすることができる。
【図１】
2016507880.tif 000003
【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年8月25日(2015.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒型の固体酸化物型電池（１０）を製造する方法であって、
ａ）ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分から形成された基材（１）、又は、無灰に完全燃焼可能な材料から形成された基材（１）を準備するステップと、
ｂ）前記基材（１）に電極アセンブリ（１１）を被着させるステップと、
ｃ）前記電極アセンブリ（１１）を備える前記基材（１）を射出成形金型のキャビティの中に挿入することにより、前記電極アセンブリ（１１）で、中空円筒形の中空室を画定するステップと、
ｄ）管形の前記中空室の中に射出成形成分（１２）を射出するステップと、
ｅ）射出成形体（１，１２）を焼結させ、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料（１）を形成する前記成分（１）を、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料に変換させるか、又は、前記無灰に完全燃焼可能な材料を完全燃焼させるステップと、
を有することを特徴とする、円筒型の固体酸化物型電池を製造する方法。
【請求項２】
前記ステップｅ）において、
少なくとも、前記射出成形成分（１２）と、前記電極アセンブリ（１１）とを、共に焼結させる
ことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｂ）において、
前記基材に、前記電極アセンブリ（１１）をスクリーン印刷によって印刷し、
前記電極アセンブリ（１１）は、負極層（１１ａ，１１ａ’）と、正極層（１１ｂ，１１ｂ’）と、前記負極層（１１ａ，１１ａ’）と前記正極層（１１ｂ，１１ｂ’）との間に形成された電解質層（１１ｃ，１１ｃ’）とからなる機能層システムアセンブリである
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｃ）において、
前記電極アセンブリ（１１）を備える前記基材（１，１１）は、中空円筒形状を有するか又は中空円筒形状にされ、
印刷が施された中空円筒形の前記基材（１，１１）の外側の周面又は内側の周面を、前記電極アセンブリ（１１）によって構成し、
前記電極アセンブリ（１１）によって構成された前記外側の周面又は内側の周面により、前記管形の中空室を画定する、
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
前記電極アセンブリ（１１）は、機能層システムアセンブリ（１１）である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記基材（１）は、注型されたシート又は押出成形されたスリーブ又は射出成形されたスリーブである
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する前記成分（１）は、不活性のガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する成分である
ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項記載の方法。
【請求項８】
前記ステップａ）に基づく、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する前記成分（１）は、フォルステライト、アルミニウムマグネシウム・スピネル及び／又はドーピングされた二酸化ジルコニウムを含むか、
又は、
前記無灰に完全燃焼可能な材料（１）は、元素の炭素形態と、天然ポリマーと、これらの組み合わせと、からなるグループから選択されており、
前記無灰に完全燃焼可能な材料（１）は、カーボンブラック及び／又はデンプン及び／又はセルロースである
ことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項記載の方法。
【請求項９】
前記元素の炭素形態は、カーボンブラックである
ことを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記天然ポリマーは、セルロース及び／又はデンプンである
ことを特徴とする、請求項８又は９記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップｄ）において、
ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する射出成形成分（１２）を使用する
ことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップｄ）における前記射出成形成分（１２）は、フォルステライト、アルミニウムマグネシウム・スピネル及び／又はドーピングされた二酸化ジルコニウムを含む
ことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項記載の方法。
【請求項１３】
ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料を形成する前記成分（１）を、前記射出成形成分（１２）としても使用する
ことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項記載の方法。
【請求項１４】
円筒型の固体酸化物型電池（１０）は、燃料電池である、
ことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項記載の方法。
【請求項１５】
前記ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料は、不活性である
ことを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項記載の方法。
【請求項１６】
円筒型の固体酸化物型電池（１０）であって、
電極アセンブリ（１１）を含み、
前記電極アセンブリ（１１）は、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる第１壁（１２）と、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる第２壁（１）との間に配置されており、
前記電極アセンブリ（１１）は、前記第１壁（１２）及び前記第２壁（１）に材料接続的に続いている
ことを特徴とする、円筒型の固体酸化物型電池。
【請求項１７】
前記電極アセンブリ（１１）は、負極層（１１ａ，１１ａ’）と、正極層（１１ｂ，１１ｂ’）と、前記負極層（１１ａ，１１ａ’）と前記正極層（１１ｂ，１１ｂ’）との間に形成された電解質層（１１ｃ，１１ｃ’）とからなる機能層システムアセンブリであり、
前記正極層（１１ｂ，１１ｂ’）又は前記負極層（１１ａ，１１ａ’）は、前記第１壁（１２）に隣接しており、
前記負極層（１１ａ，１１ａ’）又は前記正極層（１１ｂ，１１ｂ’）は、前記第２壁（１）に隣接しており、
前記第１壁（１２）は、管形の支持体の一部であり、
前記管形の支持体は、１つの中空円筒形の中間部分（１２）と、２つの端部部分（１３，１４）とを有し、
前記２つの端部部分の一方（１３）は、取り付け部分であり、
他方の前記端部部分（１４）は、前記中空円筒形の中間部分（１２）の一方の端部を閉鎖するキャップ部分であるか、又は、別の１つの取り付け部分であり、
前記中空円筒形の中間部分（１２）は、前記第１壁（１２）を含むか又は前記第１壁（１２）であり、
前記第２壁（１）は、中空円筒形状を有する
ことを特徴とする、請求項１６記載の円筒型の固体酸化物型電池。
【請求項１８】
前記第２壁（１）の壁厚さは、前記第１壁（１２）よりも薄い壁厚さを有する
ことを特徴とする、請求項１６又は１７記載の円筒型の固体酸化物型電池。
【請求項１９】
円筒型の固体酸化物型電池（１０）は、燃料電池である、
ことを特徴とする、請求項１６から１８のいずれか一項記載の円筒型の固体酸化物型電池。
【請求項２０】
前記ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料は、不活性である
ことを特徴とする、請求項１６から１９のいずれか一項記載の円筒型の固体酸化物型電池。
【請求項２１】
円筒型の固体酸化物型電池（１０）の使用方法であって、
前記円筒型の固体酸化物型電池（１０）は、ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料からなる中空円筒形の部分（１２）を備える管形の支持体（１２，１３，１４）を有し、
前記管形の支持体（１２，１３，１４）の内面又は外面には、電極アセンブリ（１１）が被着されており、
前記中空円筒形の部分（１２）は、前記管形の支持体（１２，１３，１４）の中空円筒形の中間部分であり、
前記管形の支持体（１２，１３，１４）は、２つの端部部分（１３，１４）をさらに有し、前記２つの端部部分の一方（１３）は、取り付け部分であり、
他方の前記端部部分（１４）は、前記中空円筒形の中間部分（１２）の一方の端部を閉鎖するキャップ部分であるか、又は、別の１つの取り付け部分であり、
前記端部部分（１３，１４）は、気密のセラミック材料から形成されている、
円筒型の固体酸化物型電池の使用において、
前記円筒型の固体酸化物型電池（１０）を、熱電併給設備における燃料電池として、電解質電池としてかつ／又は金属空気電池として、産業用の熱電併給のため、家庭用エネルギ供給のため、発電所での電流発生のためかつ／又は車両での電流発生のために使用する
ことを特徴とする、円筒型の固体酸化物型電池の使用方法。
【請求項２２】
前記円筒型の固体酸化物型電池（１０）は、請求項１６から２０のいずれか一項記載の円筒型の固体酸化物型電池（１０）である
ことを特徴とする、請求項２１記載の円筒型の固体酸化物型電池の使用方法。
【請求項２３】
前記ガス透過性を有する多孔質のセラミック材料は、不活性である
ことを特徴とする、請求項２１又は２２記載の円筒型の固体酸化物型電池の使用方法。
【請求項２４】
前記管形の支持体（１２，１３，１４）の内面に電極アセンブリ（１１）が被着されている
ことを特徴とする、請求項２１から２３のいずれか一項記載の円筒型の固体酸化物型電池の使用方法。
【請求項２５】
前記電極アセンブリ（１１）は、負極層（１１ａ，１１ａ’，１１ａ”）と、正極層（１１ｂ，１１ｂ’）と、前記負極層（１１ａ，１１ａ’）と前記正極層（１１ｂ，１１ｂ’）との間に形成された電解質層（１１ｃ，１１ｃ’）とからなる機能層システムアセンブリ（１１ａ，１１ａ’，１１ｂ，１１ｂ’，１１ｃ，１１ｃ’）であることを特徴とする、請求項２１から２４のいずれか一項記載の円筒型の固体酸化物型電池の使用方法。
【請求項２６】
前記気密のセラミック材料は、不活性である
ことを特徴とする、請求項２１から２５のいずれか一項記載の円筒型の固体酸化物型電池の使用方法。
【国際調査報告】
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