(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質の板状金属基板と、
前記金属基板の一方面から部分的に突出するように設置された少なくとも１つの集電部材と、
前記集電部材を覆うように前記金属基板の一方面に配置された燃料極と、
前記燃料極上に配置された電解質と、
前記電解質上に配置された空気極と、を備え、
前記集電部材は、前記燃料極の層厚を超えて延びるように突出している固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記集電部材は、前記金属基板の一方面に沿って直線状に延びる複数の縦部材及び横部材を備えており、
前記複数の縦部材及び横部材は、それぞれ平行に延びており、
前記縦部材及び横部材が互いに交差するように配置されることにより網目状の前記集電部材が形成されている請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体酸化物形燃料電池（以下、「燃料電池」という）として、図５に示すような燃料電池が知られていた（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図５に示すように、この燃料電池１００は、板状の金属基板１０１と、金属基板１０１の表面部（一方面部）に配置された燃料極１０２と、空気極１０２上に配置された電解質１０３と、電解質１０３上に配置された空気極１０４とを備えている。金属基板１０１には、複数の貫通孔１０５が形成されている。
【０００４】
このような構成を備える燃料電池１００によれば、まず、水素などの燃料ガスを、貫通孔１０５を介して燃料極１０２に供給する。一方、空気などの酸化剤ガスを空気極１０４に供給する。これにより、燃料極１０２及び空気極１０４がそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスに接触して、燃料極１０２と空気極１０４との間で電解質１０３を介した酸素イオン伝導が起こることにより、発電が行われる。
【０００５】
このような燃料電池１００は、金属基板１０１を備えているので十分な強度を有しているが、電池の出力の点で課題を有していた。すなわち、このような燃料電池１００では、電池の出力を向上させたいときは、電解質１０３の厚さを薄くすることにより、出力向上を図っているが、電解質１０３を薄くすることには限界があるので、自ずと出力向上にも限界が生じていた。
【０００６】
一方、電池の出力向上を図るための燃料電池として、図６に示すような燃料電池が知られていた（例えば、特許文献２）。
【０００７】
図６に示すように、この燃料電池１１０は、板状の電解質１１１と、電解質１１１の表面（一方面）に配置された空気極１１２と、電解質１１１の裏面（他方面）に配置された燃料極１１３とを備えている。電解質１１１の表裏面は、凹凸状に形成されている。また、空気極１１２の上方、及び、燃料極１１３の下方には、それぞれ、ガスセパレータ１１５が配置されている。
【０００８】
このような構成を備える燃料電池１１０によれば、燃料極１１３に燃料ガスを供給する一方、空気極１１２に酸化剤ガスを供給することにより、発電を行う。ここで、電解質１１１の表裏面が凹凸状に形成されているので、電解質１１１の表裏面が平坦の場合と比較して、電解質１１１と、空気極１１２及び燃料極１１３との境界面積を大きくすることができる。これにより、反応面積を大きくして、電池の出力向上を図っていた。しかし、このような燃料電池１１０では、電解質１１１を基板として、空気極１１２及び燃料極１１３を支持しているので、電解質１１１は金属酸化物からなり、機械的強度が弱く、基板が棄損することがあり、燃料電池１１０の強度の点で課題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−５１２６５１号公報
【特許文献２】特開平９−５５２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、従来の燃料電池では、強度の向上を図ると、燃料電池の出力向上が難しくなり、一方、出力の向上を図ると、強度の維持が難しくなることがあった。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、優れた強度及び性能を有する固体酸化物形燃料電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するための固体酸化物形燃料電池であって、多孔質の板状金属基板と、前記金属基板の一方面から部分的に突出するように設置された少なくとも１つの集電部材と、前記集電部材を覆うように前記金属基板の一方面に配置された燃料極と、前記燃料極上に配置された電解質と、前記電解質上に配置された空気極とを備えている。
【００１３】
このような構成を備える固体酸化物形燃料電池は、燃料極、電解質及び空気極を支持するための板状金属基板を備えているので、優れた強度を有している。また、少なくとも１つの集電部材が金属基板の一方面から部分的に突出するように設置され、燃料極が集電部材を覆うように金属基板の一方面に配置されているので、集電部材が燃料極内に進入するように延び、この集電部材により、固体酸化物形燃料電池で発電された電子を集電するための集電領域を拡大することができる。これにより、より広い範囲で集電することできるので、効率良く集電をすることができるようになる。したがって、優れた性能を有する固体酸化物形燃料電池となる。以上より、本発明によれば、優れた強度及び性能を有する固体酸化物形燃料電池を得ることができる。
【００１４】
また、上記の固体酸化物形燃料電池において、前記集電部材は、前記金属基板の一方面に沿って直線状に延びる複数の縦部材及び横部材を備えており、前記複数の縦部材及び横部材は、それぞれ平行に延びており、前記縦部材及び横部材が互いに交差するように配置されることにより網目状の前記集電部材が形成されている構成であってもよい。
【００１５】
このような構成を備える固体酸化物形燃料電池によれば、金属基板上の複数の縦部材及び横部材が、乱雑に配置されておらず、それぞれ平行直線状に延びており、互いに交差するように配置されているので、整った状態で配置されることとなる。したがって、金属基板上の集電部材が整った網目状に形成される。これにより、燃料極が配置される部分が整えられた状態となるので、燃料極が集電部材を覆うように金属基板上に配置されるときに、当該燃料極を容易かつきれいに配置することができる。また、燃料極上の電解質及び空気極も容易かつきれいに配置することができる。これにより、燃料極、電解質及び空気極が整った状態で配置された固体酸化物形燃料電池を容易に製造することができるので、安定した再現性のある性能を有する固体酸化物形燃料電池を容易に得ることができる。
【００１６】
また、上記の固体酸化物形燃料電池において、前記集電部材は、前記燃料極の層厚を超えて延びるように突出している構成であってもよい。
【００１７】
このような構成を備える固体酸化物形燃料電池によれば、集電部材が燃料極の層厚を超えているので、集電部材が燃料極に覆われる部分において、この部分の燃料極が周辺部分の燃料極より盛り上がった状態となる。これにより、燃料極が波立つ形状となり、燃料極の表面が凹凸状になる。そして、表面が凹凸状の燃料極上に電解質が配置されるので、燃料極表面が平坦の状態と比べて、燃料極と電解質との境界面を広くすることができ、両者の接触面積を大きくすることができる。また、電解質の表面も凹凸状になるので、電解質と電解質上の空気極との接触面積も大きくすることができる。これにより、燃料極、電解質及び空気極の各接触面積が大きくなり、反応領域が拡大するので、固体酸化物形燃料電池の性能が向上する。したがって、より優れた性能の固体酸化物形燃料電池を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、優れた強度及び性能を有する固体酸化物形燃料電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】固体酸化物形燃料電池の要部を示す斜視図である。
【図４】他の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の断面図である。
【図５】従来の固体酸化物形燃料電池の斜視図である。
【図６】従来の固体酸化物形燃料電池の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（以下「燃料電池」という）の斜視図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。また、図３は、燃料電池の要部を示す斜視図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る燃料電池１は、板状の金属基板２と、金属基板２の表面（一方面）に設置された集電部材３とを備えている。また、燃料電池１は、金属基板２及び集電部材３上に配置された燃料極４と、燃料極４上に配置された電解質５と、電解質５上に配置された空気極６とを備えている。
【００２２】
金属基板２は、表面（一方面）及び裏面（他方面）が平坦に形成されており、表面から裏面に延びる気孔２１を備えている。この金属基板２は、気孔２１が基板の厚さ方向に貫通することにより、多孔質体に構成されており、ガス透過性を有している。気孔２１は、例えば、公知のエッチング法や打ち抜き加工法等により形成されている。
【００２３】
金属基板２における気孔２１が少なくて気孔率が低いと、ガス拡散性が落ちて燃料電池１の性能が低くなることがある。一方、金属基板２における気孔２１が多くて気孔率が高いと、ガス拡散性が落ちると共に集電性能も低下することがある。したがって、金属基板２における気孔率は、２０％〜６０％程度、望ましくは３０％〜５０％程度が好ましい。また、金属基板２の厚さは、強度の観点から、２００〜５０００μｍであることが好ましい。また、金属基板の熱膨張係数は、９×１０−６〜１１×１０−６（１／Ｋ）が好ましい。
【００２４】
集電部材３は、金属から形成され、金属基板２の表面に密着しており、複数の縦部材３１及び横部材３２を備えている。複数の縦部材３１及び横部材３２は、それぞれ、断面視において矩形状に形成されており、金属基板２の表面から上方へ突出するように設置されている。また、図３に示すように、縦部材３１及び横部材３２は、それぞれ金属基板２の表面に沿って直線状に延びており、互いに直交している。本実施形態では、縦部材３１が図３のＸ方向に延び、横部材３２が図３のＹ方向に延びており、複数の縦部材３１及び横部材３２が格子状に配置されることにより、網目状の集電部材３が形成されている。縦部材３１及び横部材３２に囲まれた部分には、網目の開口部３３が形成されている。
【００２５】
縦部材３１及び横部材３２のそれぞれの高さａ及びｃは、５０〜５００μｍが好ましく、それぞれの幅ｂ及びｄは、１０〜１００μｍが好ましい。また、開口部３３の縦及び横の幅ｅ及びｆは、１０〜３００μｍが好ましい。
【００２６】
図３に示すような網目状の集電部材３は、例えば、公知のエッチング法により形成することができる。具体的には、板状の金属に対して、縦部材３１及び横部材３２が残存し、開口部３３が形成されるようにエッチングをすることにより、集電部材３を形成することができる。また、集電部材３の熱膨張係数は、９×１０−６〜１１×１０−６（１／Ｋ）が好ましい。
【００２７】
また、集電部材３は、拡散接合により金属基板２の表面に接合されている。拡散接合とは、母材（本実施形態では、金属基板２及び集電部材３）を密着させ、母材の融点以下の温度条件で塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する公知の方法である。本実施形態では、予め縦部材３１及び横部材３２からなる集電部材３を形成しておき、この集電部材３を金属基板２の表面に配置して、拡散接合を行っている。これにより、金属基板２の表面から部分的に縦部材３１及び横部材３２が突出するように集電部材３が設置される。この拡散接合は、例えば、真空ホットプレス機や熱間静水圧プレス装置を用いて行うことができる。
【００２８】
燃料極４は、集電部材３を覆うように金属基板２の表面全体に積層配置されており、これにより、集電部材３が燃料極４内に進入するように構成されている。電解質５は、燃料極４の上面（一方面）全体に積層配置されている。空気極６は、電解質５の上面（一方面）全体に積層配置されている。燃料極４、電解質５及び空気極６の層厚は、５〜５００μｍであることが好ましく、５〜５０μｍであることがさらに好ましい。また、燃料極４及び空気極６は多孔質に形成されており、電解質５は緻密に形成されている。
【００２９】
次に、燃料電池１を構成する材料について説明する。
【００３０】
金属基板２及び集電部材３の材質としては、燃料極、電解質及び空気極の焼成を行う観点から耐熱性に優れることが好ましい。このような材料として、具体的には、フェライト系ステンレス鋼  ＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）４３０  （１８Ｃｒ）、または、日立金属株式会社製  固体酸化物形燃料電池用セパレータ材  ＺＭＧ２３２Ｌを好ましく用いることができるが、これに限定されるものではない。その他、金属基板２の材料として、マルテンサイト系、オーステナイト系のステンレス鋼等を用いることができる。
【００３１】
また、燃料極４の材質としては、例えば、金属触媒と酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属（白金、ルテニウム、パラジウム等）等の還元性雰囲気において安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなるセラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、１種類を単独で、或いは２種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極４は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。
【００３２】
また、電解質５の材質としては、固体酸化物形燃料電池の電解質の材料として公知のものを使用することができ、例えば、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。
【００３３】
また、空気極６の材質としては、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ又はＭｎ等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）Ｏ３などの酸化物が挙げられ、好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３である。上述した材料は、１種を単独で、或いは２種以上を混合して使用することができる。
【００３４】
燃料極４及び空気極６は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末材料の平均粒径は、好ましくは１０ｎｍ〜１００μｍであり、さらに好ましくは５０ｎｍ〜５０μｍであり、特に好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍである。なお、平均粒径は、例えば、ＪＩＳＺ８９０１にしたがって計測することができる。
【００３５】
上記電解質５、燃料極４及び空気極６は、例えば、ウエットコ−ティング法或いは、ドライコーティング法によって形成することができる。ウエットコ−ティング法としては、スクリーン印刷法、電気泳動（ＥＰＤ）法、ドクターブレード法、スプレーコート法、インクジェット法、スピンコ−ト法、ディップコート法等が例示できる。その際、電解質５、燃料極４及び空気極６の材料は、ペースト状にする必要があり、上述した材料を主成分として、さらにバインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。また、ドライコーティング法としては、例えば蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、電気化学気相成長法、イオンビーム法、レーザーアブレーション法、大気圧プラズマ成膜法、減圧プラズマ成膜法等で形成することもできる。
【００３６】
ペースト状の材料を作製するときに用いるバインダー樹脂は、焼成過程にて低温で燃焼／分解／気化することが必要であり、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、エチルセルロース誘導体、或いはスチレンアクリル共重合体からなり、単独または、混合して使用される。また、有機溶媒は、バインダー樹脂を容易には溶解せずに、膨潤のみさせるようなものが好ましく選ばれる。大きくは、ケトン類、エステル類、エーテル類、アミド類などが使用でき、およびそれらの混合物が使用でき、具体的には、イソプロパノール、ノルマルプロパノール、ジアセトンアルコール、グリコール・ジアセテート、メチルセルソルブ、カルビトール、シクロヘキサン、テルピネオールなどが使用できる。また、グリセリン、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレートなどの高沸点の化合物も使用可能である。
【００３７】
以上のような構成を備える燃料電池１では、次のように発電が行われる。まず、水素、又は、メタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスを、金属基板２の気孔２１を介して、燃料極４に供給する。一方、空気などの酸化剤ガスを空気極６に供給する。供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの温度は、例えば、４００〜１０００℃である。これにより、燃料極４及び空気極６がそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスに接触するため、燃料極４と空気極６との間で電解質５を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。
【００３８】
上記実施形態に係る燃料電池１によれば、燃料極４、電解質５及び空気極６を支持するための板状金属基板２を備えているので、優れた強度を有している。また、集電部材３が金属基板の表面から突出するように設置され、燃料極４が集電部材３を覆うように金属基板２の表面に配置されているので、集電部材３が燃料極４内に進入するように延び、この集電部材３により、燃料電池１で発電された電気を集電するための集電領域を拡大することができる。これにより、より広い範囲で集電することできるので、効率良く集電をすることができ、優れた性能の燃料電池１を得ることができる。
【００３９】
また、金属基板２上の複数の縦部材３１及び横部材３２が、乱雑に配置されておらず、それぞれ平行直線状に延びており、互いに交差するように配置されているので、金属基板２上の集電部材３が整った網目状に形成され、整った状態で配置されることとなる。これにより、燃料極４が配置される部分が整えられた状態となるので、燃料極４が集電部材３を覆うように金属基板２上に配置されるときに、燃料極４を容易かつきれいに配置することができる。また、燃料極４上の電解質５及び空気極６も容易かつきれいに配置することができる。これにより、燃料極４、電解質５及び空気極６が整った状態で配置された燃料電池１を容易に製造することができるので、安定した再現性のある性能の燃料電池１を容易に得ることができる。
【００４０】
また、縦部材３１及び横部材３２が整った状態で配置されるので、縦部材３１及び横部材３２の高さ及び幅や、開口部３３の幅は、金属基板２上に燃料極４を形成するときの燃料極ペーストの粘度や、印刷圧力などの印刷条件に応じて、容易に調整を行うことができる。したがって、燃料極４を形成するときの状況に応じた調整により、燃料極４をきれいに形成することができる。これにより、優れた性能を有する燃料電池１を得ることができる。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
例えば、縦部材３１及び横部材３２の高さａ及びｃは、特に限定されず、図４に示すように、燃料極４の層厚ｇより高くすることができる（図４では、縦部材３１のみを示しているが、横部材３２についても縦部材３１と同様に、その高さが燃料極４の層厚より高くてもよい。）。これにより、集電部材３が燃料極４の層厚ｇを超えて延びるように金属基板２の表面から突出する。ここで、燃料極４の層厚とは、金属基板２の表面から燃料極４の表面までの距離であって、集電部材３（縦部材３１及び横部材３２）が配置されていない部分における距離である。このような集電部材３の突出により、燃料極４において、集電部材３を覆う部分が、周辺の部分より上方に盛り上がる。これにより、燃料極４が波立つように構成され、燃料極４の表面に凹凸が形成される。
【００４３】
このような構成によれば、燃料極４の表面が凹凸状になるので、表面が平坦の状態と比較して、燃料極４と燃料極４上の電解質５との境界面を広くすることができ、両者の接触面積を大きくすることができる。また、電解質５の表面も凹凸状になるので、電解質５と電解質５上の空気極６との接触面積も大きくすることができる。これにより、燃料極４、電解質５及び空気極６の各接触面積が大きくなり、反応領域が拡大するので、燃料電池１の性能が向上する。
【００４４】
また、上記実施形態では、金属基板２は、貫通孔により気孔２１が形成された構成であったが、ガス透過性を有する多孔質体であればその構成は特に限定されない。例えば、金属基板２を多孔質材料から形成することにより、ガスが通過可能な気孔を形成することができる。このような気孔を有する金属基板２は、例えば、次のような方法で製造することができる。すなわち、まず、金属の粉末をバインダー材料や造孔材と混合、混練することにより、基板材料を作製する。次に、作製された基板材料を押し出し成形又は塗布成形することにより、形状を整える。続いて、成形した基板材料を乾燥及び脱脂する。その後、基板材料を真空中で焼結することにより、多孔質の金属基板２が製造される。
【００４５】
また、上記実施形態では、金属基板２及び集電部材３は拡散接合により接合されていたが、この構成に限定されず、ろう付けや溶接などによって接合されていてもよい。この場合、金属基板２及び集電部材３を部分的に接合することが好ましい。
【００４６】
また、上記実施形態では、集電部材３の縦部材３１及び横部材３２は、互いに直交するように配置されていたが、この構成に限定されず、例えば、斜めに交わるように配置されていてもよい。また、縦部材３１又は横部材３２のいずれか一方のみが配置されている構成であってもよい。また、縦部材３１及び横部材３２の他に、Ｘ及びＹ方向以外の方向に延びる部材が配置されていてもよい。また、上記実施形態では、縦部材３１及び横部材３２が、それぞれ、連続した直線状で配置されていたが、これに限定されず、直線が途中で部分的に途切れた状態で配置されていてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、縦部材３１及び横部材３２は、平面視において直線状であったが、この構成に限定されず、例えば、平面視において、ドット状や三角形状に構成されていてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、縦部材３１及び横部材３２は、断面視において矩形状であったが、この構成に限定されず、例えば、断面視において、円状、楕円状、三角形状等であってもよい。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例及び比較例を用いて、本発明を更に詳細に説明する。ただし、本発明が本実施例に限定されるものではない。
【００５０】
実施例１〜４として、本発明に係る燃料電池を用い、比較例として、従来の燃料電池を用いて、性能を比較した。実施例１〜４及び比較例について以下に説明する。
（実施例１）
（１）金属基板
厚さ０．２５ｍｍの金属板（日立金属株式会社製  ＺＭＧ２３２Ｌ）に、塩化第二鉄溶液でエッチング処理を行い、孔径０．０８ｍｍの貫通孔を複数形成することにより、気孔３を有する金属基板２を形成した。各気孔３間のピッチは、０．１２ｍｍとした。
（２）集電部材
厚さ５０μｍの金属板（日立金属株式会社製  ＺＭＧ２３２Ｌ）に、塩化第二鉄溶液でエッチング処理を行い、開口部３３を形成することにより、網目状の集電部材３を形成した。集電部材３の縦部材３１及び横部材３２の縦幅（厚み）ａ，ｃは、５０μｍとし、横幅ｂ，ｄは、５０μｍとした。また、開口部３３の横幅ｅ，ｆは、１００μｍとした。この集電部材３を、真空ホットプレス装置を用いた拡散接合により、上記の金属基板２の表面に接合した。
（３）燃料極ペースト
エチルカルピトールに、ＮｉＯ粉末（平均粒径：０．１μｍ）及びＳＤＣ（Ｃｅ：Ｓｍ：Ｏ＝０．８：０．２：１．９、平均粒径：０．１μｍ）を加え、更にバインダーとしてエチルセルロースを質量比が８０：２０となるように加えた後、これらをボ−ルミルで混合して燃料極４を形成するための燃料極ペースト（粘度：５×１０５ｍＰａ・ｓ）を作製した。
（４）空気極ペースト
エチルカルピトールに、Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３粉末（平均粒径：１μｍ）を加え、更にバインダーとしてエチルセルロ−スを質量比が８０：２０となるように加えた後、これらをボールミルで混合して空気極６を形成するための空気極ペースト（粘度：５×１０５ｍＰａ・ｓ）を作製した。
（５）金属基板２及び集電部材３上に燃料極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、１３０℃、１５分の乾燥後、１１００℃、２４ｈで焼結した。金属基板２の表面からの燃料極４の厚みは、７０μｍであった。
（６）燃料極４上に電解質用のＧＤＣ（Ｇｄ：Ｓｍ：Ｏ＝０．９：０．１：１．９）をイオンプレーティング法により形成した。具体的には、上記の燃料極４まで作製したものを成膜基板としてチャンバー内の基板ホルダーに設置し、成膜材料としてＧＤＣ（Ｇｄ：Ｓｍ：Ｏ＝０．９：０．１：１．９、相対密度：９７％、粒径３〜７ｍｍ）をチャンバー内の容器上に載置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を到達真空度５×１０−４Ｐａまで減圧した。続いて成膜基板を７００℃まで加熱し、導入管からチャンバー内へ酸素（０．３ｓｌｍ）を導入した。なお、上記「ｓｌｍ」とはガスの流量を表す単位であり、standard liter per minuteの略である。続いて、電子線照射装置に０．３Ａ×３５ｋＶの電力を印加することによって、電子線を成膜材料に照射して成膜材料を拡散させ、電解質５の厚みが８μｍになるまで成膜を行った。
（７）更に、電解質５上に空気極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、１３０℃、１５分の乾燥後、９００℃、２４ｈで焼結した。空気極６の厚みは、３０μｍであった。
（実施例２）
（１）金属基板
厚さ０．２５ｍｍの金属板（日立金属株式会社製  ＺＭＧ２３２Ｌ）に、塩化第二鉄溶液でエッチング処理を行い、孔径０．０８ｍｍの貫通孔を複数形成することにより、気孔３を有する金属基板２を形成した。各気孔３間のピッチは、０．１２ｍｍとした。
（２）集電部材
厚さ５０μｍの金属板（日立金属株式会社製  ＺＭＧ２３２Ｌ）に、塩化第二鉄溶液でエッチング処理を行い、開口部３３を形成することにより、網目状の集電部材３を形成した。集電部材３の縦部材３１及び横部材３２の縦幅（厚み）ａ，ｃは、５０μｍとし、横幅ｂ，ｄは、５０μｍとした。また、開口部３３の横幅ｅ，ｆは、１００μｍとした。この集電部材３を、真空ホットプレス装置を用いた拡散接合により、上記の金属基板２の表面に接合した。
（３）燃料極ペースト
エチルカルピトールに、ＮｉＯ粉末（平均粒径：０．１μｍ）及びＳＤＣ（Ｃｅ：Ｓｍ：Ｏ＝０．８：０．２：１．９、平均粒径：０．１μｍ）を加え、更にバインダーとしてエチルセルロースを質量比が８０：２０となるように加えた後、これらをボ−ルミルで混合して燃料極４を形成するための燃料極ペースト（粘度：５×１０５ｍＰａ・ｓ）を作製した。
（４）空気極ペースト
エチルカルピトールに、Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３粉末（平均粒径：１μｍ）を加え、更にバインダーとしてエチルセルロ−スを質量比が８０：２０となるように加えた後、これらをボールミルで混合して空気極６を形成するための空気極ペースト（粘度：５×１０５ｍＰａ・ｓ）を作製した。
（５）金属基板２及び集電部材３上に燃料極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、１３０℃、１５分の乾燥後、１１００℃、２４ｈで焼結した。金属基板２の表面からの燃料極４の厚みは、３０μｍであった。
（６）燃料極４上に電解質用のＧＤＣ（Ｇｄ：Ｓｍ：Ｏ＝０．９：０．１：１．９）をイオンプレーティング法により形成した。具体的には、上記の燃料極４まで作製したものを成膜基板としてチャンバー内の基板ホルダーに設置し、成膜材料としてＧＤＣ（Ｇｄ：Ｓｍ：Ｏ＝０．９：０．１：１．９、相対密度：９７％、粒径３〜７ｍｍ）をチャンバー内の容器上に載置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を到達真空度５×１０−４Ｐａまで減圧した。続いて成膜基板を７００℃まで加熱し、導入管からチャンバー内へ酸素（０．３ｓｌｍ）を導入した。なお、上記「ｓｌｍ」とはガスの流量を表す単位であり、standard liter per minuteの略である。続いて、電子線照射装置に０．３Ａ×３５ｋＶの電力を印加することによって、電子線を成膜材料に照射して成膜材料を拡散させ、電解質５の厚みが８μｍになるまで成膜を行った。
（７）更に、電解質５上に空気極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、１３０℃、１５分の乾燥後、９００℃、２４ｈで焼結した。空気極６の厚みは、３０μｍであった。
（実施例３）
（１）金属基板
厚さ０．２５ｍｍの金属板（日立金属株式会社製  ＺＭＧ２３２Ｌ）に、塩化第二鉄溶液でエッチング処理を行い、孔径０．０８ｍｍの貫通孔を複数形成することにより、気孔３を有する金属基板２を形成した。各気孔３間のピッチは、０．１２ｍｍとした。
（２）集電部材
厚さ５０μｍの金属板（日立金属株式会社製  ＺＭＧ２３２Ｌ）に、塩化第二鉄溶液でエッチング処理を行い、開口部３３を形成することにより、網目状の集電部材３を形成した。集電部材３の縦部材３１及び横部材３２の縦幅（厚み）ａ，ｃは、５０μｍとし、横幅ｂ，ｄは、５０μｍとした。また、開口部３３の横幅ｅ，ｆは、２００μｍとした。この集電部材３を、真空ホットプレス装置を用いた拡散接合により、上記の金属基板２の表面に接合した。
（３）燃料極ペースト
エチルカルピトールに、ＮｉＯ粉末（平均粒径：０．１μｍ）及びＳＤＣ（Ｃｅ：Ｓｍ：Ｏ＝０．８：０．２：１．９、平均粒径：０．１μｍ）を加え、更にバインダーとしてエチルセルロースを質量比が８０：２０となるように加えた後、これらをボ−ルミルで混合して燃料極４を形成するための燃料極ペースト（粘度：５×１０５ｍＰａ・ｓ）を作製した。
（４）空気極ペースト
エチルカルピトールに、Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３粉末（平均粒径：１μｍ）を加え、更にバインダーとしてエチルセルロ−スを質量比が８０：２０となるように加えた後、これらをボールミルで混合して空気極６を形成するための空気極ペースト（粘度：５×１０５ｍＰａ・ｓ）を作製した。
（５）金属基板２及び集電部材３上に燃料極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、１３０℃、１５分の乾燥後、１１００℃、２４ｈで焼結した。金属基板２の表面からの燃料極４の厚みは、３０μｍであった。
（６）燃料極４上に電解質用のＧＤＣ（Ｇｄ：Ｓｍ：Ｏ＝０．９：０．１：１．９）をイオンプレーティング法により形成した。具体的には、上記の燃料極４まで作製したものを成膜基板としてチャンバー内の基板ホルダーに設置し、成膜材料としてＧＤＣ（Ｇｄ：Ｓｍ：Ｏ＝０．９：０．１：１．９、相対密度：９７％、粒径３〜７ｍｍ）をチャンバー内の容器上に載置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を到達真空度５×１０−４Ｐａまで減圧した。続いて成膜基板を７００℃まで加熱し、導入管からチャンバー内へ酸素（０．３ｓｌｍ）を導入した。なお、上記「ｓｌｍ」とはガスの流量を表す単位であり、standard liter per minuteの略である。続いて、電子線照射装置に０．３Ａ×３５ｋＶの電力を印加することによって、電子線を成膜材料に照射して成膜材料を拡散させ、電解質５の厚みが８μｍになるまで成膜を行った。
（７）更に、電解質５上に空気極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、１３０℃、１５分の乾燥後、９００℃、２４ｈで焼結した。空気極６の厚みは、３０μｍであった。
（実施例４）
（１）金属基板
まず、金属の粉末（日立金属株式会社製  ＨＲＥ５、粒径：１０〜１００μｍ）をバインダー材料や造孔材と混合、混練することにより、基板材料を作製した。次に、作製された基板材料を押し出し成形することにより、形状を整えた。続いて、成形した基板材料を乾燥及び脱脂し、その後、基板材料を真空中で焼結することにより、金属基板２を製造した。金属基板２の気孔率は４０％であった。
（２）集電部材
厚さ５０μｍの金属板（日立金属株式会社製  ＺＭＧ２３２Ｌ）に、塩化第二鉄溶液でエッチング処理を行い、開口部３３を形成することにより、網目状の集電部材３を形成した。集電部材３の縦部材３１及び横部材３２の縦幅（厚み）ａ，ｃは、５０μｍとし、横幅ｂ，ｄは、５０μｍとした。また、開口部３３の横幅ｅ，ｆは、１００μｍとした。この集電部材３を、真空ホットプレス装置を用いた拡散接合により、上記の金属基板２の表面に接合した。
（３）燃料極ペースト
エチルカルピトールに、ＮｉＯ粉末（平均粒径：０．１μｍ）及びＳＤＣ（Ｃｅ：Ｓｍ：Ｏ＝０．８：０．２：１．９、平均粒径：０．１μｍ）を加え、更にバインダーとしてエチルセルロースを質量比が８０：２０となるように加えた後、これらをボ−ルミルで混合して燃料極４を形成するための燃料極ペースト（粘度：５×１０５ｍＰａ・ｓ）を作製した。
（４）空気極ペースト
エチルカルピトールに、Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３粉末（平均粒径：１μｍ）を加え、更にバインダーとしてエチルセルロ−スを質量比が８０：２０となるように加えた後、これらをボールミルで混合して空気極６を形成するための空気極ペースト（粘度：５×１０５ｍＰａ・ｓ）を作製した。
（５）金属基板２及び集電部材３上に燃料極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、１３０℃、１５分の乾燥後、１１００℃、２４ｈで焼結した。金属基板２の表面からの燃料極４の厚みは、３０μｍであった。
（６）燃料極４上に電解質用のＧＤＣ（Ｇｄ：Ｓｍ：Ｏ＝０．９：０．１：１．９）をイオンプレーティング法により形成した。具体的には、上記の燃料極４まで作製したものを成膜基板としてチャンバー内の基板ホルダーに設置し、成膜材料としてＧＤＣ（Ｇｄ：Ｓｍ：Ｏ＝０．９：０．１：１．９、相対密度：９７％、粒径３〜７ｍｍ）をチャンバー内の容器上に載置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を到達真空度５×１０−４Ｐａまで減圧した。続いて成膜基板を７００℃まで加熱し、導入管からチャンバー内へ酸素（０．３ｓｌｍ）を導入した。なお、上記「ｓｌｍ」とはガスの流量を表す単位であり、standard liter per minuteの略である。続いて、電子線照射装置に０．３Ａ×３５ｋＶの電力を印加することによって、電子線を成膜材料に照射して成膜材料を拡散させ、電解質５の厚みが８μｍになるまで成膜を行った。
（７）更に、電解質５上に空気極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、１３０℃、１５分の乾燥後、９００℃、２４ｈで焼結した。空気極６の厚みは、３０μｍであった。
（比較例）
（１）金属基板
厚さ０．２５ｍｍの金属板（日立金属株式会社製  ＺＭＧ２３２Ｌ）に、塩化第二鉄溶液でエッチング処理を行い、孔径０．０８ｍｍの貫通孔を複数形成することにより、気孔を有する金属基板を形成した。各気孔間のピッチは、０．１２ｍｍとした。
（２）燃料極ペースト
エチルカルピトールに、ＮｉＯ粉末（平均粒径：０．１μｍ）及びＳＤＣ（Ｃｅ：Ｓｍ：Ｏ＝０．８：０．２：１．９、平均粒径：０．１μｍ）を加え、更にバインダーとしてエチルセルロースを質量比が８０：２０となるように加えた後、これらをボ−ルミルで混合して燃料極を形成するための燃料極ペースト（粘度：５×１０５ｍＰａ・ｓ）を作製した。
（３）空気極ペースト
エチルカルピトールに、Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３粉末（平均粒径：１μｍ）を加え、更にバインダーとしてエチルセルロ−スを質量比が８０：２０となるように加えた後、これらをボールミルで混合して空気極を形成するための空気極ペースト（粘度：５×１０５ｍＰａ・ｓ）を作製した。
（４）金属基板上に燃料極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、１３０℃、１５分の乾燥後、１１００℃、２４ｈで焼結した。金属基板の表面からの燃料極の厚みは、７０μｍであった。
（５）燃料極上に電解質用のＧＤＣ（Ｇｄ：Ｓｍ：Ｏ＝０．９：０．１：１．９）をイオンプレーティング法により形成した。具体的には、上記の燃料極まで作製したものを成膜基板としてチャンバー内の基板ホルダーに設置し、成膜材料としてＧＤＣ（Ｇｄ：Ｓｍ：Ｏ＝０．９：０．１：１．９、相対密度：９７％、粒径３〜７ｍｍ）をチャンバー内の容器上に載置し、真空ポンプを用いてチャンバー内を到達真空度５×１０−４Ｐａまで減圧した。続いて成膜基板を７００℃まで加熱し、導入管からチャンバー内へ酸素（０．３ｓｌｍ）を導入した。なお、上記「ｓｌｍ」とはガスの流量を表す単位であり、standard liter per minuteの略である。続いて、電子線照射装置に０．３Ａ×３５ｋＶの電力を印加することによって、電子線を成膜材料に照射して成膜材料を拡散させ、電解質の厚みが８μｍになるまで成膜を行った。
（６）更に、電解質上に空気極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、１３０℃、１５分の乾燥後、９００℃、２４ｈで焼結した。空気極の厚みは、３０μｍであった。
（実施例と比較例との比較）
実施例及び比較例に係る燃料電池において、燃料極に水素を供給し、一方、空気極に空気を供給することにより、発電を行った。そして、発電時の最大出力密度を測定した。表１は、比較例の最大出力密度を１とした場合における、実施例の最大出力密度比を示した表である。 
【００５１】
【表１】
0005564862.tif 000002
【００５２】
表１に示すように、実施例は、比較例より最大出力密度が大きかったので、優れた性能を有することが確認できた。
【符号の説明】
【００５３】
１    固体酸化物形燃料電池
２    金属基板
３    集電部材
４    燃料極
５    電解質
６    空気極
２１  気孔
３１  縦部材
３２  横部材
【図１】
0005564862.tif 000003
【図２】
0005564862.tif 000004
【図３】
0005564862.tif 000005
【図４】
0005564862.tif 000006
【図５】
0005564862.tif 000007
【図６】
0005564862.tif 000008