(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質型燃料電池の燃料極または空気極の電極の内部と固体電解質に接しない表面に、該電極の面に平行に該電極よりも低抵抗の電子伝導性の配線が形成され、かつ、前記電極の内部と表面の配線が互いに電気的に接続されていることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項２】
前記配線は、ジグザグ状に形成されていることを特徴とする、請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項３】
前記配線は、金属または金属酸化物の焼結体からなることを特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項４】
前記電極は燃料極であって、該燃料極内の配線はＮｉ金属からなることを特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
【請求項５】
前記電極は空気極であって、該空気極内の配線は、（Ｌａ１−ｘＳｒｘ）ＣｏＯ３（０．１≦ｘ≦０．４）からなることを特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は平板型の固体電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体電解質型燃料電池のセルの一般的な構造は、図３に示すように燃料極１、固体電解質２および空気極３の３層で構成され、燃料極１にＨ２  、空気極３にＯ２  を供給して、化学反応により熱エネルギーを経ることなく直接電気エネルギーを得るものである。そして、それぞれの材料として、燃料極１にはＮｉ−イットリア安定化ジルコニア（以下、Ｎｉ−ＹＳＺと称す）のサーメットなど、固体電解質２にはイットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺと称す）など、空気極３にはＬａＭｎＯ３  のＡサイトにＳｒやＣａをドープしたものなどが用いられている。
【０００３】
また、これら燃料極や空気極の電極および固体電解質は、ドクターブレード法（テープキャスティング法）やスラリーコーティング法などの湿式法、あるいはプラズマスプレー法（溶射法）、スパッタリング法、ＣＶＤ法（化学気相蒸着法）などの乾式法で製造されている。このうち、湿式法は製造コストが安価で、大量生産に適しているという特徴を有し、また、乾式法は固体電解質の厚みを薄くすることができることのほかに、電極の焼き付け工程が要らないという特徴を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、固体電解質型燃料電池のセル内を流れる電流は、電極内においては電極の厚み方向とともに電極の面方向にも流れる傾向がある。このため、電解質より導電率の高い電極において電圧降下が起こり、これがセルの電圧低下の原因、即ち固体電解質型燃料電池の過電圧の原因の１つとなっていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、電極内での特に面方向の導電率を向上させて、電極に発生する過電圧を低下させた固体電解質型燃料電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の固体電解質型燃料電池は、固体電解質型燃料電池の燃料極または空気極の電極の内部と固体電解質に接しない表面に、該電極の面に平行に該電極よりも低抵抗の電子伝導性の配線が形成され、かつ、前記電極の内部と表面の配線が互いに電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００７】
また、配線は、ジグザグ状に形成されていることが好ましい。
【０００８】
そして、配線は金属または金属酸化物の焼結体からなるものが好ましい。
【０００９】
また、燃料極内の配線はＮｉ金属からなり、空気極内の配線は（Ｌａ１−ｘ  Ｓｒｘ  ）ＣｏＯ３  （０．１≦ｘ≦０．４）からなるものが好ましい。
【００１０】
【作用】
本発明の固体電解質型燃料電池は、電極内にこの電極よりも低抵抗の配線を形成したものである。したがって、電極内、特に面方向の導電率がよくなる。
また、電極の表面にも、この電極よりも低抵抗の配線を形成しているため、電極の集電能力が向上する。
【００１１】
【実施例】
本発明の固体電解質型燃料電池の実施例を図面に基づいて説明する。
（実施例１）図１は本発明の固体電解質型燃料電池の一例であって、燃料極内に電子伝導性の配線を有する場合の製造方法を示す分解斜視図であり、図２は図１の積層体を焼成して得た固体電解質型燃料電池の図１におけるＸ−Ｘ面の断面図である。
【００１２】
図１において、１１ａ、１１ｂは燃料極用グリーンシート、１２は固体電解質用グリーンシート、１３は空気極用グリーンシート、１４ａ、１４ｂは電子伝導性の配線膜、５は燃料極用グリーンシート１１ｂに形成したスルーホールである。また、図２において、１は燃料極、２は固体電解質、３は空気極、４ａは燃料極１の内部に形成した電子伝導性の配線、４ｂは燃料極１の表面に形成した電子伝導性の配線であり、配線４ａ、４ｂはスルーホール５の部分で互いに電気的に接続されている。
【００１３】
次に、本発明の固体電解質型燃料電池の製造方法を説明する。
まず、Ｎｉ粉末と，エチルセルロース樹脂をテレピネオールに溶解した有機ビヒクルとを混合し、三本ロールで混練してＮｉペーストを準備した。
【００１４】
次に、燃料極、空気極および固体電解質用のグリーンシートを作製した。即ち、燃料極用のグリーンシートは、ＮｉＯ粉末７０ｗｔ％とＹＳＺ粉末３０ｗｔ％の混合物にポリビニルブチラールの有機バインダおよびトルエンの有機溶剤を加えて混練してスラリー状とした後、ドクターブレード法で厚さ３０μｍのグリーンシートとして得た。また、空気極用のグリーンシートは、（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３  粉末にポリビニルブチラールの有機バインダおよびトルエンの有機溶剤を加えて混練してスラリー状とした後、ドクターブレード法で厚さ６０μｍのグリーンシートとして得た。さらに、固体電解質用のグリーンシートは、ＹＳＺ粉末にポリビニルブチラールの有機バインダおよびトルエンの有機溶剤を加えて混練してスラリー状とした後、ドクターブレード法で厚さ３００μｍのグリーンシートとして得た。
【００１５】
次に、焼成により電子伝導性となる配線を有する燃料極用の積層グリーンシートを作製した。即ち、燃料極用グリーンシート１１ａの上に、先に準備したＮｉペーストをスクリーン印刷法にて印刷し、乾燥させてジグザグ状のＮｉペーストからなる配線膜１４ａを形成した。次に、別の燃料極用グリーンシート１１ｂにパンチングで複数個のスルーホール５を形成した。その後、先にＮｉペーストからなる配線膜１４ａを形成したグリーンシート１１ａの上に、このスルーホール５を形成したグリーンシート１１ｂをスルーホール５の部分より配線膜１４ａが露出するように積み重ねた。そして、その上から同様にＮｉペーストをスクリーン印刷法にて再度印刷し乾燥させて、スルーホール５の部分で配線膜１４ａと連結したジグザグ状の配線膜１４ｂを形成し、燃料極用の積層グリーンシートを作製した。
【００１６】
その後、空気極用のグリーンシート１３と、固体電解質用のグリーンシート１２と、上記方法により得た燃料極用の積層グリーンシートとを順次積み重ね熱圧着した後、焼成して固体電解質型燃料電池のセルを完成させた。
【００１７】
なお、比較のため従来例として、上記実施例で用いたのと同一組成・厚みの、空気極用グリーンシートと、固体電解質用グリーンシートと、燃料極用グリーンシート２枚とを順次積み重ね熱圧着した後、実施例と同一条件で焼成して固体電解質型燃料電池のセルを得た。
【００１８】
次に、得られたセルについて、燃料極側をＮｉメッシュで、空気極側をＮｉ−Ｃｒ合金メッシュで挟み、電流遮断法で３００ｍＡ／ｃｍ２  の電流を通電したときに燃料極で発生する過電圧を測定した。表１に本実施例品と従来品の燃料極での過電圧を示す。表１に示す通り、本実施例品の過電圧は６８ｍＶと、従来品の１０５ｍＶと比較して大幅に低下し、固体電解質型燃料電池の特性が向上している。
【００１９】
【表１】
0003554769.tif 000002
【００２０】
（実施例２）空気極に電子伝導性の配線を有する場合の実施例を説明する。
まず、（Ｌａ０．８  Ｓｒ０．２  ）ＣｏＯ３  粉末と、エチルセルロース樹脂をテレピネオールに溶解した有機ビヒクルとを混合し、三本ロールで混練して（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２  ）ＣｏＯ３  ペーストを準備した。
【００２１】
次に、実施例１と同様に、燃料極、空気極および固体電解質用のグリーンシートを作製した。即ち、燃料極用のグリーンシートは、ＮｉＯ粉末７０ｗｔ％とＹＳＺ粉末３０ｗｔ％の混合物にポリビニルブチラールの有機バインダおよびトルエンの有機溶剤を加えて混練してスラリー状とした後、ドクターブレード法で厚さ６０μｍのグリーンシートとして得た。また、空気極用のグリーンシートは、（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３  粉末にポリビニルブチラールの有機バインダおよびトルエンの有機溶剤を加えて混練してスラリー状とした後、ドクターブレード法で厚さ３０μｍのグリーンシートとして得た。さらに、固体電解質用のグリーンシートは、ＹＳＺ粉末にポリビニルブチラールの有機バインダおよびトルエンの有機溶剤を加えて混練しスラリー状とした後、ドクターブレード法で厚さ３００μｍのグリーンシートとして得た。
【００２２】
次に、焼成により電子伝導性となる配線を有する空気極用の積層グリーンシートを作製した。即ち、空気極用グリーンシートの上に、先に準備した（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２  ）ＣｏＯ３  ペーストをスクリーン印刷法にて印刷し、乾燥させてジグザグ状の（Ｌａ０．８  Ｓｒ０．２  ）ＣｏＯ３  ペーストからなる配線膜を形成した。次に、別の燃料極用グリーンシートにパンチングで複数個のスルーホールを形成した。その後、先に（Ｌａ０．８  Ｓｒ０．２  ）ＣｏＯ３  ペーストからなる配線膜を形成したグリーンシートの上に、このスルーホールを形成したグリーンシートをスルーホールの部分より配線膜が露出するように積み重ねた。そして、その上から同様に（Ｌａ０．８  Ｓｒ０．２  ）ＣｏＯ３  ペーストをスクリーン印刷法にて再度印刷し乾燥させて、スルーホールの部分で下地の配線膜と連結したジグザグ状の配線膜を形成し、燃料極用の積層グリーンシートを作製した。
【００２３】
その後、上記方法により得られた空気極用のグリーンシートと、固体電解質用のグリーンシートと、燃料極用の積層グリーンシートとを順次積み重ね熱圧着した後、焼成して固体電解質型燃料電池のセルを完成させた。
【００２４】
なお、比較のため従来例として、上記実施例で用いたのと同一組成・厚みの、空気極用グリーンシート２枚と、固体電解質用グリーンシートと、燃料極用グリーンシートとを順次積み重ね熱圧着した後、実施例と同一条件で焼成して固体電解質型燃料電池のセルを得た。
【００２５】
次に、得られたセルについて、燃料極側はＮｉメッシュで、空気極側はＮｉ−Ｃｒ合金メッシュで挟み、電流遮断法で３００ｍＡ／ｃｍ２  の電流を通電したときに燃料極で発生する過電圧を測定した。表２に本実施例品と従来品の空気極での過電圧を示す。表２に示す通り、本実施例品の過電圧は１１２ｍＶと、従来品の１５３ｍＶと比較して大幅に低下し、固体電解質型燃料電池の特性が向上している。
【００２６】
【表２】
0003554769.tif 000003
【００２７】
なお、上記実施例２において、空気極に形成する電子伝導性の配線の材料として、（Ｌａ０．８  Ｓｒ０．２  ）ＣｏＯ３  を使用しているが、これのみに限定されるものではない。即ち、一般式（Ｌａ１−ｘ  Ｓｒｘ  ）ＣｏＯ３  （０．１≦ｘ≦０．４）で表される組成範囲の導電率の高いランタン・ストロンチウム・コバルタイトについて、同様に空気極の過電圧を低下させる効果が得られた。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の固体電解質型燃料電池は、電極内に形成した低抵抗の配線により、電極内での特に面方向の導電率が向上する。したがって、電極に発生する過電圧が低下し、固体電解質型燃料電池の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体電解質型燃料電池の製造方法を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の固体電解質型燃料電池の一実施例を示す断面図である。
【図３】固体電解質型燃料電池の一般的構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１      燃料極
２      固体電解質
３      空気極
４ａ，４ｂ      配線
５      スルーホール
【図１】
0003554769.tif 000004
【図２】
0003554769.tif 000005
【図３】
0003554769.tif 000006