(57)【要約】【課題】固体電解質領域の粉末化を防止できる固体酸化物形燃料電池を提供すること。【解決手段】この固体酸化物形燃料電池ＦＣ１では、固体電解質３は、燃料極４と空気極１とによって挟まれる第一領域と、インターコネクタ２と第一領域との間に形成される第二領域と、を有し、第一領域は、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されることで、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させずに、酸素イオンを空気極１から燃料極４へと伝導させるように構成され、第二領域は、一部が酸素イオン伝導性を有する材料によって形成される一方で、酸素イオンと水とが共存しないように構成されている。【選択図】図１
2011146366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させる燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極に接触する一方で前記空気極とは接触しないように形成されるインターコネクタと、を備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成される第二領域と、を有し、
前記第一領域は、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されることで、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させずに、酸素イオンを前記空気極から前記燃料極へと伝導させるように構成され、
前記第二領域は、一部が酸素イオン伝導性を有する材料によって形成される一方で、酸素イオンと水とが共存しないように構成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記第二領域は、
前記燃料極に接触して酸素イオン伝導性を有さない材料によって形成され、前記燃料極を透過する燃料ガスを前記空気極側に透過させない燃料ガス非透過部と、
前記燃料ガス非透過部を挟んで前記燃料極と反対側に、酸素イオン導電性を有する材料によって形成される電解質部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記第二領域は、
前記燃料極に接触して形成され、酸素イオン導電性を有する材料によって形成される電解質部と、
前記電解質部を挟んで前記燃料極と反対側に、絶縁性を有し酸化剤ガスを透過させないように形成される酸化剤ガス非透過部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池は、固体電解質領域を燃料極と空気極とで挟んで形成されている。この固体酸化物形燃料電池の燃料極側に水素を含む燃料ガスを流し、空気極側に酸化剤ガスとしての空気を流すことで発電反応を起こさせている。固体酸化物形燃料電池は、単体での出力は１Ｖ以下であり、運転条件を考慮すれば単体での出力は０．７Ｖ程度とすることが好ましいものである。従って、大きな出力を得ようとすれば、多くの固体酸化物形燃料電池を直列に接続する必要がある。
【０００３】
そこで、燃料極に接触する一方で空気極とは接触しないように形成されるインターコネクタを形成した固体酸化物形燃料電池が用いられている。このインターコネクタは、自身が形成されている固体酸化物形燃料電池の燃料極と、隣接する固体酸化物形燃料電池の空気極とを電気的に接続する役割を果たすと共に、燃料ガスと空気とを分離するセパレーターとしての役割も果たしている（例えば、下記特許文献１参照）。下記特許文献１に記載されている固体酸化物形燃料電池では、インターコネクタとして、内側電極端子及び導電性のシール材を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、インターコネクタは、自身が形成されている固体酸化物形燃料電池の燃料極と、隣接する固体酸化物形燃料電池の空気極とを電気的に接続するものであるから、自身が形成されている固体酸化物形燃料電池の空気極とは電気的に絶縁されている必要がある。そのため、インターコネクタと空気極とは離隔して形成されており、この離隔部分において固体電解質領域が露出し、酸化剤ガス雰囲気に直接曝されている。
【０００６】
本発明者は、固体酸化物形燃料電池の長期的な信頼性を確保するため、長期の発電実験を行ったところ、１００時間以上の長期発電を行うと上述した離隔部分で露出している固体電解質領域の一部が粉末化してしまうことを発見した。この粉末化は、離隔部分で露出している固体電解質領域が燃料極と接触する部分に顕著に起こっており、離隔部分の固体電解質領域が脱落するおそれがある。上述したように、インターコネクタは燃料ガスと酸化剤ガスとしての空気とを分離するセパレーターとしての役割も果たしているから、インターコネクタに隣接する固体電解質領域が脱落すれば、酸化剤ガスが燃料極に到達してしまい、酸化雰囲気と還元雰囲気とを分離することができなくなってしまうおそれがある。このように酸化雰囲気と還元雰囲気とが分離できなければ、発電性能の低下や燃料電池単セルの破損も想定されるので、固体電解質領域の粉末化は確実に避けたい現象である。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、固体電解質領域の粉末化を防止できる固体酸化物形燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させる燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極に接触する一方で前記空気極とは接触しないように形成されるインターコネクタと、を備える。前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成される第二領域と、を有している。前記第一領域は、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されることで、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させずに、酸素イオンを前記空気極から前記燃料極へと伝導させるように構成されている。前記第二領域は、一部が酸素イオン伝導性を有する材料によって形成される一方で、酸素イオンと水とが共存しないように構成されている。
【０００９】
本発明者らは、固体電解質領域の粉末化には、酸素イオンと水との共存が影響しているのではないかと考えた。固体電解質を形成する材料として用いられるジルコニアは、ジルコニア単体の結晶系としては単斜晶（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）であり、ジルコニウムのイオン半径よりも酸素のイオン半径が大きく、綺麗な立方体になることができずに歪んだ六面体を形成する。一方、実際に固体電解質を形成するイットリア安定化ジルコニアやスカンジア安定化ジルコニアのように、ジルコニアにイットリアやスカンジアを固溶させた材料を用いると、ジルコニアの価数（＋４）とイットリア又はスカンジアの価数（＋２）とを合わせるために、酸素イオンが一部欠落して酸素空孔が形成される。このことにより、結晶系としては立方晶（ｃｕｂｉｃ）であり、綺麗な正六面体を形成することができ、結晶構造が安定する。
【００１０】
本発明者らは、固体電解質領域であって、燃料極と空気極が対向しない部分は、酸素イオンが過剰になりやすく、燃料ガスに含まれる水や発電時に生成する水と過剰に存在する酸素イオンとが共存する状態になりやすいと考えている。詳細なるメカニズムは詳らかではないものの、酸素イオンが過剰になり且つ水が共存すると、上述した酸素空孔に酸素イオンが入り込んでしまい、ジルコニア単体と同様に歪んだ六面体の結晶構造になってしまうものと考えられる。歪んだ六面体の体積は正六面体の体積よりも大きいため、体積膨張が発生し当該部分の粉末化が発生するものと考えられる。
【００１１】
そこで本発明者らは、空気極と燃料極とが固体電解質領域を挟んでいない第二領域において、その一部を、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成する一方で、全体に渡って酸素イオンと水とが共存しないような構成としている。第二領域の一部を、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成することで、同じく酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されている第一領域との親和性が高まり固体電解質領域の形成が容易なものとなる。このように酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されている部分を有する一方で、第二領域の全体に渡って酸素イオンと水とが共存しないようにすることで、上述した体積膨張の問題を確実に抑制し粉末化を防止している。従って、本発明に係る固体酸化物形燃料電池によれば、長時間の運転を行っても固体電解質領域の粉末化を抑制することができ、安定した発電を行うことができる。
【００１２】
また本発明に係る固体酸化物形燃料電池では、前記第二領域は、前記燃料極に接触して酸素イオン伝導性を有さない材料によって形成され、前記燃料極を透過する燃料ガスを前記空気極側に透過させない燃料ガス非透過部と、前記燃料ガス非透過部を挟んで前記燃料極と反対側に、酸素イオン導電性を有する材料によって形成される電解質部と、を有することも好ましい。
【００１３】
第二領域において酸素イオンが過剰になる原因としては、第一領域と第二領域とで酸素分圧が異なることが一因だと考えられる。第一領域では、空気極を透過して空気が供給され、その空気中の酸素から酸素イオンが生成される。燃料極側には酸素は存在しないので、燃料極側と空気極側との酸素分圧の差によって、酸素イオンが空気極側から燃料極側に移動する。第二領域の空気極側では、空気極が形成されておらず空気に曝されているので、酸素の濃度は第一領域よりも高くなり、結果として酸素分圧の差は第一領域よりも大きくなる。従って、酸素イオンが燃料極に向かう傾向は、第一領域よりも第二領域において大きくなるので、第一領域を流れる酸素イオンは第二領域へと流入し、第二領域では酸素イオンが過剰な状態となる。
【００１４】
そこでこの好ましい態様では、第二領域の燃料極に接する側に燃料ガス非透過部を形成している。燃料ガス非透過部は、酸素イオン伝導性を有さない材料によって形成されているので、燃料極側において酸素イオンが過剰な状態とならないようにすることができる。また、燃料ガス非透過部は、燃料ガスも空気極側に透過させないので、第二領域における発電反応を抑制し、水の発生を抑制することができると共に、燃料ガスそのものに含まれている水も酸素イオンと共存しないようにすることができる。従って、燃料極側に燃料ガス非透過部を形成するという簡単な構成で、固体電解質領域の粉末化を確実に抑制することができる。
【００１５】
また本発明に係る固体酸化物形燃料電池では、前記第二領域は、前記燃料極に接触して形成され、酸素イオン導電性を有する材料によって形成される電解質部と、前記電解質部を挟んで前記燃料極と反対側に、絶縁性を有し酸化剤ガスを透過させないように形成される酸化剤ガス非透過部と、を有することも好ましい。
【００１６】
上述したように、第二領域において酸素イオンが過剰になるのは、第一領域よりも空気極側と燃料極側との間の酸素分圧の差が大きくなることに一因があるものと考えられる。そこでこの好ましい態様では、酸化剤ガス非透過部を、電解質部を挟んで燃料極とは反対側に形成することで、第二領域の空気極側と燃料極側との間の酸素分圧の差を小さくし、酸素イオンが第一領域から第二領域に流入することを抑制している。従って、第二領域の空気極側に酸化剤ガス非透過部を形成するという簡単な構成で、固体電解質領域の粉末化を確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、固体電解質領域の粉末化を防止できる固体酸化物形燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態である固体酸化物形燃料電池を示す概略斜視図である。
【図２】図１のＡ部分を拡大して示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態である固体酸化物形燃料電池を示す概略断面図である。
【図４】図３のＢ部分を拡大して示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態である固体酸化物形燃料電池を示す概略断面図である。
【図６】図５のＣ部分を拡大して示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の第四実施形態である固体酸化物形燃料電池を示す概略断面図である。
【図８】図５のＤ部分を拡大して示す模式的な断面図である。
【図９】図４に示す固体酸化物形燃料電池の第一変形例を示す模式的な断面図である。
【図１０】図２に示す固体酸化物形燃料電池の第一変形例を示す模式的な断面図である。
【図１１】図４に示す固体酸化物形燃料電池の第二変形例を示す模式的な断面図である。
【図１２】図２に示す固体酸化物形燃料電池の第二変形例を示す模式的な断面図である。
【図１３】図４に示す固体酸化物形燃料電池の第三変形例を示す模式的な断面図である。
【図１４】図８に示す固体酸化物形燃料電池の第一変形例を示す模式的な断面図である。
【図１５】図４に示す固体酸化物形燃料電池の第四変形例を示す模式的な断面図である。
【図１６】図４に示す固体酸化物形燃料電池の第五変形例を示す模式的な断面図である。
【図１７】従来の実施形態に係る、円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池の断面を示す図である。
【図１８】従来の実施形態に係る、円筒横縞型の固体酸化物形燃料電池の断面を示す図である。
【図１９】従来の実施形態に係る、扁平円筒型の固体酸化物形燃料電池の断面を示す図である。
【図２０】従来の実施形態に係る燃料極を支持体とした固体酸化物形燃料電池のインターコネクタ近傍の部分を拡大した断面図であり、比較例１の形態を示す図である。
【図２１】従来の実施形態に係る、支持体上に燃料極を形成した構造からなる固体酸化物形燃料電池のインターコネクタ近傍の部分を拡大した断面図であり、比較例２の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２０】
本発明の第一実施形態である固体酸化物形燃料電池について図１を参照しながら説明する。図１は、第一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池ＦＣ１を示す概略斜視図である。図１に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ１は、円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池である。固体酸化物形燃料電池ＦＣ１は、内側から、燃料極４、固体電解質３（固体電解質領域）、空気極１が同心円状に積層されて形成されている。燃料極４は、円筒状になっており、その内部に燃料ガスを通すことが可能なように構成され、固体酸化物形燃料電池ＦＣ１の支持体を兼ねている。空気極１及び固体電解質３の一部は除去されており、その除去された部分にインターコネクタ２が形成されている。インターコネクタ２と空気極１とは離隔されており、インターコネクタ２と空気極１との間に露出部５が形成されている。
【００２１】
図１のＡ部分を拡大して図２に示す。図２に示すように、固体電解質３の露出部５の下方にある燃料極４上に、非酸素イオン伝導体からなる遮蔽体６（燃料ガス非透過部）が配置されている。これにより、露出部５の下方には固体電解質３と燃料極４との接触面が無いため、固体電解質３が燃料ガス中に含まれる水蒸気と反応して粉末化を生じるのを防止することができる。
【００２２】
図１及び図２に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ１では、燃料極４上に固体電解質３、さらに固体電解質３の上にインターコネクタ２と接触しないように空気極１が構成されている。発電に際して、空気極１と固体電解質３の界面で、空気極１内部を流れてきた電子と外部の酸素が反応し、式（１）に示すように酸素イオンを生じる。この酸素イオンが固体電解質３を通って燃料極４に達し、燃料中の水素や一酸化炭素と酸素イオンが反応して水あるいは二酸化炭素と電子を生成する。これらの反応は（２）、（３）式で示される。
Ｏ2＋４ｅ-→２Ｏ2-        …（１）
Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ-  …（２）
ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2＋２ｅ-  …（３）
【００２３】
本実施形態で利用できるインターコネクタ２は、燃料極４と電気的に接続されており、酸化雰囲気と還元雰囲気どちらにおいても安定であり、電子伝導性が高く、気密性に優れているものが好ましい。インターコネクタ２材料には、例えば、（Ｌａ，Ａ）ＣｒＯ3、（Ａ：アルカリ金属）、Ｌａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ3、（Ｂ，Ｃａ）ＴｉＯ3、（Ｂ：希土類元素）などが用いられる。
【００２４】
本実施形態で利用できる燃料極４は、ガス透過性が高く、電子伝導性が高いものが好ましい。この観点からＮｉ合金やＣｏ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉとイットリア安定化ジルコニアの混合材料（以下、Ｎｉ／イットリア安定化ジルコニアと示す。）、Ｎｉとスカンジア安定化ジルコニアの混合材料（以下、Ｎｉ／スカンジア安定化ジルコニアと示す。）、Ｎｉとカルシア安定化ジルコニアの混合材料（以下、Ｎｉ／カルシア安定化ジルコニアと示す。）、Ｎｉとセリア系材料の混合材料（以下、Ｎｉ／セリア系材料と示す。）などが用いられる。また、燃料極４は複数の層から形成されていてもかまわない。例えば、Ｎｉ／イットリア安定化ジルコニアなどのコンポジット材料の割合を傾斜させたものを挙げることができる。燃料極４を傾斜構造とすることにより、より高い発電性能を得ることができる。
【００２５】
空気極１は、ガス透過性が高く、電子伝導性及び酸素イオン伝導性が高いものが好ましく、（Ｌａ1-xＳｒx）yＭｎＯ3などの電子伝導体とジルコニア系材料またはセリア系材料またはランタンガレート系材料などの酸素イオン伝導体とのコンポジットや、（Ｌａ1-xＳｒx）y（Ｃｏ1-zＦｅz）Ｏ3などの混合導電体が用いられる。
【００２６】
本実施形態で利用できる固体電解質３は、結晶構造が立方晶または菱面体を含むジルコニア系材料であることが好ましい。立方晶を含むジルコニア系材料として例えば、イットリアで安定化されたジルコニア、スカンジアで安定化されたジルコニア、カルシアで安定化されたジルコニアなどを好的に利用できる。菱面体を含むジルコニア系材料として例えば、スカンジアで安定化されたジルコニアなどを好的に利用できる。
【００２７】
立方晶あるいは菱面体を含むジルコニア系材料は化学安定性に優れるとともに、高い酸素イオン伝導性を有するため、好ましい。
【００２８】
また本実施形態で利用できる固体電解質３は、最も好ましくは、イットリア及び／またはスカンジアで安定化されたジルコニア系材料である。
【００２９】
イットリア及び／またはスカンジアで安定化されたジルコニア系材料は特に酸素イオン伝導性が高いため、特に発電性能の高い固体酸化物形燃料電池を提供することが可能になる。
【００３０】
本実施形態で利用できる固体電解質３は、酸素イオン伝導性が高いこと、気密性に優れること、機械的強度に優れること、材料安定性に優れることが好ましい。ジルコニア系材料、ランタンガレート系材料、セリア系材料などが用いられる。また、固体電解質３は複数の層から形成されていてもかまわない。例えば、イットリアで安定化されたジルコニアとスカンジアで安定化されたジルコニアの２層構造や、スカンジアで安定化されたジルコニアと、イットリアで安定化されたジルコニアと、スカンジアで安定化されたジルコニアの３層構造を挙げることができる。多層構造とすることにより、高い発電性能と焼結性を向上させることができる。
【００３１】
ジルコニア系材料には酸素イオン伝導性及び／または焼結性を向上させるために、ＣｅＯ2、Ｐｒ2Ｏ3、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｍ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｔｂ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3などが固溶されていても良い。２種類以上固溶させたものであっても良い。
【００３２】
ジルコニアは室温では蛍石型面心立方晶が歪んだ単斜晶の構造をもつが、約１１７０℃で正方晶に、約２３７０℃で立方晶に相変態し、相変態に伴って体積が変化するため、固体酸化物形燃料電池に用いる場合、サーマルサイクルによって固体電解質３にクラックが生じるおそれがある。そこで固体酸化物形燃料電池の固体電解質３には、価数が２＋の金属あるいは価数が３＋をとりうる金属の酸化物を固溶させて正方晶や立方晶を室温まで安定に存在させたものを用いている。酸化物の固溶量によって、正方晶や立方晶、菱面体などの結晶構造をもつ安定化ジルコニアが得られる。一般的にはイットリアを固溶させたジルコニアや、スカンジアを固溶させたジルコニアが用いられる。
【００３３】
本発明者らは、固体電解質３を構成する材料であって従来安定とされてきた立方晶や菱面体のジルコニア系材料が、長期の発電によって粉末化することを観察した。さらに詳細な検討により、インターコネクタ２と空気極１との間に形成される、固体電解質３の露出部５の下方に、前記固体電解質３と前記燃料極４との接触面が無い構造にすることにより、粉末化を抑制できることを見出した。
【００３４】
露出部５の下方に前記固体電解質３と前記燃料極４との接触面が無い構造にすることによって粉末化を抑制できる理由として、以下のことが考えられる。
【００３５】
図１７は、従来の円筒縦縞型の固体酸化物形燃料電池を示す図である。図１８は、従来の円筒横縞型の固体酸化物形燃料電池を示す図である。図１９は、従来の扁平円筒型の固体酸化物形燃料電池を示す図である。図１７〜図１９に示す固体電解質形燃料電池は、燃料極４上に固体電解質３、さらに固体電解質３の上にインターコネクタ２と接触しないように空気極１が構成されている。図２０は、図１７〜図１９に示す従来の燃料極を支持体とした固体酸化物形燃料電池のインターコネクタ２近傍の部分を拡大した断面図であり、燃料極４が１層からなる従来の構造を示す図である。
【００３６】
図２１は、図２０とは別の従来例であって、支持体上に燃料極を形成した構造からなる固体酸化物形燃料電池のインターコネクタ２近傍の部分を拡大した断面図であり、燃料極４が前記支持体１２上に形成された従来の構造を示す図である。
【００３７】
固体電解質３として用いられるジルコニア系材料は、ジルコニアにイットリアやスカンジアを固溶させることにより酸素イオンを欠損させて、酸素イオン伝導性を向上させるとともに、立方晶を室温まで安定にしている。ここで図２０又は図２１に示したように、前記露出部５の下方に固体電解質３と燃料極４との接触面が存在する場合、当該露出面においても酸素分圧差によって酸素イオンが固体電解質３中を移動するが、前記露出部５の上方は空気極１と接していないため、ほとんど電流が流れずこの酸素イオンは消費されない。このため、固体電解質３内に残留してしまう。その結果、前記露出部５部分における固体電解質３は燃料極４に近いほど酸素イオン過剰となり、結晶構造が不安定になると考えられる。また、燃料ガス中に含まれる水蒸気や発電時に生成した水蒸気が、前記露出部５部分における固体電解質３表面に吸着することも、結晶構造を不安定化させる要因として考えられる。これらの要因が重なった結果、固体電解質３の結晶構造が変化し、粉末化が生じると考えられる。そこで、露出部５の下方に前記固体電解質３と前記燃料極４との接触面、すなわち、前記固体電解質３が燃料ガス中に含まれる水蒸気と触れることが無い構造にすることによって、結晶構造を不安定化させる要因を取り除くことが出来るため、粉末化を抑制することができると考えられる。または露出部５の上方を絶縁体で覆うことで、前記露出部５への酸素供給を防ぐことができ、粉末化を抑制することができると考えられる。このような現象を本発明者らはジルコニア系材料の固体電解質３で観察したが、他の材料からなる固体電解質３でも同様の現象が起こると考えられる。
【００３８】
固体電解質３が粉末化することによって、固体電解質３が薄膜化し、気密性や固体電解質３と燃料極４の密着強度の低下が生じる。気密性が低下した結果、燃料極４が酸化され、酸化膨張し、最悪の場合固体酸化物形燃料電池が破損する。本発明者らの実験では、固体電解質３の膜厚が数μｍ以下になると固体酸化物燃料電池が破損する状況が観察された。粉末化によってガス遮蔽性が低下し、固体酸化物形燃料電池の出力が低下することが推測される。
【００３９】
ここでいう膜厚とは、固体酸化物形燃料電池の破断面を走査型電子顕微鏡日立ハイテクノロジーズ製Ｓ−４１００によって観察したものである。
【００４０】
本実施形態で利用できる非酸素イオン伝導体からなる遮蔽体６は、ガス透過性がなく、熱膨張係数が燃料極４の熱膨張係数と近いものが好ましい。例えばＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅといった金属や、（Ｌａ，Ａ）ＣｒＯ3、（Ａ：アルカリ金属）、Ｌａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ3、（Ｄ，Ｓｒ）ＴｉＯ3、（Ｄ：希土類元素）、（ＣａＯ）x（ＺｒＯ2）1-x、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3などを挙げることができる。
【００４１】
図２に示す実施形態では、図中破線よりも右側が、燃料極４と空気極１とによって固体電解質３が挟まれる第一領域となっている。図中破線よりも左側は、インターコネクタ２と第一領域との間に形成される第二領域となっている。従って、遮蔽体６は、第二領域に形成されている。
【００４２】
本発明の第二実施形態である固体酸化物形燃料電池について図３を参照しながら説明する。図３は、第二実施形態に係る固体酸化物形燃料電池ＦＣ２を示す概略断面図である。図３に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ２は、円筒横縞型の固体酸化物形燃料電池である。固体酸化物形燃料電池ＦＣ２は、円筒形状を成す多孔質支持管である支持体１２の外周に、燃料極４、固体電解質３、空気極１が形成されている。支持体１２は、ガス透過性が良く、熱膨張係数が燃料極４の熱膨張係数と近いものが好ましい。例えば（ＣａＯ）x（ＺｒＯ2）1-xなどの多孔体を用いることができる。燃料極４と固体電解質３と空気極１とからなる一組の部分が単セルとなっており、支持体１２の長手方向に沿って複数連設されている。単セル同士は、空気極１と隣接する単セルの燃料極がインターコネクタ４で電気的に接続される。
【００４３】
図３のＢ部分を拡大して図４に示す。図４に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ２は、支持体１２上に燃料極４を形成した構造を有している。固体電解質３の露出部５の下方にある燃料極４上に、非酸素イオン伝導体からなる遮蔽体６が配置されている。これにより、露出部５の下方には固体電解質３と燃料極４との接触面が無いため、固体電解質３が燃料ガス中に含まれる水蒸気と反応して粉末化を生じるのを防止することができる。
【００４４】
本発明の第三実施形態である固体酸化物形燃料電池について図５を参照しながら説明する。図５は、第三実施形態に係る固体酸化物形燃料電池ＦＣ３を示す概略断面図である。図５に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ３は、円筒縦縞型の燃料電池の一種であり、その両端に内側電極端子１３と外側電極端子１４とが設けられている。固体酸化物形燃料電池ＦＣ３は、円筒形の内側の電極層である燃料極４と、円筒形の外側の電極層である空気極１と、燃料極４と空気極１との間に配置された円筒形の固体電解質３と、内側の電極層である燃料極４の内側に構成される貫通流路と、を有している。また、固体酸化物形燃料電池ＦＣ３の一方の端部に、内側の電極層である燃料極４が固体電解質３及び外側の電極層である空気極１に対して露出した内側電極露出周面と、固体電解質３が空気極１に対して露出した電解質露出周面とが設けられている。固体酸化物形燃料電池ＦＣ３の他方の端部には、外側の電極層である空気極１が露出した外側電極露出周面が形成されている。
【００４５】
内側電極端子１３は、内側電極露出周面を全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分と、本体部分から固体酸化物形燃料電池ＦＣ３の長手方向に延びる管状部分とを有している。本体部分及び管状部分は、円筒形であり且つ同心に配置され、管状部分の管径は、本体部分の管径よりも細くなっている。管状部分は、燃料極４の内側の貫通流路と連通し且つ外部と通じる接続流路を有している。本体部分と管状部分との間の段部は、燃料極４の端面と当接している。本体部分と内側電極露出周面との間には、インターコネクタ２が配置されている。
【００４６】
外側電極端子１４は、外側電極露出周面を全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分と、本体部分から固体酸化物形燃料電池ＦＣ３の長手方向に延びる管状部分とを有している。本体部分及び管状部分は、円筒形であり且つ同心であり、管状部分の管径は、本体部分の管径よりも細くなっている。管状部分は、燃料極４の内側の貫通流路と連通し且つ外部と通じる接続流路を有している。本体部分と管状部分との間の段部は、環状の絶縁部材を介して空気極１、固体電解質３及び燃料極４の端面と当接している。
【００４７】
図５のＣ部分を拡大して図６に示す。図６に示すように、固体電解質３の露出部５の下方にある燃料極４上に、非酸素イオン伝導体からなる遮蔽体６が配置されている。遮蔽体６は、第二領域のみならず第一領域にも延伸して形成されている。従って、被覆率が１００％以上であるため確実に固体電解質３の粉末化を抑制することができ、耐久性がより高い利点がある。ここで「被覆率」とは、露出部５の下方における空気極１の全域の面積に対して、それを覆う遮蔽体６の面積の割合を意味する。尚、他の実施形態や変形例においても、被覆率を１００％以上とすることで同様の効果を得ることができる。
【００４８】
本発明の第四実施形態である固体酸化物形燃料電池について図７を参照しながら説明する。図７は、第四実施形態に係る固体酸化物形燃料電池ＦＣ４を示す概略断面図である。図７に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ４は、フラットチューブ型の燃料電池である。固体酸化物形燃料電池ＦＣ４の形状は円筒縦縞型燃料電池を扁平にしたものであって構造は類似している。固体酸化物形燃料電池ＦＣ４は、燃料極４を支持管とし、その外周に固体電解質３、空気極１が形成されている。集電の為のインターコネクタ２は燃料極４と接する一方で、空気極１と接することなく、紙面奥に向かって伸びている。燃料極４の内側には６本の貫通流路が形成されている。この貫通流路には燃料ガスが流入するように構成されている。
【００４９】
図７のＤ部分を拡大して図８に示す。図８に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ４は、露出部５を上方に持つ固体電解質３の下方にはインターコネクタ２の一部が配置され、これが遮蔽体として機能する。遮蔽体をインターコネクタ２の一部とすることにより、容易に遮蔽体を作製することができる。ここで、インターコネクタ２の形成方法としては、スラリーコート法やスクリーン印刷法、シート成形法等が挙げられる。
【００５０】
続いて、上記第一実施形態から第四実施形態の変形例について、図９〜図１６を参照しながら説明する。図９は、図４に示す固体酸化物形燃料電池ＦＣ２の第一変形例を示す模式的な断面図である。図１０は、図２に示す固体酸化物形燃料電池ＦＣ１の第一変形例を示す模式的な断面図である。図１１は、図４に示す固体酸化物形燃料電池ＦＣ２の第二変形例を示す模式的な断面図である。図１２は、図２に示す固体酸化物形燃料電池ＦＣ１の第二変形例を示す模式的な断面図である。図１３は、図４に示す固体酸化物形燃料電池ＦＣ２の第三変形例を示す模式的な断面図である。図１４は、図８に示す固体酸化物形燃料電池ＦＣ４の第一変形例を示す模式的な断面図である。図１５は、図４に示す固体酸化物形燃料電池ＦＣ２の第四変形例を示す模式的な断面図である。図１６は、図４に示す固体酸化物形燃料電池ＦＣ２の第五変形例を示す模式的な断面図である。
【００５１】
図９に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ２の第一変形例は、露出部５を上方に持つ固体電解質３の下方にはインターコネクタ２の一部が配置され、これが遮蔽体として機能する。遮蔽体をインターコネクタ２の一部とすることにより、容易に遮蔽体を作製することができる。
【００５２】
図１０に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ１の第一変形例は、露出部５を上方に持つ固体電解質３の上方には、非電子伝導体であり且つ非酸素イオン伝導体からなる被覆体７（酸化剤ガス非透過部）が配置されている。これにより、露出部５には空気との接触面が無いため、前記露出部５への酸素供給を防ぐことができ、粉末化を抑制することができる。
【００５３】
ここで、非電子伝導体であり且つ非酸素イオン伝導体からなる被覆体７としては、例えばＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＲＯ（Ｒ：Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）、ＴｉＯ2とからなる酸化物を挙げることができ、形成方法としてはスラリーコート法やスクリーン印刷法、シート成形法等が挙げられる。
【００５４】
図１１に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ２の第二変形例は、露出部５を上方に持つ固体電解質３の上方には、非電子伝導体であり且つ非酸素イオン伝導体からなる被覆体７が配置されている。これにより、露出部５には空気との接触面が無いため、前記露出部５への酸素供給を防ぐことができ、粉末化を抑制することができる。
【００５５】
図１２に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ１の第二変形例は、露出部５を上方に持つ固体電解質３の上方には、非電子伝導体であり且つ非酸素イオン伝導体からなる被覆体７が配置されており、固体電解質３の露出部５の下方にある燃料極４上に、非酸素イオン伝導体からなる遮蔽体６が配置されている。これにより、露出部５には空気との接触面が無いため、前記露出部５への酸素供給を防ぐことができ、露出部５の下方には固体電解質３と燃料極４との接触面が無いため、固体電解質３が燃料ガス中に含まれる水蒸気と反応して粉末化を生じるのを防止することができる。
【００５６】
図１３に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ２の第三変形例は、露出部５を上方に持つ固体電解質３の上方には、非電子伝導体であり且つ非酸素イオン伝導体からなる被覆体７が配置されており、固体電解質３の露出部５の下方にある燃料極４上に、非酸素イオン伝導体からなる遮蔽体６が配置されている。これにより、露出部５には空気との接触面が無いため、前記露出部５への酸素供給を防ぐことができ、露出部５の下方には固体電解質３と燃料極４との接触面が無いため、固体電解質３が燃料ガス中に含まれる水蒸気と反応して粉末化を生じるのを防止することができる。
【００５７】
図１４に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ４の第一変形例は、露出部５を上方に持つ固体電解質３の上方には、非電子伝導体であり且つ非酸素イオン伝導体からなる被覆体７が配置されており、露出部５を上方に持つ固体電解質３の下方にはインターコネクタ２の一部が配置され、これが遮蔽体として機能する。遮蔽体をインターコネクタ２の一部とすることにより、容易に遮蔽体を作製することができる利点がある。これにより、露出部５には空気との接触面が無いため、前記露出部５への酸素供給を防ぐことができ、露出部５の下方には固体電解質３と燃料極４との接触面が無いため、固体電解質３が燃料ガス中に含まれる水蒸気と反応して粉末化を生じるのを防止することができる。
【００５８】
図１５に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ２の第四変形例は、露出部５を上方に持つ固体電解質３の上方には、非電子伝導体であり且つ非酸素イオン伝導体からなる被覆体７が配置されており、露出部５を上方に持つ固体電解質３の下方にはインターコネクタ２の一部が配置され、これが遮蔽体として機能する。遮蔽体をインターコネクタ２の一部とすることにより、容易に遮蔽体を作製することができる利点がある。これにより、露出部５には空気との接触面が無いため、前記露出部５への酸素供給を防ぐことができ、露出部５の下方には固体電解質３と燃料極４との接触面が無いため、固体電解質３が燃料ガス中に含まれる水蒸気と反応して粉末化を生じるのを防止することができる。
【００５９】
図１６に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣ２の第五変形例は、燃料極４は支持体１２上に設けられており、且つ、空気極１の下方にのみ設けられている。従って、露出部５を上方に持つ前記固体電解質３の下方には、燃料極４が存在しないため、固体電解質３が燃料ガス中に含まれる水蒸気と反応して粉末化を生じるのを防止することができる。本変形例では、より簡単な構成で粉末化を抑制することができる利点がある。
【００６０】
図１０、図１２に示す構造の固体酸化物形燃料電池は、燃料極４の成形、固体電解質３の製膜、空気極１の成膜、インターコネクタ２の成膜、一回以上の焼成を含む工程で作製されたものであり、燃料極４の成形方法としては押出成形法や鋳込み成形法、プレス成形法などが、固体電解質３の成膜方法としてはスラリーコート法や溶射法などが、空気極１の成膜方法としてはスラリーコート法やスクリーン印刷法、シート成形法などが挙げられる。
【００６１】
図１１に示す構造の固体酸化物形燃料電池は、支持体１２の成形、燃料極４の製膜、固体電解質３の製膜、空気極１の成膜、インターコネクタ２の成膜、一回以上の焼成を含む工程で作製されたものであり、支持体１２の成形方法としては押出成形法や鋳込み成形法、プレス成形法などが、燃料極４の成膜方法としてはスラリーコート法やスクリーン印刷法、シート成形法などが、固体電解質３の成膜方法としてはスラリーコート法や溶射法などが、空気極１の成膜方法としてはスラリーコート法やスクリーン印刷法、シート成形法などが挙げられる。
【００６２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６３】
１…空気極
１２…支持体
２…インターコネクタ
３…固体電解質
４…燃料極
５…露出部
６…遮蔽体
７…被覆体
【図１】
2011146366.tif 000003
【図２】
2011146366.tif 000004
【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】
2011146366.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2011146366.tif 000013
【図１２】
2011146366.tif 000014
【図１３】
2011146366.tif 000015
【図１４】
2011146366.tif 000016
【図１５】
2011146366.tif 000017
【図１６】
2011146366.tif 000018
【図１７】
2011146366.tif 000019
【図１８】
2011146366.tif 000020
【図１９】
2011146366.tif 000021
【図２０】
2011146366.tif 000022
【図２１】
2011146366.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月24日(2010.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させると共に支持体として機能する燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極の前記固体電解質領域と接する面と同一面に前記固体電解質領域と隣接するように形成され、酸化雰囲気と還元雰囲気どちらにおいても安定であるインターコネクタと、を備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記固体電解質領域の前記他側面において、前記インターコネクタと前記空気極との間に、前記インターコネクタと前記空気極とを離隔するための露出部が形成され、
前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成され、前記露出部の下方に位置する第二領域と、を有し、
前記第一領域は、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されることで、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させずに、酸素イオンを前記空気極から前記燃料極へと伝導させるように構成され、
前記第二領域は、前記露出部に接する一部分が酸素イオン伝導性を有する材料によって形成される一方で、
酸素イオンと水とが共存しないように、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させず、かつ酸素イオン導電性を有さない材料によって形成された遮蔽体を備え、
前記遮蔽体は、少なくとも前記第二領域に接する前記燃料極の全域を覆うように前記燃料極を被覆することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記遮蔽体は、前記インターコネクタと同一の材料で、前記インターコネクタと連続して形成され、前記インターコネクタの一部となっていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させると共に支持体として機能する燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極の前記固体電解質領域と接する面と同一面に前記固体電解質領域と隣接するように形成され、酸化雰囲気と還元雰囲気どちらにおいても安定であるインターコネクタと、を備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記固体電解質領域の前記他側面において、前記インターコネクタと前記空気極との間に、前記インターコネクタと前記空気極とを離隔するための露出部が形成され、
前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成され、前記露出部の下方に位置する第二領域と、を有し、
前記第一領域は、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されることで、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させずに、酸素イオンを前記空気極から前記燃料極へと伝導させるように構成され、
前記第二領域は、前記露出部に接する一部分が酸素イオン伝導性を有する材料によって形成される一方で、
酸素イオンと水とが共存しないように、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させず、かつ酸素イオン導電性を有さない材料によって形成された被覆体を備え、
前記被覆体は、少なくとも前記第二領域の前記露出部に接する上面の全域を覆うように前記燃料極を被覆することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させる燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極が形成される支持体上に前記固体電解質領域と隣接するように形成され、酸化雰囲気と還元雰囲気どちらにおいても安定であるインターコネクタと、を備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記固体電解質領域の前記他側面において、前記インターコネクタと前記空気極との間に、前記インターコネクタと前記空気極とを離隔するための露出部が形成され、
前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成され、前記露出部の下方に位置する第二領域と、を有し、
前記インターコネクタは、前記第二領域の下方に入り込んで、前記第一領域の下方に形成された前記燃料極と当接するように形成されてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させると共に支持体として機能する燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極の前記固体電解質領域と接する面と同一面に前記固体電解質領域と隣接するように形成され、酸化雰囲気と還元雰囲気どちらにおいても安定であるインターコネクタと、を備える。前記固体電解質領域の前記他側面において、前記インターコネクタと前記空気極との間に、前記インターコネクタと前記空気極とを離隔するための露出部が形成され、
前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成され、前記露出部の下方に位置する第二領域と、を有し、前記第一領域は、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されることで、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させずに、酸素イオンを前記空気極から前記燃料極へと伝導させるように構成され、前記第二領域は、前記露出部に接する一部分が酸素イオン伝導性を有する材料によって形成される一方で、酸素イオンと水とが共存しないように、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させず、かつ酸素イオン導電性を有さない材料によって形成された遮蔽体を備え、前記遮蔽体は、少なくとも前記第二領域に接する前記燃料極の全域を覆うように前記燃料極を被覆することを特徴とする。また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させると共に支持体として機能する燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極の前記固体電解質領域と接する面と同一面に前記固体電解質領域と隣接するように形成され、酸化雰囲気と還元雰囲気どちらにおいても安定であるインターコネクタと、を備え、前記固体電解質領域の前記他側面において、前記インターコネクタと前記空気極との間に、前記インターコネクタと前記空気極とを離隔するための露出部が形成され、前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成され、前記露出部の下方に位置する第二領域と、を有し、前記第一領域は、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されることで、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させずに、酸素イオンを前記空気極から前記燃料極へと伝導させるように構成され、前記第二領域は、前記露出部に接する一部分が酸素イオン伝導性を有する材料によって形成される一方で、酸素イオンと水とが共存しないように、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させず、かつ酸素イオン導電性を有さない材料によって形成された被覆体を備え、前記被覆体は、少なくとも前記第二領域の前記露出部に接する上面の全域を覆うように前記燃料極を被覆することを特徴とする。また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させる燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極が形成される支持体上に前記固体電解質領域と隣接するように形成され、酸化雰囲気と還元雰囲気どちらにおいても安定であるインターコネクタと、を備え、前記固体電解質領域の前記他側面において、前記インターコネクタと前記空気極との間に、前記インターコネクタと前記空気極とを離隔するための露出部が形成され、前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成され、前記露出部の下方に位置する第二領域と、を有し、前記インターコネクタは、前記第二領域の下方に入り込んで、前記第一領域の下方に形成された前記燃料極と当接するように形成されてなることを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月15日(2011.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させると共に支持体として機能する燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極の前記固体電解質領域と接する面と同一面に前記固体電解質領域と隣接するように形成され、酸化雰囲気と還元雰囲気どちらにおいても安定であるインターコネクタと、を備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記固体電解質領域の前記他側面において、前記インターコネクタと前記空気極との間に、前記インターコネクタと前記空気極とを離隔するための露出部が形成され、
前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成され、前記露出部の下方に位置する第二領域と、を有し、
前記第一領域は、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されることで、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させずに、酸素イオンを前記空気極から前記燃料極へと伝導させるように構成され、
前記第二領域は、前記露出部に接する一部分が酸素イオン伝導性を有する材料によって形成される一方で、
酸素イオンと水とが共存しないように、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させず、かつ酸素イオン導電性を有さない材料によって形成された遮蔽体を備え、
前記遮蔽体は、少なくとも前記第二領域に接する前記燃料極の全域を覆うように前記燃料極を被覆することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記遮蔽体は、前記インターコネクタと同一の材料で、前記インターコネクタと連続して形成され、前記インターコネクタの一部となっていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させると共に支持体として機能する燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極の前記固体電解質領域と接する面と同一面に前記固体電解質領域と隣接するように形成され、酸化雰囲気と還元雰囲気どちらにおいても安定であるインターコネクタと、を備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記固体電解質領域の前記他側面において、前記インターコネクタと前記空気極との間に、前記インターコネクタと前記空気極とを離隔するための露出部が形成され、
前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成され、前記露出部の下方に位置する第二領域と、を有し、
前記第一領域は、酸素イオン伝導性を有する材料によって形成されることで、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させずに、酸素イオンを前記空気極から前記燃料極へと伝導させるように構成され、
前記第二領域は、前記露出部に接する一部分が酸素イオン伝導性を有する材料によって形成される一方で、
酸素イオンと水とが共存しないように、燃料ガス及び酸化剤ガスを透過させず、かつ酸素イオン導電性を有さない材料によって形成された被覆体を備え、
前記被覆体は、少なくとも前記第二領域の前記露出部に接する上面の全域を覆うように前記固体電解質領域を被覆することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
固体電解質領域と、前記固体電解質領域の一側面に形成され燃料ガスを透過させる燃料極と、前記固体電解質領域の他側面に形成され酸化剤ガスを透過させる空気極と、前記燃料極が形成される支持体上に前記固体電解質領域と隣接するように形成され、酸化雰囲気と還元雰囲気どちらにおいても安定であるインターコネクタと、を備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記固体電解質領域の前記他側面において、前記インターコネクタと前記空気極との間に、前記インターコネクタと前記空気極とを離隔するための露出部が形成され、
前記固体電解質領域は、前記燃料極と前記空気極とによって挟まれる第一領域と、前記インターコネクタと前記第一領域との間に形成され、前記露出部の下方に位置する第二領域と、を有し、
前記インターコネクタは、前記第二領域の全域において、前記第二領域の下方に入り込んで、前記第一領域の下方に形成された前記燃料極と当接するように形成されてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。