(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体、又は該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、
上記固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、
上記活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、
上記改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質であるニッケルと、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と上記改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しているか、又は上記多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と上記改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合し、かつ、上記多孔質支持体の空気極界面の凹凸部と上記空気極の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凸部のニッケル濃度が、該多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高い、
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項２】
固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体、又は該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、
上記固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、
上記活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、
上記改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質であるニッケルと、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部と上記改質層とが嵌合しているか、又は上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部と上記改質層とが嵌合し、かつ、上記多孔質支持体の空気極界面の凹部と上記空気極とが嵌合しており、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部におけるニッケル濃度が、該多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高い、
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項３】
固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び／又は該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、
上記固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、
上記活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、
上記改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と上記改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており及び／又は上記多孔質支持体の空気極界面の凹凸部と上記空気極の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凸部が上記改質層と同一の成分である炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む及び／又は上記多孔質支持体の空気極界面の凸部が上記空気極と同一の成分を含む、
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項４】
固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び／又は該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、
上記固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、
上記活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、
上記改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部と上記改質層とが嵌合しており及び／又は上記多孔質支持体の空気極界面の凹部と上記空気極とが嵌合しており、
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部が上記改質層と同一の成分である炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む及び／又は上記多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面部が上記空気極と同一の成分を含む、
ことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項５】
上記固体電解質が、上記活性層の上記第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムと同一の成分である上記第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムを含む、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項６】
上記第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムが、第１希土類元素としてイットリウムを添加した酸化ジルコニウムである、ことを特徴とする請求項５に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項７】
上記第２希土類元素を添加した酸化セリウムが、サマリウム、ガドリニウム、イッテルビウム、イットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム及びスカンジウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の第２希土類元素を添加した酸化セリウムである、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項８】
上記炭化水素に活性な第１電子伝導性物質及び／又は上記炭化水素に活性な第２電子伝導性物質が、ニッケル、パラジウム、白金及びルテニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項９】
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部と上記改質層とが嵌合している及び／又は上記多孔質支持体の空気極界面の凹部と上記空気極とが嵌合している、ことを特徴とする請求項１又は３に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項１０】
上記多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面、上記多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面、上記多孔質支持体の燃料ガス又は空気が導入される表面からなる群より選ばれる少なくとも１つの表面に複数の凹部を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項１１】
上記多孔質支持体の内部に燃料ガス又は空気を導入する流路を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項１２】
上記多孔質支持体が、ニッケル、ニッケル−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄合金、ニッケル−クロム−タングステン−モリブデン合金、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−銅合金及び鉄−クロム−アルミニウム合金からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の固体電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質型燃料電池に関する。更に詳細には、本発明は、固体電解質に接して配設される特定の成分を含む活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される特定の成分を含む改質層とを有する固体電解質型燃料電池用燃料極を有する固体電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化水素に対して高い活性を維持しつつ、炭素の析出を引き起こし難い燃料極が提案されている（特許文献１参照。）。
この燃料極は、緻密な固体電解質とその両面に設けられた多孔質の燃料極と空気極で構成され、かつ炭化水素を燃料とした燃料電池セルの燃料極であって、ＴｉＯ２および希土類添加ジルコニアまたは希土類添加セリアまたは希土類添加セリアと希土類添加ジルコニアの固溶体の多孔体であり、多孔体の固体電解質より遠い改質層は、炭化水素に対し不活性な金属と多孔体との混合体であり、多孔体の固体電解質に近い活性層は、炭化水素に対し活性な金属と多孔体との混合体であり、炭化水素に対し不活性な金属の濃度は固体電解質に近づく程低くなリ、一方炭化水素に対し活性な金属は固体電解質に近づく程高くなるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６６５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の燃料極にあっては、炭素析出を十分に抑制したまま、高い発電出力を確保することができないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。
そして、その目的とするところは、炭化水素燃料に対して、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保し得る固体電解質型燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。
そして、その結果、固体電解質に接して配設される特定の成分を含む活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される特定の成分を含む改質層とを有する燃料極とし、更に燃料極と多孔質支持体とを嵌合させるなどの構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体、又は該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質であるニッケルと、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と該改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しているか、又は該多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と該改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合し、かつ、該多孔質支持体の空気極界面の凹凸部と該空気極の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凸部のニッケル濃度が、該多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高いものである。
また、本発明の他の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体、又は該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質であるニッケルと、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部と該改質層とが嵌合しているか、又は該多孔質支持体の燃料極界面の凹部と該改質層とが嵌合し、かつ、該多孔質支持体の空気極界面の凹部と該空気極とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部におけるニッケル濃度が、該多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高いものである。
更に、本発明の更に他の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び／又は該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と該改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており及び／又は該多孔質支持体の空気極界面の凹凸部と該空気極の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凸部が該改質層と同一の成分である炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む及び／又は該多孔質支持体の空気極界面の凸部が該空気極と同一の成分を含むものである。
更にまた、本発明の更に他の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び／又は該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部と該改質層とが嵌合しており及び／又は該多孔質支持体の空気極界面の凹部と該空気極とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部が該改質層と同一の成分である炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む及び／又は該多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面部が該空気極と同一の成分を含むものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体、又は該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質であるニッケルと、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と該改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しているか、又は該多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と該改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合し、かつ、該多孔質支持体の空気極界面の凹凸部と該空気極の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凸部のニッケル濃度が、該多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高いものであるか、又は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体、又は該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質であるニッケルと、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部と該改質層とが嵌合しているか、又は該多孔質支持体の燃料極界面の凹部と該改質層とが嵌合し、かつ、該多孔質支持体の空気極界面の凹部と該空気極とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部におけるニッケル濃度が、該多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高いものであるか、又は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び／又は該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹凸部と該改質層の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており及び／又は該多孔質支持体の空気極界面の凹凸部と該空気極の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凸部が該改質層と同一の成分である炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む及び／又は該多孔質支持体の空気極界面の凸部が該空気極と同一の成分を含むものであるか、又は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極と、該固体電解質型燃料電池用燃料極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び／又は該空気極の該固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体とを有し、該固体電解質型燃料電池用燃料極が、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有し、該活性層が、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含み、該改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含み、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部と該改質層とが嵌合しており及び／又は該多孔質支持体の空気極界面の凹部と該空気極とが嵌合しており、該多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部が該改質層と同一の成分である炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む及び／又は該多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面部が該空気極と同一の成分を含むものである構成としたため、炭化水素燃料に対して、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保し得る固体電解質型燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の形態に係る固体電解質型燃料電池用燃料極の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】第１の形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】第２の形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図４】第３の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図５】第４の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図（ａ）及び（ｂ）である。
【図６】第５の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図７】第６の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図（ａ）〜（ｄ）である。
【図８】各例の固体電解質型燃料電池の構成を示す模式的な断面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図９】各例の固体電解質型燃料電池の性能評価試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る固体電解質型燃料電池について詳細に説明する。
【００１２】
まず、一形態に係る固体電解質型燃料電池用燃料極について詳細に説明する。
本形態の固体電解質型燃料電池用燃料極は、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有する。
そして、この活性層は、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含む。
また、この改質層は、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む。
ここで、「炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含む活性層」は、「炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとからなる活性層」をも含む意味に解釈しなければならない。また、「炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む改質層」は、「炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとからなる改質層」をも含む意味に解釈しなければならない。
【００１３】
このような固体電解質型燃料電池用燃料極とすることにより、炭化水素燃料に対して、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保し得るものとなる。
特に、炭素数が２以上である炭化水素燃料に曝された場合であっても、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保し得るものとなる。
【００１４】
また、活性層が接する固体電解質としては、活性層の第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムと同一の成分である第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムを含むことが望ましい。
このような構成とすることにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
ここで、「第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムを含む固体電解質」は、「第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムからなる固体電解質」をも含む意味に解釈しなければならない。
【００１５】
なお、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとしては、特に限定されるものではないが、第１希土類元素としてイットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を好適例として挙げることができる。
【００１６】
また、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとしては、例えば、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びこれらの任意の組み合わせに係る第２希土類元素を添加した酸化セリウムを好適例として挙げることができる。
このような構成とすることにより、改質層において高い酸素イオン伝導度を実現することができ、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有するようになる。
【００１７】
炭化水素に活性な第１電子伝導性物質及び炭化水素に活性な第２電子伝導性物質のいずれか一方又は双方としては、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びこれらの任意の組み合わせに係る混合物を好適例として挙げることができる。
このような構成とすることにより、炭化水素に対する活性がより向上し、より高い発電出力を確保し得るものとなる。
【００１８】
本形態の固体電解質型燃料電池用燃料極においては、改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質としてのニッケル（Ｎｉ）と第２希土類元素を添加した酸化セリウムとしてのサマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）との混合体であることが望ましい。
このような構成とすることにより、ＳＤＣの特徴を最大限に利用することができる。つまり、ＳＤＣは高い酸素イオン伝導度を有する。ＳＤＣを改質層に配置することにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、燃料極の炭素析出による劣化を低減することができる。これにより、銅（Ｃｕ）などに比べて炭素析出により劣化し易いＮｉであっても、十分に使用可能になり、Ｎｉの活性を最大限に利用することができる。
これにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つ炭化水素に対する活性がより向上し、より高い発電出力を確保し得るものとなる。
【００１９】
以下、本形態に係る固体電解質型燃料電池用燃料極について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
（第１の形態の固体電解質型燃料電池用燃料極）
図１は、第１の形態に係る固体電解質型燃料電池用燃料極の構成の一例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第１の形態の固体電解質型燃料電池用の燃料極１０は、緻密質の固体電解質２０に接して配設される多孔質の活性層１１と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層１２とを有する。
ここで、活性層１１は、ニッケル（Ｎｉ）と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合体からなる。また、改質層１２は、ニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）との混合体からなる。
なお、固体電解質２０は、ＹＳＺからなる。
【００２１】
このような構成とすることにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つ炭化水素に対する活性が向上し、より高い発電出力を確保し得るものとなる。
サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）は、改質層に配置された場合にその特徴を最大限に利用することができる。つまり、ＳＤＣは、高い酸素イオン伝導度を有する。ＳＤＣを改質層に配置することにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、燃料極の炭素析出による劣化を低減することができる。これにより、銅（Ｃｕ）などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル（Ｎｉ）であっても、十分に使用可能になり、Ｎｉの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にＹＳＺを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
【００２２】
次に、本発明の一実施形態に係る固体電解質型燃料電池について詳細に説明する。
本実施形態の固体電解質型燃料電池は、固体電解質と、該固体電解質の一方の面に配設された燃料極と、該固体電解質の他方の面に配設された空気極とを有する。
そして、この燃料極は、固体電解質に接して配設される活性層と、燃料ガスが導入される表面側に配設される改質層とを有する。
また、この活性層は、炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含む。
更に、この改質層は、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む。
ここで、「炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとを含む活性層」は、「炭化水素に活性な第１電子伝導性物質と、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとからなる活性層」をも含む意味に解釈しなければならない。また、「炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとを含む改質層」は、「炭化水素に活性な第２電子伝導性物質と、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとからなる改質層」をも含む意味に解釈しなければならない。
【００２３】
このような固体電解質型燃料電池とすることにより、炭化水素燃料に対して、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保することができる。
特に、炭素数が２以上である炭化水素燃料に曝された場合であっても、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保することができる。
【００２４】
また、活性層が接する固体電解質としては、活性層の第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムと同一の成分である第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムを含むことが望ましい。
このような構成とすることにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
ここで、「第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムを含む固体電解質」は、「第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムからなる固体電解質」をも含む意味に解釈しなければならない。
【００２５】
なお、第１希土類元素を添加した酸化ジルコニウムとしては、特に限定されるものではないが、第１希土類元素としてイットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を好適例として挙げることができる。
【００２６】
また、第２希土類元素を添加した酸化セリウムとしては、例えば、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びこれらの任意の組み合わせに係る第２希土類元素を添加した酸化セリウムを好適例として挙げることができる。
このような構成とすることにより、改質層において高い酸素イオン伝導度を実現することができ、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有するようになる。
【００２７】
炭化水素に活性な第１電子伝導性物質及び炭化水素に活性な第２電子伝導性物質のいずれか一方又は双方としては、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）及びこれらの任意の組み合わせに係る混合物を好適例として挙げることができる。
このような構成とすることにより、炭化水素に対する活性がより向上し、より高い発電出力を確保することができる。
【００２８】
本実施形態の固体電解質型燃料電池においては、改質層が、炭化水素に活性な第２電子伝導性物質としてのニッケル（Ｎｉ）と第２希土類元素を添加した酸化セリウムとしてのサマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）との混合体であることが望ましい。
このような構成とすることにより、ＳＤＣの高い酸素イオン伝導度を最大限に利用でき、銅（Ｃｕ）などに比べて炭素析出により劣化し易いＮｉであっても、十分に使用可能になり、Ｎｉの活性を最大限に利用することができる。
これにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つ炭化水素に対する活性がより向上し、より高い発電出力を確保することができる。
【００２９】
また、本実施形態の固体電解質型燃料電池において、空気極としては、特に限定されるものではなく、従来公知の空気極材料を適用することができる。具体的には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム（ＳＳＣ）などの空気極材料を好適例として挙げることができるが、これに限定されるものではない。また、中間層としては、例えば、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）などを適用できる。なお、空気極は１種を単独で用いても、中間層材料など２種以上を混合して用いてもよい。また、２種以上を用いて層構造としてもよい。
【００３０】
更に、本実施形態の固体電解質型燃料電池においては、燃料極の固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体及び空気極の固体電解質が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体のいずれか一方又は双方を更に有する。
このような構成とすることにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
【００３１】
多孔質支持体としては、特に限定されるものではないが、改質層より強度が高く、良好な導電性を有し集電機能を発揮し得る金属製のものであることが望ましい。
このような多孔質支持体としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金、ニッケル−クロム−鉄（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ）合金、ニッケル−クロム−タングステン−モリブデン（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ｍｏ）合金、ニッケル−コバルト（Ｎｉ−Ｃｏ）合金、ニッケル−銅（Ｎｉ−Ｃｕ）合金及び鉄−クロム−アルミニウム（Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ）合金からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものを挙げることができる。
より具体的には、フェライト系やマルテンサイト系のステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケル（Ｎｉ）を挙げることができる。例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）を適用する場合は、耐力が向上するという利点を有している。また、例えばニッケル（Ｎｉ）を適用する場合は、改質層などの周囲と熱膨張率を近くすることができるため、膨張収縮による劣化（例えば剥離など。）を低減することができる。また、改質層の第２電子伝導性物質を同じ成分であるニッケル（Ｎｉ）とした場合には、多孔質支持体と改質層の間における界面抵抗を低減することができ、より高い発電出力を確保することができる。
【００３２】
また、上述の多孔質支持体には、その表面の全部又は一部に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）若しくは銅（Ｃｕ）又はこれらの任意の組み合わせに係る合金、それらの被膜、例えばめっき被膜を有するものであることが望ましい。
例えば銅（Ｃｕ）めっき被膜を有する場合には、炭素の析出をより抑制することができ、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有するようになる。特に限定されるものではないが、例えばニッケル（Ｎｉ）を多孔質支持体に適用する場合や、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）のめっき被膜を有する場合には、炭化水素燃料に対する活性を向上させることができ、より高い発電出力を確保することができる。また、特に限定されるものではないが、ステンレス鋼（ＳＵＳ）を多孔質支持体に適用する場合には強度の向上に効果的である。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態に係る固体電解質型燃料電池について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
（第１の形態の固体電解質型燃料電池）
図２は、第１の形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の一例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第１の形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質２０と、固体電解質２０の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極１０と、固体電解質２０の他方の面に配設された多孔質の中間層４０及び多孔質の空気極３０とを有する。
そして、この燃料極１０は、緻密質の固体電解質２０に接して配設される多孔質の活性層１１と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層１２とを有する。
ここで、活性層１１は、ニッケル（Ｎｉ）と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合体からなる。また、改質層１２は、ニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）との混合体からなる。更に、固体電解質２０は、ＹＳＺからなる。また、空気極３０には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム（ＳＳＣ）などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層４０には、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）などを適用できる。
【００３５】
このような構成とすることにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つより高い発電出力を確保することができる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配置された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅（Ｃｕ）などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル（Ｎｉ）であっても、十分に使用可能になり、Ｎｉの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にＹＳＺを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
【００３６】
（第２の形態の固体電解質型燃料電池）
図３は、第２の形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第２の形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質２０と、固体電解質２０の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極１０と、固体電解質２０の他方の面に配設された多孔質の中間層４０及び多孔質の空気極３０とを有する。
そして、この燃料極１０は、緻密質の固体電解質２０に接して配設される多孔質の活性層１１と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層１２とを有する。
また、第２の形態の固体電解質型燃料電池は、燃料極１０の固体電解質２０が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体５０（同図（ａ）参照。）又は空気極３０の固体電解質２０が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体５０（同図（ｂ）参照。）を有する。なお、図示しないが、２つの多孔質支持体が燃料極及び空気極にそれぞれ接して配設されていてもよい。また、図示しないが、多孔質支持体におけるガス流路は、焼結体や発泡体などにランダムに形成された開気孔であっても、緻密質な基体に流路設計されて形成されたメッシュ体などであってもよい。
ここで、活性層１１は、ニッケル（Ｎｉ）と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合体からなる。また、改質層１２は、ニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）との混合体からなる。更に、固体電解質２０は、ＹＳＺからなる。また、空気極３０には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム（ＳＳＣ）などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層４０には、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）などを適用することができる。更にまた、多孔質支持体５０には、例えば上述したステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケル（Ｎｉ）などの金属製のものを適用することができる。
【００３７】
このような構成とすることにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つより高い発電出力を確保することができる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配置された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅（Ｃｕ）などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル（Ｎｉ）であっても、十分に使用可能になり、Ｎｉの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にＹＳＺを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
更に、金属製の多孔質支持体を適用することにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。また、燃料電池自体を薄くすることができ、コンパクト化を図ることができるという利点もある。
【００３８】
（第３の実施形態の固体電解質型燃料電池）
図４は、第３の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第３の実施形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質２０と、固体電解質２０の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極１０と、固体電解質２０の他方の面に配設された多孔質の中間層４０及び多孔質の空気極３０とを有する。
そして、この燃料極１０は、緻密質の固体電解質２０に接して配設される多孔質の活性層１１と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層１２とを有する。
また、第３の実施形態の固体電解質型燃料電池は、燃料極１０の固体電解質２０が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体５０（同図（ａ）参照。）又は空気極３０の固体電解質２０が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体５０（同図（ｂ）参照。）を有する。
更に、第３の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体５０の燃料極界面の凹凸部と改質層１２の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合している（同図（ａ）参照。）又は多孔質支持体５０の空気極界面の凹凸部と空気極３０の多孔質支持体界面の凹凸部とが嵌合している（同図（ｂ）参照。）。なお、図示しないが、多孔質支持体は燃料極及び空気極にそれぞれ接して配設されていてもよい。また、図示しないが、多孔質支持体におけるガス流路は、焼結体や発泡体などにランダムに形成された開気孔であっても、緻密質な基体に流路設計されて形成されたメッシュ体などであってもよい。
ここで、活性層１１は、ニッケル（Ｎｉ）と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合体からなる。また、改質層１２は、ニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）との混合体からなる。更に、固体電解質２０は、ＹＳＺからなる。また、空気極３０には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム（ＳＳＣ）などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層４０には、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）などを適用することができる。更にまた、多孔質支持体５０には、例えば上述したステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケル（Ｎｉ）などの金属製のものを適用することができる。
【００３９】
このような構成とすることにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つより高い発電出力を確保することができる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配置された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅（Ｃｕ）などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル（Ｎｉ）であっても、十分に使用可能になり、Ｎｉの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にＹＳＺを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
更に、金属製の多孔質支持体を適用することにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。更に、燃料電池自体を薄くすることができ、コンパクト化を図ることができるという利点もある。
また、図示するように食い込んだ構成とすることにより、多孔質支持体と改質層や空気極との電気的接続性が向上し、つまり集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
なお、図示するように食い込んだ構成は、例えば、多孔質支持体の表面を凹凸構造に形成し、その後、燃料極や空気極の成分を含有するスラリーなどを塗布し、凹部に充填するようにして形成することができるが、これに限定されるものではない。
【００４０】
（第３−Ａの実施形態の固体電解質型燃料電池）
また、例えば、第３の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凸部５０ａのニッケル濃度を多孔質支持体の他部５０ｂのニッケル濃度より高くした場合について説明する（図４（ａ）参照。）。
このときは、ＳＵＳは、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）よりも耐力が大きいため、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、多孔質支持体と改質層との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。つまり、図示するように食い込んだ構成とすることにより、多孔質支持体と改質層との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、凸部５０ａのニッケル濃度を他部５０ｂのニッケル濃度より高くすることで、周囲（多孔質支持体の凸部５０ａと改質層の凸部１２ａとの間など。）の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化（例えば剥離など。）を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、凸部５０ａのニッケル濃度を他部５０ｂのニッケル濃度より高くする方法としては、例えば多孔質支持体として組成が傾斜構造であるものや組成が異なる積層構造であるものを適用すること、ＳＵＳの多孔質支持体に燃料極の成分を含有するスラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００４１】
（第３−Ｂの実施形態の固体電解質型燃料電池）
更に、例えば、第３の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凸部５０ａが改質層と同一の成分であるニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）とを含む（図４（ａ）参照。）又は多孔質支持体の空気極界面の凸部５０ａが空気極と同一の成分を含む（図４（ｂ）参照。）場合について説明する。
このときは、ＳＵＳは、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）などよりも耐力が大きいため、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、多孔質支持体と改質層や空気極との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。つまり、図示するように食い込んだ構成とすることにより、多孔質支持体と改質層や空気極との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、ＳＤＣを含むため、炭素析出を抑制することができる。なお、銅（Ｃｕ）をめっきすることなどにより同様の効果を得ることができる。
更にまた、凸部５０ａに燃料極や空気極と同一の成分を含ませることで、周囲（多孔質支持体の凸部５０ａと改質層の凸部１２ａとの間や多孔質支持体の凸部５０ａと空気極の凸部３０ａとの間など。）の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化（例えば剥離など。）を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、図示しないが、２つの多孔質支持体が燃料極及び空気極にそれぞれ接して配設されていてもよい。
また、第３−Ｂの実施形態の固体電解質型燃料電池においては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の多孔質支持体に限定されるものではなく、上述した各種の金属製の多孔質支持体を適用することができる。
更に、凸部５０ａに燃料極や空気極と同一の成分を含ませる方法としては、例えばＳＵＳの多孔質支持体に燃料極や空気極の成分を含有するスラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００４２】
（第３−Ｃの実施形態の固体電解質型燃料電池）
更にまた、例えば、第３の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ニッケル（Ｎｉ）の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凸部５０ａが改質層と同一の成分であるニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）とを含む場合について説明する（図４（ａ）参照。）。
このときは、多孔質支持体と改質層とが共に、Ｎｉを含むため、多孔質支持体と改質層との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。
また、ＳＤＣを含むため、炭素析出を抑制することができる。なお、銅（Ｃｕ）をめっきすることなどにより同様の効果を得ることができる。
更に、周囲（多孔質支持体の凸部５０ａと改質層の凸部１２ａとの間など。）の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化（例えば剥離など。）を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、凸部５０ａにＳＤＣを含ませる方法としては、例えばＮｉの多孔質支持体にＳＤＣ含有スラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００４３】
（第４の実施形態の固体電解質型燃料電池）
図５は、第４の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第４の実施形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質２０と、固体電解質２０の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極１０と、固体電解質２０の他方の面に配設された多孔質の中間層４０及び多孔質の空気極３０とを有する。
そして、この燃料極１０は、緻密質の固体電解質２０に接して配設される多孔質の活性層１１と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層１２とを有する。
また、第４の実施形態の固体電解質型燃料電池は、燃料極１０の固体電解質２０が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体５０（同図（ａ）参照。）又は空気極３０の固体電解質２０が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体５０（同図（ｂ）参照。）を有する。
更に、第４の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体５０の燃料極界面の凹部と改質層１２とが嵌合している（同図（ａ）参照。）又は多孔質支持体５０の空気極界面の凹部と空気極３０とが嵌合している（同図（ｂ）参照。）。なお、図示しないが、多孔質支持体は燃料極及び空気極にそれぞれ接して配設されていてもよい。また、図示しないが、多孔質支持体におけるガス流路は、焼結体や発泡体などにランダムに形成された開気孔であっても、緻密質な基体に流路設計されて形成されたメッシュ体などであってもよい。
ここで、活性層１１は、ニッケル（Ｎｉ）と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合体からなる。また、改質層１２は、ニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）との混合体からなる。更に、固体電解質２０は、ＹＳＺからなる。また、空気極３０には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム（ＳＳＣ）などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層４０には、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）を適用することができる。更にまた、多孔質支持体５０には、例えば上述したステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケルなどの金属製のものを適用することができる。
【００４４】
このような構成とすることにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つより高い発電出力を確保することができる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配設された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅（Ｃｕ）などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル（Ｎｉ）であっても、十分に使用可能になり、Ｎｉの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にＹＳＺを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
更に、金属製の多孔質支持体を適用することにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、図示するように埋没した構成とすることにより、多孔質支持体と改質層や空気極との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、燃料電池自体を薄くすることができ、コンパクト化を図ることができるという利点もある。
なお、図示するように埋没した構成は、例えば、多孔質支持体の表面に凹構造を形成し、その凹部に、燃料極（改質層のみでもよいし、活性層を含んでいてもよい。）又は空気極をはめ込むようにして形成することができるが、これに限定されるものではない。なお、はめ込む際には、燃料極や空気極に含まれる成分を含ませてもよい。
【００４５】
（第４−Ａの実施形態の固体電解質型燃料電池）
また、例えば、第４の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部のニッケル濃度を多孔質支持体の他部のニッケル濃度より高くした場合について説明する（図５（ａ）参照。）。
ここで、「多孔質支持体の燃料極（又は空気極）界面の凹部の表面部」とは、多孔質支持体と燃料極（又は空気極）との界面からの距離が改質層や空気極の厚みと同程度までの領域を意味する。なお、他部はこの表面部以外の領域を意味する。なお、以下の実施形態において、同様である。
このときは、ＳＵＳは、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）よりも耐力が大きいため、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、多孔質支持体と改質層との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。つまり、図示するように埋没した構成とすることにより、多孔質支持体と改質層との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、表面部のニッケル濃度を他部のニッケル濃度より高くすることで、周囲（多孔質支持体５０と改質層１２との間）の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化（例えば剥離など。）を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、表面部のニッケル濃度を他部のニッケル濃度より高くする方法としては、例えば多孔質支持体として組成が傾斜構造であるものや組成が異なる積層構造であるものを適用すること、ＳＵＳの多孔質支持体に燃料極の成分を含有するスラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
（第４−Ｂの実施形態の固体電解質型燃料電池）
更に、例えば、第４の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部が改質層と同一の成分であるニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）とを含む（図５（ａ）参照。）又は多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面部が空気極と同一の成分を含む（図５（ｂ）参照。）場合について説明する。
このときは、ＳＵＳは、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）などよりも耐力が大きいため、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、多孔質支持体と改質層や空気極との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。つまり、図示するように埋没した構成とすることにより、多孔質支持体と改質層との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、ＳＤＣを含むため、炭素析出を抑制することができる。なお、銅（Ｃｕ）をめっきすることなどにより同様の効果を得ることができる。
更にまた、周囲（多孔質支持体５０と改質層１２との間や多孔質支持体５０と空気極３０との間）の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化（例えば剥離など。）を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、図示しないが、２つの多孔質支持体が燃料極及び空気極にそれぞれ接して配設されていてもよい。
また、第４−Ｂの実施形態の固体電解質型燃料電池においては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の多孔質支持体に限定されるものではなく、上述した各種の金属製の多孔質支持体を適用することができる。
更に、表面部に燃料極や空気極と同一の成分を含ませる方法としては、例えばＳＵＳの多孔質支持体に燃料極や空気極の成分を含有するスラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００４７】
（第４−Ｃの実施形態の固体電解質型燃料電池）
更にまた、例えば、第４の実施形態の固体電解質型燃料電池において、ニッケル（Ｎｉ）の多孔質支持体を適用し、多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面部が改質層と同一の成分であるニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）とを含む場合について説明する（図５（ａ）参照。）。
このときは、多孔質支持体と改質層とが共に、Ｎｉを含むため、多孔質支持体と改質層との間の接触抵抗が低減され、より高い発電出力を確保することができる。
また、ＳＤＣを含むため、炭素析出を抑制することができる。なお、銅（Ｃｕ）をめっきすることなどにより同様の効果を得ることができる。
更に、周囲（多孔質支持体５０と改質層１２との間）の熱膨張係数とほぼ一致させることができ、膨張収縮による劣化（例えば剥離など。）を低減することができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
なお、表面部にＳＤＣを含ませる方法としては、例えばＮｉの多孔質支持体にＳＤＣ含有スラリーなどを塗布し、担持させる方法などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００４８】
（第５の実施形態の固体電解質型燃料電池）
図６は、第５の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の一例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第５の実施形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質２０と、固体電解質２０の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極１０と、固体電解質２０の他方の面に配設された多孔質の中間層４０及び多孔質の空気極３０とを有する。
そして、この燃料極１０は、緻密質の固体電解質２０に接して配設される多孔質の活性層１１と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層１２とを有する。
また、第５の実施形態の固体電解質型燃料電池は、燃料極１０の固体電解質２０が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体５０及び空気極３０の固体電解質２０が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体５０を有する。
更に、第５の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体５０の燃料極界面の凹部と改質層１２とが嵌合しており、多孔質支持体５０の空気極界面の凹部と空気極３０とが嵌合している。
更にまた、第５の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面、多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面、多孔質支持体の燃料ガス又は空気が導入される表面からなる群より選ばれる少なくとも１つの表面に複数の凹部５０ｃを有する。
なお、図示しないが、多孔質支持体におけるガス流路は、焼結体や発泡体などにランダムに形成された開気孔であっても、緻密質な基体に流路設計されて形成されたメッシュ体などであってもよい。
ここで、活性層１１は、ニッケル（Ｎｉ）と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合体からなる。また、改質層１２は、ニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）との混合体からなる。更に、固体電解質２０は、ＹＳＺからなる。また、空気極３０には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム（ＳＳＣ）などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層４０には、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）を適用することができる。更にまた、多孔質支持体５０には、例えば上述したステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケルなどの金属製のものを適用することができる。
【００４９】
このような構成とすることにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つより高い発電出力を確保することができる。
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配置された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅（Ｃｕ）などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル（Ｎｉ）であっても、十分に使用可能になり、Ｎｉの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にＹＳＺを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
更に、金属製の多孔質支持体を適用することにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、図示するように埋没した構成とすることにより、多孔質支持体と改質層や空気極との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、多孔質支持体の燃料極界面の凹部の表面、多孔質支持体の空気極界面の凹部の表面、多孔質支持体の燃料ガス又は空気が導入される表面などに複数の凹部を有する構成とすることにより、多孔質支持体の柔軟性が向上し、電極（特に燃料極）と多孔質支持体との間における応力歪みを緩和できる。これにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる
更にまた、燃料電池自体を薄くすることができ、コンパクト化を図ることができるという利点もある。
【００５０】
図７は、第６の実施形態に係る固体電解質型燃料電池の構成の若干例を示す模式的な断面図である。
同図に示すように、第６の実施形態の固体電解質型燃料電池は、緻密質の固体電解質２０と、固体電解質２０の一方の面に配設された固体電解質型燃料電池用の多孔質の燃料極１０と、固体電解質２０の他方の面に配設された多孔質の中間層４０及び多孔質の空気極３０とを有する。
そして、この燃料極１０は、緻密質の固体電解質２０に接して配設される多孔質の活性層１１と、燃料ガスが導入される表面側に配設される多孔質の改質層１２とを有する。
また、第６の実施形態の固体電解質型燃料電池は、燃料極１０の固体電解質２０が配設された面と反対の面に配設された多孔質支持体５０を有する。
更に、第６の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体５０の燃料極界面の凹部と改質層１２とが嵌合している。
更にまた、第６の実施形態の固体電解質型燃料電池においては、多孔質支持体５０の内部に流路５０ｄを有する。
なお、図中矢印で示す方向から燃料ガスが供給される。
ここで、活性層１１は、ニッケル（Ｎｉ）と、イットリウムを添加した酸化ジルコニウム、つまりイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合体からなる。また、改質層１２は、ニッケル（Ｎｉ）と、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）との混合体からなる。更に、固体電解質２０は、ＹＳＺからなる。また、空気極３０には、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム（ＳＳＣ）などの空気極材料を適用することができる。更に、中間層４０には、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）を適用することができる。更にまた、多孔質支持体５０には、例えば上述したステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケルなどの金属製のものを適用することができる。
【００５１】
例えば、同図（ａ）に示すように、第６の実施形態の固体電解質型燃料電池は、多孔質支持体の燃料ガスが導入される表面に開口部を有する流路５０ｄを有する構成とすることができる。
また、例えば、同図（ｂ）に示すように、第６の実施形態の固体電解質型燃料電池は、多孔質支持体の燃料ガスが導入される表面に形成された開口部をメッシュ体（若しくは多孔質支持体自体）などにより閉じた流路５０ｄを有する構成とすることができる。
更に、例えば、同図（ｃ）に示すように、第６の実施形態の固体電解質型燃料電池は、多孔質支持体の燃料ガスが導入される表面に形成された開口部をメッシュ体（若しくは多孔質支持体自体）などにより閉じた流路５０ｄを有し、燃料ガス流れに対して下流側であるほど開口部が大きい構成とすることができる。また、同図（ｃ）に示すように、ガス流路を改質層に近づくほど小さくする構成とすることもできる。
更にまた、例えば同図（ｄ）に示すように、第６の実施形態の固体電解質型燃料電池は、多孔質支持体の燃料ガスが導入される表面に形成された開口部をメッシュ体などにより閉じた流路５０ｄを有し、燃料ガス流れに対して下流側であるほど開口部が大きい構成とすることができる。また、ガス流路を改質層に近づくほど小さくする構成とすることもできる。更に、同図（ｄ）に示すように、多孔質支持体５０の燃料極界面の流路５０ｄの一部と改質層１２の凸部１２ａとが嵌合している構成とすることもできる。
なお、同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、多孔質支持体の内部の流路５０ｄは、改質層側の開口部がメッシュ体（若しくは多孔質支持体自体）などにより閉じた構成となっているが、これらに限定されるものではない。
また、図示しないが、燃料ガスや生成する水（水蒸気）の排出流路を別途設計して形成することもできる。
【００５２】
このような構成とすることにより、炭化水素燃料に対して、より優れた耐久性を有し、且つより高い発電出力を確保することができる
つまり、サマリウムを添加した酸化セリウム（ＳＤＣ）は、高い酸素イオン伝導度を有する。これにより、改質層に多くの酸素を供給することができるため、改質層に配置された場合に、その特徴を最大限に利用することができる。これにより、銅（Ｃｕ）などに比べて炭素析出により劣化し易いニッケル（Ｎｉ）であっても、十分に使用可能になり、Ｎｉの活性を最大限に利用することができる。
また、活性層及び固体電解質の双方にＹＳＺを適用することにより、活性層と固体電解質との間における界面抵抗をより低減することができ、発電出力をより向上させることができる。
更に、金属製の多孔質支持体を適用することにより、燃料電池の強度を向上させることができ、炭化水素燃料に対しても、より優れた耐久性を有するものとすることができる。
また、図示するように埋没した構成とすることにより、多孔質支持体と改質層との電気的接続性、すなわち集電効率が向上し、より高い発電出力を確保することができる。
更に、多孔質支持体の内部にガス流路を有する構成とすることにより、ガス拡散抵抗を低減することができる。また、システムの設計上、最適な流路設計をすることにより、燃料ガスの供給をより均一にすることができ、燃料電池における発電を均一化できる。また、燃料ガスの供給を円滑に行うことができる。
例えば、燃料ガスの濃度が高い上流側において、多くの燃料ガスが燃料極に供給されると、改質層における改質が間に合わず、多くの未改質の燃料が活性層に到達し、炭素析出を招く虞がある。一方、燃料ガスの濃度が低い下流側においては、燃料ガスが不足し、発電に寄与しなくなる虞がある。
これらにより、炭化水素燃料に対して、優れた耐久性を有し、且つ高い発電出力を確保することができる。
更にまた、燃料電池自体を薄くすることができ、コンパクト化を図ることができるという利点もある。
なお、空気極側に多孔質支持体を配設する場合にも、このような設計されたガス流路を設けることができる。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。具体的には、図８（ａ）〜（ｃ）に示すような固体電解質型燃料電池を作製し、その性能を評価した。
【００５４】
（実施例１）
イットリウムを添加した酸化ジルコニウム（Ｚｒ０．９２Ｙ０．０８Ｏ２）からなる緻密質の固体電解質の一方の面上に、ニッケル（Ｎｉ）とＺｒ０．９２Ｙ０．０８Ｏ２とからなり、Ｎｉ：Ｚｒ０．９２Ｙ０．０８Ｏ２＝６：４（重量比）の割合で含む多孔質の活性層を印刷により形成した。次いで、活性層上に、Ｎｉとサマリウムを添加した酸化セリウム（Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２）とからなり、Ｎｉ：Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２＝６：４（重量比）の割合で含む多孔質の改質層を印刷により形成し、１４００℃で焼成して、燃料極を形成した。更に、固体電解質の他方の面上に、Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２からなる多孔質の中間層を印刷により形成した。しかる後、中間層上に、サマリウムを添加したコバルト酸ストロンチウム（Ｓｒ０．５Ｓｍ０．５ＣｏＯ３）からなる多孔質の空気極を形成し、１１００℃で焼成して、本例の固体電解質型燃料電池を得た。
【００５５】
（比較例１）
ＮｉとＺｒ０．９２Ｙ０．０８Ｏ２とをＮｉ：Ｚｒ０．９２Ｙ０．０８Ｏ２＝６：４（重量比）の割合で含む燃料極を形成したこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の固体電解質型燃料電池を得た。なお、燃料極の厚みは実施例１と同じである。
【００５６】
（比較例２）
ＮｉとＣｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２とをＮｉ：Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２＝６：４（重量比）の割合で含む燃料極を形成したこと以外は、実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の固体電解質型燃料電池を得た。なお、燃料極の厚みは実施例１と同じである。
【００５７】
［性能評価］
上記各例の固体電解質型燃料電池を用いて、１００ｍＡ／ｃｍ２の一定電流を流し、下記条件下、２４時間発電試験を行い、燃料電池の電圧を測定した。得られた結果を図９に示す。
【００５８】
（試験条件）
・反応温度    ：６００℃
・燃料ガス：炭化水素燃料（プロパン（Ｃ３Ｈ８））２％、アルゴン（Ａｒ）９８％（無加湿）
【００５９】
図９より、本発明の範囲に属する実施例１の固体電解質型燃料電池は、劣化率が１％であるのに対して、本発明外の比較例１の固体電解質型燃料電池は、劣化率が７％であり、炭化水素燃料に対して７倍もの耐久性を有することが分かる。また、炭化水素燃料を適用した場合、本発明の範囲に属する実施例１の固体電解質型燃料電池の電圧は、本発明外の比較例２の固体電解質型燃料電池の電圧に対して１．５倍もの高い電圧を示すことが分かる。
なお、比較例２の固体電解質型燃料電池は、劣化率が１％であった。
【００６０】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００６１】
例えば、上述した各実施形態に記載した構成は、各実施形態毎に必ずしも限定されるものではなく、多孔質支持体や燃料極などの構成の細部を変更したり、各実施形態の構成を上述した各実施形態以外の組み合わせにしたりすることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０    燃料極
１１    活性層
１２    改質層
１２ａ  凸部
２０    固体電解質
３０    空気極
３０ａ  凸部
４０    中間層
５０    多孔質支持体
５０ａ  凸部
５０ｂ  他部
５０ｃ  凹部
５０ｄ  流路
【図１】
0005489057.tif 000002
【図２】
0005489057.tif 000003
【図３】
0005489057.tif 000004
【図４】
0005489057.tif 000005
【図５】
0005489057.tif 000006
【図６】
0005489057.tif 000007
【図７】
0005489057.tif 000008
【図８】
0005489057.tif 000009
【図９】
0005489057.tif 000010