(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス層と、
前記セラミックス層表面に積層されており、該セラミックス層よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数材料層とを備え、前記高熱膨張係数材料層による圧縮応力が前記セラミックス層に加わっている、電気化学素子用セラミック基体。
【請求項２】
前記セラミックス層と、前記高熱膨張係数材料層との熱膨張係数差が、３ｐｐｍ以下である、請求項１に記載の電気化学素子用セラミック基体。
【請求項３】
前記高熱膨張係数材料層が、ランタンマンガナイトを主成分とするセラミック材料からなる、請求項１または２に記載の電気化学素子用セラミック基体。
【請求項４】
前記高熱膨張係数材料層が多孔質体である、請求項１に記載の電気化学素子用セラミック基体。
【請求項５】
前記電気化学素子用セラミック基体が、電気化学素子のセパレータである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気化学素子用セラミック基体。
【請求項６】
前記セラミックス層がシート状セラミックス層である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気化学素子用セラミック基体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気化学素子用セラミック基体の製造方法であって、
前記セラミックス層を用意する工程と、
前記セラミックス層の表面に、該セラミックス層よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数材料層を、前記セラミックス層に圧縮応力が加わるように一体化する工程とを備える、電気化学素子用セラミック基体の製造方法。
【請求項８】
前記高熱膨張係数材料層が、焼成後の熱膨張係数が前記セラミックス層よりも熱膨張係数が高いセラミックスからなり、前記高熱膨張係数材料層を構成する焼成のセラミック材料を前記セラミックス層上に積層し、焼成することにより、前記高熱膨張係数材料層を前記セラミックス層に一体化する、請求項７に記載の電気化学素子用セラミック基体の製造方法。
【請求項９】
セパレータと、燃料電池セルとを備え、
前記セパレータが請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気化学素子用セラミック基体からなる、燃料電池。
【請求項１０】
複数の燃料電池セルが積層されて燃料電池スタックが構成されており、積層されている燃料電池セル間に配置されているセパレータをさらに備え、該セパレータが請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気化学素子用セラミック基体からなる、燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池などの電気化学素子のセパレータなどに用いられるセラミック基体及びその製造方法、並びに該セラミック基体を有する燃料電池及び燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミック基体を有する様々な電気化学素子が開発されている。例えば、下記の特許文献１には、固体酸化物電解質を用いた固体酸化物型燃料電池が開示されている。この燃料電池では、燃料電池セルを構成している固体酸化物電解質やセパレータなどがセラミックスにより形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０４４４２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電気化学素子におけるセパレータなどに用いられているセラミック基体では、圧縮強度は高いが、靭性が低いという問題があった。従って、製造時や使用時に熱応力や機械的応力による破壊が生じやすいという問題があった。【０００５】
本発明の目的は、熱応力や機械的応力が加わった際の破壊が生じ難い、電気化学素子用セラミック基体及びその製造方法を提供することにある。【０００６】
本発明の他の目的は、上記電気化学素子用セラミック基体を有する燃料電池及び燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電気化学素子用セラミック基体は、セラミックス層と、上記セラミックス層表面に積層されており、該セラミックス層よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数材料層とを備える。本発明では、高熱膨張係数材料層による圧縮応力が上記セラミックス層に加わっている。【０００８】
本発明に係る電気化学素子用セラミック基体のある特定の局面では、上記セラミックス層と、上記高熱膨張係数材料層との熱膨張係数差が、３ｐｐｍ以下である。【０００９】
本発明に係る電気化学素子用セラミック基体の他の特定の局面では、上記高熱膨張係数材料層が、ランタンマンガナイトを主成分とするセラミック材料からなる。【００１０】
本発明に係る電気化学素子用セラミック基体の別の特定の局面では、上記高熱膨張係数材料層が多孔質体である。【００１１】
本発明に係る電気化学素子用セラミック基体のさらに別の特定の局面では、上記電気化学素子用セラミック基体が、電気化学素子のセパレータである。【００１２】
本発明に係る電気化学素子用セラミック基体のさらに他の特定の局面では、上記セラミックス層がシート状セラミックス層である。【００１３】
本発明に係る電気化学素子用セラミック基体の製造方法は、上記セラミックス層を用意する工程と、上記セラミックス層の表面に、該セラミックス層よりも熱膨張係数が大きい高熱膨張係数材料層を、上記セラミックス層に圧縮応力が加わるように一体化する工程とを備える。【００１４】
本発明に係る電気化学素子用セラミック基体の製造方法のある特定の局面では、上記高熱膨張係数材料層が、焼成後の熱膨張係数が上記セラミックス層よりも熱膨張係数が高いセラミックスからなり、上記高熱膨張係数材料層を構成する焼成のセラミック材料を上記セラミックス層上に積層し、焼成することにより、上記高熱膨張係数材料層を上記セラミックス層に一体化する。【００１５】
本発明に係る燃料電池は、セパレータと燃料電池セルとを備え、上記セパレータが、本発明に従って構成されている電気化学素子用セラミック基体からなる。【００１６】
本発明に係る燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルが積層されて燃料電池スタックが構成されており、積層されている燃料電池セル間に配置されているセパレータをさらに備え、該セパレータが本発明に従って構成された電気化学素子用セラミック基体からなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電気化学素子用セラミック基体によれば、高熱膨張係数材料層による圧縮応力がセラミックス層に加わっているため、セラミックス層の強度が高められている。そのため、熱応力や機械的応力が加わったとしても、電気化学素子用セラミック基体の破壊が生じ難い。【００１８】
よって、本発明の電気化学素子用セラミック基体を用いた燃料電池や燃料電池スタックでは、製造時や使用時における熱応力等による破壊を確実に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態の燃料電池の正面断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態の燃料電池に用いられているセパレータとしてのセラミック基体の側面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態としての燃料電池スタックを説明するための模式的正面断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態としての電気化学素子用セラミック基体を示す正面断面図である。
【図６】図６は、本発明の第４の実施形態としての燃料電池を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態の燃料電池を複数積層してなる燃料電池スタックを示す略図的正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の分解斜視図であり、図２はその正面断面図である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る固体酸化物型の燃料電池１は、第１のセパレータ１０と、発電要素３０と、第２のセパレータ５０とを有する。第１のセパレータ１０、発電要素３０及び第２のセパレータ５０は、図示のようにこの順序で積層されている。
【００２３】
本実施形態の燃料電池１では、後述の第１のセパレータ本体１１及び第２のセパレータ本体５１が、本発明の一実施形態としての電気化学素子用セラミック基体からなる。
【００２４】
第１のセパレータ１０は、第１のセパレータ本体１１と、第１の流路形成部材１２とを有する。第１の流路形成部材１２は、酸化剤ガスとしての空気を供給するための酸化剤ガス流路１２ａが形成されている。酸化剤ガス流路１２ａは、ｘ方向に沿って延びる複数の分離部１２ｃにより区画されている。区画されている各流路部分の上面が、第１のセパレータ本体１１により閉成されている。他方、第１のセパレータ本体１１及び分離部１２ｃには、ビアホール電極１１ｃ，１２ｃ１が形成されている。ビアホール電極１１ｃとビアホール電極１２ｃ１とは、重なり合うように設けられている。
【００２５】
上記第１のセパレータ本体１１には酸化剤ガスが退出するスリット６１と、燃料ガスが通過するスリット６２とが設けられている。
【００２６】
ところで、第１のセパレータ本体１１は、本発明の一実施形態としての電気化学素子用セラミック基体からなる。より具体的には、第１のセパレータ本体１１は、セラミックス層１１ａとセラミックス層１１ａの片面に設けられている高熱膨張係数材料層１１ｂとを有する。セラミックス層１１ａは、イットリア安定化ジルコニアなどの安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニアなどにより形成することができる。
【００２７】
安定化ジルコニアの具体例としては、１０ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア（１０ＹＳＺ）、１１ｍｏｌ％スカンジア安定化ジルコニア（１１ＳｃＳＺ）等が挙げられる。部分安定化ジルコニアの具体例としては、３ｍｏｌ％イットリア部分安定化ジルコニア（３ＹＳＺ）、等が挙げられる。また、セラミックス層１１ａは、例えば、アルミナやＭｇＡｌ２Ｏ４により形成されていてもよい。
【００２８】
他方、高熱膨張係数材料層１１ｂは、その熱膨張係数が上記セラミックス層１１ａよりも大きい適宜の材料により形成することができる。このような材料としては、例えば、様々なセラミックス材料を好適に用いることができる。例えば、ランタンマンガナイト系材料としてのＬＳＭ、ランタンコバルタイト系材料としてのＬＳＣＦ、ガドリニウムドープセリア（ＧＤＣ）などを挙げることができる。
【００２９】
第１のセパレータ本体１１では、図３に示すように、セラミックス層１１ａの片面に、高熱膨張係数材料層１１ｂが積層されている。この高熱膨張係数材料層１１ｂにおける矢印Ａ１及びＡ２で示す圧縮応力が、セラミックス層１１ａに加わるように、高熱膨張係数材料層１１ｂがセラミックス層１１ａに積層されている。このような構造は、例えば、以下の方法により得ることができる。
【００３０】
まず、セラミックス層１１ａ用のセラミックグリーンシートを用意する。セラミックグリーンシートの片面に、高熱膨張係数材料層１１ｂを形成するための別のセラミックグリーンシートを積層し、圧着する。しかる後、加熱し、焼成することにより、高熱膨張係数材料層１１ｂ及びセラミックス層１１ａを得るとともに、高熱膨張係数材料層１１ｂによる圧縮応力をセラミックス層１１ａに与えることができる。セラミックスは焼成時に焼成収縮する。高熱膨張係数材料層１１ｂにおける焼成収縮は、セラミックス層１１ａにおける焼成収縮よりも大きい。そのため、圧縮応力が、セラミックス層１１ａに加わる。圧着応力がセラミックス層１１ａに加わると、セラミックス層１１ａの機械的強度が高められることとなる。
【００３１】
従って、第１のセパレータ本体１１及び第１のセパレータ本体１１を含む第１のセパレータ１０の破壊靱性を効果的に高めることができる。よって、製造時や使用時に熱応力が加わったとしても、第１のセパレータ本体１１及び第１のセパレータ１０の破壊、ひいては燃料電池１の破壊を効果的に抑制することができる。
【００３２】
第２のセパレータ５０も、第１のセパレータ１０と類似した構造を有する。すなわち、第２のセパレータ５０は、第２のセパレータ本体５１と、第２の流路形成部材５２とを有する。第２のセパレータ本体５１は、セラミックス層５１ａと、セラミックス層５１ａの下面に設けられた高熱膨張係数材料層５１ｂとを有する。セラミックス層５１ａは、上記セラミックス層１１ａと同様に形成されている。高熱膨張係数材料層５１ｂは、上記高熱膨張係数材料層１１ｂと同様に形成されている。従って、第２のセパレータ本体５１も、熱応力が加わったとしても破壊し難い。
【００３３】
第２の流路形成部材５２では、Ｙ方向に延びる燃料ガス流路５２ａが形成されている。この燃料ガス流路５２ａは、複数の分離部５２ｃにより区画されている。
【００３４】
第２のセパレータ本体５１にも、複数のビアホール電極５１ｃが形成されている。また、上記分離部５２ｃにも、複数のビアホール電極５２ｃ１が設けられている。ビアホール電極５１ｃとビアホール電極５２ｃ１とは重なり合うように配置されている。
【００３５】
本実施形態の燃料電池１の特徴は、第１，第２のセパレータ１０，５０が、上記セラミックス層１１ａ，５１ａと、高熱膨張係数材料層１１ｂ，５１ｂとを有することにある。それによって上記のように、熱応力が加わった際の破壊を確実に抑制することができる。以下、図１及び図２を参照して、その他の構成につき説明する。
【００３６】
発電要素３０は、酸化剤ガスと燃料ガスとが反応し、発電を行う部分である。酸化剤ガスとしては、空気や酸素ガスなどを用いることができる。燃料ガスとしては、周知のように、水素や一酸化炭素などを用いることができる。
【００３７】
発電要素３０は、固体酸化物電解質層３１を有する。固体酸化物電解質層３１は、イオン導電性が高い材料からなることが好ましい。このような固体酸化物電解質層３１は、前述した、安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニアなどにより形成することができる。
【００３８】
固体酸化物電解質層３１は、空気極層３２と、燃料極層３３とにより挟持されている。
【００３９】
空気極層３２は、空気極３２ａを有する。空気極３２ａは、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、Ｓｎをドープした酸化インジウム、ＰｒＣｏＯ３系酸化物、前述したＬＳＭ、ＬＳＣＦ、ＬＣＭなどにより形成することができる。
【００４０】
燃料極層３３は、燃料極３３ａを有する。燃料極３３ａは、例えば、ＮｉＯ、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）、ニッケル金属の多孔質サーメット等により形成することができる。
【００４１】
図４は、本発明の第２の実施形態としての燃料電池スタックを説明するための模式的正面断面図である。本実施形態の燃料電池スタック７１では、燃料電池セル７２，７２，７２が、セパレータ７３，７３を介して積層されている。各燃料電池セル７２は、例えば第１の実施形態の燃料電池１と同様に構成されている。本実施形態では、複数の燃料電池セル７２，７２，７２が積層されて、電圧が高められている。ここで、セパレータ７３は、本発明の実施形態としての電気化学素子用セラミック基体からなる。すなわち、セラミックス層７３ａの両面に、高熱膨張係数材料層７３ｂ，７３ｃが積層されている。高熱膨張係数材料層７３ｂ，７３ｃは、セラミックス層７３ａに面方向に圧縮応力を加えるように積層されている。従って、本実施形態においては、製造時や使用時にセパレータ７３に熱応力が加わったとしても、セパレータ７３における破壊が生じ難い。よって、信頼性に優れた燃料電池スタック７１を提供することができる。
【００４２】
本実施形態から明らかなように、本発明において、電気化学素子用セラミック基体において、高熱膨張係数材料層は、セラミックス層の両面に形成されていてもよい。すなわち、セラミックス層表面に形成される高熱膨張係数材料層の位置は特に限定されない。
【００４３】
セラミックス層に圧縮応力を加え得る限り、セラミックス層表面のいずれの位置に高熱膨張係数材料層が積層されていてもよい。
【００４４】
好ましくは、上記熱膨張係数材料層とセラミックス層との熱膨張係数差は、３ｐｐｍ以下であることが望ましい。その場合には、熱応力が加わった場合のセラミックス層と高熱膨張係数材料層との界面における剥離等が生じ難い。
【００４５】
図５は、本発明の第３の実施形態としての電気化学素子用セラミック基体を示す正面断面図である。電気化学素子用セラミック基体８１では、セラミックス層８２の片面に、高熱膨張係数材料層８３が積層されている。高熱膨張係数材料層８３は、本実施形態では、多数の空隙８３ａを有する。すなわち、高熱膨張係数材料層８３は、多孔質体である。高熱膨張係数材料層８３は、セラミックス層８２に圧縮応力を加えるように積層されている。従って、第１及び第２の実施形態の場合と同様に、熱応力が加わった際の破壊が生じ難い。
【００４６】
加えて、高熱膨張係数材料層８３が多孔質体からなるため、高熱膨張係数材料層８３自体が熱応力が加わった際に割れ難い。従って、より一層電気化学素子用セラミック基体の熱応力が加わった際の破壊を効果的に抑制することができる。この場合、多孔質体とは、多数の空隙８３ａを有する限り、特に限定されないが、好ましくは、気孔率が２０％以上であることが望ましい。気孔率が２０％以上であると、セラミックス層８２と高熱膨張係数材料層８３との界面における剥離等をより一層効果的に抑制することができる。
【００４７】
上記多孔質体からなる高熱膨張係数材料層８３は、周知の多孔質セラミックス材料の製造方法に従って得ることができる。例えば、高熱膨張係数材料に、焼成に際し気化する材料を分散させ、次に焼成する方法が挙げられる。
【００４８】
上記第１〜第３の実施形態では、セラミックス層はシート状であったが、本発明における電気化学素子用セラミック基体におけるセラミックス層の形状はシート状に限定されない。図６は、本発明の第４の実施形態としての燃料電池を示す斜視図であり、図７は、この燃料電池を複数積層してなる燃料電池スタックを示す略図的正面図である。
【００４９】
図６に示す燃料電池９１は、所謂円筒型ＳＯＦＣと称されている燃料電池である。ここでは、円筒体の中央に、燃料ガスが通る流路９１ａが設けられている。この流路９１ａを囲むように円筒状の空気極９２が設けられている。空気極９２の外側に、円筒状の固体酸化物電解質層９３が設けられており。さらに外側に燃料極９４が設けられている。燃料極９４は、円筒の一部を除去した形状を有しており、この燃料極９４の一部が除去されている領域に、インターコネクタ９５が設けられている。
【００５０】
このインターコネクタ９５が、セラミックス層９５ａと、セラミックス層９５ａの片面に積層された高熱膨張係数材料層９５ｂとを有する。すなわち、インターコネクタ９５が、本発明の電気化学素子用セラミック基体により構成されている。
【００５１】
このように、本発明における電気化学素子用セラミック基体は、円筒型の燃料電池９１にも用いることができる。図７では、このインターコネクタ９５を介して、隣り合う燃料電池９１同士が積層されている。
【００５２】
なお、インターコネクタ９５では、隣り合う燃料電池９１同士を電気的に接続するために、図示されていない部分にビアホール導体などの導電路が設けられている。
【００５３】
本発明の実施形態としての燃料電池は、上記のような平板状の積層型及び円筒型に限らず、例えばフラットチューブ型と称されている形状の燃料電池であってもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、燃料電池や燃料電池スタックにおけるセパレータあるいはインターコネクタに本発明の電気化学素子用セラミック基体が用いられていたが、本発明の電気化学素子用セラミック基体は、このような固体酸化物型燃料電池に限らず、様々な燃料電池、あるいは他の電池や電気二重層コンデンサなどの様々な電極化学素子のセラミックス材料として用いることができることを指摘しておく。
【００５５】
次に、具体的な実験例に基づき、本発明の効果を明らかにする。
【００５６】
（実験例１）
セパレータ単体の評価
３ｍｏｌ％イットリア部分安定化ジルコニア（３ＹＳＺ）の組成となるようにイットリウム酸化物粉末及びジルコニア粉末を秤量し、樹脂バインダー及び溶剤を混合し、セラミックススラリーを得た。このセラミックススラリーをシート成形し、セラミックグリーンシートを得た。このセラミックグリーンシートを焼成後の厚みが５００μｍとなるように複数回積層した。このようにして得られた積層体を平面形状が５ｃｍ×５ｃｍの正方形となるように切断した。このようにして得られた積層体を１３００℃の温度で２時間焼成し、比較例のセパレータを得た。
【００５７】
実施例においては、上記積層体の表面及び裏面に、下記の表１に示す組成の高熱膨張係数材料層用グリーンシートを積層した。この高熱膨張係数材料層用グリーンシートは、下記の表１に示す組成となるように各種酸化物粉末を秤量し、カーボン粉末、樹脂バインダー及び溶剤を混合して得られたスラリーをシート成形することにより得た。カーボン粉末は、焼成後の高熱膨張係数材料層の気孔率が２０〜３０％となるように配合した。
【００５８】
製造に際しては、上記高熱膨張係数材料層用グリーンシートを、焼成後の大きさが４．５ｃｍ×４．５ｃｍの正方形の平面形状となるように切断した。切断された高熱膨張係数材料層用グリーンシートを上記積層体に８０℃の温度で２分間圧着した。しかる後、１３００℃の温度に２時間維持して、焼成した。
【００５９】
上記のようにして、下記の表１に示す比較例及び実施例１〜５のセパレータを得た。上記各セパレータについて、目視により、外観を観察し、クラックや割れの有無、並びに反りの有無を確認した。結果を下記の表１に示す。クラックもしくは割れあるいは反りがあるものは不合格とした。クラック、割れ及び反りが見られないものについて◎の記号で下記の表１に示した。
【００６０】
また、反りがないサンプルについて、ＪＩＳ  Ｒ１０６１に準じ、抗折強度測定用サンプルを作製し、抗折強度を測定した。なお、サンプルの作製について、サンプルの厚みについてのみ、５００μｍ＋１００μｍとした。
【００６１】
【表１】
0006044717.tif 000002
【００６２】
表１における高熱膨張係数材料層の種類を示すＬＳＣＦ、ＬＳＭ１、ＬＳＭ２、ＬＳＭ３及びＧＤＣの組成の詳細は以下のとおりである。
【００６３】
ＬＳＣＦ＝Ｌａ０．８−Ｓｒ０．２−Ｃｏ０．２−Ｆｅ０．８０３
ＬＳＭ１：Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３
ＬＳＭ２：Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ３
ＬＳＭ３：Ｌａ０．９Ｓｒ０．１ＭｎＯ３
ＧＤＣ：ＧＤ０．２−Ｃｅ０．８０２
なお、数字はモル比を示す。
【００６４】
表１から明らかなように、比較例のセパレータすなわち高熱膨張係数材料層を有しないセパレータに比べ、実施例１〜５によれば、抗折強度を効果的に高め得ることがわかる。これは、高熱膨張係数材料層による圧縮応力によって、破壊が抑制されるためと考えられる。
【００６５】
また、実施例１では、熱膨張係数差が１７．０−１０．８＝６．２と大きいため、焼成後の外観において若干の反りが見られた。しかしながら、この場合においても抗折強度が比較例の８８０ＭＰａよりも十分高く、９５０ＭＰａであった。
【００６６】
また、熱膨張係数差が３ｐｐｍ以下である実施例２〜５によれば、外観も優れ、さらに抗折強度も高いことがわかる。
【００６７】
（実験例２）
燃料電池スタックによる評価
実験例１で用意した実施例２〜４及び比較例のセパレータを用い、燃料電池スタックを作製した。すなわち、図１に示した燃料電池セルを５個積層し、燃料電池スタックを得た。ここで、各燃料電池セルの使用は以下の通りとした。
【００６８】
固体酸化物型電解質層：ＹＳＺからなり、厚み２０〜１００μｍ。
【００６９】
空気極：ＬＳＣＦからなり、厚み２０〜１００μｍ。
【００７０】
燃料極：Ｎｉ／ＹＳＺからなり、厚み２０〜１００μｍ。
【００７１】
第１，第２のセパレータ：流路形成部材は３ＹＳＺにより形成し、その厚みは３００〜１０００μｍとした。第１，第２のセパレータ本体については、上記実施例または比較例のセパレータを用いた。
【００７２】
上記のようにして得た燃料電池スタックの内部温度を測定しつつ、内部における最大温度差ΔＴと割れとの関係を評価した。すなわち、上記燃料電池スタックの空気極と燃料極に電流を通電し、内部温度を上昇させた。上記燃料電池セルにおいて平面視した場合、マトリックス状に位置している９箇所の領域の温度をそれぞれ測定した。そして、この９箇所の温度において、最も温度差が大きい２箇所の領域の温度差を最高温度差ΔＴとした。そして、電流密度を高めていき、燃料電池セルにおける割れが生じた際の電流密度及び最大温度差ΔＴと求め、限界電流密度及び限界ΔＴとした。
【００７３】
結果を下記の表２に示す。
【００７４】
【表２】
0006044717.tif 000003
【００７５】
表２から明らかなように、比較例では、限界電流密度が０．７Ａ／ｃｍ２と低く、限界ΔＴも９５℃にとどまっていた。これに対して、実施例２〜４では、限界電流密度が比較例よりも高く、限界ΔＴも１２０℃以上と大きいことがわかる。従って、高電流密度になるまで、セルに割れが生じ難いことがわかる。これは、高熱膨張係数材料層により、セパレータの強度が高められていることによると考えられる。
【符号の説明】
【００７６】
１…燃料電池
１０…第１のセパレータ
１１…第１のセパレータ本体
１１ａ…セラミックス層
１１ｂ…高熱膨張係数材料層
１１ｃ…ビアホール電極
１２…第１の流路形成部材
１２ａ…酸化剤ガス流路
１２ｃ１…ビアホール電極
１２ｃ…分離部
３０…発電要素
３１…固体酸化物電解質層
３２…空気極層
３２ａ…空気極
３３…燃料極層
３３ａ…燃料極
５０…第２のセパレータ
５１…第２のセパレータ本体
５１ａ…セラミックス層
５１ｂ…高熱膨張係数材料層
５１ｃ…ビアホール電極
５２…第２の流路形成部材
５２ａ…燃料ガス流路
５２ｃ１…ビアホール電極
５２ｃ…分離部
６１…スリット
６２…スリット
７１…燃料電池スタック
７２…燃料電池セル
７３…セパレータ
７３ａ…セラミックス層
７３ｂ，７３ｃ…高熱膨張係数材料層
８１…電気化学素子用セラミック基体
８２…セラミックス層
８３…高熱膨張係数材料層
８３ａ…空隙
９１…固体酸化物型燃料電池
９１…燃料電池
９１ａ…流路
９２…空気極
９３…固体酸化物電解質層
９４…燃料極
９５…インターコネクタ
９５ａ…セラミックス層
９５ｂ…高熱膨張係数材料層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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