(57)【要約】【課題】新規な燃料電池を提供すること。【解決手段】固体酸化物型燃料電池１６であって、多孔性のアノード電極１８と、高密度非多孔性の電解質２０と、多孔性のカソード電極２２とを備え、前記アノード電極１８は、第１部材２４と、該第１部材２４から延びる複数の平行プレート部材２６とを備える。又、カソード電極２２は、第２部材２８と、該第２部材２８から延びる複数の平行プレート部材３０とを備える。又前記カソード電極２２の平行プレート部材３０はアノード電極１８の平行プレート部材２６と指状嵌合(inter-digitating)しており、更に、第１部材２４と第２部材２８の間およびアノード電極１８の平行プレート部材２６とカソード電極２２の平行プレート部材３０の間の空間を満たす電解質２０を備えている。【選択図】図２
2019036496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を製造する方法であって、
複数の高密度非多孔性電解質材料のシート（１００）を提供するステップと、
空隙により互いに分離された多孔性カソード電極材料（１０４）の島状のアレーを電解質材料の各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップと、
多孔性アノード電極材料（１０６）を電解質材料の各シート（１００）の反対側の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップであって、該多孔性アノード電極材料（１０６）は、該アノード電極材料（１０６）が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着され、該窓アレーは島状アレーと整合している前記蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ａ）を、隣接する島状部の間の空隙を充填するけれど、前記多孔性カソード電極材料（１０４）を被覆しないように、各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ｂ）を、窓の内側であるけれど、アノード電極材料（１０６）を被覆しないように、各シート（１００）の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップと、
前記島状アレー及び窓アレーと整合した複数の開口（１０２）を電解質材料の各シート（１００）通して形成するステップと、
電解質材料の隣接するシート（１００）のアノード電極材料（１０６）の層が互いに接触し、且つ窓が互いに整合され、且つ電解質材料の隣接するシート（１００）のカソード電極材料（１０４）の島状部が互いに接触しかつ整合され、且つ電解質材料の隣接するシート（１００）の開口（１０２）が互いに整合された状態にて、電解質材料の複数のシート（１００）を積み重ねるステップであって、これにより、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層と、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層とを得るようにする前記積み重ねステップと、
前記積み重ねたスタックを、開口（１０２）が各ピース内に延びるように複数のピースに分割するステップと、
アノード電極材料（１１１）を各ピースの外側面の上に更に蒸着するステップであって、これにより、複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層に電気的に接続されて、アノード電極材料（１１１）の外側本体（６２）を形成する、前記更に蒸着するステップと、
カソード電極材料（１１３）を各開口（１０２）の内面上に蒸着するステップであって、複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層に電気的に接続されて、カソード電極材料（１１３）の内側導管（３２）を形成する前記蒸着するステップであって、アノード電極材料（１１１）の外側本体（６２）から開口（１０２）に向けて延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層と、開口（１０２）から離れるように内側導管（３２）から延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層とが、電解質材料のシート（１００）を介して互いに指状嵌合する前記蒸着するステップと、
更なる電解質材料（１００Ｃ）を各ピースの一端を横切って更に蒸着するステップであって、前記ピースの導管の一端を閉じて、燃料電池を得る前記更に蒸着するステップと、
を備える、燃料電池を製造する方法。
【請求項２】
少なくとも一つの燃料電池を製造する方法であって、
少なくとも一つの高密度非多孔性電解質材料のシート（１００）を提供するステップと、
空隙により互いに分離された多孔性カソード電極材料（１０４）の島状のアレーを電解質材料の各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップと、
多孔性アノード電極材料（１０６）を電解質材料の各シート（１００）の反対側の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップであって、該多孔性アノード電極材料（１０６）は、該アノード電極材料（１０６）が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着され、該窓アレーは島状アレーと整合している前記蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ａ）を、隣接する島状部の間の空隙を充填するけれど、前記多孔性カソード電極材料（１０４）を被覆しないように、各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ｂ）を、窓の内側であるけれど、アノード電極材料（１０６）を被覆しないように、各シート（１００）の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップと、
前記島状アレー及び窓アレーと整合した複数の開口（１０２）を電解質材料の各シート（１００）を通して形成するステップと、
少なくとも一つのシート（１００）を複数の部分に分割するステップであって、一つの開口（１０２）が各部分内に伸びて入るようにする前記分割するステップと、
前記複数の部分を少なくとも一つのピースとなるよう積み重ねるステップであって、電解質材料の隣接するシート（１００）のカソード電極材料（１０４）の島状部が互いに接触して整合され、且つ電解質材料の隣接するシート（１００）のアノード電極材料（１０６）の層が互いに接触し、且つ窓が互いに整合され、且つ電解質材料のシート（１００）の開口（１０２）が互いに整合された状態で行う前記積み重ねるステップであって、これにより、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とを得るようにする前記積み重ねステップと、
アノード電極材料（１１１）を各ピースの外側面の上に更に蒸着するステップであって、これにより、複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層に電気的に接続されて、アノード電極材料（１０６）の外側本体（６２）を形成する、前記更に蒸着するステップと、
前記積み重ねたスタックを、開口（１０２）が各ピース内に延びるように複数のピースに分割するステップと、
カソード電極材料（１１３）を各開口（１０２）の内面上に蒸着するステップであって、複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層に電気的に接続されて、カソード電極材料（１１３）の内側導管（３２）を形成する前記蒸着するステップであって、アノード電極材料（１０６）の外側本体（６２）から開口（１０２）に向けて延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層と、開口（１０２）から離れるように内側導管（３２）から延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層とが、電解質材料のシート（１００）を介して互いに指状嵌合する前記蒸着するステップと、
更なる電解質材料（１００Ｃ）を少なくとも一つの各ピースの一端を横切って更に蒸着するステップであって、前記ピースの導管の一端を閉じて、燃料電池を得るようにする前記更に蒸着するステップと、
を備える、燃料電池を製造する方法。
【請求項３】
燃料電池を製造する方法であって、
複数の高密度非多孔性電解質材料のシート（１００）を提供するステップと、
電解質材料の各シート（１００）を通して複数の開口（１０２）を形成するステップと、
電解質材料の各シート（１００）の第１の表面（１０８）上の前記開口（１０２）の周りに、多孔性カソード電極材料（１０４）の複数のリングのアレーを蒸着するステップであって、前記複数のリングは空隙により互いに分離されている前記蒸着するステップと、
多孔性アノード電極材料（１０６）を電解質材料の各シート（１００）の反対側の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップであって、該多孔性アノード電極材料（１０６）は、該アノード電極材料（１０６）が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着され、該窓アレーは前記複数の開口（１０２）及びリングアレーと整合している前記蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ａ）を、前記リング間の空隙を充填するけれど、前記カソード電極材料（１０４）又は前記開口（１０２）を被覆しないように、各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ｂ）を、窓の内側であるけれど、アノード電極材料（１０６）又は開口（１０２）を被覆しないように、各シート（１００）の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップと、
前記島状アレー及び窓アレーと整合した複数の開口（１０２）を電解質材料の各シート（１００）通して形成するステップと、
電解質材料の隣接するシート（１００）のカソード電極材料（１０４）のリングが互いに接触して互いに整合され、電解質材料の隣接するシート（１００）のアノード電極材料（１０６）の層が互いに接触し、且つ窓が互いに整合され、且つ電解質材料のシート（１００）の開口（１０２）が互いに整合された状態にて、電解質材料の複数のシート（１００）を積み重ねるステップであって、これにより、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とを得るようにする前記積み重ねステップと、
前記積み重ねたスタックを、開口（１０２）が各ピース内に延びるように複数のピースに分割するステップと、
アノード電極材料（１１１）を各ピースの外側面の上に更に蒸着するステップであって、これにより、複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層に電気的に接続されて、アノード電極材料（１０６）の外側本体（６２）を形成する、前記更に蒸着するステップと、
カソード電極材料（１１３）を各開口（１０２）の内面上に蒸着するステップであって、複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層に電気的に接続されて、カソード電極材料（１１３）の内側導管（３２）を形成する前記蒸着するステップであって、アノード電極材料（１０６）層の外側本体（６２）から開口（１０２）に向けて延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層と、開口（１０２）から離れるように内側導管（３２）から延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層とが、電解質材料のシート（１００）を介して互いに指状嵌合する前記蒸着するステップと、
更なる電解質材料（１００Ｃ）を各ピースの一端を横切って更に蒸着するステップであって、前記ピースの導管の一端を閉じて、燃料電池を得る前記更に蒸着するステップと、
を備える、燃料電池を製造する方法。
【請求項４】
少なくとも一つの燃料電池を製造する方法であって、
少なくとも一つの高密度非多孔性電解質材料のシート（１００）を提供するステップと、
電解質材料の各シート（１００）を通して複数の開口（１０２）を形成するステップと、
電解質材料の各シート（１００）の第１の表面（１０８）上の前記開口（１０２）の周りに、多孔性カソード電極材料（１０４）の複数のリングのアレーを蒸着するステップであって、前記複数のリングは空隙により互いに分離されている前記蒸着するステップと、
多孔性アノード電極材料（１０６）を電解質材料の各シート（１００）の反対側の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップであって、該多孔性アノード電極材料（１０６）は、該アノード電極材料（１０６）が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着され、該窓アレーは前記複数の開口（１０２）及びリングアレーと整合している前記蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ａ）を、前記リング間の空隙を充填するけれど、
前記多孔性カソード電極材料（１０４）又は前記開口（１０２）を被覆しないように、各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ｂ）を、窓の内側であるけれど、アノード電極材料（１０６）又は前記開口（１０２）を被覆しないように、各シート（１００）の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップと、
少なくとも一つのシート（１００）を複数の部分に分割するステップであって、一つの開口（１０２）が各部分内に伸びて入るようにする前記分割するステップと、
前記複数の部分を少なくとも一つのピースとなるよう積み重ねるステップであって、電解質材料の隣接するシート（１００）のカソード電極材料（１０４）の前記リングが互いに接触して互いに整合され、且つ電解質材料の隣接するシート（１００）のアノード電極材料（１０６）の層が互いに接触し、且つ窓が互いに整合され、且つ電解質材料のシート（１００）の開口（１０２）が互いに整合された状態で行う前記積み重ねるステップであって、これにより、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とを得るようにする前記積み重ねステップと、
アノード電極材料（１１１）を各ピースの外側面上に更に蒸着するステップであって、これにより、複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層に電気的に接続されて、アノード電極材料（１０６）の外側本体（６２）を形成する、前記更に蒸着するステップと、
カソード電極材料（１１３）を各開口（１０２）の内面上に蒸着するステップであって、複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層に電気的に接続されて、カソード電極材料（１１３）の内側導管（３２）を形成する前記蒸着するステップであって、アノード電極材料（１０６）の外側本体（６２）から開口（１０２）に向けて延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層と、開口（１０２）から離れるように内側導管（３２）から延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層とが、電解質材料のシート（１００）を介して互いに指状嵌合する前記蒸着するステップと、
更なる電解質材料（１００Ｃ）を各ピースの一端を横切って更に蒸着するステップであって、少なくとも一つの前記ピースの導管の一端を閉じて、少なくとも一つの燃料電池を得る前記更に蒸着するステップと、
を備える、燃料電池を製造する方法。
【請求項５】
燃料電池を製造する方法であって、
複数の高密度非多孔性電解質材料のシート（１００）を提供するステップと、
多孔性カソード電極材料（１０４）を電解質材料の各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップであって、該多孔性カソード電極材料（１０４）は、該カソード電極材料（１０４）が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着される前記蒸着するステップと、
多孔性アノード電極材料（１０６）の島状のアレーを電解質材料の各シート（１００）の反対側の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップであって、前記島状部は空隙により互いに分離され且つ窓アレーと整合されている前記蒸着するステップと、
追加の電解質材料のシート（１００Ｂ）を、窓の内側であるけれど、カソード電極材料（１０４）を被覆しないように、各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップと、
追加の電解質材料のシート（１００Ａ）を、隣接する島状部の間の空隙を充填するけれど、前記多孔性アノード電極材料（１０６）を被覆しないように、各シート（１００）の前記第２の表面（１１０）上に蒸着するステップと、
前記島状アレー及び窓アレーと整合した複数の開口（１０２）を電解質材料の各シート（１００）を通して形成するステップと、
電解質材料の隣接するシート（１００）のカソード電極材料（１０４）の層が互いに接触し、且つ窓が互いに整合され、且つ電解質材料の隣接するシート（１００）のアノード電極材料（１０６）の島状部が互いに接触しかつ整合され、且つ電解質材料の各シート（１００）の開口（１０２）が互いに整合された状態にて、電解質材料の複数のシート（１００）を積み重ねるステップであって、これにより、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とを得るようにする前記積み重ねステップと、
前記積み重ねたスタックを、開口（１０２）が各ピース内に延びるように複数のピースに分割するステップと、
カソード電極材料（１１３）を各ピースの外側面上に更に蒸着するステップであって、これにより、複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層に電気的に接続されて、カソード電極材料（１１３）の外側本体（６２）を形成する、前記更に蒸着するステップと、
アノード電極材料（１１１）を各開口（１０２）の内面上に蒸着するステップであって、複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層に電気的に接続されて、アノード電極材料（１１１）の内側導管（３２）を形成する前記蒸着するステップであって、カソード電極材料（１０４）の外側本体（６２）から開口（１０２）に向けて延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、開口（１０２）から離れるように内側導管（３２）から延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とが、電解質材料のシート（１００）を介して互いに指状嵌合する前記蒸着するステップと、
更なる電解質材料（１００Ｃ）を各ピースの一端を横切って更に蒸着するステップであって、前記ピースの導管の一端を閉じて、燃料電池を得る前記更に蒸着するステップと
を備える、燃料電池を製造する方法。
【請求項６】
少なくとも一つの燃料電池を製造する方法であって、
少なくとも一つの高密度非多孔性電解質材料のシート（１００）を提供するステップと、
多孔性カソード電極材料（１０４）を電解質材料の各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップであって、該多孔性カソード電極材料（１０４）は、該カソード電極材料（１０４）が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着される前記蒸着するステップと、
多孔性アノード電極材料（１０６）の島状のアレーを電解質材料の各シート（１００）の反対側の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップであって、前記島状部は空隙により互いに分離され且つ窓アレーと整合されている前記蒸着するステップと、
追加の電解質材料のシート（１００Ｂ）を、窓の内側であるけれど、カソード電極材料（１０４）を被覆しないように、各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップと、追加の電解質材料のシート（１００Ａ）を、隣接する島状部の間の空隙を充填するけれど、前記多孔性アノード電極材料（１０６）を被覆しないように、各シート（１００）の前記第２の表面（１１０）上に蒸着するステップと、
前記島状アレー及び窓アレーと整合した複数の開口（１０２）を電解質材料の各シート（１００）通して形成するステップと、
少なくとも一つのシート（１００）を複数の部分に分割するステップであって、一つの開口（１０２）が各部分内に伸びて入るようにする前記分割するステップと、
前記複数の部分を少なくとも一つのピースとなるよう積み重ねるステップであって、電解質材料の隣接するシート（１００）のカソード電極材料（１０４）の層が互いに接触し、且つ前記窓が互いに整合され、且つ電解質材料の隣接するシート（１００）のアノード電極材料（１０６）の島状部が互いに接触して互いに整合され、且つ電解質材料のシート（１００）の開口（１０２）が互いに整合された状態で行う前記積み重ねるステップであって、これにより、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とを得るようにする前記積み重ねステップと、
カソード電極材料（１１３）を各ピースの外側面上に更に蒸着するステップであって、これにより、複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層に電気的に接続されて、カソード電極材料（１０４）の外側本体（６２）を形成する、前記更に蒸着するステップと、
アノード電極材料（１１１）を各開口（１０２）の内面上に蒸着するステップであって、複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層に電気的に接続されて、アノード電極材料（１０６）の内側導管（３２）を形成する前記蒸着するステップであって、カソード電極材料（１０４）の外側本体（６２）層から開口（１０２）に向けて延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、開口（１０２）から離れるように内側導管（３２）から延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とが、電解質材料のシート（１００）を介して互いに指状嵌合する前記蒸着するステップと、
更なる電解質材料（１００Ｃ）を少なくとも一つの各ピースの一端を横切って更に蒸着するステップであって、前記ピースの導管の一端を閉じて、少なくとも一つの燃料電池を得る前記更に蒸着するステップと、
を備える、燃料電池を製造する方法。
【請求項７】
少なくとも一つの燃料電池を製造する方法であって、
複数の高密度非多孔性電解質材料のシート（１００）を提供するステップと、
電解質材料の各シート（１００）を通して複数の開口（１０２）を形成するステップと、
多孔性カソード電極材料（１０４）を電解質材料の各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップであって、該多孔性カソード電極材料（１０４）は、該カソード電極材料（１０４）が存在しない窓アレーを画成し且つ前記複数の開口（１０２）に整合する層として蒸着される前記蒸着するステップと、
電解質材料の各シート（１００）の反対側の第２の表面（１１０）上で且つ前記開口（１０２）の周りに、多孔性アノード電極材料（１０６）の複数のリングのアレーを蒸着するステップであって、前記複数のリングは空隙により互いに分離され且つ窓アレーに整合されている前記蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ｂ）を、窓の内側であるけれど、カソード電極材料（１０４）又は開口（１０２）を被覆しないように、各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ａ）を、隣接する島状部の間の空隙を充填するけれど、前記多孔性アノード電極材料（１０６）又は開口（１０２）を被覆しないように、各シート（１００）の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップと、
電解質材料の隣接するシート（１００）のカソード電極材料（１０４）の層が互いに接触し、且つ窓が互いに整合され、且つ電解質材料の隣接するシート（１００）のアノード電極材料（１０６）のリングが互いに接触して整合され、且つ電解質材料の各シート（１００）の開口（１０２）が互いに整合された状態にて、電解質材料の複数のシート（１００）を積み重ねるステップであって、これにより、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とを得るようにする前記積み重ねステップと、
前記積み重ねたスタックを、開口（１０２）が各ピース内に延びるように複数のピースに分割するステップと、
カソード電極材料（１１３）を各ピースの外側面上に更に蒸着するステップであって、これにより、複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層に電気的に接続されて、カソード電極材料（１１３）の外側本体（６２）を形成する、前記更に蒸着するステップと、
アノード電極材料（１１１）を各開口（１０２）の内面上に蒸着するステップであって、複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層に電気的に接続されて、アノード電極材料（１１１）の内側導管（３２）を形成する前記蒸着するステップであって、カソード電極材料（１１３）の外側本体（６２）から開口（１０２）に向けて延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、開口（１０２）から離れるように内側導管（３２）から延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とが、電解質材料のシート（１００）を介して互いに指状嵌合する前記蒸着するステップと、
更なる電解質材料（１００Ｃ）を各ピースの一端を横切って更に蒸着するステップであって、前記ピースの導管の一端を閉じて、燃料電池を得る前記更に蒸着するステップと、
を備える、燃料電池を製造する方法。
【請求項８】
少なくとも一つの燃料電池を製造する方法であって、
少なくとも一つの高密度非多孔性電解質材料のシート（１００）を提供するステップと、
電解質材料のシート（１００）を通して複数の開口（１０２）を形成するステップと、
多孔性カソード電極材料（１０４）を電解質材料の各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップであって、該多孔性カソード電極材料（１０４）は、該カソード電極材料（１０４）が存在しない窓アレーを画成し且つ前記複数の開口（１０２）と整合する層として蒸着される前記蒸着するステップと、
電解質材料の各シート（１００）の反対側の第２の表面（１１０）上で且つ前記開口（１０２）の周りに、多孔性アノード電極材料（１０６）の複数のリングのアレーを蒸着するステップであって、前記複数のリングは空隙により互いに分離され且つ窓アレーに整合されている前記蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ｂ）を、窓の内側であるけれど、カソード電極材料（１０４）又は開口（１０２）を被覆しないように、各シート（１００）の第１の表面（１０８）上に蒸着するステップと、
追加の電解質材料（１００Ａ）を、リングの間の空隙を充填するけれど、前記多孔性アノード電極材料（１０６）又は開口（１０２）を被覆しないように、各シート（１００）の第２の表面（１１０）上に蒸着するステップと、
少なくとも一つのシート（１００）を複数の部分に分割するステップであって、一つの開口（１０２）が各部分内に伸びて入るようにする前記分割するステップと、
前記複数の部分を少なくとも一つのピースとなるよう積み重ねるステップであって、電解質材料の隣接するシート（１００）のカソード電極材料（１０４）の前記層が互いに接触し、且つ前記窓が互いに整合され、且つ電解質材料の隣接するシート（１００）のアノード電極材料（１０６）のリングが互いに接触し、且つ電解質材料のシート（１００）の開口（１０２）が互いに整合された状態で行う前記積み重ねるステップであって、これにより、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、その間に電解質材料のシート（１００）を介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とを得るようにする前記積み重ねステップと、
カソード電極材料（１１３）を各ピースの外側面上に更に蒸着するステップであって、これにより、複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層に電気的に接続されて、カソード電極材料（１０４）の外側本体（６２）を形成する、前記更に蒸着するステップと、
アノード電極材料（１１１）を各開口（１０２）の内面上に蒸着するステップであって、複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層に電気的に接続されて、アノード電極材料（１０６）の内側導管（３２）を形成する前記蒸着するステップであって、カソード電極材料（１０４）の外側本体（６２）から開口（１０２）に向けて延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料（１０４）層と、開口（１０２）から離れるように内側導管（３２）から延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料（１０６）層とが、電解質材料のシート（１００）を介して互いに指状嵌合する前記蒸着するステップと、
更なる電解質材料（１００Ｃ）を各ピースの一端を横切って更に蒸着するステップであって、少なくとも一つの前記ピースの導管の一端を閉じて、燃料電池を得る前記更に蒸着するステップと、
を備える、燃料電池を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に係り、より詳しくはセラミック燃料電池、特に固体酸化物型燃料電池に関し、さらに燃料電池を製造する方法、より詳しくはセラミック燃料電池を製造する方法、特に、固体酸化物型燃料電池を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池の１つの形式としては、管状の固体酸化物型燃料電池があり、それは中空の管状部材の円筒状の表面に沿って、固体酸化物型燃料電池が電気的に物理的に軸方向に並んで配置されているものである。
【０００３】
固体酸化物型燃料電池の更に他の形式としては、平面状の固体酸化物型燃料電池があり、それは中空の平坦な部材の平らな表面に沿って、縦に固体酸化物型燃料電池が電気的に物理的に並んで配置されているものである。
【０００４】
別の形式の固体酸化物型燃料電池としては、モノリシック固体酸化物型燃料電池があり、それはアノードプレート、電解質プレート、カソードプレートおよび内部接続プレートが連続して積み重ねられているものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本願発明は、新規な燃料電池を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、多孔性のアノード電極と、高密度非多孔性の電解質および多孔性のカソード電極とを備え、アノード電極が第１部材と第１部材から延びる複数の平行なプレート部材を備え、カソード電極が第２部材と第２部材から延びる複数の平行なプレート部材とを備え、カソード電極のプレート部材はアノード電極のプレート部材と指状嵌合(inter-digitating)し、電解質は第１部材と第２部材との間およびアノード電極の平行プレート部材とカソード電極の平行プレート部材との間の空間を満たす、燃料電池を提供する。
【０００７】
燃料電池はセラミック燃料電池であることが望ましく、燃料電池は固体酸化物型燃料電池であることがより好ましい。電解質はジルコニアが望ましい。電解質はイットリア安定化ジルコニアであることが望ましい。
【０００８】
第１部材は、燃料の流れのための導管を形成することが望ましい。第１部材の第１端は端部キャップか電解質によって密閉されることが望ましい。代替的には、第２部材は、酸化剤の流れのための導管を形成することが望ましい。代替的には、第２部材の第１端は端部キャップか電解質によって密閉されることが望ましい。
【０００９】
第１部材は、実質的に円形、矩形、正方形、代替的には六角形の断面であることが望ましい。第２部材は、実質的に円形、矩形、正方形、代替的には六角形の断面であることが望ましい。
【００１０】
第１部材のプレート部材は、実質的に円形、矩形、正方形、代替的には六角形の形状であることが望ましい。第２部材のプレート部材は、実質的に円形、矩形、正方形、代替的には六角形の形状であることが望ましい。
【００１１】
燃料電池は、高密度非多孔性部材の上に配置され、その高密度非多孔性部材は第１部材に燃料を供給するための開口を有することが望ましい。
燃料電池は、高密度非多孔性部材の上に配置され、その高密度非多孔性部材は第２部材に酸化剤を供給するために開口を有することが望ましい。
【００１２】
燃料電池は、高密度非多孔性チューブの上に配置され、その高密度非多孔性チューブは第１部材に燃料を供給するための開口を有することが望ましい。
燃料電池は、高密度非多孔性チューブの上に配置され、その高密度非多孔性チューブは第２部材に酸化剤を供給するための開口を有することが望ましい。
【００１３】
燃料電池は、高密度非多孔性プレートの上に配置され、その高密度非多孔性プレートは第１部材に燃料を供給するための開口を有することが望ましい。
燃料電池は、高密度非多孔性プレートの上に配置され、その高密度非多孔性プレートは第２部材に酸化剤を供給するための開口を有することが望ましい。
【００１４】
また本願発明は、上記段落で記載した複数の燃料電池を直列に電気的に接続した燃料電池スタックを提供する。
燃料電池スタックは、第１の高密度非多孔性プレートおよび第２の高密度非多孔性プレートを備え、第１の高密度非多孔性プレートは複数の燃料電池のそれぞれの１つの第２部材へ酸化剤を供給するための複数の開口を有し、第２の高密度非多孔性プレートは複数の燃料電池のそれぞれの１つの第２部材に酸化剤を供給するための複数の開口を有し、第１および第２の高密度非多孔性プレートは、燃料電池の第１部材への燃料供給のための通路を形成するために、それらの間に燃料電池が配置されることが望ましい。
【００１５】
第１および第２の高密度非多孔性プレート上の燃料電池は、所定のパターンで配置されることが望ましい。第１および第２の高密度非多孔性プレート上の燃料電池は、第２の高密度非多孔性プレート上の燃料電池と交互に配置されることが望ましい。
【００１６】
本願発明はまた、複数の高密度非多孔性電解質材料のシートを提供するステップと、空隙により互いに分離された多孔性カソード電極材料の島状アレーを電解質材料の各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、アノード電極材料が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着され、該窓アレーは島状アレーと整合した多孔性アノード電解質材料を電解質材料の各シートの反対側の第２の表面上に蒸着するステップと、隣接する島状部の間の空隙を充填するが、多孔性カソード電極材料を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、窓の内側であるが、アノード電極材料を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第２の表面の上に蒸着するステップと、島状アレー及び窓アレーと整合した複数の開口を電解質材料の各シートに形成するステップと、電解質材料の隣接するシートのアノード電極材料の層が互いに接触し、窓が互いに整合され、電解質材料の隣接するシートのカソード電極材料の島状部が互いに接触しかつ整合され、電解質材料の隣接するシートの開口が互いに整合された状態にて電解質材料のシートを積み重ね、これにより、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料層と、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料層とが得られるようにするステップと、開口が各ピース内に延びるようにスタックを複数のピースに分割するステップと、複数の平行なプレート状のアノード電極材料層に電気的に接続されて、アノード電極材料の外側本体を形成するようにアノード電極材料を各ピースの外側面の上に蒸着するステップと、複数の平行なプレート状のカソード電極材料層に電気的に接続されて、カソード電極材料の内側導管を形成するようにカソード電極材料を各開口の内面の上に更に蒸着し、アノード電極材料の外側本体から開口に向けて延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料層と、開口から離れて内側導管から延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料層とが電解質材料のシートを介して互いに指状嵌合するようにするステップと、更なる電解質材料を各ピースの一端にわたって蒸着し、上記ピースの導管の一端を閉じて、燃料電池が得られるようにするステップとを備えている。
【００１７】
本発明の別の特徴に従って少なくとも１つの燃料電池を製造する方法は、高密度非多孔性電解質材料の少なくとも１つのシートを提供するステップと、空隙により互いに分離された多孔性カソード電極材料の島状アレーを電解質材料の各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、アノード電極材料が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着され、該窓アレーは島状アレーと整合した多孔性アノード電極材料を電解質材料の各シートの反対側の第２の表面上に蒸着するステップと、隣接する島状部の間の空隙を充填するが、多孔性カソード電極材料を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、窓の内側であるが、アノード電極材料を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第２の表面の上に蒸着するステップと、島状アレー及び窓アレーと整合した複数の開口を電解質材料の各シートに形成するステップと、開口が各部分内に延びるように少なくとも１つのシートを複数の部分に分割するするステップと、電解質材料の隣接するシートのカソード電極材料の島状部が互いに接触し且つ整合され、電解質材料の隣接するシートのアノード電極材料の層が互いに接触し、窓が互いに整合され、電解質材料のシートの開口が互いに整合された状態にて複数の部分を少なくとも１つのピースとなるように積み重ね、これにより、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料層とが得られるようにするステップと、複数の平行なプレート状のアノード電極材料層に電気的に接続されて、アノード電極材料の外側本体を形成するように更なるアノード電極材料を各ピースの外側面の上に蒸着するステップと、複数の平行なプレート状のカソード電極材料層に電気的に接続されて、カソード電極材料の内側導管を形成するようにカソード電極材料を各開口の内面の上に蒸着し、アノード電極材料の外側本体から開口に向けて延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料層と、開口から離れて内側導管から延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料層とが電解質材料のシートを介して互いに指状嵌合するようにするステップと、更なる電解質材料を少なくとも１つのピースの一端にわたって蒸着し、上記ピースの導管の一端を閉じて、少なくとも１つの燃料電池が得られるようにするステップとを備えている。
【００１８】
本発明の更なる特徴に従って燃料電池を製造する方法は、複数の高密度非多孔性電解質材料のシートを提供するステップと、電解質材料の各シートに複数の開口を形成するステップと、空隙により互いに分離された多孔性カソード電極材料のリングアレーを開口の回りにて電解質材料の各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、アノード電極材料が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着され、該窓アレーは複数の開口及びリングアレーと整合した多孔性アノード電極材料を電解質材料の各シートの反対側の第２の表面上に蒸着するステップと、リングの間の空隙を充填するが、多孔性カソード電極材料又は開口を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、窓の内側であるが、アノード電極材料又は開口を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第２の表面の上に蒸着するステップと、電解質材料の隣接するシートのカソード電極材料のリングが互いに接触し且つ整合され、電解質材料の隣接するシートのアノード電極材料の層が互いに接触し、窓が互いに整合され、電解質材料のシートの開口が互いに整合された状態にて電解質材料のシートを積み重ね、これにより、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料層とが得られるようにするステップと、開口が各ピース内に延びるようにスタックを複数のピースに分割するステップと、複数の平行なプレート状のアノード電極材料層に電気的に接続されて、アノード電極材料の外側本体を形成するようにアノード電極材料を各ピースの外側面の上に更に蒸着するステップと、複数の平行なプレート状のカソード電極材料層に電気的に接続されて、カソード電極材料の内側導管を形成するようにカソード電極材料を各開口の内面の上に蒸着し、アノード電極材料の外側本体から開口に向けて延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料層と、開口から離れて内側導管から延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料層とが電解質材料のシートを介して互いに指状嵌合するようにするステップと、更なる電解質材料を各ピースの一端にわたって蒸着し、上記ピースの導管の一端を閉じて、燃料電池が得られるようにするステップとを備えている。
【００１９】
本発明の更に別の特徴に従って少なくとも１つの燃料電池を製造する方法は、少なくとも１つの高密度非多孔性電解質材料のシートを提供するステップと、電解質材料の各シートに複数の開口を形成するステップと、リングが空隙により互いに分離された多孔性カソード電極材料のリングアレーを開口の回りにて電解質材料の各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、アノード電極材料が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着され、該窓アレーは複数の開口及びリングアレーと整合した多孔性アノード電極材料を電解質材料の各シートの反対側の第２の表面上に蒸着するステップと、リングの間の空隙を充填するが、多孔性カソード電極材料又は開口を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、窓の内側であるが、アノード電極材料又は開口を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第２の表面の上に蒸着するステップと、開口が各部分内に延びるように少なくとも１つのシートを複数の部分に分割するステップと、電解質材料の隣接するシートのカソード電極材料のリングが互いに接触し且つ整合され、電解質材料の隣接するシートのアノード電極材料の層が互いに接触し、窓が互いに整合され、電解質材料のシートの開口が互いに整合された状態にて複数の部分を少なくとも１つのピースとなるように積み重ね、これにより、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料層とが得られるようにするステップと、複数の平行なプレート状のアノード電極材料層に電気的に接続されて、アノード電極材料の外側本体を形成するように更なるアノード電極材料を各ピースの外側面の上に蒸着するステップと、複数の平行なプレート状のカソード電極材料層に電気的に接続されて、カソード電極材料の内側導管を形成するようにカソード電極材料を各開口の内面の上に蒸着し、アノード電極材料の外側本体から開口に向けて延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料層と、開口から離れて内側導管から延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料層とが電解質材料のシートを介して互いに指状嵌合するようにするステップと、更なる電解質材料を各少なくとも１つのピースの一端にわたって蒸着し、上記ピースの導管の一端を閉じて、少なくとも１つの燃料電池電が得られるようにするステップとを備えている。
【００２０】
本発明の別の特徴に従って燃料電池を製造する方法は、複数の高密度非多孔性電解質材料のシートを提供するステップと、カソード電極材料が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着された多孔性カソード電極材料を電解質材料の各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、空隙により互いに分離され、かつ窓アレーと整合した多孔性アノード電極材料の島状アレーを電解質材料の各シートの反対側の第２の表面上に蒸着するステップと、窓の内側であるが、カソード電極材料を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第１の表面の上に蒸着するステップと、隣接する島状部の間の空隙を充填するが、多孔性アノード電極材料を被覆しないように追加の電解質材料シートを各シートの第２の表面上に蒸着するステップと、島状アレー及び窓アレーと整合した複数の開口を電解質材料の各シートに形成するステップと、電解質材料の隣接するシートのカソード電極材料の層が互いに接触し、窓が互いに整合され、電解質材料の隣接するシートのアノード電極材料の島状部が互いに接触しかつ整合され、電解質材料の開口が互いに整合された状態にて電解質材料のシートを積み重ね、これにより、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料層とが得られるようにするステップと、開口が各ピース内に延びるようにスタックを複数のピースに分割するステップと、複数の平行なプレート状のカソード電極材料層に電気的に接続されて、カソード電極材料の外側本体を形成するように更なるカソード電極材料を各ピースの外側面の上に蒸着するステップと、複数の平行なプレート状のアノード電極材料層に電気的に接続されて、アノード電極材料の内側導管を形成するようにアノード電極材料を各開口の内面の上に蒸着し、カソード電極材料の外側本体から開口に向けて延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、開口から離れて内側導管から延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料層とが電解質材料のシートを介して互いに指状嵌合するようにするステップと、更なる電解質材料を各ピースの一端にわたって蒸着し、上記ピースの導管の一端を閉じて、燃料電池が得られるようにするステップとを備えている。
【００２１】
本発明の別の特徴に従って少なくとも１つの燃料電池を製造する方法は、少なくとも１つの高密度非多孔性電解質材料のシートを提供するステップと、カソード電極材料が存在しない窓アレーを画成する層として蒸着された多孔性カソード電極材料を電解質材料の各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、空隙により互いに分離され、かつ窓アレーと整合した多孔性アノード電極材料の島状アレーを電解質材料の各シートの反対側の第２の表面上に蒸着するステップと、窓の内側であるが、カソード電極材料を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第１の表面の上に蒸着するステップと、隣接する島状部の間の空隙を充填するが、多孔性アノード電極材料を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第２の表面上に蒸着するステップと、島状アレー及び窓アレーと整合した複数の開口を電解質材料の各シートに形成するステップと、開口が各部分内に延びるように少なくとも１つのシートを複数の部分に分割するステップと、電解質材料の隣接するシートのカソード電極材料の層が互いに接触し、窓が互いに整合され、電解質材料の隣接するシートのアノード電極材料の島状部が互いに接触しかつ整合され、電解質材料のシートの開口が整合された状態にて複数の部分を少なくとも１つのピースとなるように積み重ね、これにより、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料層とが得られるようにするステップと、複数の平行なプレート状のカソード電極材料層に電気的に接続されて、カソード電極材料の外側本体を形成するようにカソード電極材料を各ピースの外側面の上に更に蒸着するステップと、複数の平行なプレート状のアノード電極材料層に電気的に接続されて、アノード電極材料の内側導管を形成するようにアノード電極材料を各開口内面の上に蒸着し、カソード電極材料の外側本体から開口に向けて延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、開口から離れて内側導管から延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料層とが電解質材料のシートを介して互いに指状嵌合するようにするステップと、更なる電解質材料を各少なくとも１つのピースの一端にわたって蒸着し、上記ピースの導管の一端を閉じて、少なくとも１つの燃料電池が得られるようにするステップとを備えている。
【００２２】
本発明の更なる特徴に従って燃料電池を製造する方法は、複数の高密度非多孔性電解質材料のシートを提供するステップと、電解質材料の各シートに複数の開口を形成するステップと、カソード電極材料が存在せず、かつ複数の開口と整合した窓アレーを画成する層として蒸着された多孔性カソード電極材料を電解質材料の各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、空隙により互いに分離され、かつ窓アレーと整合した多孔性アノード電極材料のリングアレーを電解質材料の各シートの反対側の第２の表面上に蒸着するステップと、窓の内側であるが、カソード電極材料又は開口を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第１の表面の上に蒸着するステップと、隣接する島状部の間の空隙を充填するが、多孔性アノード電極材料又は開口を被覆しないように追加の電解質材料シートを各シートの第２の表面上に蒸着するステップと、電解質材料の隣接するシートのカソード電極材料の層が互いに接触し、窓が互いに整合され、電解質材料の隣接するシートのアノード電極材料のリングが互いに接触しかつ整合され、電解質材料のシートの開口が互いに整合された状態にて電解質材料のシートを積み重ね、これにより、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料層とが得られるようにするステップと、開口が各ピース内に延びるようにスタックを複数のピースに分割するステップと、複数の平行なプレート状のカソード電極材料層に電気的に接続されて、カソード電極材料の外側本体を形成するようにカソード電極材料を各ピースの外側面の上に更に蒸着するステップと、複数の平行なプレート状のアノード電極材料層に電気的に接続されて、アノード電極材料の内側導管を形成するようにアノード電極材料を各開口の内面の上に蒸着し、カソード電極材料の外側本体から開口に向けて延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、開口から離れて内側導管から延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料層とが電解質材料のシートを介して互いに指状嵌合するようにするステップと、更なる電解質材料を各ピースの一端にわたって蒸着し、上記ピースの導管の一端を閉じて、燃料電池が得られるようにするステップとを備えている。
【００２３】
本発明の更なる特徴に従って少なくとも１つの燃料電池を製造する方法は、少なくとも１つの高密度非多孔性電解質材料のシートを提供するステップと、電解質材料の各シートに複数の開口を形成するステップと、カソード電極材料が存在せず、かつ複数の開口と整合した窓アレーを画成する層として蒸着された多孔性カソード電極材料を電解質材料の各シートの第１の表面上に蒸着するステップと、空隙により互いに分離され、かつ窓アレーと整合した多孔性アノード電極材料のリングアレーを開口の回りにて電解質材料の各シートの反対側の第２の表面上に蒸着するステップと、窓の内側であるが、カソード電極材料又は開口を被覆しないように追加の電解質材料を各シートの第１の表面の上に蒸着するステップと、リングの間の空隙を充填するが、多孔性アノード電極材料又は開口を被覆しないように追加の電解質材料シートを各シートの第２の表面上に蒸着するステップと、開口が各部分内に延びるように少なくとも１つのシートを複数の部分に分割するステップと、電解質材料の隣接するシートのカソード電極材料の層が互いに接触し、窓が互いに整合され、電解質材料の隣接するシートのアノード電極材料のリングが互いに接触し、電解質材料のシートの開口が互いに整合された状態にて複数の部分を少なくとも１つのピースとなるように積み重ね、これにより、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、その間に電解質材料のシートを介在させた複数の平行なプレート状のアノード電極材料層とが得られるようにするステップと、複数の平行なプレート状のカソード電極材料層に電気的に接続されて、カソード電極材料の外側本体を形成するようにカソード電極材料を各ピースの外側面の上に更に蒸着するステップと、複数の平行なプレート状のアノード電極材料層に電気的に接続されて、アノード電極材料の内側導管を形成するようにアノード電極材料を各開口の内面の上に蒸着し、カソード電極材料の外側本体から開口に向けて延びる複数の平行なプレート状のカソード電極材料層と、開口から離れて内側導管から延びる複数の平行なプレート状のアノード電極材料層とが電解質材料のシートを介して互いに指状嵌合するようにするステップと、更なる電解質材料を各少なくとも１つのピースの一端にわたって蒸着し、上記ピースの導管の一端を閉じて、少なくとも１つの燃料電池が得られるようにするステップとを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明は、添付図面を参照して単に一例として以下により詳細に説明する。
【図１】本願発明による複数の燃料電池を有する燃料電池スタックの部分切断斜視図である。
【図２】本願発明による複数の燃料電池を有する燃料電池組立体の一部を拡大した断面図である。
【図３】本願発明による複数の燃料電池を有する燃料電池組立体の一部の斜視図である。
【図４】図２に示される燃料電池の部分の更に拡大した断面図である。
【図５】本願発明による複数の燃料電池を有する２つの燃料電池組立体を備える燃料電池モジュールの一部の断面図である。
【図６】図５に示される燃料電池モジュールを通るＸ−Ｘ線方向の断面図である。
【図７】本願発明による複数の燃料電池を有する２つの燃料電池組立体を備える２つの隣接する燃料電池モジュールの一  部の断面図である。
【図８】本願発明による複数の燃料電池を有  する更なる燃料電池スタックの一部を切り欠いた斜視図である。
【図９ａ】図９ａは、本願発明による燃料電池の製造段階の図である。
【図９ｂ】図９ｂは、本願発明による燃料電池の製造段階の図である。
【図９ｃ】図９ｃは、本願発明による燃料電池の製造段階の図である。
【図９ｄ】図９ｄは、本願発明による燃料電池の製造段階の図である。
【図９ｅ】図９ｅは、本願発明による燃料電池の製造段階の図である。
【図９ｆ】図９ｆは、本願発明による燃料電池の製造段階の図である。
【図９ｇ】図９ｇは、本願発明による燃料電池の製造段階の図である。
【図１０ａ】図１０ａは、図９ｃ中、電解質シート１００の方向Ａ-Ａ´への断面図である。
【図１０ｂ】図１０ｂは、図９ｄ中、電解質シート１００の方向Ｂ-Ｂ´への断面図である。
【図１１ａ】図１１ａは、本願発明の第二の実施の形態による燃料電池の製造段階の図である。
【図１１ｂ】図１１ｂは、本願発明の第二の実施の形態による燃料電池の製造段階の図である。
【図１１ｃ】図１１ｃは、本願発明の第二の実施の形態による燃料電池の製造段階の図である。
【図１１ｄ】図１１ｄは、本願発明の第二の実施の形態による燃料電池の製造段階の図である。
【図１１ｅ】図１１ｅは、本願発明の第二の実施の形態による燃料電池の製造段階の図である。
【図１１ｆ】図１１ｆは、本願発明の第二の実施の形態による燃料電池の製造段階の図である。
【図１１ｇ】図１１ｇは、本願発明の第二の実施の形態による燃料電池の製造段階の図である。
【図１２ａ】図１２ａは、図１１ｃ中、電解質シート１００の方向Ｃ-Ｃ´への断面図である。
【図１２ｂ】図１２ｂは、図１１ｄ中、電解質シート１００の方向Ｄ−Ｄ´への断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
固体酸化物型燃料電池スタック１０は、図１で示されるように、ケーシング１２の内に配置された複数の固体酸化物型燃料電池モジュール１４を備えている。固体酸化物型燃料電池モジュール１４はそれぞれ、複数の固体酸化物型燃料電池１６を備えている。
【００２６】
各固体酸化物型燃料電池１６は、図２、３、４に明示されるように、多孔性のアノード電極１８と、高密度非多孔性の電解質２０および多孔性のカソード電極２２を備えている。アノード電極１８は、第１部材２４と、第１部材２４から延びる複数の平行プレート部材２６を備えている。同様に、カソード電極２２は第２部材２８と、第２部材２８から延びる複数の平行プレート部材３０を備えている。カソード電極２２の第２部材２８のプレート部材３０は、アノード電極１８の第１部材２４のプレート部材２６と指状嵌合する。高密度非多孔性の電解質２０は、アノード電極１８の第１部材２４とカソード電極２２の第２部材２８との間のスペース、およびアノード電極１８の第１部材２４の平行プレート部材２６とカソード電極２２の第２部材２８の平行なプレート部材３０との間のスペースを満たす。アノード電極１８の第１部材２４および平行プレート２６、また、カソード電極２２の第２部材２８および平行プレート３０は気体透過性／気体浸透性を有する。
【００２７】
図２および３で示される構造では、カソード電極２２の第２部材２８は、酸化剤（例えば酸素、空気）の流れ用の導管３２を形成する。カソード電極２２の第２部材２８の第１端３４は、電解質２０によって密封され、この場合、電解質２０は第２部材２８の第１端３４を横切って伸びるように配置されている。代替的には、第２部材２８の第１端３４を閉じて密閉するために、端部キャップが設けられてもよい。第２部材２８の第２端３６は、酸化剤、酸素又は空気の流れを許容するのに、第２部材２８内の導管３２の図中下端が開口している。
【００２８】
アノード電極１８の第１部材２４およびカソード電極２２の第２部材２８は中空の管であり、横断面が実質的に矩形であり  、アノード電極１８の第１部材２４は、カソード電極２２の第２部材２８の周りに配置され、平行プレート部材２６は、アノード電極１８の第１部材２４からカソード電極２２の第２部材２８の方へ延び、またカソード電極２２の第２部材２８の平行プレート部材３０は、第２部材２８からアノード電極１８の第１部材２４の方へ延びており、酸化剤はカソード電極１８の第２部材２８内へ供給され、燃料はアノード電極１８の第１部材２４の周りに供給される。同様に、アノード電極１８の第１部材２４のプレート部材２６は実質的に矩形であり、カソード電極２２の第２部材２８のプレート部材３０も矩形である。
【００２９】
アノード電極１８の平行プレート部材２６と、カソード電極２２の平行プレート部材３０および電解質部材２３には、整合された開口が設けられており、その中では酸化剤の流れ用の導管３２を形成するために、カソード電極２２の第２部材２８が配置されている。
【００３０】
代替的には、アノード電極１８の第１部材２４は実質的に円形、六角形、三角形、正方形およびそのほかの適切な断面形状でよく、また、カソード電極２２の第２部材２８も実質的に円形、六角形、三角形、正方形およびそのほかの適切な断面形状で、第１部材２４と同じ形状を有していてもよい。また代替的には、アノード電極１８の第１部材２４の平行プレート部材２６は、円形、六角形、三角形、正方形およびそのほかの適切な断面形状でよく、また、カソード電極２２の第２部材２８の平行プレート部材３０も、円形、六角形、三角形、正方形およびそのほかの適切な断面形状でよい。
【００３１】
固体酸化物型燃料電池組立体３８内には、複数の固体酸化物型燃料電池１６が配置され、特に、固体酸化物型燃料電池１６は高密度非多孔性部材４０上に配置され、また、高密度非多孔性部材４０は複数の開口４２を備え、各開口４２は固体酸化物型燃料電池１６の対応する１つのカソード電極２２の第２部材２８と整合され、且つ固体酸化物型燃料電池１６の対応する１つのカソード電極２２の第２部材２８内の導管３２に酸化剤を供給するように配置されている。各固体酸化物型燃料電池１６は、酸化剤が燃料側へ漏れるか又はその逆を防ぐために、高密度非多孔性部材４０に対して接合され気密状態で密閉される。
【００３２】
図２および図３で示されるように、１つ以上の電気的な相互接続コネクター４４が、１つの固体酸化物型燃料電池１６のアノード電極１８の第１部材２４を、隣接する固体酸化物型燃料電池１６のカソード電極２２の第２部材２８に相互接続するために設けられている。
【００３３】
一般に、図５および図６で示されるように、これらの固体酸化物型燃料電池組立体３８のうちの２つは、固体酸化物型燃料電池モジュール４６を形成するために設けられる。固体酸化物型燃料電池モジュール４６は、第１の高密度非多孔性プレート４０Ａおよび第２の高密度非多孔性プレート４０Ｂを備えている。第１の高密度非多孔性プレート４０Ａは、複数の固体酸化物型燃料電池１６のそれぞれの１つのカソード電極２２の第２部材２８に酸化剤を供給するための複数の開口４２を有している。第２の高密度非多孔性プレート４０Ｂは、複数の固体酸化物型燃料電池１６のそれぞれの１つのカソード電極２２の第２部材２８に酸化剤を供給するための複数の開口４２を有している。第１および第２の高密度非多孔性プレート４０Ａ，４０Ｂは、実質的にこれらの間に位置する固体酸化物型燃料電池１６と平行に配置され、これにより固体酸化物型燃料電池１６のアノード電極１８の第１部材２４への燃料供給用の通路５０を形成している。２つの縁部材４８Ａ，４８Ｂが設けられている。縁部材４８Ａは、第１の高密度非多孔性プレート４０Ａおよび第２の高密度非多孔性プレート４０Ｂのそれぞれの第１縁４１Ａ，４１Ｃに接合され密閉されている。同様に、縁部材４８Ｂは、第１の高密度非多孔性プレート４０Ａおよび第２の高密度非多孔性プレート４０Ｂのそれぞれの第２縁４１Ｂ，４１Ｄに接合され密閉されている。第１の高密度非多孔性プレート４０Ａおよび第２の高密度非多孔性プレート４０Ｂのそれぞれの第１端部４３Ａと４３Ｃとの間の隙間は、通路５０への燃料供給を許容するために開いており、第１の高密度非多孔性プレート４０Ａおよび第２の高密度非多孔性プレート４０Ｂのそれぞれの第２端部４３Ｂと４３Ｄとの間の隙間は、通路５０からの燃料の排出を許容するために開いている。したがって、第１と第２の高密度非多孔性プレート４０Ａおよび４０Ｂ、縁部材４８Ａおよび４８Ｂは、チューブを形成する。
【００３４】
第１と第２の高密度非多孔性プレート４０Ａおよび４０Ｂの上の固体酸化物型燃料電池１６は所定のパターンで配置されており、この例において、第１の高密度非多孔性プレート４０Ａ上の固体酸化物型燃料電池１６は、高密度非多孔性プレート４０Ａおよび４０Ｂの各縁部の間の方向、およびさらに高密度非多孔性プレート４０Ａおよび４０Ｂの各端部間の方向に向けて、第２の高密度非多孔性プレート４０Ｂ上に固体酸化物型燃料電池１６と交互に配置される。尚、正方形のパターンについて説明したが、六角形や八角形などの他のパターンを使用してもよい。
【００３５】
動作については、燃料すなわち水素は固体酸化物型燃料電池モジュール４６内の通路５０に供給され、燃料すなわち水素はアノード電極１８の第１部材２４に接し、また、酸化剤すなわち酸素又は空気は、固体酸化物型燃料電池モジュール４６の外部の表面に供給され、その酸化剤すなわち酸素又は空気は、第１と第２の非多孔性プレート４０Ａおよび４０Ｂの開口４２を通って導管３２の中へ流れ、カソード電極２２の第２部材２８と接する。
【００３６】
燃料は、最初に、固体酸化物型燃料電池１６のアノード電極１８の第１部材２４中へ拡散し、次に、第１部材２４から固体酸化物型燃料電池１６のアノード電極１８の平行プレート部材２６中へ拡散する。同様に、酸化剤は、最初に固体酸化物型燃料電池１６のカソード電極２２の第２部材２８中へ拡散し、次に、第２部材２８から固体酸化物型燃料電池１６のカソード電極２２の平行プレート部材３０中へ拡散する。各固体酸化物型燃料電池１６中の電解質２０は、それぞれの導管３２を閉じて、燃料と酸化剤の混合を防ぐ。
【００３７】
各アノード電極１８の平行プレート部材２６および各カソード電極２２の平行プレート部材３０は、単一の固体酸化物型燃料電池１６を形成するために電気的に並列に接続される。各固体酸化物型燃料電池１６の電解質２０は、アノード電極１８の平行プレート部材２６のすべての表面の間に位置して且つ接触し、そしてカソード電極２２の平行プレート部材３０のすべての表面の間に位置して接触し、これにより電解質２０と平行プレート部材２６の間にスペースがなくなり、また、電解質２０と平行プレート部材３０の間にスペースがなくなる。したがって、燃料は、単に、多孔性の平行プレート部材２６中を拡散によって流れ、また、酸化剤は、単に多孔性の平行プレート部材３０中を拡散によって流れる。
【００３８】
熱は平行プレート部材２６および３０を通って熱伝導によって固体酸化物型燃料電池１６から伝達され、次に、熱の一部は伝導的にそして一部は対流的に、アノード電極１８の第１部材２４から燃料へ、およびカソード電極２２の第２部材２８から酸化剤へ伝達される。
【００３９】
この構造では、酸化剤は、気泡流れ（flow bubble）によって開口４２に流れ込む。
図７は、固体酸化物型燃料電池スタックの中で、実質的に互いに平行に配置された２つの固体酸化物型燃料電池モジュール４６を示している。この構造では、固体酸化物型燃料電池モジュール４６のプレート４０Ａおよび４０Ｂには、複数の隆起部材５２が設けられている。１つの固体酸化物型燃料電池モジュール４６のプレート４０Ａの上の隆起部材５２は、酸化剤すなわち酸素または空気を開口４２に向けて方向付けるために隣接する固体酸化物型燃料電池モジュール４６のプレート４０Ｂの開口４２のそれぞれの１つに整合して位置決めされ、同様に、１つの固体酸化物型燃料電池モジュール４６のプレート４０Ｂの開口４２上の隆起部材５２は、酸化剤すなわち酸素または空気を開口４２に向けて方向付けるために隣接する固体酸化物型燃料電池モジュール４６のプレート４０Ａの開口４２のそれぞれの１つに整合して位置決めされている。
【００４０】
固体酸化物型燃料電池モジュール４６は、図１に示されるように、各固体酸化物型燃料電池モジュール４６の一端が燃料供給マニホールドに接続され、また各固体酸化物型燃料電池モジュール４６の他端が消費燃料マニホールドに接続されるように配置されてもよい。
【００４１】
固体酸化物型燃料電池モジュール４６は、図８に示されるように、固体酸化物型燃料電池モジュール４６の一つの第１端が燃料供給マニホールドに接続され且つ固体酸化物型燃料電池モジュール４６の一つの第２端が消費燃料マニホールドに接続されるように配置され、そして固体酸化物型燃料電池モジュール４６の残りが、固体酸化物型燃料電池モジュール４６の第１端が隣接する固体酸化物型燃料電池モジュール４６の第２端に接続され且つ燃料が連続的にすべての固体酸化物型燃料電池モジュール４６を通って供給されるように配置される。
【００４２】
電解質２０はジルコニア、好ましくはイットリア安定化ジルコニアからなり、他の適切な材料が使用されてもよい。
アノード電極１８は、例えばニッケルをドープしたイットリア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＹＳＺ）からなるが、他の適切な材料が使用されてもよい。
【００４３】
カソード電極２２は、例えばストロンチウムをドープしたランタン水マンガン（ＬＳＭ）からなるが、他の適切な材料が使用されてもよい。
例として、本願発明による単一の固体酸化物型燃料電池は、長さ６ｍｍ、幅３ｍｍおよび厚さ２ｍｍを持っている。
【００４４】
第１部材は、燃料の流れ用の導管を形成している。第１部材の第１端は端部キャップか電解質によって密閉されることが望ましい。
本願発明は、高密度非多孔性のチューブおよび第２部材に燃料を供給するための開口を有する高密度非多孔性のチューブ上に配置された固体酸化物型燃料電池に関して説明しているが、高密度非多孔性のチューブおよび第１部材に燃料を供給するための開口を有する高密度非多孔性のチューブ上に配置された固体酸化物型燃料電池に関しても同様に可能である。
【００４５】
第１部材および第２部材が中空のチューブであって、第２部材が第１部材のまわりに位置決めされ、平行プレート部材が第１部材から第２部材へ向かって延び、また平行プレート部材が第２部材から第１部材へ向かって延び、燃料が第１部材へ供給され、酸化剤が第２部材のまわりに供給されるような、燃料電池の配置を提供することは可能である。
【００４６】
本願発明は、高密度非多孔性プレートおよび第２部材に酸化剤を供給するための開口を有する高密度非多孔性プレート上に配置された固体酸化物型燃料電池に関して説明したが、高密度非多孔性プレートおよび第１部材に燃料を供給するための開口を有する高密度非多孔性プレート上に配置された固体酸化物型燃料電池に関しても同様に可能である。
【００４７】
本願発明は固体酸化物型燃料電池に関して説明したが、それは、他のセラミック燃料電池、他のタイプの燃料電池又は固体酸化物電解セルにも同様に適用可能である。
本願発明の利点は、副次ユニット(sub unit)のための大きさを非常に小さくでき、無駄なく非常に小さな燃料電池ピッチを可能にするということである。
【００４８】
小さくされた燃料電池ピッチは局所的に平行な電流コレクタと共に、はるかに高い抵抗の電流コレクタ材料の潜在的な使用を可能にする。またそれは、電極材料としてだけ適切であると考えられてきた材料を、電極の個別の層として又は電極内で横断方向(lateral)の電流コレクタのために使用することを可能にする。
【００４９】
本願発明は、多層セラミック燃料電池、例えば多層固体酸化物型燃料電池を提供する。
本願発明は、各固体酸化物型燃料電池へ酸化剤や燃料を供給する単一の開口で説明されているが、各固体酸化物型燃料電池へ酸化剤や燃料を供給するための２つ以上の開口を提供することも可能である。固体酸化物型燃料電池が大きい場合、２つ以上の開口の使用が必要かもしれない。しかしながら、熱膨張係数の合致や熱伝導冷却の効率は、固体酸化物型燃料電池の寸法を制限するであろう。例えば、固体酸化物型燃料電池は、３０ｍｍの長さ、３０ｍｍの幅および３０mmの高さを上限とする寸法を持つであろう。
【００５０】
本願発明は、カソード電極の第２部材によって画成される固体酸化物型燃料電池内の導管に関して説明したが、カソード電極の平行プレート部材を電気的に並列に単に電気的に内部接続するカソード電極の第２部材や、カソード電極の平行プレート部材の縁部や非多孔性の電解質の縁部によって画成される導管に対しても同様に可能である。
【００５１】
加えて、本願発明は、アノード電極の第１部材によって画成される固体酸化物型燃料電池中の導管に関して説明したが、カソード電極の平行プレート部材を電気的に並列に単に電気的に内部接続するカソード電極の第１部材や、アノード電極の平行プレート部材の縁部や非多孔性の電解質の縁部によって画成される導管に対しても同様に可能である。
【００５２】
固体酸化物型燃料電池は、図９ａから図９ｆに示されるように製造される。図９ａには、テープ成形(tape casting)やドライ圧延(dry rolling)、すなわち、バインダー中のイットリア安定化ジルコニアのような電解質材料の粉末製法(powder preparation)により高密度非多孔性の電解質材料１００の複数の薄いシート／プレートを形成する状態が示されている。電解質材料のシート／プレートはそれぞれテープ鋳造の場合には乾燥される。バインダーは電解質材料から取り除かれ、また３μｍから３００μｍの厚さの高密度非多孔性の電解質の薄い連続的な高密度非多孔質シート／プレートを形成するために、電解質材料は、高温、例えば１０００°Ｃから１６００°Ｃで焼結させられる。
【００５３】
図９ｂに示すように、複数の開口１０２が電解質１００の個々の高密度非多孔質シート／プレートに形成される。電解質材料１００の各シート／プレートの開口１０２は、矩形パターンで形成されるのが望ましい。開口は正方形、代替  
【００５４】
図９ｃに示すように、カソード電極材料１０４は、電解質材料１００の各シート／プレートの一方の表面１０８上に島状リング形アレーとして配置される。カソード材料の各リングは、隣接するリングから離間されて、リングアレーは、空隙により分離されている。図９ｃの断面Ａ−Ａ´は、図１０ａに示されている。図１０ａには、カソード材料１０４が電解質シート１００の全体を被覆しない、すなわち、電解質材料の一部は燃料電池の境界Ｘ、Ｙとなるであろう端縁と、蒸着されたカソード電極材料１０４の端縁との間にて露出していることがより明確に示されている。
図９ｄに示したように、アノード電極材料１０６は、スクリーン印刷またはステンシル印刷又は他の適切な方法を使用して、電解質材料１００のそれぞれのシート／プレートの反対側の表面１１０上に、その周りにアノード電極材料１０６が存在しない窓アレーを形成して蒸着される。アノード材料の該窓アレー内の各窓は、開口１０２の端縁から離間されている。図１０ｂには、図９ｄの断面Ｂ−Ｂ´が示され、また、カソード１０４の層、電解質１００の層及びアノード１００６の層という３つの層が示されている。図１０ｂには、アノード材料１０４が電解質シート１００の全体を被覆しない、すなわち、電解質材料の一部が蒸着されたアノード材料１０６と開口１０２の端縁との間にて露出していることがより明確に示されている。通常、両方の電極材料が単一炉環境で処理されるように、電極材料のうちの１つは前駆体物質(precursor material)である。
【００５５】
例えば、アノード電極材料は、ＮｉＯ−ＹＳＺアノード電極を形成する場合には、ＮｉＯ−ＹＳＺのような酸化雰囲気対応前駆体形態(an oxidising atmosphere compatible precursor form)で配置される。アノード電極材料は、ＬＭＳのようなカソード電極材料と同じ酸化炉環境で処理される。
【００５６】
代替的には、還元雰囲気中で発火に耐えることができるカソード材料前駆体を使用することは可能である。還元および酸化環境に耐えることができるアノード材料を使用することは可能であり、この場合、処理はすべて前駆体材料の必要無しに行なうことができる。
【００５７】
電極は、電流コレクタ層を形成するために、プラチナ、パラジウム、ニッケル、銀、金、代替的には銅などの二元又は三元合金のような電流コレクタ材料を追加的に印刷する(additional over printing)か又は浸入させる(infiltration)ことによって増強される。各電流コレクタ層は、印刷され乾燥され、結合剤が取り除かれ、次に、焼結させられるか、代替的には、電流コレクタ層は他の層と共に焼結させられる。
【００５８】
電極は、電解質材料の各シート／プレート上に所定のパターンで配置され、例えば、カソード電極材料１０４は、矩形または正方形断面の開口１０２のまわりに、矩形、代替的には正方形で配置される。アノード電極材料１０６は、矩形、代替的には正方形に形成された開口を伴うシートとして配置されるが、この開口は電解質材料１００のシートの矩形、代替的には正方形に形成された開口１０２よりも大きな寸法である。
【００５９】
図９ｅに示したように、追加の電解質材料１００Ａは、カソード材料１０４の島状リング間の空隙を充填するけれど、カソード材料又は開口１０４を被覆しないようにカソード材料１０４の周りに蒸着され、また、追加の電解質材料１００Ｂは、窓の内側であるが、アノード電極材料又は開口１０２を被覆しないように蒸着されている。この電極材料の蒸着の結果、電解質シート１００の表面１０８、１１０は実質的に平坦な表面となる。
図９ｆに示したように、複数の電解質材料１００のシートは、電解質材料１００のシートのすべての開口１０２が整合されるようにスタック１２０として配置される。さらに、スタック中の電解質材料の隣接するシートは、それらがそれらの間の面に関して互いに鏡像関係となるように配置される。したがって、電解質材料のシートは、電解質材料の隣接するシートのアノード電極１０６が互いに対面し、また電解質材料の隣接するシートのカソード電極１０４が互いに対面するように配置される。
【００６０】
電解質材料シート／プレート上に蒸着された電極材料の厚さは、電極に求められる厚さの半分であり、それは電解質材料の各シートが矩形のスタックの中でともに積み重ねられた時に、層の順序が電解質材料の隣接するシートで逆にされるように配置されるようになっている。したがって、互いの上に、４００枚以内の電解質材料シート、例えば２〜５０枚の電解質材料シートを積み重ねることは可能である。
【００６１】
電解質材料の連続的な層、又は互換性があり膨張率係数が適合した挿入材料(compatible expansion matched insert material)は、アノード電極の各組に反応物を供給するための開口が閉鎖され、そしてカソード電極の縁部から分離されるように、一般的にはスタックの最上層として含まれる。
【００６２】
気体が一番下の多孔性電極層の縁部で逃げることができないようにするため、同様に穴の空けられた気密材料の層が一般的にはスタックの底部に設けられる。気密材料の層は、追加の電解質材料の蒸着物１００Ａ、１００Ｂの１つとし、又は基板材料、又は密閉ガスが電解質材料と互換性を持つ場合、気密材料層は、安定化ジルコニア材料又はマグネシア・マグネシウム・アルミン酸塩（ＭＭＡ）のような、比較的不活発な熱拡張係数の互換性をもつバリア材料である。
【００６３】
スタック中の電極を備えた電解質材料のシートが既に燃えてしまった場合、未焼結材料や焼結助剤を伴う電解質材料のシートを被覆する必要がある。その結果、電解質材料のシートは共に燃焼時に活発に焼結する。しかしながら、適切なバインダーシステムが使用される場合、電解質シートの全スタックを一度だけで共に焼結させることは有益である。
【００６４】
その後、電解質材料のシートのスタックは、矩形、代替的には正方形の固体酸化物型燃料電池場合には、２つの垂直な方向にスタック１２０を切断することにより、複数の未処理の固体酸化物型燃料電池に分割される。したがって、スタックは電解質材料１００のシートの開口１０２の間の中央に位置する第１組の平行面Ｘで切断され、さらに電解質材料１００のシート中の開口１０２の間の中央に位置する第２組の平行面Ｙで切断され、第１組の平行面Ｘは第２組の平行面Ｙに垂直である。これらの平行面Ｘ，Ｙは、実質的に電解質材料１００のシートの面に対して実質的に垂直に配置されている。
【００６５】
その後、必要ならば、未処理の固体酸化物型燃料電池１６はプレスされ、次に、高温（７００°Cから１５００°C）の高温で焼成され、その結果、電極のまわりに気密シールを形成するために電解質材料のシートが溶融し、特に、追加の電解質材料１００Ａ、１００Ｂは、多層の固体酸化物型燃料電池中の電解質材料のシートへ溶融する。しかしながら、電解質材料１００のシートの数が電極のまわりに気密シールを形成するための電解質材料のシートの変形を許容する程度少ない場合、追加の電解質材料１００Ａ、１００Ｂを省くことは可能である。
【００６６】
更に、図９ｇに示す如く、アノード電極材料１１１が、アノード電極材料の印刷によって、又は固体酸化物型燃料電池を様々な向きでアノード電極材料の懸濁液の中へ繰り返し浸けることによって、各固体酸化物型燃料電池の外側表面上に配置される。図９ｇに示す如く、更なるカソード電極材料１１３が、カソード電極材料の懸濁液の中へ繰り返し浸けることによって、各固体酸化物型燃料電池１６の開口の表面上に配置される。その後、追加の電極材料は固体酸化物型燃料電池１６を完成するために乾かされ焼成される。これにより、固体酸化物型燃料電池の外部表面上のアノード電極材料は電解質材料の各層の間のアノード電極と電気的に相互接続され、開口の表面上のカソード電極材料は電解質材料の各層の間のカソード電極と電気的に相互に接続される。
【００６７】
図９ｇには、カソード電極材料１０４の層と、追加の電解質材料１００Ａの層と、アノード電極材料１０６の層と、更なる追加の電解質材料１００Ｂの層と、電解質材料１００の層とを備える完成した固体酸化物燃料電池１６が示されている。該完成した固体酸化物燃料電池１６は、カソード電極材料１１３の内側被覆と、アノード電極材料１１１の外側被覆とを更に備えている。
【００６８】
その後、完成した固体酸化物型燃料電池は、高密度非多孔性の部材（例えば基板）に取り付けられシールされる。これにより、各固体酸化物型燃料電池の開口は、高密度非多孔性の部材の対応する開口に配置される。固体酸化物型燃料電池は適切な密封材、固体酸化物型燃料電池の底部と高密度非多孔性部材の間の気密シールを形成するために、例えばガラスセラミックを使用して、高密度非多孔性の部材に対して取り付けられシールされる。
該電気的な接続は、既知の技術を使用するワイヤー、テープ又は厚膜層を使用して、固体酸化物型燃料電池の外部表面上のアノード材料、および固体酸化物型燃料電池の開口の表面上のカソード材料に対して施される。
【００６９】
一旦、完全な気密性の組立体が生成されると、高温、例えば３００°Cから９００°Cに加熱し、窒素中の水素の混合を低下させた又はアノード電極を縮小するための適切な他の混合物のアノード電極を供給することが必要である。代替的には、カソード材料が前駆体として形成された場合、組立体は減圧雰囲気で処理され、カソード電極にはカソード電極を酸化させるための酸化混合物が供給される。
【００７０】
固体酸化物型燃料電池を製造する代替方法では、図１１ａから図１１ｇに示したように、燃料が開口に供給され、アノード電極に開口からの燃料が供給され、アノード電極材料１０６は、各々の開口１０２の周りに、例えば各開口の周りに島状のリングアレーとして、蒸着され、各リングは、各開口から所定の距離だけ延び、したがってリングアレー中の各リングは、空隙により隣接するリングから分離され、このため、アノード電極材料１０６は、図１１ｃに示したように、個別の分離された位置に蒸着される。図１１ｃの断面Ｃ−Ｃ´は、図１２ａに示されている。アノード電極材料１０６は、矩形、代替的には正方形の断面の開口のまわりに、矩形、代替的には正方形で配置される。カソード電極材料１０４は、各窓が各開口１０２から所定の距離だけ離れるように窓アレーを画成するように蒸着されるが、そうでなければ、図１１ｄに示したように、電解質材料のシート／プレートのその表面の全体を覆う。図１１ｄの断面Ｄ−Ｄ´は、図１２ｂに示されている。カソード電極材料１０４は、電解質材料のシートに形成された矩形、代替的には正方形の開口より大きな寸法の矩形、代替的には正方形の開口を持つシートとして配置される。窓アレーは、リングアレーと整合した状態にて蒸着される。
【００７１】
図１１ｅにおいて、追加の電解質材料１００Ａは、カソード材料１０６のリングの周りの空隙を充填するように蒸着され、追加の電解質材料１００Ｂは、開口１０２とアノード材料１０４との間のスペースを充填するように開口１０２の周りにて窓の内部に蒸着される。追加の電解質材料１００Ａ、１００Ｂを蒸着した後、層状となった電解質シート材料１００の形成される表面は、実質的に平坦である。
【００７２】
図１１ｆに示したように、複数の電解質材料１００のシートは、電解質材料１００のシートの全ての開口１０２が整合されるようにスタック１２０として配置されている。更に、該スタック内の電解質材料の隣接するシートは、その間の平面に対して互いに鏡像であるように配置されている。このため、電解質材料のシートは、電解質材料の隣接するシートのアノード電極１０６が互いに対面し、また、電解質材料の隣接するシートのカソード電極１０４が互いに対面するように配置されている。
【００７３】
電解質材料の連続的な層、又は互換性をもつ熱膨張係数が合致する挿入材料は、アノード電極の組に反応物を供給するための開口が閉じられ、そしてカソードの縁部から分離されるように、一般的にスタックの最上部の層として備えられる。
【００７４】
固体酸化物型燃料電池を製造する代替方法では、電解質材料のシートのスタックには高温、例えば３００°Cから９００°Cに加熱され、窒素中の水素の還元混合物又はアノード電極を還元するためのその他の適当な混合物が供給される。代替的には、カソード電極材料が前駆体として形成され、このため組立体は還元雰囲気で処理される場合、カソード電極には、カソード電極を酸化させるための酸化混合物が供給される。
【００７５】
その後、電解質材料のシートのスタックは、矩形、代替的には正方形の固体酸化物型燃料電池の場合には、２つの垂直な方向にスタック１２０を切断することにより、複数の未処理の固体酸化物型燃料電池に分割される。したがって、スタックは電解質材料１００のシートの開口の間の中央に位置する第１組の平行面で切断され、さらに電解質材料のシートの開口の間の中央に位置する第２組の平行面で切断され、第１組の平行面は第２組の平行面に垂直である。これらの平行面は、電解質材料のシートの面に対して実質的に垂直に配置されている。
【００７６】
固体酸化物型燃料電池を製造する更なる代替的な方法において、１枚又はそれ以上の電解質材料のシートを形成すること、電解質材料のシートに開口を形成すること、シートの表面上にアノード電極材料および電極材料を配置すること、それぞれ開口を備えたピースを形成するために２つの垂直な方角にシートを切断すること、そして、未処理の固体酸化物型燃料電池１６を形成するために開口が整合されるように、互いの上にピースを積み重ねることが可能である。これらの面は、電解質材料のシートの面に実質的に垂直に配置される。その後、未処理の固体酸化物型燃料電池は９００°Cから９００°Cに加熱され、アノード電極には、窒素中の水素の還元混合物又はアノード電極を還元するその他の適当な混合物が供給される。代替的には、カソード電極材料が前駆体として形成され、組立体は還元雰囲気で処理される場合、カソード電極には、カソード電極を酸化させる酸化混合物が供給される。
【００７７】
カソード電極材料を印刷することにより、又は固体酸化物燃料電池の方向を変化させて、カソード電極材料の懸濁液内に繰り返し浸漬させることにより、更なるカソード電極材料１１３が各個体酸化物燃料電池の外面の上に蒸着される。アノード電極材料の懸濁液内に繰り返し浸漬させることにより、更なるアノード電極材料１１１が各固体酸化物燃料電池の開口の表面上に蒸着される。次に、追加の電極材料を乾燥させかつ燃焼させて、固体酸化物燃料電池を完成させ、固体酸化物燃料電池の外面上のカソード電極材料が電解質材料の層の間にてカソード電極と電気的に相互接続し、また、開口の表面上のアノード電極材料が電解質材料の層の間のアノード電極と電気的に相互接続するようにする。
上記方法のすべてにおいて、電解質材料のシートの表面上にカソード電極材料の島状アレーおよびアノード電極材料の窓アレーを所定のパターンにて蒸着し、次に、電解質材料のシート、カソード電極材料のシートに開口を形成ｄ＜することが可能であり、この場合、該開口は、酸化剤を固体酸化物燃料電池のカソード電極に供給する。
【００７８】
代替的な実施の形態において、電解質材料のシートの表面上にアノード電極材料の島状アレーおよびカソード電極材料の窓アレーを所定のパターンにて蒸着し、次に、電解質材料のシート、アノード電極材料のシートに開口を形成し、この場合、該開口は、燃料を固体酸化物燃料電池のアノード電極に供給するようにすることが可能である。
【００７９】
電解質材料のシートは電解質材料のシートを通る開口を中心とした正方形または矩形に切断されているが、電解質材料のシートを通る開口を中心とした他の適切な形、例えば三角形、六角形、八角形などにそれらを切ることは等しく可能である。
【図１】
2019036496.tif 000003
【図２】
2019036496.tif 000004
【図３】
2019036496.tif 000005
【図４】
2019036496.tif 000006
【図５】
2019036496.tif 000007
【図６】
2019036496.tif 000008
【図７】
2019036496.tif 000009
【図８】
2019036496.tif 000010
【図９ａ】
2019036496.tif 000011
【図９ｂ】
2019036496.tif 000012
【図９ｃ】
2019036496.tif 000013
【図９ｄ】
2019036496.tif 000014
【図９ｅ】
2019036496.tif 000015
【図９ｆ】
2019036496.tif 000016
【図９ｇ】
2019036496.tif 000017
【図１０ａ】
2019036496.tif 000018
【図１０ｂ】
2019036496.tif 000019
【図１１ａ】
2019036496.tif 000020
【図１１ｂ】
2019036496.tif 000021
【図１１ｃ】
2019036496.tif 000022
【図１１ｄ】
2019036496.tif 000023
【図１１ｅ】
2019036496.tif 000024
【図１１ｆ】
2019036496.tif 000025
【図１１ｇ】
2019036496.tif 000026
【図１２ａ】
2019036496.tif 000027
【図１２ｂ】
2019036496.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月29日(2017.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９ｇ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９ｇ】
2019036496.tif 000029
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１ｅ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１ｅ】
2019036496.tif 000030
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１ｇ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１ｇ】
2019036496.tif 000031
【外国語明細書】
2019036496000001.pdf