(57)【要約】【課題】  固体電解質形燃料電池スタック及びこれを用いた固体電解質形燃料電池モジュール並びに固体電解質形燃料電池スタックの製造方法を提供する。【解決手段】  本発明のスタックは、第１単セル１１と、第２単セル１２と、セラミック製インターコネクタ２と、を有する積層体を備え、第１燃料極１１２とインターコネクタ２との対向面の間に燃料ガス流路を有し、第２空気極１２３とインターコネクタ２との対向面の間に支燃性ガス流路を有し、且つ第１燃料極１１２と第２空気極１２３とが、インターコネクタ２を貫通するビア導体２１を介して接続されている。モジュールは、複数のスタックが集積されてなる。スタックの製造方法は、未焼成単セル用積層シート作製工程、未焼成インターコネクタ用積層シート作製工程、未焼成ユニットセル用複合シート作製工程、複合体形成工程、圧着体形成工程、圧着体を切断する未焼成スタック作製工程、及び未焼成体を焼成するスタック作製工程、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１固体電解質体１１１、該第１固体電解質体１１１の一面に設けられた第１燃料極１１２、及び該第１固体電解質体１１１の他面に設けられた第１空気極１１３を有する第１単セル１１と、第２固体電解質体１２１、該第２固体電解質体１２１の一面に設けられた第２燃料極１２２、及び第２該固体電解質体１２１の他面に設けられた第２空気極１２３を有する第２単セル１２と、一面側が該第１固体電解質体１１１の該一面の該第１燃料極１１２の両側部に接合され、且つ他面側が該第２固体電解質体１２１の該他面の該第２空気極１２３の両側部に接合されているセラミック製インターコネクタ２と、を有する積層体を備え、
該第１燃料極１１２と該セラミック製インターコネクタ２との対向面の間に燃料ガス流路ｆを有し、該第２空気極１２３と該セラミック製インターコネクタ２との対向面の間に支燃性ガス流路ｓを有し、且つ該第１燃料極１１２と該第２空気極１２３とが、該セラミック製インターコネクタ２に形成されたビア導体２１を介して接続されていることを特徴とする固体電解質形燃料電池スタック。
【請求項２】
上記第１単セル１１と上記第２単セル１２とが上記セラミック製インターコネクタ２により接続されている方向を長さ方向とし、且つ該長さ方向と直交する方向の断面が正方形又は長方形である請求項１に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
【請求項３】
上記断面が正方形であるときの一辺の寸法が５〜２０ｍｍ、且つ上記長さ方向の寸法が２０〜１００ｍｍである、又は該断面が長方形であるときの短辺が５〜２０ｍｍ、長辺が５〜１００ｍｍ、且つ上記長さ方向の寸法が２０〜１００ｍｍである請求項２に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
【請求項４】
上記第１燃料極１１２及び上記第２空気極１２３の各々と、上記セラミック製インターコネクタ２との、それぞれの対向面の間の距離が０．２〜２ｍｍである請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
【請求項５】
上記セラミック製インターコネクタ２はアルミナを主成分とする請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
【請求項６】
上記第１固体電解質体１１１及び上記第２固体電解質体１２１は、各々アルミナを含有するジルコニアからなり、且つ該アルミナと該ジルコニアとの合計を１００質量％とした場合に、該アルミナはそれぞれ０．１〜２０質量％である請求項５に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
【請求項７】
上記第１固体電解質体１１１及び上記第２固体電解質体１２１は、各々ジルコニアからなり、又はアルミナとジルコニアとの合計を１００質量％とした場合に０．１〜２０質量％のアルミナを含有するジルコニアからなり、且つ該固体電解質体１１１及び該固体電解質体１２１のそれぞれと、上記セラミック製インターコネクタ２とが、各々アルミナとジルコニアとを含有する中間セラミック層を介して接合されている請求項５に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
【請求項８】
請求項２乃至７のうちのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池スタックが集積されてなる固体電解質形燃料電池モジュールであって、
各々の該固体電解質形燃料電池スタックの、燃料ガス流路が開口している側面同士及び／又は支燃性ガス流路が開口している側面同士、が所定の間隔を隔てて対向するように並行に配置された複数の該固体電解質形燃料電池スタックと、それぞれの該固体電解質形燃料電池スタックに供給される燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するため、各々の該固体電解質形燃料電池スタックの間隙に配設された隔離部材６と、を備えることを特徴とする固体電解質形燃料電池モジュール。
【請求項９】
燃料ガスの流通方向と支燃性ガスの流通方向とが交差している請求項８に記載の固体電解質形燃料電池モジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法であって、
未焼成第１固体電解質シート１１１’の一面及び他面の各々に、複数の未焼成第１燃料極用帯状シート１１２’と、複数の未焼成第１空気極用帯状シート１１３’とを、それぞれの方向が交差するように形成して未焼成第１単セル用積層シート１１’を作製し、未焼成第２固体電解質シート１２１’の一面及び他面の各々に、複数の未焼成第２燃料極用帯状シート１２２’と、複数の未焼成第２空気極用帯状シート１２３’とを、それぞれの方向が交差するように形成して未焼成第２単セル用積層シート１２’を作製する未焼成単セル用積層シート作製工程と、
未焼成セラミックシート２２’の一面と未焼成第１セラミック開口シート２３１’及び該未焼成セラミックシート２２’の他面と未焼成第２セラミック開口シート２３２’を、該未焼成第１セラミック開口シート２３１’と該未焼成第２セラミック開口シート２３２’の各々が有する帯状の開口部の方向が交差するように積層し、且つ該未焼成セラミックシート２２’、該未焼成第１セラミック開口シート２３１’及び該未焼成第２セラミック開口シート２３２’が積層されている部分にインターコネクタ側ビアホールを設け、該インターコネクタ側ビアホールに導電材料を充填し、未焼成ビア導体２１’を形成して未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２’を作製する未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート作製工程と、
上記未焼成第１単セル用積層シート１１’及び上記未焼成第２単セル用積層シート１２’を含む複数の未焼成単セル用積層シートと、上記未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２’を含む該未焼成単セル用積層シートより１個少ない未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとが、未焼成第１セラミック開口シートが有する開口部に未焼成空気極が嵌め込まれ、未焼成第２セラミック開口シートが有する開口部に未焼成燃料極が嵌め込まれるように交互に積層され、且つ積層方向の両端面に、未焼成端面用シート３１’と該未焼成端面用シート３１’の一面に積層された帯状の開口部を有する未焼成端面用開口シート３２’とからなる未焼成セラミック端面シート３’が、該開口部に、それぞれの端面に形成されている未焼成空気極又は未焼成燃料極が嵌め込まれるように積層され、該未焼成セラミック端面シート３’が、上記固体電解質形燃料電池スタックの最下面又は最上面でない場合は、該未焼成セラミック端面シート３’に、インターコネクタ側ビアホールと連通する端面シート側ビアホールが設けられ、該端面シート側ビアホールに導電材料が充填されて未焼成端面シート側ビア導体３３’が形成されてなる未焼成ユニットセル用複合シートａを作製する未焼成ユニットセル用複合シート作製工程と、
複数の上記未焼成ユニットセル用複合シートａを、積層された未焼成ユニットセル用複合シートのうちの一方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成空気極と、他方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成燃料極とが対向するように、且つ該未焼成空気極の方向と該未焼成燃料極の方向とが交差するように積層して複合体とする複合体形成工程と、
該複合体を積層方向に圧着して圧着体ｂとする圧着体形成工程と、
上記圧着体ｂを、上記未焼成第１セラミック開口シートが有する上記開口部間、及び上記未焼成第２開口セラミックシートが有する上記開口部間において、圧着方向に切断して未焼成固体電解質形燃料電池スタックを作製する未焼成固体電解質形燃料電池スタック作製工程と、
複数の上記未焼成固体電解質形燃料電池スタックを焼成して固体電解質形燃料電池スタックを作製する固体電解質形燃料電池スタック作製工程と、を備えることを特徴とする固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１１】
上記切断がワイヤーソーによりなされる請求項１０に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。
【請求項１２】
上記未焼成単セル用積層シート作製工程において、未焼成固体電解質シートの一面に、未焼成燃料極用帯状シートと、該一面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられたインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように燃料極側未焼成導電パターン４１’を形成し、且つ該未焼成固体電解質シートの他面に、未焼成空気極用帯状シートと、該他面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられるインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように空気極側未焼成導電パターン４２’を形成する請求項１０又は１１に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質形燃料電池スタック及びこれを用いた固体電解質形燃料電池モジュール並びに固体電解質形燃料電池スタックの製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、単セルがセラミック製インターコネクタにより積層された構造を備え、隣り合う単セルのうちの一方の燃料極と他方の空気極とがセラミック製インターコネクタに形成されたビア導体を介して接続されている固体電解質形燃料電池スタック及び複数のスタックを集積してなる固体電解質形燃料電池モジュール並びに固体電解質形燃料電池スタックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体電解質形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」ということもある。）は、単セルの出力電圧が１Ｖ未満である。従って、例えば、パワーコンディショナーの好ましい入力電圧（通常、１２０Ｖ以上）にするためには、多数の単セルを直列に接続して用いる必要がある。そのため、実用的なＳＯＦＣとしては、単セルを縦方向に電気的に直列に積み重ねた、所謂、スタック構造が提案されている。このようなスタック構造では、単セル間を直列に接続するインターコネクタが用いられ、このインターコネクタと燃料極及び空気極との間にニッケルフェルト等の金属フェルト及び金属板を介装させて、電気的な導通が確保されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４６１２９号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のような構造では、ＳＯＦＣの起動と停止とを繰り返した場合の熱サイクルにより経時とともに導通が不安定になり、ＳＯＦＣの機能が大きく低下することがある。更に、従来のスタック構造では、多数の単セルを積み重ね、これを構造体として保持するためには、単セルの面積を大きくせざるを得ない。その結果、所定の出力電圧は得られるものの、その電力は、家庭用コージェネレーションシステム及び車載用ＳＯＦＣ等の通常の所要電力である数ｋＷより著しく過剰になってしまうという問題がある。一方、電力を数ｋＷにしようとすると、単セルの積み重ね数が少なくなり、パワーコンディショナー等の好ましい入力電圧に達しないため、電圧変換の機構が複雑になり、システムが高価になるとともに、変圧による電力損失が大きくなるという問題もある。
【０００５】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、隣り合う単セルのうちの一方の単セルの燃料極と他方の単セルの空気極とがセラミック製インターコネクタに形成されたビア導体を介して接続されており、これらの単セル及びセラミック製インターコネクタが互いに強固に接合され、一体化されているため、ＳＯＦＣの起動と停止とを繰り返したときの熱サイクルを経た後も安定した導通が確保され、所定の性能が維持される固体電解質形燃料電池スタック（以下、「ＳＯＦＣスタック」ということもある。）及びその製造方法を提供することを目的とする。また、このＳＯＦＣスタックが所定間隔で並設され、且つ各々のＳＯＦＣスタックに供給される燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するための隔離部材とを備える固体電解質形燃料電池モジュール（以下、「ＳＯＦＣモジュール」ということもある。）を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下の通りである。
１．第１固体電解質体１１１、該第１固体電解質体１１１の一面に設けられた第１燃料極１１２、及び該第１固体電解質体１１１の他面に設けられた第１空気極１１３を有する第１単セル１１と、第２固体電解質体１２１、該第２固体電解質体１２１の一面に設けられた第２燃料極１２２、及び第２該固体電解質体１２１の他面に設けられた第２空気極１２３を有する第２単セル１２と、一面側が該第１固体電解質体１１１の該一面の該第１燃料極１１２の両側部に接合され、且つ他面側が該第２固体電解質体１２１の該他面の該第２空気極１２３の両側部に接合されているセラミック製インターコネクタ２と、を有する積層体を備え、該第１燃料極１１２と該セラミック製インターコネクタ２との対向面の間に燃料ガス流路ｆを有し、該第２空気極１２３と該セラミック製インターコネクタ２との対向面の間に支燃性ガス流路ｓを有し、且つ該第１燃料極１１２と該第２空気極１２３とが、該セラミック製インターコネクタ２に形成されたビア導体２１を介して接続されていることを特徴とする固体電解質形燃料電池スタック。
２．上記第１単セル１１と上記第２単セル１２とが上記セラミック製インターコネクタ２により接続されている方向を長さ方向とし、且つ該長さ方向と直交する方向の断面が正方形又は長方形である上記１．に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
３．上記断面が正方形であるときの一辺の寸法が５〜２０ｍｍ、且つ上記長さ方向の寸法が２０〜１００ｍｍである、又は該断面が長方形であるときの短辺が５〜２０ｍｍ、長辺が５〜１００ｍｍ、且つ上記長さ方向の寸法が２０〜１００ｍｍである上記２．に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
４．上記第１燃料極１１２及び上記第２空気極１２３の各々と、上記セラミック製インターコネクタ２との、それぞれの対向面の間の距離が０．２〜２ｍｍである上記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
５．上記セラミック製インターコネクタ２はアルミナを主成分とする上記１．乃至４．のうちのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
６．上記第１固体電解質体１１１及び上記第２固体電解質体１２１は、各々アルミナを含有するジルコニアからなり、且つ該アルミナと該ジルコニアとの合計を１００質量％とした場合に、該アルミナはそれぞれ０．１〜２０質量％である上記５．に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
７．上記第１固体電解質体１１１及び上記第２固体電解質体１２１は、各々ジルコニアからなり、又はアルミナとジルコニアとの合計を１００質量％とした場合に０．１〜２０質量％のアルミナを含有するジルコニアからなり、且つ該固体電解質体１１１及び該固体電解質体１２１のそれぞれと、上記セラミック製インターコネクタ２とが、各々アルミナとジルコニアとを含有する中間セラミック層を介して接合されている上記５．に記載の固体電解質形燃料電池スタック。
８．上記２．乃至７．のうちのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池スタックが集積されてなる固体電解質形燃料電池モジュールであって、各々の該固体電解質形燃料電池スタックの、燃料ガス流路が開口している側面同士及び／又は支燃性ガス流路が開口している側面同士、が所定の間隔を隔てて対向するように並行に配置された複数の該固体電解質形燃料電池スタックと、それぞれの該固体電解質形燃料電池スタックに供給される燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するため、各々の該固体電解質形燃料電池スタックの間隙に配設された隔離部材と、を備えることを特徴とする固体電解質形燃料電池モジュール。
９．燃料ガスの流通方向と支燃性ガスの流通方向とが交差している上記８．に記載の固体電解質形燃料電池モジュール。
１０．上記１．乃至７．のうちのいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法であって、未焼成第１固体電解質シート１１１’の一面及び他面の各々に、複数の未焼成第１燃料極用帯状シート１１２’と、複数の未焼成第１空気極用帯状シート１１３’とを、それぞれの方向が交差するように形成して未焼成第１単セル用積層シート１１’を作製し、未焼成第２固体電解質シート１２１’の一面及び他面の各々に、複数の未焼成第２燃料極用帯状シート１２２’と、複数の未焼成第２空気極用帯状シート１２３’とを、それぞれの方向が交差するように形成して未焼成第２単セル用積層シート１２’を作製する未焼成単セル用積層シート作製工程と、未焼成セラミックシート２２’の一面と未焼成第１セラミック開口シート２３１’及び該未焼成セラミックシート２２’の他面と未焼成第２セラミック開口シート２３２’を、該未焼成第１セラミック開口シート２３１’と該未焼成第２セラミック開口シート２３２’の各々が有する帯状の開口部の方向が交差するように積層し、且つ該未焼成セラミックシート２２’、該未焼成第１セラミック開口シート２３１’及び該未焼成第２セラミック開口シート２３２’が積層されている部分にインターコネクタ側ビアホールを設け、該インターコネクタ側ビアホールに導電材料を充填し、未焼成ビア導体２１’を形成して未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２’を作製する未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート作製工程と、上記未焼成第１単セル用積層シート１１’及び上記未焼成第２単セル用積層シート１２’を含む複数の未焼成単セル用積層シートと、上記未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２’を含む該未焼成単セル用積層シートより１個少ない未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとが、未焼成第１セラミック開口シートが有する開口部に未焼成空気極が嵌め込まれ、未焼成第２セラミック開口シートが有する開口部に未焼成燃料極が嵌め込まれるように交互に積層され、且つ積層方向の両端面に、端面用シート３１’と該端面用シート３１’の一面に積層された帯状の開口部を有する端面用開口シート３２’とからなる未焼成セラミック端面シート３’が、該開口部に、それぞれの端面に形成されている未焼成空気極又は未焼成燃料極が嵌め込まれるように積層され、該未焼成セラミック端面シート３’が、上記固体電解質形燃料電池スタックの最下面又は最上面でない場合は、該未焼成セラミック端面シート３’に、インターコネクタ側ビアホールと連通する端面シート側ビアホールが設けられ、該端面シート側ビアホールに導電材料が充填されて未焼成端面シート側ビア導体３３’が形成されてなる未焼成ユニットセル用複合シートａを作製する未焼成ユニットセル用複合シート作製工程と、複数の上記未焼成ユニットセル用複合シートを、積層された未焼成ユニットセル用複合シートのうちの一方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成空気極と、他方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成燃料極とが対向するように、且つ該未焼成空気極の方向と該未焼成燃料極の方向とが交差するように積層して複合体とする複合体形成工程と、該複合体を積層方向に圧着して圧着体ｂとする圧着体形成工程と、上記圧着体を、上記未焼成第１セラミック開口シートが有する上記開口部間、及び上記未焼成第２開口セラミックシートが有する上記開口部間において、圧着方向に切断して未焼成固体電解質形燃料電池スタックを作製する未焼成固体電解質形燃料電池スタック作製工程と、複数の上記未焼成固体電解質形燃料電池スタックを焼成して固体電解質形燃料電池スタックを作製する固体電解質形燃料電池スタック作製工程と、を備えることを特徴とする固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。
１１．上記切断がワイヤーソーによりなされる上記１０．に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。
１２．上記未焼成単セル用積層シート作製工程において、未焼成固体電解質シートの一面に、未焼成燃料極用帯状シートと、該一面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられたインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように燃料極側未焼成導電パターン４１’を形成し、且つ該未焼成固体電解質シートの他面に、未焼成空気極用帯状シートと、該他面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられるインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように空気極側未焼成導電パターン４２’を形成する上記１０．又は１１．に記載の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の固体電解質形燃料電池スタックでは、各々の単セルとセラミック製インターコネクタとが互いに強固に接合されて一体化されており、起動と停止とを繰り返したときの熱サイクルを経た後も安定した導通が確保され、所定の発電性能が維持される。
また、第１単セル１１と第２単セル１２とがセラミック製インターコネクタ２により接続されている方向を長さ方向とし、且つ長さ方向と直交する方向の断面が正方形又は長方形である場合は、小型で取り扱い易いＳＯＦＣスタックとすることができる。
更に、断面が正方形であるときの一辺の寸法が５〜２０ｍｍ、且つ長さ方向の寸法が２０〜１００ｍｍである、又は断面が長方形であるときの短辺が５〜２０ｍｍ、長辺が５〜１００ｍｍ、且つ長さ方向の寸法が２０〜１００ｍｍである場合は、より小型で、且つ十分な発電性能を有するＳＯＦＣスタックとすることができる。
また、第１燃料極１１２及び第２空気極１２３の各々と、セラミック製インターコネクタ２との、それぞれの対向面の間の距離が０．２〜２ｍｍである場合は、特に長さ方向の寸法を小さくすることができ、より小型で無用な空間が少ないＳＯＦＣスタックとすることができる。
更に、セラミック製インターコネクタ２がアルミナを主成分とする場合は、十分な強度を有するＳＯＦＣスタックすることができる。
また、第１固体電解質体１１１及び第２固体電解質体１２１は、各々アルミナを含有するジルコニアからなり、且つアルミナとジルコニアとの合計を１００質量％とした場合に、アルミナはそれぞれ０．１〜２０質量％である場合は、アルミナからなるセラミック製インターコネクタ２と、第１固体電解質体１１１及び第２固体電解質体１２１とを、より強固に接合させることができる。
更に、第１固体電解質体１１１及び第２固体電解質体１２１は、各々ジルコニアからり、又はアルミナとジルコニアとの合計を１００質量％とした場合に０．１〜２０質量％のアルミナを含有するジルコニアからなり、且つ固体電解質体１１１及び固体電解質体１２１のそれぞれと、セラミック製インターコネクタ２とが、各々アルミナとジルコニアとを含有する中間セラミック層を介して接合されている場合も、アルミナからなるセラミック製インターコネクタ２と、第１固体電解質体１１１及び第２固体電解質体１２１とを、より強固に接合させることができる。
本発明の固体電解質形燃料電池モジュールは、小型化が容易であり、無用な空間が少なく、且つ十分な発電性能を有する。
また、燃料ガスの流通方向と支燃性ガスの流通方向とが交差している場合は、燃料ガス及び支燃性ガスのそれぞれを供給し、排出するためのマニホールド等の構造を簡易なものとすることができる。
本発明の固体電解質形燃料電池スタックの製造方法によれば、各々の単セルとセラミック製インターコネクタとが互いに強固に接合されて一体化されたＳＯＦＣスタックを容易に製造することができる。
更に、切断がワイヤーソーによりなされる場合は、寸法精度の高いＳＯＦＣスタックとすることができる。
また、未焼成単セル用積層シート作製工程において、未焼成固体電解質シートの一面に、未焼成燃料極用帯状シートと、この一面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられたインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように燃料極側未焼成導電パターン４１’を形成し、且つ未焼成固体電解質シートの他面に、未焼成空気極用帯状シートと、この他面に積層されることになる未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートに設けられるインターコネクタ側ビアホールに充填された導電材料と、が接続されるように空気極側未焼成導電パターン４２’を形成する場合は、一方の単セルが有する燃料極と、他方の単セルが有する空気極とを容易に導通させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、例えば、図１〜１５を用いて本発明を詳細に説明する。
［１］固体電解質形燃料電池スタック
上記「固体電解質形燃料電池スタック」は、第１固体電解質体１１１、その一面に設けられた第１燃料極１１２及び他面に設けられた第１空気極１１３を有する上記「第１単セル１１」と、第２固体電解質体１２１、その一面に設けられた第２燃料極１２２及び他面に設けられた第２空気極１２３を有する上記「第２単セル１２」と、一面側が第１固体電解質体１１１の一面の第１燃料極１１２の両側部に接合され、且つ他面側が第２固体電解質体１２１の他面の第２空気極１２３の両側部に接合されているセラミック製インターコネクタ２と、を有する積層体を備える（図１、２参照）。
【０００９】
上記「第１固体電解質体１１１」及び上記「第２固体電解質体１２１」は、電池の作動時に燃料極に導入される燃料ガス又は空気極に導入される支燃性ガスのうちの一方の一部をイオンとして移動させることができるイオン伝導性を有する。どのようなイオンを伝導することができるかは特に限定されないが、イオンとしては、例えば、酸素イオン及び水素イオン等が挙げられる。また、上記「第１燃料極１１２」及び上記「第２燃料極１２２」は、還元剤となる燃料ガスと接触し、セルにおける負電極として機能する。更に、上記「第１空気極１１３」及び上記「第２空気極１２３」は、酸化剤となる支燃性ガスと接触し、セルにおける正電極として機能する。
【００１０】
第１固体電解質層１１１及び第２固体電解質体１２１の形成に用いる材料は燃料電池の使用条件等により適宜選択することができる。この材料としては、例えば、ＺｒＯ２系セラミック、ＬａＧａＯ３系セラミック、ＢａＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＺｒＯ３系セラミック及びＣａＺｒＯ３系セラミック等が挙げられる。これらの材料のうちでは、ＺｒＯ２系セラミックが好ましく、Ｓｃ、Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたＺｒＯ２系セラミックが好ましく、Ｓｃにより安定化されたＺｒＯ２系セラミックが特に好ましい。
【００１１】
セラミック製インターコネクタ２がアルミナを主成分とする場合は、第１固体電解質体１１１及び第２固体電解質体１２１は、各々アルミナを含有するジルコニアからなり、且つアルミナとジルコニアとの合計を１００質量％とした場合に、アルミナはそれぞれ０．１〜２０質量％、特に０．５〜１０質量％、更に１〜６質量％であることが好ましい。このジルコニアとしては、Ｓｃ、Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニアが好ましく、Ｓｃにより安定化されたジルコニアが特に好ましい。このようにジルコニアにアルミナを含有させることで、第１固体電解質体１１１及び第２固体電解質体１２１と、セラミック製インターコネクタ２とをより強固に接合させることができる。
【００１２】
更に、セラミック製インターコネクタ２がアルミナを主成分とする場合、第１固体電解質体１１１及び第２固体電解質体１２１は、各々ジルコニアからなり、又はアルミナとジルコニアとの合計を１００質量％とした場合に０．１〜２０質量％、特に０．５〜１０質量％、更に１〜６質量％のアルミナを含有するジルコニアからなり、且つ固体電解質体１１１及び固体電解質体１２１のそれぞれと、セラミック製インターコネクタ２とが、各々アルミナとジルコニアとを含有する中間セラミック層を介して接合されていることが好ましい。
尚、上記「アルミナを主成分とする」とは、セラミック製インターコネクタ２を構成するセラミックの全量を１００質量％とした場合に、アルミナが７０質量％以上、
特に８０質量％以上、更に９０質量％（１００質量％であってもよい。）であることを意味する。
【００１３】
上記の中間セラミック層におけるアルミナの含有量は特に限定されず、第１固体電解質体１１１及び第２固体電解質体１２１のそれぞれにおけるアルミナの含有量によって設定することができ、例えば、３０〜６０質量％、特に４０〜５０質量％とすることができる。このように中間セラミック層を用いることで、第１固体電解質体１１１及び第２固体電解質体１２１と、セラミック製インターコネクタ２とをより強固に接合させることができる。この場合のジルコニアとしても上記と同様の安定化ジルコニアが好ましい。
この第１固体電解質体１１１及び第２固体電解質体１２１の各々の厚さは特に限定されないが、電気抵抗と強度とを勘案し、１００〜３０００μｍ、特に１５０〜２０００μｍとすることができる。
【００１４】
上記「第１燃料極１１２」及び上記「第２燃料極１２２」の形成に用いる材料も燃料電池の使用条件等により適宜選択することができる。この材料としては、例えば、Ｎｉ及びＦｅ等の金属と、Ｓｃ、Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニア等のＺｒＯ２系セラミック、ＣｅＯ２系セラミック及び酸化マンガン等のセラミックのうちの少なくとも１種との混合物などが挙げられる。また、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ及びＦｅ等の金属が挙げられる。これらの金属は１種のみでもよいし、２種以上の金属の合金でもよい。更に、これらの金属及び／又は合金と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物（サーメットを含む。）が挙げられる。また、Ｎｉ及びＦｅ等の金属の酸化物と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物などが挙げられる。これらの材料のうちでは、Ｎｉ及びＦｅ等の金属と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物が好ましく、ＮｉとＳｃにより安定化されたＺｒＯ２系セラミックとの混合物が特に好ましい。
この第１燃料極１１２及び第２燃料極１２２の各々の厚さは特に限定されないが、１０〜５０μｍ、特に２０〜４０μｍとすることができる。
【００１５】
上記「第１空気極１１３」及び上記「第２空気極１２３」の形成に用いる材料も燃料電池の使用条件等により適宜選択することができる。この材料としては、例えば、各種の金属、金属の酸化物、金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。更に、金属の酸化物としては、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｃｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２及びＦｅＯ等）が挙げられる。また、複酸化物としては、少なくともＬａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３系複酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３系複酸化物、Ｐｒ１−ｘＢａｘＣｏＯ３系複酸化物及びＳｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複酸化物等）が挙げられる。
【００１６】
これらのうちでは複酸化物が好ましく、Ｌｎ１−ｘＭｘＣｏＯ３系複酸化物、Ｌｎ１−ｘＭｘＦｅＯ３系複酸化物及びＬｎ１−ｘＭｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複酸化物（Ｌｎは希土類元素であり、ＭはＳｒ又はＢａである。）がより好ましい。これらのＣｏ及び／又はＦｅを含有する複酸化物、特にＣｏ及びＦｅを含有する複酸化物からなる第１空気極１１３及び第２空気極１２３は、ＳＯＦＣを５００〜８５０℃、更に５００〜７５０℃の温度範囲で低温作動させた場合でも、電極として優れた性能を有する。これらの複酸化物は、Ｌｎ元素及びＭ元素の他に、更にその他の置換元素を有していてもよい。これらのＬｎ１−ｘＭｘＣｏＯ３系複酸化物、Ｌｎ１−ｘＭｘＦｅＯ３系複酸化物及びＬｎ１−ｘＭｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複酸化物のうちでも、Ｌｎ１−ｘＭｘＣｏＯ3±δ、Ｌｎ１−ｘＭｘＦｅＯ３±δ及びＬｎ１−ｘＭｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３±δで表され、０．２≦ｘ≦０．８、０．５≦ｙ≦０．９、且つ０≦δ<１（δは酸素過剰量又は酸素欠損量である。）である複酸化物が特に好ましく、ＬｎはＬａ、Ｐｒ及びＳｍのうちの少なくとも１種であることが更に好ましい。
【００１７】
上記のようなＬｎ１−ｘＭｘＣｏＯ３系複酸化物としては、例えば、Ｌａ０．６Ｓｒ０．４ＣｏＯ3±δ、Ｐｒ０．５Ｂａ０．５ＣｏＯ3±δ及びＳｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ3±δ等が挙げられる。更に、Ｌｎ１−ｘＭｘＦｅＯ３系複酸化物としては、例えば、Ｌａ０．６Ｓｒ０．４ＦｅＯ3±δ、Ｐｒ０．５Ｂａ０．５ＦｅＯ3±δ及びＳｍ０．５Ｓｒ０．５ＦｅＯ3±δ等が挙げられる。また、Ｌｎ１−ｘＭｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複酸化物としては、例えば、Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ3±δ、Ｐｒ０．５Ｂａ０．５Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ3±δ及びＳｍ０．５Ｓｒ０．５Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ3±δ等が挙げられる。
この第１空気極１１３及び第２空気極１２３の各々の厚さは特に限定されないが、１０〜１００μｍ、特に２０〜５０μｍとすることができる。
【００１８】
上記「セラミック製インターコネクタ２」（以下、インターコネクタ２ということもある。）は、一面側が第１固体電解質体１１１の一面に設けられた第１燃料極１１２の両側部に接合され、且つ他面側が第２固体電解質体１２１の他面に設けられた第２空気極１２３の両側部に接合されている（図１、２参照）。このインターコネクタ２の一面側は第１燃料極１１２の両側部の全長さに渡って接合されており、この両側部を除く部分に第１燃料極１１２が設けられている。この第１燃料極１１２は、インターコネクタ２が接合されている両側部を除く部分の全面に設けられていてもよく、一部分に設けられていてもよいが、第１単セル１１の発電効率の観点からは全面に設けられていることが好ましい。更に、インターコネクタ２の他面側は第２空気極１２３の両側部の全長さに渡って接合されており、この両側部を除く部分に第２空気極１２３が設けられている。この第２空気極１２３も、インターコネクタ２が接合されている両側部を除く部分の全面に設けられていてもよく、一部分に設けられていてもよいが、第２単セル１２の発電効率の観点からは全面に設けられていることが好ましい。
【００１９】
第１燃料極１１２の外面と、インターコネクタ２の内面との間のうちの、少なくともこれらの対向面の間には空間が形成され、これが上記「燃料ガス流路ｆ」となる（図２参照）。一方、第２空気極１２３の外面と、インターコネクタ２の内面との間のうちの、少なくともこれらの対向面の間には空間が形成され、これが上記「支燃性ガス流路ｓ」となる（図２参照）。これらの燃料ガス流路及び支燃性ガス流路は、その断面積が大きいほどガスを低抵抗で流通させることができる。一方、対向面の間の距離が大きくなると、積層方向の寸法が大きくなり、ＳＯＦＣスタックが大型になってしまうため好ましくない。そのため、第１燃料極１１２及び第２空気極１２３の各々と、インターコネクタ２の内面との、それぞれの対向面の間の距離は０．２〜２ｍｍ、特に０．４〜１ｍｍ、更に０．５〜０．８ｍｍであることが好ましい。この距離が０．２〜２ｍｍであれば、燃料ガス及び支燃性ガスを低抵抗で流通させることができ。且つＳＯＦＣスタックを小型化することができる。
【００２０】
また、第１燃料極１１２と第２空気極１２３とは、インターコネクタ２を貫通して形成された上記「ビア導体２１」を介して接続されており、これにより第１単セルと第２単セルとが直列に接続されている（図１参照）。このビア導体２１は、インターコネクタ２の所要箇所に設けられたインターコネクタ側ビアホールに導電材料を充填し、焼成することにより形成することができる。ビア導体２１は少なくとも１個形成されておればよいが、第１燃料極１１２と第２空気極１２３との電気的な導通の観点からは、多数個形成されていることが好ましく、例えば、２〜８個形成されていることが好ましい。ビア導体２１は金属及び導電性セラミック等により形成される。この金属としては、銀、銅、パラジウム、白金、ニッケル、金及びタングステン等が挙げられる。この金属は、単体であってもよいし、２種以上の金属が含有される合金であってもよい。更に、導電性セラミックとしては、Ｌａ１−ｘＭｘＣｒＯ３（ＭはＣａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属である。）などが挙げられ、単体でもよく、上記金属との複合体でもよい。また、ビア導体２１を導電性セラミックにより形成し、且つ第１燃料極１１２及び第２空気極１２３との接触面に白金等からなる金属層を設けることで、接触抵抗を低減させた態様とすることもできる。
【００２１】
インターコネクタ２はセラミック製である。セラミックは特に限定されず、各種のセラミックを用いることができる。このセラミックとしては、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、炭化物系セラミック等の各種のセラミックを用いることができる。酸化物系セラミックとしては、アルミナ、ムライト、ジルコニア、スピネル等が挙げられる。また、窒化物系セラミックとしては、窒化ケイ素、サイアロン、窒化チタン、窒化アルミニウム等が挙げられる。更に、炭化物系セラミックとしては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化アルミニウム等が挙げられる。
【００２２】
セラミックとしては、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、スピネル等が好ましく、アルミナが特に好ましい。アルミナは強度が大きく、電気絶縁性にも優れ、このアルミナからなるインターコネクタ２とすることで、優れた耐久性を有するＳＯＦＣスタックとすることができる。尚、アルミナを含有するインターコネクタ２の場合、このインターコネクタ２に含有されるセラミックの全量を１００質量％とした場合に、アルミナの含有量は７０質量％以上、特に８０質量％以上、更に９０質量％以上であることが好ましく、１００質量％であることがより好ましい。このインターコネクタ２は緻密化されていることが好ましく、例えば、アルミナの場合、その相対密度が９０％以上、特に９３％以上、更に９５％以上であることが好ましい。このように緻密度が高く、強度の大きいインターコネクタ２であれば、より耐久性の高いＳＯＦＣスタックとすることができる。
【００２３】
このＳＯＦＣスタックの外形は断面が正方形又は長方形であることが好ましい。即ち、上記「積層体」の平面形状は正方形又は長方形であることが好ましい。このような平面形状を有する積層体の一面側及び／又は他面側に更に単セル及びインターコネクタが積層されてなる柱状のＳＯＦＣスタックであれば、複数のＳＯＦＣスタックを並行に配置することで、無用な空間が少なく、且つ優れた発電性能を有するＳＯＦＣモジュールとすることができる。
【００２４】
このＳＯＦＣスタックの寸法は特に限定されず、断面が正方形であるときは、その一辺の寸法が５〜２０ｍｍ、特に７〜１５ｍｍ、更に８〜１２ｍｍであり、且つ長さ方向の寸法が２０〜１００ｍｍ、特に３０〜８０ｍｍ、更に４０〜６０ｍｍのＳＯＦＣスタックとすることができる。また、断面が長方形であるときは、短辺が５〜２０ｍｍ、特に７〜１５ｍｍ、更に８〜１２ｍｍ、長辺が５〜１００ｍｍ、特に３０〜８０ｍｍ、更に４０〜６０ｍｍであり、且つ長さ方向の寸法が２０〜１００ｍｍ、特に３０〜８０ｍｍ、更に４０〜６０ｍｍであるＳＯＦＣスタックとすることができる。このような寸法のＳＯＦＣスタックであれば、このＳＯＦＣスタックを用いたＳＯＦＣモジュールの小型化が容易である。
【００２５】
［２］固体電解質形燃料電池スタックの製造方法
ＳＯＦＣスタックを製造する方法は特に限定されないが、例えば、本発明のＳＯＦＣスタックの製造方法により製造することができる。
本発明のＳＯＦＣスタックの製造方法は、未焼成単セル用積層シート作製工程、未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート作製工程、未焼成ユニットセル用複合シート作製工程、複合体形成工程、圧着体形成工程、未焼成ＳＯＦＣスタック作製工程、及びＳＯＦＣスタック作製工程、を備える。
【００２６】
（Ａ）未焼成単セル用積層シート作製工程
未焼成第１固体電解質シート１１１’及び未焼成第２固体電解質シート１２１’の形成方法は特に限定されない。例えば、固体電解質である前記のセラミック粉末等を含有するスラリーを、樹脂シート、ゴムシート及びガラス等の支持材の表面に塗布し、その後、乾燥し、更に必要に応じて加熱し、スラリーに含有される有機バインダ等を除去することで形成することができる。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。
【００２７】
未焼成第１燃料極用帯状シート１１２’及び未焼成第２燃料極用帯状シート１２２’の形成方法も特に限定されない。例えば、前記のＮｉ及びＦｅ等の金属の酸化物粉末とジルコニア系セラミック等のセラミック粉末との混合粉末、各種の金属粉末、及び金属粉末とセラミック粉末との混合粉末などを含有するスラリーを、未焼成固体電解質シート１１１’、１２１’の各々の一面に塗布し、その後、乾燥し、更に必要に応じて加熱し、スラリーに含有される有機バインダ等を除去することで形成することができる。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。この未焼成燃料極用帯状シートは、上記のスラリーを用いて予めシートを形成し、このシートを未焼成固体電解質シートの一面に積層して形成することもできる。
【００２８】
未焼成第１空気極用帯状シート１１３’及び未焼成第２空気極用帯状シート１２３’の形成方法も特に限定されない。例えば、前記の各種の金属粉末、金属酸化物粉末、金属複酸化物粉末等を含有するスラリーを、未焼成固体電解質シート１１１’、１２１’の各々の他面に塗布し、その後、乾燥し、更に必要に応じて加熱し、スラリーに含有される有機バインダ等を除去することで形成することができる。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。この未焼成空気極用帯状シートは、上記のスラリーを用いて予めシートを形成し、このシートを未焼成固体電解質シートの一面に積層して形成することもできる。
このようにして、未焼成第１単セル用積層シート１１’及び未焼成第２単セル用積層シート１２’を作製することができる（図４参照）。
尚、未焼成ユニットセル用複合シート作製工程において更に積層される他の未焼成単セル用積層シート１３’等も同様にして作製することができる（図７乃至図１０参照）。
【００２９】
（Ｂ）未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート作製工程
未焼成セラミックシート２２’、未焼成第１セラミック開口シート２３１’及び未焼成第２セラミック開口シート２３２’のそれぞれの形成方法は特に限定されない。例えば、各々の未焼成シートは、前記の各種のセラミック粉末、焼結助剤、有機バインダ、溶媒及び可塑剤等を含有するスラリーを調製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等により形成することができる。その後、未焼成セラミックシートの一面及び他面のそれぞれに、未焼成第１セラミック開口シート２３１’と未焼成第２セラミック開口シート２３２’とを、各々が有する帯状の開口部の方向が交差するように積層し、必要に応じて加熱しながら加圧することで、一体に積層された積層シートとすることができる。
【００３０】
次いで、上記のようにして形成された積層シートの、それぞれの未焼成シートが積層されて重なっている部分に、インターコネクタ側ビアホールが設けられる。このビアホールの形成方法は特に限定されず、例えば、レーザー照射による方法、ドリルを用いる方法、パンチング（打ち抜き）による方法、エッチングによる方法、及びこれらの方法を組合せた方法等が挙げられる。これらの方法のうちでは、所定位置に所要径のビアホールをより正確に形成することができるレーザー照射法が好ましい。また、このレーザー照射法によれば、小径のビアホールを容易に形成することができる。ビアホールの径及び形状等も特に限定されないが、通常、基材表面における開口径が１００〜１０００μｍ、特に２５０〜７５０μｍであり、形状は略円柱である。
【００３１】
このインターコネクタ側ビアホールには導電材料が充填され、未焼成ビア導体２１’が形成される。充填される導電材料としては、銀、銅、パラジウム、白金、ニッケル、金及びタングステンのうちの少なくとも１種の金属の粉末が挙げられる。この金属粉末は、通常、樹脂、溶剤等と配合されて調製されたビア導体用ペーストを用いてビアホールに充填される。樹脂としては、セルロース系樹脂、アクリルエステル系樹脂等を用いることができる。溶剤としては、アルコール系、ケトン系等の各種のものを用いることができる。このペーストのビアホールへの填入方法は特に限定されず、スクリーン印刷等により填入させることができる。その後、乾燥して溶剤を除去し、次いで、所要温度で加熱して樹脂を除去することにより、未焼成ビア導体２１’を形成することができる。
このようにして未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２’を作製することができる（図５、６参照）。
尚、未焼成ユニットセル用複合シート作製工程において更に積層される他の未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２４’等も同様にして作製することができる（図７乃至図１０参照）。
【００３２】
更に、前記のように固体電解質体と、セラミック製インターコネクタとを、各々アルミナとジルコニアとを含有する中間セラミック層を介してより強固に接合させる場合は、アルミナ粉末及びジルコニア粉末を含有する中間層用スラリーを用いて、未焼成中間セラミック層５’となる未焼成シートを形成し、このシートを、未焼成固体電解質シートと未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとの積層界面に介装させることが好ましい（図１０参照）。
【００３３】
（Ｃ）未焼成ユニットセル用複合シート作製工程
複数の未焼成単セル用積層シートと、この未焼成単セル用積層シートより１個少ない未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとが、交互に積層され、且つ積層方向の両端面に、未焼成セラミック端面シート３’が積層されて、未焼成ユニットセル用複合シートが作製される。未焼成セラミック端面シート３’は、未焼成端面用シート３１’と、その一面に積層された未焼成端面用開口シート３２’とからなり、これらの未焼成シートは上記の未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートの場合と同様のスラリーを用いて、同様の方法で形成することができ、これらを積層し、必要に応じて加熱しながら加圧することで、一体に積層された複合シートとすることができる。この複合シートは、未焼成セラミック端面シート３’が、ＳＯＦＣスタックの最下面又は最上面である場合は、このまま未焼成ユニットセル用複合シートａとして用いることができる。
【００３４】
一方、未焼成セラミック端面シート３’が、ＳＯＦＣスタックの最下面又は最上面でなく、少なくとも一方の端面に更に未焼成単セル用積層シートが積層される場合は、未焼成セラミック端面シート３’には、インターコネクタ側ビアホールと連通する端面シート側ビアホールが設けられ、この端面シート側ビアホールに導電材料が充填されて未焼成ビア導体３３’が形成される。この端面シート側ビアホールは、インターコネクタ側ビアホールと同様にして形成することができ、ビアホールの径及び形状等もインターコネクタ側ビアホールと同様とすることができる。また、未焼成ビア導体３３’も、未焼成ビア導体２１’のときと同様のペーストを用いて、同様にして形成することができる。
このようにして未焼成ユニットセル用複合シートａを作製することができる（図７乃至図１０参照）。
【００３５】
未焼成ビア導体２１’と未焼成ビア導体３３’とは、必ずしも同一材料からなるものでなくてもよいが、接合面での抵抗を低くし、良好な導通を確保するためには、同一材料からなることが好ましい。更に、未焼成ビア導体２１’及び未焼成ビア導体３３’の各々の端面は、良好な導通を確保するためには、より多くの部分で重なっていることが好ましく、少なくとも一方が他方の全面と重なっていることが特に好ましい。
【００３６】
この未焼成ユニットセル用複合シートａを構成する未焼成単セル用積層シート及び未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートの各々の積層数は特に限定されない。多く積層されているほどＳＯＦＣスタックの出力電圧を高くすることができるが、積層数が多いほど、未焼成ＳＯＦＣスタックを作製する際の圧着及び切断等における作業性が低下する。また、未焼成ビア導体と未焼成ビア導体のそれぞれの端面の、より多くの部分が重なるようにして、良好な導通を確保することも容易ではない。そのため、未焼成単セル用積層シートは、２〜１０層、特に３〜５層とすることが好ましい。尚、未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートは、未焼成単セル用積層シートより１層少なくなる。
【００３７】
（Ｄ）複合体形成工程
複数の未焼成ユニットセル用複合シートａを、一方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成空気極用帯状シートと、他方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成燃料極用帯状シートとが対向するように、且つ未焼成空気極用帯状シートの方向と未焼成燃料極用帯状シートの方向とが交差するように積層して複合体とする。更に、この工程では、未焼成ユニットセル用複合シートが、未焼成ＳＯＦＣスタックの最下面又は最上面でない場合は、積層される各々の未焼成セラミック端面シート３’の表面の未焼成ビア導体３３’が、それぞれ対向した位置にあることを確認しておくことが好ましい。
【００３８】
（Ｅ）圧着体形成工程
複合体を積層方向に圧着して圧着体ｂとする（図１１参照）。この圧着の方法は特に限定されないが、寸法精度が高く、所定の形状を有するＳＯＦＣスタックとするためには、シリコンゴム等からなる弾性を有する型枠内に複合体を配置し、圧着時に積層方向の加圧力が均等に分配されるようにして圧着することが好ましい。圧着時の圧力も特に限定されないが、２０〜１０００ＭＰａ、特に５０〜３００ＭＰａ、更に８０〜１２０ＭＰａとすることができる。圧力が２０〜１０００ＭＰａであれば、過度な荷重による変形等を生じることがなく、且つ各々の複合体を十分に密着させることができる。
【００３９】
（Ｆ）未焼成固体電解質形燃料電池スタック作製工程
圧着体ｂを、未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートを構成する未焼成第１セラミック開口シートが有する開口部間、及び未焼成第２開口セラミックシートが有する開口部間において、圧着方向に切断して未焼成ＳＯＦＣスタックを作製する（図１２参照）。この切断の方法は特に限定されず、ワイヤーソーを用いる方法、回転砥石を用いる方法、ウォータージェットを用いる方法、ホットワイヤーを用いる方法、及び超音波を用いる方法等の種々の方法が挙げられる。これらのうちでは、長尺の未焼成セラミック積層体である圧着体ｂを、その長さ方向に、高い寸法精度で、且つ迅速に効率よく切断することができるワイヤーソーを用いる方法が好ましい。
【００４０】
ワイヤーソーは、圧着体ｂとワイヤーとを当接させて、研削液を供給しながらワイヤーを所定の切断方向に走行させ又は往復動させて圧着体ｂを切断することができる装置である。このワイヤーソーでは、切断時の応力が積層方向にかかるため、外周刃等を有する切断装置を用いるときに比べて、残留応力が抑制され、切断に起因する変形及び歪み等が抑えられる。また、このワイヤーソーは、複数のワイヤーを備えていてもよく、この場合、圧着体を効率よく所定本数の未焼成ＳＯＦＣスタックとすることができる。用いられるワイヤーの線径も特に限定されないが、２００μｍ以下であることが好ましい。線径が２００μｍ以下であれば、残留応力を十分に抑えることができる。更に、ワイヤーの走行速度も特に限定されないが、平均速度が１００ｍ／分以上、特に２５０ｍ／分以上、更に３６０ｍ／分以上であることが好ましい。また、走行速度は大きく変動しないことがより好ましい。
【００４１】
研削液の種類は特に限定されないが、通常、砥粒入りの液体が用いられる。砥粒の種類も限定されないが、ＳｉＣ及びダイヤモンド等からなる砥粒が用いられる。これらは１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。更に、砥粒の粒径も特に限定されず、圧着体ｂの材質及び寸法等により適宜のものを用いることができるが、例えば、平均粒径５０μｍ以下の砥粒が好ましい。特に、ワイヤーの線径が２００μｍ以下であり、且つ砥粒の平均粒径が５０μｍ以下である場合は、残留応力を十分に抑えることができる。また、分散媒の種類も特に限定されず、水でもよく、有機溶媒でもよく、これらの混合溶媒でもよい。更に、研削液には、砥粒及び分散媒の他、他の成分が含有されていてもよい。この他の成分としては、分散剤、防錆剤及び洗浄剤等が挙げられる。尚、砥粒は、研削液１リットルに０．０１〜５．０ｋｇ、特に０．５〜２．０ｋｇ含有されていることが好ましい。
【００４２】
研削液は、ワイヤーソーが往復動等をしている間、供給し続けてもよく、操作前に予め供給しておき、切断時には供給を停止してもよい。また、必要に応じて断続的に供給してもよい。更に、研削液の供給箇所も限定されず、例えば、圧着体に対して供給してもよく、ワイヤーに対して供給してもよい。また、研削液の供給量も限定されず、切断する圧着体の材質及び寸法、並びにワイヤーの線径、線速、砥粒の種類及び研削液における砥粒の含有量等により適宜の供給量とすることができる。
【００４３】
（Ｇ）固体電解質形燃料電池スタック作製工程
上記のようにして圧着体ｂを切断してなる複数の未焼成ＳＯＦＣスタックを焼成することでＳＯＦＣスタックを作製することができる。未焼成ＳＯＦＣスタックは、所定温度で加熱して有機バインダ等を除去し（一般に脱脂工程といわれる。）、その後、より高温で加熱して焼成することができる。更に、この脱脂工程は設けず、焼成温度まで連続的に昇温させて焼成することもできる。焼成条件は特に限定されないが、未焼成ＳＯＦＣスタックは、未焼成固体電解質体、未焼成燃料極、未焼成空気極、及び未焼成セラミックインターコネクタ等の、材質及び寸法が異なる種々の部材を有しているため、それらを劣化させることなく、且つ所定の緻密度となるように焼結させることができる条件で焼成することが好ましい。
【００４４】
焼成温度は各部材に適した温度とすることができ、例えば、１３００〜１６００℃、特に１４００〜１５５０℃とすることができる。また、焼成時間も各部材の材質及び焼成温度等によって適宜設定することができ、例えば、１〜５時間、特に２〜３時間とすることができる。更に、焼成雰囲気は、各部材の酸化され易さ等を考慮して、空気雰囲気等の酸化雰囲気、窒素ガス雰囲気及びアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気等の不活性雰囲気及び少量の水素ガスを含有する還元雰囲気等とすることができる。
【００４５】
第１単セル１１におけるビア導体２１と第１燃料極１１２、及び第２単セル１２におけるビア導体２１と第２空気極１２３、の各々の接続は、それぞれ燃料極側導電パターン４１及び空気極側導電パターン４２によりなされる（図１参照）。この燃料極側導電パターン４１及び空気極側導電パターン４２は、未焼成単セル用積層シート作製工程において、一方の未焼成固体電解質シートの一面に燃料極側未焼成導電パターン４１’を形成し、且つ他方の未焼成固体電解質シートの他面に空気極側未焼成導電パターン４２’を形成し（図４参照）、これらの未焼成導電パターンを上記の焼成の際に同時に焼結させて形成することができる。それぞれの未焼成導電パターンは、未焼成固体電解質シートの所定位置に、白金等の導電粉末を含有するスラリーを塗布し、乾燥させることで形成することができる。
【００４６】
［３］固体電解質形燃料電池モジュール
本発明のＳＯＦＣスタックは、断面が正方形又は長方形である場合、これを並行に配置し、集積することで、無用な空間が少なく、且つ優れた発電性能を有するＳＯＦＣモジュールとすることができる。
このＳＯＦＣモジュールは、各々のＳＯＦＣスタックの、燃料ガス流路が開口している側面同士及び／又は支燃性ガス流路が開口している側面同士、が所定の間隔を隔てて対向するように並行に配置された複数のＳＯＦＣスタックと、それぞれのＳＯＦＣスタックに供給される燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するため、各々のＳＯＦＣスタックの間隙に配設された隔離部材６と、を備える（図１４参照）。
この図１４のように、隔離部材６は、燃料ガス及び支燃性ガスの流通が妨げられることなく、且つこれらのガスが混合することのないように、それぞれのＳＯＦＣスタックの角部に配設される。
隔離部材６の材質は特に限定されず、この隔離部材６としては、各種セラミックを用いた成形体、ステンレス鋼等からなる金属成形体の表面にスピネル等のセラミックを溶射コートした部材、及びガラス繊維及びセラミックウール等の耐熱材を用いた成形体などを使用することができる。このセラミックとしては、インターコネクタの形成に用いられる前記の各種のセラミックが挙げられ、十分な強度を有するアルミナ、スピネル等が好ましい。また、隔離部材６は、セラミック製インターコネクタ２と同じ材質とすることが好ましく、このようにすれば隔離部材６を効率よく形成することができる。
【００４７】
このＳＯＦＣモジュールでは、ＳＯＦＣスタックが、縦方向又は横方向の１列のみで構成される場合は、各々のＳＯＦＣスタックの、燃料ガス流路又は支燃性ガス流路が開口している側面同士が、所定の間隔を隔てて対向するように並行に配置される。一方、ＳＯＦＣスタックが、横方向及び縦方向の少なくとも一方向に２列以上並行に配置される場合は、各々のＳＯＦＣスタックの、燃料ガス流路及び支燃性ガス流路が開口している側面同士が、それぞれ所定の間隔を隔てて対向するように並行に配置される。
【００４８】
このＳＯＦＣモジュールでは、各々のＳＯＦＣスタックは直列に接続してもよいし、並列に接続してもよい。より多くのＳＯＦＣスタックを直列に接続すれば、ＳＯＦＣモジュールの出力電圧はより高くなり、より多くのＳＯＦＣスタックを並列に接続すれば、ＳＯＦＣモジュールから得られる電力は増加する。そのため、ＳＯＦＣモジュールの所要電圧及び所要電力によって、用いるＳＯＦＣスタックの個数及びそれらを直列に接続するか、並列に接続するかを決定すればよい。このように、出力電圧及び電力の設定が容易であるため、用途及び目的等によって最適のＳＯＦＣモジュールとすることができる。
【００４９】
具体的には、例えば、図１３乃至図１５の構造では、横方向に５個、縦方向に５個、合計２５個のＳＯＦＣスタックが集積されているが、図１３及び図１４の場合は、横方向の５個は直列に接続されており、横方向に配置された５個はそれぞれ縦方向に並列に接続されている。一方、図１５の場合は、同様に２５個のＳＯＦＣスタックが集積されているが、横方向の５個が直列に接続されており、且つ縦方向の各々の列の５個も直列に接続されている。即ち、２５個のＳＯＦＣスタックのすべてが直列に接続されている。従って、図１３及び図１４の構造では、より多くの電力が得られ、図１５の構造では、図１３及び図１４の構造に比べて、得られる電力は少なくなるが、出力電圧は高くなる。
【００５０】
また、このＳＯＦＣモジュールでは、集積されているＳＯＦＣスタックのうちのいずれかが故障した場合、そのＳＯＦＣスタックのみをＳＯＦＣモジュールから引き抜いて、そこに正常なＳＯＦＣスタックを差し込むのみで、それまでと同様に機能させることができる。そのため、使用時の保守も極めて容易である。
【００５１】
更に、このＳＯＦＣモジュールでは、断面が正方形又は長方形の柱状のＳＯＦＣスタックを並行に配置し、集積することで、外形を直方体（立方体の場合もある。）とすることができる。また、燃料ガス流路が開口している側面同士及び／又は支燃性ガス流路が開口している側面同士、が対向するように並行に配置されているため、一方向を燃料ガス流路とし、これと交差する方向を支燃性ガス流路とすることができる。即ち、燃料ガスの流通方向と支燃性ガスの流通方向とを交差させることができる。例えば、直方体の一面に燃料ガスを供給するためのマニホールド、この一面に対向する面に燃料ガスを排出するためのマニホールド、この一面と直交する方向の他の一面に支燃性ガスを供給するためのマニホールド、及びこの他の一面に対向する面に支燃性ガスを排出するためのマニホールド、をそれぞれ配設し、これらの４個のマニホールドにより、すべての単セルに燃料ガスと支燃性ガスとを供給することができ、且つ排出することができる。そのため、極めて簡易な構造のＳＯＦＣモジュールとすることができる。
【００５２】
［４］ＳＯＦＣモジュールからの電力の取り出し
ＳＯＦＣスタックは、所定の作動温度に昇温させ、燃料ガス流路に水素等の燃料ガスを導入して燃料極と接触させ、支燃性ガス流路に空気等の支燃性ガスを導入して空気極と接触させることにより、燃料極と空気極との間に起電力が生じ、この電力を外部に取り出すことにより電池として機能させることができる。このＳＯＦＣスタックが集積されてなるＳＯＦＣモジュール１０２では、各々のＳＯＦＣスタックを直列又は並列に接続することで、出力電圧及び電力を調整することができ、この接続方法等によって適宜の電力取り出し構造とすることができる。更に、それぞれのＳＯＦＣスタックでは、例えば、その最上面及び最下面のセラミック端面シート３にも端面シート側ビア導体を形成し、この端面シート側ビア導体から電力を取り出す構造とすることもできる。また、最上面又は最下面のセラミック端面シート３と、燃料極との間にニッケルフェルト等の導電材を介装させ、又は空気極との間にインコネル繊維メッシュ等の導電材を介装させ、このニッケルフェルト等及びインコネル繊維メッシュ等から電力を取り出すこともできる。
【００５３】
このＳＯＦＣモジュールは、上記のように、その外形を直方体（立方体の場合もある。）とすることができる。その寸法は特に限定されないが、例えば、一辺が２０〜２５０ｍｍ、特に８０〜１２０ｍｍの立方体とすることができる。更に、その出力電圧及び電力は、個々の単セルの能力及びそれらの接続方法等により変化するが、例えば、各々の単セルが有する固体電解質体の発電能力が０．３Ｗ／ｃｍ２程度であるとした場合、出力電圧は１２〜５００Ｖ、特に２４〜２４０Ｖとすることができ、電力は０．２〜１０ｋＷ、特に０．５〜３ｋＷとすることができる。上記の一辺が８０〜１２０ｍｍ、特に１００ｍｍ程度の立方体であるとき、例えば、ＳＯＦＣスタックを後記の実施例のように接続した場合、出力電圧３００Ｖ、電力１ｋＷのＳＯＦＣモジュールとすることができる。
【００５４】
［５］燃料ガス及び支燃性ガス
ＳＯＦＣモジュールを用いて発電させる場合、燃料極側には燃料ガスを導入し、空気極側には支燃性ガスを導入する。燃料ガスとしては、水素、還元剤となる炭化水素、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。更に、メタン、エタン、プロパン、ブタン及びペンタン等の炭素数が１〜１０、好ましくは１〜７、より好ましくは１〜４の飽和炭化水素、並びにエチレン及びプロピレン等の不飽和炭化水素を主成分とするものが好ましく、飽和炭化水素を主成分とするものが更に好ましい。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用することもできる。また、５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。
【００５５】
支燃性ガスとしては、酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に、この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの支燃性ガスのうちでは安全であって、且つ安価であるため空気（約８０体積％の窒素が含まれている。）が好ましい。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（Ａ）未焼成単セル用積層シートの作製
（ａ）未焼成固体電解質シートの形成
固体電解質として８ＹＳＺ（８モル％のＹ２Ｏ３により安定化されたＺｒＯ２）粉末１００質量部（以下、「部」という。）、アルミナ粉末１部、有機バインダとしてポリビニルアルコール、及び有機溶媒としてブチルカルビトールを混合し、未焼成固体電解質シート用スラリーを調製した。その後、このスラリーを用いてドクターブレード法によりポリエステルフィルムの表面に各々９６ｍｍ×９６ｍｍ×１５０μｍ（厚さ）の寸法の未焼成第１固体電解質シート１１１’及び未焼成第２固体電解質シート１２１’を形成した。
【００５７】
（ｂ）未焼成燃料極用帯状シートの形成
酸化ニッケル（ＮｉＯ）粉末８０部、上記８ＹＳＺ粉末２０部、分散剤としてジエチルアミン、及び有機溶媒としてトルエンとメチルエチルケトン、を混合し、その後、可塑剤としてジブチルフタレート、有機バインダとしてポリビニルアルコールを更に配合し、混合して未焼成燃料極用スラリーを調製した。次いで、このスラリーを、上記（ａ）において形成した未焼成第１固体電解質シート１１１’及び未焼成第２固体電解質シート１２１’のそれぞれの一面にスクリーン印刷し、１２ｍｍ×９０ｍｍ×１０μｍ（厚さ）の寸法の未焼成第１燃料極用帯状シート１１２’及び未焼成第２燃料極用帯状シート１２２’を各々５本並行に形成した。尚、それぞれの帯状の未焼成シートの間隔は６ｍｍとした。
【００５８】
（ｃ）未焼成空気極用帯状シートの形成
平均粒径２μｍの市販のＬａ０．６Ｓｒ０．４（Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８）Ｏ３（以下、「ＬＳＣＦ」と表記する。）粉末１００部に、バインダとしてポリビニルアルコール１３部及び有機溶媒としてブチルカルビトール３５部を混合して未焼成空気極用スラリーを調製した。その後、このスラリーを、上記（ａ）において形成した未焼成第１固体電解質シート１１１’及び未焼成第２固体電解質体１２１’のそれぞれの他面にスクリーン印刷し、１２ｍｍ×９０ｍｍ×１０μｍ（厚さ）の寸法の未焼成第１空気極用帯状シート１１３’及び未焼成第２空気極用帯状シート１２３’を各々５本並行に形成した。尚、これらの未焼成空気極用帯状シートは、それぞれ上記（ｂ）において形成した未焼成燃料極用帯状シートと直交する方向に配列させた。また、各々の帯状の未焼成空気極用シートの間隔は６ｍｍとした。
このようにして、未焼成第１単セル用積層シート１１’及び未焼成第２単セル用積層シート１２’を作製した。
更に、同様にして未焼成ユニットセル用複合シート作製時に更に積層される他の未焼成単セル用積層シート１３’も同様にして作製した。
【００５９】
（Ｂ）未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートの作製
（ａ）未焼成積層シートの形成
アルミナ粉末１００部、上記８ＹＳＺ粉末２０部、マグネシア粉末２部及びシリカ粉末２部を混合し、ボールミルにより１０時間湿式粉砕し、その後、脱水し、乾燥した。次いで、この混合粉末と、有機バインダとしてメタクリル酸イソブチルエステル及びニトロセルロース、並びに可塑剤としてジオクチルフタレート、更に有機溶媒としてトリクロールエチレン及びｎ−ブタノールを配合し、ボールミルにより混合して未焼成インターコネクタ用スラリーを調製した。このスラリーを減圧脱泡させ、その後、流延させてシートとし、次いで、有機溶媒を揮発させ、９６ｍｍ×９６ｍｍ×１００μｍ（厚さ）の寸法の未焼成セラミックシート２２’を形成した。
【００６０】
一方、同様にして同寸法（但し、厚さは１５０μｍである。）の未焼成セラミックシートを２枚形成し、この２枚の未焼成セラミックシートの各々に、パンチング（打ち抜き）によって、上記（Ａ）、（ｃ）で形成した未焼成第１燃料極用帯状シート１１２’及び未焼成第２空気極用帯状シート１２３’と同寸法の１２ｍｍ×９０ｍｍの開口部を等間隔に５本並設し、未焼成第１セラミック開口シート２３１’及び未焼成第２セラミック開口シート２３２’を形成した。その後、未焼成セラミックシート２２’の一面及び他面のそれぞれに、未焼成第１セラミック開口シート２３１’と未焼成第２セラミック開口シート２３２’とを、各々が有する帯状の開口部の方向が直交するように積層した。
【００６１】
（ｂ）ビア導体の形成
上記のようにして形成された未焼成積層シートの、それぞれの未焼成シート、即ち、未焼成セラミックシート２２’と未焼成第１及び第２セラミック開口シート２３１’、２３２’がそれぞれ積層されて重なっている部分の所定箇所に、パンチング（打ち抜き）により表面における開口径が５００μｍのビアホールを穿設した。その後、導電粉末として８０質量％の白金粉末を含有するビア導体用ペーストを、穴埋め印刷によりビアホール内に充填した。次いで、１２０℃で３０分間乾燥してペーストに含有される有機溶媒を除去することで、未焼成ビア導体２１’を形成した。
このようにして未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２’を作製した。
尚、未焼成ユニットセル用複合シート作製時に更に積層される他の未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２４’も同様にして作製した。
【００６２】
（Ｃ）未焼成ユニットセル用複合シートの作製
（ａ）未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートと未焼成単セル用積層シートとの積層
上記（Ｂ）で作製した未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２’の未焼成第１セラミック開口シート２３１’の側に、上記（Ａ）で作製した未焼成第２単セル用積層シート１２’の未焼成第２空気極用帯状シート１２３’が嵌め込まれるように積層した。また、この未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２’の未焼成第２セラミック開口シート２３２’の側に、上記（Ａ）で作製した未焼成第１単セル用積層シート１１’の未焼成第１燃料極用帯状シート１１２’が嵌め込まれるように積層した。更に、未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２４’の一面側の開口部に、未焼成第２単セル用積層シート１２’の未焼成第２燃料極用帯状シート１２２’が嵌め込まれるように積層し、この未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート２４’の他面側の開口部に、未焼成単セル用積層シート１３’の未焼成空気極用帯状シートが嵌め込まれるように積層した。
【００６３】
（ｂ）未焼成セラミック端面シート３’の形成
上記（Ｂ）、（ａ）と同様にして、同寸法（厚さも同じで１００μｍである。）の未焼成端面用シート３１’を形成した。また、同様にして、同寸法（但し、厚さは１５０μｍである。）の未焼成シートを形成し、この未焼成シートに、上記（Ｂ）、（ａ）と同様にして同寸法の開口部を等間隔に５本併設し、未焼成端面用開口シート３２’を形成した。その後、未焼成端面用シート３１’の一面に、未焼成端面用開口シート３２’を積層した。次いで、未焼成セラミック端面シート３’に、上記（Ｂ）、（ｂ）と同様にして、未焼成ビア導体２１’に対応する位置に端面シート側ビアホールを穿設し、この端面シート側ビアホールに、同様にして導電材料を充填して未焼成ビア導体３３’を形成した。
【００６４】
（ｃ）未焼成単セル用積層シートと未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとの積層体の両端面への未焼成セラミック端面シートの積層
未焼成単セル用積層シートと未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとの積層体と、一方の未焼成セラミック端面シート３’とを、積層体の一方の端面の、未焼成第１単セル用積層シートが有する未焼成第１空気極用帯状シートが、未焼成セラミック端面シート３’の開口部に嵌め込まれるように積層した。また、積層体の他方の端面の、未焼成単セル用積層シート１３’が有する未焼成燃料極用帯状シートが、他方の未焼成セラミック端面シート３’の開口部に嵌め込まれるように積層した。
このようにして、３個の未焼成単セル用積層シートと、２個の未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとが交互に積層された積層体の、一方の端面及び他方の端面の各々に未焼成セラミック端面シート３’が積層されてなる未焼成ユニットセル用複合シートａを作製した。
【００６５】
（Ｄ）複合体の形成
上記（Ｃ）で作製した３０個の未焼成ユニットセル用複合シートａを、隣り合って積層される一方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成空気極用帯状シートと、他方の未焼成ユニットセル用複合シートの端面側に形成されている未焼成燃料極用帯状シートとが対向するように、且つ未焼成空気極用帯状シートの方向と未焼成燃料極用帯状シートの方向とが交差するように積層し、仮圧着して複合体とした。各々の未焼成ユニットセル用複合シートａは、それぞれ３層の未焼成単セル用積層シートを有するため、この複合体は、合計９０層の未焼成単セル用積層シートを備えることになる。
【００６６】
（Ｅ）圧着体形成工程
上記（Ｄ）で形成した複合体を、シリコンゴム製の型枠内に配置し、その後、８５℃に昇温させ、減圧下、積層方向に９８ＭＰａの圧力で圧着し、圧着体ｂを形成した。
【００６７】
（Ｆ）未焼成固体電解質形燃料電池スタックの作製
上記（Ｅ）で形成した圧着体ｂを、未焼成第１セラミック開口シートが有する開口部間、及び未焼成第２開口セラミックシートが有する開口部間において、圧着方向に切断して未焼成ＳＯＦＣスタックを作製した。圧着体ｂは、この圧着体ｂを、ワイヤーソー切断装置のステージに固定し、その後、ステージを上昇させて圧着体ｂの上端面に切断用ワイヤーを当接させ、研削液を液供給装置より供給しながら、ワイヤーを平均速度４００ｍ／分で走行させて一方向に切断し、その後、ステージを下降させて９０度回転させ、次いで、上記一方向の場合と同様にして、この一方向と直交する方向に切断し、断面が１８×１８ｍｍ、長さが５０ｍｍの柱状の未焼成ＳＯＦＣスタックを２５本作製した。
【００６８】
（Ｇ）固体電解質形燃料電池スタックの作製
上記（Ｆ）で作製した２５本の未焼成ＳＯＦＣスタックを、焼成炉に収容し、大気雰囲気下、２６０℃で５時間保持して有機バインダを除去し、引き続いて、炉内の温度を１４３０℃まで昇温させ、この温度で２時間保持して焼成を行い、２５本のＳＯＦＣスタックを作製した。
【００６９】
（Ｈ）固体電解質形燃料電池モジュールの作製
上記（Ｇ）で作製した２５本のＳＯＦＣスタックを横方向に５本、縦方向に５本等間隔で並行に配置し、ＳＯＦＣモジュールを作製した。横方向の５本は直列に接続し、縦方向は、この横方向の各々の５本がそれぞれ並列に接続されるようにした。
各々のＳＯＦＣスタックは、それぞれが上記のように接続されるような配線パターンが設けられた下端側基板に、銀ローを用いてロー付けすることにより、各々のＳＯＦＣスタックの間隔が５ｍｍとなるように立設させた。その後、上端側から、それぞれのＳＯＦＣスタックに供給される燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するため、各々のＳＯＦＣスタックの間隙にアルミナ製の隔離部材６を挿通させた。次いで、上端側に、同様に所定の配線パターンが設けられた上端側基板を配設した。
【００７０】
その後、横方向に並行に配置された５個のＳＯＦＣスタックのうちの１列目の側に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用マニホールドを配設し、５列目の側に燃料ガスを排出させるための燃料ガス排出用マニホールドを配設した。また、縦方向に並行に配置された５個のＳＯＦＣスタックのうちの一方側に支燃性ガスを供給するための支燃性ガス供給用マニホールドを配設し、他方側に支燃性ガスを排出させるための支燃性ガス排出用マニホールドを配設した（いずれのマニホールドも図示せず）。
このようにして８０ｍｍ×８０ｍｍ×５５ｍｍ（長さ）のＳＯＦＣモジュールを作製した。
【００７１】
尚、本発明では上記の実施例に限られず、目的、用途等によって本発明の範囲内において種々変更した実施例とすることができる。例えば、横方向と縦方向の各々のＳＯＦＣスタックの配置数を変更し、ＳＯＦＣモジュールを直方体とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の固体電解質形燃料電池スタックを構成する積層体の一例を示す模式的な斜視図である。
【図２】図１の積層体の断面を示す模式図である。
【図３】未焼成単セル用積層シートの一例を示す模式的な斜視図である。
【図４】図３の未焼成単セル用積層シートを分解して示す模式的な平面図である。
【図５】未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートの一例を示す模式的な斜視図である。
【図６】図５の未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートを分解して示す模式的な平面図である。
【図７】未焼成ユニットセル用複合シートの一例を分解して示す模式的な斜視図である。
【図８】図７の未焼成ユニットセル用複合シートの断面を示す模式図である。
【図９】分解して示してある図８の未焼成ユニットセル用複合シートの各々の構成部材が積層された状態を表す模式的な断面図である。
【図１０】未焼成固体電解質シートと、未焼成セラミックインターコネクタ用積層シートとの接合面に未焼成中間セラミック層が介装された未焼成ユニットセル用複合シートの模式的な断面図である。
【図１１】複数の未焼成ユニットセル用複合シートが積層されてなる複合体が圧着された圧着体の模式的な斜視図である。
【図１２】図１１の圧着体を、上面の破線の位置において、圧着方向に切断した様子を模式的に示す斜視図である。
【図１３】固体電解質形燃料電池スタックを横方向に直列に、且つ縦方向に並列に各々５個接続させた様子を模式的に示す斜視図である。
【図１４】図１３の各々の固体電解質形燃料電池スタックの対向する角部等に、燃料ガスと支燃性ガスとを隔離するための隔離部材が配設されている固体電解質形燃料電池モジュールを模式的に示す斜視図である。
【図１５】固体電解質形燃料電池スタックを横方向及び縦方向の各々に直列に５個接続させた様子を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０１、；固体電解質形燃料電池スタック、１０１’；未焼成固体電解質形燃料電池スタック、１０２；固体電解質形燃料電池モジュール、１１；第１単セル、１１１；第１固体電解質体、１１２；第１燃料極、１１３；第１空気極、１２；第２単セル、１２１；第２固体電解質体、１２２；第２燃料極、１２３；第２空気極、２；セラミック製インターコネクタ、２１；ビア導体、３；セラミック端面シート、４１；燃料極側導電パターン、４２；空気極側導電パターン、ｆ；燃料ガス流路、ｓ；支燃性ガス流路、１１’；未焼成第１単セル用積層シート、１１１’；未焼成第１固体電解質シート、１１２’；未焼成第１燃料極用帯状シート、１１３’；未焼成第１空気極用帯状シート、１２’；未焼成第２単セル用積層シート、１２１’；未焼成第２固体電解質シート、１２２’；未焼成第２燃料極用帯状シート、１２３’；未焼成第２空気極用帯状シート、２’；未焼成セラミックインターコネクタ用積層シート、２１’；未焼成ビア導体、２２’；未焼成セラミックシート、２３１’；未焼成第１セラミック開口シート、２３２’；未焼成第２セラミック開口シート、３；セラミック端面シート、３’；未焼成セラミック端面シート、３１’；未焼成端面用シート、３２’；未焼成端面用開口シート、３３’；未焼成端面シート側ビア導体、４１；燃料極側導電パターン、４２；空気極側導電パターン、４１’；未焼成燃料極側導電パターン、４２’；空気極側未焼成導電パターン、５’；未焼成中間セラミック層、ａ；未焼成ユニットセル用複合シート、ｂ；圧着体、ｃ；切断線、６；隔離部材。
【図１】
2006351253.tif 000003
【図２】
2006351253.tif 000004
【図３】
2006351253.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006351253.tif 000009
【図８】
2006351253.tif 000010
【図９】
2006351253.tif 000011
【図１０】
2006351253.tif 000012
【図１１】
2006351253.tif 000013
【図１２】
2006351253.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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