(57)【要約】【課題】損傷を抑制可能な電気化学セルを提供する。【解決手段】固体アルカリ形燃料電池１０は、膜状の素子部１１を備える。素子部１１は、カソード１２と、アノード１４と、カソード１２とアノード１４との間に配置される電解質１６とを有する。素子部１１は、引っ張り試験において所定の荷重を加えた場合に、面方向における伸び率に指向性を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードとの間に配置される電解質とを有する膜状の素子部を備え、
前記素子部は、引っ張り試験において所定の荷重を加えた場合に、面方向における伸び率に指向性を有する、
電気化学セル。
【請求項２】
前記素子部の平面視において、第１方向における前記素子部の伸び率は、前記第１方向に垂直な第２方向における前記素子部の伸び率よりも大きい、
請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記第２方向における前記素子部の伸び率に対する前記第１方向における前記素子部の伸び率の比は、１．２以上である、
請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記電解質は、
連続孔を形成する多孔質基材と、
イオン伝導性を有し、前記連続孔内に配置されるイオン伝導体と、
前記イオン伝導体内に形成される閉気孔と、
を有する、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記閉気孔は、前記多孔質基材から離れている、
請求項４に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記閉気孔は、前記多孔質基材に接している、
請求項５に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記電解質は、前記閉気孔を含む複数の閉気孔を有する、
請求項４乃至６のいずれかに記載の電気化学セル。
【請求項８】
前記多孔質基材は、三次元網目構造を有する、
請求項４乃至７のいずれかに記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記多孔質基材は、高分子材料によって構成される、
請求項４乃至８のいずれかに記載の電気化学セル。
【請求項１０】
カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードとの間に配置される電解質とを有する膜状の素子部を備え、
前記素子部は、引っ張り試験において破断するまで応力を加えた場合に、面方向における破断応力に指向性を有する、
電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルカリ形燃料電池、アルカリ形二次電池及び電解セルなどの電気化学セルは、多孔質基材に含浸されたイオン伝導体を含む電解質と、電解質を挟むアノード及びカソードとを備える（例えば、特許文献１参照）。電気化学セルは、膜状に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０７１９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電気化学セルをデバイス内に固定する際、電気化学セルの平面視における所定方向に引っ張り力がかかることによって、電気化学セルが損傷するおそれがある。
【０００５】
本発明は、損傷を抑制可能な電気化学セルの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電気化学セルは、膜状の素子部を備える。素子部は、カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードとの間に配置される電解質とを有する。前記素子部は、引っ張り試験において所定の荷重を加えた場合に、面方向における伸び率に指向性を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、損傷を抑制可能な電気化学セルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】固体アルカリ形燃料電池の構成を模式的に示す断面図
【図２】素子部の平面図
【図３】図１の部分拡大図
【図４】図１の部分拡大図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（固体アルカリ形燃料電池１０）
以下、本発明に係る電気化学セルの一例として、水酸化物イオンをキャリアとするアルカリ形燃料電池（ＡＦＣ）の一種である固体アルカリ形燃料電池１０の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る固体アルカリ形燃料電池１０の構成を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、固体アルカリ形燃料電池１０は、素子部１１を備える。素子部１１は、全体的に扁平な膜状に形成される。膜状とは、シート状、フィルム状、又は薄板状を意味する。素子部１１の厚みＴ１は特に制限されないが、例えば１０〜５００μｍとすることができる。
【００１２】
素子部１１は、第１主面１１Ｓと、第１主面１１Ｓと反対側の第２主面１１Ｔとを有する。図２は、素子部１１を第１主面１１Ｓ側から見た平面図である。図２に示すように、本実施形態に係る素子部１１の平面形状は、略正方形である。平面視における素子部１１のサイズは特に制限されないが、各辺の長さは、例えば５〜１０００ｍｍとすることができる。ただし、素子部１１の平面形状は、略正方形に限らず、例えば、矩形、円形、楕円形、三角形、５角以上の多角形、或いはその他の複雑な形状であってもよい。
【００１３】
素子部１１は、引っ張り試験において所定の荷重を加えた場合に、面方向における伸び率に指向性を有する。すなわち、素子部１１の伸び率には、面方向における異方性が存在する。面方向とは、素子部１１の第１主面１１Ｓ又は第２主面１１Ｔに沿った方向を意味する。
【００１４】
具体的には、素子部１１を平面視した場合に、面方向における任意の方向を第１方向とし、第１方向に対して直交する方向を第２方向としたとき、第１方向における素子部１１の伸び率は、第２方向における素子部１１の伸び率よりも大きい。従って、図示しないデバイス内に固体アルカリ形燃料電池１０を固定する際、固体アルカリ形燃料電池１０が第１方向に引っ張られるような固定方法を採用したとしても、固体アルカリ形燃料電池１０に外観損傷や内部欠陥（以下、「損傷」と総称する。）が生じることを抑制できる。
【００１５】
なお、第１方向は、固体アルカリ形燃料電池１０に引っ張り力がかかる方向に設定されていればよい。従って、第１及び第２方向のそれぞれは、平面視における素子部１１の各辺に対して平行であっても、垂直であっても、或いは、交差してしてもよい。
【００１６】
第２方向における伸び率に対する第１方向における伸び率の比は、１．２以上であることが好ましい。すなわち、第１方向における伸び率は、第２方向における伸び率の１．２倍以上であることが好ましい。これにより、固体アルカリ形燃料電池１０に損傷が生じることをより抑制できる。
【００１７】
引っ張り試験では、第１方向の伸び率を測定するための試験片（第１方向の長さ２．５ｃｍ×第２方向の幅２．５ｃｍ）と、第２方向の伸び率を測定するための試験片（第２方向の長さ２．５ｃｍ×第１方向の幅２．５ｃｍ）とを、同じ素子部１１から切り出して用いる。第１方向の伸び率を測定するための試験片については、試験片の第１方向両端に接着剤で一対の引っ張り治具を固定し、引っ張り試験機で治具を介して第１方向に引っ張る。第２方向の伸び率を測定するための試験片については、試験片の第２方向両端に接着剤で一対の引っ張り治具を固定し、引っ張り試験機で治具を介して第２方向に引っ張る。伸び率は、一定の荷重を印加する前後において、引っ張り治具間距離を測定することによって算出される。従って、第１及び第２方向それぞれの伸び率は、以下の式によって算出される。
【００１８】
伸び率（％）＝（荷重印加時の治具間距離−荷重印加前の治具間距離）÷荷重印加前の治具間距離×１００
【００１９】
第１及び第２方向それぞれにおける伸び率は、第１方向の伸び率が第２方向の伸び率よりも大きい限り特に制限されないが、第１方向における伸び率は例えば３〜３０％とすることができ、第２方向における伸び率は１〜２０％とすることができる。
【００２０】
素子部１１の面方向における伸び率に指向性を持たせる手法は特に制限されないが、後述するように、素子部１１に含まれる多孔質基材２０の伸び率に指向性を持たせる手法が簡便である。
【００２１】
（素子部１１の内部構成）
図１に示すように、素子部１１は、カソード１２、アノード１４、及び電解質１６を備える。素子部１１は、下記の電気化学反応式に基づいて、比較的低温（例えば、５０℃〜２５０℃）で発電する。ただし、下記の電気化学反応式では、燃料の一例としてメタノールを用いた場合が例示されている。
【００２２】
・カソード１２：  ３／２Ｏ２＋３Ｈ２Ｏ＋６ｅ−→６ＯＨ−
・アノード１４：  ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→６ｅ−＋ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ
・全体        ：  ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
【００２３】
カソード１２は、一般的に空気極と呼ばれる陽極である。固体アルカリ形燃料電池１０の発電中、カソード１２には、酸化剤供給手段１３を介して、酸素（Ｏ２）を含む酸化剤が供給される。酸化剤としては、空気を用いるのが好ましく、空気は加湿されていることがより好ましい。カソード１２は、内部に酸化剤を拡散可能な多孔質体である。カソード１２の気孔率は特に制限されない。カソード１２の厚みは特に制限されないが、例えば１０〜２００μｍとすることができる。
【００２４】
カソード１２は、ＡＦＣに使用される公知の空気極触媒を含むものであればよく、特に限定されない。カソード触媒の例としては、白金族元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ）、鉄族元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）等の第８〜１０族元素（ＩＵＰＡＣ形式での周期表において第８〜１０族に属する元素）、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の第１１族元素（ＩＵＰＡＣ形式での周期表において第１１族に属する元素）、ロジウムフタロシアニン、テトラフェニルポルフィリン、Ｃｏサレン、Ｎｉサレン（サレン＝Ｎ，Ｎ’−ビス（サリチリデン）エチレンジアミン）、銀硝酸塩、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。カソード１２における触媒の担持量は特に限定されないが、好ましくは０．０５〜１０ｍｇ／ｃｍ２、より好ましくは、０．０５〜５ｍｇ／ｃｍ２である。カソード触媒はカーボンに担持させるのが好ましい。カソード１２ないしそれを構成する触媒の好ましい例としては、白金担持カーボン（Ｐｔ／Ｃ）、白金コバルト担持カーボン（ＰｔＣｏ／Ｃ）、パラジウム担持カーボン（Ｐｄ／Ｃ）、ロジウム担持カーボン（Ｒｈ／Ｃ）、ニッケル担持カーボン（Ｎｉ／Ｃ）、銅担持カーボン（Ｃｕ／Ｃ）、及び銀担持カーボン（Ａｇ／Ｃ）が挙げられる。
【００２５】
カソード１２の作製方法は特に限定されないが、例えば、カソード触媒及び所望により担体をバインダーと混合してペースト状にし、このペースト状混合物を電解質１６のカソード側表面１６Ｓに塗布することにより形成することができる。
【００２６】
アノード１４は、一般的に燃料極と呼ばれる陰極である。固体アルカリ形燃料電池１０の発電中、アノード１４には、燃料供給手段１５を介して、水素原子（Ｈ）を含む燃料が供給される。アノード１４は、内部に燃料を拡散可能な多孔質体である。アノード１４の気孔率は特に制限されない。アノード１４の厚みは特に制限されないが、例えば１０〜５００μｍとすることができる。
【００２７】
燃料は、アノード１４において水酸化物イオン（ＯＨ−）と反応可能な燃料化合物を含んでいればよく、液体燃料及び気体燃料のいずれの形態であってもよい。
【００２８】
燃料化合物としては、例えば、（ｉ）ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２）、水加ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）、炭酸ヒドラジン（（ＮＨ２ＮＨ２）２ＣＯ２）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２ＳＯ４）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ３ＮＨＮＨ２）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２ＮＮＨ２、ＣＨ３ＮＨＮＨＣＨ３）、及びカルボンヒドラジド（（ＮＨＮＨ２）２ＣＯ）等のヒドラジン類、（ｉｉ）尿素（ＮＨ２ＣＯＮＨ２）、（ｉｉｉ）アンモニア（ＮＨ３）、（ｉｖ）イミダゾール、１，３，５−トリアジン、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール等の複素環類化合物、（ｖ）ヒドロキシルアミン（ＮＨ２ＯＨ）、硫酸ヒドロキシルアミン（ＮＨ２ＯＨ・Ｈ２ＳＯ４）等のヒドロキシルアミン類、及びこれらの組合せが挙げられる。これらの燃料化合物のうち炭素を含まない化合物（すなわち、ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、アンモニア、ヒドロキシルアミン、硫酸ヒドロキシルアミン等）は、一酸化炭素による触媒被毒の問題が無いため特に好適である。
【００２９】
燃料化合物は、そのまま燃料として用いてもよいが、水及び／又はアルコール（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコール等）に溶解させた溶液として用いてもよい。例えば、上記燃料化合物のうち、ヒドラジン、水化ヒドラジン、モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジンは液体であるので、そのまま液体燃料として使用可能である。また、炭酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、カルボンヒドラジド、尿素、イミダゾール、及び３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、及び硫酸ヒドロキシルアミンは固体であるが水に可溶である。１，３，５−トリアジン及びヒドロキシルアミンは固体であるがアルコールに可溶である。アンモニアは気体であるが水に可溶である。このように、固体の燃料化合物は、水又はアルコールに溶解させて液体燃料として使用可能である。燃料化合物を水及び／又はアルコールに溶解させて用いる場合、溶液中の燃料化合物の濃度は、例えば３０〜９９．９重量％であり、好ましくは６６〜９９．９重量％である。
【００３０】
また、メタノール、エタノール等のアルコール類やエーテル類を含む炭化水素系液体燃料、メタン等の炭化水素系ガス、或いは純水素などは、そのまま燃料として用いることができる。特に、本実施形態に係る固体アルカリ形燃料電池１０に用いられる燃料としては、メタノールが好適である。メタノールは、気体状態、液体状態、及び、気液混合状態のいずれであってもよい。
【００３１】
アノード１４は、ＡＦＣに使用される公知のアノード触媒を含むものであればよく、特に限定されない。アノード触媒の例としては、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｓｎ、及びＰｄ等の金属触媒が挙げられる。金属触媒は、カーボン等の担体に担持されるのが好ましいが、金属触媒の金属原子を中心金属とする有機金属錯体の形態としてもよく、この有機金属錯体を担体として担持されていてもよい。アノード１４及びそれを構成する触媒の好ましい例としては、ニッケル、コバルト、銀、白金担持カーボン（Ｐｔ／Ｃ）、白金ルテニウム担持カーボン（ＰｔＲｕ／Ｃ）、パラジウム担持カーボン（Ｐｄ／Ｃ）、ロジウム担持カーボン（Ｒｈ／Ｃ）、ニッケル担持カーボン（Ｎｉ／Ｃ）、銅担持カーボン（Ｃｕ／Ｃ）、及び銀担持カーボン（Ａｇ／Ｃ）が挙げられる。
【００３２】
アノード１４の作製方法は特に限定されないが、例えば、アノード触媒及び所望により担体をバインダーと混合してペースト状にし、このペースト状混合物を電解質１６のアノード側表面１６Ｔに塗布することにより形成することができる。
【００３３】
電解質１６は、カソード１２とアノード１４との間に配置される。電解質１６は、カソード１２及びアノード１４のそれぞれに接続される。電解質１６は、膜状、層状、或いは、シート状に形成される。
【００３４】
図３は、電解質１６の断面を拡大して示す模式図である。電解質１６は、多孔質基材２０と、無機固体電解質体２２（「電解質体」の一例）と、複数の金属成分２４とを有する。
【００３５】
多孔質基材２０は、連続孔２０ａを形成する。連続孔２０ａは、多孔質基材２０の表裏面に連なるように形成される。連続孔２０ａには、後述する無機固体電解質体２２が含浸されている。
【００３６】
多孔質基材２０は、三次元網目構造を有していてもよい。「三次元網目構造」とは、基材の構成物質が立体的かつ網目状に繋がった構造である。ただし、多孔質基材２０は、三次元網目構造を有していなくてもよい。
【００３７】
多孔質基材２０は、高分子材料によって構成することができる。
【００３８】
多孔質基材２０を構成する高分子材料としては、ポリスチレン、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂（四フッ素化樹脂：ＰＴＦＥ等）、セルロース、ナイロン、ポリエチレン、ポリイミド及びこれらの任意の組合せが挙げられる。多孔質基材２０をフレキシブル性の高分子材料で構成する場合には、連続孔２０ａの体積を大きくしながら厚さを薄くしやすいため、水酸化物イオン伝導性を向上させることができる。
【００３９】
多孔質基材２０の厚さは特に制限されないが、例えば、２００μｍ以下とすることができ、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは７５μｍ以下であり、５０μｍ以下が最も好ましい。多孔質基材２０の厚さの下限値は、用途に応じて適宜設定すればよいが、ある程度の堅さを確保するには１０μｍ以上が好ましく、１５μｍ以上がより好ましい。
【００４０】
多孔質基材２０の断面における連続孔２０ａの平均内径は特に制限されないが、連続孔２０ａの平均内径は、例えば、０．００１〜１．５μｍとすることができ、好ましくは０．００１〜１．２５μｍ、より好ましくは０．００１〜１．０μｍ、さらに好ましくは０．００１〜０．７５μｍ、特に好ましくは０．００１〜０．５μｍである。これらの範囲内とすることによって、多孔質基材２０に支持体としての強度を付与しつつ、無機固体電解質体２２の緻密度を向上させることができる。連続孔２０ａの平均内径は、多孔質基材２０の断面を電子顕微鏡で観察した場合に、観察画像上で無作為に選出した２０箇所における連続孔２０ａの円相当径を算術平均することによって得られる。連続孔２０ａの円相当径とは、観察画像において、連続孔２０ａの断面積と同じ面積を有する円の直径である。なお、電子顕微鏡の倍率は、連続孔２０ａの断面サイズに応じて適宜設定すればよい。
【００４１】
連続孔２０ａの体積率は特に制限されないが、例えば、１０〜６０％とすることができ、好ましくは１５〜５５％、より好ましくは２０〜５０％である。これらの範囲内とすることによって、多孔質基材２０に支持体としての強度を確保しつつ、無機固体電解質体２２の緻密度を向上させることができる。連続孔２０ａの体積率は、アルキメデス法により測定することができる。
【００４２】
また、図３では図示されていないが、多孔質基材２０は、それ自体の内部に複数の細孔を有することが好ましい。複数の細孔は、多孔質基材２０の内部において、互いに繋がっていてもよい。そして、各細孔は多孔質基材２０の表面に開口する開気孔であって、各細孔には無機固体電解質体２２が含浸していることがより好ましい。これによって、連続孔２０ａ→多孔質基材２０内の細孔→連続孔２０ａという短距離イオン伝導パスや、連続孔２０ａ→多孔質基材２０内の細孔→第２膜状部２２ｃ、或いは、第１膜状部２２ｂ→多孔質基材２０内の細孔→第２膜状部２２ｃという長距離イオン伝導パスを形成することができる。その結果、複合部２２ａ内のイオン伝導可能領域が広がるため、電解質１６全体としてのイオン伝導性を向上させることができる。
【００４３】
無機固体電解質体２２は、水酸化物イオン伝導性を有する。固体アルカリ形燃料電池１０の発電中、無機固体電解質体２２は、カソード１２側からアノード１４側に水酸化物イオン（ＯＨ−）を伝導させる。無機固体電解質体２２の水酸化物イオン伝導率は特に制限されないが、０．１ｍＳ／ｃｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５ｍＳ／ｃｍ以上、さらに好ましくは１．０ｍＳ／ｃｍ以上である。無機固体電解質体２２の水酸化物イオン伝導率は、高いほど好ましく、その上限値は特に制限されないが、例えば１０ｍＳ／ｃｍである。
【００４４】
無機固体電解質体２２は、水酸化物イオン伝導性を有するセラミックス材料によって構成することができる。このようなセラミックス材料としては、水酸化物イオン伝導性を有する周知のセラミックスを用いることができるが、以下に説明する層状複水酸化物（ＬＤＨ：Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）が特に好適である。
【００４５】
ＬＤＨは、Ｍ２＋１−ｘＭ３＋ｘ（ＯＨ）２Ａｎ−ｘ／ｎ・ｍＨ２Ｏ（式中、Ｍ２＋は２価の陽イオン、Ｍ３＋は３価の陽イオンであり、Ａｎ−はｎ価の陰イオン、ｎは１以上の整数、ｘは０．１〜０．４、ｍは水のモル数を意味する任意の整数である）の一般式で示される基本組成を有する。Ｍ２＋の例としてはＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｏ２＋、Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋、及びＺｎ２＋が挙げられ、Ｍ３＋の例としては、Ａｌ３＋、Ｆｅ３＋、Ｔｉ３＋、Ｙ３＋、Ｃｅ３＋、Ｍｏ３＋、及びＣｒ３＋が挙げられ、Ａｎ−の例としてはＣＯ３２−及びＯＨ−が挙げられる。Ｍ２＋及びＭ３＋としては、それぞれ１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００４６】
ＬＤＨは、複数の水酸化物基本層と、これら複数の水酸化物基本層間に介在する中間層とから構成される。中間層は、陰イオン及びＨ２Ｏで構成される。水酸化物基本層は、例えば金属ＭがＮｉ、Ａｌ、Ｔｉの場合には、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯＨ基を含む。以下、ＬＤＨの水酸化物基本層がＮｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯＨ基を含む場合について説明する。
【００４７】
ＬＤＨ中のＮｉはニッケルイオンの形態を採りうる。ＬＤＨ中のニッケルイオンは典型的にはＮｉ２＋であると考えられるが、Ｎｉ３＋等の他の価数もありうるため、特に限定されない。ＬＤＨ中のＡｌはアルミニウムイオンの形態を採りうる。ＬＤＨ中のアルミニウムイオンは典型的にはＡｌ３＋であると考えられるが、他の価数もありうるため、特に限定されない。ＬＤＨ中のＴｉはチタンイオンの形態を採りうる。ＬＤＨ中のチタンイオンは典型的にはＴｉ４＋であると考えられるが、Ｔｉ３＋等の他の価数もありうるため、特に限定されない。水酸化物基本層は、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯＨ基を主要構成要素として含むのが好ましいが、他の元素ないしイオンを含んでいてもよいし、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物は、製法上不可避的に混入されうる任意元素であり、例えば原料や基材に由来してＬＤＨ中に混入しうる。
【００４８】
ＬＤＨの中間層は、陰イオン及びＨ２Ｏで構成される。陰イオンは１価以上の陰イオン、好ましくは１価又は２価のイオンである。好ましくは、ＬＤＨ中の陰イオンはＯＨ−及び／又はＣＯ３２−を含む。
【００４９】
上記のとおり、Ｎｉ、Ａｌ及びＴｉの価数は必ずしも定かではないため、ＬＤＨを一般式で厳密に特定することは非実際的又は不可能である。仮に水酸化物基本層が主としてＮｉ２＋、Ａｌ３＋、Ｔｉ４＋及びＯＨ基で構成されるものと想定した場合、ＬＤＨは、一般式：Ｎｉ２＋１−ｘ−ｙＡｌ３＋ｘＴｉ４＋ｙ（ＯＨ）２Ａｎ−（ｘ＋２ｙ）／ｎ・ｍＨ２Ｏ（式中、Ａｎ−はｎ価の陰イオン、ｎは１以上の整数、好ましくは１又は２であり、０＜ｘ＜１、好ましくは０．０１≦ｘ≦０．５、０＜ｙ＜１、好ましくは０．０１≦ｙ≦０．５、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｍは０以上、典型的には０を超える又は１以上の実数である）なる基本組成で表すことができる。もっとも、上記一般式はあくまで「基本組成」と解されるべきであり、Ｎｉ２＋、Ａｌ３＋、Ｔｉ４＋等の元素がＬＤＨの基本的特性を損なわない程度に他の元素又はイオン（同じ元素の他の価数の元素又はイオンや製法上不可避的に混入されうる元素又はイオンを含む）で置き換え可能なものとして解されるべきである。
【００５０】
本実施形態において、無機固体電解質体２２は、複合部２２ａ（「イオン伝導体」の一例）、第１膜状部２２ｂ、及び第２膜状部２２ｃを有する。
【００５１】
複合部２２ａは、第１膜状部２２ｂと第２膜状部２２ｃとの間に配置される。複合部２２ａは、多孔質基材２０の連続孔２０ａ内に配置される。複合部２２ａは、連続孔２０ａ内に含浸されており、多孔質基材２０と一体化している。このように、無機固体電解質体２２を多孔質基材２０で支持することによって、無機固体電解質体２２の強度を向上できるため、無機固体電解質体２２を薄くすることができる。その結果、電解質１６の低抵抗化を図ることができる。
【００５２】
本実施形態において、複合部２２ａは、多孔質基材２０の連続孔２０ａ内の略全域に広がっているが、無機固体電解質体２２が第１膜状部２２ｂ及び第２膜状部２２ｃの一方を有さない場合、複合部２２ａは、多孔質基材２０の一部にのみ含浸されていてもよい。
【００５３】
ここで、複合部２２ａは、その内部に形成された複数の閉気孔２４を有する。このような閉気孔２４が複合部２２ａの内部に形成されているため、電解質１６自体に柔軟性を付与することができ、素子部１１が第１方向に引っ張られたときに、固体アルカリ形燃料電池１０の内部に損傷が生じることをより抑制できる。
【００５４】
また、閉気孔２４が複合部２２ａの内部に形成されることで、固体アルカリ形燃料電池１０の作動中に複合部２２ａの含水状況の変動に起因する電解質１６の体積変化を緩和させることができる。これにより、カソード１２と電解質１６との界面、又は／及び、アノード１４と電解質１６との界面に応力が発生することを抑制できるため、カソード１２又は／及びアノード１４から電解質１６が剥離したり、或いは、電解質１６自体が変形したりすることを抑制できる。
【００５５】
さらに、閉気孔２４が複合部２２ａの内部に形成されることで、複合部２２ａに柔軟性を付与することができるため、固体アルカリ形燃料電池１０内の温度分布に起因して、カソード１２と電解質１６との界面、又は／及び、アノード１４と電解質１６との界面に熱応力が発生することを抑制できる。そのため、カソード１２又は／及びアノード１４から電解質１６が剥離したり、或いは、電解質１６自体が変形したりすることを抑制できる。
【００５６】
本実施形態において、閉気孔２４は、多孔質基材２０から離れている。すなわち、閉気孔２４は、複合部２２ａの内部に閉じこめられており、連続孔２０ａの内表面と直接的に接触しない。これによって、閉気孔２４が多孔質基材２０に直接接触する場合に比べて、電解質１６に体積変化や変形が生じた場合に、多孔質基材２０、複合部２２ａ及び閉気孔２４の三者で作られる角部を起点として、複合部２２ａが多孔質基材２０から剥離することを抑制できる。
【００５７】
各閉気孔２４の平均円相当径は特に制限されないが、例えば、０．００１〜１．０μｍとすることができる。各閉気孔２４の平均円相当径は、０．００１μｍ以上が好ましく、０．００２μｍ以上がより好ましい。これによって、複合部２２ａの柔軟性をより向上させることができる。また、各閉気孔２４の平均円相当径は、１．０μｍ以下が好ましく、０．８μｍ以下がより好ましい。これによって、カソード１２に供給される酸化剤がアノード１４側に透過したり、或いは、アノード１４に供給される燃料がカソード１２側に透過したりすることを抑制できる。
【００５８】
各閉気孔２４の平均円相当径は、電解質１６の断面を２０，０００〜１，５００，０００倍の電子顕微鏡で観察し、無作為に選出した２０個の閉気孔２４の円相当径を算術平均することによって得られる。閉気孔２４の円相当径とは、電解質１６の断面において、閉気孔２４と同じ面積を有する円の直径である。ただし、０．００１μｍ以下の円相当径を有する閉気孔２４は、複合部２２ａの体積変化の緩和及び柔軟性向上への寄与が極めて小さいため、各閉気孔２４の平均円相当径を求める際には除外するものとする。
【００５９】
第１膜状部２２ｂは、複合部２２ａのカソード１２側に連なる。第１膜状部２２ｂは、多孔質基材２０上に配置される。第１膜状部２２ｂは、多孔質基材２０の外部に配置される。第１膜状部２２ｂは、無機固体電解質体２２のうち多孔質基材２０の連続孔２０ａからカソード１２側に露出した部分である。第１膜状部２２ｂは、膜状に形成される。第１膜状部２２ｂは、複合部２２ａと一体的に形成される。第１膜状部２２ｂは、一様な平面状に形成されていてもよいし、縞状など所望の平面形状にパターン化されていてもよい。第１膜状部２２ｂの厚さは特に制限されないが、例えば、１０μｍ以下とすることができ、好ましくは７μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。このような第１膜状部２２ｂが設けられることにより、カソード１２と多孔質基材２０とが直接接触する場合に比べて、カソード１２と無機固体電解質体２２との接合領域が広がるためカソード１２の電極活性場を拡大できるとともに、カソード１２からアノード１４への酸化剤透過及び／又はアノード１４からカソード１２への燃料透過が抑制されるため起電力を向上させることができる。
【００６０】
第２膜状部２２ｃは、複合部２２ａのアノード１４側に連なる。第２膜状部２２ｃは、多孔質基材２０上に配置される。第２膜状部２２ｃは、複合部２２ａを挟んで第１膜状部２２ｂの反対側に配置される。第２膜状部２２ｃは、多孔質基材２０の外部に配置される。第２膜状部２２ｃは、無機固体電解質体２２のうち多孔質基材２０の連続孔２０ａからアノード１４側に露出した部分である。第２膜状部２２ｃは、膜状に形成される。第２膜状部２２ｃは、複合部２２ａと一体的に形成される。第２膜状部２２ｃは、一様な平面状に形成されていてもよいし、縞状など所望の平面形状にパターン化されていてもよい。第２膜状部２２ｃの厚さは特に制限されないが、例えば、１０μｍ以下とすることができ、好ましくは７μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。このような第２膜状部２２ｃが設けられることにより、アノード１４と多孔質基材２０とが直接接触する場合に比べて、アノード１４と無機固体電解質体２２との接合領域が広がるためアノード１４の電極活性場を拡大できるとともに、カソード１２からアノード１４への酸化剤透過及び／又はアノード１４からカソード１２への燃料透過が抑制されるため起電力を向上させることができる。
【００６１】
無機固体電解質体２２の作製方法は特に限定されないが、無機固体電解質体２２をＬＤＨで構成する場合であって、ＬＤＨの水酸化物基本層がＮｉ、Ａｌ、Ｔｉ及びＯＨ基を含むとき、以下の工程（１）〜（４）で作製することができる。
【００６２】
（１）高分子材料によって構成される多孔質基材２０を用意する。そして、多孔質基材２０を所望の方向に引っ張り伸ばすことによって、多孔質基材２０の面方向における伸び率に指向性を持たせる。このように、伸び率に指向性を持たせた多孔質基材２０を用いることによって、素子部１１の面方向における伸び率に指向性を持たせることができる。第１方向における素子部１１の伸び率は、第１方向において多孔質基材２０を伸ばす量によって調整することができる。第２方向における素子部１１の伸び率は、第２方向において多孔質基材２０を伸ばす量によって調整することができる。
【００６３】
（２）多孔質基材２０の全体にアルミナ及びチタニアの混合ゾルを含浸させて熱処理することでアルミナ・チタニア層を形成させる。後述するように、多孔質基材２０の表面全体からＬＤＨを成長させるには、多孔質基材２０の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成させることが重要となるため、アルミナ及びチタニアの混合ゾルを含浸させて熱処理することを複数回実施する。これにより、多孔質基材２０の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成することができる。
【００６４】
（３）ニッケルイオン（Ｎｉ２＋）及び尿素を含む原料水溶液に多孔質基材２０を浸漬させる。
【００６５】
（４）原料水溶液中で多孔質基材２０を水熱処理して、ＬＤＨを多孔質基材２０上及び多孔質基材２０中に形成させることによって、複合部２２ａ、第１膜状部２２ｂ、及び第２膜状部２２ｃを有する無機固体電解質体２２を形成する。この際、水熱処理時間および溶液濃度を適宜調整することによって、気孔が閉塞する前に反応を停止することで複合部２２ａ内に閉気孔２４を形成させることができる。ＬＤＨは多孔質基材２０の表面に形成されたアルミナ・チタニア層を核として成長するため、多孔質基材２０の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成させた場合においては、多孔質基材２０の表面全体からＬＤＨが成長することになる。その結果として、閉気孔２４を多孔質基材２０から離すことができる。
【００６６】
（実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００６７】
［変形例１］
上記実施形態では、本発明に係る電気化学セルの一例として、水酸化物イオンをキャリアとするアルカリ形燃料電池について説明したが、種々の電気化学セルに適用可能である。電気化学セルとしては、例えば、プロトンをキャリアとする燃料電池、二次電池（ニッケル亜鉛二次電池、亜鉛空気二次電池など）、水蒸気から水素と酸素を生成する電解セルなどに適用することができる。電気化学セルがプロトンをキャリアとする場合、複合部２２ａ、第１膜状部２２ｂ、及び第２膜状部２２ｃは、水酸化物イオン伝導性セラミックス成分に代えて、プロトン伝導性セラミックス成分を含有していればよい。なお、電気化学セルとは、化学エネルギーを電気エネルギーに変えるための装置と、電気エネルギーを化学エネルギーに変えるための装置であって、全体的な酸化還元反応から起電力が生じるように一対の電極が配置されたものの総称である。
【００６８】
［変形例２］
上記実施形態では、無機固体電解質体２２は、複合部２２ａ、第１膜状部２２ｂ、及び第２膜状部２２ｃを有することとしたが、少なくとも複合部２２ａを有していればよい。すなわち、無機固体電解質体２２は、第１膜状部２２ｂ及び第２膜状部２２ｃの少なくとも一方を備えていなくてよい。
【００６９】
無機固体電解質体２２が第１膜状部２２ｂを備えていない場合、複合部２２ａは、多孔質基材２０の連続孔２０ａの全体に含浸されていてもよいし、多孔質基材２０の連続孔２０ａのうちカソード１２側の領域にのみ含浸されていてもよい。多孔質基材２０の連続孔２０ａのうちカソード１２側の領域にのみ複合部２２ａが含浸される場合、連続孔２０ａの空隙領域にはアノード１４の少なくとも一部を配置すればよい。連続孔２０ａの空隙領域に配置されるアノード１４は、連続孔２０ａに充填されていてもよいし、連続孔２０ａの内表面を覆うように膜状に形成されていてもよい。
【００７０】
無機固体電解質体２２が第２膜状部２２ｃを備えていない場合、複合部２２ａは、多孔質基材２０の連続孔２０ａの全体に含浸されていてもよいし、多孔質基材２０の連続孔２０ａのうちアノード１４側の領域にのみ含浸されていてもよい。多孔質基材２０の連続孔２０ａのうちアノード１４側の領域にのみ複合部２２ａが含浸される場合、連続孔２０ａの空隙領域にはカソード１２の少なくとも一部を配置すればよい。連続孔２０ａの空隙領域に配置されるカソード１２は、連続孔２０ａに充填されていてもよいし、連続孔２０ａの内表面を覆うように膜状に形成されていてもよい。
【００７１】
［変形例３］
上記実施形態では、閉気孔２４は、多孔質基材２０から離れていたが、図４に示すように、閉気孔２４は、多孔質基材２０に接していてもよい。すなわち、閉気孔２４は、連続孔２０ａの内表面と直接的に接触していてもよい。これによって、閉気孔２４が多孔質基材２０から離れている場合に比べて、閉気孔２４の存在による多孔質基材２０の拘束面積を低減できるため、多孔質基材２０自体の柔軟性を向上させることができる。そのため、電解質１６に体積変化や変形が生じた場合に、カソード１２と電解質１６との界面、又は／及び、アノード１４と電解質１６との界面に応力が発生することをより抑制できる。
【００７２】
［変形例４］
上記実施形態では、電解質１６は、複数の閉気孔２４を有することとしたが、閉気孔２４を少なくとも１つ有していれば、閉気孔２４を全く有していない場合に比べて、複合部２２ａに柔軟性を付与することができるため、電解質１６の剥離を抑制できる。
【００７３】
［変形例５］
上記実施形態では、閉気孔２４の形状は断面が円形状に構成されていたが、閉気孔２４の形状はこれに限定されない。例えば、閉気孔２４は、断面が楕円形状となっていてもよいし、その他の形状であってもよい。
【００７４】
［変形例６］
上記実施形態において、素子部１１は、カソード１２、アノード１４、及び電解質１６を備えることとしたが、カソード１２に接合されるカソード側拡散層とアノード１４に接合されるアノード側拡散層との少なくとも一方を備えていてもよい。各拡散層は、金属或いはカーボンなど公知の導電体によって構成することができ、ガス透過性、耐酸性、電気伝導性及び機械強度に優れたカーボンペーパーやカーボンクロスなどが特に好適である。
【００７５】
［変形例７］
上記実施形態において、素子部１１は、引っ張り試験において所定の荷重を加えた場合に、面方向における伸び率に指向性を有することとしたが、これに限られない。素子部１１は、引っ張り試験において破断するまで応力を加えた場合に、面方向における破断応力に指向性を有していてもよい。
【００７６】
具体的には、素子部１１を平面視した場合に、面方向における任意の方向を第１方向とし、第１方向に対して直交する方向を第２方向としたとき、第１方向における素子部１１の破断応力は、第２方向における素子部１１の破断応力より大きいことが好ましい。これによって、デバイス内に固体アルカリ形燃料電池１０を固定する際、固体アルカリ形燃料電池１０が第１方向に引っ張られるような固定方法を採用したとしても、固体アルカリ形燃料電池１０に損傷が生じることを抑制できる。
【００７７】
第２方向における破断応力に対する第１方向における破断応力の比は、１．２以上であることが好ましい。すなわち、第１方向における破断応力は、第２方向における破断応力の１．２倍以上が好ましい。これにより、固体アルカリ形燃料電池１０に損傷が生じることをより抑制できる。
【００７８】
引っ張り試験では、第１方向の破断応力を測定するための試験片（第１方向の長さ２．５ｃｍ×第２方向の幅２．５ｃｍ）と、第２方向の破断応力を測定するための試験片（第２方向の長さ２．５ｃｍ×第１方向の幅２．５ｃｍ）とを、同じ素子部１１から切り出して用いる。第１方向の破断応力を測定するための試験片については、試験片の第１方向両端に接着剤で一対の引っ張り治具を固定し、引っ張り試験機で治具を介して第１方向に引っ張る。第２方向の伸び率を測定するための試験片については、試験片の第２方向両端に接着剤で一対の引っ張り治具を固定し、引っ張り試験機で治具を介して第２方向に引っ張る。破断応力は、各試験片に印加する荷重を徐々に大きくしていき、各試験片が破断したときの応力を破断応力として測定する。
【００７９】
素子部１１の面方向における破断応力に指向性を持たせる手法は特に限られないが、例えば、以下の工程（１ａ）〜（５ａ）の手法を用いることができる。
【００８０】
（１ａ）高分子材料によって構成される多孔質基材２０を用意する。
【００８１】
（２ａ）多孔質基材２０の全体にアルミナ及びチタニアの混合ゾルを含浸させて熱処理することでアルミナ・チタニア層を形成させる。
【００８２】
（３ａ）ニッケルイオン（Ｎｉ２＋）及び尿素を含む原料水溶液に多孔質基材２０を浸漬させる。
【００８３】
（４ａ）原料水溶液中で多孔質基材２０を水熱処理して、ＬＤＨを多孔質基材２０上及び多孔質基材２０中に形成させることによって、複合部２２ａ、第１膜状部２２ｂ、及び第２膜状部２２ｃを有する無機固体電解質体２２を形成する。
【００８４】
（５ａ）第１膜状部２２ｂ及び第２膜状部２２ｃの少なくとも一方の表面に、高分子材料（例えば、ポリフッ化ビニリデンなど）によって構成される細線材を第１方向に沿って配置し、当該細線材をプレスすることによって表面に圧着する。この際、細線材を１本のみ用いてもよいし、複数本の細線材を縞状に並べてもよい。このように、細線材を第１方向に沿って配置することによって、第１方向において素子部１１が補強されるため、細線材が延びる第１方向における素子部１１の破断応力を、第１方向に直交する第２方向における素子部１１の破断応力より大きくすることができる。第２方向における破断応力に対する第１方向における破断応力の比は、例えば、細線材の太さ及び本数などを変更することによって調整可能である。
【００８５】
［変形例８］
上記実施形態において、電解質１６の作製方法の一例として、アルミナ・チタニア層が形成された多孔質基材２０を原料水溶液中で水熱処理する手法を説明したが、これに限られない。例えば、電解質１６は、バインダー材料（例えば、ポリフッ化ビニリデン粉末などの高分子材料）と水酸化物イオン伝導性を有するセラミックス材料（例えば、ＬＤＨ粉末など）とを混合したペーストを印刷法でシート化した後、当該シートに熱処理を施すことによっても作製できる。この場合、熱処理によって固化したバインダー材料（高分子材料）によって多孔質基材２０が構成され、セラミックス粒子によって複合部２２ａ（「イオン伝導体」の一例）が構成される。
【実施例】
【００８６】
本発明の実施例について説明する。以下の実施例では、素子部１１の面方向における伸び率に指向性を持たせること、及び、素子部１１の面方向における破断応力に指向性を持たせることの効果を確認する。ただし、本発明は以下に説明する実施例には限定されない。
【００８７】
（実施例１〜３及び比較例１の素子部１１の作製）
まず、ポリフッ化ビニリデンによって構成され、連続孔２０ａを有する多孔質基材２０を用意した。そして、実施例１〜３の多孔質基材２０を第１方向に引っ張り伸ばすことによって、後工程にて完成する素子部１１の面方向における伸び率に指向性を持たせた。具体的には、第１方向における多孔質基材２０の伸ばし量を調整することによって、表１に示すように、第２方向における素子部１１の伸び率に対する第１方向における素子部１１の伸び率の比を実施例１〜３ごとに変更した。比較例１の多孔質基材２０は引っ張り伸ばさなかった。なお、伸び率の測定方法は、上記実施形態にて説明したとおりである。
【００８８】
次に、多孔質基材２０の全体にアルミナ及びチタニアの混合ゾルを含浸させて熱処理（１２０℃、５時間）することによって、多孔質基材２０の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成した。
【００８９】
次に、Ｎｉ２＋及び尿素を含む原料水溶液に多孔質基材２０を浸漬して水熱処理した。これによって、複合部２２ａ、第１膜状部２２ｂ、及び第２膜状部２２ｃを含む無機固体電解質体２２と多孔質基材２０とを備える電解質１６が形成された。
【００９０】
次に、Ｎｉ２＋及び尿素を含む原料水溶液に多孔質基材２０を浸漬して水熱処理した。これによって、複合部２２ａ、第１膜状部２２ｂ、及び第２膜状部２２ｃを含む無機固体電解質体２２と多孔質基材２０とを備える電解質１６が形成された。
【００９１】
次に、炭素に担持されたカソード触媒（Ｐｔ／Ｃ）とバインダー（ポリフッ化ビニリデン）とを混合したペースト状混合物を電解質１６のカソード側表面１６Ｓに塗布することによって、カソード１２を形成した。
【００９２】
次に、炭素に担持されたアノード触媒（Ｐｔ−Ｒｕ／Ｃ）とバインダー（ポリフッ化ビニリデン）とを混合したペースト状混合物を電解質１６のアノード側表面１６Ｔに塗布することによって、アノード１４を形成した。
【００９３】
以上により、実施例１〜３及び比較例１の素子部１１が完成した。
【００９４】
（評価方法）
実施例１〜３及び比較例１それぞれの素子部１１を１００枚ずつ準備して、各素子部１１を用いて燃料電池デバイスを作製した。デバイス化工程は、素子部１１の搬送工程と、搬送されてきた素子部１１の固定工程とを含んでおり、これらの工程では、素子部１１を第１方向に引っ張った状態で保持又は固定した。
【００９５】
そして、燃料電池デバイスから素子部１１を取り出して、素子部１１の外観に損傷が生じているかどうかを目視にて確認した。表１において、「○」は、１００枚の素子部１１全てにおいて外観損傷が確認されなかった（すなわち、歩留まりが１００％であった）ことを意味し、「×」は、１００枚の素子部１１のうち少なくとも１枚に外観損傷が確認された（すなわち、歩留まりが１００％未満であった）ことを意味する。
【００９６】
【表１】
2019220458.tif 000003
【００９７】
表１に示すように、素子部１１の面方向における伸び率に指向性を持たせた実施例１〜３では、デバイス化工程において外観損傷が生じることを抑制できた。このような結果が得られたのは、第１方向における素子部１１の伸び率を第２方向における素子部１１の伸び率より大きくしたことによって、素子部１１を第１方向に引っ張る必要のある搬送工程や固定工程において素子部１１が損傷することを抑制できたためである。
【００９８】
（実施例４〜７及び比較例２の素子部１１の作製）
まず、ポリフッ化ビニリデンによって構成され、連続孔２０ａを有する多孔質基材２０を用意した。
【００９９】
次に、多孔質基材２０の全体にアルミナ及びチタニアの混合ゾルを含浸させて熱処理（１２０℃、５時間）することによって、多孔質基材２０の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成した。
【０１００】
次に、Ｎｉ２＋及び尿素を含む原料水溶液に多孔質基材２０を浸漬して水熱処理した。これによって、複合部２２ａ、第１膜状部２２ｂ、及び第２膜状部２２ｃを含む無機固体電解質体２２と多孔質基材２０とを備える電解質１６が形成された。
【０１０１】
次に、Ｎｉ２＋及び尿素を含む原料水溶液に多孔質基材２０を浸漬して水熱処理した。これによって、複合部２２ａ、第１膜状部２２ｂ、及び第２膜状部２２ｃを含む無機固体電解質体２２と多孔質基材２０とを備える電解質１６が形成された。
【０１０２】
次に、実施例４〜７では、第１膜状部２２ｂの表面に、ポリフッ化ビニリデン製の細線材を第１方向に沿って配置し、当該細線材をプレスすることによって表面に圧着した。これによって、細線材が延びる第１方向における素子部１１の破断応力を、第１方向に直交する第２方向における素子部１１の破断応力より大きくした。第２方向における破断応力に対する第１方向における破断応力の比は、細線材の太さ及び本数などを変更することによって、表２に示すように実施例ごとに変更した。なお、比較例２では、第１膜状部２２ｂの表面に細線材を配置しなかった。破断応力の測定方法は、上記実施形態にて説明したとおりである。
【０１０３】
次に、炭素に担持されたカソード触媒（Ｐｔ／Ｃ）とバインダー（ポリフッ化ビニリデン）とを混合したペースト状混合物を電解質１６のカソード側表面１６Ｓに塗布することによって、カソード１２を形成した。
【０１０４】
次に、炭素に担持されたアノード触媒（Ｐｔ−Ｒｕ／Ｃ）とバインダー（ポリフッ化ビニリデン）とを混合したペースト状混合物を電解質１６のアノード側表面１６Ｔに塗布することによって、アノード１４を形成した。
【０１０５】
以上により、実施例４〜７及び比較例２の素子部１１が完成した。
【０１０６】
（評価方法）
実施例４〜７及び比較例２それぞれの素子部１１を１００枚ずつ準備して、各素子部１１を用いて燃料電池デバイスを作製した。デバイス化工程は、素子部１１の搬送工程と、搬送されてきた素子部１１の固定工程とを含んでおり、これらの工程では、素子部１１を第１方向に引っ張った状態で保持又は固定した。
【０１０７】
そして、燃料電池デバイスから素子部１１を取り出して、素子部１１の外観に損傷が生じているかどうかを目視にて確認した。表２において、「○」は、１００枚の素子部１１全てにおいて外観損傷が確認されなかった（すなわち、歩留まりが１００％であった）ことを意味し、「×」は、１００枚の素子部１１のうち少なくとも１枚に外観損傷が確認された（すなわち、歩留まりが１００％未満であった）ことを意味する。
【０１０８】
【表２】
2019220458.tif 000004
【０１０９】
表２に示すように、素子部１１の面方向における破断応力に指向性を持たせた実施例４〜７では、デバイス化工程において外観損傷が生じることを抑制できた。このような結果が得られたのは、第１方向における素子部１１の破断応力を第２方向における素子部１１の破断応力より大きくしたことによって、素子部１１を第１方向に引っ張る必要のある搬送工程や固定工程において素子部１１が損傷することを抑制できたためである。
【符号の説明】
【０１１０】
１０    固体アルカリ形燃料電池
１２    カソード
１４    アノード
１６    電解質
１６Ｓ  カソード側表面
１６Ｔ  アノード側表面
２０    多孔質基材
２０ａ  連続孔
２２    無機固体電解質体
２２ａ  複合部
２２ｂ  第１膜状部
２２ｃ  第２膜状部
２４    閉気孔
【図１】
2019220458.tif 000005
【図２】
2019220458.tif 000006
【図３】
2019220458.tif 000007
【図４】
2019220458.tif 000008