(57)【要約】      （修正有）【課題】支持体の開気孔率を保持したまま、支持体の強度を向上させることにより、信頼性や発電効率が向上した横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックおよびそれを具備する燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池セル１３が、ガス流路１２を内部に備えた電気絶縁性の支持体１１の表面に複数並設され、複数の燃料電池セル１３が直列に接続されている横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックであって、支持体１１が、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子とを含んで構成されるとともに、前記ＭｇＯ粒子と前記Ｙ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さを、０．１〜２μｍにした。この横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを、収納容器内に複数収納してなる燃料電池である。【選択図】図１
2010198889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側電極層、固体電解質層および外側電極層をこの順に積層してなる燃料電池セルが、ガス流路を内部に備えた電気絶縁性の支持体の表面に複数並設され、一方の前記燃料電池セルの内側電極層と、該一方の燃料電池セルに隣接する他方の前記燃料電池セルの外側電極層とが電気的に接続されて、前記複数の燃料電池セルが直列に接続されている横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックであって、
前記支持体が、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子とを含んで構成されるとともに、前記ＭｇＯ粒子と前記Ｙ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さが、０．１〜２μｍであることを特徴とする横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項２】
前記支持体はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３の含有量がそれぞれ２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項３】
前記支持体が３０〜４０％の開気孔率を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項４】
前記支持体が７０〜１２０ＭＰａの３点曲げ強度を有することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれかに記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【請求項５】
収納容器内に、請求項１〜４のうちいずれかに記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを複数収納してなることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックおよびそれを収納容器内に複数収納してなる燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、電気絶縁性の支持体の表面に複数個の燃料電池セルを電気的に接続してなる横縞型燃料電池セルスタックを収納容器に収容した燃料電池が種々提案されている。このような燃料電池セルとしては、固体高分子形燃料電池セル、リン酸形燃料電池セル、溶融炭酸塩形燃料電池セル、固体酸化物形燃料電池セルなど各種のものが知られている。とりわけ、固体酸化物形燃料電池セルは、発電効率が高く、また、作動温度が６００℃〜１０００℃と高いため、その排熱を有効利用することにより発電効率を高めることができるなどの利点を有しており、研究開発が推し進められている。
【０００３】
図１２は、従来公知の固体酸化物形燃料電池セルを複数備える固体酸化物形燃料電池セルスタックの一部を示す拡大縦断面図である。この固体酸化物形燃料電池セルスタックは、電気絶縁体である中空平板状の支持体２１の表面に、内側電極層としての燃料極層２３ａ、固体電解質層２３ｂおよび外側電極層としての空気極層２３ｃがこの順に積層された多層構造の固体酸化物形燃料電池セル（以下、「燃料電池セル」と言うことがある。）２３を、支持体２１の長手方向Ｇ（紙面上下方向）に所定間隔をおいて複数形成して電気的に接続することにより構成されている（例えば、特許文献１参照）。このような形状の燃料電池セルスタックは、いわゆる「横縞型」と言われている。
【０００４】
具体的には、互いに隣接する燃料電池セル２３は、それぞれセル間接続部材としてのインターコネクタ２４により電気的に直列に接続されている。すなわち、一方の燃料電池セル２３の燃料極層２３ａと、他方の燃料電池セル２３の空気極層２３ｃとが、インターコネクタ２４により電気的に接続されている。また、支持体２１の内部には、１つまたは複数のガス流路２７が支持体２１の長手方向Ｇに沿って形成されている。
【０００５】
支持体２１上に、燃料極層２３ａ、固体電解質層２３ｂおよび空気極層２３ｃをこの順に積層してなる固体酸化物形燃料電池セルスタックでは、固体電解質層２３ｂの酸素イオン伝導性が６００℃以上で高くなるため、このような温度の際に燃料電池セル２３の周囲に酸素を含むガス（空気）を流し、ガス流路２７に水素を含むガス（燃料ガス）を流すことにより、空気極層２３ｃと燃料極層２３ａとの酸素濃度差が大きくなり、空気極層２３ｃと燃料極層２３ａとの間で電位差が発生する。
【０００６】
この電位差により、酸素イオンは、空気極層２３ｃから固体電解質層２３ｂを通じて燃料極層２３ａへ移動する。移動した酸素イオンが、燃料極層２３ａで水素と結合して水となり、同時に燃料極層２３ａで電子が発生する。すなわち、空気極層２３ｃでは、下記式（１）の電極反応を生じ、燃料極層２３ａでは、下記式（２）の電極反応を生じる。
【０００７】
【化１】
2010198889.tif 000003
【０００８】
そして、燃料極層２３ａと空気極層２３ｃとを電気的に接続することにより、燃料極層２３ａから空気極層２３ｃへの電子の移動が起こり、両極層間で起電力が生じる。このように、燃料電池セル２３では、酸素（空気）と水素（燃料ガス）を供給することにより、前記の反応を連続して起こし、起電力を生じさせて発電する。
【０００９】
このような横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックでは、電気絶縁性の材料を用いて支持体２１を作製し、各燃料電池セル２３間の電気的ショートを防いでいる。支持体２１としては、例えばＮｉとＭｇＡｌ２Ｏ４（スピネル）との固溶体や、ＮｉとＭｇＯとの固溶体が用いられる（例えば、特許文献２〜特許文献６参照）。
【００１０】
しかし、上述した横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを複数個接続してなるバンドルや、さらにはバンドルを複数個収納してなる燃料電池を用いて発電試験を行うと、セルスタックを構成する支持体２１の先端部や側面のＲ部においてクラック等の破損を生じる場合があった。また、バンドルを構成する各横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電効率が劣化（低下）し、発電効率にバラツキを生じる場合があった。この問題は、特に高燃料利用率環境下において顕著であった。
【００１１】
ここで、支持体２１の破損を抑制すべく、支持体２１を高強度化すると、支持体２１の開気孔率の低下を招きやすく、それにより発電効率の劣化を生じさせる一因となりやすいという問題がある。一方、十分な発電効率を確保するために、支持体２１の開気孔率を増加させると、支持体の強度が低下し、バンドルの作製時や高燃料利用率環境下において最も負荷が加わる部分で破壊につながるおそれがあるという問題がある。すなわち、良好な支持体２１の強度と良好な開気孔率とを両立させることは、困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−３９３２号公報
【特許文献２】特開平５−８２１４６号公報
【特許文献３】特開平６−２０３８５５号公報
【特許文献４】特開平８−２２２２４６号公報
【特許文献５】特開平９−７３９０６号公報
【特許文献６】特開平９−１３９２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、支持体の開気孔率を保持したまま、支持体の強度を向上させることにより、信頼性や発電効率が向上した横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックおよびそれを具備する燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を見出した。すなわち、ＭｇＯ粒子に加えてＹ２Ｏ３粒子を含んで支持体を構成すると、燃料極層や固体電解質層等の有する熱膨脹率と整合をとることができ、好適である。ところが、この支持体においても、良好な強度と良好な開気孔率とを両立させることは難しく、前記破損や発電効率の劣化等を生じる場合があった。
【００１５】
本発明者らは、これらの要因が、支持体を構成する原料粉体、特に主成分であるＭｇＯとＹ２Ｏ３との粒子形態にあると考え、検討を重ねた。その結果、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部（ネック部）が、支持体の強度と開気孔率とに大きな影響を及ぼしているという知見を得た。
【００１６】
そして、この知見に基づき、さらに鋭意研究を重ねた結果、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さが、特定範囲であれば、支持体の開気孔率が低下するのを抑制しつつ、支持体の強度を向上させることができ、前記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
すなわち、本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックは、内側電極層、固体電解質層および外側電極層をこの順に積層してなる燃料電池セルが、ガス流路を内部に備えた電気絶縁性の支持体の表面に複数並設され、一方の前記燃料電池セルの内側電極層と、該一方の燃料電池セルに隣接する他方の前記燃料電池セルの外側電極層とが電気的に接続されて、前記複数の燃料電池セルが直列に接続されているものであって、前記支持体が、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子とを含んで構成されるとともに、前記ＭｇＯ粒子と前記Ｙ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さが、０．１〜２μｍであることを特徴とする。
【００１８】
このような横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいては、支持体を構成するＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さが０．１〜２μｍであることから、これらＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との粒子間の結合数を増やすことができる。それにより、支持体の開気孔率を保持したまま支持体の強度を向上させることができ、信頼性および発電効率を向上することができる。
【００１９】
また、本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックは、前記支持体におけるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３の含有量がそれぞれ２００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
このような横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいては、支持体に含まれるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３の含有量をそれぞれ２００ｐｐｍ以下とすることにより、支持体の内部に高強度かつ低開気孔率の領域や、低強度かつ高開気孔率の領域が生成されることを抑制できる。それにより、開気孔率を保持したまま強度を向上させた支持体とすることができる。
【００２１】
また、本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックは、前記支持体が３０〜４０％の開気孔率を有することが好ましい。
【００２２】
このような横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいては、支持体の開気孔率が３０〜４０％であることから、該支持体のガス流路を流れる反応ガスを内側電極層に効率よく供給することができ、発電効率を向上することができる。
【００２３】
また、本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックは、前記支持体が７０〜１２０ＭＰａの３点曲げ強度を有することが好ましい。
【００２４】
このような横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいては、支持体が７０〜１２０ＭＰａの３点曲げ強度を有することから、バンドルの作製時や高燃料利用率環境化においてもクラックの発生等を抑制することができる。
【００２５】
また、本発明の燃料電池は、収納容器内に上記のうちいずれかに記載の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを複数収納してなることを特徴とする。
【００２６】
このような燃料電池においては、開気孔率を保持したまま強度が向上された支持体を備える横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを収納容器内に複数収納してなることから、信頼性や発電効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、電気絶縁性の支持体を、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子とを含んで構成するとともに、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さを０．１〜２μｍとするので、支持体の開気孔率を保持したまま支持体の強度を向上させることができ、信頼性および発電効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの一部を拡大して示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの一部を拡大して示す横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを２つ並べて構成されるバンドルを示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを３つ並べて構成されるバンドルを示す縦断面図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの支持体を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料電池セルの製造工程を示す縦断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料電池セル間を電気的に接続するインターコネクタの形成工程を示す縦断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの空気極層の作製工程を示す縦断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は実施例において使用するＭｇＯの粒径を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は実施例における試料Ｎｏ．２の支持体の組織を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による拡大画像であり、（ｂ）は実施例における試料Ｎｏ．５の支持体の組織を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による拡大画像である。
【図１１】実施例における横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの燃料利用率と横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】従来の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの一部を拡大して示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの一部を拡大して示す縦断面図であり、図２はその横断面図である。
【００３０】
図１および図２に示すように、本実施形態にかかる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック（以下、「セルスタック」と言うことがある。）は、ガス流路１２を内部に備えた電気絶縁性の支持体１１の表面に、複数個の燃料電池セル１３が所定間隔で並設されている。
【００３１】
各燃料電池セル１３は、内側電極層としての燃料極層１３ａ、固体電解質層１３ｂおよび外側電極層としての空気極層１３ｃを、支持体１１の表面にこの順で順次積層して構成されている。また、互いに隣接する燃料電池セル１３は、セル間接続部材としてのインターコネクタ１４により電気的に接続されている。すなわち、一方の燃料電池セル１３の燃料極層１３ａと、他方の燃料電池セル１３の空気極層１３ｃとが、インターコネクタ１４により、支持体１１の長手方向において直列に接続された構造となっている。
【００３２】
このようなセルスタックは、ガス流路１２内に水素を含有する燃料ガスを流して支持体１１を還元雰囲気に曝し、また空気極層１３ｃの表面に空気などの酸素含有ガスを流して空気極層１３ｃを酸化雰囲気に曝すことにより、燃料極層１３ａおよび空気極層１３ｃにおいて、上述した式（１）および式（２）で示す電極反応が生じ、両極間に電位差が発生し、発電することができる。以下、本実施形態におけるセルスタックの構成について順に説明する。
【００３３】
燃料極層１３ａは、例えば、希土類元素が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニア）とＮｉとからなる多孔質の導電性サーメットで形成することができる。また、後述する固体電解質層１３ｂの材料を用いることもできる。燃料極層１３ａにおいて、安定化ジルコニアの配合割合は、燃料極層１３ａの総量に対して、３５体積％〜６５体積％の範囲が好ましく、Ｎｉの配合割合はＮｉＯ換算で、燃料極層１３ａの総量に対して、３５体積％〜６５体積％の範囲が好ましい。また、燃料極層１３ａは、その開気孔率を、例えば１５％以上、さらには２０％〜４０％の範囲とするのが好ましく、その厚みを良好な集電性能を発揮させるため、例えば、１μｍ〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。前記開気孔率はアルキメデス法に従って算出することができる。
【００３４】
固体電解質層１３ｂは、希土類元素またはその酸化物を固溶させたＺｒＯ２からなる安定化ＺｒＯ２からなる緻密質のセラミックスで構成することができる。ここで、固溶させる希土類元素としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが挙げられる。なお安価であるという点から、Ｙ、Ｙｂ、またはこれらの酸化物であるＹ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３を用いることが好ましい。より具体的には、固体電解質層１３ｂとして、８モル％のＹが固溶している安定化ＺｒＯ２（８モル％  Yttria Stabilized Zirconia、以下「８ＹＳＺ」と言う。）が挙げられる。また、収縮率が８ＹＳＺとほぼ等しいランタンガレート系（ＬａＧａＯ３系）を用いることもできる。
【００３５】
固体電解質層１３ｂは、その厚みを１０μｍ〜１００μｍとすることが好ましく、またアルキメデス法による相対密度を９３％以上、さらには９５％以上の範囲に設定することが好ましい。このような固体電解質層１３ｂは、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有すると同時に、燃料ガスまたは酸素含有ガスのリーク（ガス透過）を防止するためにガス遮断性を有している。
【００３６】
空気極層１３ｃは、導電性セラミックスから形成される。導電性セラミックスとしては、例えば、ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物が挙げられる。このようなペロブスカイト型酸化物としては、例えば、遷移金属型ペロブスカイト酸化物、好ましくは、ＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物など、特にＡサイトにＬａを有する遷移金属型ペロブスカイト酸化物を用いることができる。なお、６００℃〜１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いという観点から、ＬａＣｏＯ３系酸化物を用いることが好ましい。また、前記したペロブスカイト型酸化物において、ＡサイトにＬａおよびＳｒが共存してもよく、また、ＢサイトにＦｅ、ＣｏおよびＭｎが共存してもよい。
【００３７】
このような空気極層１３ｃは、前記した式（１）の電極反応を生ずることができる。また、空気極層１３ｃは、その開気孔率が、例えば、２０％以上、さらには３０％〜５０％の範囲に設定することが好ましい。空気極層１３ｃの開気孔率をこの範囲内とすることにより、空気極層１３ｃが良好なガス透過性を有するようになる。さらに、空気極層１３ｃの厚みを、例えば、３０μｍ〜１００μｍの範囲に設定することにより、空気極層１３ｃが良好な集電性を有するようになる。
【００３８】
インターコネクタ１４は、一方の燃料電池セル１３の燃料極層１３ａと、他方の燃料電池セル１３の空気極層１３ｃとを電気的に接続するものであり、導電性セラミックスから形成することができる。このような導電性セラミックスとしては、例えば、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が挙げられる。ＬａＣｒＯ３系酸化物は、耐還元性、耐酸化性が良好であるため、インターコネクタ１４の腐食や劣化を有効に抑制することができる。
【００３９】
また、インターコネクタ１４を形成する導電性セラミックスは、その相対密度（アルキメデス法）が、例えば、９３％以上、さらには９５％以上の範囲に設定することが好ましい。相対密度をこの範囲に設定することにより導電性セラミックスを緻密質とすることができ、支持体１１内のガス流路１２を通る燃料ガスと空気極層１３ｃの外部を通る酸素含有ガスとのリークを有効に抑制することができる。また、このインターコネクタ１４と固体電解質層１３ｂとの接続部に、適宜、Ｙ２Ｏ３などの接合層を介在させることにより、シール性を向上させることもできる。
【００４０】
なお、前記した実施形態において、支持体１１の表面に形成される燃料電池セル１３は、内側電極層が燃料極層１３ａであって、外側電極層が空気極層１３ｃである多層構造の例を示しているが、両電極層の位置関係を逆としてもよい。すなわち、支持体１１の表面に、空気極層１３ｃ、固体電解質層１３ｂおよび燃料極層１３ａをこの順で順次積層した燃料電池セル１３を配置することもできる。この場合、支持体１１のガス流路１２内には、空気などの酸素含有ガスを流通させ、外側電極層としての燃料極層１３ａの表面には、水素含有ガスなどの燃料ガスを流通させる。
【００４１】
電気絶縁性の支持体１１は中空平板状に形成され、その内部には隔壁１１ａで隔てられた複数（図２においては６個）のガス流路１２が設けられている。支持体１１を中空平板状とすることにより、支持体１１の体積当たりの燃料電池セル１３の面積を増加することができ、セルスタックの体積当たりの発電量を大きくすることができる。そのため、必要とする発電量を得るためのセルスタックの個数・容積を低減することができる。その結果、構造が簡易になり、組み立てが簡単になるとともに、燃料電池（横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック）の信頼性を向上させることができる。また、支持体１１の内部に複数のガス流路１２が設けられていることにより、支持体１１の構造強度を向上させることができ、セルスタックの機械強度を高めることができる。
【００４２】
支持体１１は、燃料電池セル１３との電気的ショートを防止する観点から、通常、電気抵抗値１０５Ω・ｃｍ以上の範囲に設定することが好ましい。前記電気抵抗値は、角柱状の試料片の両端部に電圧、電流の両端子を接続する４端子法により測定することができる。
【００４３】
支持体１１は、一対の平坦部ｎとそれらの両端を繋ぐ弧状部ｍとを有し、断面における長径寸法（両端の弧状部ｍ間の距離に相当）は、例えば、１５ｍｍ〜５０ｍｍ、その短径寸法（一対の平坦部ｎ間の距離に相当）は、例えば、２ｍｍ〜４ｍｍの範囲とすることができる。
【００４４】
ここで、本実施形態における支持体１１は、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子とを含んで構成され、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さが０．１〜２μｍである。それにより、これらＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との粒子間の結合数を、支持体１１の開気孔率が低下するのを抑制しつつ、増やすことができる。したがって、支持体１１の開気孔率を保持したまま支持体１１の強度を高めることができ、それゆえセルスタックの信頼性および発電効率を向上することができる。ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の最大長さとしては、２．２〜２．５μｍ、前記結合部の最小長さとしては、０．１〜０．２μｍが適当である。
一方、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さが、前記特定の範囲外であると、支持体１１の強度と開気孔率とを両立させることが困難となる。
【００４５】
ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さは、以下のようにして求めることができる。すなわち、本発明においてＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の長さを測定するには、まず、燃料電池セル１３（セルスタック）の一部を破断し、その破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて反射電子像写真を撮影する。写真の倍率は、１０００〜１００００倍が適当である。そして、その写真を用いてＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の長さを任意の１００個を選出して計測する。計測した結合部の長さを、０．２５μｍごとの範囲で分類し、それらの平均値を算出する。本発明において示すＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さとは、この平均値を意味する。
【００４６】
ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さを０．１〜２μｍとするには、ＭｇＯを主成分とするとともに、平均粒径（Ｄ５０）（以下、単に「平均粒径」と言う。）が０．５〜２μｍのＭｇＯと、平均粒径が０．５〜３μｍのＹ２Ｏ３とを用いることが好ましい。また、ＭｇＯ粒子は、分散状態にあるのが好ましい。ＭｇＯとＹ２Ｏ３とを４：１〜７：１のモル比で含有することが好ましい。これらにより、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さを０．１〜２μｍとすることができる。なお、Ｙ２Ｏ３は燃料極層１３ａや固体電解質層１３ｂ等の部材との熱膨脹率を整合させる目的で含有する。前記平均粒径は、レーザー回折散乱法を用いた粒度分布測定で得られる値である。
【００４７】
支持体１１の構成成分であるＭｇＯの粒子は、ＭｇＯ粒子単体のほか、Ｎｉおよび／またはＮｉＯが固溶したＭｇＯ粒子とすることもできる。ＭｇＯ粒子中にＮｉを固溶させることにより、都市ガス、メタンガス等の還元ガスの改質を行うことができる。
【００４８】
ここで、支持体１１の構成成分としてＮｉおよび／またはＮｉＯが固溶したＭｇＯ粒子を用いる場合において、支持体１１の先端部が破壊される場合がある。これは、支持体１１の先端部はセルスタック外周部に供給される酸素含有ガスが逆拡散を起こしやすく、そのため、一旦還元雰囲気に曝された支持体１１が再酸化を引き起し、支持体１１を構成するＮｉとＮｉＯとの間の組成変化で体積膨張を起こして先端部破壊につながるものと推察できる。それゆえ、支持体１１の構成成分として、Ｎｉおよび／またはＮｉＯが固溶したＭｇＯ粒子を用いる場合においては、支持体１１を構成するＭｇＯ粒子に対するＮｉのモル％の比（Ｎｉ／ＭｇＯ）を０．１０〜０．２０の範囲、より好ましくは０．１５〜０．１８の範囲とすることが好ましい。それにより、支持体１１の改質能力を保持した上で、還元から再酸化への環境変化の状態において体積変化により支持体１１の先端部の破壊が起こるのを抑制することができる。なお、焼成後は、結晶相として、Ｙ２Ｏ３と、ＮｉとＭｇの複合酸化物として析出する。
【００４９】
また、支持体１１の構成成分として、Ｎｉおよび／またはＮｉＯが固溶したＭｇＯ粒子を用いる場合において、Ｎｉの割合は、支持体１１の総量に対して１０〜２０モル％とするのが好ましい。これにより、都市ガス、メタンガス等の還元ガスの改質を十分に行うことができる。
【００５０】
本実施形態における支持体１１の開気孔率は、３０〜４０％とすることが好ましい。それにより、ガス流路１２内を流れる燃料ガスを燃料極層１３ａの表面まで効率よく流通させて燃料利用率を向上させることができ、セルスタックでの発電量を向上させることができる。また所定の発電量を得るにあたり、セルスタックの本数を減らすことができる。燃料利用率をさらに向上させるとともに、支持体１１の強度を保持するにあたっては、支持体１１の開気孔率を３２〜３７％とすることがより好ましい。
【００５１】
前記開気孔率は、燃料極層１３ａ等の開気孔率と同様に、アルキメデス法に従って算出することができる。支持体１１の開気孔率を所定の値にするには、例えば後述する支持体成形体５１を作製する際に添加する焼失材等の量を調整することによって、任意に行うことができる。なお、前述した燃料極層１３ａ等の開気孔率の調整も、支持体１１の開気孔率の調整と同様にして、任意に行うことができる。
【００５２】
支持体１１は、７０〜１２０ＭＰａの３点曲げ強度を有することが好ましい。それにより、支持体１１が高強度となり、バンドルの作製時や、燃料利用率が７０〜９０％の高燃料利用率環境化においてもクラックの発生等を抑制することができる。支持体１１の３点曲げ強度を所定の値にするには、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さを０．１〜２μｍにすればよい。このような平均長さの結合部でＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子とを結合すると、上述の通り、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との粒子間の結合数が増加し、その結果、支持体１１が前記所定の３点曲げ強度を有するようになる。なお、３点曲げ強度は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｒ１６０１）に基く３点曲げ強度により測定される値である。
【００５３】
ところで、上述したような支持体１１を作製する場合において、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎｉおよび／またはＮｉＯの原料に含まれる不純物が要因となって、焼成時における支持体１１の収縮率や開気孔率にバラツキが生じ、支持体１１の内部に高強度かつ低開気孔率の領域や、低強度かつ高開気孔率の領域が生成される場合がある。このような領域が支持体１１の内部に生成されると、セルスタックの信頼性や発電効率が低下するおそれがある。
【００５４】
前記原料に含まれる不純物のうち、特にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３は、前記領域を生成しやすい不純物である。それゆえ、本実施形態におけるセルスタックにおいては、支持体１１に含まれるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３の含有量をそれぞれ２００ｐｐｍ以下とするのが好ましい。これにより、支持体１１の内部に高強度かつ低開気孔率の領域や、低強度かつ高開気孔率の領域が生成されることを抑制できる。それにより、開気孔率を保持したまま強度を向上した支持体１１とすることができる。
【００５５】
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３の含有量は、原料精製の際の焼成時や、粒度調整の際の機械的粉砕時のコンタミの混入防止等により、それぞれ２００ｐｐｍ以下とすることができる。また、支持体１１の作製時におけるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３の含有量がそれぞれ２００ｐｐｍ以下となるように純度の高い市販の原料を用いることもできる。ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３の含有量は、水溶液化した試料をＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析法により測定することができる。
【００５６】
次に、前記した横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを複数個接続したバンドルについて、図３および図４を参照して説明する。図３は、上述したセルスタックを複数（２個）組み合わせたバンドルにおける端部（セルスタックの端部）を拡大して示す縦断面図である。図３に示すように、互いのセルスタックは、集電部材１９を介して互いに電気的に接続されている。
【００５７】
セルスタックの端部において、セルスタック間接続部材１５は、一方のセルスタックの端部に設けられるとともに、一方のセルスタックを構成する燃料電池セル１３の燃料極層１３ａと導通している。また、セルスタック間接続部材１５は、他方のセルスタックの端部において、集電部材１９を介して、他方の燃料電池セル１３の空気極層１３ｃと導通している。
【００５８】
このように、複数個のセルスタックを集電部材１９を介して互いに電気的に接続することにより、セルスタックを密に配置することができるため、発電量当たりのセルスタックの体積を小さくすることができる。そのため、小型で、熱効率の高いセルスタックを提供することができる。
【００５９】
なお、セルスタック間接続部材１５は、一方のセルスタックの燃料極層１３ａと他方のセルスタックの空気極層１３ｃとを電気的に接続することができる限り特に制限されず、例えば、インターコネクタ１４と同様の材料から形成することができる。
【００６０】
また、集電部材１９は、他方のセルスタックを構成する燃料電池セル１３の空気極層１３ｃと導通することができ、かつインターコネクタ１４と空気極層１３ｃとを電気的に接続することができる限り特に制限されず、例えば、耐熱性金属、導電性セラミックスなどから形成することができる。具体的には、例えば、金属フェルトおよび／または耐熱金属板、無機材料などが挙げられ、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という点から、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ合金およびＦｅ−Ｃｒ鋼合金の少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００６１】
また、集電部材１９と、セルスタック間接続部材１５および空気極層１３ｃとの接続部に、ＡｇやＰｔなどの貴金属を含有するペーストなどの導電性接着材を塗布することにより、集電部材１９の接続信頼性を向上させることもできる。なお、燃料極層１３ａが、外部電極層として形成されている場合には、集電部材１９としては、例えば、Ｎｉフェルトから形成することができる。また、導電性接着材としては、Ｎｉ金属を含有するペーストを例示することができる。
【００６２】
図４は、前記したセルスタックを複数（３個）組み合わせたバンドルを示す縦断面図である。なお、図４では、燃料電池セル１３およびインターコネクタ１４、セルスタック間接続部材１５を簡略化して示す。
【００６３】
図４に示すように、このバンドルは、一方のセルスタックの端部のセルスタック間接続部材１５と、他方のセルスタックの端部の空気極層１３ｃとの間に集電部材１９を介在させることにより、一方のセルスタックの支持体１１の表面に形成された燃料極層１３ａが、セルスタック間接続部材１５および集電部材１９を介して、他方の燃料電池セルの空気極層１３ｃに電気的に接続されている。また図４において、導電部材２０は、セルスタックで発生した電力を取り出すための部材であり、これにより複数個のセルスタックで発電された電力を容易に引き出すことができる。
【００６４】
そして、本発明の燃料電池は、上述したセルスタックの複数個を、収納容器内に収納して構成される。それにより、収納容器内にセルスタックを密に配置することができることから、発電量当たりの燃料電池の体積を小さくすることができ、小型で、熱効率の高い燃料電池を提供することができる。
【００６５】
前記収納容器には、外部から水素含有ガスなどの燃料ガスおよび空気などの酸素含有ガスを収納容器内に導入する導入管が設けられているのが好ましい。また、該収納容器は、セルスタックの発電により使用された後の燃料ガスや酸素含有ガス（余剰のガス）を排気するための排気部を具備していることが好ましい。
【００６６】
次に、前記した本実施形態にかかる横縞型燃料電池セルスタックの製造方法について、支持体１１の構成成分として、ＮｉＯが固溶したＭｇＯ粒子を用いる場合を例に挙げ、図５から図８を参照して、説明する。
【００６７】
まず、図５に示すような支持体成形体５１を作製する。支持体成形体５１の材料としては、平均粒径が０．１μｍ〜１０．０μｍのＮｉＯ粉末を１０〜２０モル％、Ｙ２Ｏ３粉末を１０〜１５モル％、ＭｇＯ粉末を６５〜８０モル％の所定の比率で配合して混合する。前記割合は、支持体成形体５１（すなわち支持体１１）の総量に対する割合である。
【００６８】
この混合粉末に、焼失材と、セルロース系有機バインダーと、水とからなる溶媒とを混合し押し出し成形して、図５に示すように内部にガス流路５２を有する中空平板状で、扁平状の支持体成形体５１を作製し、これを乾燥後９００℃〜１２００℃にて焼成する。
【００６９】
なお、支持体１１の開気孔率を３０〜４０％とするには、前記焼失材を、上述のＮｉＯ粉末、Ｙ２Ｏ３粉末およびＭｇＯ粉末の総量に対して５〜１５重量％の割合で添加するのが好ましい。また、前記焼失材の平均粒径としては、５〜３０μｍであるのが好ましい。なお、焼失材としては有機系の樹脂（例えば、アクリル系の樹脂、ポリエチレン系の樹脂等）を用いることができる。
【００７０】
ここで、上述したＭｇＯ粉末、Ｙ２Ｏ３粉末およびにＮｉＯ粉末に含まれる微量成分であるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３の含有量が２００ｐｐｍ以下となるように、これらの不純物種がそれぞれ２００ｐｐｍ以下の純度の高い原料種を選定するのが好ましい。
【００７１】
次いで、燃料極層材料および固体電解質層材料を作製する。例えば、ＮｉＯ粉末と、Ｙ２Ｏ３などの希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２粉末とを混合し、これに焼失材を添加し、アクリル系バインダーとトルエンとを混合してスラリーとし、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、図６（ａ）に示すように、厚さ８０μｍ〜１２０μｍの燃料極層テープ５３ａを作製する。
【００７２】
別途、８ＹＳＺに、アクリル系バインダーとトルエンを混合してスラリーとし、ドクターブレード法にてスラリーを塗布して乾燥し、図６（ａ）に示すように、厚さ１０μｍ〜５０μｍの固体電解質層テープ５３ｂを作製する。
【００７３】
次に、図６（ｂ）に示すように、燃料極層テープ５３ａと固体電解質層テープ５３ｂとを、両者の重なり合わない部分が、それぞれの端部から幅１ｍｍ〜５ｍｍとなるように重ね合わせ、図６（ｃ）に示すように貼り合せる。
【００７４】
その後、図７（ａ）に示すように、図６（ｃ）にて貼り合わせた燃料極層テープ５３ａと固体電解質層テープ５３ｂを、燃料極層テープ５３ａ側を下にして仮焼した支持体仮焼体５１に横縞状に貼り付ける。これを繰り返し行い、支持体仮焼体５１の表面に複数の燃料極層テープ５３ａおよび固体電解質層テープ５３ｂの積層体を貼り付ける。なお、このとき一方の燃料極層テープ５３ａおよび固体電解質層テープ５３ｂの積層体と、他方の燃料極層テープ５３ａおよび固体電解質層テープ５３ｂの積層体とは、幅３ｍｍ〜２０ｍｍの間隔をあけて配置する。次に、これらの積層体を貼り付けた状態で、支持体仮焼体５１を乾燥し、その後９００℃〜１３００℃の温度範囲で仮焼する。
【００７５】
次に、インターコネクタ成形体５４、セルスタック間接続部材成形体５９を形成する。なお、インターコネクタ１４とセルスタック間接続部材１５とは同じ材料を用いることができるので、ここでは同じ工程で両者を形成する場合を例に挙げて説明する。
【００７６】
まず、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）とポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系バインダーとで、ディップ用スラリーを作製する。次に、図７（ａ）に示すように、固体電解質層テープ５３ｂの両端部を除いた部分（幅２ｍｍ〜５ｍｍ）を、マスキングテープ６１でマスキングし、次いで、図７（ｂ）に示すように、ディップ用スラリー中にディップし、インターコネクタ成形体５４とセルスタック間接続部材成形体５９を形成する。その後、乾燥させ、次いで、図７（ｃ）に示すように、マスキングテープ６１を除去する。その後、１４５０℃〜１５５０℃で同時焼成し、インターコネクタ１４とセルスタック間接続部材１５とが、燃料極層１３ａを覆い、かつ固体電解質層１３ｂの端部に２ｍｍ〜５ｍｍ程度の幅で重なるようにする。なお、この焼成を高温で行うと、ＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部の平均長さは長くなる傾向にあり、開気孔率は低下する傾向にあり、３点曲げ強度は高くなる傾向にある。
【００７７】
次に、図８（ａ）に示すように、セルスタック間接続部材１５の全面と、インターコネクタ１４のほぼ全面（ただし、インターコネクタ１４が燃料極層１３ａに接続されている側の反対側の一部を除く）とを、マスキングテープ６３でマスキングする。
【００７８】
次いで、図８（ｂ）に示すように、ランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ３）とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーをマスキングした積層体に吹き付け、厚さ１０μｍ〜１００μｍの空気極層成形体５３ｃを形成する。その後、図８（ｃ）に示すように、マスキングテープ６３を除去し、１０００℃〜１２００℃で熱処理を行うことにより、横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを得ることができる。
【００７９】
なお、以上の説明では、各層の積層を、テープ積層、ディップおよびスプレー吹きつけを併用して行ったが、本発明は、いずれかの積層法のみを用いてもよい。特に、積層時の乾燥工程が短時間であり工程の短時間化の観点から、ディップにより各層を積層することが好ましい。
【００８０】
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００８１】
（支持体成形体の作製）
まず、図５に示す支持体成形体５１を作製した。具体的に説明すると、用いた原料粉末は、次の通りである。
ＮｉＯ粉末：平均粒径０．５〜１．０μｍ
ＭｇＯ粉末：表１および図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、平均粒径と分散状態とが異なるＭｇＯ−Ａ、ＭｇＯ−Ｂ、およびＭｇＯ−Ｃ
Ｙ２Ｏ３粉末：平均粒径０．８〜１．５μｍ
前記ＮｉＯ粉末、ＭｇＯ粉末およびＹ２Ｏ３粉末を、ＮｉＯ粉末が１５モル％、ＭｇＯ粉末が７１．８モル％、Ｙ２Ｏ３粉末が１３．２モル％となるように、かつＭｇＯ−Ａ〜Ｃが表２に示す組み合わせとなるよう配合し、混合して各混合物を得た（表２中の試料Ｎｏ．１〜９）。
【００８２】
【表１】
2010198889.tif 000004
【００８３】
ここで、試料Ｎｏ．１〜９の各混合物におけるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３の含有量を、水溶液化した試料をＩＣＰ発光分光分析法により測定した。より具体的には、前記混合物を硼酸および炭酸ナトリウムに混合し、溶融させたものを塩酸に溶解させて水溶液化した後、まず、原子吸光分析により試料に含まれる元素の定性分析を行い、次いで、特定した各元素について標準液を希釈したものを標準試料として、ＩＣＰ発光分光分析にかけて定量化した。その結果、試料Ｎｏ．１〜９の各混合物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＢ２Ｏ３の不純物の含有量がいずれも２００ｐｐｍ以下であった。
【００８４】
次に、上記の各混合物に、平均粒径２０μｍの焼失材と、セルロース系からなる有機バインダーと、水とからなる溶媒とを配合して混合して支持体材料を得た。得られた支持体材料を押出成形して、ガス流路５２を内部に有する長径寸法３５ｍｍ、短径寸法４．２ｍｍ、横断面が扁平状の支持体成形体５１を作製し、これを乾燥した後、１１００℃で脱脂・仮焼した。その後、１４５０℃、１４７５℃、１５００℃の３種の異なる焼成温度で焼成した。なお、各試料における焼成温度を表２に示す。
【００８５】
（燃料極層テープおよび固体電解質層テープの作製）
続いて、図６（ａ）に示すように、平均粒径０．５μｍの８ＹＳＺ粉末に、アクリル系バインダーとトルエンとを混合したスラリーを、ドクターブレード法にて塗布して乾燥し、厚さ４０μｍの固体電解質層テープ５３ｂを作製した。
【００８６】
次いで、平均粒径０．５μｍのＮｉ粉末と、平均粒径０．５μｍの８ＹＳＺ粉末とを、Ｎｉ粉末と８ＹＳＺ粉末との体積比が４８：５２となるように配合して混合した。この混合物に、焼失材と、アクリル系バインダーと、トルエンとを混合したスラリーを、ドクターブレード法にて塗布して乾燥し、厚さ約８０μｍの燃料極層テープ５３ａを作製した。
【００８７】
次に、図６（ｂ）に示すように、これらの燃料極層テープ５３ａと、固体電解質層テープ５３ｂとを、両者の重なり合わない部分が、それぞれの端部に、幅３ｍｍとなるように重ね合わせ、図６（ｃ）に示すように、２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で貼り合わせた。これらの燃料極層テープ５３ａと固体電解質層テープ５３ｂとを貼り合わせた積層テープを、各支持体成形体５１上に横縞状に貼り付けた。また、１つの積層テープとこれと隣接する他の積層テープとは１０ｍｍの間隔をあけて配置した。その後、この支持体成形体５１を乾燥し、１２５０℃で仮焼した。
【００８８】
（インターコネクタ成形体およびセルスタック間接続材成形体の作製）
次に、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）とＰＶＡ系バインダーで、ディップ用スラリーを作製し、次いで、図７（ａ）に示すように、先に作製した積層テープの両端部を除いた部分をマスキングテープ６１で覆った。そして、ディップ用スラリーでディップして乾燥させ、マスキングテープを除去してインターコネクタ成形体１４とセルスタック間接続部材成形体１５とを形成した後、１４８５℃で２時間焼成した。
【００８９】
（空気極層成形体の作製）
次いで、図８（ａ）に示すように、セルスタック間接続部材１５の全面と、インターコネクタ１４の表面のうち、インターコネクタ１４が燃料極層テープ１３ａと接続されている側と反対側の一部を除く面とを、マスキングテープ６３でマスキングした。次いで、図８（ｂ）に示すように、平均粒径０．７μｍのランタンコバルタイト（ＬａＣｏＯ３）とイソプロピルアルコールとを混合したスラリーを、マスキングした積層体に吹き付け、厚さ２０μｍの空気極層成形体５３ｃを形成した。
【００９０】
（横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの作製）
次いで、空気極層成形体５３ｃを形成した積層体のマスキングテープ６３を除去し、その後、１１００℃で処理を行い、図１に示す横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを得た（試料Ｎｏ．１〜９）。得られた各セルスタックについて、支持体１１におけるＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部（ネック部）の平均長さ、開気孔率および３点曲げ強度の測定と、発電性能試験とを行った。各測定方法および試験方法を、以下に示す。
【００９１】
（結合部の平均長さの測定）
各セルスタックを燃料電池セル上で破断し、支持体の組織写真（反射電子像）をＳＥＭで撮影した（倍率：５０００倍）。撮影した支持体の組織写真から、ＮｉＯを固溶したＭｇＯ粒子と、Ｙ２Ｏ３粒子との結合部（ネック部）の長さの平均値を計測した。計測した値を、０．２５μｍの範囲で区分して、結合部の平均長さを算出した。平均値は、組織写真内の計１００箇所の結合部の長さを計測した値の平均値を採用した。各試料の測定結果を表２に示す。なお、撮影した組織写真の一例として、試料Ｎｏ．２の支持体の組織写真を図１０（ａ）に示し、試料Ｎｏ．５の支持体の組織写真を図１０（ｂ）に示す。
【００９２】
（開気孔率および３点曲げ強度の測定）
開気孔率はアルキメデス法により測定し、３点曲げ強度はＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｒ１６０１）に基く３点曲げ強度により測定した。各試料の測定結果を表２に示す。なお、開気孔率と３点曲げ強度は、Ｎ数が９個の平均値を採用した。
【００９３】
【表２】
2010198889.tif 000005
【００９４】
表２から明らかなように、ＮｉＯが固溶したＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部における平均長さが０．１〜２μｍの範囲である試料Ｎｏ．４〜９においては、開気孔率が３０〜４０％の範囲内であり、かつ３点曲げ強度が７０〜１２０ＭＰａの範囲内であった。この結果から、前記結合部における平均長さが０．１〜２μｍの範囲にあれば、開気孔率を保持したまま３点曲げ強度を高めることができることがわかった。
【００９５】
一方、ＮｉＯが固溶したＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子との結合部における平均長さが２μｍより大きい試料Ｎｏ．１〜３においては、開気孔率３０〜４０％および３点曲げ強度７０〜１２０ＭＰａの両方を満たしておらず、開気孔率を保持したまま強度を高めることができないことがわかった。
【００９６】
また、図１０（ａ），（ｂ）に示した試料Ｎｏ．２および試料Ｎｏ．５の支持体の組織写真より、本発明のセルスタックの支持体の一例である試料Ｎｏ．５においては、ＮｉＯが固溶したＭｇＯ粒子Ａと、Ｙ２Ｏ３粒子Ｂとの結合部における長さは、比較例である試料Ｎｏ．２と比較して短く、またその結合部の数が多いことが分かった。それゆえ、試料Ｎｏ．５では、ＮｉＯが固溶したＭｇＯ粒子とＹ２Ｏ３粒子とが強固に結合されていることが分かった。併せて、試料Ｎｏ．５は、開気孔率を十分に確保していることも分かった。なお、図１０（ａ），（ｂ）において、白色に見える粒子はＮｉＯが固溶したＭｇＯ粒子であり、黒色に見える粒子はＹ２Ｏ３粒子である。
【００９７】
（セルスタックの発電性能試験）
作製した各セルスタックのうち、試料Ｎｏ．３および試料Ｎｏ．５を用いてセルスタックの発電性能試験を行った。具体的には、支持体のガス流路内部に還元ガス（Ｎ２／Ｈ２）、外周部に酸化ガス（空気）を導入し、セルスタックの中心部が７５０℃（先端部近傍が８００〜８５０℃）になるように昇温し、２００時間保持した。その後、還元ガス（Ｎ２／Ｈ２）流量を調整することにより燃料利用率を変化させ、同時に各セルスタックのセル電圧を測定評価した。その結果を、図１１に示す。
【００９８】
試料Ｎｏ．３の支持体を用いて作製したセルスタックは、その支持体の開気孔率が２３％であり、図１１から明らかなように、燃料利用率（Ｕｆ）が６２％より高い場合に、電圧降下が著しくなる結果となった（以下、このような電圧降下が著しくなる燃料利用率を限界Ｕｆと言う。）。
【００９９】
一方、本発明のセルスタックである試料Ｎｏ．５の支持体を用いて作製したセルスタックは、その支持体の開気孔率が３７％で、限界Ｕｆは７０％を超える値となった。以上の結果から、本発明にかかる支持体を用いたセルスタックによれば、発電効率を向上させることができると言える。
【符号の説明】
【０１００】
１１    支持体
１２    ガス流路
１３    燃料電池セル
１３ａ  燃料極層
１３ｂ  固体電解質層
１３ｃ  空気極層
１４    インターコネクタ
１５    セルスタック間接続部材
２０    導電部材
【図１】
2010198889.tif 000006
【図２】
2010198889.tif 000007
【図３】
2010198889.tif 000008
【図４】
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【図５】
2010198889.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010198889.tif 000014
【図１０】
2010198889.tif 000015
【図１１】
2010198889.tif 000016
【図１２】
2010198889.tif 000017