(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を有する平板状の主部と、前記主部における前記長手方向と垂直の幅方向の両端部に位置し前記主部と接続する一対の側端部と、を有する多孔質の支持基板であって、前記主部と前記一対の側端部との境界部には前記側端部側が厚さ方向に突出する前記長手方向に延びる一対の段差が形成され、前記長手方向に沿ってガス流路が内部に形成された支持基板と、
前記支持基板の主部の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも燃料極、固体電解質膜、及び空気極がこの順で積層されてなる複数の発電素子部と、
前記支持基板の主部の主面において隣り合う前記発電素子部の間に設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気極とを電気的に接続する電気的接続部と、
前記ガス流路を経て前記燃料極に供給されるガスと、前記空気極に供給されるガスと、の混合を防止するシール膜であって、前記支持基板の主部の主面における前記発電素子部が設けられた領域を除いた部分を覆うように設けられ且つ前記発電素子部の前記固体電解質膜と同じ組成又は異なる組成を有する緻密質材料で構成された主部シール部と、前記支持基板の側端部の表面を覆うように設けられ且つ前記主部シール部と同じ又は異なる組成を有する緻密質材料で構成され且つ前記主部シール部と接続する側端部シール部と、を含んで構成されたシール膜と、
を備え、
前記主部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部の表面と、前記支持基板の側端部における前記段差の近傍に位置する部分の表面と、により、連続した面が構成され、
前記側端部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部が、前記主部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部の表面を覆うように、前記側端部シール部が前記主部シール部と接続する、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記側端部シール部の前記縁部が前記主部シール部の前記縁部の表面を覆う前記幅方向の長さ（Ｌ）が、０．３〜４．８ｍｍである、燃料電池。
【請求項３】
長手方向を有する多孔質の平板状の支持基板であって、前記長手方向に沿ってガス流路が内部に形成され、前記長手方向を有する平板状の主部と、前記主部における前記長手方向のガスの排出側の端部に位置し前記主部と接続する排出側端部と、を有し、前記主部と前記排出側端部との境界部には前記排出側端部側が厚さ方向に突出する前記長手方向と垂直の幅方向に延びる段差が形成された支持基板と、
前記支持基板の主部の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも燃料極、固体電解質膜、及び空気極がこの順で積層されてなる複数の発電素子部と、
前記支持基板の主部の主面において隣り合う前記発電素子部の間に設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気極とを電気的に接続する電気的接続部と、
前記ガス流路を経て前記燃料極に供給されるガスと、前記空気極に供給されるガスと、の混合を防止するシール膜であって、前記支持基板の主部の主面における前記発電素子部が設けられた領域を除いた部分を覆うように設けられ且つ前記発電素子部の前記固体電解質膜と同じ組成又は異なる組成を有する緻密質材料で構成された主部シール部と、前記支持基板の排出側端部の表面を覆うように設けられ且つ前記主部シール部と同じ又は異なる組成を有する緻密質材料で構成され且つ前記主部シール部と接続する排出側端部シール部と、を含んで構成されたシール膜と、
を備え、
前記主部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部の表面と、前記支持基板の排出側端部における前記段差の近傍に位置する部分の表面と、により、連続した面が構成され、
前記排出側端部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部が、前記主部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部の表面を覆うように、前記排出側端部シール部が前記主部シール部と接続する、燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池において、
前記排出側端部シール部の前記縁部が前記主部シール部の前記縁部の表面を覆う前記長手方向の長さ（Ｈ）が、０．５〜１０ｍｍである、燃料電池。
【請求項５】
長手方向を有する多孔質の平板状の支持基板であって、前記長手方向に沿ってガス流路が内部に形成され、前記長手方向を有する平板状の主部と、前記主部における前記長手方向と垂直の幅方向の両端部に位置し前記主部と接続する一対の側端部と、前記主部における前記長手方向のガスの排出側の端部に位置し前記主部と接続する排出側端部と、を有し、前記主部と前記一対の側端部との境界部には前記側端部側が厚さ方向に突出する前記長手方向に延びる一対の第１段差が形成され、前記主部と前記排出側端部との境界部には前記排出側端部側が厚さ方向に突出する前記幅方向に延びる第２段差が形成された支持基板と、
前記支持基板の主部の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも燃料極、固体電解質膜、及び空気極がこの順で積層されてなる複数の発電素子部と、
前記支持基板の主部の主面において隣り合う前記発電素子部の間に設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気極とを電気的に接続する電気的接続部と、
前記ガス流路を経て前記燃料極に供給されるガスと、前記空気極に供給されるガスと、の混合を防止するシール膜であって、前記支持基板の主部の主面における前記発電素子部が設けられた領域を除いた部分を覆うように設けられ且つ前記発電素子部の前記固体電解質膜と同じ組成又は異なる組成を有する緻密質材料で構成された主部シール部と、前記支持基板の側端部の表面を覆うように設けられ且つ前記主部シール部と同じ又は異なる組成を有する緻密質材料で構成され且つ前記主部シール部と接続する側端部シール部と、前記支持基板の排出側端部の表面を覆うように設けられ且つ前記主部シール部と同じ又は異なる組成を有する緻密質材料で構成され且つ前記主部シール部と接続する排出側端部シール部と、を含んで構成されたシール膜と、
を備え、
前記主部シール部における前記第１段差の近傍に位置する縁部の表面と、前記支持基板の側端部における前記第１段差の近傍に位置する部分の表面と、により、連続した面が構成され、
前記側端部シール部における前記第１段差の近傍に位置する縁部が、前記主部シール部における前記第１段差の近傍に位置する縁部の表面を覆うように、前記側端部シール部が前記主部シール部と接続し、
前記主部シール部における前記第２段差の近傍に位置する縁部の表面と、前記支持基板の排出側端部における前記第２段差の近傍に位置する部分の表面と、により、連続した面が構成され、
前記排出側端部シール部における前記第２段差の近傍に位置する縁部が、前記主部シール部における前記第２段差の近傍に位置する縁部の表面を覆うように、前記排出側端部シール部が前記主部シール部と接続する、燃料電池。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池において、
前記側端部シール部の前記縁部が前記主部シール部の前記縁部の表面を覆う前記幅方向の長さ（Ｌ）が、０．３〜４．８ｍｍであり、
前記排出側端部シール部の前記縁部が前記主部シール部の前記縁部の表面を覆う前記長手方向の長さ（Ｈ）が、０．５〜１０ｍｍである、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、「ガス流路が内部に形成された多孔質の平板状の支持基板」と、「前記支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、燃料極、固体電解質、及び空気極がこの順に積層されてなる複数の発電素子部」と、「前記支持基板の主面において隣り合う前記発電素子部の間に設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気極とを電気的に接続する電気的接続部」と、「前記支持基板の主面における前記発電素子部が設けられた領域を除いた部分、及び、前記支持基板の側端面を覆うように設けられ、前記ガス流路を経て前記燃料極に供給されるガス（燃料ガス）と、前記空気極に供給されるガス（空気）との混合を防止する緻密質材料からなるシール膜」と、を備えた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような構成は、「横縞型」とも呼ばれる。
【０００３】
上記文献に記載された燃料電池では、前記シール膜として、発電素子部の内部から延設された固体電解質膜が、支持基板の主面における発電素子部が設けられた領域を除いた部分、及び、支持基板の側端面を覆うように連続して設けられている。
【０００４】
このように、シール膜（固体電解質膜）における「支持基板の主面を覆う部分」と「支持基板の側端面を覆う部分」とが繋ぎ目なく（シームレスに）繋がった構成では、理由は不明であるが、シール膜における「支持基板の主面を覆う部分」と「支持基板の側端面を覆う部分」との接続部の周辺にてクラックが発生し易い、という問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８２８６６３号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、以上の問題に対処するためのものであり、「横縞型」の燃料電池であって、シール膜における「支持基板の主面を覆う部分」と「支持基板の側端面を覆う部分」との接続部の周辺にてクラックが発生し難いものを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明に係る燃料電池は、「背景技術」の欄で記載した燃料電池と同様に、前記支持基板と、前記複数の発電素子部と、前記電気的接続部と、前記シール膜と、を備えた「横縞型」の燃料電池である。
【０００８】
本発明に係る燃料電池の特徴は、前記支持基板における「主部」と「一対の側端部」との境界部に、前記側端部側が厚さ方向に突出する長手方向に延びる一対の段差が形成されたこと、並びに、前記シール膜が、「前記支持基板の主部の主面における前記発電素子部が設けられた領域を除いた部分を覆うように設けられ且つ前記発電素子部の前記固体電解質膜と同じ組成又は異なる組成を有する緻密質材料で構成された主部シール部」と、「前記支持基板の側端部の表面を覆うように設けられ且つ前記主部シール部と同じ又は異なる組成を有する緻密質材料で構成され且つ前記主部シール部と接続する側端部シール部」と、を含んで構成されたこと、にある。
【０００９】
加えて、本発明に係る燃料電池の特徴は、前記側端部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部（の裏面）が、前記主部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部の表面を覆うように、前記側端部シール部が前記主部シール部と接続するように構成されたこと、にある。この場合、前記主部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部の表面と、前記支持基板の側端部における前記段差の近傍に位置する部分の表面と、により、連続した面が構成されることが好適である。
【００１０】
上記構成によれば、前記側端部シール部の縁部と前記主部シール部の縁部とが厚さ方向に重なるように（オーバラップするように）、前記側端部シール部が前記主部シール部と接続される。この構成を採用すると、「主部シール部と側端部シール部とが繋ぎ目なく（シームレスに）繋がった」従来の構成と比べて、主部シール部と側端部シール部との接続部の周辺にてクラックが発生し難くなることが判明した。
【００１１】
上記本発明に係る燃料電池では、前記主部シール膜は、前記発電素子部の内部の固体電解質膜から前記支持基板の主部の主面を覆うように延びる前記固体電解質と同じ組成又は異なる組成を有する緻密質の固体電解質材料で構成され得る。或いは、前記主部シール膜は、固体電解質材料以外の緻密質材料で構成され得、例えば、支持基板と同じ主成分（同じ組成）を有する緻密質材料で構成され得る。「前記主部シール部と同じ又は異なる組成を有する緻密質材料で構成される前記側端部シール膜」も、支持基板と同じ主成分（同じ組成）を有する緻密質材料で構成され得る。
【００１２】
以上は、シール膜における「支持基板の主面を覆う部分」（主部シール部）と「支持基板の側端面を覆う部分」（側端部シール部）との接続部の周辺におけるクラックの発生の可能性を抑制する点について議論してきた。更に、本発明者は、シール膜における「支持基板の主面を覆う部分」（主部シール部）と「支持基板の長手方向のガス排出側の端面を覆う部分」（排出側端部シール部）との接続部の周辺におけるクラックの発生の可能性を抑制する場合においても、上記と同様の議論が成立することを見出した。
【００１３】
即ち、この場合、前記支持基板は、前記長手方向を有する平板状の主部と、前記主部における前記長手方向のガスの排出側の端部に位置し前記主部と接続する排出側端部と、を有し、前記主部と前記排出側端部との境界部には前記排出側端部側が厚さ方向に突出する前記長手方向と垂直の幅方向に延びる段差が形成される。前記シール膜は、前記主部シール部と、前記支持基板の排出側端部の表面を覆うように設けられ且つ前記主部シール部と同じ又は異なる組成を有する緻密質材料で構成され且つ前記主部シール部と接続する排出側端部シール部と、を含んで構成される。そして、前記排出側端部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部が、前記主部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部の表面を覆うように、前記排出側端部シール部が前記主部シール部と接続するように構成される。この場合、前記主部シール部における前記段差の近傍に位置する縁部の表面と、前記支持基板の排出側端部における前記段差の近傍に位置する部分の表面と、により、連続した面が構成されることが好適である。「前記主部シール部と同じ又は異なる組成を有する緻密質材料で構成される前記排出側端部シール膜」も、支持基板と同じ主成分（同じ組成）を有する緻密質材料で構成され得る。
【００１４】
上記構成によれば、前記排出側端部シール部の縁部と前記主部シール部の縁部とが厚さ方向に重なるように（オーバラップするように）、前記排出側端部シール部が前記主部シール部と接続される。この構成を採用すると、「主部シール部と排出側端部シール部とが繋ぎ目なく（シームレスに）繋がった」構成と比べて、主部シール部と排出側端部シール部との接続部の周辺にてクラックが発生し難くなることが判明した。
【００１５】
また、前記電気的接続部は、前記空気極と接続するとともに多孔質材料で構成された前記第１部分と、前記燃料極と接続するとともに前記第１部分と接続し且つ緻密質材料で構成された第２部分と、で構成され、前記平板状の支持基板の主部の主面における前記複数の箇所に、前記支持基板の材料からなる底壁と全周に亘って前記支持基板の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有する第１凹部がそれぞれ形成され、前記各第１凹部に、対応する前記発電素子部の燃料極がそれぞれ埋設され、前記埋設された各燃料極の外側面に形成された第２凹部に、対応する前記電気的接続部の前記第２部分がそれぞれ埋設され得る。
【００１６】
また、対応する前記電気的接続部の第２部分が埋設された前記各第２凹部は、前記燃料極の材料からなる底壁と、全周に亘って前記燃料極の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有し得る。
【００１７】
また、前記燃料極の前記第２凹部以外の外側面と、前記電気的接続部の第２部分の外側面と、前記支持基板の前記主面とにより、１つの平面が構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る燃料電池の第１実施形態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に示す燃料電池の３−３線に対応する断面図である。
【図４】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５】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６】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７】図１に示す支持基板を示す斜視図である。
【図８】図１に示す燃料電池の製造過程における第１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２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３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４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５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６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７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１６】本発明に係る燃料電池の第１実施形態の変形例の図１に対応する斜視図である。
【図１７】図１６に示す変形例の図２に対応する断面図である。
【図１８】図１６に示す変形例の図３に対応する断面図である。
【図１９】本発明に係る燃料電池の第２実施形態の図１に対応する斜視図である。
【図２０】図１９に示す支持基板の図７に対応する斜視図である。
【図２１】図１９に示す燃料電池の２１−２１線に対応する断面図である。
【図２２】図１９に示す燃料電池の２２−２２線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実施形態の図１に対応する斜視図である。
【図２４】図２３に示す支持基板の図７に対応する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態の構成）
図１は、本発明に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の第１実施形態を示す。このＳＯＦＣ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。
【００２０】
このＳＯＦＣ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の全体の厚さは、１〜５ｍｍである。このＳＯＦＣ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〜図６を参照しながら、このＳＯＦＣ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。
【００２１】
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７に示すように、支持基板１０は、長手方向（ｘ軸方向）を有する平板状の主部１０Ａと、主部１０Ａにおける幅方向（ｙ軸方向）の両端部に位置し主部１０Ａと接続する一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂと、から構成される。
【００２２】
側端部１０Ｂは、長手方向（ｘ軸方向）に延びる半円柱状を呈している。側端部１０Ｂの幅方向に突出する曲面（円筒面の一部）の曲率半径は、０．３〜５ｍｍである。主部１０Ａと一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂとの表裏の境界部にはそれぞれ、側端部１０Ｂ側が主部１０Ａ側に対して厚さ方向（ｚ軸方向）に突出する長手方向（ｘ軸方向）に延びる一対の段差ＳＴ、ＳＴが形成されている。
【００２３】
支持基板１０の主部１０Ａの内部には、長手方向（ｘ軸方向）に延びる複数（本例では、６本）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。また、支持基板１０の主部１０Ａの上下面（両主面）のそれぞれには、各発電素子部Ａに対応する箇所に凹部１２がそれぞれ形成されている。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。支持基板１０の厚さは、１〜５ｍｍである。
【００２８】
図２〜図４に示すように、支持基板１０の上下面（両主面）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。図２及び図４に示すように、各燃料極集電部２１の表面（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。前記「周方向に閉じた側壁」は、全周に亘って燃料極集電部２１の材料からなる。
【００２９】
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の前記「周方向に閉じた側壁」の全周と底面とは、凹部２１ａ内で燃料極集電部２１と接触している。
【００３０】
図２及び図４に示すように、各燃料極集電部２１の表面（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。前記「周方向に閉じた側壁」は、全周に亘って燃料極集電部２１の材料からなる。
【００３１】
各凹部２１ｂには、直方体状のインターコネクタ３０の一部（内側の半分）が埋設（充填）されている。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密質材料からなる焼成体である。各インターコネクタ３０の側壁の全周と底面とは、凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。
【００３２】
燃料極集電部２１の表面（外側面）と、燃料極活性部２２の表面（外側面）と、支持基板１０の主部１０Ａ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の主部１０Ａの主面と同じ平面）が構成されている。即ち、燃料極集電部２１の表面と燃料極活性部２２の表面と支持基板１０の主部１０Ａの主面との間で、段差が形成されていない。インターコネクタ３０の一部（外側の半分）は、前記「１つの平面」から突出している。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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の主部１０Ａの主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を除いた全面は、固体電解質膜４０により覆われている。即ち、固体電解質膜４０は、発電素子部Ａの内部から支持基板１０の主部１０Ａの主面を覆うように、且つ、支持基板１０の段差ＳＴ、ＳＴ（図７を参照）の側面の全面に接触するように、発電素子部Ａの外部へ延びている。ここで、固体電解質膜４０における「発電素子部Ａの内部以外の、主部１０Ａの主面を覆う部分」が、前記「主部シール部」に対応する。
【００３７】
固体電解質膜（主部シール部）４０は、酸素イオン伝導性を有する緻密質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。即ち、固体電解質膜４０は、ジルコニア（ＺｒＯ２）を含む。固体電解質膜（主部シール部）４０の厚さは、３〜５０μｍである。
【００３８】
図３に示すように、主部シール部４０における段差ＳＴの近傍に位置する縁部の表面と、支持基板１０の側端部１０Ｂにおける段差ＳＴの近傍に位置する部分の表面と、により、連続した面が構成されている。即ち、主部シール部４０における段差ＳＴの近傍に位置する縁部の表面と、支持基板１０の側端部１０Ｂにおける段差ＳＴの近傍に位置する部分の表面との間で、段差が形成されていない。
【００３９】
また、図２に示すように、固体電解質膜（主部シール部）４０の表面（外側面）と、インターコネクタ３０の表面（外側面）とにより、１つの平面が構成されている。即ち、固体電解質膜４０の表面とインターコネクタ３０の表面との間で、段差が形成されていない。なお、この例では、固体電解質膜（主部シール部）４０とインターコネクタ３０とが、直接接触して接続されているが、固体電解質膜（主部シール部）４０とインターコネクタ３０とが、インターコネクタ３０の外周部に形成された「固体電解質膜（主部シール部）４０及びインターコネクタ３０とは異なるシール膜」を介して接続されてもよい。この場合、固体電解質膜（主部シール部）４０とインターコネクタ３０とは接触しない。
【００４０】
図１及び図３に示すように、支持基板１０の一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂの表面の全面は、側端部シール部８０、８０で覆われている。側端部シール部８０における段差ＳＴの近傍に位置する縁部は、主部シール部４０における段差ＳＴの近傍に位置する縁部の表面を覆っている。換言すれば、側端部シール部８０の縁部と主部シール部４０の縁部とが厚さ方向に重なるように（オーバラップするように）、側端部シール部８０が主部シール部４０と接続されている。
【００４１】
側端部シール部８０は、主部シール部４０と同じ又は異なる組成を有する緻密質材料で構成されている。主部シール部４０と異なる組成を有する緻密質材料としては、例えば、１０Ｓｃ１ＣｅＺｒＯ２のような他の固体電解質材料であってもよいし、ガラス、ＺｒＯ２のような固体電解質以外の材料であってもよい。或いは、側端部シール部８０は、支持基板１０と同じ主成分（同じ組成）を有する緻密質材料で構成されてもよい。側端部シール部８０の厚さは、３〜１００μｍである。
【００４２】
以上、支持基板１０の主部１０Ａの表裏の各主面における発電素子部Ａが設けられた領域を除いた部分は、インターコネクタ３０と固体電解質膜（主部シール膜）４０とからなる連続した緻密質膜により覆われている。加えて、支持基板１０の一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂの表面は、側端部シール膜８０、８０という緻密質膜により覆われている。これらの連続した緻密質膜（インターコネクタ３０＋主部シール膜４０＋側端部シール膜８０）は、緻密質膜の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密質膜の外側の空間を流れる空気との混合を防止する前記「シール膜」に対応する。「シール膜」のガスシール機能を発揮するため、この緻密質膜（インターコネクタ３０＋主部シール膜４０＋側端部シール膜８０）の気孔率は、１０％以下である。
【００４３】
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、緻密質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。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。
【００４４】
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）、及び、ＳＤＣ＝（Ｃｅ，Ｓｍ）Ｏ２（サマリウムドープセリア）等の希土類元素を含む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。
【００４５】
なお、固体電解質膜４０と空気極６０との間に反応防止膜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（ＳｒＺｒＯ３）が形成される現象の発生を抑制するためである。
【００４６】
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の主部１０Ａの上下面のそれぞれには、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。
【００４７】
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、反応防止膜５０、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の表面（外側面）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を外側からみた形状は、長方形である。
【００４８】
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。或いは、Ｌａ（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ）Ｏ３で構成されてもよい。即ち、空気極集電膜７０は、ストロンチウム（Ｓｒ）又はランタン（Ｌａ）を含む。空気極集電膜７０の厚さは、５０〜５００μｍである。
【００４９】
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の主部１０Ａの上下面のそれぞれ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、前記「電気的接続部」に対応する。
【００５０】
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「緻密質材料で構成された第２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１部分」に対応し、気孔率は２０〜６０％である。
【００５１】
以上、説明した「横縞型」のＳＯＦＣに対して、図５に示すように、支持基板１０の燃料ガス流路１１内に燃料ガス（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）
【００５２】
発電状態においては、図６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５に示すように、このＳＯＦＣ全体から（具体的には、図５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。
【００５３】
（第１実施形態の製造方法）
次に、図１に示した「横縞型」のＳＯＦＣの製造方法の一例について図７〜図１５を参照しながら簡単に説明する。図７〜図１５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。
【００５４】
先ず、図７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７に示す８−８線に対応する部分断面を表す図８〜図１５を参照しながら説明を続ける。
【００５５】
図８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９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１０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の全体がそれぞれ埋設・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。
【００５６】
続いて、図１１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の一部（内側の半分）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。
【００５７】
次に、図１２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における主部１０Ａの主面（即ち、上下の主面）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。
【００５８】
加えて、支持基板の成形体１０ｇの一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂの表面の全面に、側端部シール部の成形膜がそれぞれ形成される。このとき、支持基板の成形体１０ｇの段差ＳＴの近傍部分において、側端部シール部の成形膜の縁部と固体電解質膜の成形膜４０ｇの縁部とが厚さ方向に重なるように（オーバラップするように）、側端部シール部の成形膜が形成される。側端部シール部の成形膜も、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。
【００５９】
次に、図１３に示すように、固体電解質膜の成形体４０ｇの外側面における燃料極集電部の成形体２２ｇに対応する複数の箇所に、反応防止膜の成形膜５０ｇがそれぞれ形成される。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。
【００６０】
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。
【００６１】
次に、図１４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。
【００６２】
次に、図１５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、反応防止膜５０、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、Ｌａ（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ）Ｏ３）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。
【００６３】
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が得られる。以上、図１に示したＳＯＦＣの製造方法の一例について説明した。
【００６４】
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。
【００６５】
（第１実施形態の作用・効果）
以上、説明したように、上記第１実施形態では、支持基板１０の主部１０Ａと一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂとの表裏の境界部にはそれぞれ、側端部１０Ｂ側が主部１０Ａ側に対して厚さ方向に突出する長手方向に延びる一対の段差ＳＴ、ＳＴが形成されている（図７を参照）。加えて、「燃料ガスが流通する空間」と「空気が流通する空間」とを区画・形成する緻密質材料からなる「シール膜」が、支持基板１０の主部１０Ａの主面を覆う主部シール部４０と、支持基板１０の側端部１０Ｂ、１０Ｂの表面を覆う側端部シール部８０、８０と、を含んで構成されている。更には、支持基板１０の段差ＳＴの近傍部分において、側端部シール部８０の縁部と主部シール部４０の縁部とが厚さ方向に重なるように（オーバラップするように）、側端部シール部８０が主部シール部４０と接続されている。
【００６６】
上記第１実施形態によれば、「主部シール部と側端部シール部とが繋ぎ目なく（シームレスに）繋がった」従来の構成と比べて、主部シール部４０と側端部シール部８０との接続部の周辺にてクラックが発生し難くなることが判明した。これは、詳細は不明であるが、上記第１実施形態では、上記従来の構成と比べて、主部シール部４０と側端部シール部８０との接続部の周辺に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。
【００６７】
また、上記第１実施形態では、支持基板１０の主部１０Ａの上下面に形成されている、燃料極２０（集電部２１）を埋設するための複数の凹部１２のそれぞれが、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を有している。換言すれば、支持基板１０の主部１０Ａにおいて各凹部１２を囲む枠体がそれぞれ形成されている。従って、この構造体は、支持基板１０が外力を受けた場合に変形し難い。
【００６８】
また、上記第１実施形態では、支持基板１０の各凹部１２内に燃料極２０（集電部２１＋活性部２２）及びインターコネクタ３０等の部材が隙間なく充填・埋設された状態で、支持基板１０と前記埋設された部材とが共焼結される。従って、部材間の接合性が高く且つ信頼性の高い焼結体が得られる。
【００６９】
また、上記第１実施形態では、インターコネクタ３０が、燃料極集電部２１の外側面に形成された凹部２１ｂに埋設され、この結果、直方体状のインターコネクタ３０の４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。従って、燃料極集電部２１の外側平面上に直方体状のインターコネクタ３０が積層される（接触する）構成が採用される場合に比べて、燃料極２０（集電部２１）とインターコネクタ３０との界面の面積を大きくできる。従って、燃料極２０とインターコネクタ３０との間における電子伝導性を高めることができ、この結果、燃料電池の発電出力を高めることができる。
【００７０】
また、上記第１実施形態では、平板状の支持基板１０の主部１０Ａの上下面のそれぞれに、複数の発電素子部Ａが設けられている。これにより、支持基板の片側面のみに複数の発電素子部が設けられる場合に比して、構造体中における発電素子部の数を多くでき、燃料電池の発電出力を高めることができる。
【００７１】
また、上記第１実施形態では、前記「シール部」の一部である固体電解質膜（主部シール部）４０が平坦化されている。この結果、固体電解質膜（主部シール部）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（主部シール部）４０でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜（主部シール部）４０が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。
【００７２】
（主部シール部と側端部シール部とのラップ量の適正な範囲）
以下、側端部シール部８０の縁部が主部シール部４０の縁部の表面を覆う幅方向（ｙ軸方向）の長さを「ラップ量Ｌ」と呼ぶ（図３を参照）。また、側端部シール部８０の縁部が主部シール部４０の縁部の表面を覆う部分（即ち、側端部シール部８０の縁部と主部シール部４０の縁部とが厚さ方向に重なる部分）を「オーバラップ部分」と呼ぶ。
【００７３】
上述のように、上記第１実施形態では、「主部シール部と側端部シール部とが繋ぎ目なく（シームレスに）繋がった」従来の構成と比べて、通常の環境下で稼働される場合には、オーバラップ部分の周辺にてクラックが発生し難い。しかしながら、上記第１実施形態が熱応力的に過酷な環境下で稼働されると、オーバラップ部分の周辺にてクラックが発生する場合があった。本発明者は、係るクラックの発生が、ラップ量Ｌと強い相関があることを見出した。以下、このことを確認した試験Ａについて説明する。
【００７４】
（試験Ａ）
この試験Ａでは、上記第１実施形態について、主部シール部４０の材質、側端部シール部８０の材質、及び、ラップ量Ｌ（ｍｍ）の組み合わせが異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表１に示すように、８種類の水準（組み合わせ）が準備された。各水準に対して１０個のサンプル（Ｎ＝１０）が作製された。表１に記載されたラップ量Ｌの値は、上記還元処理後の段階での値（Ｎ＝１０の平均値）である。
【００７５】
【表１】
0005600819.tif 000002
【００７６】
各サンプルは、上述した「第１実施形態の製造方法」と同じ方法を用いて、作製された。各サンプル（図１に示す燃料電池）にて使用された支持基板１０としては、材料が上記に列挙されたもののうちの一つであり、材料の気孔率が２０〜６０％であり、厚さ、幅がそれぞれ、１〜５ｍｍ、３０〜１００ｍｍであるものが使用された。（ｙ−ｚ平面に沿った断面における）支持基板１０の側端部１０Ｂの曲率半径は、０．５〜２．５ｍｍであった。主部シール部４０の厚さは、段差ＳＴの高さと同じであり、５〜５０μｍであった。側端部シール部８０の厚さ（オーバラップ部分を除く）は、１０〜１００μｍであった。主部シール部４０、及び、側端部シール部８０の気孔率は１０％以下であった。各サンプルについて、主部シール部４０、及び、側端部シール部８０の焼成に関し、焼成温度は１３００〜１５００℃であり、焼成時間は１〜２０時間であった。還元処理温度は８００〜１０００℃であり、還元処理時間は１〜１０時間であった。
【００７７】
表１において、各水準にて、ラップ量Ｌの値として、１０個のサンプルにおける平均値がそれぞれ示されている。なお、水準１のみについては、「支持基板１０の主部１０Ａと一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂとの表裏の境界部に段差が形成されておらず、且つ、主部シール部と側端部シール部とが繋ぎ目なく（シームレスに）繋がった」従来の構成（即ち、オーバラップ部分が設けられない構成）が採用された。
【００７８】
上記還元処理後の段階における各サンプルについて、「燃料極２０に還元性の燃料ガスを流通させながら、雰囲気温度を常温から７５０℃まで２時間で上げた後に７５０℃から常温まで４時間で下げるパターン」を１０回繰り返す熱サイクル試験を行った。そして、各サンプルについて、オーバラップ部分の周辺におけるクラックの発生の有無が確認された。この確認は、目視、並びに、顕微鏡を使用した観察によってなされた。この結果は表１に示すとおりである。
【００７９】
表１から理解できるように、熱応力的に過酷な上記熱サイクル試験を行った後では、オーバラップ部分が設けられる場合（水準２〜８を参照）、オーバラップ部分が設けられない場合（水準１を参照）と比べて、オーバラップ部分の周辺にてクラックが発生し難い、といえる。
【００８０】
加えて、表１から理解できるように、ラップ量Ｌが０．３〜４．８ｍｍであると、そうでない場合と比べて、オーバラップ部分の周辺にてクラックがより一層発生し難い、といえる。
【００８１】
以上より、熱応力的に過酷な上記熱サイクル試験を行った後では、オーバラップ部分が設けられると、オーバラップ部分が設けられない場合と比べて、オーバラップ部分の周辺にてクラックが発生し難く、更に、オーバラップ部分が設けられる場合において、ラップ量Ｌが０．３〜４．８（ｍｍ）であると、そうでない場合と比べて、前記クラックがより一層発生し難い、といえる。
【００８２】
なお、本発明者は、通常の条件・環境下（例えば、常温から７５０℃まで４時間で上げた後に７５０℃から常温まで１２時間で下げるパターン）では、表１の水準１〜８の全てにおいて、オーバラップ部分の周辺にてクラックが発生しないことを別途確認している。
【００８３】
なお、本発明は上記第１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、上記第１実施形態では、平板状の支持基板１０の主部１０Ａの上下面のそれぞれに、複数の発電素子部Ａが設けられているが、図１〜図３にそれぞれ対応する図１６〜図１８に示すように、平板状の支持基板１０の主部１０Ａの上下面の一方側（この例では、上面）にのみ、複数の発電素子部Ａが設けられていても良い。図１８に示す例では、支持基板１０の上側にのみ一対の段差ＳＴ、ＳＴが設けられ、側端部シール部８０は、一対の段差ＳＴ、ＳＴの一方側から他方側まで、支持基板１０の一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂ、及び、主部１０Ａの下面の全面を覆うように設けられている。
【００８４】
また、上記第１実施形態では、図７等に示すように、支持基板１０に形成された凹部１２の平面形状（支持基板１０の主面に垂直の方向からみた場合の形状）が、長方形になっているが、例えば、正方形、円形、楕円形、長穴形状等であってもよい。
【００８５】
また、上記第１実施形態においては、各凹部１２内の燃料極集電部２１の外側面に形成された凹部２１ｂにはインターコネクタ３０の一部（内側の半分）が埋設され、且つ、インターコネクタ３０の残りの一部（外側の半分）が凹部２１ｂから突出しているが、インターコネクタ３０の全体が凹部２１ｂに埋設されていてもよい。
【００８６】
また、上記第１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。
【００８７】
また、上記第１実施形態においては、固体電解質膜４０における「発電素子部Ａの内側の部分」（燃料極活性部２２と反応防止膜５０との間の部分）と「発電素子部Ａの外側の部分」（主部シール部）とが同じ組成で構成されているが、異なる組成で構成されてもよい。主部シール部は、固体電解質以外の緻密質材料で構成されてもよく、例えば、支持基板１０と同じ主成分（同じ組成）を有する緻密質材料で構成されてもよい。
【００８８】
（第２実施形態の構成）
次に、本発明に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の第２実施形態について、図１９〜図２２を参照しながら説明する。以下、第２実施形態における上記第１実施形態に対する相違点についてのみ説明する。
【００８９】
図２０に示すように、第２実施形態では、支持基板１０は、上記主部１０Ａ、及び、上記一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂに加えて、「主部１０Ａにおける長手方向（ｘ軸方向）のガス排出側端部に位置し、且つ、主部１０Ａと接続する排出側端部１０Ｃ」を有する。主部１０Ａと排出側端部１０Ｃとの表裏の境界部にはそれぞれ、排出側端部１０Ｃ側が主部１０Ａ側に対して厚さ方向（ｚ軸方向）に突出する幅方向（ｙ軸方向）に延びる段差ＳＵが形成されている。図２０に示す例では、段差ＳＵが、排出側端部１０Ｃの周囲を周回している。上記第１実施形態とは異なり、主部１０Ａと側端部１０Ｂとの表裏の境界部には段差ＳＴ（図７を参照）が形成されていない。
【００９０】
図１９、及び、図２１から理解できるように、主部シール部（固体電解質膜）４０、及び、一対の側端部シール部（固体電解質膜）８０、８０が、それぞれ、発電素子部Ａの内部から、支持基板１０の主部１０Ａの主面の全面、及び、一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂの側端面の全面を覆うように、且つ、支持基板１０の段差ＳＵ（図２０を参照）の側面の全面に接触するように、発電素子部Ａの外部へ延びている。図２１に示すように、一対の側端部シール部８０、８０は、主部シール部４０と繋ぎ目なく（シームレスに）繋がっている。
【００９１】
図２２に示すように、主部シール部４０における段差ＳＵの近傍に位置する縁部の表面と、支持基板１０の排出側端部１０Ｃにおける段差ＳＵの近傍に位置する部分の表面と、により、連続した面が構成されている。即ち、主部シール部４０における段差ＳＵの近傍に位置する縁部の表面と、支持基板１０の排出側端部１０Ｃにおける段差ＳＵの近傍に位置する部分の表面との間で、段差が形成されていない。
【００９２】
図２２に示すように、支持基板１０の排出側端部１０Ｃの表面の全面は、排出側端部シール部９０で覆われている。排出側端部シール部９０における段差ＳＵの近傍に位置する縁部は、主部シール部４０における段差ＳＵの近傍に位置する縁部の表面を覆っている。換言すれば、排出側端部シール部９０の縁部と主部シール部４０の縁部とが厚さ方向に重なるように（オーバラップするように）、排出側端部シール部９０が主部シール部４０と接続されている。
【００９３】
排出側端部シール部９０は、主部シール部４０と同じ又は異なる組成を有する緻密質材料で構成されている。主部シール部４０と異なる組成を有する緻密質材料としては、例えば、１０Ｓｃ１ＣｅＺｒＯ２のような他の固体電解質材料であってもよいし、ガラス、ＺｒＯ２のような固体電解質以外の材料であってもよい。或いは、排出側端部シール部９０は、支持基板１０と同じ主成分（同じ組成）を有する緻密質材料で構成されてもよい。排出側端部シール部９０の厚さは、３〜１００μｍである。
【００９４】
以上、支持基板１０の主部１０Ａの表裏の各主面における発電素子部Ａが設けられた領域を除いた部分は、インターコネクタ３０と固体電解質膜（主部シール膜）４０とからなる連続した緻密質膜により覆われている。加えて、支持基板１０の一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂの表面は、側端部シール膜８０、８０という緻密質膜により覆われている。更には、支持基板１０の排出側端部１０Ｃの表面は、排出側端部シール膜９０という緻密質膜により覆われている。これらの連続した緻密質膜（インターコネクタ３０＋主部シール膜４０＋側端部シール膜８０＋排出側端部シール膜９０）は、前記「シール膜」に対応する。「シール膜」のガスシール機能を発揮するため、この緻密質膜（インターコネクタ３０＋主部シール膜４０＋側端部シール膜８０＋排出側端部シール膜９０）の気孔率は、１０％以下である。
【００９５】
以下、第２実施形態において、排出側端部シール部９０が設けられる理由について付言する。一般に、係るＳＯＦＣでは、「各燃料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、前記ガス排出口の近傍にて、前記外部空間内にある空気（酸素）と反応して燃焼する」構成が採用される。
【００９６】
この構成が採用される場合、支持基板の排出側端部にてクラックが発生し易い。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。
【００９７】
このようなクラックの発生の可能性を低減するため、支持基板の排出側端部に、緻密質材料で構成されたシール膜（排出側端部シール膜）が形成される。この排出側端部シール膜の形成によって、外部空間内にある空気が支持基板のガス排出側端部の内部へ進入し難くなり、この結果、上記の支持基板内部におけるクラックの発生が抑制され得る。
【００９８】
（第２実施形態の作用・効果）
以上、説明したように、上記第２実施形態では、支持基板１０の主部１０Ａと排出側端部１０Ｃとの表裏の境界部にはそれぞれ、排出側端部１０Ｃ側が主部１０Ａ側に対して厚さ方向に突出する幅方向に延びる段差ＳＵが形成されている（図２０を参照）。加えて、「シール膜」が、支持基板１０の主部１０Ａの主面を覆う主部シール部４０と、支持基板１０の側端部１０Ｂ、１０Ｂの表面を覆う側端部シール部８０、８０と、支持基板１０の排出側端部１０Ｃの表面を覆う排出側端部シール部９０と、を含んで構成されている。更には、支持基板１０の段差ＳＵの近傍部分において、排出側端部シール部９０の縁部と主部シール部４０の縁部とが厚さ方向に重なるように（オーバラップするように）、排出側端部シール部９０が主部シール部４０と接続されている。
【００９９】
上記第２実施形態によれば、「主部シール部と排出側端部シール部とが繋ぎ目なく（シームレスに）繋がった」従来の構成と比べて、主部シール部４０と排出側端部シール部９０との接続部の周辺にてクラックが発生し難くなることが判明した。これは、詳細は不明であるが、上記第２実施形態では、上記従来の構成と比べて、主部シール部４０と排出側端部シール部９０との接続部の周辺に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。
【０１００】
（主部シール部と排出側端部シール部とのラップ量の適正な範囲）
以下、排出側端部シール部９０の縁部が主部シール部４０の縁部の表面を覆う長手方向（ｘ軸方向）の長さを「ラップ量Ｈ」と呼ぶ（図２２を参照）。また、排出側端部シール部９０の縁部が主部シール部４０の縁部の表面を覆う部分（即ち、排出側端部シール部９０の縁部と主部シール部４０の縁部とが厚さ方向に重なる部分）を「オーバラップ部分」と呼ぶ。
【０１０１】
上述のように、上記第２実施形態では、「主部シール部と排出側端部シール部とが繋ぎ目なく（シームレスに）繋がった」従来の構成と比べて、通常の環境下で稼働される場合には、オーバラップ部分の周辺にてクラックが発生し難い。しかしながら、上記第２実施形態が熱応力的に過酷な環境下で稼働されると、オーバラップ部分の周辺にてクラックが発生する場合があった。本発明者は、係るクラックの発生が、ラップ量Ｈと強い相関があることを見出した。以下、このことを確認した試験Ｂについて説明する。
【０１０２】
（試験Ｂ）
この試験Ｂでは、上記第２実施形態について、主部シール部４０の材質、排出側端部シール部９０の材質、及び、ラップ量Ｈ（ｍｍ）の組み合わせが異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表２に示すように、８種類の水準（組み合わせ）が準備された。各水準に対して１０個のサンプル（Ｎ＝１０）が作製された。表２に記載されたラップ量Ｈの値は、上記還元処理後の段階での値（Ｎ＝１０の平均値）である。
【０１０３】
【表２】
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【０１０４】
各サンプルは、上述した「第１実施形態の製造方法」と同じ方法を用いて、作製された。各サンプル（図１に示す燃料電池）にて使用された支持基板１０としては、材料が上記に列挙されたもののうちの一つであり、材料の気孔率が２０〜６０％であり、厚さ、幅がそれぞれ、１〜５ｍｍ、３０〜１００ｍｍであるものが使用された。（ｙ−ｚ平面に沿った断面における）支持基板１０の側端部１０Ｂの曲率半径は、０．５〜２．５ｍｍであった。主部シール部４０、及び、側端部シール部８０の厚さは、段差ＳＵの高さと同じであり、５〜５０μｍであった。排出側端部シール部９０の厚さ（オーバラップ部分を除く）は、１０〜１００μｍであった。主部シール部４０、側端部シール部８０、及び、排出側端部シール部９０の気孔率は１０％以下であった。各サンプルについて、主部シール部４０、側端部シール部８０、及び、排出側端部シール部９０の焼成に関し、焼成温度は１３００〜１５００℃であり、焼成時間は１〜２０時間であった。還元処理温度は８００〜１０００℃であり、還元処理時間は１〜１０時間であった。
【０１０５】
表２において、各水準にて、ラップ量Ｈの値として、１０個のサンプルにおける平均値がそれぞれ示されている。なお、水準１のみについては、「支持基板１０の主部１０Ａと排出側端部１０Ｃとの表裏の境界部に段差が形成されておらず、且つ、主部シール部と排出側端部シール部とが繋ぎ目なく（シームレスに）繋がった」従来の構成（即ち、オーバラップ部分が設けられない構成）が採用された。
【０１０６】
上記還元処理後の段階における各サンプルについて、「燃料極２０に還元性の燃料ガスを流通させながら、雰囲気温度を常温から７５０℃まで２時間で上げた後に７５０℃から常温まで４時間で下げるパターン」を１０回繰り返す熱サイクル試験を行った。そして、各サンプルについて、オーバラップ部分の周辺におけるクラックの発生の有無が確認された。この確認は、目視、並びに、顕微鏡を使用した観察によってなされた。この結果は表２に示すとおりである。
【０１０７】
表２から理解できるように、熱応力的に過酷な上記熱サイクル試験を行った後では、オーバラップ部分が設けられる場合（水準２〜８を参照）、オーバラップ部分が設けられない場合（水準１を参照）と比べて、オーバラップ部分の周辺にてクラックが発生し難い、といえる。
【０１０８】
加えて、表２から理解できるように、ラップ量Ｈが０．５〜１０ｍｍであると、そうでない場合と比べて、オーバラップ部分の周辺にてクラックがより一層発生し難い、といえる。
【０１０９】
以上より、熱応力的に過酷な上記熱サイクル試験を行った後では、オーバラップ部分が設けられると、オーバラップ部分が設けられない場合と比べて、オーバラップ部分の周辺にてクラックが発生し難く、更に、オーバラップ部分が設けられる場合において、ラップ量Ｈが０．５〜１０（ｍｍ）であると、そうでない場合と比べて、前記クラックがより一層発生し難い、といえる。
【０１１０】
なお、本発明者は、通常の条件・環境下（例えば、常温から７５０℃まで４時間で上げた後に７５０℃から常温まで１２時間で下げるパターン）では、表２の水準１〜８の全てにおいて、オーバラップ部分の周辺にてクラックが発生しないことを別途確認している。
【０１１１】
（第３実施形態の構成）
次に、本発明に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の第３実施形態について、図２３、及び図２４を参照しながら説明する。以下、第３実施形態における上記第１、第２実施形態に対する相違点についてのみ説明する。
【０１１２】
図２４から理解できるように、第３実施形態では、支持基板１０にて、上記第１実施形態にて形成されている一対の段差ＳＴ、ＳＴ、及び、上記第２実施形態にて形成されている段差ＳＵが、共に形成されている。これに伴い、図２３から理解できるように、第３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、一対の側端部シール部８０における段差ＳＴの近傍に位置する縁部が、主部シール部４０における段差ＳＴの近傍に位置する縁部の表面を覆っている（オーバラップ部分が設けられている）。加えて、上記第２実施形態と同様に、排出側端部シール部９０における段差ＳＵの近傍に位置する縁部が、主部シール部４０における段差ＳＵの近傍に位置する縁部の表面を覆っている（オーバラップ部分が設けられている）。
【０１１３】
以上、第３実施形態は、上記第１、第２実施形態のそれぞれの特徴（オーバラップ部分）を共に備えている。従って、第３実施形態によれば、上記第１実施形態が奏する作用・効果（主部シール部４０と側端部シール部８０との接続部の周辺におけるクラックの発生の可能性の低減）、並びに、上記第２実施形態が奏する作用・効果（主部シール部４０と排出側端部シール部９０との接続部の周辺におけるクラックの発生の可能性の低減）を共に奏することができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０…支持基板、１０Ａ…主部、１０Ｂ…側端部、１０Ｃ…排出側端部、１１…燃料ガス流路、１２…凹部、２０…燃料極、２１…燃料極集電部、２１ａ、２１ｂ…凹部、２２…燃料極活性部、３０…インターコネクタ、４０…固体電解質膜（主部シール部）、５０…反応防止膜、６０…空気極、７０…空気極集電膜、８０…側端部シール部、９０…排出側端部シール部、Ａ…発電素子部、ＳＴ…段差、ＳＵ…段差
【要約】
【課題】「横縞型」の燃料電池であって、シール膜における主部シール部と側端部シール部との接続部の周辺にてクラックが発生し難いものを提供すること。
【解決手段】支持基板１０の主部１０Ａと一対の側端部１０Ｂ、１０Ｂとの表裏の境界部にはそれぞれ、側端部１０Ｂ側が主部１０Ａ側に対して厚さ方向に突出する長手方向（ｘ軸方向）に延びる一対の段差ＳＴ、ＳＴが形成されている。「燃料ガスが流通する空間」と「空気が流通する空間」とを区画・形成する緻密質材料からなる「シール膜」が、支持基板１０の主部１０Ａの主面を覆う主部シール部４０と、支持基板１０の側端部１０Ｂ、１０Ｂの表面を覆う側端部シール部８０、８０と、を含んで構成される。支持基板１０の段差ＳＴの近傍部分において、側端部シール部８０の縁部と主部シール部４０の縁部とが厚さ方向に重なるように、側端部シール部８０が主部シール部４０と接続されている。
【選択図】図３【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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【図２４】
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