(57)【要約】【課題】全体として同じ大きさで、従来に比べて高いセル電圧、出力密度を得ることができる横縞方式の固体酸化物形燃電池を得る。【解決手段】内部に燃料流路を有する多孔質絶縁性基体の外面に固体酸化物形燃料電池セルの複数個を配置してなる横縞方式の固体酸化物形燃電池であって、該多孔質絶縁性基体の表面が凹凸に形成されたものを用いることで、該凹凸面と両電極材料との接合面にも凹凸面に対応する凹凸構造を自然に反映させ、発電に係わる実質セル面積を増大させてなることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池及びその作製方法。【選択図】図５
2006179356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃料流路を有する多孔質絶縁性基体の外面に固体酸化物形燃料電池セルの複数個を配置してなる横縞方式の固体酸化物形燃電池であって、該多孔質絶縁性基体の表面が凹凸に形成されたものを用いることで、該凹凸面と両電極材料との接合面にも凹凸面に対応する凹凸構造を自然に反映させ、発電に係わる実質セル面積を増大させてなることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記多孔質絶縁性基体表面の凹凸が断面波状、断面台形状または断面ジクザク状の凹凸であることを特徴とする請求項１に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記多孔質絶縁性基体内部の燃料流路が一つまたは複数の燃料流路であることを特徴とする請求項１または２に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
内部に燃料流路を有する多孔質絶縁性基体の外面に固体酸化物形燃料電池セルの複数個を配置してなる横縞方式の固体酸化物形燃電池の作製方法であって、該多孔質絶縁性基体の表面を凹凸に形成し、その凹凸面に固体酸化物形燃電池セルを形成することにより、両電極材料との接合面にも該凹凸面に対応する凹凸構造を自然に反映させ、発電に係わる実質セル面積を増大させることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池の作製方法。
【請求項５】
前記多孔質絶縁性基体表面の凹凸が断面波状、断面台形状または断面ジクザク状の凹凸であることを特徴とする請求項４に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池の作製方法。
【請求項６】
前記多孔質絶縁性基体内部の燃料流路が一つまたは複数の燃料流路であることを特徴とする請求項４または５に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横縞方式の固体酸化物形燃料電池及びその作製方法に関し、より具体的には内部に燃料が流通する燃料流路を有する多孔質の絶縁性基体の外面に固体酸化物形燃料電池セルの複数個を横縞状に配置してなる横縞方式の固体酸化物形燃電池及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池〔ＳＯＦＣ（＝Solid Oxide Fuel Cell）、以下適宜ＳＯＦＣと略称する〕は、一般的には、作動温度が８００〜１０００℃程度と高いが、最近では８００℃程度以下、すなわち８００〜６５０℃という作動温度のものも開発されつつある。ＳＯＦＣは、電解質材料を挟んで燃料極と空気極（酸化剤として酸素が用いられる場合は酸素極、本明細書においては酸素極を含めて“空気極”と言う）が配置され、燃料極／電解質／空気極の三層ユニットで構成される。
【０００３】
ところで、ＳＯＦＣには平板方式や円筒方式や一体積層方式などがあるが、これらは原理的には同じである。平板方式のＳＯＦＣには、電解質膜自体でその構造を保持する自立膜式や膜厚の厚い燃料極で電解質膜を支持する支持膜式のほか、多孔質の絶縁性基体の上に電池を配置した形式なども考えられている。
【０００４】
図１は、多孔質の絶縁性基体の上にセル１を配置した形式のＳＯＦＣを説明する図である。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢印（←Ｚ）の方向から見た側面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）中Ａ−Ａ線断面図である。５は多孔質の絶縁性基体であり、その内部に燃料流通路６を備えている。燃料流路は１個または複数個設けられるが、図１には９個の例を示している。そして、絶縁性基体５の上に、順次、燃料極２、電解質（固体酸化物電解質）３及び空気極４からなるセルが配置されて構成される。
【０００５】
絶縁性基体５の内部の燃料流路６の断面形状は、図１（ｂ）に示すような断面円形状とは限らず、断面四角形状、断面矩形状、断面楕円形状その他適宜の形状に構成される。ＳＯＦＣの運転時には、燃料を図１（ｃ）中、矢印（↑）で示すように導入して燃料流路６中を流通させて端部から排出し、空気極側に酸化剤ガス（空気、酸素富化空気、酸素等、以下、代表して適宜“空気”と言う）を通し、両電極を外部負荷に接続することで電力が得られる。
【０００６】
空気極側に導入される空気中の酸素は空気極で酸化物イオン（Ｏ2-）となり、電解質を通って燃料極に至る。ここで、燃料極側に導入される燃料（水素、一酸化炭素）と反応して電子を放出し、電気と反応生成物（水、二酸化炭素）を生成する。空気極での利用済み空気は空気極オフガスとして排出され、燃料極での利用済み燃料は燃料極オフガスとして排出される。このような形式のＳＯＦＣでは、その電解質の膜厚が十μｍ〜数十μｍ程度と薄く、８００℃程度以下の低温で運転できる。このため、その構成材料として例えばステンレス鋼などの安価な材料の使用を可能とし、また小型化が可能であるなど各種利点を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図１のように、絶縁性基体５の面上に、順次、燃料極２、電解質３及び空気極４からなるセル１が配置された形式のＳＯＦＣの態様として複数のセルを横縞状に配置した形式のものが開発されつつある。図２はこの形式の態様例を説明する図である。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ左右側面図、図２（ｄ）は図２（ａ）中Ａ−Ａ線断面図、図２（ｅ）は図２（ａ）中Ｂ−Ｂ線断面を拡大して示した図、図２（ｆ）は図２（ｅ）の一部を拡大して示した図である。
【０００８】
図２中、図１と共通する部分、部材については同じ符号を用いている。７は隣接するセル１間を電気的に接続するインターコネクタ、８はインターコネクタ７とセル１を構成する空気極とを連結する導電性部材でこれもインターコネクタである。なお、図２（ａ）、（ｄ）のとおり、燃料導入口側のセルにもインターコネクタ７が配置されている。
【０００９】
ここで、絶縁性基体５の上下両面と各セル１の配置関係について見ると、絶縁性基体５の上下両面は平滑であるので、特に図２（ｅ）〜（ｆ）に示すように、各セル１は基体５の平滑面に対応して平滑に形成される。このため、セルの発電に係わる各セルの実質面積は平滑面に対応した面積となり、それに対応した電流密度及び出力密度、すなわちセルの単位投影面積当たり得られる電流値及び出力値となり、これで限度である。したがって、そのままで、より高い電流密度及び出力密度を得るためには絶縁性基体５を大きくしてその上下両面の各セル面積を大きくするほかはない。
【００１０】
これに対して、本発明は、絶縁性基体自体の大きさは実質上そのままで、その表面に凹凸を付与し、その凹凸面に各セルを形成することにより、発電に係わる実質セル面積を増大させ、より高い電流密度及び出力密度、すなわちセルの単位投影面積当たり得られる電流値及び出力値を得るようにしてなる横縞方式の固体酸化物形燃料電池及びその作製方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、内部に燃料流路を有する多孔質絶縁性基体の外面に固体酸化物形燃料電池セルの複数個を配置してなる横縞方式の固体酸化物形燃電池であって、該多孔質絶縁性基体の表面が凹凸に形成されたものを用いることで、該凹凸面と燃料極及び空気極の両電極材料との接合面にも該凹凸面に対応する凹凸構造を自然に反映させ、発電に係わる実質セル面積を増大させてなることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池を提供する。
【００１２】
また、本発明は、内部に燃料流路を有する多孔質絶縁性基体の外面に固体酸化物形燃料電池セルの複数個を配置してなる横縞方式の固体酸化物形燃電池の作製方法であって、該多孔質絶縁性基体の表面を凹凸に形成し、その凹凸面に固体酸化物形燃電池セルを形成することにより、燃料極及び空気極の両電極材料との接合面にも該凹凸面に対応する凹凸構造を自然に反映させ、発電に係わる実質セル面積を増大させることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池の作製方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内部に燃料流路を有する多孔質絶縁性基体の外面に燃料極、電解質及び空気極を有する固体酸化物形燃料電池セルの複数個を横縞状に配置してなる固体酸化物形燃電池において、多孔質絶縁性基体自体の大きさは実質上そのままで、発電に係わる実質セル面積、すなわち発電に寄与する各セルの面積を実質的に増大させ、高い電流密度及び出力密度の電力を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、内部に燃料流路を有する多孔質絶縁性基体の外面に燃料極、電解質及び空気極を有する固体酸化物形燃料電池セルの複数個を配置してなる横縞方式の固体酸化物形燃電池である。そして、該多孔質絶縁性基体の表面が凹凸に形成されたものを用いることで、該凹凸面と燃料極及び空気極の両電極材料との接合面にも凹凸面に対応する凹凸構造を自然に反映させ、発電に係わる実質セル面積を増大させてなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、内部に燃料流路を有する多孔質絶縁性基体の外面に燃料極、電解質及び空気極を有する固体酸化物形燃料電池セルの複数個を配置してなる横縞方式の固体酸化物形燃電池の作製方法である。そして、該多孔質絶縁性基体の表面を凹凸に形成し、その凹凸面にセルを形成することにより、燃料極及び空気極の両電極材料との接合面にも該凹凸面に対応する凹凸構造を自然に反映させ、発電に係わる実質セル面積を増大させることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、多孔質絶縁性基体をその表面に凹凸を形成して構成することが重要である。図３〜４はその態様を説明する図である。図３は斜視図として示している。図３のとおり、多孔質絶縁性基体を、その表裏両面に波形の凹凸を備えるように構成する。波形の凹凸は、基体の長手方向すなわち燃料流路６の方向に対して直角ないしほぼ直角に形成される。また、図３〜４では、９個の燃料流路６を有する多孔質絶縁性基体５を示しているが、燃料流路６の数は適宜選定される。その凹凸は表裏両面のほか、多孔質絶縁性基体の片面、すなわち表面及び裏面のうちの一方に形成する態様もあるが、本明細書及び特許請求の範囲では、それらを含めて“多孔質絶縁性基体の表面”または“多孔質絶縁性基体の外面”と称している。
【００１７】
多孔質絶縁性基体の表面の凹凸は、図３の態様では、波形凹凸の凸部が各燃料流路６の上（または下）になるように形成されているが、図４（ａ）のように、その凹凸の凹部が各燃料流路６の上（または下）になるようにしてもよく、また、波形凹凸の凸部や凹部が燃料流路６の位置に対して規則性（例えば図３や図４（ａ）に示すような規則性）を持たないようにしてもよい。図４（ｂ）は図３や図４（ａ）の場合よりも波形凹凸を小刻みに形成した態様、図４（ｃ）は凹凸を断面台形状に形成した態様、図４（ｄ）は凹凸を断面ジグザグ状に形成した態様である。
【００１８】
本発明においては、そのような凹凸を有する多孔質絶縁性基体の表面すなわち凹凸面上にＳＯＦＣセルを形成する。図５はその態様を説明する図である。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ左右側面図、図５（ｄ）は図５（ａ）中Ａ−Ａ線断面図、図５（ｅ）は図５（ａ）中Ｂ−Ｂ線断面を拡大して示した図、図５（ｆ）は図５（ｅ）の一部を拡大して示した図である。図５（ａ）〜（ｆ）中、図１〜４と共通する部分、部材については同じ符号を用いている。図５では、絶縁性基体５の表面上のセルは、その上下両面にそれぞれ９個、合計１８個配置した例を示しているが、その数は適宜選定される。
【００１９】
ここで、絶縁性基体５の上下両面と各セル１の配置関係について見ると、絶縁性基体５の上下両面は断面波状であるので、図５（ｅ）〜（ｆ）に示すように、各セル１はその断面波状の面に対応して断面波状に形成される。各セル１を構成する燃料極、電解質、空気極ともに同じである。すなわち、各セル１の燃料極、電解質、空気極は、基体５の凹凸面に反映されて自然に凹凸構造に形成される。このため、セルの発電に係わる各セルの面積は断面波状の面積に対応した面積となり、従来のように（前述図２参照）のようにセルを平滑面に形成するのに対して、より大きな面積となる。
【００２０】
これにより、そのようなより大きな面積に対応した電流密度及び出力密度（つまりセルの単位投影面積当たり得られる電流値及び出力値）となり、基体５の大きさ、すなわち基体５の幅、長さ、厚さは同じでも、従来に比べて、より大きな電流密度及び出力密度を得ることができる。一例として、従来のものと同等の電流を取り出しても、セルの電圧降下が低減される。したがって、電池の単位投影面積当たりに得られる電流密度を向上させることができる。
【００２１】
ところで、特開平９−３２０６１６号公報によると、電解質膜自体でその構造を保持する自立膜式のＳＯＦＣセルについてであるが、その電解質膜の両面に燃料電極及び空気あるいは酸素電極を密着接合して電池を構成する際、電解質膜の表面を予め粗面加工し、両電極材との接合界面を凹凸構造とすることによって、発電反応に係わる実質面積を増大させ、高い電流密度及び出力密度（電池の単位投影面積当たり得られる電流及び出力値）の発生を可能としたとしている。
【００２２】
図９は、上記公報に高出力型固体酸化物燃料電池として紹介されたセルの構造図である。図９中、２１は固体酸化物電解質、２３は燃料極、２４は空気極である。その作製に際し、まず（ａ）平滑な固体酸化物電解質膜２１の両面を粗面加工（２２）する。その粗面加工は、例えば、酸による化学的処理、サンドブラストや研磨による機械的処理などが利用できるとされている。次に（ｂ）粗面化された電解質膜１１の両面に燃料極及び空気極２４の材料を密着接合（２５）させる。（ｃ）以上の方法によって凹凸構造を有した界面２６を得る。
【００２３】
【特許文献１】特開平９−３２０６１６号公報
【００２４】
そのように電解質膜の表面を予め粗面加工し、両電極材との接合界面を凹凸構造とする場合には、電解質膜の表面を予め粗面加工をすることが必須である。しかし、膜厚の厚い燃料極で電解質膜を支持する支持膜式や多孔質の絶縁性基体の上に電池を配置した形式などのＳＯＦＣセルの場合には、その膜厚は高々数十μｍ程度であり、その電解質膜表面に予め粗面加工をすることは非常に困難である。それがたとえ可能であるとしても、強度が非常に弱くなり、熱サイクルや熱衝撃でセルが割れるといった現象が生じ、セルとしての信頼性を損なう可能性がある。
【００２５】
また、発電に寄与するＳＯＦＣセルの面積、すなわち発電に係わるセルの実質面積は、積層された燃料極、電解質及び空気極の各層のうち、その面積が最小の層の面積〔図１（ａ）〜（ｂ）で言えば、それら三層のうち最小の面積である空気極４の面積〕で決まるが、上記公報に記載のＳＯＦＣセルでの燃料極及び空気極の各層の表面は平滑のままであり、発電に係わるセルの実質面積を大きくしたものではない。
【００２６】
これに対して、本発明は、上記公報のような自立膜式ではなく、多孔質の絶縁性基体の上にセルを配置した横縞方式のＳＯＦＣに対して適用する。そして、絶縁性基体の表面に凹凸を形成するのでその加工も容易である。その際、絶縁性基体の表面への凹凸の形成は適宜の方法で行える。例えば、絶縁性基体を押出成形法により形成すると、一度の押出工程で燃料流路、表面凹凸を有する絶縁性基体を形成できる。
【００２７】
本発明においては、こうして構成した凹凸表面を有する絶縁性基体の表面に順次、燃料極、電解質、空気極を形成してセルを形成する。その際、形成される燃料極、電解質、空気極は、絶縁性基体の凹凸表面を自然に反映し、対応した凹凸状に形成される。すなわち、基体と燃料極（電極材料）の接合面、燃料極（電極材料）と電解質の接合面、また電解質と空気極（電極材料）の接合面にも、基体の凹凸面の構造が自然に反映され、セルとしての表面である燃料極及び空気極（すなわち両電極材料）の各層の表面が大きくなり、発電に係わるセルの実質面積を増大させることができる。
【００２８】
本発明における、絶縁性基体の構成材料としては、ＭｇＯとＭｇＡｌ2Ｏ4の混合物、ＭｇＯとＭｇＡｌ2Ｏ4とＮｉＯの混合物、ジルコニア系酸化物、ジルコニア系酸化物とＮｉＯの混合物、ジルコニア系酸化物とＭｇＯとＭｇＡｌ2Ｏ4の混合物、ジルコニア系酸化物とＭｇＯとＭｇＡｌ2Ｏ4とＮｉＯの混合物等を用い得るが、これらに限定されない。また、ジルコニア系酸化物の例としては、イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ2Ｏ3）X（ＺｒＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０３〜０．１２）〕などが挙げられる。これらはＮｉ等の触媒金属を含むのが好ましい。
【００２９】
燃料極の構成材料としては、例えばＮｉを主成分とする材料、金属を含むセラミック材料などが用いられるが、これらに限定されない。金属を含むセラミック材料のうち、セラミック材料としては、例えばイットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ2Ｏ3）X（ＺｒＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕が用いられ、金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ及びＰｄから選ばれた少なくとも１種の金属、すなわちそれら金属のうち１種または２種以上の金属が用いられる。
【００３０】
電解質の構成材料は、イオン導電性を有する固体電解質であればよく、その例としては下記（１）〜（４）の材料が挙げられるが、これら例示の材料に限定されない。
（１）イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ2Ｏ3）X（ＺｒＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕。
（２）スカンジア安定化ジルコニア〔（Ｓｃ2Ｏ3）X（ＺｒＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕。
（３）イットリアドープセリア〔（Ｙ2Ｏ3）X（ＣｅＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０２〜０．４）〕。
（４）ガドリアドープセリア〔（Ｇｄ2Ｏ3）X（ＣｅＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０２〜０．４）〕。
【００３１】
また、空気極の構成材料としては、ＳｒドープのＬａＭｎＯ3などの多孔質材料が用いられるが、これに限定されない。
【００３２】
本発明によれば、以上のようにすることで、より大きなセル面積に対応した電流密度及び出力密度（すなわち、セルの単位投影面積当たり得られる電流値及び出力値）となり、従来に比べて、より大きな電流密度及び出力密度を得ることができ、セルの単位投影面積当たりに得られる電流密度を向上させることができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例を基に本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもちろんである。実施例１〜２として図５に示すような横縞式のＳＯＦＣセルを作製した。ここで用いた絶縁性基体は図４に示す波状の基体である。また、比較例として図２に示すような横縞式のＳＯＦＣセルを作製した。なお、これらＳＯＦＣセルはＰＣＴ／ＪＰ２００４／００４５９５の実施例１〜２に準じて作製したものである。そして、これらのセルについて性能試験を実施した。
【００３４】
〈実施例１のＳＯＦＣセルの作製〉
（１）多孔質絶縁性基体の作製
一酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアを重量比１：４で混合した粉末に、混合粉末総量の１５ｗｔ％のグラファイトを添加し、さらに蒸留水を加えた後、ボールミルで２０時間混合した。この混合溶液に有機溶媒（トルエンと２−プロパノールの混合溶媒、以下有機溶媒について同じ）、分散剤、消泡剤を加え、スプレードライヤーを使用して粉末とした。得られた粉末を用いて、押し出し成形法により、図４に示すように、９個の中空部を有し、表面波状の扁平状の多孔質絶縁性基体を作製した。図５（ａ）〜（ｆ）中５として示す部材である。９個の中空部は燃料流路となる。
【００３５】
（２）多孔質絶縁性基体への燃料極の作製
一酸化ニッケルとイットリア安定化ジルコニアを重量比２：３で混合した粉末１００ｇに、有機溶媒、分散剤、消泡剤を加え、ボールミルで２０時間混合してスラリーを作製した。前記（１）多孔質絶縁性基体の作製で作製した多孔質絶縁性基体上にスクリーン印刷により燃料極を形成した。図５（ｆ）中２として示す層である。
【００３６】
（３）電解質の作製
（ａ）イットリア安定化ジルコニアに、有機溶媒、バインダー、分散剤を添加し、ボールミルで２４時間混合してスラリーを作製した。（ｂ）前記（２）多孔質絶縁性基体への燃料極の作製で得られた多孔質絶縁性基体のインターコネクタ形成部にマスキングテープを取り付けて、上記（ａ）で得られたスラリーに浸漬し、これを２回繰り返した。その後マスキングテープを除去した。（ｃ）上記（ｂ）の処理をした絶縁性基体を１５００℃で、７．５時間熱処理した。これにより、絶縁性基体と燃料極と電解質を共焼結した。電解質は図５（ｆ）中３として示す層である。
【００３７】
（４）インターコネクタ材料の付与
有機溶媒にＡｇ粉末とガラス粉末（ＳｉＯ2−ＳｒＯ−Ｋ2Ｏ−Ｎａ2Ｏ系接合材）を混合し、ボールミルで２０時間混合してスラリーを作製した。このスラリーを用いてドクターブレード法によりテープ状に成形した。次いで、前記（３）電解質の作製で得られた多孔質絶縁性基体のマスキング部分、すなわちマスキングテープの除去により燃料極が露出している部分より１ｍｍ程度電解質に重なるように、上記で得られたテープを貼り付けた。
【００３８】
（５）空気極の作製とインターコネクタ材料の緻密化
ペロブスカイト型酸化物（Ｌａ0.6Ｓｒ0.4）Ｃｏ0.2Ｆｅ0.8Ｏ3の粉末に有機溶媒、分散剤、消泡剤を添加し、ボールミルで２０時間混合してスラリーを作製した。次いで、前記（４）インターコネクタ材料の付与で得られた多孔質絶縁性基体と燃料極上の電解質面に上記スラリーをスクリーン印刷により塗布した後、９２５℃、２時間熱処理した。これにより、空気極を焼成するとともに、緻密なインターコネクタを形成した。空気極は図５（ｆ）中４として示す層であり、緻密なインターコネクタは図５（ａ）、（ｄ）中７として示す部分である。
【００３９】
（６）空気極と緻密なインターコネクタとの接続材料の作製
有機溶媒にＡｇ粉末とガラス粉末（ＳｉＯ2−ＳｒＯ−Ｋ2Ｏ−Ｎａ2Ｏ系接合材）を重量比６：４の割合で混合し、ボールミルで２０時間混合して、スラリーを作製した。このスラリーを用いて、スクリーン印刷法によりテープ状に成形した。
【００４０】
（７）空気極と緻密なインターコネクタとの接続
前記（６）空気極と緻密なインターコネクタとの接続材料の作製で得られたテープを、前記（５）空気極の作製とインターコネクタの緻密化で得られた空気極の表面と緻密なインターコネクタの上に配置した後、８００℃で２時間熱処理して、空気極と緻密なインターコネクタを電気的に接続した。図５（ａ）中８として示す部分である。
【００４１】
こうして図５（ａ）〜（ｆ）に示す横縞式のＳＯＦＣセルを作製した。図５（ａ）〜（ｆ）には各部材、部分の寸法（数値はｍｍ単位）を併記している。
【００４２】
〈実施例２のＳＯＦＣセルの作製〉
多孔質絶縁性基体として、図４（ｂ）のように波形凹凸を小刻みに形成した多孔質絶縁性基体を作製し、これを用いた以外は前記〈実施例１のＳＯＦＣセルの作製〉と同様にして、図５（ａ）〜（ｆ）に示すような横縞式の実施例２のＳＯＦＣセルを作製した。各部材、部分の寸法は〈実施例１のＳＯＦＣセルの作製〉で得たものと同様である。
【００４３】
〈比較例ＳＯＦＣセルの作製〉
多孔質絶縁性基体として、平滑な面を有する多孔質絶縁性基体を作製した以外は、〈実施例ＳＯＦＣセルの作製〉と同様にして、図２（ａ）〜（ｆ）に示す横縞式の比較例ＳＯＦＣセルを作製した。図２（ａ）〜（ｆ）には各部材、部分の寸法（数値はｍｍ単位）を併記している。図２（ａ）〜（ｆ）のとおり、比較例ＳＯＦＣセルでの各部材、部分の寸法は〈実施例１のＳＯＦＣセルの作製〉で得たものと同様である。
【００４４】
〈性能試験〉
実施例１のＳＯＦＣセル、実施例２のＳＯＦＣセル及び比較例のＳＯＦＣセルについて性能試験を行った。各ＳＯＦＣセルをそれぞれ、図６のようにセットして、電気炉中に配置し、燃料として水素を燃料流路６に流すとともに、空気極側に空気を流して試験した。その際、作動温度を７５０℃、燃料利用率（Ｕｆ）はともに７５％と一定とした。なお、図６（ａ）の中央部に示すセルは図６（ｂ）中Ａ−Ａ線断面図に相当し、また図６中、９は空気分配機構、１０は空気導入管、１１は空気放出孔である。
【００４５】
図７〜８はその結果を示す図である。各ＳＯＦＣセルは多孔質基体の一面に９個（表裏両面で１８個）のセルが横縞状に等間隔に配置されているが、実施例１のＳＯＦＣセルにおける各セルの面積（＝各セルの空気極の面積）は同じであり、実施例２のＳＯＦＣセルにおける各セルの面積は同じであり、比較例のＳＯＦＣセルにおける各セルの面積は同じであるので、図７〜８での電流密度、セル電圧、出力密度の値は、それぞれ、測定された電圧値、電流値を基に１個のセルに換算して示している。
【００４６】
図７は、電流密度値に対応するセル電圧値をプロットしたものである。まず、比較例におけるセル電圧値は、電流密度の増加に伴い低下し、電流密度０．１Ａ/ｃｍ2では０．８３Ｖ、電流密度０．２Ａ/ｃｍ2では０．７１Ｖ、０．３Ａ/ｃｍ2では０．６Ｖ、電流密度０．３５Ａ/ｃｍ2では０．５５Ｖにまで低下してしまう。
【００４７】
これに対して、実施例１でのセル電圧値は、電流密度の増加に伴い低下はするが、その程度は比較例に比べて小さく、電流密度０．１Ａ/ｃｍ2では０．８８Ｖ、電流密度０．２Ａ/ｃｍ2では０．７８Ｖ、０．３Ａ/ｃｍ2では０．６７Ｖ、電流密度０．３５Ａ/ｃｍ2では０．６１Ｖの値を示している。また、実施例２においては、電流密度の増加に伴うセル電圧値の低下程度は、比較例に比べてさらに小さく、電流密度０．１Ａ/ｃｍ2では０．８９Ｖ、電流密度０．２Ａ/ｃｍ2では０．７９Ｖ、０．３Ａ/ｃｍ2では０．６９Ｖ、電流密度０．３５Ａ/ｃｍ2でも０．６５Ｖの値を示している。
【００４８】
次に、図８は、電流密度値に対応する出力密度をプロットしたものである。まず、比較例における出力密度は、電流密度の増加に伴い増加するが、その程度は低く、電流密度０．１Ａ/ｃｍ2では０．０７Ｗ/ｃｍ2、電流密度０．２Ａ/ｃｍ2では０．１４Ｗ/ｃｍ2、０．３Ａ/ｃｍ2では０．１７Ｗ/ｃｍ2、電流密度０．３５Ａ/ｃｍ2では０．１９Ｗ/ｃｍ2である。
【００４９】
これに対して、実施例１での出力密度は比較例に比べて改善され、電流密度０．１Ａ/ｃｍ2では０．０８Ｗ/ｃｍ2、電流密度０．２Ａ/ｃｍ2では０．１５Ｗ/ｃｍ2、０．３Ａ/ｃｍ2では０．２Ｗ/ｃｍ2、電流密度０．３５Ａ/ｃｍ2では０．２２Ｗ/ｃｍ2の値を示している。また、実施例２においては、電流密度の増加に伴う出力密度は、比較例に比べてさらに改善され、電流密度０．１Ａ/ｃｍ2では０．０８Ｗ/ｃｍ2、電流密度０．２Ａ/ｃｍ2では０．１５Ｗ/ｃｍ2、０．３Ａ/ｃｍ2では０．２１Ｗ/ｃｍ2、電流密度０．３５Ａ/ｃｍ2では０．２３Ｗ/ｃｍ2の値を示している。
【００５０】
このように、本発明によれば、全体として同じ大きさで、従来に比べて高いセル電圧、出力密度を得ることができる。これは、絶縁性基体の表面に凹凸を付けることにより、その凹凸面に形成した各セルの面積を大きくできたことによるものである。ＳＯＦＣを実用化するに際しては、同じ出力でも如何にコンパクト化するかが重要な課題の一つであるが、本発明はこの課題の解決に大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】多孔質絶縁性基体の上にセルを配置した形式の固体酸化物形燃料電池を説明する図
【図２】横縞方式の固体酸化物形燃料電池の態様例を説明する図
【図３】本発明における多孔質絶縁性基体の表面に凹凸を形成する態様例を説明する図
【図４】多孔質絶縁性基体表面の凹凸の態様例を示す図
【図５】表面に凹凸を有する多孔質絶縁性基体表面上にセルを形成する態様を説明する図
【図６】実施例における〈性能試験〉で用いた試験装置の概略を示す図
【図７】性能試験の結果を示す図
【図８】性能試験の結果を示す図
【図９】先行技術における固体酸化物燃料電池のセル構造を示す図
【符号の説明】
【００５２】
１  ＳＯＦＣセル
２  燃料極
３  固体酸化物電解質
４  空気極
５  絶縁性基体
６  燃料流路
７、８  インターコネクタ
９  空気分配機構
１０  空気導入管
１１  空気放出孔
２１  固体酸化物電解質
２３  燃料極
２４  空気極あるいは酸素極
２６  固体酸化物電解質と空気極あるいは酸素極２４間の凹凸界面
【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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【図８】
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【図９】
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