(57)【要約】【課題】発電セルユニットの強度を向上させて製造段階や発電中の割れを防止するとともに、固体電解質層の厚さ寸法を従来よりも薄くして発電性能を向上させることが可能な固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットを提供する。【解決手段】本発明に係る固体酸化物形燃料電池の発電セルユニット１０は、固体電解質層１２の一方の面にＮｉまたはＮｉのサーメットからなる燃料極層１３が形成され、他方の面に空気極層１４が形成された発電セル１４と、水素ガスを透過可能であり、発電セルの燃料極層１３に接合一体化された多孔質燒結金属板からなる燃料極集電体１１あるいは多孔質焼結金属板を骨格として燃料極が形成された燃料極内包集電体２５とを有してなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層の一方の面にＮｉまたはＮｉのサーメットからなる燃料極層が形成され、他方の面に空気極層が形成された発電セルと、水素ガスを透過可能であり、上記発電セルに接合一体化された多孔質燒結金属板からなる燃料極集電体あるいは多孔質焼結金属板を骨格として燃料極が形成された燃料極内包集電体とを有してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池の発電セルユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法であって、
真空中あるいは不活性または還元性雰囲気下において、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体と燃料極層とを重ね合わせて、積層方向に荷重を付加するとともに、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体および燃料極層を加熱することによって、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体と燃料極層とを接合・一体化することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池の発電ユニットの製造方法であって、
燃料極層を還元性雰囲気下に、空気極層を酸化性雰囲気下に調整し、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体と燃料極層とを重ね合わせて、積層方向に荷重を付加するとともに、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体および燃料極層を加熱することによって、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体と燃料極層とを接合・一体化することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法。
【請求項４】
上記積層方向に０．１ｋｇ／ｃｍ2〜２ｋｇ／ｃｍ2の荷重を付加することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法。
【請求項５】
上記燃料極集電体と燃料極層を５００℃〜１０００℃に加熱することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応ガスによって発電反応を行なうための固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、固体酸化物形燃料電池には、反応ガスによって発電反応を行なうための発電セルが搭載されている。
【０００３】
図５および図６は、従来の一般的な固体酸化物形燃料電池を示すものであり、図中符号１が発電セルである。
この発電セル１は、支持体となる固体電解質層２の一方の面に燃料極層３が、他方の面に空気極層４が一体に形成されている。
【０００４】
ここで、固体電解質層２は、高い酸素イオン伝導性を有するランタンガレート系（ＬａＧａＯ3系）材料が用いられているとともに、約２００μｍの厚さ寸法に形成されている。
【０００５】
また、燃料極層３は、Ｎｉ、Ｃｏ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ、Ｎｉ−ＳＤＣ、Ｎｉ−ＧＤＣ、Ｎｉ−ＳｃＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層４は、ＬａＭｎＯ3、ＬａＣｏＯ3等で構成されている。
ちなみに、燃料極層３および空気極層４は、それぞれ固体電解質層２の表面に２０〜３０μｍの厚さ寸法で形成されている。
【０００６】
さらに、燃料極層３の表面には、Ｎｉ基合金等の多孔質焼結金属板からなる燃料極集電体５が配設され、他方空気極層４の表面には、Ａｇ基合金等の多孔質焼結金属板からなる空気極集電体６が配設されている。
【０００７】
そして、発電セル１およびその両側に配設された燃料極集電体５、空気極集電体６が、セパレータ７によって挟み込まれることにより単セルが構成されるとともに、当該単セルが複数積層されることにより、燃料電池スタックが構成されている。
【０００８】
ここで、セパレータ７は、発電セル１間を電気的に接続するとともに、発電セル１に対して水素リッチな燃料ガス(Ｈ2、ＣＯ等)および酸化剤ガス(空気)を供給する機能を有するもので、ステンレス等の金属によって形成されている。そして、このセパレータ７の内部には、その外部から導入された上記燃料ガスを燃料極集電体５との対向面のほぼ中央部から吐出させる燃料ガス流路８と、空気極集電体６との対向面のほぼ中央部から空気を吐出させる空気流路９が形成されている。
【０００９】
以上の構成からなる固体酸化物形燃料電池においては、燃料ガス流路８に供給した上記燃料ガスをセパレータ７の中央部から燃料極集電体５に流出させるとともに、空気流路９に供給した空気を、当該セパレータ７の中央部から空気極集電体６に流出させる。すると、上記燃料ガスおよび空気は、各々スポンジ状の燃料極集電体５または空気極集電体６内を拡散移動して外周方向へと流れ、さらに多孔質の燃料極層３または空気極層４から固体電解質層２の界面に到達する。
【００１０】
そして、空気極層４内の気孔を通って固体電解質層２の界面近傍に到達した空気は、当該空気極層４において電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ2-）にイオン化され、燃料極層３の方向に向かって固体電解質層２内を透過拡散移動する。次いで、燃料極層３との界面近傍に到達した酸化物イオンは、上記燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ2Ｏ、ＣＯ2等）を生じ、燃料極層３に電子を放出する。そして、この電子を、積層方向両端部のセパレータ８間を通じて外部に起電力として取り出すことができる。
【００１１】
ところで、発電セル１の固体電解質層２は、高い酸素イオン伝導性を有するランタンガレート系電解質を用いていることから、７００℃程度の中温域の温度雰囲気下において、高い発電性能を発揮することができる。そして、上記固体電解質層２の厚さを薄くして、酸素イオンの透過拡散性を向上させることにより、発電性能を向上させることができることが知られている。
【００１２】
ところが、この上記ランタンガレート系電解質は、機械的強度が十分に高くないことから、固体電解質層２の厚さを薄くすると、固体電解質層２を支持体としている発電セル１自体の強度が低下してしまう。この結果、発電中に、発電セル１に割れが生じて、発電することができなくなる可能性があった。
【００１３】
このため、固体電解質層２をランタンガレート系の材料で構成した発電セル１を備えた固体酸化物形燃料電池が安定的な発電を行うためには、例えば発電セル１の直径がφ１７０ｍｍの場合、当該固体電解質層２を少なくとも約１６０μｍ以上の厚さ寸法にする必要があり、当該寸法以下に固体電解質層２を薄くすることにより発電性能の向上させることが困難であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、発電セルユニットとしての強度を向上させて、発電中の発電セルの割れを防止するとともに、固体電解質層の厚さ寸法を従来よりも薄くして発電性能を向上させることが可能な固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットとその製造方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明に係る固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットは、固体電解質層の一方の面にＮｉまたはＮｉのサーメットからなる燃料極層が形成され、他方の面に空気極層が形成された発電セルと、水素ガスを透過可能であり、上記発電セルに接合一体化された多孔質燒結金属板からなる燃料極集電体あるいは多孔質焼結金属板を骨格として燃料極が形成された燃料極内包集電体とを有してなることを特徴とするものである。
【００１６】
そして、請求項２に記載の本発明に係る固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法は、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法であって、真空中あるいは不活性または還元性雰囲気下において、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体と燃料極層とを重ね合わせて、積層方向に荷重を付加するとともに、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体および燃料極層を加熱することによって、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体と燃料極層とを接合・一体化することを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項３記載の本発明に係る固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法は、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法であって、燃料極層を還元性雰囲気下に、空気極層を酸化性雰囲気下に調整し、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体と燃料極層とを重ね合わせて、積層方向に荷重を付加するとともに、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体および燃料極層を加熱することによって、上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体と燃料極層とを接合・一体化することを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、請求項４に記載の本発明に係る固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法には、請求項２または請求項３のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法であって、上記積層方向に０．１ｋｇ／ｃｍ2〜２ｋｇ／ｃｍ2の荷重を付加することを特徴とするものである。
【００１９】
そして、請求項５に記載の本発明に係る固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法によれば、請求項２〜請求項４のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法であって、上記燃料極集電体と燃料極層とを５００℃〜１０００℃に加熱することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明においては、ＮｉまたはＮｉのサーメットによって構成された燃料極層に、多孔質焼結金属板によって形成された燃料極集電体あるいは多孔質焼結金属板を骨格として燃料極が形成された燃料極内包集電体を拡散接合して一体化させることにより、発電セルが上記燃料極集電体あるいは燃料極内包集電体に支持されるために、発電セルユニットとしての強度を大幅に向上させることが可能となる。この結果、製造段階および発電時に、発電セルが割れにくくなるとともに、固体電解質層の厚さ寸法を従来よりも薄くして発電性能を向上させることが可能になる。
【００２１】
なお、上記燃料極内包集電体を上記燃料極層に接合する際、集電体が内包している燃料極と上記燃料極層とが同一種類の材料であるために、上記多孔質焼結板のみによって形成された燃料極集電体に比べて、より一層強固に接合することが可能となり、この接合により上記集電体が燃料極層の表面側の内部に埋め込まれた構造となる。
【００２２】
また、この燃料極集電体および燃料極内包集電体は、燃料ガスが透過可能な多孔質焼結金属板あるいは当該多孔質焼結金属板を骨格とした燃料極によって構成されているために、燃料ガスが上記燃料極集電体を拡散移動して透過する。このため、燃料ガスを確実に上記燃料極層の燃料極集電体との対向面全体に到達させることが可能となり、従来と同様に上記燃料極集電体としての機能を円滑に果たすことができる。
【００２３】
ところで、請求項１に記載の上記発電セルユニットを製造する際、上記燃料極集電体と燃料極層を接合・一体化するために、双方ともに高温に加熱する必要がある。ところが、上記燃料極層、燃料極集電体および燃料極内包集電体は、３００℃以上の高温雰囲気下において、外部雰囲気の空気中の酸素に触れると、酸化して酸化皮膜を形成するために、電気抵抗が増加して、固体酸化物形燃料電池全体としてのセル電圧が低下してしまうという問題点があった。
【００２４】
それに対し、請求項２に記載の本発明に係る固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法においては、真空中あるいは不活性または還元性雰囲気下において、上記燃料極集電体と燃料極層とを重ね合わせて、積層方向に荷重を付加するとともに、上記燃料極集電体および燃料極層を加熱することによって、上記燃料極集電体と燃料極層とを接合・一体化させているために、３００℃以上の高温雰囲気下においても、上記燃料極層、燃料極集電体および燃料極内包集電体の酸化を抑制することが可能となる。この結果、セル電圧の低下を防止することが可能である。
【００２５】
ここで、上記燃料極層を還元性雰囲気に保持するために、発電セルユニットに還元性ガスを供給すると、発電セルユニットの周囲が還元性雰囲気となり、空気極層も還元性雰囲気となる。この空気極層には、ＬａＭｎＯ3が多く利用されおり、当該ＬａＭｎＯ3は、非常に還元性の高い雰囲気において、構造が不安定となり、Ｌａ2Ｏ3およびＭｎＯに分解されるという問題点があった。なお、ＬａＭｎＯ3と同様に、空気極層として利用することが可能なＬａＣｏＯ3等も、非常に還元性の高い雰囲気において、分解されることが知られている。
【００２６】
これに対して、請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法においては、燃料極層を還元性雰囲気下に、空気極層を酸化性雰囲気下に調整し、上記燃料極集電体と燃料極層とを重ね合わせて、積層方向に荷重を付加するとともに、上記燃料極集電体および燃料極層を加熱することによって、上記燃料極集電体と燃料極層とを接合・一体化させているために、燃料極層に還元性ガスを供給しても、空気極層の分解を抑制することが可能である。
【００２７】
なお、上記燃料極集電体と燃料極層とに荷重を付加する際に、荷重が小さすぎると上記燃料極集電体と燃料極層とが接合しない可能性があり、荷重が大きすぎると発電セルが破損する可能性があるため、請求項４に記載のように、上記積層方向に０．１ｋｇ／ｃｍ2〜２ｋｇ／ｃｍ2の範囲に荷重を付加することが好ましい。
【００２８】
また、上記燃料極集電体と燃料極層とを加熱する際に、上記燃料極集電体と燃料極層の金属同士が拡散接合する温度以下であると上記燃料極集電体と燃料極層とが接合しない可能性があり、加熱温度が高すぎると発電セルユニットが劣化する可能性があるため、請求項５に記載のように、上記燃料極集電体と燃料極層を５００℃〜１０００℃の範囲に加熱することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る発電セルユニットの一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る発電セルユニットの燃料極集電体と燃料極層との接合部を示すもので、（ａ）がＳＥＭ写真図であり、（ｂ）がＮｉ分布を示すＥＰＭＡ面分析図であり、（ｃ）がＯ分布を示すＥＰＭＡ面分析図である。
【図３】図１の製造方法を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例１における実験結果を示すグラフである。
【図５】従来の固体酸化物形燃料電池を示す斜視図である。
【図６】従来の固体酸化物形燃料電池の要部を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明に係る燃料電池の発電セルユニットの一実施形態を示すものであり、図中符号１０が発電セルユニットである。
この発電セルユニット１０は、発電セル１５と燃料極集電体１１によって構成されている。
【００３１】
そして、当該発電セル１５は、固体電解質層１２の一方の面に燃料極層１３が、他方の面に空気極層１４が形成されて構成されており、この燃料極層１３に燃料極集電体１１が接合・一体化されている。
【００３２】
ここで、固体電解質層１２は、ランタンガレート系（ＬａＧａＯ3系）材料によって構成されるとともに、φ１２０ｍｍ、１７０μｍの厚さ寸法に形成されている。
【００３３】
また、燃料極層１３は、Ｎｉ−ＹＳＺのサーメットによって構成されるとともに、φ１２０ｍｍ、２０μｍの厚さ寸法に形成されている。
【００３４】
さらに、空気極層１４は、ＬａＭｎＯ3によって構成されるとともに、φ１２０ｍｍ、２０μｍの厚さ寸法に形成されている。
【００３５】
そして、発電セル１５の支持体となる燃料極集電体１１は、水素ガスを透過可能なＮｉの多孔質焼結金属板によって構成されるとともに、φ１２０ｍｍに形成されており、且つ厚さ寸法が、０．７４ｍｍと固体電解質層１２の厚さ寸法より大きく形成されている。これにより、当該燃料極集電体１１は、固体電解質層１２より機械的強度が大きく構成されている。
【００３６】
次に上記発電セルユニットの製造方法の一実施形態について説明する。
まず、図３に示すように、加熱炉内に、表面にＮｉをコーティングしたステンレス製のセパレータ１６を配置する。そして、当該セパレータ１６の表面に０．７４ｍｍの厚さ寸法に形成された燃料極集電体１１ａを配置する。なお、上記セパレータ１６には、外部から導入された水素ガス(還元性ガス)を燃料極集電体１１ａとの対向面の略中央部に供給する燃料ガス流路２２が形成されている。また、この燃料極集電体１１ａは、発電セルユニットを製造する際、省いても構わないものである。
【００３７】
そして、燃料極集電体１１ａの表面にセラミックス板１７を配置し、その表面に０．７４ｍｍの厚さ寸法に形成された燃料極集電体１１ｂを配置した後に、発電セル１５を配置する。さらに、当該発電セル１５の表面に０．９８ｍｍの厚さ寸法に形成された空気極集電体２４を配置する。
【００３８】
次いで、この空気極集電体２４の表面にＡｇメッキを施したステンレス製のセパレータ１８を配置する。なお、このセパレータ１８には、外部から導入された空気(酸化剤ガス)を空気極集電体２４との対向面の略中央部に供給する空気ガス流路２３が形成されている。
【００３９】
次いで、そのセパレータ１８の表面にセラミックス板１９を配置した後に、加熱ヒータ２０を配置し、当該加熱ヒータ２０の表面に錘２１を配置する。また、セパレータ１６の下部にも同様にセラミック板１９および加熱ヒータ２０を配置する。なお、錘２１として、重さ４９ｋｇの錘が使用されている。
【００４０】
これにより、燃料極集電体１１および燃料極層１３には、単位面積あたり０．４ｋｇ／ｃｍ2の荷重が付加されている。
【００４１】
そして、セパレータ１６の燃料ガス通路２２から燃料極層１３に水素ガスを供給して燃料極層１３を還元性雰囲気に、セパレータ１８の空気ガス通路２３から空気極層１４に空気を供給して空気極層１４を酸化性雰囲気に保持して、９００℃の加熱温度で燃料極集電体１１と燃料極層１３とを１．５時間焼成する。これにより、燃料極集電体１１と燃料極層１３のＮｉ同士が拡散接合して一体化し、発電セルユニット１０が製造される。
【００４２】
なお、この際、燃料極集電体１１ａ，１１ｂ同士の間にセラミック板１７を配置することにより、セパレータ１６側に配された燃料極集電体１１ａと発電セル１５側に配された燃料極集電体１１ｂが拡散接合によって一体化することを防止している。また、燃料電池スタックを組み立てる際、セパレータ１６側に配された燃料極集電体１１ａと発電セル１５側に配された燃料極集電体１１ｂを重ね合わせることにより厚さ寸法０．９８ｍｍの燃料極集電体１１が構成される。
【００４３】
以上の構成からなる固体酸化物形燃料電池の発電セルユニット１０によれば、Ｎｉのサーメットによって構成された燃料極層１３に、Ｎｉの多孔質焼結金属板によって構成された燃料極集電体１１を拡散接合して一体化させることにより、発電セル１５が燃料極集電体１１に支持されるために、発電セルユニット１０としての強度を大幅に向上させることができる。この結果、発電時に、発電セル１５が割れにくくなるとともに、固体電解質層１２の厚さ寸法を従来よりも薄くして発電性能を向上させることが可能となる。
【００４４】
また、この燃料極集電体１１は、水素ガスが透過可能なＮｉの多孔質焼結金属板によって構成されているために、水素ガスが燃料極集電体１１を拡散移動して透過する。このため、水素ガスを確実に燃料極層１３の燃料極集電体１１との対向面全体に到達させることが可能となり、従来と同様に燃料極集電体１１としての機能を円滑に果たすことができる。
【００４５】
一方、以上の構成からなる固体酸化物形燃料電池の発電セルユニットの製造方法によれば、燃料極層１３に水素ガスを供給して還元性雰囲気下に調整して、燃料極集電体１１と燃料極層１３とを接合・一体化させているために、３００℃以上の高温雰囲気下においても、燃料極層１３および燃料極集電体１１の酸化を抑制することが可能となる。この結果、セル電圧の低下を防止することが可能である。
【００４６】
また、燃料極層１３に水素ガスを供給しても、空気極層１４に空気を供給して酸化性雰囲気下に調整しているために、燃料極層１３に水素ガスを供給しても、空気極層１４の還元による分解を抑制することが可能である。
【００４７】
さらに、燃料極集電体１１と燃料極層１３とに０．４ｋｇ／ｃｍ2の荷重を付加しているために、発電セルユニット１０が破損することなく、確実に燃料極集電体１１と燃料極層１３とを接合・一体化することが可能となる。
【００４８】
また、燃料極集電体１１と燃料極層１３とを９００℃の加熱温度で加熱しているために。発電セルユニット１０が劣化することなく、確実に燃料極集電体１１と燃料極層１３とを接合・一体化することが可能となる。
【００４９】
なお、本発明に係る発電セルユニットの一実施形態においては、燃料極層１３と燃料極集電体１１とを接合・一体化させたが、燃料極層１３と燃料極内包集電体２５とを接合・一体化させても、同様の効果を得ることが可能である、
【００５０】
（実施例１）
実施例１においては、上述と同一方法によって、本発明に係る発電セルユニット１０を製作した。そして、この発電セルユニット１０を、使用最大荷重１００Ｎのロードセルを用いるとともに支点間距離を８０ｍｍの一定にして中心部を破壊する３点曲げ試験を行い、発電セルユニット１０の空気極層１４側に荷重を付加した場合と、燃料極集電体１１側に荷重を付加した場合のセル強度を測定した。
【００５１】
この際、比較例として、燃料極集電体１１を接合していない従来の発電セル１に対して同条件の試験を行い、空気極層４側に荷重を付加した場合と、燃料極層３側に荷重を付加した場合のセル強度を測定した。
【００５２】
図４は、その結果を示すものであり、Ｘ軸の伸び（ｍｍ）が途切れた部分におけるＹ軸の荷重（Ｎ）が、発電セルユニットのセル強度を示している。
そして、破線Ｉが従来の発電セル１の空気極層４側に荷重を付加した場合のセル強度を示すものであり、破線ＩＩが燃料極層３側に荷重を付加した荷重を付加した場合のセル強度を示すものである。また、破線ＩＩＩが本発明に係る発電セルユニット１０の空気極層１５側に荷重を付加した場合のセル強度を示すものであり、実線ＩＶが燃料極集電体側１１に荷重を付加した場合のセル強度を示すものである。
【００５３】
そして、図４のグラフの破線Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよび実線ＩＶから各セル強度を抽出すると、従来の発電セル１の空気極層４側に荷重を付加した場合のセル強度が１１Ｎであり、燃料極層３側に荷重を付加した場合のセル強度が１０Ｎであった。また、本実施例の発電セルユニット１０の空気極層１４側に荷重を付加した場合のセル強度が１１．５Ｎであり、燃料極集電体１１側に荷重を付加した場合のセル強度が１３．５Ｎであった。
【００５４】
この結果、燃料極層１３を接合していない従来の発電セル１より、燃料極集電体１１を接合して支持体とした本実施例の発電セルユニット１０の方が、セル強度が強くなっていることが実証された。
【００５５】
（実施例２）
実施例２においては、実施例１と同一方法によって、本発明に係る発電セルユニット１０を製作した。そして、この発電セルユニット１０を使用した固体酸化物形燃料電池を用いて発電試験を行ない、そのセル電圧を測定した。なお、この時、発電セルユニット１０に一分間に供給する単位面積あたりの水素ガス量を５ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ2とし、燃料利用率を７５％とした。さらに、発電セルユニット１０を４枚使用して４回発電試験を行ない、当該発電試験により割れが生じた発電セルユニット１０の枚数を確認した。この際、発電セルユニット１０に一分間に供給する単位面積あたりの水素ガス量を９ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ2とし、燃料利用率を８０％とした。
【００５６】
また、比較例１として、燃料極集電体を接合していない従来の発電セル１を、比較例２として燃料極集電体１１および燃料極層１３を１０５０℃の加熱温度とした他は実施例１と同一方法にして製作した発電セルユニットを、比較例３として燃料極集電体１１および燃料極層１３を４５０℃の加熱温度とした他は実施例１と同一方法にして製作した発電セルユニットを、比較例４として荷重を０．０５ｋｇ／ｃｍ2とした他は実施例１と同一方法にして製作した発電セルユニットを、比較例５として加重を２．５ｋｇ／ｃｍ2とした他は実施例１と同一方法にして製作した発電セルユニットを準備し、同様にセル電圧および、発電セルユニットが割れた枚数を確認した。
【００５７】
下記の表１は、その結果を示したものである。
【００５８】
【表１】
2011192460.tif 000003
【００５９】
上記表１の比較例１に示すように、従来の発電セル１で発電試験を行なった場合、本実施例の発電セルユニット１０と比べると、セル電圧は大きく変らないものの、機械的強度が弱く発電試験により割れた発電セルユニットの枚数が多くなっていた。
【００６０】
一方、比較例２に示すように、発電セルユニットを製造する際の加熱温度を１０００℃以上にした発電セルユニットで発電試験を行なった場合、本実施例の発電セルユニット１０と比べると、発電試験により割れが生じた発電セルユニットの枚数は変らないものの、発電セルユニットが劣化しセル電圧が低下していた。
【００６１】
そして、比較例３に示すように、発電セルユニットを製造する際の加熱温度が５００℃に満たない場合、Ｎｉ同士が拡散接合する温度に到達せず燃料極集電体１１と燃料極層１３とが接合しなかった。
【００６２】
他方、比較例４に示すように、発電セルユニットを製造する際の荷重が０．１ｋｇ／ｃｍ2に満たない場合、荷重が小さく燃料極集電体と燃料極層とが接合しなかった。
【００６３】
そして、比較例５に示すように、発電セルユニットを製造する際の荷重を２．０ｋｇ／ｃｍ2以上にした場合、燃料極集電体１１および燃料極層１３を接合・一体化できるものの、荷重が大きく発電セルユニットが割れてしまった。
【００６４】
この結果、燃料極集電体１１を接合していない従来の発電セル１に比べて、燃料極集電体１１を接合し支持体とした本実施例の発電セルユニット１０の方が、機械的強度が向上していることが実証された。
【００６５】
また、荷重を０．１〜２．０ｋｇ／ｃｍ2の範囲に付加し、燃料極集電体１１および燃料極層１３を５００℃〜１０００℃の範囲に加熱することにより、確実に発電セルユニット１０を製造することが可能であることが実証された。
【００６６】
さらに、従来の発電セル１においても、燃料電池スタックの上部に錘を配置するために、発電させて発熱反応を生じさせることにより、燃料極集電体５と燃料極層３を加熱して接合・一体化させることが可能だと考えられるが、上記錘の重さが軽く燃料極集電体１１と燃料極層１３とに付加される荷重が、単位面積あたり０．０４ｋｇ／ｃｍ2と非常に小さいことから、比較例３からも確認できるように、燃料極集電体１１と燃料極層とが接合しないことが実証された。
【００６７】
（実施例３）
実施例３においては、上述と同一方法によって、本発明に係る発電セルユニット１０を製作した。そして、この発電セルユニット１０の燃料極集電体１１と燃料極層１３との接合部の接合状態をＳＥＭ装置およびＥＰＭＡ装置を用いて確認した。
【００６８】
図２は、燃料極集電体１１と燃料極層１３との接合部を示すものであり、（ａ）はＳＥＭ写真図、（ｂ）はニッケル分布を示すＥＰＭＡ面分析図、（ｃ）は酸素分布のＥＰＭＡ面分析図である。
【００６９】
そして、図２（ａ）、（ｂ）の写真図および分析図から判るように、燃料極集電体１１のニッケルと燃料極層１３のニッケルとが接合していることから、燃料極集電体１１と燃料極層１３とが接合・一体化していることが確認できる。この際、図２（ｃ）の分析図から判るように、発電セルユニット１０の外周に僅かに酸化ニッケルによる酸化皮膜が形成されている。これは、燃料極集電体１１と燃料極層１３とを接合する際に、発電セルユニット１０の中心部には、水素ガスのみが供給されているため酸化ニッケルが形成されることがないものの、外周部には、燃料極層１３へ供給された水素ガスの他に、空気極層へと供給された空気が存在しているために、水蒸気が発生して酸化性雰囲気となり、僅かながら酸化ニッケルが形成されたと考えられる。
【００７０】
この結果、燃料極層１３を還元性雰囲気下に調整して、燃料極集電体１１と燃料極層１３とを接合することにより燃料極層１３の酸化を抑制することが可能であることが実証された。
【符号の説明】
【００７１】
１０  発電セルユニット
１１  燃料極集電体
１２  固体電解質層
１３  燃料極層
１４  空気極層
１５  発電セル
２５  燃料極内包集電体
【図１】
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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２】
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