(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形状をなす基体管と、
前記基体管の外周面に当該基体管の軸方向に沿って複数配置され、燃料極と電解質と空気極とが積層されて成る発電素子と、
隣り合う当該発電素子を直列に接続するインターコネクタとを有し、
隣り合う前記燃料極の間に、電子とイオンの移動を抑制する絶縁部を有し、
前記絶縁部が、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙ３Ｚｒ５Ｏ１２、ＳｒＴｉ１＋ＸＯ３（＋Ａｌ２Ｏ３）、ＭｇＯ＋ＭｇＡｌ２Ｏ４であることを特徴とする固体酸化物型燃料電池。
【請求項２】
筒形状をなす基体管と、
前記基体管の外周面に当該基体管の軸方向に沿って複数配置され、燃料極と電解質と空気極とが積層されて成る発電素子と、
隣り合う当該発電素子を直列に接続するインターコネクタとを有し、
隣り合う前記燃料極の間に、電子とイオンの移動を抑制する絶縁部を有し、
前記絶縁部は、前記電解質と化学反応して形成される電解質反応膜として設けられる
ことを特徴とする固体酸化物型燃料電池。
【請求項３】
前記絶縁部は、隣り合う前記発電素子において、一方の前記発電素子の前記燃料極と他方の前記発電素子の前記燃料極との間で、且つ、一方の前記発電素子の前記固体電解質と前記基体管との間に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項４】
前記絶縁部は、隣り合う前記発電素子において、一方の前記発電素子の前記燃料極と他方の前記発電素子の前記燃料極との間で、且つ、一方の前記発電素子の前記固体電解質と前記インターコネクタとの間に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項５】
前記発電素子と前記絶縁部との間に反応防止部が設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の固体酸化物型燃料電池。
【請求項６】
隣り合う燃料極の間に、電子とイオンの移動を抑制する絶縁部を有し、
前記絶縁部が、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙ３Ｚｒ５Ｏ１２、ＳｒＴｉ１＋ＸＯ３（＋Ａｌ２Ｏ３）、ＭｇＯ＋ＭｇＡｌ２Ｏ４である固体酸化物型燃料電池の製造方法において、
基体管を形成する工程と、
前記基体管の外周面に、当該基体管の軸方向に沿って複数の燃料極用材料膜を形成する工程と、
前記燃料極用材料膜の上面に固体電解質用材料膜とインターコネクタ用材料膜を順次積層する工程と、
前記基体管の外周面に、当該基体管の軸方向に沿って複数の絶縁部用材料膜を形成する工程と、
前記絶縁部用材料膜と前記燃料極用材料膜と前記固体電解質用材料膜と前記インターコネクタ用材料膜とを焼結し、絶縁部と燃料極と固体電解質とインターコネクタとを形成する工程とを有する、
ことを特徴とする固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁部用材料膜を形成した後、前記燃料極用材料膜を形成し、その後前記固体電解質用材料膜と前記インターコネクタ用材料膜を順次積層することを特徴とする請求項６に記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項８】
前記燃料極用材料膜を形成した後、前記絶縁部用材料膜を形成し、その後前記固体電解質用材料膜と前記インターコネクタ用材料膜を順次積層することを特徴とする請求項６に記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項９】
前記固体電解質用材料膜と前記インターコネクタ用材料膜を順次積層した後、前記絶縁部用材料膜を形成することを特徴とする請求項６に記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁部用材料膜を形成した後、当該絶縁部用材料膜の外面に反応防止部用材料膜を形成することを特徴とする請求項７から請求項９に記載の固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【請求項１１】
基体管を形成する工程と、
前記基体管の外周面に、当該基体管の軸方向に沿って複数の燃料極用材料膜を形成する工程と、
前記燃料極用材料膜の上面に固体電解質用材料膜とインターコネクタ用材料膜を順次積層する工程と、
前記基体管の外周面に、当該基体管の軸方向に沿って複数の絶縁部用材料膜を形成する工程と、
前記絶縁部用材料膜と前記燃料極用材料膜と前記固体電解質用材料膜と前記インターコネクタ用材料膜とを焼結し、絶縁部と燃料極と固体電解質とインターコネクタとを形成する工程とを有し、
前記燃料極用材料膜を形成した後、前記基体管の軸方向において隣り合う前記燃料極用材料膜の対向面に電解質反応部を塗布する工程を有し、
前記燃料極用材料膜と前記電解質反応部と前記固体電解質用材料膜と前記インターコネクタ用材料膜とを焼結して、前記基体管上に前記燃料極、前記絶縁部、前記固体電解質、前記インターコネクタを形成することを特徴とする固体酸化物型燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒型形状をなす固体酸化物型燃料電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、炭化水素や含酸素炭化水素を水蒸気と反応させて改質した燃料ガスと酸素とが電気化学的反応をすることによって発電する燃料電池である。この発電時には、水が生成される。燃料電池の逆反応を行うと、水から水素と酸素が生成される。このような装置を水電解装置という。
【０００３】
固体酸化物型燃料電池の一態様として円筒形の固体酸化物型燃料電池が知られている。この円筒形の固体酸化物型燃料電池は、筒形状をなす基体管の外周面に、燃料極、固体酸化物の電解質、空気極を積層して発電素子を形成し、この発電素子を基体管の軸方向に複数配置し、複数の発電素子をインターコネクタにより直列に接続して構成される。
【０００４】
従って、基体管内に燃料ガスが供給され、空気極に酸素が供給されると、空気極に供給された酸素は、イオン化されて電解質膜を透過し、燃料極に達する。そして、燃料極に達した酸素と燃料ガスとの電気化学的反応により、燃料極と空気極との間に電位差が発生し、この発生した電位差を外部に取り出すことで発電が行われる。
【０００５】
ところで、基体管は、漏洩電流の抑制の観点から絶縁体とすることが望ましい。しかし、基体管は、焼結時における亀裂の発生などを防止する目的で、燃料極と熱膨張係数を同じか、またはそれ以下に設定する必要がある。また、基体管は、燃料ガスや酸素が通過する必要があることから、所定の気孔率を確保する必要がある。そのため、焼結材料として、鉄族金属の酸化物（例えば、酸化ニッケル）を含有させる必要があり、結果として基体管は導電性を有することとなる。このことにより、従来の固体酸化物型燃料電池では、発電素子から基体管へ流れる漏洩電流が発生し、非通電時における燃料の消費、通電時における燃料使用量の増加を招き、発電効率が低下してしまうという問題があると考えられていた。
【０００６】
このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された燃料電池は、燃料ガス流路が軸長方向に形成された柱状の支持体の表面に、燃料極、固体電解質、空気極を積層してなる発電素子を軸長方向に所定間隔をおいて複数個設け、複数の発電素子をそれぞれインターコネクタで直列に接続して構成し、支持体を、鉄族金属及び／または鉄族金属の酸化物と、無機粉末とを主成分とする多孔質な支持体基部の表面に、支持体基部と発電素子とを電気的に絶縁する多孔質な絶縁層を設けて構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１７９０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の燃料電池にあっては、支持体の表面に発電素子と電気的に絶縁する多孔質な絶縁層を設けることで、発電素子と基体管との間の漏洩電流の発生を抑制している。ところで、燃料電池は、基体管の外側に燃料極、固体電解質、空気極が積層され、且つ、軸方向に複数配置されており、インターコネクタにより直列に接続されて構成されている。この場合、基体管の軸方向において隣り合う各燃料極同士の間には、固体電解質が配置されることとなり、この固体電解質は、電子導電性が非常に小さいために漏洩電流の発生はほとんどないと考えられていた。しかし、固体電解質は、上述したように電子導電性が小さいものの、イオン導電性は小さくなく、上述した基体管を介した漏洩電流よりも、この固体電解質を介した漏洩電流の方が問題となる可能性があることが分かった。
【０００９】
また、今後燃料電池の高電圧化や低電流化運転によりオーム過電圧を減少させることで、出力増加を実現するためには多素子化する必要がある。そして、一方で、燃料電池の小型化を図るためには、多素子化の過程で、有効発電部を確保した状態で、素子間隔をできる限り小さくする必要がある。このような構成にすると、素子間の通電距離が短くなり、上述した漏洩電流が大きくなってしまうという問題がある。さらに、高温で高いイオン伝導性を有する固体電解質膜を備えた固体酸化物型燃料電池においては、発電素子における反応温度を高くすればするほど発電効率の向上を図ることができるが、これに伴い発電素子間の電気抵抗が小さくなるため、上述した漏洩電流が大きくなってしまうという問題もある。
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、漏洩電流の発生を抑制して発電効率の向上を図る固体酸化物型燃料電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の固体酸化物型燃料電池は、筒形状をなす基体管と、前記基体管の外周面に当該基体管の軸方向に沿って複数配置され、燃料極と電解質と空気極とが積層されて成る発電素子と、隣り合う当該発電素子を直列に接続するインターコネクタとを有し、隣り合う前記燃料極の間の電気抵抗値が１０００Ω以上である、ことを特徴とするものである。
【００１２】
従って、燃料極間に１０００Ω以上の電気抵抗値が設定されることで、燃料極間における固体電解質を介した漏洩電流の発生を抑制することができる。このため、素子電圧の低下を防止することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。
【００１３】
本発明の固体酸化物型燃料電池では、隣り合う前記発電素子の間に、電子とイオンの移動を抑制する絶縁部を有することを特徴としている。
【００１４】
従って、発電素子間に絶縁部を設けることで、漏洩電流の発生を抑制することで、素子電圧の低下を防止することができ、簡単な構成で発電効率の向上を図ることができる。
【００１５】
本発明の固体酸化物型燃料電池では、前記絶縁部は、隣り合う前記発電素子において、一方の前記発電素子の前記燃料極と他方の前記発電素子の前記燃料極との間で、且つ、一方の前記発電素子の前記固体電解質と前記基体管との間に設けられることを特徴としている。
【００１６】
従って、燃料極間で基体管と固体電解質の間に絶縁部を設けることで、漏洩電流の発生を抑制して素子電圧の低下を防止することができ、簡単な構成で発電効率の向上を図ることができる。
【００１７】
本発明の固体酸化物型燃料電池では、前記絶縁部は、隣り合う前記発電素子において、一方の前記発電素子の前記燃料極と他方の前記発電素子の前記燃料極との間で、且つ、一方の前記発電素子の前記固体電解質と前記インターコネクタとの間に設けられることを特徴としている。
【００１８】
従って、燃料極間で固体電解質とインターコネクタの間に絶縁部を設けることで、漏洩電流の発生を抑制して素子電圧の低下を防止することができ、簡単な構成で発電効率の向上を図ることができる。
【００１９】
本発明の固体酸化物型燃料電池では、前記発電素子と前記絶縁部との間に反応防止部が設けられることを特徴としている。
【００２０】
従って、反応防止部により発電素子と絶縁部との間での反応が防止され、絶縁性を有しない層の生成を防止することができると共に、元素の拡散を防止して発電効率の低下を防止することができる。
【００２１】
本発明の固体酸化物型燃料電池では、前記絶縁部は、前記固体電解質と化学反応して形成される電解質反応部であることを特徴としている。
【００２２】
従って、絶縁部の薄膜化が可能となり、装置の小型を可能とすることができると共に、製造コストを低減することができる。
【００２３】
また、本発明の固体酸化物型燃料電池の製造方法は、基体管を形成する工程と、前記基体管の外周面に、当該基体管の軸方向に沿って複数の燃料極用材料膜を形成する工程と、前記燃料極用材料膜の上面に固体電解質用材料膜とインターコネクタ用材料膜を順次積層する工程と、前記基体管の外周面に、当該基体管の軸方向に沿って複数の絶縁部用材料膜を形成する工程と、前記絶縁部用材料膜と前記燃料極用材料膜と前記固体電解質用材料膜と前記インターコネクタ用材料膜とを焼結し、絶縁部と燃料極と固体電解質とインターコネクタとを形成する工程とを有し、隣り合う前記燃料極の間の電気抵抗値が１０００Ω以上である、ことを特徴とするものである。
【００２４】
従って、基体管に燃料極用材料膜、固体電解質用材料膜、インターコネクタ用材料膜、絶縁部用材料膜を積層して焼結することで、基体管上に燃料極、固体電解質、インターコネクタ、絶縁部を形成することができ、製造工程の簡素化を可能とすることができる。また、絶縁部により燃料極間に１０００Ω以上の電気抵抗値が設定されることで、燃料極間の固体電解質を解した漏洩電流の発生を抑制することができる。これにより、素子電圧の低下を防止することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。
【００２５】
本発明の固体酸化物型燃料電池の製造方法では、前記絶縁部用材料膜を形成した後、前記燃料極用材料膜を形成し、その後前記固体電解質用材料膜、前記インターコネクタ用材料膜を順次積層することを特徴としている。
【００２６】
従って、絶縁部が燃料極や固体電解質により被覆されることで、絶縁部を緻密に形成する必要はなく、焼結性を考慮する必要がなくなり、製造コストを低減することができる。
【００２７】
本発明の固体酸化物型燃料電池の製造方法では、前記燃料極用材料膜を形成した後、前記絶縁部用材料膜を形成し、その後前記固体電解質用材料膜、前記インターコネクタ用材料膜を順次積層することを特徴としている。
【００２８】
従って、絶縁部が燃料極や固体電解質により被覆されることで、絶縁部を緻密に形成する必要はなく、焼結性を考慮する必要がなくなり、製造コストを低減することができる。
【００２９】
本発明の固体酸化物型燃料電池の製造方法では、前記固体電解質用材料膜と前記インターコネクタ用材料膜を順次積層した後、前記絶縁部用材料膜を形成することを特徴としている。
【００３０】
従って、燃料極間や固体電解質間に絶縁部が介在することで、高い絶縁性を確保することができ、製造コストを低減することができる。
【００３１】
本発明の固体酸化物型燃料電池の製造方法では、前記絶縁部用材料膜を形成した後、当該絶縁部用材料膜の外面に反応防止部用材料膜を形成することを特徴としている。
【００３２】
従って、反応防止部により焼結時に発電素子と絶縁部との間での反応が防止され、絶縁性を有しない層の生成を防止することができる。また、反応防止部により発電素子と絶縁部との間で元素の拡散を防止することができる。これにより、発電効率の低下を防止することができる。
【００３３】
本発明の固体酸化物型燃料電池の製造方法では、前記燃料極用材料膜を形成した後、前記基体管の軸方向において隣り合う前記燃料極用材料膜の対向面に電解質反応部を塗布する工程を有し、前記燃料極用材料膜と前記電解質反応部と前記固体電解質用材料膜と前記インターコネクタ用材料膜とを焼結して、前記基体管上に前記燃料極、前記絶縁部、前記固体電解質、前記インターコネクタを形成することを特徴としている。
【００３４】
従って、電解質反応部を焼結により絶縁部とすることで、絶縁部の薄膜化が可能となり、装置の小型を可能とすることができると共に、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の固体酸化物型燃料電池及びその製造方法によれば、発電素子間に１０００Ω以上の電気抵抗値が設定されることで、ここでの素子電圧の低下が防止され、漏洩電流の発生を抑制することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る燃料電池を表す概略構成図である。
【図２】図２は、素子部抵抗に対する素子電圧及び漏洩電流を表すグラフである。
【図３】図３は、実施例１の燃料電池の製造方法を表す概略図である。
【図４】図４は、実施例１の燃料電池モジュールを表す概略構成図である。
【図５】図５は、本発明の実施例２に係る燃料電池及びその製造方法を表す概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施例３に係る燃料電池及びその製造方法を表す概略図である。
【図７】図７は、本発明の実施例４に係る燃料電池及びその製造方法を表す概略図である。
【図８】図８は、本発明の実施例５に係る燃料電池及びその製造方法を表す概略図である。
【図９】図９は、本発明の実施例６に係る燃料電池及びその製造方法を表す概略図である。
【図１０】図１０は、実施例１〜６の燃料電池における絶縁部の適正材料を表す表である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃料電池及びその製造方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３８】
図１は、本発明の実施例１に係る燃料電池を表す概略構成図、図２は、素子部抵抗に対する素子電圧及び漏洩電流を表すグラフ、図３は、実施例１の燃料電池の製造方法を表す概略図、図４は、実施例１の燃料電池システムにおける燃料電池モジュールを表す概略構成図である。
【００３９】
実施例１の燃料電池モジュール１０１は、図４に示すように、ケーシング２０１と、略円筒状に形成された複数のセルチューブ２０２と、セルチューブ２０２の両端を支持する上下の管板（第１仕切り部材）２０３ａ，２０３ｂと、これら上下の管板２０３ａ，２０３ｂの間に配置された上下の断熱体２０４ａ，２０４ｂとから概略構成されている。
【００４０】
上下の断熱体２０４ａ，２０４ｂに挟まれた空間には、発電室２０５が形成されている。ケーシング２０１と上管板２０３ａとの間には、燃料供給室２０６が形成されている。ケーシング２０１と下管板２０３ｂとの間には、燃料排出室２０７が形成されている。下管板２０３ｂと下断熱体２０４ｂとの間には、空気供給室２０８が形成されている。上管板２０３ａと上断熱体２０４ａとの間には、空気排出室２０９が形成されている。
【００４１】
上管板２０３ａは、ケーシング２０１の長手方向（図４の上下方向）の一方（上側）に配置された板状の部材であり、下管板２０３ｂは、ケーシング２０１の長手方向の他方（下側）に配置された板状の部材である。セルチューブ２０２は、多孔質セラミックスから形成された略円筒状の管であり、長手方向（図５の上下方向）における中央部に発電を行なう複数の燃料電池セル２１０が設けられている。セルチューブ２０２は、一方の開口端が燃料供給室２０６に開口し、他方の開口端が燃料排出室２０７に開口するように、上下の管板２０３ａ，２０３ｂに支持されている。また、セルチューブ２０２は、燃料電池セル（発電素子）２１０が発電室２０５内にのみ位置するように配置されている。
【００４２】
上断熱体２０４ａは、ケーシング２０１の長手方向の一方（上側）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材である。下断熱材２０４ｂは、ケーシング２０１の長手方向の他方（下側）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材である。各断熱体２０４ａ，２０４ｂには、セルチューブ２０２が挿通される孔２１１ａ，２１１ｂが形成され、孔２１１ａ，２１１ｂの直径はセルチューブ２０２の直径よりも大きく形成されている。
【００４３】
なお、孔２１１ａ，２１１ｂの内周面は、略円筒状に形成されていてもよいし、螺旋状または直線状の凹部（溝）または凸部（畝状突起）が形成されていてもよく、特に限定するものではない。このような構成にすることで、セルチューブ２０２と孔２１１ａ，２１１ｂとの間を通って発電室２０５に流入する空気に、下断熱体２０４ｂの熱が伝達されやすくなり、発電室２０５の温度を高温に保ちやすくすることができる。
【００４４】
ここで、上記構成からなる燃料電池モジュール１０１の動作の概要を、図４を用いて説明する。
【００４５】
燃料電池モジュール１０１の空気供給室２０８には空気が流入する。該空気は下断熱材２０４ｂの孔２１１ｂとセルチューブ２０２との隙間を通って、発電室２０５内に供給される。一方、燃料供給室２０６には燃料ガスが流入する。該燃料ガスはセルチューブ２０２の基体管の内部を通って発電室２０５内に供給される。空気と燃料ガスとは、燃料電池セル２１０において発電に利用される。その後空気は空気排出室２０９に流入し、燃料は燃料排出室２０８に流入し、それぞれ燃料電池モジュール１０１の外部に排出される。
【００４６】
この時、空気と燃料ガスとは、セルチューブ２０２の内面または外面を互いに逆向きに流れている。このことにより、発電に利用され高温となった燃料ガスおよび空気が、発電に利用される前の空気および燃料ガスとそれぞれ熱交換される。すなわち、セルチューブ２０２の軸方向両端部であって燃料電池セル２０２が形成されていない領域において、燃料と空気とが熱交換される。
【００４７】
上述したように燃料電池モジュール１０１では、反応に利用されて高温となった燃料ガスおよび空気が熱交換により冷却された後、燃料排出室２０８および空気排出室２０９に供給される。このことにより、金属部材を有する上管板２０３ａと下管板２０３ｂとが高温雰囲気に晒されることを抑制することができる。その結果、燃料電池モジュール１０１では、燃料電池セル２１０における運転温度を高温化、例えば８００℃から９５０℃にすることを可能にしている。
【００４８】
次に、上述した燃料電池システムの燃料電池モジュール１０１に使用されるセルチューブ（燃料電池）２０２について詳細に説明する。
【００４９】
実施例１のセルチューブ（燃料電池）２０２は、図１に示すように、筒形状をなす基体管１１の外面に外側に向けて、燃料極１２、固体電解質１３、空気極１４を積層して発電素子、つまり、燃料電池セル２１０が形成され、この燃料電池セル２１０が基体管１１の軸方向に複数配置され、複数の燃料電池セル２１０がインターコネクタ１５により直列に接続されて構成されている。そして、本実施例では、基体管１１の軸方向において隣り合う燃料極１２同士の電気抵抗値が１０００Ω以上に設定されている。具体的には、複数の燃料電池セル２１０の間に、電気とイオンを絶縁する絶縁膜（絶縁部）１６が設けられる。
【００５０】
ここで、燃料極１２同士の電気抵抗値とは、燃料極１２間の漏洩電流経路（固体電解質を介した漏洩電流経路）の電気抵抗値と定義される。
【００５１】
実施例１のセルチューブ２０２について具体的に説明する。基体管１１は、セラミックス製の円筒であり、内部改質能を有する鉄属金属（例えば、Ｎｉ）や鉄属金属酸化物（例えば、ＮｉＯ）、これらの合金や合金酸化物を含有するものであり、例えば、ＮｉとＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア−ＣａＯ安定化ＺｒＯ２）の混合物である。また、燃料通路が基体管１１の内周面によって形成されている。この場合、基体管１１は、この燃料通路を流れる燃料ガスを燃料極１２へ通過させる必要があることから、多孔質とする必要があり、混合物の粒子径を調整したり、ポアー材を混合させることが必要である。
【００５２】
燃料極１２は、例えば、ＮｉとＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア−Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２）の混合物であり、導電性を有し、かつ多孔質材である。燃料極１２の基体管１１とは反対側の面には固体電解質１３が積層され、基体管１１の軸方向において隣り合う他方の燃料極１２との間まで存在するように形成されている。この固体電解質１３は、例えば、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア−Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２）であり、燃料極ガスと空気極ガスの接触を避けるために非孔質とする。空気極１４は、例えば、ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料などの少なくとも一種の多孔質の導電性セラミックスから構成されている。
【００５３】
セルチューブ２０２を構成するために、基体管１１の軸方向にて隣り合う燃料電池セル２１０において、一方の燃料電池セル２１０の燃料極１２と、他方の燃料電池セル２１０の空気極１４とが、インターコネクタ１５により接続されている。また、燃料極１２はその一部が固体電解質で被覆され、また一部がインターコネクタ１５によりで被覆されている。このインターコネクタ１５は、例えば、ＳｒＴｉＯ３などのペロブスカイト型酸化物、ＬａＣｒＯ３系材料などからなり、ガスの漏出を防止するために非孔質とする。このように、インターコネクタは金属材料でないことから、高温下での酸化等による劣化を生じない。このことにより、燃料電池セル２１０における運転温度の高温化、例えば８００℃から９５０℃が可能である。
【００５４】
絶縁膜１６は、基体管１１の軸方向にて、複数の燃料電池セル２１０同士の間、具体的には、隣り合う燃料極１２の間で、且つ、基体管１１と固体電解質１３との間に設けられている。この場合、絶縁膜１６は、燃料極１２、固体電解質１３、空気極１４と、熱膨張係数（熱膨張率）がほぼ同じであることが望ましい。
【００５５】
また、本実施例のセルチューブ２０２は、基体管１１の外面に、絶縁膜１６、燃料極１２、固体電解質１３、インターコネクタ１５、空気極１４を積層して焼結することから、この焼結時における割れを注意する必要がある。そのため、絶縁膜１６は、基体管１１、燃料極１２、固体電解質１３、インターコネクタ１５、空気極１４と、熱膨張係数がほぼ同じになるように材料の配合が設定されている。
【００５６】
そして、絶縁膜１６は、隣接する燃料極１２の間における絶縁機能を有する必要があり、非通電時における燃料の消費、通電時における燃料使用量の増加により発電効率が低下しない抵抗値に設定されている。この場合、絶縁膜１６は、電子だけでなくイオンも通過しにくいように、電子導電性及びイオン導電性が低いものに設定されている。
【００５７】
図２のグラフに、一般的なセルチューブにおける素子部抵抗（燃料極間抵抗）に対する素子電圧及び漏洩電流を表している。この図２のグラフからわかるように、素子部抵抗（燃料極間抵抗）が低下すると、漏洩電流Ａが所定の素子部抵抗値から増加している。また、素子部抵抗（燃料極間抵抗）が低下すると、燃料電池セル２１０を５０素子設けたときの素子電圧Ｖ１も、燃料電池セル２１０を１００素子設けたときの素子電圧Ｖ２も、所定の素子部抵抗値から低下している。なお、この素子電圧Ｖとは、電流を流していないときの素子電圧であり、理論起電力は，９００℃，燃料極ドライ水素，空気極空気条件下においては１．２Ｖである。
【００５８】
即ち、燃料極１２同士の電気抵抗（絶縁抵抗）値が１０００Ωより小さくなると、漏洩電流Ａが増加し、素子電圧Ｖ１，Ｖ２は、素子部抵抗値がこの１０００Ωを基点として小さくなると低下している。このことから、燃料電池セル２１０同士の電気抵抗値を１０００Ω以上に設定することで、漏洩電流Ａの発生を抑制し、素子電圧Ｖの低下を防止することができることがわかる。
【００５９】
以下に、燃料極１２同士の電気抵抗値を１０００Ω以上に設定する方法について説明する。電気抵抗値Ｒは、下記数式により算出することができる。
Ｒ＝（１／σ）×（Ｌ／ＳＦ）
【００６０】
ここで、σは、基体管１１の軸方向において隣り合う燃料極１２間の導電率（Ｓ／ｃｍ）である。ＳＦは、基体管１１の軸方向において隣り合う燃料極１６同士の、基体管１１の軸方向における対向面積である。また、図１に示すように、Ｌは、基体管１１の軸方向において隣り合う燃料極１２の間隔の平均長さ（基体管１１の軸方向平均距離）であり、下記のように算出することができる。
Ｌ＝（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）／２
なお、Ｌｍａｘは、基体管１１の軸方向において隣り合う燃料極１２の間隔の最大長さ、Ｌｍｉｎは、基体管１１の軸方向において隣り合う燃料極１２の間隔の最小長さである。
【００６１】
従って、下記数式を満足する燃料極１２間の導電率σ、燃料極１２の間隔の平均長さＬ、隣り合う燃料極１６同士の、基体管１１の軸方向における対向面積ＳＦを設定すればよい。
Ｒ＝（Ｌ／σ・ＳＦ）≧１０００
一般的に、セルチューブ２０２の性能を維持するために、燃料極１２の間隔の平均長さＬを変更することは難しい。従って、燃料極１２間に導電率がゼロに近い絶縁膜１６を設け、当該燃料極１２同士の対向面積を減らすことにより、上述の式を満足する燃料極１２の間の電気抵抗値に設定する。
【００６２】
但し、可能な限り燃料極１２の間隔の平均長さＬを大きくしたり、燃料極１２の厚さを小さくしたりすることで、燃料電池セル２１０同士の電気抵抗値を１０００Ω以上に設定するようにしてもよい。
【００６３】
ここで、上述した実施例１のセルチューブ（燃料電池）２０２の製造方法について説明する。
【００６４】
実施例１のセルチューブ（燃料電池）２０２の製造方法は、図３に示すように、基体管１１を形成する工程と、基体管１１の外周面に基体管１１の軸方向に沿って複数の燃料極用材料膜２２を形成する工程と、燃料極用材料膜２２の上面に固体電解質用材料膜２３とインターコネクタ用材料膜２５とを順次積層する工程と、基体管１１の外周面に、基体管１１の軸方向に沿って複数の絶縁部用材料膜２６を形成する工程と、絶縁部用材料膜２６と前記燃料極用材料膜２２と前記固体電解質用材料膜２３と前記インターコネクタ用材料膜２５とを焼結し、絶縁膜１６と燃料極１２と固体電解質１３とインターコネクタ１５とを形成する工程とを有し、隣り合う燃料極１２同士の電気抵抗値が１０００Ω以上となるように設定している。
【００６５】
具体的に説明すると、円柱形状をなす心棒（図示略）に基体管１１を形成し、この基体管１１の表面に、まず、絶縁膜用材料膜２６を基体管１１の軸方向に所定間隔で形成する。次に、基体管１１及び絶縁膜用材料膜２６の表面に燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層する。この場合、絶縁膜用材料膜２６、燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５は、上述した粉末材料に有機系の溶剤を混合して均一に混合されたスラリを形成し、スクリーン印刷法により所定の位置に所定の材料を塗布する。
【００６６】
そして、基体管１１に絶縁膜用材料膜２６、燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層した状態で、焼結（例えば、１３５０℃にて、１時間保持）する。
上述過程にて焼成したセルチューブに空気極材料膜２４を積層し,焼結（例えば,１３００℃にて、１時間保持）する。
【００６７】
上述した実施例１のセルチューブ（燃料電池）２０２は、以下の動作によって電池反応をする。即ち、図１に示すように、電池反応の燃料となる燃料ガスは、基体管１１の内側を流れ、基体管１１の細孔を通過して燃料極１２に達する。この燃料ガスは、燃料極１２に含まれる活性金属により水蒸気改質される。水蒸気改質により生成された水素は、燃料極１２の細孔を通過して固体電解質１３まで到達する。一方、空気は、基体管１１（空気極１４）の外側を流れる。空気中の酸素は、空気極１４の細孔を通過する途中または固体電解質１３まで到達してイオン化する。イオン化した酸素は固体電解質１３を通過し、燃料極１２に到達する。固体電解質１３を通過した酸素イオンは燃料ガスと反応する。このような電池反応によって生じる電位差は、燃料極１２及び空気極１４から外部に取り出されて発電される。
【００６８】
この実施例１では、基体管１１の外面にて、燃料極１２間に絶縁膜１６が設けられていることから、発電時に、燃料極１２（燃料電池セル２１０）間を流れる漏洩電流の発生が抑制される。即ち、絶縁膜１６により燃料極１２間における電子及びイオンに移動が阻止されるため、素子電圧の低下が防止され、漏洩電流が減少する。その結果、漏洩電流による酸素透過量が減少し、酸素透過量による燃料消費を減少させることで、発電効率の低下が抑制される。
【００６９】
この場合、漏洩電流による酸素透過量が増加すると、酸素透過量による燃料消費が発生して燃料利用率が増加することで、隣接する燃料極１２における平均電圧（以下、素子間平均電圧）が低下し、発電効率が低下することから、素子間平均電圧を所定値よりも高く維持することが必要である。
【００７０】
このように実施例１の燃料電池（セルチューブ２０２）にあっては、筒形状をなす基体管１１の外面に、燃料極１２、固体電解質１３、空気極１４を積層して燃料電池セル（発電素子）２１０を形成し、この発電素子２１０を基体管１１の軸方向に所定間隔をあけて複数配置し、複数の燃料電池セル２１０をインターコネクタ１５により直列に接続して構成し、燃料極１２同士の間に１０００Ω以上の電気抵抗値を設定している。
【００７１】
従って、燃料極１２間に１０００Ω以上の電気抵抗値が設定されることで、この領域での漏洩電流の発生を極力抑制することができ、通電時や非通電時における素子電圧の低下を防止することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。
【００７２】
また、実施例１の燃料電池では、複数の燃料電池セル２１０の間に、電子とイオンの移動を阻止する絶縁膜１６が設けている。従って、燃料電池セル２１０間に絶縁膜１６を設けることで、漏洩電流の発生を抑制し、素子電圧の低下を防止することができ、絶縁膜１６を設けるという簡単な構成で、発電効率の向上を図ることができる。
【００７３】
また、実施例１の燃料電池では、絶縁膜１６を、複数の燃料極１２の間で、且つ、基体管１１と固体電解質１３との間に設けている。従って、燃料極１２間で基体管１１と固体電解質１３の間に絶縁膜１６を設けることで、漏洩電流の発生を抑制して素子電圧の低下を防止することができ、簡単な構成で発電効率の向上を図ることができる。この場合、絶縁膜１６が緻密に形成された燃料極１２と固体電解質１３とにより被覆されることで、絶縁膜１６と基体管１１とを介した燃料ガス又は空気極ガスのリークが抑制される。このことにより、絶縁膜１６を緻密に形成する必要はなく、焼結性を考慮する必要がなくなり、製造コストを低減することができる。
【００７４】
また、実施例１の燃料電池の製造方法にあっては、基体管１１を形成する工程と、基体管１１の外面に燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、空気極用材料膜２４、インターコネクタ用材料膜２５を順次積層して発電素子用材料膜を形成すると共に、発電素子用材料膜を基体管１１の軸方向に所定間隔をあけて形成する工程と、基体管１１の外面に発電素子用材料膜同士を絶縁する絶縁膜用材料膜２６を形成する工程と、燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、空気極用材料膜２４、インターコネクタ用材料膜２５、絶縁膜用材料膜２６を焼結し、基体管１１上に燃料極１２、固体電解質１３、空気極１４、インターコネクタ１５、絶縁膜１６を形成する工程を有し、隣り合う燃料極１２同士の電気抵抗値が１０００Ω以上となるように設定している。
【００７５】
この場合、基体管１１の外面に絶縁膜用材料膜２６を形成した後、燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５、空気極用材料膜２４を順次積層している。
【００７６】
従って、基体管１１に燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、空気極用材料膜２４、インターコネクタ用材料膜２５、絶縁膜用材料膜２６を積層して焼結することで、基体管１１上に燃料極１２、固体電解質１３、空気極１４、インターコネクタ１５、絶縁膜１６を形成することができ、製造工程の簡素化を可能とすることができ、また、絶縁膜１６を設けることで隣り合う燃料極１２同士の電気抵抗値を１０００Ω以上に設定することで、この領域での漏洩電流の発生を極力抑制することができ、通電時や非通電時における素子電圧の低下を防止することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。また、絶縁膜１６が燃料極１２や固体電解質１３により被覆されることで、絶縁膜１６を緻密に形成する必要はなく、焼結性を考慮する必要がなくなり、製造コストを低減することができる。
【実施例２】
【００７７】
図５は、本発明の実施例２に係る燃料電池及びその製造方法を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７８】
実施例２のセルチューブ（燃料電池）は、図５に示すように、基体管１１の外面に外側に向けて、燃料極１２、固体電解質１３、空気極１４を積層して燃料電池セル（発電素子）が形成され、この燃料電池セルが基体管１１の軸方向に複数配置され、インターコネクタ１５により直列に接続されて構成されている。そして、基体管１１の軸方向において隣り合う燃料極１２間の電気抵抗値が１０００Ω以上に設定されるように、燃料極１２間に絶縁膜１６が設けられている。
【００７９】
本実施例では、まず、基体管１１の表面に燃料極用材料膜２２を基体管１１の軸方向に所定間隔で形成する。次に、各燃料極用材料膜２２の間の基体管１１の表面に絶縁膜用材料膜２６を形成する。続いて、燃料極用材料膜２２及び絶縁膜用材料膜２６の表面に固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層する。そして、基体管１１に燃料極用材料膜２２、絶縁膜用材料膜２６、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層した状態で焼結（例えば、１３５０℃にて、１時間保持）する。上述過程にて焼成したセルチューブに空気極材料膜２４を積層し,焼結（例えば,１３００℃にて、１時間保持）して、空気極１４を形成する。
【００８０】
このように実施例２の燃料電池（セルチューブ）及びその製造方法にあっては、基体管１１に燃料極１２、絶縁膜１６、固体電解質１３、インターコネクタ１５、空気極１４を積層し、燃料極１２間に１０００Ω以上の電気抵抗値を設定するべく、複数の燃料極１２の間で、且つ、基体管１１と固体電解質１３との間に絶縁膜１６を設けている。
【００８１】
従って、燃料極１２間での漏洩電流の発生を極力抑制することができ、通電時や非通電時における素子電圧の低下を防止することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。また、絶縁膜１６が緻密に形成された固体電解質１３により被覆されることで、絶縁膜１６と基体管１１とを介した燃料ガス又は空気極ガスのリークが抑制される。このことにより、絶縁膜１６を緻密に形成する必要はなく、焼結性を考慮する必要がなくなり、製造コストを低減することができる。
【実施例３】
【００８２】
図６は、本発明の実施例３に係る燃料電池及びその製造方法を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８３】
実施例３のセルチューブ（燃料電池）は、図６に示すように、基体管１１の外面に外側に向けて、燃料極１２、固体電解質１３、空気極１４を積層して燃料電池セル（発電素子）が形成され、この燃料電池セルが基体管１１の軸方向に複数配置され、インターコネクタ１５により直列に接続されて構成されている。そして、隣り合う燃料極１２同士の電気抵抗値が１０００Ω以上に設定されるように、燃料極１２間に絶縁膜１６が設けられている。
【００８４】
本実施例では、まず、基体管１１の表面に燃料極用材料膜２２を基体管１１の軸方向に所定間隔で形成する。次に、燃料極用材料膜２２の表面に固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層する。続いて、各燃料極用材料膜２２の間で、且つ、固体電解質用材料膜２３とインターコネクタ用材料膜２５の間に絶縁膜用材料膜２６を積層する。そして、基体管１１に燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５、絶縁膜用材料膜２６を積層した状態で焼結（例えば、１３５０℃にて、１時間保持）する。上述過程にて焼成したセルチューブに空気極材料膜２４を積層し,焼結（例えば,１３００℃にて、１時間保持）して、空気極１４を形成する。
【００８５】
このように実施例３の燃料電池（セルチューブ）及びその製造方法にあっては、基体管１１に燃料極１２、固体電解質１３、インターコネクタ１５、絶縁膜１６、空気極１４を積層し、燃料極１２間に１０００Ω以上の電気抵抗値を設定するべく、複数の燃料極１２の間で、且つ、固体電解質１３とインターコネクタ１５との間に絶縁膜１６を設けている。
【００８６】
従って、燃料極１２間での漏洩電流の発生を極力抑制することができ、通電時や非通電時における素子電圧の低下を防止することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。また、燃料極１２間や固体電解質１３間に絶縁膜１６が介在することで、素子間の高い絶縁性を確保することができ、製造コストを低減することができる。
【実施例４】
【００８７】
図７は、本発明の実施例４に係る燃料電池及びその製造方法を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８８】
実施例４のセルチューブ（燃料電池）は、図７に示すように、基体管１１の外面に外側に向けて、燃料極１２、固体電解質１３、空気極１４を積層して燃料電池セル（発電素子）が形成され、この燃料電池セルが基体管１１の軸方向に複数配置され、インターコネクタ１５により直列に接続されて構成されている。そして、隣り合う燃料極１２同士の電気抵抗値が１０００Ω以上に設定されるように、燃料極１２間に絶縁膜１６が設けられている。
【００８９】
本実施例では、まず、基体管１１の表面に絶縁膜用材料膜２６を基体管１１の軸方向に所定間隔で形成する。この場合、絶縁膜用材料膜２６を燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５の積層厚さ程度まで形成する。次に、絶縁膜用材料膜２６の間の基体管１１の表面に燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層する。そして、基体管１１に絶縁膜用材料膜２６、燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層した状態で焼結（例えば、１３５０℃にて、１時間保持）する。上述過程にて焼成したセルチューブに空気極材料膜２４を積層し,焼結（例えば,１３００℃にて、１時間保持）して空気極１４を形成する。
【００９０】
このように実施例４の燃料電池（セルチューブ）及びその製造方法にあっては、基体管１１に絶縁膜１６、燃料極１２、固体電解質１３、インターコネクタ１５、空気極１４を積層し、燃料極１２間に１０００Ω以上の電気抵抗値を設定するべく、複数の燃料極１２の間で、且つ、固体電解質１３とインターコネクタ１５との間に絶縁膜１６を設けている。
【００９１】
従って、燃料極１２間での漏洩電流の発生を極力抑制することができ、通電時や非通電時における素子電圧の低下を防止することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。また、燃料極１２間や固体電解質１３間に絶縁膜１６が介在することで、素子間の高い絶縁性を確保することができ、製造コストを低減することができる。
【実施例５】
【００９２】
図８は、本発明の実施例５に係る燃料電池及びその製造方法を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９３】
実施例５のセルチューブ（燃料電池）は、図８に示すように、基体管１１の外面に外側に向けて、燃料極１２、固体電解質１３、空気極１４を積層して燃料電池セル（発電素子）が形成され、この燃料電池セルが基体管１１の軸方向に複数配置され、インターコネクタ１５により直列に接続されて構成されている。そして、燃料電池セル間の電気抵抗値が１０００Ω以上に設定されるように、燃料極１２間に絶縁膜１６が設けられると共に、この絶縁膜１６の表面に反応防止膜（反応防止部）１７が設けられている。
【００９４】
本実施例では、まず、基体管１１の表面に絶縁膜用材料膜２６を基体管１１の軸方向に所定間隔で形成する。次に、絶縁膜用材料膜２６の表面に反応防止膜用材料膜２７を積層する。続いて、燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層する。そして、基体管１１に絶縁膜用材料膜２６、反応防止膜用材料膜２７、燃料極用材料膜２２、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層した状態で焼結（例えば、１３５０℃にて、１時間保持）する。上述過程にて焼成したセルチューブに空気極材料膜２４を積層し,焼結（例えば,１３００℃にて、１時間保持）して空気極１４を形成する。
【００９５】
この場合、反応防止膜１７は、材料として、例えば、Ａｌ２(ＯＨ)３（アルミナ）などが用いられる。
【００９６】
このように実施例５の燃料電池（セルチューブ）及びその製造方法にあっては、基体管１１に絶縁膜１６、反応防止膜１７、燃料極１２、固体電解質１３、インターコネクタ１５、空気極１４を積層し、燃料極１２間に１０００Ω以上の電気抵抗値を設定するべく、複数の燃料極１２の間で、且つ、基体管１１と固体電解質１３との間に絶縁膜１６を設けると共に、絶縁膜１６と燃料極１２及び固体電解質１３との間に反応防止膜１７を設けている。
【００９７】
従って、燃料極１２間での漏洩電流の発生を極力抑制することができ、通電時や非通電時における素子電圧の低下を防止することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。また、反応防止膜１７により、絶縁膜１６と燃料極１２、絶縁膜１６と固体電解質１３との間での反応が防止され、絶縁性を有しない層の生成を防止することができると共に、元素の拡散を防止して発電効率の低下を防止することができる。なお、反応防止膜１７を設けることにより、絶縁膜１６が燃料極１２又は固体電解質１３と隣接する構造のセルチューブに対しては上述と同様の効果を得ることができる。すなわち、実施例２から実施例４にかかるセルチューブにおいて、絶縁膜１６と燃料極１２及び固体電解質１３との間に反応防止層１７を設けることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【実施例６】
【００９８】
図９は、本発明の実施例６に係る燃料電池及びその製造方法を表す概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９９】
実施例６のセルチューブ（燃料電池）は、図９に示すように、基体管１１の外面に外側に向けて、燃料極１２、固体電解質１３、空気極１４を積層して燃料電池セル（発電素子）が形成され、この燃料電池セルが基体管１１の軸方向に複数配置され、インターコネクタ１５により直列に接続されて構成されている。そして、燃料電池セル間の電気抵抗値が１０００Ω以上に設定されるように、燃料極１２間に絶縁膜１６が設けられている。この場合、絶縁膜１６は、固体電解質１３と化学反応して形成される電解質反応膜２８として設けられる。
【０１００】
本実施例では、まず、基体管１１の表面に燃料極用材料膜２２を基体管１１の軸方向に所定間隔で形成する。次に、対向する燃料極用材料膜２２の表面及び基体管１１の表面に電解質反応膜２８を塗布する。続いて、燃料極用材料膜２２及び電解質反応膜２８の表面に固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層する。そして、基体管１１に燃料極用材料膜２２、電解質反応膜２８、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５を積層した状態で焼結（例えば、１３５０℃にて、１時間保持）する。この焼結により、電解質反応膜２８が固体電解質用材料膜２３と反応して絶縁膜１６となる。上述過程にて焼成したセルチューブに空気極材料膜２４を積層し,焼結（例えば,１３００℃にて、１時間保持）して空気極１４が形成される。
【０１０１】
この場合、電解質反応膜２８は、材料として、例えば、Ｌａ(ＯＨ)３が用いられる。そして、焼結後、電解質反応膜２８が固体電解質用材料膜２３と反応して絶縁膜１６となるが、固体電解質用材料膜２３がＹＳＺとするとき、絶縁膜１６は、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ３となる。
【０１０２】
このように実施例６の燃料電池（セルチューブ）及びその製造方法にあっては、基体管１１に燃料極１２、固体電解質１３、インターコネクタ１５、空気極１４を積層し、燃料極１２間に１０００Ω以上の電気抵抗値を設定するべく、複数の燃料極１２の間に絶縁膜１６を設けている。従って、燃料極１２間での漏洩電流の発生を極力抑制することができ、通電時や非通電時における素子電圧の低下を防止することができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。
【０１０３】
また、基体管１１の表面に燃料極用材料膜２２を形成し、対向する燃料極用材料膜２２の表面及び基体管１１の表面に電解質反応膜２８を塗布し、固体電解質用材料膜２３、インターコネクタ用材料膜２５、空気極用材料膜２４を積層して焼結することで、電解質反応膜２８が固体電解質用材料膜２３と反応して絶縁膜１６を形成している。従って、絶縁膜１６の薄膜化が可能となり、装置の小型を可能とすることができると共に、製造コストを低減することができる。
【０１０４】
以下、上述した実施例１〜６で適用される絶縁膜１６または電解質反応膜２８の具体的な材料について説明する。図１０は、実施例１〜６の燃料電池における絶縁部の適正材料を表す表である。
【０１０５】
実施例１〜６では、例えば、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｙ３Ｚｒ５Ｏ１２、ＳｒＴｉ１＋ＸＯ３（＋Ａｌ２Ｏ３）、ＭｇＯ＋ＭｇＡｌ２Ｏ４を提示することができる。但し、燃料電池（セルチューブ）に絶縁膜１６を形成するにあたり、線膨張係数α、焼結性、絶縁性、反応性の有無が重要となる。ここで、線膨張係数αは、９．５〜１１×１０−６／℃が適正範囲である。焼結性は、ガス透過性を考慮して、気孔率が１０％以下、望ましくは、３〜５％が適正範囲である。絶縁性は、上述したように、燃料極１２間の電気抵抗値が１０００Ω以上のものが適正範囲である。反応性は、接触する部材と反応して、絶縁性を有しない第２層を生成しないこと、また、高温発電下での元素拡散などにより、発電性能に悪影響を与えないことが適正要件である。
【０１０６】
上記内容を総合すると、図１０に表すグラフにまとめることができる。実施例１、２の燃料電池に適用される絶縁膜１６は、構造上で焼結性を考慮する必要がないことから、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７が最適である。また、実施例３、４の燃料電池に適用される絶縁膜１６は、全ての項目を考慮する必要があることから、ＳｒＴｉ１−ＸＯ３（＋Ａｌ２Ｏ３）が最適である。また、実施例５の燃料電池に適用される絶縁膜１６は、構造上で反応性を考慮する必要がないことから、ＭｇＯ＋ＭｇＡｌ２Ｏ４が最適である。また、実施例６の燃料電池に適用される電解質反応膜２８は、Ｌａ(ＯＨ)３が最適である。
【０１０７】
但し、図１０に表すグラフ中で、「○」の表記は最適であるが、「△」の表記であっても線膨張係数α、焼結性、絶縁性、反応性の基準は満たしている。そして、本発明の燃料電池で適用される絶縁膜１６または電解質反応膜２８は、上記した材料に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明に係る燃料電池及びその製造方法は、隣り合う燃料極１２同士の間に１０００Ω以上の電気抵抗値を設定することで、漏洩電流の発生を抑制して発電効率の向上を図るものであり、いずれの燃料電池にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１１  基体管
１２  燃料極
１３  固体電解質
１４  空気極
１５  インターコネクタ
１６  絶縁膜（絶縁部）
１７  反応防止膜（反応防止部）
２８  電解質反応膜
１０１  燃料電池モジュール
２０２  セルチューブ（燃料電池）
２１０  燃料電池セル（発電素子）
【図１】
0005501882.tif 000002
【図２】
0005501882.tif 000003
【図３】
0005501882.tif 000004
【図４】
0005501882.tif 000005
【図５】
0005501882.tif 000006
【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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