(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード（１）と、固体電解質層（２）と、カソード（３）とを有しており、上記アノード（１）の面方向に沿って燃料ガス（Ｆ）が供給される燃料電池単セル（５）に用いられる燃料電池用アノード（１０）であって、
上記固体電解質層（２）から最も離れて配置される最外層（１１）と、該最外層（１１）における上記固体電解質層（２）側の面に接する内層（１２）とを少なくとも有する気孔（１０１）を含む複数の層より構成されており、
上記最外層（１１）の平均気孔径または気孔率は、上記内層（１２）の平均気孔径または気孔率よりも小さいことを特徴とする燃料電池用アノード（１０）。
【請求項２】
上記燃料ガス（Ｆ）の供給流路側に配置される上記最外層（１１）と、上記固体電解質層（２）側に配置される活性層（１３）と、上記最外層（１１）と上記活性層（１３）との間に配置され、上記最外層（１１）における上記固体電解質層（２）側の面および上記活性層（１３）における上記固体電解質層（２）側と反対側の面に接する上記内層（１２）としての拡散層（１２１）とを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用アノード（１０）。
【請求項３】
上記拡散層（１２１）の平均気孔径は、０．３〜５μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用アノード（１０）。
【請求項４】
上記活性層（１３）の平均気孔径は、０．１〜５μｍにあることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池用アノード（１０）。
【請求項５】
上記拡散層（１２１）の気孔率は、３０〜６０％の範囲内にあることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池用アノード（１０）。
【請求項６】
上記活性層（１３）の気孔率は、３０〜５０％の範囲内にあることを特徴とする請求項２または５に記載の燃料電池用アノード（１０）。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池用アノード（１０）と、固体電解質層（２）と、カソード（３）とを有しており、上記燃料電池用アノード（１０）の面方向に沿って燃料ガス（Ｆ）が供給されることを特徴とする燃料電池単セル（５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用アノードおよび燃料電池単セルに関し、さらに詳しくは、電解質として固体電解質を利用する燃料電池単セルに用いられる燃料電池用アノード、これを用いた燃料電池単セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アノードと、固体電解質層と、カソードとを有する固体電解質型の燃料電池単セルが知られている。一般に、上記燃料電池単セルにおいて、燃料ガスの入口から供給された燃料ガスは、アノードの面方向に沿って流れ、燃料ガスの出口より排出されることが多い。
【０００３】
なお、先行する特許文献１には、内部に燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路を有する支持体、アノード層、固体電解質層、カソード層がこの順で積層された燃料電池単セルが開示されている。同文献には、燃料ガスの流れ方向の下流側に位置するアノード層の部分における気孔率が、燃料ガスの流れ方向の上流側に位置するアノード層の部分における気孔率よりも大きい点が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９４４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術は、以下の点で問題がある。すなわち、アノードの面方向に沿って燃料ガスが供給される燃料電池単セルは、燃料ガス入口側で燃料ガスが多く消費され、燃料ガス出口側に達する燃料ガス量が減少しやすい。場合によっては、燃料ガス出口側にて燃料ガスが枯渇することもある。そのため、セル面内の発電分布が大きくなり、その結果、セル面内の温度分布が大きくなるという問題がある。セル面内の温度分布が大きくなると、セルに局所的な応力が発生し、発電時のセル割れに繋がるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、燃料電池単セルに用いた場合に、燃料ガスの流れに起因するセル面内の発電分布を均一化することが可能な燃料電池用アノード、これを用いた燃料電池単セルを提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、アノードと、固体電解質層と、カソードとを有しており、上記アノードの面方向に沿って燃料ガスが供給される燃料電池単セルに用いられる燃料電池用アノードであって、
上記固体電解質層から最も離れて配置される最外層と、該最外層における上記固体電解質層側の面に接する内層とを少なくとも有する気孔を含む複数の層より構成されており、
上記最外層の平均気孔径または気孔率は、上記内層の平均気孔径または気孔率よりも小さいことを特徴とする燃料電池用アノードにある。
【０００８】
本発明の他の態様は、上記燃料電池用アノードと、固体電解質層と、カソードとを有しており、上記燃料電池用アノードの面方向に沿って燃料ガスが供給されることを特徴とする燃料電池単セルにある。
【発明の効果】
【０００９】
上記燃料電池用アノードは、上記構成を有している。特に、最外層の平均気孔径または気孔率は、内層の平均気孔径または気孔率よりも小さい構成とされている。そのため、上記燃料電池用アノードは、燃料電池単セルに用いた場合に、供給される燃料ガスのガス流れ上流側におけるアノード内への燃料ガスの過剰な流入を抑制することができ、ガス流れ下流側に燃料ガスを十分に送ることが可能となる。そのため、上記燃料電池アノードは、燃料ガスの流れに起因するセル面内の発電分布の均一化を図ることができる。その結果、上記燃料電池用アノードは、燃料電池単セルに用いた場合に、セル面内の温度分布が小さくなり、セルに局所的な応力が生じ難くなって発電時のセル割れが生じ難くなる。そのため、上記燃料電池用アノードは、燃料電池単セルの信頼性向上に有効である。
【００１０】
また、上記燃料電池用アノードは、内層よりも最外層の平均気孔径または気孔率を意図的に小さくすることにより、アノード内への燃料ガスの流入量を絞り、燃料ガスのガス流れ下流側まで燃料ガスを均等分配することができる。そのため、燃料ガスの流れ方向でアノードの気孔率を変えてガス拡散性を制御する燃料電池用アノードに比べ、製造性が良好であるなどの利点がある。
【００１１】
上記燃料電池単セルは、上記燃料電池用アノードと、固体電解質層と、カソードとを有している。そのため、上記燃料電池単セルは、セル面内の温度分布が小さくなり、セルに局所的な応力が生じ難くなって発電時のセル割れが生じ難くなる。そのため、上記燃料電池単セルは、高い信頼性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の燃料電池用アノード、燃料電池単セルの模式的な断面図である。
【図２】実施例１の燃料電池用アノードの構造を模式的に示す説明図である。
【図３】実施例２の燃料電池用アノードの構造を模式的に示す説明図である。
【図４】試料３の燃料電池用アノードの製造における、造孔剤を含有する最外層／拡散層形成用材料のシート成形について説明するための説明図である。
【図５】最外層／拡散層形成用材料のシート成形時におけるスラリー中での造孔剤の挙動を説明するための説明図である。
【図６】最外層／拡散層形成用材料を焼成した場合における、（ａ）自由表面とされていた面、（ｂ）基材と接していた面を模式的に示す説明図である。
【図７】シート状の最外層／拡散層形成用材料を複数枚積層して構成する場合について説明するための説明図である。
【図８】シート状の最外層／拡散層形成用材料を複数枚積層して構成する場合における、重ね合わせによる接触界面の状態を模式的に説明するための説明図である。（ａ）は積層前、（ｂ）は積層直後、（ｃ）は圧着（加熱＋圧縮）後の状態である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記燃料電池用アノードは、電解質として固体電解質を利用する固体電解質型の燃料電池単セルにおけるアノードに適用される。固体電解質層を構成する固体電解質には、酸素イオン導電性を示す固体酸化物セラミックス等を用いることができる。
【００１４】
なお、固体電解質として固体酸化物セラミックスを用いる燃料電池は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）と称される。上記燃料電池単セルの電池構造は、製造性に優れる、発電効率が高い等の観点から、層状のアノードを支持体とする平板形とすることができる。
【００１５】
上記燃料電池単セルは、具体的には、固体電解質層と、固体電解質層の一方面に積層されたアノードと、固体電解質層の他方面に中間層を介してまたは中間層を介さずに積層されたカソードとを有しており、アノードを支持体とする構成とすることができる。なお、中間層は、主に、カソードを構成する材料と固体電解質層を構成する材料との反応を防止するための層である。カソードおよび中間層は、１層または２層以上から構成することができる。また、燃料ガス、酸化剤ガスの供給方式は、アノードの面方向に沿ってアノードに供給される燃料ガスとカソードの面方向に沿ってカソードに供給される酸化剤ガスとが互いに直交するように燃料電池単セルに供給される、いわゆるクロスフロー方式などを採用することができる。
【００１６】
上記燃料電池用アノードにおいて、最外層は、固体電解質層から最も離れて配置される層である。この最外層表面より燃料ガスが流入する。最外層は、上記平均気孔径または気孔率の関係を満たすことにより、アノードへの燃料ガスの流入を調整する役割を有している。一方、内層は、最外層よりも固体電解質層側に配置されており、最外層における固体電解質層側の面に接する層である。この内層に、流入調整された燃料ガスが最外層より流入する。上記燃料電池用アノードは、上記作用効果が得られる限りにおいて、その他の層については特に制限はない。上記燃料電池用アノードは、例えば、２層、３層等の層構成とすることができる。最外層、内層等の複数の層が有する気孔の形態は、主に球状等とすることができるが、特に制限されない。また、上記気孔は、平均気孔径、気孔率の制御容易性等の観点から、造孔剤に由来する気孔を好適に含むことができる。もっとも、触媒粒子の還元に伴う体積減少等によって生じる造孔剤に由来しない気孔等も含むことが可能である。
【００１７】
上記燃料電池用アノードは、具体的には、燃料ガスの供給流路側に配置される最外層と、固体電解質層側に配置される活性層と、最外層と活性層との間に配置され、最外層における固体電解質層側の面および活性層における固体電解質層側と反対側の面に接する内層としての拡散層とを有する構成などとすることができる。活性層は、主に、アノード側における電気化学的反応の反応場となる層である。また、拡散層は、主に、供給される燃料ガスを拡散させることが可能な層である。なお、この場合は、最外層の平均気孔径または気孔率が、拡散層の平均気孔径または気孔率よりも小さいことになる。
【００１８】
この場合は、最外層によって、燃料ガス流入量をガス流れ方向で制御することができ、ガス流れ上流側からガス流れ下流側にかけて比較的均一に燃料ガスをアノード内へ流入させることができる。また、拡散層によって、流入した燃料ガスを適切に拡散させることができる。また、活性層によって、上記最外層がない場合に比べ、ガス流れ方向で均一に電気化学的反応を生じさせることができる。そのため、この場合は、機能分担された各層が各機能を十分に発揮することによって、燃料ガスの流れに起因するセル面内の発電分布の均一化を図りやすい利点がある。
【００１９】
なお、最外層、内層および活性層を含むその他の層の外形の大きさは、特に制限されない。最外層、内層、その他の層の外形の大きさは、いずれも同じ大きさとすることができる。また、他にも例えば、拡散層、活性層を有する場合に、活性層における固体電解質層と接する面を除いた残りの面を拡散層が覆うように構成することもできる。この場合は、活性層の側面からも燃料ガスを拡散させることができるので、ガス拡散性の向上に有利である。
【００２０】
上記燃料電池用アノードにおいて、最外層の平均気孔径は、具体的には、内層の平均気孔径に対して、好ましくは８０％〜９５％程度、より好ましくは８５％〜９０％程度とすることができる。この場合は、平均気孔径の調整によって燃料ガスの最外層への流入制限を確実なものとしやすくなり、上記作用効果を得やすくなる。なお、上記平均気孔径は、パームポロメータ等により測定した気孔径−発生頻度の分布から算出した気孔径の平均値のことである。但し、測定した気孔径−発生頻度の分布に複数の山が表れる場合は、発生頻度の最も大きい部分についての気孔径の平均値を用いる（以下同様である。）。
【００２１】
上記燃料電池用アノードにおいて、拡散層の平均気孔径は、具体的には、０．３〜５μｍの範囲内とすることができる。
【００２２】
拡散層の平均気孔径が０．３μｍ以上である場合は、拡散層によって燃料ガスを活性層に速やかに拡散させやすく、出力密度の低下抑制に有利である。拡散層の平均気孔径は、上記効果を確実なものとする観点から、好ましくは０．４μｍ以上、より好ましくは０．６μｍ以上、さらに好ましくは０．８μｍ以上とすることができる。一方、拡散層の平均気孔径が５μｍ以下である場合は、造孔剤によって気孔を形成する場合に、形成した気孔の連続性を確保しやすくなり、拡散層によって燃料ガスを速やかに拡散させやすく、出力密度の低下抑制に有利である。拡散層の平均気孔径は、上記効果を確実なものとする観点から、好ましくは４μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは１．５μｍ以下とすることができる。
【００２３】
上記燃料電池用アノードにおいて、活性層の平均気孔径は、具体的には、０．１〜５μｍの範囲内とすることができる。
【００２４】
活性層の平均気孔径が０．１μｍ以上である場合は、電極反応によって生じる水の排出が円滑に行われるので、排出されずに残る水によって発電出力が瞬間的に落ちてしまうのを抑制しやすくなる。活性層の平均気孔径は、上記効果を確実なものとする観点から、好ましくは０．２μｍ以上、より好ましくは０．３μｍ以上、さらに好ましくは０．４μｍ以上とすることができる。一方、活性層の平均気孔径が５μｍ以下である場合は、反応点数を確保しやすく、出力密度の低下を抑制しやすくなる。活性層の平均気孔径は、上記効果を確実なものとする観点から、好ましくは３μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下とすることができる。
【００２５】
上記燃料電池用アノードにおいて、最外層の気孔率は、具体的には、内層の気孔率に対して、好ましくは８０％〜９５％程度、より好ましくは８５％〜９０％程度とすることができる。この場合は、気孔率の調整によって燃料ガスの最外層への流入制限を確実なものとしやすくなり、上記作用効果を得やすくなる。なお、上記気孔率は、アルキメデス法にて見かけ密度と嵩密度とを算出し、｛１−（嵩密度／見かけ密度）｝×１００にて算出した数値のことである。
【００２６】
上記燃料電池用アノードにおいて、拡散層の気孔率は、具体的には、３０〜６０％の範囲内とすることができる。
【００２７】
拡散層の気孔率が３０％以上である場合は、拡散層によって燃料ガスを活性層に速やかに拡散させやすく、出力密度の低下抑制に有利である。拡散層の気孔率は、上記効果を確実なものとする観点から、好ましくは３６％以上、より好ましくは４２％以上、さらに好ましくは４５％以上とすることができる。一方、拡散層の気孔率が６０％以下である場合は、アノードを支持体とする場合に支持体としての強度を確保しやすく、燃料電池単セルをスタックする際に割れ難くなり有利である。拡散層の気孔率は、上記効果を確実なものとする観点から、好ましくは５７％以下、より好ましくは５４％以下、さらに好ましくは５１％以下とすることができる。
【００２８】
上記燃料電池用アノードにおいて、活性層の気孔率は、具体的には、３０〜５０％の範囲内とすることができる。
【００２９】
活性層の気孔率が３０％以上である場合は、電極反応によって生じる水の排出が円滑に行われるので、排出されずに残る水によって発電出力が瞬間的に落ちてしまうのを抑制しやすくなる。活性層の気孔率は、上記効果を確実なものとする観点から、好ましくは３３％以上、より好ましくは３６％以上、さらに好ましくは３９％以上とすることができる。一方、活性層の気孔率が５０％以下である場合は、反応点数を確保しやすく、出力密度の低下を抑制しやすくなる。活性層の気孔率は、上記効果を確実なものとする観点から、好ましくは４８％以下、より好ましくは４６％以下、さらに好ましくは４４％以下とすることができる。
【００３０】
上記燃料電池用アノードにおいて、各層は、いずれも例えば、触媒と固体電解質とを含む混合物より構成することができる。上記触媒の材質としては、具体的には、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ等）、コバルト（Ｃｏ）、貴金属（Ａｕ、Ａｇ、白金族元素のＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、好ましくはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ）などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。各層内の触媒は、粒子状とすることができ、いずれも同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。上記触媒の材質としては、ニッケルおよび／または酸化ニッケルを好適に用いることができる。ニッケル（酸化ニッケルは、アノードの還元性雰囲気中でニッケルとなる）は、燃料ガスに好適に用いられる水素との親和性が充分に大きく、他の金属に比べて安価であるので、アノード触媒として適当である。
【００３１】
また、上記固体電解質の材質としては、具体的には、例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、および、ＣａＯから選択される１種または２種以上の酸化物が固溶されたＺｒＯ２等の酸化ジルコニウム系酸化物；ランタンガレート系酸化物；ＣｅＯ２、ＣｅＯ２にＧｄ、Ｓｍ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｃａ、Ｄｒ、および、Ｈｏから選択される１種または２種以上の元素等がドープされたセリア系固溶体等の酸化セリウム系酸化物などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。各層内の固体電解質は、粒子状とすることができ、いずれも同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。上記固体電解質の材質としては、酸素イオン導電性、機械的強度などの観点から、好ましくは、ジルコニア系固体電解質を好適に用いることができる。
【００３２】
また、最外層を構成しうる上記混合物は、触媒と固体電解質とを、例えば、質量比で、３０／７０〜７０／３０、好ましくは４０／６０〜６０／４０の範囲内で含有することができる。また、拡散層を構成しうる上記混合物は、触媒と固体電解質とを、例えば、質量比で、３０／７０〜７０／３０、好ましくは４０／６０〜６０／４０の範囲内で含有することができる。また、活性層を構成しうる上記混合物は、触媒と固体電解質とを、例えば、質量比で、３０／７０〜７０／３０、好ましくは４０／６０〜６０／４０の範囲内で含有することができる。
【００３３】
上記燃料電池用アノードにおいて、最外層の厚みは、燃料ガスをガス流れ方向の下流側へ均等分配しやすくする観点から、好ましくは１．５μｍ以上、より好ましくは２．５μｍ以上とすることができる。最外層の厚みは、ガス流れ方向の上流側での圧力損失を極力低減しやすくする観点から、好ましくは１５μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下とすることができる。また、拡散層の厚みは、支持体とする場合は、スタック化の際に単セルにかかる機械的応力に耐えられるだけの強度、および、発電時にかかる熱的応力に耐えうるだけの強度を確保しやすくする観点から、好ましくは１００μｍ以上、より好ましくは２００μｍ以上とすることができる。拡散層の厚みは、燃料ガスの圧力損失を極力低減しやすくする観点から、好ましくは１０００μｍ以下、より好ましくは８００μｍ以下、さらに好ましくは５００μｍ以下とすることができる。また、活性層の厚みは、電気化学的な反応場を確保するために、固体電解質側からアノードへの酸素イオンの拡散距離を稼ぐ観点から、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上とすることができる。一方で、活性層は、通常、ガス拡散性よりも電気化学的な反応場の確保を優先させるために、拡散層よりも気孔率が意図的に低くされる。よって、電気化学的な反応場の確保に十分な厚みがあれば良く、必要以上の厚みは、反応場近傍へのガス拡散を速やかに行うという観点からは望ましくない。よって、活性層の厚みは、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下とすることができる。
【００３４】
上記燃料電池単セルにおいて、各層を構成する材料としては、以下のものを例示することができるが、特に限定されない。
【００３５】
固体電解質層を構成する固体電解質としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）等の酸化ジルコニウム系酸化物；ランタンガレート系酸化物；ＣｅＯ２、ＣｅＯ２にＧｄ、Ｓｍ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｃａ、Ｄｒ、および、Ｈｏから選択される１種または２種以上の元素等がドープされたセリア系固溶体等の酸化セリウム系酸化物などを例示することができる。固体電解質層は、その厚みを薄くすることによってオーミック抵抗が低減し、出力密度が向上するといった利点がある反面、過度に厚みが薄くなると固体電解質層を貫通する穴の発生確率が増えてしまい、燃料ガスもしくは酸化剤ガスが固体電解質層を介してクロスリークし、出力密度の低下が起こる場合がある。上記観点から、固体電解質層の厚みは、好ましくは１〜２０μｍ、より好ましくは３〜１０μｍとすることができる。
【００３６】
カソードの材質としては、例えば、ランタン−マンガン系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、ランタン−鉄系酸化物等の導電性を有するペロブスカイト型酸化物、上記ペロブスカイト型酸化物と上記固体電解質等との混合物などを例示することができる。カソードの厚みは、空気等の酸化剤ガス中に含まれる酸素がカソード材料表面で電子を受け取りイオン化する反応活性場の数を増やすなどの観点から、好ましくは１０〜１００μｍ、より好ましくは３０〜５０μｍとすることができる。
【００３７】
中間層の材質としては、上記酸化セリウム系酸化物などを例示することができる。中間層の厚みは、カソード構成元素の固体電解質への拡散を防止するなどの観点から、好ましくは１〜１０μｍ、より好ましくは３〜７μｍとすることができる。
【００３８】
上記燃料電池用アノード、上記燃料電池用アノードを有する燃料電池単セルは、以下の第１〜第３の工程を経ることによって好適に製造することができるが、特に制限されない。
【００３９】
第１の工程は、焼成により燃料電池用アノードとなる未焼成のアノード形成用材料と、焼成により固体電解質層になる未焼成の固体電解質層形成用材料と、必要に応じて、焼成により中間層になる未焼成の中間層形成用材料とをこの順に層状に積層し、圧着して積層体を得る工程である。上記積層体には、必要に応じて脱脂等を行うことができる。
【００４０】
上記アノード形成用材料は、具体的には、焼成により最外層となる未焼成の最外層形成用材料と、焼成により内層となる未焼成の内層形成用材料とを少なくとも含んで構成することができる。この場合、アノード形成用材料は、より具体的には、上記最外層形成用材料と、焼成により拡散層となる未焼成の拡散層形成用材料と、焼成により活性層となる未焼成の活性層形成用材料とから構成することができる。
【００４１】
上記各形成用材料は、より具体的には、触媒粒子と、固体電解質粒子と、球状等の樹脂粒子やアセチレンブラック等のカーボンなどより構成される造孔剤と、有機バインダーと、必要に応じて可塑剤等とを含むシート状に形成することができる。なお、上記各形成用材料は、最外層の平均気孔径または気孔率が、内層の平均気孔径または気孔率よりも小さくなるように、造孔剤の粒子径や添加割合、触媒粒子や固体電解質粒子の粒子径や含有量などを適宜調整することができる。
【００４２】
その他にも、アノード形成用材料は、具体的には、焼成により最外層および内層となる未焼成の最外層／内層形成用材料を少なくとも含んで構成することができる。つまり、この場合は、内層の形成と同時に内層における固体電解質層と反対側の表層部に最外層を生成させる。この場合、アノード形成用材料は、より具体的には、焼成により最外層および拡散層となる未焼成の最外層／拡散層形成用材料と、焼成により活性層となる未焼成の活性層形成用材料とから構成することができる。
【００４３】
上記最外層／内層形成用材料は、より具体的には、触媒粒子と、固体電解質粒子と、造孔剤と、有機バインダーと、必要に応じて可塑剤等とを含むシート状に形成されており、一方表面における造孔剤の露出面積が、他方表面における造孔剤の露出面積よりも小さい構成とすることができる。但し、最外層／内層形成用材料は、その他方表面側が、固体電解質層形成用材料側の面となるように積層される。これにより、後述の焼成によって造孔剤が焼失することで、内層の形成と同時に内層における固体電解質層と反対側の表層部に最外層が形成される。そして、上記造孔剤に由来する最外層の気孔（造孔剤に由来する内層の気孔よりも平均気孔径が小さい）を利用し、アノード内への燃料ガスの流入を制限することが可能となる。
【００４４】
なお、上記最外層／内層形成用材料は、触媒粒子と、固体電解質粒子と、球状等の形状の造孔剤と、有機バインダーとを少なくとも含むスラリーを、ドクターブレード法等を用いて、プラスチック等の基材上に層状に塗工し、乾燥させることによって準備することができる。この場合、基材上に塗工されたスラリーにおいて、スラリーの重量や溶媒の蒸発、乾燥に伴うスラリーの面高さの減少により、基材側と反対側であるスラリーの自由表面からはみ出す造孔剤が増加する。一方、スラリーの基材側の面では、造孔剤は、基材の表面に点接触に近い状態で接触して、基材の表面からの高さがほぼ自然に揃う。そのため、上記最外層／内層形成用材料は、上記基材側の面からはみ出す造孔剤の面積が、上記自由表面からはみ出す造孔剤の面積に比べると小さくなる。なお、スラリー内の多くの造孔剤は、スラリー中に浮かんでいる。そのため、上記方法によれば、一方表面における造孔剤の露出面積が、他方表面における造孔剤の露出面積よりも小さい構成とされている最外層／内層形成用材料を準備することができる。なお、造孔剤の粒子径が大きいほど、焼成後に形成される最外層の平均気孔径と内層の平均気孔径との比を大きくすることができる。
【００４５】
上記第１の工程において、上記積層体を得るに当たり、シート状の内層形成用材料（拡散層形成材料）、最外層／内層形成用材料（最外層／拡散層形成材料）は、支持体としての強度を確保する等のために、複数枚重ねることができる。なお、シート状の最外層／内層形成用材料を複数枚重ねる場合は、最外層／内層形成用材料の上記他方表面とこれに重ねるべき最外層／内層形成用材料の上記一方表面とを重ね合わせればよい。この際、上記重ね合わせによる接触界面では、重ね合わせ当初、上記自由表面からはみ出す造孔剤の周囲に隙間が生じる。しかしながら、その後の圧着時の加熱により、最外層／拡散層形成用材料を構成するバインダーが軟化変形し、上記隙間が埋められる。そのため、上記重ね合わせによる接触界面の微構造は、最外層／内層形成用材料における内部の平均的な微構造（造孔剤分布）とほとんど差がない程度まで均質化させることができる。それ故、上記積層によって、形成される内層内部の気孔分布に悪影響が及ぶことはない。
【００４６】
上記第１の工程では、上記最外層形成用材料、上記最外層／内層形成用材料（最外層／拡散層形成用材料）のいずれを用いてもよい。前者の場合は、最外層、内層（拡散層）を別々の材料によって準備するため、得られる燃料電池用アノードにおける最外層、内層の平均気孔径、気孔率を上述した関係に制御しやすい利点がある。一方、後者の場合は、最外層／内層形成用材料を準備すればよいので、製造コストの低減に寄与できる利点がある。
【００４７】
第２の工程は、上記積層体を、例えば、１３００〜１５００℃で同時焼成する工程である。これにより、燃料電池用アノード（上記の例では、最外層、拡散層、活性層）、固体電解質層、必要に応じて、中間層がこの順に積層された焼成体が得られる。
【００４８】
第３の工程は、上記焼成体における中間層の表面、あるいは、固体電解質層の表面に、焼成によりカソードになるカソード形成用材料を層状に積層し、例えば、９００〜１２００℃で焼成する工程である。
【００４９】
カソード形成用材料には、ペースト状材料を用いることができる。カソード形成用材料は、中間層の表面、あるいは、固体電解質層の表面に印刷法等によって層状に塗布することができる。
【００５０】
これにより、上記燃料電池用アノード、上記燃料電池用アノードを有する燃料電池単セルを得ることができる。
【００５１】
なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例の燃料電池用アノードおよび燃料電池単セルについて、図面を用いて説明する。なお、同一部材については同一の符号を用いて説明する。
【００５３】
（実施例１）
実施例１の燃料電池用アノードおよび燃料電池単セルについて、図１、図２を用いて説明する。図１、図２に示すように、本例の燃料電池用アノード１０は、アノード１と、固体電解質層２と、カソード３とを有しており、アノード１の面方向に沿って燃料ガスＦが供給される燃料電池単セル５に用いられるものである。
【００５４】
燃料電池用アノード１０は、固体電解質層２から最も離れて配置される最外層１１と、最外層１１における固体電解質層２側の面に接する内層１２とを少なくとも有する気孔１０１を含む複数の層より構成されている。そして、最外層１１の平均気孔径は、内層１２の平均気孔径よりも小さい。
【００５５】
また、本例の燃料電池単セル５は、図１に示すように、本例の燃料電池用アノード１０と、固体電解質層２と、カソード３とを有しており、燃料電池用アノード１０の面方向に沿って燃料ガスＦが供給される。具体的には、燃料電池単セル５は、固体電解質層２と、固体電解質層２の一方面に積層された燃料電池用アノード１０と、固体電解質層２の他方面に中間層４を介して積層されたカソード３とを有しており、燃料電池用アノード１０を支持体とする平板形の単セルである。また、燃料ガスＦ、酸化剤ガス（不図示）の供給方式は、具体的には、アノード１の面方向に沿ってアノード１に供給される燃料ガスＦとカソード３の面方向に沿ってカソード３に供給される酸化剤ガスとが互いに直交するように燃料電池単セル５に供給される、いわゆるクロスフロー方式とされている。以下、これらを詳説する。
【００５６】
本例の燃料電池用アノード１０は、具体的には、燃料ガスＦの供給流路側に配置される最外層１１と、固体電解質層２側に配置される活性層１３と、最外層１１と活性層１３との間に配置され、最外層１１における固体電解質層２側の面および活性層１３における固体電解質層２側と反対側の面に接する拡散層１２１とを有している。本例では、拡散層１２１が内層１２である。
【００５７】
本例の燃料電池用アノード１０において、最外層１１の平均気孔径は、具体的には、内層１２としての拡散層１２１の平均気孔径に対して、８０％〜９５％の範囲内にある。拡散層１２の平均気孔径は、より具体的には、０．３〜５μｍの範囲内にあり、活性層１３の平均気孔径は、０．１〜５μｍの範囲内にある。なお、最外層１１、内層１２としての拡散層１２１、活性層１３に含まれる気孔１０１は、いずれも主に造孔剤に由来するものである。
【００５８】
本例の燃料電池用アノード１０において、最外層１１、内層１２としての拡散層１２１、活性層１３は、いずれも触媒と固体電解質とを含む混合物より構成されている。触媒は、具体的にはいずれもＮｉＯであり、固体電解質は、具体的には、いずれもジルコニア系固体電解質としての８ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３を含むイットリア安定化ジルコニア（以下、８ＹＳＺ）である。なお、本例では、最外層１１、内層１２としての拡散層１２１、活性層１３に含まれる各固体電解質は、活性層１３に含まれる固体電解質粒子の粒子径＜最外層１１に含まれる固体電解質粒子の粒子径＜内層１２としての拡散層１２１に含まれる固体電解質粒子の粒子径の関係を満たしている。また、最外層１１の厚みは１０μｍであり、内層１２としての拡散層１２１の厚みは４００μｍであり、活性層１３の厚みは２０μｍである。
【００５９】
本例において、固体電解質層２は、具体的には、ジルコニア系固体電解質より形成されている。より具体的には、ジルコニア系固体電解質は、酸化ジルコニウム系酸化物である、８ＹＳＺであり、その厚みは１０μｍである。
【００６０】
本例において、中間層４は、具体的には、酸化セリウム系酸化物である、１０ｍｏｌ％のＧｄがドープされたセリア（以下、１０ＧＤＣ）より形成されており、その厚みは１０μｍである。
【００６１】
本例において、カソード３は、具体的には、ペロブスカイト型酸化物と固体電解質とを含む混合物より層状に形成されている。より具体的には、ペロブスカイト型酸化物は、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｙＯ３（ｘ＝０．４、ｙ＝０．８、以下、ＬＳＣＦ）であり、固体電解質は、酸化セリウム系酸化物である１０ＧＤＣである。カソード３の厚みは４０μｍである。
【００６２】
本例において、燃料電池用アノード１０、固体電解質層２、中間層４、および、カソード３は、いずれも、平面視で、矩形状の形状を呈している。また、燃料電池用アノード１０、固体電解質層２、および中間層４の外形は、同じ大きさに揃えられている。一方、カソード３の外形は、固体電解質層２の外形よりも小さく形成されている。つまり、本例では、燃料電池単セル５は、カソード３および固体電解質層２の外形の大きさが、カソード３の外形＜固体電解質層２の外形の関係を満たすように構成されている。
【００６３】
本例の燃料電池用アノードの作用効果について説明する。
【００６４】
燃料電池用アノード１０は、上記構成を有している。特に、最外層１１の平均気孔径は、内層１２の平均気孔径よりも小さい構成とされている。そのため、燃料電池用アノード１０は、燃料電池単セル５に用いた場合に、供給される燃料ガスＦのガス流れ上流側におけるアノード内への燃料ガスＦの過剰な流入を抑制することができ、ガス流れ下流側に燃料ガスＦを十分に送ることが可能となる。そのため、燃料電池アノード１０は、燃料ガスＦの流れに起因するセル面内の発電分布の均一化を図ることができる。その結果、燃料電池用アノード１０は、燃料電池単セル５に用いた場合に、セル面内の温度分布が小さくなり、セルに局所的な応力が生じ難くなって発電時のセル割れが生じ難くなる。そのため、燃料電池用アノード１０は、燃料電池単セル５の信頼性向上に有効である。
【００６５】
また、本例の燃料電池用アノード１０は、内層１２よりも最外層１１の平均気孔径を意図的に小さくすることにより、アノード内への燃料ガスＦの流入量を絞り、燃料ガスＦのガス流れ下流側まで燃料ガスを均等分配することができる。そのため、燃料ガスの流れ方向でアノードの気孔率を変えてガス拡散性を制御する燃料電池用アノードに比べ、製造性が良好であるなどの利点がある。
【００６６】
また、本例の燃料電池用アノード１０は、燃料ガスＦの供給流路側に配置される最外層１１と、固体電解質層２側に配置される活性層１３と、最外層１１と活性層１３との間に配置され、最外層１１における固体電解質層２側の面および活性層１３における固体電解質層２側と反対側の面に接する内層１２としての拡散層１２１とを有している。そのため、本例の燃料電池用アノード１０は、最外層１１によって、燃料ガス流入量をガス流れ方向で制御することができ、ガス流れ上流側からガス流れ下流側にかけて比較的均一に燃料ガスＦをアノード内へ流入させることができる。また、拡散層１２１によって、流入した燃料ガスＦを適切に拡散させることができる。また、活性層１３によって、最外層１１がない場合に比べ、ガス流れ方向で均一に電気化学的反応を生じさせることができる。そのため、本例の燃料電池用アノード１０は、機能分担された各層１１、１２１、１３が各機能を十分に発揮することによって、燃料ガスＦの流れに起因するセル面内の発電分布の均一化を図りやすい利点がある。
【００６７】
また、本例の燃料電池用アノード１０は、拡散層１２１の平均気孔径が、０．３〜５μｍの範囲内とされている。そのため、本例の燃料電池用アノード１０は、拡散層１２１によって燃料ガスＦを活性層１３に速やかに拡散させやすく、出力密度の低下抑制に有利である。また、造孔剤によって気孔１０１を形成する際に、形成した気孔１０１の連続性を確保しやすくなり、拡散層１２１によって燃料ガスＦを速やかに拡散させやすく、出力密度の低下抑制に有利である。
【００６８】
本例の燃料電池単セルの作用効果について説明する。
【００６９】
燃料電池単セル５は、燃料電池用アノード１０と、固体電解質層２と、カソード３とを有している。そのため、燃料電池単セル５は、セル面内の温度分布が小さくなり、セルに局所的な応力が生じ難くなって発電時のセル割れが生じ難くなる。そのため、燃料電池単セル５は、高い信頼性を発揮することができる。
【００７０】
（実施例２）
実施例２の燃料電池用アノードおよび燃料電池単セルについて、図３を用いて説明する。図３に示すように、本例の燃料電池用アノード１０は、最外層１１の気孔率が、内層１２の気孔率よりも小さい。また、本例の燃料電池単セル５は、実施例２の燃料電池用アノード１０を用いている。
【００７１】
本例の燃料電池用アノード１０において、最外層１１の気孔率は、具体的には、内層１２としての拡散層１２１の気孔率に対して、８０〜９５％の範囲内にある。拡散層１２１の気孔率は、より具体的には、３０〜６０％の範囲内にあり、活性層１３の気孔率は、より具体的には、３０〜５０％の範囲内にある。その他の構成は、平均気孔率の構成を除いて実施例１の燃料電池用アノード１０、燃料電池単セル５と同様の構成である。
【００７２】
本例の燃料電池用アノード１０は、上記構成を有している。特に、最外層１１の気孔率は、内層１２の気孔率よりも小さい構成とされている。本例の燃料電池用アノード１０は、内層１２よりも最外層１１の気孔率を意図的に小さくすることにより、アノード内への燃料ガスＦの流入量を絞り、燃料ガスＦのガス流れ下流側まで燃料ガスを均等分配することができる。そのため、実施例１の燃料電池用アノード１０と同様の作用効果を奏することができる。また、本例の燃料電池単セル５は、本例の燃料電池用アノード１０を用いている。そのため、本例の燃料電池単セル５は、実施例１の燃料電池単セル５と同様の作用効果を奏することができる。
【００７３】
以下、実験例を用いてより具体的に説明する。
＜実験例１＞
（材料準備）
ＮｉＯ粉末（平均粒子径：１μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．３μｍ）と、造孔剤としての球状の樹脂粒子（平均粒子径：１μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６５：３５である。造孔剤の含有量は、ＮｉＯ−８ＹＳＺの合計１００質量部に対して７質量部である。上記スラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック製の基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の最外層形成用材料を準備した。なお、上記平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定した体積基準の累積度数分布が５０％を示すときの粒子径（直径）ｄ５０である（以下、同様）。
【００７４】
ＮｉＯ粉末（平均粒子径：１μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．５μｍ）と、造孔剤としての球状の樹脂粒子（平均粒子径：１．５μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６５：３５である。造孔剤の含有量は、ＮｉＯ−８ＹＳＺの合計１００質量部に対して７質量部である。上記スラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック製の基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の拡散層形成用材料を準備した。
【００７５】
ＮｉＯ粉末（平均粒子径：１μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．３μｍ）と、造孔剤としての球状の樹脂粒子（平均粒子径：０．８μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６０：４０である。造孔剤の含有量は、ＮｉＯ−８ＹＳＺの合計１００質量部に対して３質量部である。上記スラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック製の基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の活性層形成用材料を準備した。
【００７６】
８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．３μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。このスラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック製の基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の固体電解質層形成用材料を準備した。
【００７７】
１０ＧＤＣ粉末（平均粒子径：０．２μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。このスラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック製の基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の中間層形成用材料を準備した。
【００７８】
ＬＳＣＦ（Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３）粉末（平均粒子径：０．４５μｍ）と、１０ＧＤＣ粉末（平均粒子径：０．２μｍ）と、エチルセルロース（有機材料）と、テルピネオール（溶媒）とをボールミルにて混合することにより、ペースト状のカソード形成用材料を準備した。なお、ＬＳＣＦ粉末と１０ＧＤＣ粉末の質量比は、９０：１０である。
【００７９】
（第１の工程）
シート状の最外層形成用材料、シート状の拡散層形成用材料、シート状の活性層形成用材料、シート状の固体電解質層形成用材料、および、シート状の中間層形成用材料をこの順に積層し、圧着して積層体を得た。この際、シート状の拡散層形成用材料は、５枚を重ね合わせて構成した。なお、圧着には、ＣＩＰ成形法を用いた。ＣＩＰ成形条件は、温度８０℃、加圧力５０ＭＰａ、加圧時間１０分という条件とした。また、上記圧着後、積層体を脱脂した。
【００８０】
（第２の工程）
次いで、上記積層体を１３５０℃で２時間焼成した。これにより、最外層、拡散層、活性層、固体電解質層、および中間層がこの順に積層された焼結体を得た。
【００８１】
（第３の工程）
次いで、上記焼結体における中間層の表面に、カソード形成用材料をスクリーン印刷法により塗布し、９００℃で２時間焼成（焼付）することによって層状のカソードを形成した。なお、カソード形成用材料は、中間層の外縁まで印刷しておらず、カソード層の外形は、固体電解質層の外形よりも小さく形成されている。これにより、燃料電池用アノードを支持体とする燃料電池単セルを得た。得られた燃料電池用アノード、燃料電池単セルを、試料１の燃料電池用アノード、燃料電池単セルとする。上記最外層の厚みは５μｍ、上記最外層の平均気孔径は０．８μｍである。上記拡散層の厚みは４００μｍ、上記拡散層の平均気孔径は１μｍである。上記活性層の厚みは２０μｍ、上記活性層の平均気孔径は０．５μｍである。上記固体電解質層の厚みは１０μｍ、上記中間層の厚みは１０μｍ、上記カソードの厚みは４０μｍである。
【００８２】
＜実験例２＞
ＮｉＯ粉末（平均粒子径：１μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．３μｍ）と、造孔剤としての球状の樹脂粒子（平均粒子径：１μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６５：３５である。造孔剤の含有量は、ＮｉＯ−８ＹＳＺの合計１００質量部に対して５質量部である。上記スラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック製の基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の最外層形成用材料を準備した。
【００８３】
ＮｉＯ粉末（平均粒子径：１μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．５μｍ）と、造孔剤としての球状の樹脂粒子（平均粒子径：１．５μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６５：３５である。造孔剤の含有量は、ＮｉＯ−８ＹＳＺの合計１００質量部に対して７質量部である。上記スラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック製の基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の拡散層形成用材料を準備した。
【００８４】
ＮｉＯ粉末（平均粒子径：１μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．３μｍ）と、造孔剤としての球状の樹脂粒子（平均粒子径：０．８μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６０：４０である。造孔剤の含有量は、ＮｉＯ−８ＹＳＺの合計１００質量部に対して３質量部である。上記スラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック製の基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の活性層形成用材料を準備した。
【００８５】
そして、上記準備した最外層形成用材料、拡散層形成用材料および活性層形成用材料を用いた点以外は実験例１と同様にして、燃料電池用アノードを支持体とする燃料電池単セルを得た。得られた燃料電池用アノード、燃料電池単セルを、試料２の燃料電池用アノード、燃料電池単セルとする。なお、最外層の気孔率は４５％、拡散層の気孔率は４８％、活性層の気孔率は４２％である。その他の構成は、実験例１と同じである。
【００８６】
＜実験例３＞
（材料準備）
ＮｉＯ粉末（平均粒子径：１μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．３μｍ）と、造孔剤としての球状の樹脂粒子（平均粒子径：１．５μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６５：３５である。造孔剤の含有量は、ＮｉＯ−８ＹＳＺの合計１００質量部に対して７質量部である。上記スラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック製の基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の最外層／拡散層形成用材料を準備した。
【００８７】
図４に示すように、最外層／拡散層形成用材料６０は、一方表面における造孔剤６１の露出面積が、他方表面における造孔剤６１の露出面積よりも小さい構成を有している。これは、図５に示すように、触媒粒子（不図示）と、固体電解質粒子（不図示）と、球状の樹脂粒子より構成される造孔剤６１と、有機バインダー（不図示）とを少なくとも含むスラリー６２を、ドクターブレード法を用いて、基材６５上に層状に塗工し、乾燥させる際に、スラリー６２中の造孔剤６１が次のような挙動を生じて形成されたものである。すなわち、図５に示すように、造孔剤６１を含むスラリー６２をシート成形する場合、造孔剤６１は、スラリー６２中で流動することができる。特に、造孔剤６１が球形に近い球状である場合は、スラリー６２中で流動しやすい。ここで、基材６５上に塗工されたスラリー６２において、スラリー６２の表層側に存在する造孔剤６１は、当初はドクターブレードのエッジ６６の先端によって高さが揃っている。そして、時間が経過するにつれて、スラリー６２の重量や溶媒の蒸発（レべリング）、乾燥に伴うスラリー６２の面高さの減少により、スラリー６２の自由表面６３からはみ出す造孔剤６１が増加する。一方、スラリー６２の基材６５側の面では、造孔剤６１は、基材６５の表面に点接触に近い状態で接触して、基材６５の表面からの高さがほぼ自然に揃う。そのため、図４に示すように、最外層／拡散層形成用材料６０は、上記基材側の面６４からはみ出す造孔剤６１の面積が、上記自由表面６３からはみ出す造孔剤６１の面積に比べると小さくなる。上記最外層／拡散層形成用材料６０を、１３５０℃で２時間焼成したところ、図６に示すように、上記基材６５と接していた面６０１における気孔１０１の気孔径（図６（ｂ）参照）は、上記自由表面６３とされていた面６０２における気孔１０１の気孔径（図６（ａ）参照）に比べ、小さいことが確認された。このことから、上記最外層／拡散層形成用材料６０を焼成するによって造孔剤６１が焼失し、拡散層１２１の形成と同時に拡散層１２１における固体電解質層２と反対側の表層部に最外層１１が形成されるといえる。
【００８８】
ＮｉＯ粉末（平均粒子径：１μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．３μｍ）と、造孔剤としての球状の樹脂粒子（平均粒子径：０．８μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６０：４０である。造孔剤の含有量は、ＮｉＯ−８ＹＳＺの合計１００質量部に対して３質量部である。上記スラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック製の基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の活性層形成用材料を準備した。
【００８９】
実験例１と同じシート状の固体電解質層形成用材料、シート状の中間層形成用材料、ペースト状のカソード形成用材料を準備した。
【００９０】
（第１の工程）
シート状の最外層／拡散層形成用材料、シート状の活性層形成用材料、シート状の固体電解質層形成用材料、および、シート状の中間層形成用材料をこの順に積層し、圧着して積層体を得た。なお、圧着には、ＣＩＰ成形法を用いた。ＣＩＰ成形条件は、温度８０℃、加圧力５０ＭＰａ、加圧時間１０分という条件とした。また、上記圧着後、積層体を脱脂した。
【００９１】
この際、シート状の拡散層形成用材料は、５枚を重ね合わせて構成した。但し、上記重ね合わせは、図７に示すように、最外層／拡散層形成用材料６０における上記自由表面６３と上記基材側の面６４とが互いに接するように行った。なお、図８に示すように、上記重ね合わせによる接触界面では、重ね合わせ当初、上記自由表面６３からはみ出す造孔剤６１の周囲に隙間６０３が生じる（図８（ｂ）参照）。しかしながら、その後の圧着時の加熱により、最外層／拡散層形成用材料６０を構成するバインダーが軟化変形し、隙間６０３が埋められる。そのため、上記重ね合わせによる接触界面の微構造は、最外層／拡散層形成用材料６０における内部の平均的な微構造（造孔剤分布）とほとんど差がない程度まで均質化される。
【００９２】
（第２の工程）
次いで、上記積層体を１３５０℃で２時間焼成した。これにより、最外層、拡散層、活性層、固体電解質層、および中間層がこの順に積層された焼結体を得た。
【００９３】
（第３の工程）
次いで、上記焼結体における中間層の表面に、カソード形成用材料をスクリーン印刷法により塗布し、９００℃で２時間焼成（焼付）することによって層状のカソードを形成した。なお、カソード形成用材料は、中間層の外縁まで印刷しておらず、カソード層の外形は、固体電解質層の外形よりも小さく形成されている。これにより、燃料電池用アノードを支持体とする燃料電池単セルを得た。得られた燃料電池用アノード、燃料電池単セルを、試料３の燃料電池用アノード、燃料電池単セルとする。上記最外層の厚みは３μｍ、上記最外層の平均気孔径は０．５μｍである。上記拡散層の厚みは４００μｍ、上記拡散層の平均気孔径は１μｍである。上記活性層の厚みは２０μｍ、上記活性層の平均気孔径は０．５μｍである。上記固体電解質層の厚みは１０μｍ、上記中間層の厚みは１０μｍ、上記カソードの厚みは４０μｍである。
【００９４】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１  アノード
２  固体電解質層
３  カソード
５  燃料電池単セル
１０  燃料電池用アノード
１０１  気孔
１１  最外層
１２  内層
Ｆ  燃料ガス
【図１】
0006018999.tif 000002
【図２】
0006018999.tif 000003
【図３】
0006018999.tif 000004
【図４】
0006018999.tif 000005
【図５】
0006018999.tif 000006
【図６】
0006018999.tif 000007
【図７】
0006018999.tif 000008
【図８】
0006018999.tif 000009