(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を有する平板状の多孔質の支持基板であって、その内部には、それぞれが前記長手方向に貫通する複数のガス流路が幅方向に間隔をおいて形成された支持基板と、
前記支持基板の主面に設けられ、少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、
を備えた焼成体である燃料電池であって、
前記各ガス流路の前記長手方向における一端側及び他端側がそれぞれ、ガス流入側及びガス排出側に対応し、
前記支持基板における前記長手方向の他端側の端面における、前記支持基板の主面又は側端面と前記ガス流路との間の部分が、平坦部を備えず、且つ、前記長手方向の他端側に突出する凸面状を呈している、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記支持基板における前記長手方向の他端側の端面における、隣り合う前記ガス流路の間の部分が、平坦部を備えず、且つ、前記長手方向の他端側に突出する凸面状を呈している、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、「長手方向を有する平板状の多孔質の支持基板であって、その内部には、それぞれが前記長手方向に貫通する複数のガス流路が幅方向に間隔をおいて形成された支持基板」と、「前記支持基板の主面に設けられ、少なくとも燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部」とを備えた焼成体である固体酸化物形燃料電池が広く知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【０００３】
係る焼成体である燃料電池では、燃料極等の導電性を獲得するため、燃料電池を作動させる前に、燃料電池に対して高温下（例えば、８００℃程度）にて還元ガスを供給する熱処理（以下、「還元処理」と呼ぶ。）が行われて、燃料電池が非還元体から還元体に移行される。
【０００４】
係る燃料電池では、「各ガス流路内において長手方向における一方向（同じ方向）にガス（燃料ガス）が流され、各ガス流路のガス排出口から外部空間に排出された余剰のガスが、同ガス排出口の近傍にて、同外部空間内にある空気（酸素）と反応して燃焼させられる構成」が採用され得る。
【０００５】
この構成が採用される場合、支持基板のガス排出側端部にてクラックが発生する場合があった。これは、以下の理由に基づく、と考えられる。第１に、支持基板が多孔質であることに起因して、支持基板のガス排出側端部の内部に外部空間内にある空気が進入し、上述した余剰のガスが同内部にて空気と反応して燃焼する。この結果、同内部にて、燃焼による発熱に伴う過大な熱応力が局所的に発生してクラックが発生する。第２に、支持基板のガス排出側端部の内部に外部空間内にある空気が進入することによって、還元体である同内部が再酸化される。この結果、同内部にて、再酸化による寸法変化（酸化膨張又は収縮）に伴う過大な応力が局所的に発生してクラックが発生する。係るクラックの発生を抑制することが望まれているところである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１０６９１６号公報
【特許文献２】特開２００８−２２６７８９号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、ガス流路が内部に形成された多孔質の支持基板を備えた燃料電池であって、支持基板のガス排出側端部にクラックが発生する事態を抑制し得るものを提供することにある。
【０００８】
本発明に係る燃料電池は、上記と同様の支持基板と発電素子部とを備える。各ガス流路の前記長手方向における一端側及び他端側がそれぞれ、ガス流入側及びガス排出側に対応する。
【０００９】
この燃料電池の特徴は、前記支持基板における前記長手方向の他端側の端面における「前記支持基板の主面又は側端面と前記ガス流路との間の部分」が、平坦部を備えず、且つ、前記長手方向の他端側に突出する凸面状を呈していることにある（後述する図１９〜図２１のＥ１を参照）。
【００１０】
上記本発明に係る燃料電池においては、前記支持基板における前記長手方向の他端側の端面における「隣り合う前記ガス流路の間の部分」が、平坦部を備えず、且つ、前記長手方向の他端側に突出する凸面状を呈していることが好適である（後述する図１９のＥ２を参照）。
【００１１】
上記特徴によれば、上記と同じ部分（後述する図１９〜図２１のＥ１、及び、後述する図１９のＥ２を参照）が、平面状を呈している構成、或いは、前記長手方向の他端側に突出する凸面状を呈している一方で平坦部を備える構成と比べて、支持基板１０のガス排出側端部にクラックが発生する事態が抑制され得ることが判明した。
【００１２】
詳細は不明であるが、これは、支持基板のガス排出側の端面が平面部を備えない場合、前記端面が平面部を備える構成と比べて、支持基板のガス排出側端部にてガスが燃焼する際の同ガス排出側端部の熱応力分布が変化し、同ガス排出側端部において熱応力の集中が発生し難くなることに起因する、と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る燃料電池を示す斜視図である。
【図２】図１に示す燃料電池の２−２線に対応する断面図である。
【図３】図１に示す支持基板の凹部に埋設された燃料極及びインターコネクタの状態を示した平面図である。
【図４】図１に示す燃料電池の作動状態を説明するための図である。
【図５】図１に示す燃料電池の作動状態における電流の流れを説明するための図である。
【図６】図１に示す支持基板を示す斜視図である。
【図７】図１に示す燃料電池の製造過程における第１段階における図２に対応する断面図である。
【図８】図１に示す燃料電池の製造過程における第２段階における図２に対応する断面図である。
【図９】図１に示す燃料電池の製造過程における第３段階における図２に対応する断面図である。
【図１０】図１に示す燃料電池の製造過程における第４段階における図２に対応する断面図である。
【図１１】図１に示す燃料電池の製造過程における第５段階における図２に対応する断面図である。
【図１２】図１に示す燃料電池の製造過程における第６段階における図２に対応する断面図である。
【図１３】図１に示す燃料電池の製造過程における第７段階における図２に対応する断面図である。
【図１４】図１に示す燃料電池の製造過程における第８段階における図２に対応する断面図である。
【図１５】図１に示す燃料電池の支持基板を長手方向及び幅方向に垂直な方向からみたときの、支持基板のガス排出側の端面の全体的な形状を示す図である。
【図１６】支持基板のガス排出側の端面の全体的な形状の第１の変形例を示す図１５に対応する図である。
【図１７】支持基板のガス排出側の端面の全体的な形状の第２の変形例を示す図１５に対応する図である。
【図１８】図１に示す燃料電池の支持基板を長手方向からみたときの、支持基板のガス排出側の端面の全体的な形状を示す図である。
【図１９】図１８の１９−１９断面図である。
【図２０】図１８の２０−２０断面図である。
【図２１】支持基板のガス排出側の端面の全体的な形状の第３の変形例を示す図１９に対応する図である。
【図２２】本発明に係る燃料電池の第２変形例の図２に対応する断面図である。
【図２３】本発明に係る燃料電池の第３変形例の図３に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（構成）
図１は、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の構造体を示す。このＳＯＦＣの構造体は、長手方向（ｘ軸方向）を有する平板状の支持基板１０の上下面（互いに平行な両側の主面（平面））のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数（本例では、４つ）の同形の発電素子部Ａが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。
【００１５】
このＳＯＦＣの構造体の全体を上方からみた形状は、例えば、長手方向の辺の長さが５〜５０ｃｍで長手方向に直交する幅方向（ｙ軸方向）の長さが１〜１０ｃｍの長方形である。このＳＯＦＣの構造体の全体の厚さは、１〜５ｍｍである。このＳＯＦＣの構造体の全体は、厚さ方向の中心を通り且つ支持基板１０の主面に平行な面に対して上下対称の形状を有する。以下、図１に加えて、このＳＯＦＣの構造体の図１に示す２−２線に対応する部分断面図である図２を参照しながら、このＳＯＦＣの構造体の詳細について説明する。図２は、代表的な１組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａのそれぞれの構成（の一部）、並びに、発電素子部Ａ，Ａ間の構成を示す部分断面図である。その他の組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａ間の構成も、図２に示す構成と同様である。
【００１６】
支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料からなる平板状の焼成体である。後述する図６に示すように、支持基板１０の内部には、長手方向に延びる複数（本例では、６本、３本以上が好ましい）の燃料ガス流路１１（貫通孔）が幅方向において所定の間隔をおいて形成されている。本例では、各凹部１２は、支持基板１０の材料からなる底壁と、全周に亘って支持基板１０の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。
【００１７】
支持基板１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。
【００１８】
支持基板１０は、「遷移金属酸化物又は遷移金属」と、絶縁性セラミックスとを含んで構成され得る。「遷移金属酸化物又は遷移金属」としては、ＮｉＯ（酸化ニッケル）又はＮｉ（ニッケル）が好適である。遷移金属は、燃料ガスの改質反応を促す触媒（炭化水素系のガスの改質触媒）として機能し得る。
【００１９】
また、絶縁性セラミックスとしては、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、又は、「ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）の混合物」が好適である。また、絶縁性セラミックスとして、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ２Ｏ３（イットリア）が使用されてもよい。
【００２０】
このように、支持基板１０が「遷移金属酸化物又は遷移金属」を含むことによって、改質前の残存ガス成分を含んだガスが多孔質の支持基板１０の内部の多数の気孔を介して燃料ガス流路１１から燃料極に供給される過程において、上記触媒作用によって改質前の残存ガス成分の改質を促すことができる。加えて、支持基板１０が絶縁性セラミックスを含むことによって、支持基板１０の絶縁性を確保することができる。この結果、隣り合う燃料極間における絶縁性が確保され得る。
【００２１】
支持基板１０の厚さは、１〜５ｍｍである。以下、この構造体の形状が上下対称となっていることを考慮し、説明の簡便化のため、支持基板１０の上面側の構成についてのみ説明していく。支持基板１０の下面側の構成についても同様である。
【００２２】
図２及び図３に示すように、支持基板１０の上面（上側の主面）に形成された各凹部１２には、燃料極集電部２１の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極集電部２１は直方体状を呈している。各燃料極集電部２１の上面（外側面）には、凹部２１ａが形成されている。各凹部２１ａは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。
【００２３】
各凹部２１ａには、燃料極活性部２２の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極活性部２２は直方体状を呈している。燃料極集電部２１と燃料極活性部２２とにより燃料極２０が構成される。燃料極２０（燃料極集電部２１＋燃料極活性部２２）は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。各燃料極活性部２２の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ａ内で燃料極集電部２１と接触している。
【００２４】
各燃料極集電部２１の上面（外側面）における凹部２１ａを除いた部分には、凹部２１ｂが形成されている。各凹部２１ｂは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。
【００２５】
各凹部２１ｂには、インターコネクタ３０が埋設（充填）されている。従って、各インターコネクタ３０は直方体状を呈している。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。各インターコネクタ３０の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。
【００２６】
燃料極２０（燃料極集電部２１及び燃料極活性部２２）の上面（外側面）と、インターコネクタ３０の上面（外側面）と、支持基板１０の主面とにより、１つの平面（凹部１２が形成されていない場合の支持基板１０の主面と同じ平面）が構成されている。即ち、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で、段差が形成されていない。
【００２７】
燃料極活性部２２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極集電部２１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極活性部２２の厚さは、５〜３０μｍであり、燃料極集電部２１の厚さ（即ち、凹部１２の深さ）は、５０〜５００μｍである。
【００２８】
このように、燃料極集電部２１は、電子伝導性を有する物質を含んで構成される。燃料極活性部２２は、電子伝導性を有する物質と酸素イオン伝導性を有する物質とを含んで構成される。燃料極活性部２２における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」は、燃料極集電部２１における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」よりも大きい。
【００２９】
インターコネクタ３０は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３０の厚さは、１０〜１００μｍである。
【００３０】
燃料極２０及びインターコネクタ３０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタ３０が形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面は、固体電解質膜４０により覆われている。固体電解質膜４０は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。固体電解質膜４０は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。固体電解質膜４０の厚さは、３〜５０μｍである。
【００３１】
即ち、燃料極２０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面の全面は、インターコネクタ３０と固体電解質膜４０とからなる緻密層により覆われている。この緻密層は、緻密層の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密層の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。
【００３２】
なお、図２に示すように、本例では、固体電解質膜４０が、燃料極２０（集電部２１＋活性部２２）の上面、インターコネクタ３０の上面における長手方向の両側端部、及び支持基板１０の主面を覆っている。ここで、上述したように、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜４０が平坦化されている。この結果、固体電解質膜４０に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜４０でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜４０が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。
【００３３】
固体電解質膜４０における各燃料極活性部２２と接している箇所の上面には、反応防止膜５０を介して空気極６０が形成されている。反応防止膜５０は、緻密な材料からなる焼成体であり、空気極６０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。反応防止膜５０及び空気極６０を上方からみた形状は、燃料極活性部２２と略同一の長方形である。
【００３４】
反応防止膜５０は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜５０の厚さは、３〜５０μｍである。空気極６０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、空気極６０は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極６０の厚さは、１０〜１００μｍである。
【００３５】
なお、反応防止膜５０が介装されるのは、ＳＯＦＣ作製時又は作動中のＳＯＦＣ内において固体電解質膜４０内のＹＳＺと空気極６０内のＳｒとが反応して固体電解質膜４０と空気極６０との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するためである。
【００３６】
ここで、燃料極２０と、固体電解質膜４０と、反応防止膜５０と、空気極６０とが積層されてなる積層体が、「発電素子部Ａ」に対応する（図２を参照）。即ち、支持基板１０の上面には、複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが、長手方向において所定の間隔をおいて配置されている。
【００３７】
各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａのインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極６０、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の上面に、空気極集電膜７０が形成されている。空気極集電膜７０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極集電膜７０を上方からみた形状は、長方形である。
【００３８】
空気極集電膜７０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜７０の厚さは、５０〜５００μｍである。
【００３９】
このように各空気極集電膜７０が形成されることにより、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａの燃料極２０（特に、燃料極集電部２１）とが、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」を介して電気的に接続される。この結果、支持基板１０の上面に配置されている複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが電気的に直列に接続される。ここで、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」が、「電気的接続部」に対応する。
【００４０】
なお、インターコネクタ３０は、前記「電気的接続部」における前記「緻密な材料で構成された第１部分」に対応し、気孔率は１０％以下である。空気極集電膜７０は、前記「電気的接続部」における前記「多孔質の材料で構成された第２部分」に対応し、気孔率は２０〜６０％である。
【００４１】
以上、説明した「横縞型」のＳＯＦＣの構造体に対して、図４に示すように、支持基板１０の各燃料ガス流路１１内に、長手方向の一方向（同じ方向）に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板１０の上下面（特に、各空気極集電膜７０）を「酸素を含むガス」（空気等）に曝す（或いは、支持基板１０の上下面に沿って酸素を含むガスを流す）ことにより、固体電解質膜４０の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。更に、この構造体を外部の負荷に接続すると、下記（１）、（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる(発電状態)。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−    （於：空気極６０）  …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− 
（於：燃料極２０）  …（２）
【００４２】
発電状態においては、図５に示すように、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、電流が、矢印で示すように流れる。この結果、図４に示すように、このＳＯＦＣの構造体全体から（具体的には、図４において最も手前側の発電素子部Ａのインターコネクタ３０と最も奥側の発電素子部Ａの空気極６０とを介して）電力が取り出される。
【００４３】
（製造方法）
次に、図１に示した「横縞型」のＳＯＦＣの構造体の製造方法の一例について図６〜図１４を参照しながら簡単に説明する。図６〜図１４において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が「焼成前」であることを表す。
【００４４】
先ず、図６に示す形状を有する支持基板の成形体１０ｇが作製される。この支持基板の成形体１０ｇは、例えば、支持基板１０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、押し出し成形、切削等の手法を利用して作製され得る。以下、図６に示す７−７線に対応する部分断面を表す図７〜図１４を参照しながら説明を続ける。
【００４５】
図７に示すように、支持基板の成形体１０ｇが作製されると、次に、図８に示すように、支持基板の成形体１０ｇの上下面に形成された各凹部に、燃料極集電部の成形体２１ｇがそれぞれ埋設・形成される。次いで、図９に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面に形成された各凹部に、燃料極活性部の成形体２２ｇがそれぞれ埋設・形成される。各燃料極集電部の成形体２１ｇ、及び各燃料極活性部２２ｇは、例えば、燃料極２０の材料（例えば、ＮｉとＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。
【００４６】
続いて、図１０に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面における「燃料極活性部の成形体２２ｇが埋設された部分を除いた部分」に形成された各凹部に、インターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成される。各インターコネクタの成形体３０ｇは、例えば、インターコネクタ３０の材料（例えば、ＬａＣｒＯ３）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。
【００４７】
次に、図１１に示すように、複数の燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）及び複数のインターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成された状態の支持基板の成形体１０ｇにおける長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタの成形体３０ｇが形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面に、固体電解質膜の成形膜４０ｇが形成される。固体電解質膜の成形膜４０ｇは、例えば、固体電解質膜４０の材料（例えば、ＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。
【００４８】
次に、図１２に示すように、固体電解質膜の成形体４０ｇにおける各燃料極の成形体２２ｇと接している箇所の外側面に、反応防止膜の成形膜５０ｇが形成される。各反応防止膜の成形膜５０ｇは、例えば、反応防止膜５０の材料（例えば、ＧＤＣ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。
【００４９】
そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体１０ｇが、空気中にて１５００℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したＳＯＦＣの構造体において空気極６０及び空気極集電膜７０が形成されていない状態の構造体が得られる。
【００５０】
次に、図１３に示すように、各反応防止膜５０の外側面に、空気極の成形膜６０ｇが形成される。各空気極の成形膜６０ｇは、例えば、空気極６０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。
【００５１】
次に、図１４に示すように、各組の隣り合う発電素子部について、一方の発電素子部の空気極の成形膜６０ｇと、他方の発電素子部のインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極の成形膜６０ｇ、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の外側面に、空気極集電膜の成形膜７０ｇが形成される。各空気極集電膜の成形膜７０ｇは、例えば、空気極集電膜７０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。
【００５２】
そして、このように成形膜６０ｇ、７０ｇが形成された状態の支持基板１０が、空気中にて１０５０℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したＳＯＦＣの構造体が得られる。以上、図１に示したＳＯＦＣの構造体の製造方法の一例について説明した。
【００５３】
なお、この時点では、酸素含有雰囲気での焼成により、支持基板１０、及び燃料極２０中のＮｉ成分が、ＮｉＯとなっている。従って、燃料極２０の導電性を獲得するため、その後、支持基板１０側から還元性の燃料ガスが流され、ＮｉＯが８００〜１０００℃で１〜１０時間に亘って還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。
【００５４】
（支持基板のガス排出側の端面の詳細な形状）
次に、支持基板１０のガス排出側の端面の詳細な形状について、図１５〜図２１を参照しながら説明する。なお、支持基板１０のガス排出側の「端面」とは、支持基板１０をガス排出側（ガスの下流側）から長手方向に沿ってみたとき、支持基板１０のガス排出側端部について「みえる領域」を指す。
【００５５】
図１５に示すように、支持基板１０のガス排出側の端面は、全体として、平面状を呈している。これに対し、図１６に示すように、支持基板１０のガス排出側の端面が、全体として、「幅方向（ｙ軸方向）における中央部が、長手方向においてガスの下流側（ｘ軸負方向側）に突出する凸状」を呈していてもよい。換言すれば、支持基板１０におけるガス排出側の端面における幅方向の中央部が、前記端面における幅方向の両端部と比べて、長手方向においてガスの下流側に向けて突出していてもよい。
【００５６】
換言すれば、支持基板１０のガス排出側の端面における「幅方向の中央の位置」（図１６の点Ａを参照）が、同端面における「複数の燃料ガス流路１１における幅方向の両端に位置する２つの流路１１のガス排出側のそれぞれの開口における幅方向の対応する最も端側の部分の位置」（図１６の点Ｂを参照）と比べて、長手方向においてガスの下流側に位置していてもよい。更には、前記「幅方向の両端に位置する２つの燃料ガス流路１１」のガス排出側のそれぞれの開口について、前記開口における「幅方向の最も中央側の部分の位置」（図１６の点Ｃを参照）が、前記開口における「幅方向の対応する最も端側の部分の位置」（図１６の点Ｂを参照）と比べて、長手方向においてガスの下流側に位置していてもよい。
【００５７】
このように、支持基板１０のガス排出側の端面が凸状となっている構成では、前記端面の形状が平面状となっている構成と比べて、支持基板１０のガス排出側端部にクラックが発生する事態が抑制され易いことが判明した。これは、詳細は不明であるが、支持基板１０のガス排出側の端面が凸状となっている場合、前記端面の全体的な形状が平面状となっている構成と比べて、支持基板１０のガス排出側端部にてガスが燃焼する際の同ガス排出側端部の温度分布が変化し、同ガス排出側端部（特に、幅方向の両端に位置する２つの燃料ガス流路１１のガス排出側の開口の近傍部分）において局所的に過大な熱応力が発生し難くなることに起因する、と考えられる。
【００５８】
なお、図１６に示す例では、支持基板１０のガス排出側の端面が、幅方向の全域において曲面状（凸状）を呈しているが、図１７に示すように、幅方向の中央部に平面部が存在する形状を呈していても良い。なお、図１７における点Ａ、Ｂ、Ｃは、図１６における点Ａ、Ｂ、Ｃにそれぞれ対応している。
【００５９】
また、図１８の１９−１９断面、２０−２０断面である図１９、図２０から理解できるように、支持基板１０のガス排出側の端面における「支持基板１０の主面又は側端面と燃料ガス流路１１との間の部分」（図１９、図２０におけるＥ１を参照）が、平坦部を備えず、且つ、長手方向においてガスの下流側に突出する凸面状を呈している。ここで、図１９のＥ１が、支持基板１０のガス排出側の端面における「支持基板１０の側端面と燃料ガス流路１１との間の部分」に対応し、図２０のＥ１が、支持基板１０のガス排出側の端面における「支持基板１０の主面と燃料ガス流路１１との間の部分」に対応している。
【００６０】
加えて、支持基板１０のガス排出側の端面における「隣り合う燃料ガス流路１１、１１の間の部分」（図１９におけるＥ２を参照）が、平坦部を備えず、且つ、長手方向においてガスの下流側に突出する凸面状を呈している。
【００６１】
換言すれば、支持基板１０における「支持基板１０の主面又は側端面と燃料ガス流路１１との間の部分」（図１９、図２０において、Ｅ１に対応するハッチング領域を参照）の長手方向におけるガス下流側の端面（ｘ軸負方向側の端面、図１９、図２０におけるＥ１を参照）が、平坦部を備えず、且つ、長手方向においてガスの下流側に突出する凸面状を呈している。加えて、支持基板１０における「隣り合う燃料ガス流路１１、１１の間の部分」（図１９において、Ｅ２に対応するハッチング領域を参照）の長手方向におけるガス下流側の端面（ｘ軸負方向側の端面、図１９におけるＥ２を参照）が、平坦部を備えず、且つ、長手方向においてガスの下流側に突出する凸面状を呈している。なお、図１８における点Ａ、Ｂ、Ｃは、図１６における点Ａ、Ｂ、Ｃにそれぞれ対応している。
【００６２】
このように、支持基板１０をガス排出側（ガスの下流側）から長手方向に沿ってみたとき、支持基板１０のガス排出側の端面における「支持基板１０の主面又は側端面と燃料ガス流路１１との間を繋ぐ部分」（図１９、図２０におけるＥ１を参照）が、平坦部を備えず、且つ、長手方向においてガスの下流側に突出する凸面状を呈している。加えて、支持基板１０をガス排出側（ガスの下流側）から長手方向に沿ってみたとき、支持基板１０のガス排出側の端面における「隣り合う燃料ガス流路１１、１１間を繋ぐ部分」（図１９におけるＥ２を参照）が、平坦部を備えず、且つ、長手方向においてガスの下流側に突出する凸面状を呈している。これらの結果、同じ部分が、平面状を呈している構成、或いは、長手方向においてガスの下流側に突出する凸面状を呈している一方で平坦部を備える構成（例えば、図２１を参照）と比べて、支持基板１０のガス排出側端部にクラックが発生する事態が抑制され得ることが判明した。
【００６３】
これは、詳細は不明であるが、支持基板１０のガス排出側の端面が平面部を備えない場合、前記端面が平面部を備える構成と比べて、支持基板１０のガス排出側端部にてガスが燃焼する際の同ガス排出側端部の熱応力分布が変化し、同ガス排出側端部において熱応力の集中が発生し難くなることに起因する、と考えられる。
【００６４】
ここで、「平坦部を備えず、且つ、長手方向においてガスの下流側に突出する凸面状を呈する」部分は、支持基板１０のガス排出側の端面における「支持基板１０の主面又は側端面と燃料ガス流路１１との間の部分」（図１９〜図２１におけるＥ１を参照）の一部であっても、全体であってもよいし、支持基板１０のガス排出側の端面における「隣り合う燃料ガス流路１１、１１の間の部分」（図１９、図２１におけるＥ２を参照）の一部であっても、全体であってもよい。支持基板１０のガス排出側の端面の全域が、平坦部を備えず、且つ、長手方向においてガスの下流側に突出する凸面状を呈していることが好適である。
【００６５】
なお、支持基板１０の内部のＮｉの再酸化防止等の目的で、支持基板１０のガス排出側の端面等に、コーティング膜（例えば、ＹＳＺ膜）が形成される場合がある。この場合、支持基板１０のガス排出側の端面部における「支持基板の材料で構成される端面」（即ち、コーティング膜の表面ではなく、コーティング膜で覆われた面）が、図１５〜図２１にて示された形状を備えている必要がある。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、支持基板１０のガス排出側（ガスの下流側）の端面について図１５〜図２１にて示された形状が採用されているが、支持基板１０のガス流入側（ガスの上流側）の端面についても、図１５〜図２１にて示された形状に相当する形状が採用されていてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態において、平板状の支持基板１０の上下面のそれぞれに複数の凹部１２が形成され且つ複数の発電素子部Ａが設けられているが、図２２に示すように、支持基板１０の片側面のみに複数の凹部１２が形成され且つ複数の発電素子部Ａが設けられていてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態においては、燃料極２０が燃料極集電部２１と燃料極活性部２２との２層で構成されているが、燃料極２０が燃料極活性部２２に相当する１層で構成されてもよい。
【００６９】
加えて、上記実施形態においては、図３に示すように、燃料極集電部２１の外側面に形成された凹部２１ｂが、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（支持基板１０の材料からなる長手方向に沿う２つの側壁と、燃料極集電部２１の材料からなる幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みとなっている。この結果、凹部２１ｂに埋設されたインターコネクタ３０の幅方向に沿う２つの側面と底面とが凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。
【００７０】
これに対し、図２３に示すように、燃料極集電部２１の外側面に形成された凹部２１ｂが、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、全周に亘って燃料極集電部２１の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と、幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みであってもよい。同様に、燃料極集電部２１の外側面に形成された凹部２１ａが、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、全周に亘って燃料極集電部２１の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と、幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みであってもよい。
【００７１】
これによれば、凹部２１ｂに埋設されたインターコネクタ３０の４つの側面の全てと底面とが凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触する。従って、燃料極集電部２１とインターコネクタ３０との界面の面積をより一層大きくできる。従って、燃料極集電部２１とインターコネクタ３０との間における電子伝導性をより一層高めることができ、この結果、燃料電池の発電出力をより一層高めることができる。同様に、凹部２１ａに埋設された燃料極活性部２２の４つの側面の全てと底面とが凹部２１ａ内で燃料極集電部２１と接触する。従って、燃料極集電部２１と燃料極活性部２２との界面の面積をより一層大きくできる。従って、燃料極集電部２１と燃料極活性部２２との間における電子伝導性をより一層高めることができ、この結果、燃料電池の発電出力をより一層高めることができる。
【００７２】
また、上記実施形態においては、支持基板１０の主面に電気的に直列に接続された複数の発電素子部Ａが配置された所謂「横縞型」と呼ばれる構成が採用されているが、支持基板１０の主面に発電素子部が１つのみ設けられたセルが複数枚積層された所謂「縦縞型」の構成が採用されてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０…支持基板、１１…燃料ガス流路、２０…燃料極、４０…固体電解質膜、６０…空気極、Ａ…発電素子部
【要約】      （修正有）【課題】内部にガス流路が形成された多孔質の支持基板を備え、支持基板のガス排出側端部でのクラック発生を抑制する燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池は、長手方向（ｘ軸方向）を有する平板状の多孔質であって、それぞれが長手方向に貫通する複数のガス流路１１が幅方向（ｙ軸方向）に間隔をおいて内部に形成された支持基板１０と、支持基板の主面に設けられ、燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順で積層された発電素子部と、を備えた焼成体である。各ガス流路１１の長手方向における一端側及び他端側がガス流入側及びガス排出側に対応し、支持基板における長手方向の他端側（ｘ軸負方向側）の端面における支持基板の主面又は側端面とガス流路との間の部分（Ｅ１）、及び隣り合うガス流路間の部分（Ｅ２）が、平坦部を備えず、且つ長手方向の他端側に突出する凸面状を呈している。【選択図】図１９【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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