(57)【要約】【課題】反り度を小さく抑えられた金属支持型の電気化学素子等を提供することを目的とする。【解決手段】電気化学素子の金属支持体であって、金属支持体は板状面を有して全体として板状であり、金属支持体１の板状面内の少なくとも３点Ｐを用いて最小二乗法により最小二乗値を算出し、最小二乗値に対してプラス側へのプラス側最大変位値と最小二乗値との第一差分と、最小二乗値に対してプラス側とは反対のマイナス側へのマイナス側最大変位値と最小二乗値との第二差分とを算出し、第一差分と第二差分との和であるＤａを、重心を通る金属支持体の板状面での最大長さＬｍａｘで割ったＤａ／Ｌｍａｘを反り度とし、反り度が１．５×１０−２以下である。【選択図】図６
2019179755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学素子の金属支持体であって、
前記金属支持体は板状面を有して全体として板状であり、前記金属支持体は、電極層が設けられる面を表側面として、前記表側面から裏側面へ貫通する複数の貫通空間を有し、前記表側面において前記貫通空間が形成されている領域を孔領域とし、
以下の反り度を満たす金属支持体。
（反り度）
前記金属支持体の板状面内の少なくとも３点を用いて最小二乗法により最小二乗値を算出し、前記最小二乗値に対してプラス側へのプラス側最大変位値と前記最小二乗値との第一差分と、前記最小二乗値に対して前記プラス側とは反対のマイナス側へのマイナス側最大変位値と前記最小二乗値との第二差分とを算出し、前記第一差分と第二差分との和であるＤａを、重心を通る前記金属支持体の前記板状面での最大長さＬｍａｘで割ったＤａ／Ｌｍａｘを前記反り度とし、前記反り度が１．５×１０−２以下である。
【請求項２】
前記金属支持体の板状面内の少なくとも２点は、前記重心を通る少なくとも一本の直線上において、前記金属支持体の板状面内において前記重心を中心として互いに対向する少なくとも２点である、請求項１に記載の金属支持体。
【請求項３】
前記直線が複数本の直線である場合、前記複数の直線は、前記重心を中心として３６０°を所定角度ごとに分割している、請求項２に記載の金属支持体。
【請求項４】
前記金属支持体の板状面内において前記重心を中心として互いに対向する少なくとも２点は、前記金属支持体の周縁と前記孔領域との間に存在する点である、請求項２又は３に記載の金属支持体。
【請求項５】
前記金属支持体の板状面内において前記重心を中心として互いに対向する少なくとも２点は、前記金属支持体の周縁と、前記金属支持体上に積層される前記電極層との間に存在する点である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の金属支持体。
【請求項６】
前記最小二乗値は、前記金属支持体の板状面内の少なくとも４点を用いて最小二乗法により算出される最小二乗平面である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属支持体。
【請求項７】
前記貫通空間の前記表側面の開口部である表側開口部が、直径が１０μｍ以上６０μｍ以下の円形又は略円形である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属支持体。
【請求項８】
前記貫通空間の前記裏側面の開口部である裏側開口部が、前記貫通空間の前記表側面の開口部である表側開口部よりも大きい面積または直径を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属支持体。
【請求項９】
前記貫通空間の前記表側面の開口部である表側開口部の間隔が０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の金属支持体。
【請求項１０】
厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の金属支持体。
【請求項１１】
材料がＦｅ−Ｃｒ系合金である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の金属支持体。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の金属支持体の前記表側面に、少なくとも電極層と電解質層と対極電極層とが設けられた、電気化学素子。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電気化学素子が複数集合した状態で配置される電気化学モジュール。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電気化学モジュールと改質器とを少なくとも有し、前記電気化学モジュールに対して還元性成分を含有する燃料ガスを供給する燃料供給部を有する電気化学装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の電気化学モジュールと、前記電気化学モジュールから電力を取り出すインバータとを少なくとも有する電気化学装置。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の電気化学装置と、前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部とを有するエネルギーシステム。
【請求項１７】
請求項１２に記載の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池。
【請求項１８】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の金属支持体を製造する製造方法であって、レーザー加工またはパンチング加工またはエッチング加工のいずれか、または、それらの組合せによって、前記表側面から裏側面へ貫通する複数の貫通空間を形成する、金属支持体の製造方法。
【請求項１９】
平滑化処理工程を含む請求項１８に記載の金属支持体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学素子の金属支持体等に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、金属支持型ＳＯＦＣの金属支持体構造が開示されている。特許文献１の金属支持体は金属ワイヤを織った厚み２００μｍ以上の金属メッシュの上に厚み約１５μｍの金属箔を積層した構造をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５２５９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のような金属支持体の構造では、例えばスクリーン印刷により電極層を金属箔の上に積層する際、金属箔の強度が弱いためスキージの印圧により金属箔が金属メッシュの凹凸に沿って歪んでしまう。金属箔の歪みやスキージの印圧が均一にかかりづらいことが原因で、厚みが均一で割れや剥離等の表面欠陥が少ない電極層を積層することが困難であるという課題があった。
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、電気化学素子の金属支持体として反りを抑えた金属支持体を用いることで厚みが均一で割れや剥離等の表面欠陥を抑えた電極層が積層できる電気化学素子の金属支持体等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[構成１]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の特徴構成は、
前記金属支持体は板状面を有して全体として板状であり、前記金属支持体は、電極層が設けられる面を表側面として、前記表側面から裏側面へ貫通する複数の貫通空間を有し、前記表側面において前記貫通空間が形成されている領域を孔領域とし、
以下の反り度を満たす点にある。
（反り度）
前記金属支持体の板状面内の少なくとも３点を用いて最小二乗法により最小二乗値を算出し、前記最小二乗値に対してプラス側へのプラス側最大変位値と前記最小二乗値との第一差分と、前記最小二乗値に対して前記プラス側とは反対のマイナス側へのマイナス側最大変位値と前記最小二乗値との第二差分とを算出し、前記第一差分と第二差分との和であるＤａを、重心を通る前記金属支持体の前記板状面での最大長さＬｍａｘで割ったＤａ／Ｌｍａｘを前記反り度とし、前記反り度が１．５×１０−２以下である。
【０００７】
上記の特徴構成によれば、金属支持体の板状面内の複数点のうち、最小二乗値に対するプラス側最大変位値及びマイナス側最大変位値それぞれの差分の和を算出する。複数点が存在する場合、最小二乗値は、例えば、その複数点より最小二乗法を用いて算出される直線及び平面等である。この直線及び平面等からなる最小二乗値に対して、例えばプラス側の最大変位値（プラス側最大変位値）及びマイナス側の最大変位値（マイナス側最大変位値）を足し合わせてＤａを求めることで、金属支持板の反り度が分かる。
上記の特徴構成によれば、さらにＤａを金属支持体の最大長さＬｍａｘで割ることにより、大きさが異なる金属支持体であっても一定の基準値で反り度を比較可能である。
そして、このように金属支持体の反り度を精度良く算出し、反り度を１．５×１０−２以下とすることで、金属支持体上に形成される電極層を厚みが均一かつ割れや剥離等の表面欠陥が少なく積層できる。また、このような欠陥を抑制した電極層が積層できればその上に積層される電解質層、対極電極層等も厚みが均一かつ割れや剥離等の表面欠陥が少なく積層することができる。このため、各層間において密着性良く積層ができるため、性能の高い電気化学素子が得られる。
【０００８】
[構成２]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の更なる特徴構成は、
前記金属支持体の板状面内の少なくとも２点は、前記重心を通る少なくとも一本の直線上において、前記金属支持体の板状面内において前記重心を中心として互いに対向する少なくとも２点である点にある。
【０００９】
上記の特徴構成によれば、金属支持体の板状面内の少なくとも２点は、前記重心を通る少なくとも一本の直線上において、前記金属支持体の板状面内において前記重心を中心として互いに対向する少なくとも２点である。よって、最小二乗値は、板状面内において重心に対して互いに離れた方向に位置する点を用いて算出される。つまり、最小二乗値は、金属支持体の局所的な領域の点から算出されるのではなく、板状面内に分散した点から算出される。よって、最小二乗値は、金属支持体の板状面の形状に関連する値として算出される。そして、この最小二乗値を基準に用いることで、金属支持体の反り度を判定する基準となるＤａを精度良く算出できる。
【００１０】
[構成３]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の更なる特徴構成は、
前記直線が複数本の直線である場合、前記複数の直線は、前記重心を中心として３６０°を所定角度ごとに分割している点にある。
【００１１】
上記の特徴構成によれば、金属支持体の重心を通る複数本の直線が、重心を中心として所定角度ごとに放射状に延びている。よって、金属支持体の概ね全体に分散する点に基づいて最小二乗値が算出される。この最小二乗値を基準に用いることで、金属支持体の反り度を判定する基準となるＤａを精度良く算出できる。なお、金属支持体の重心を通る複数本の直線が、重心を中心として角度９０度以下ごとに放射状に延びている直線であれば、Ｄａをより精度良く算出できるため好ましく、角度６０度以下ごとに放射状に延びている直線であれば更に好ましい。また、金属支持体の重心を通る複数本の直線が、重心を中心として角度３０度以上ごとに放射状に延びている直線であれば反り度の測定作業が簡便になるため好ましい。
【００１２】
[構成４]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の更なる特徴構成は、
前記金属支持体の板状面内において前記重心を中心として互いに対向する少なくとも２点は、前記金属支持体の周縁と前記孔領域との間に存在する点である点にある。
【００１３】
上記の特徴構成によれば、金属支持体の周縁から孔領域までの領域内、つまり、金属支持体の周縁部に位置する少なくとも２点を用いて最小二乗値を算出する。金属支持体の反り度は中央部よりも周縁部の方が一般的に大きくなる。金属支持体の面積が比較的に小さい場合は中央部と周縁部で金属支持体の反り度の差は大きく表れないが、面積が大きくなると中央部よりも周縁部で反りが大きくなる。よって、周縁部に位置する点に基づいてＤａを算出することで、Ｄａを精度良く算出でき、ひいては金属支持体の反り度を精度良く算出できる。
【００１４】
[構成５]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の更なる特徴構成は、
前記金属支持体の板状面内において前記重心を中心として互いに対向する少なくとも２点は、前記金属支持体の周縁と、前記金属支持体上に積層される前記電極層との間に存在する点であることにある。
【００１５】
上記の特徴構成によれば、より周縁部に位置する点に基づいてＤａを算出することで、Ｄａを精度良く算出できるため、金属支持体の反り度を精度良く算出できる。
【００１６】
[構成６]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の更なる特徴構成は、
前記最小二乗値は、前記金属支持体の板状面内の少なくとも４点を用いて最小二乗法により算出される最小二乗平面である点にある。
【００１７】
上記の特徴構成によれば、板状面内の少なくとも４点を用いて最小二乗平面が算出される。最小二乗平面に対する差分に基づいてＤａを算出することによっても、反り度の判定を精度良く行うことができる。
なお、板状面内の少なくとも４点として、板状面内において重心に対して互いに離れた方向に位置する点を用いると、板状面内に分散した点から板状面の形状を近似した最小二乗平面が算出されるので好ましい。また、板状面内の５点以上の点を用いて最小二乗法により最小二乗平面算出すれば、板状面内のより複数の点を用いることになり、Ｄａを精度良く算出できるため好ましい。また、板状面内の１２点以下の点を用いて最小二乗法により最小二乗平面算出すれば、反り度の測定作業が簡便になるため好ましい。
【００１８】
[構成７]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の更なる特徴構成は、
前記貫通空間の前記表側面の開口部である表側開口部が、直径が１０μｍ以上６０μｍ以下の円形又は略円形である点にある。
【００１９】
上記の特徴構成によれば、貫通空間の加工形成が容易になり、量産時の加工性とコストを改善でき好適である。なお、前記表側開口部が、直径が１０μｍ以上の円形又は略円形であると好ましく、直径が１５μｍ以上の円形又は略円形であるとより好ましく、直径が２０μｍ以上の円形又は略円形であると更に好ましい。このようにすることで、電気化学素子の電極層に十分な量の燃料ガス（または空気）を供給できるようになり、電気化学素子としての性能をより高めることができるからである。また。前記表側開口部が、直径が６０μｍ以下の円形又は略円形であると好ましく、直径が５０μｍ以下の円形又は略円形であるとより好ましく、直径が４０μｍ以下の円形又は略円形であると更に好ましい。このようにすることで、金属支持体としての強度を向上しつつ、複数の貫通空間を有する金属支持体上に電極層などの電気化学素子の構成要素をより形成し易くなるからである。
【００２０】
[構成８]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の更なる特徴構成は、
前記貫通空間の前記裏側面の開口部である裏側開口部が、前記貫通空間の前記表側面の開口部である表側開口部よりも大きい面積または直径を有する点にある。
【００２１】
上記の特徴構成によれば、貫通空間の加工形成が更に容易になり、量産時の加工性とコストを改善でき好適である。また、金属支持体の表側開口部の面積に対する金属支持体全体の厚さの比率をより大きくできるので、十分な強度を有しながら、金属支持体の上に電極層などの電気化学素子の構成要素を形成し易くなるので好適である。
【００２２】
[構成９]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の更なる特徴構成は、前記貫通空間の前記表側面の開口部である表側開口部の間隔が０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である点にある。
【００２３】
上記の特徴構成によれば、金属支持体の強度と性能を両立でき好適である。なお、前記表側開口部の間隔が０．０５ｍｍ以上であると好ましく、０．１ｍｍ以上であるとより好ましく、０．１５ｍｍ以上であると更に好ましい。このようにすることで、金属支持体としての強度をより高めることができる上に、複数の貫通空間を有する金属支持体上に電極層などの電気化学素子の構成要素をより形成し易くなるからである。また。前記表側開口部の間隔が０．３ｍｍ以下であると好ましく、０．２５ｍｍ以下であるとより好ましく、０．２ｍｍ以下であると更に好ましい。このようにすることで、このようにすることで、電気化学素子の電極層に十分な量の燃料ガス（または空気）を供給できるようになり、電気化学素子としての性能をより高めることができるからである。
【００２４】
[構成１０]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の更なる特徴構成は、厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である点にある。
【００２５】
上記の特徴構成によれば、貫通空間の大きさを適切なものとしつつ、金属支持体の全体の強度を十分に保つことができるので、量産時の加工性を向上し、材料コストを低減できるので好適である。なお、金属支持体の厚さが０．１ｍｍ以上であると好ましく、０．１５ｍｍ以上であるとより好ましく、０．２ｍｍ以上であると更に好ましい。このようにすることで、金属支持体としての強度を保ちながら、量産時のハンドリングがよりし易くなるからである。また。金属支持体の厚さが１．０ｍｍ以下であると好ましく、０．７５ｍｍ以下であるとより好ましく、０．５ｍｍ以下であると更に好ましい。このようにすることで、金属支持体としての強度を保ちながら、金属支持体の材料コストをより低減できるからである。
【００２６】
[構成１１]
本発明に係る電気化学素子の金属支持体の更なる特徴構成は、材料がＦｅ−Ｃｒ系合金である点にある。
【００２７】
上記の特徴構成によれば、金属支持体の耐酸化性と高温強度を向上できる。また、金属支持体上に形成される電極層や電解質層などの電気化学素子の構成要素の材料と熱膨張係数を近いものにできるので、ヒートサイクル耐久性に優れた電気化学素子を実現できるので好ましい。
【００２８】
[構成１２]
本発明に係る電気化学素子の特徴構成は、
上記金属支持体の前記表側面に、少なくとも電極層と電解質層と対極電極層とが設けられた点にある。
【００２９】
上述の金属支持体の前記表側面に、少なくとも電極層と電解質層と対極電極層とが設けられた電気化学素子は、十分な性能を確保しつつ、量産時の加工性とコストを改善したものとなり好適である。更に、強度に優れた金属支持体の上に電極層や電解質層などの電気化学素子の構成要素を形成するから、電極層や電解質層などの電気化学素子の構成要素を薄層化や薄膜化することが可能なので、電気化学素子の材料コストを低減することが可能となり好適である。
【００３０】
[構成１３]
本発明に係る電気化学モジュールの特徴構成は、
上記電気化学素子が複数集合した状態で配置される点にある。
【００３１】
上記の特徴構成によれば、上述の電気化学素子が複数集合した状態で配置されるので、材料コストと加工コストを抑制しつつ、コンパクトで高性能な、強度と信頼性に優れた電気化学モジュールを得ることができる。
【００３２】
[構成１４]
本発明に係る電気化学装置の特徴構成は、
上記電気化学モジュールと改質器とを少なくとも有し、前記電気化学モジュールに対して還元性成分を含有する燃料ガスを供給する燃料供給部を有する点にある。
【００３３】
上記の特徴構成によれば、電気化学モジュールと改質器を有し電気化学モジュールに対して還元性成分を含有する燃料ガスを供給する燃料供給部とを有するので、都市ガス等の既存の原燃料供給インフラを用い、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学モジュールを備えた電気化学装置を実現することができる。また、電気化学モジュールから排出される未利用の燃料ガスをリサイクルするシステムを構築し易くなるため、高効率な電気化学装置を実現することができる。
【００３４】
[構成１５]
本発明に係る電気化学装置の特徴構成は、
上記電気化学モジュールと、前記電気化学モジュールから電力を取り出すインバータとを少なくとも有する点にある。
【００３５】
上記の特徴構成によれば、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学モジュールから得られる電気出力を、インバータによって昇圧したり、直流を交流に変換したりすることができるため、電気化学モジュールで得られる電気出力を利用しやすくなるので好ましい。
【００３６】
[構成１６]
本発明に係るエネルギーシステムの特徴構成は、
上記電気化学装置と、前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部とを有する点にある。
【００３７】
上記の特徴構成によれば、電気化学装置と、電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部を有するので、耐久性・信頼性および性能に優れ、かつエネルギー効率にも優れたエネルギーシステムを実現することができる。なお、電気化学装置から排出される未利用の燃料ガスの燃焼熱を利用して発電する発電システムと組み合わせてエネルギー効率に優れたハイブリットシステムを実現することもできる。
【００３８】
[構成１７]
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の特徴構成は、
上記電気化学素子を備え、前記電気化学素子で発電反応を生じさせる点にある。
【００３９】
上記の特徴構成によれば、耐久性・信頼性および性能に優れた電気化学素子を備えた固体酸化物形燃料電池として発電反応を行うことができるので、高耐久・高性能な固体酸化物形燃料電池を得る事ができる。なお、定格運転時に６５０℃以上の温度域で運転可能な固体酸化物形燃料電池であると、都市ガス等の炭化水素系ガスを原燃料とする燃料電池システムにおいて、原燃料を水素に変換する際に必要となる熱を燃料電池の排熱で賄うことが可能なシステムを構築できるため、燃料電池システムの発電効率を高めることができるので、より好ましい。また、定格運転時に９００℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、金属支持型電気化学素子からのＣｒ揮発の抑制効果が高められるのでより好ましく、定格運転時に８５０℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、Ｃｒ揮発の抑制効果を更に高められるので更に好ましい。
【００４０】
[構成１８]
本発明に係る金属支持体の製造方法の特徴構成は、
上記金属支持体を製造する製造方法であって、レーザー加工またはパンチング加工またはエッチング加工のいずれか、または、それらの組合せによって、前記表側面から裏側面へ貫通する複数の貫通空間を形成する点にある。
【００４１】
上記の特徴構成によれば、貫通空間の加工形成が容易になり、量産時の加工性とコストを改善することができる。
【００４２】
[構成１９]
本発明に係る金属支持体の製造方法の特徴構成は、平滑化処理工程を含む点にある。
【００４３】
上記の特徴構成によれば、平滑化処理によって、反り度の小さな金属支持体が得られるので、金属支持体の上に電気化学素子を形成しやすくなり好ましい。
なお、その反り度が１．５×１０−２以下となるように平滑化すると金属支持体の上に電気化学素子を形成しやすくなり好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】電気化学素子の構成を示す概略図
【図２】電気化学素子および電気化学モジュールの構成を示す概略図
【図３】電気化学装置およびエネルギーシステムの構成を示す概略図
【図４】電気化学モジュールの構成を示す概略図
【図５】金属支持体の構造を示す平面図および断面図
【図６】金属支持体の反り度の算出方法を示す説明図
【図７】金属支持体の反り度の算出方法を示す説明図
【００４５】
＜第１実施形態＞
以下、図１を参照しながら、本実施形態に係る電気化学素子Ｅおよび固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）について説明する。電気化学素子Ｅは、例えば、水素を含む燃料ガスと空気の供給を受けて発電する固体酸化物形燃料電池の構成要素として用いられる。なお以下、層の位置関係などを表す際、例えば電解質層４から見て対極電極層６の側を「上」または「上側」、電極層２の側を「下」または「下側」という場合がある。また、金属支持体１における電極層２が形成されている側の面を表側面１ａ、反対側の面を裏側面１ｂという。
【００４６】
（電気化学素子）
電気化学素子Ｅは、図１に示される通り、金属支持体１と、金属支持体１の上に形成された電極層２と、電極層２の上に形成された中間層３と、中間層３の上に形成された電解質層４とを有する。そして電気化学素子Ｅは、更に、電解質層４の上に形成された反応防止層５と、反応防止層５の上に形成された対極電極層６とを有する。つまり対極電極層６は電解質層４の上に形成され、反応防止層５は電解質層４と対極電極層６との間に形成されている。電極層２は多孔質であり、電解質層４は緻密である。
【００４７】
（金属支持体）
金属支持体１は、電極層２、中間層３および電解質層４等を支持して電気化学素子Ｅの強度を保つ。つまり金属支持体１は、電気化学素子Ｅを支持する支持体としての役割を担う。本実施形態では、金属支持体１は反り度が１．５×１０−２以下であり、金属支持体１上に、電極層２などの積層が適切に行われる。
【００４８】
金属支持体１の材料としては、電子伝導性、耐熱性、耐酸化性および耐腐食性に優れた材料が用いられる。例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金などが用いられる。特に、クロムを含む合金が好適に用いられる。本実施形態では、金属支持体１は、Ｃｒを１８質量％以上２５質量％以下含有するＦｅ−Ｃｒ系合金を用いているが、Ｍｎを０．０５質量％以上含有するＦｅ−Ｃｒ系合金、Ｔｉを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ−Ｃｒ系合金、Ｚｒを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ−Ｃｒ系合金、ＴｉおよびＺｒを含有しＴｉとＺｒとの合計の含有量が０．１５質量％以上１．０質量％以下であるＦｅ−Ｃｒ系合金、Ｃｕを０．１０質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ−Ｃｒ系合金であると特に好適である。
【００４９】
金属支持体１は全体として板状である。そして金属支持体１は、電極層２が設けられる面を表側面１ａとして、表側面１ａから裏側面１ｂへ貫通する複数の貫通空間１ｃを有する。貫通空間１ｃは、金属支持体１の裏側面１ｂから表側面１ａへ気体を透過させる機能を有する。なお、板状の金属支持体１を曲げたりして、例えば箱状、円筒状などの形状に変形させて使用することも可能である。また、金属支持体１の板状面（表側面１ａ）の形状は特に限定されず、例えば、正方形や長方形等の矩形状、及び円形状や楕円形状であってもよい。
【００５０】
金属支持体１の表面に、拡散抑制層としての金属酸化物層１ｆが設けられる。すなわち、金属支持体１と後述する電極層２との間に、拡散抑制層が形成されている。金属酸化物層１ｆは、金属支持体１の外部に露出した面だけでなく、電極層２との接触面（界面）にも設けられる。また、貫通空間１ｃの内側の面に設けることもできる。この金属酸化物層１ｆにより、金属支持体１と電極層２との間の元素相互拡散を抑制することができる。例えば、金属支持体１としてクロムを含有するフェライト系ステンレスを用いた場合は、金属酸化物層１ｆが主にクロム酸化物となる。そして、金属支持体１のクロム原子等が電極層２や電解質層４へ拡散することを、クロム酸化物を主成分とする金属酸化物層１ｆが抑制する。金属酸化物層１ｆの厚さは、拡散防止性能の高さと電気抵抗の低さを両立させることのできる厚みであれば良い。
金属酸化物層１ｆは種々の手法により形成されうるが、金属支持体１の表面を酸化させて金属酸化物とする手法が好適に利用される。また、金属支持体１の表面に、金属酸化物層１ｆをスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、スパッタリング法やＰＬＤ法等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法などにより形成しても良いし、メッキと酸化処理によって形成しても良い。更に、金属酸化物層１ｆは導電性の高いスピネル相などを含んでも良い。
【００５１】
金属支持体１としてフェライト系ステンレス材を用いた場合、電極層２や電解質層４の材料として用いられるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア、ＣＧＯとも呼ぶ）等と熱膨張係数が近い。従って、低温と高温の温度サイクルが繰り返された場合も電気化学素子Ｅがダメージを受けにくい。よって、長期耐久性に優れた電気化学素子Ｅを実現できるので好ましい。
【００５２】
次に金属支持体１の反り度について図６、図７を用いて説明する。ここで、反り度とは、金属支持体１が平坦面に対してどの程度、反っているかの指標である。
図６に示す金属支持体１において、金属支持体１の重心Ｇを求める。重心Ｇは金属支持体１に孔領域ｇ１がなく、厚みと密度が均一であると仮定した際に、重心Ｇのまわりの一次モーメントが０になる点である。例えば金属支持体１の板状面（表側面１ａ）の形状が正方形または長方形等の矩形状である場合は、対角線の交点であり、円形状であれば中心、楕円形状であれば長軸と短軸の交点に相当する点である。
【００５３】
直線Ｌ１〜Ｌ４は、重心Ｇから放射状に延びる複数本の直線である。また、直線Ｌ１〜Ｌ４は、重心Ｇを中心として３６０°を所定角度ごとに分割している。図６の場合、４５°ごとに離隔するように直線Ｌ１〜Ｌ４が引かれている。なお、ここでは、４本の直線Ｌ１〜Ｌ４が引かれているが、直線Ｌの本数はこれに限定されず、１〜３本であってもよいし、５本以上であってもよい。また、３６０°を分割する角度は４５°に限定されず、４５°未満であってもよいし、４５°より大きくてもよい。
【００５４】
なお、金属支持体１の重心Ｇを通る複数本の直線が、重心Ｇを中心として角度９０度以下ごとに放射状に延びている直線であれば、後述のＤａをより精度良く算出できるため好ましく、角度６０度以下ごとに放射状に延びている直線であれば更に好ましい。また、金属支持体１の重心Ｇを通る複数本の直線が、重心Ｇを中心として角度３０度以上ごとに放射状に延びている直線であれば反り計測作業が簡便になるため好ましい。
【００５５】
各直線Ｌ１〜Ｌ４において、金属支持体１の板状面内において重心Ｇを中心として互いに対向する２点Ｐを抽出する。また、対向する２点Ｐは、金属支持体１の周縁から孔領域ｇ１（図５）までの周縁部ＯＰの領域内に存在する点である。ここでは、直線Ｌ１について点Ｐ１ａ、点Ｐ１ｂを、直線Ｌ２について点Ｐ２ａ、点Ｐ２ｂを、直線Ｌ３について点Ｐ３ａ、点Ｐ３ｂを、直線Ｌ４について点Ｐ４ａ、点Ｐ４ｂの８点を抽出する。
なお、上記では、一本の直線Ｌについて重心Ｇを中心として対向する２点Ｐを抽出したが、一本の直線Ｌについて３個以上の点Ｐを抽出してもよい。
【００５６】
また、孔領域ｇ１の大きさは金属支持体１によって異なるため、周縁部ＯＰの大きさもまた金属支持体１によって異なる。周縁部ＯＰは、例えば、金属支持体１の周縁から約２０％程度以内であることができる。例えば、金属支持体１の周縁と、重心Ｇを通り当該周縁と平行な直線との間の距離に対して、金属支持体１の周縁から、当該距離の２０％程度以内が周縁部ＯＰである。さらには金属支持体１の周縁から約１０％程度以内、さらには金属支持体１の周縁から約５％程度以内であることができる。
【００５７】
さらに、金属支持体１上には、電極層２、中間層３、電解質層４、反応防止層５及び対極電極層６等の層が載置されるが、周縁部ＯＰは、これらの層のうちいずれかの外縁と金属支持体１の周縁との間であってもよい。
金属支持体１のうち、このような周縁部ＯＰに位置する点Ｐを用いることで、金属支持体１の形状をより代表する後述の最小二乗平面α（最小二乗値）を求めることができる。
【００５８】
上記で抽出した点Ｐ１ａ〜点Ｐ４ｂの８個の点Ｐを用いて最小二乗法により最小二乗平面αを求める。最小二乗平面αは、点Ｐ１ａ〜点Ｐ４ｂが存在する範囲を近似的に表した平面である。例えば、最小二乗平面αは、図７に示すような断面を有する平面で示される。
【００５９】
この最小二乗平面αを中心としてプラス側（第一側）へのプラス側最大変位値と、マイナス側（第二側）へのマイナス側最大変位値を求める。ここでは、最小二乗平面αに対してプラス側に最も離隔している点Ｐ３ａがプラス側最大変位点であり、最小二乗平面αから点Ｐ３ａまでの距離がプラス側最大変位値Ｎ１である。同様に、最小二乗平面αに対してマイナス側に最も離隔している点Ｐ２ｂがマイナス側最大変位点であり、最小二乗平面αから点Ｐ２ｂまでの距離がマイナス側最大変位値Ｎ２である。
【００６０】
そして、点Ｐ３ａであるプラス側最大変位点と最小二乗平面αとの第一差分は、プラス側最大変位値Ｎ１である。点Ｐ２ｂであるマイナス側最大変位点と最小二乗平面αとの第二差分は、マイナス側最大変位値Ｎ２である。この第一差分と第二差分との和、つまり、プラス側最大変位値Ｎ１とマイナス側最大変位値Ｎ２との和から、金属支持体１の反り度を判定する基準となるＤａを求める。
【００６１】
次に、Ｄａを、金属支持体１の板状面での最大長さＬｍａｘで割ったＤａ／Ｌｍａｘを反り度として算出する。ここで、図６に示すように、長方形状の金属支持体１において、２対の辺の長さがそれぞれＬｘ及びＬｙであり、最大長さＬｍａｘは、Ｌｘの二乗とＬｙの二乗との和の平方根により求められる。
【００６２】
金属支持体１を電気化学素子Ｅの基板として用いるためには、反り度が１．５×１０−２以下であるのが好ましい。より好ましくは、反り度が１．０×１０−２以下であるのが好ましく、さらに好ましくは反り度が５．０×１０−３以下であるのが好ましい。反り度が小さいほど、金属支持体１の上に電極層２などの厚みが均一で割れや剥離等の表面欠陥が少なく、平坦に積層できるともに密着性良く積層できる。
ここで、金属支持体１の反り度に応じて平滑化処理（例えばレベラー処理、焼鈍処理など）を施してもよい。なお、反り度が１．５×１０−２より大きい金属支持体１に対して平滑化処理を施すと好適である。
また、孔領域１ｇが５．０×１０２ｍｍ２以上の場合、平滑化処理により金属支持体１の反り度を抑制しやすくなるため好ましく、孔領域１ｇが２．５×１０３ｍｍ２以上の場合、反り度の抑制効果がより大きく得られるのでより好ましい。
【００６３】
以上のように、金属支持体１の板状面内において重心Ｇに対して互いに離れた方向に位置する点Ｐを用いて最小二乗平面αが算出される。例えば、点Ｐは、金属支持体１の概ね全体に分散する点である。よって、最小二乗平面αは、板状面内に分散した点Ｐから、金属支持体１の板状面の形状を近似した平面として求まる。よって、最小二乗平面αに対する差分に基づいてＤａを算出することによって、反り度の判定を精度良く行うことができる。
【００６４】
さらに、Ｄａを金属支持体１の最大長さＬｍａｘで割ることにより、大きさが異なる金属支持体１であっても一定の基準値で反り度を比較可能である。例えば、金属支持体１の大きさが比較的に大きい場合にはＤａは大きくなる傾向にあるが、比較的に小さい場合にはＤａは小さくなる傾向にある。よって、大きさの異なる金属支持体１においても反り度を一定の値で比較可能なように、Ｄａを最大長さＬｍａｘで割るのが好ましい。
【００６５】
そして、このように金属支持体１の反り度を精度良く算出し、反り度を１．５×１０−２以下とすることで、反りの小さい平坦な金属支持体１を得ることができる。金属支持体１そのものが平坦であるため、金属支持体１上に電極層２、電解質層４及び対極電極層６等を形成した場合でもこれらの層もまた平坦に形成できる。よって、これらの層の金属支持体１からの剥離や、これらの層間の密着性の低下、及び割れ等を抑制できる。
また、電極層２、電解質層４及び対極電極層６等を含む複数の層を金属支持体１上に積層してセルを作製する際に、金属支持体１及び、各層間をより密着させるため、プレス等で各層に加重を掛ける場合がある。上記の通り、金属支持体１の反りが小さく平坦であることにより、金属支持体１及び各層に概ね均一に加重が加わる。よって、プレス等で各層に加重をかけた際、各層の割れや剥離、及び、金属支持体１からの剥離等が抑制される。これにより、厚みが均一で割れや剥離等の表面欠陥が少なく、層間密着性の高いセルが作製できる。ひいては、各層間での電気化学反応が効率よく行われ、電気化学素子Ｅの性能を高めることができる。
【００６６】
なお、点Ｐ１ａ〜点Ｐ４ｂは周縁部ＯＰに位置する。そして、このような周縁部ＯＰに位置する点Ｐを用いて最小二乗法により最小二乗平面αを求める。ここで、金属支持体１の反り度は中央部よりも周縁部ＯＰの方が一般的に大きくなる。例えば、金属支持体１の面積が比較的に小さい場合は金属支持体１の中央部と周縁部ＯＰとで反りの差は大きく表れないが、面積が大きくなると中央部から周縁部ＯＰに向かうほど反りが大きく表れる。よって、周縁部ＯＰに位置する点Ｐに基づいてＤａを算出することで、金属支持体１全体の情報を含むＤａを精度良く算出でき、ひいては金属支持体１の反り度を精度良く算出できる。
【００６７】
なお、上記では、点Ｐ１ａ〜点Ｐ４ｂの８点を用いて最小二乗平面αを求めているが、最小二乗平面αは周縁部ＯＰに位置する少なくとも４点を用いて求めることができる。この場合、板状面内の少なくとも４点として、板状面内において重心Ｇに対して互いに離れた方向に位置する点Ｐを用いると、板状面内に分散した点から板状面の形状を近似した最小二乗平面αが算出されるので好ましい。
また、周縁部ＯＰの５点以上の点を用いて最小二乗法により最小二乗平面αを算出すれば、金属支持体１の板状面内のより複数の点を用いることになり、Ｄａを精度良く算出できるため好ましい。また、板状面内の１２点以下の点を用いて最小二乗法により最小二乗平面α算出すれば、測定作業が簡便になるため好ましい。
また、最小二乗平面αは、周縁部ＯＰに位置する点Ｐだけでなく、金属支持体１の板状面内に位置するいずれの点から求められてもよい。
【００６８】
（金属支持体および貫通空間の構造）
図１の例では、金属支持体１が１枚の金属の板により構成されている。金属支持体１を、金属板を複数重ねて形成することも可能である。金属支持体１を、同一または略同一の厚さの金属板を複数重ねて形成することも可能である。金属支持体１を、厚さの異なる金属板を複数重ねて形成することも可能である。以下、金属支持体１および貫通空間１ｃの構造の例について図面を参照しながら説明する。なお金属酸化物層１ｆについては図示を省略する。
【００６９】
図５を参照して、金属支持体１が１枚の金属の板により構成される例について説明する。図５に示されるように、金属支持体１は、厚さＴの板状の部材であり、すなわち全体として板状である。金属支持体１は、表側面１ａから裏側面１ｂへ貫通する複数の貫通空間１ｃを有する。第１例では貫通空間１ｃは、断面が円形の孔である。なお貫通空間１ｃの断面形状は、円形や略円形の他、矩形や三角形、多角形なども可能であり、貫通空間１ｃが形成できれば、金属支持体１としての機能を保てる範囲で種々の形状とすることができる。この孔（貫通空間１ｃ）は、レーザー加工、パンチング加工またはエッチング加工のいずれか、もしくは、それらの組合せによって、金属支持体１に形成されている。この孔の中心軸は、金属支持体１に対して直交している。なお孔（貫通空間１ｃ）の中心軸は、金属支持体１に対して傾斜していてもよい。
【００７０】
貫通空間１ｃの表側面１ａの開口部を、表側開口部１ｄと呼ぶ。貫通空間１ｃの裏側面１ｂの開口部を、裏側開口部１ｅと呼ぶ。貫通空間１ｃの断面が円形の孔であるから、表側開口部１ｄおよび裏側開口部１ｅは、いずれも円形である。表側開口部１ｄと裏側開口部１ｅとは、同じ大きさであってもよい。裏側開口部１ｅが、表側開口部１ｄより大きくてもよい。表側開口部１ｄの直径を、直径Ｄとする。
【００７１】
図５に示されるように、金属支持体１において、複数の孔（貫通空間１ｃ）が、ピッチＰ（間隔）にて、直交格子の格子点の位置に形成されている。複数の孔（貫通空間１ｃ）の配置の態様としては、直交格子の他、斜方格子、正三角形状の格子も可能であるし、格子点に加えて対角線交点への配置も可能であり、貫通空間が形成できれば、金属支持体としての機能を保てる範囲で種々の配置とすることができる。
【００７２】
金属支持体１の表側面１ａにおいて、貫通空間１ｃが形成されている領域を孔領域１ｇと呼ぶ。孔領域１ｇは、金属支持体１の外周域周辺を除いた範囲内に設けられる。１つの孔領域１ｇが金属支持体１に設けられてもよいし、複数の孔領域１ｇが金属支持体１に設けられてもよい。
【００７３】
金属支持体１は、支持体として電気化学素子Ｅを形成するのに充分な強度を有することが求められる。金属支持体１の厚さＴは、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．１５ｍｍ以上がより好ましく、０．２ｍｍ以上が更に好ましい。金属支持体１の厚さＴは、１．０ｍｍ以下が好ましく、０．７５ｍｍ以下がより好ましく、０．５ｍｍ以下が更に好ましい。
【００７４】
表側開口部１ｄの直径Ｄは、１０μｍ以上が好ましく、１５μｍ以上がより好ましく、２０μｍ以上が更に好ましい。表側開口部１ｄの直径Ｄは、６０μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。
【００７５】
貫通空間１ｃ（孔）の配置のピッチＰは、０．０５ｍｍ以上が好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましく、０．１５ｍｍ以上が更に好ましい。貫通空間１ｃ（孔）の配置のピッチＰは、０．３ｍｍ以下が好ましく、０．２５ｍｍ以下がより好ましく、０．２ｍｍ以下が更に好ましい。
【００７６】
貫通空間１ｃの表側開口部１ｄの面積Ｓは、７．０×１０-５ｍｍ2以上であると好ましく、３．０×１０-３ｍｍ2以下であると好ましい。
【００７７】
（電極層）
電極層２は、図１に示すように、金属支持体１の表側の面であって貫通空間１ｃが設けられた領域より大きな領域に、薄層の状態で設けることができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ〜１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ〜５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。貫通空間１ｃが設けられた領域の全体が、電極層２に覆われている。つまり、貫通空間１ｃは金属支持体１における電極層２が形成された領域の内側に形成されている。換言すれば、全ての貫通空間１ｃが電極層２に面して設けられている。
【００７８】
電極層２の材料としては、例えばＮｉＯ−ＧＤＣ、Ｎｉ−ＧＤＣ、ＮｉＯ−ＹＳＺ、Ｎｉ−ＹＳＺ、ＣｕＯ−ＣｅＯ2、Ｃｕ−ＣｅＯ2などの複合材を用いることができる。これらの例では、ＧＤＣ、ＹＳＺ、ＣｅＯ2を複合材の骨材と呼ぶことができる。なお、電極層２は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法やパルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能なプロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに、良好な電極層２が得られる。そのため、金属支持体１を傷めることなく、また、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子を実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
【００７９】
電極層２は、気体透過性を持たせるため、その内部および表面に複数の細孔を有する。
すなわち電極層２は、多孔質な層として形成される。電極層２は、例えば、その緻密度が３０％以上８０％未満となるように形成される。細孔のサイズは、電気化学反応を行う際に円滑な反応が進行するのに適したサイズを適宜選ぶことができる。なお緻密度とは、層を構成する材料の空間に占める割合であって、（１−空孔率）と表すことができ、また、相対密度と同等である。
【００８０】
（中間層）
中間層３（挿入層）は、図１に示すように、電極層２を覆った状態で、電極層２の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ〜１００μｍ程度、好ましくは２μｍ〜５０μｍ程度、より好ましくは４μｍ〜２５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な中間層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。中間層３の材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）等を用いることができる。特にセリア系のセラミックスが好適に用いられる。
【００８１】
中間層３は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに中間層３が得られる。そのため、金属支持体１を傷めることなく、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた電気化学素子Ｅを実現できる。また、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
【００８２】
中間層３としては、酸素イオン（酸化物イオン）伝導性を有することが好ましい。また、酸素イオン（酸化物イオン）と電子との混合伝導性を有すると更に好ましい。これらの性質を有する中間層３は、電気化学素子Ｅへの適用に適している。
【００８３】
（電解質層）
電解質層４は、図１に示すように、電極層２および中間層３を覆った状態で、中間層３の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成することもできる。詳しくは電解質層４は、図１に示すように、中間層３の上と金属支持体１の上とにわたって（跨って）設けられる。このように構成し、電解質層４を金属支持体１に接合することで、電気化学素子全体として堅牢性に優れたものとすることができる。
【００８４】
また電解質層４は、図１に示すように、金属支持体１の表側の面であって貫通空間１ｃが設けられた領域より大きな領域に設けられる。つまり、貫通空間１ｃは金属支持体１における電解質層４が形成された領域の内側に形成されている。
【００８５】
また電解質層４の周囲においては、電極層２および中間層３からのガスのリークを抑制することができる。説明すると、電気化学素子ＥをＳＯＦＣの構成要素として用いる場合、ＳＯＦＣの作動時には、金属支持体１の裏側から貫通空間１ｃを通じて電極層２へガスが供給される。電解質層４が金属支持体１に接している部位においては、ガスケット等の別部材を設けることなく、ガスのリークを抑制することができる。なお、本実施形態では電解質層４によって電極層２の周囲をすべて覆っているが、電極層２および中間層３の上部に電解質層４を設け、周囲にガスケット等を設ける構成としてもよい。
【００８６】
電解質層４の材料としては、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）、ＬＳＧＭ（ストロンチウム・マグネシウム添加ランタンガレート）等を用いることができる。特にジルコニア系のセラミックスが好適に用いられる。電解質層４をジルコニア系セラミックスとすると、電気化学素子Ｅを用いたＳＯＦＣの稼働温度をセリア系セラミックスに比べて高くすることができる。例えば電気化学素子ＥをＳＯＦＣに用いる場合、電解質層４の材料としてＹＳＺのような６５０℃程度以上の高温域でも高い電解質性能を発揮できる材料を用い、システムの原燃料に都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系の原燃料を用い、原燃料を水蒸気改質等によってＳＯＦＣのアノードガスとするシステム構成とすると、ＳＯＦＣのセルスタックで生じる熱を原燃料ガスの改質に用いる高効率なＳＯＦＣシステムを構築することができる。
【００８７】
電解質層４は、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば１１００℃を越える高温域での焼成を用いずに、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層４が得られる。そのため、金属支持体１の損傷を抑制し、また、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制することができ、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ｅを実現できる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、スプレーコーティング法を用いると、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層が低温域で容易に得られやすいので更に好ましい。
【００８８】
電解質層４は、アノードガスやカソードガスのガスリークを遮蔽し、かつ、高いイオン伝導性を発現するために、緻密に構成される。電解質層４の緻密度は９０％以上が好ましく、９５％以上であるとより好ましく、９８％以上であると更に好ましい。電解質層４は、均一な層である場合は、その緻密度が９５％以上であると好ましく、９８％以上であるとより好ましい。また、電解質層４が、複数の層状に構成されているような場合は、そのうちの少なくとも一部が、緻密度が９８％以上である層（緻密電解質層）を含んでいると好ましく、９９％以上である層（緻密電解質層）を含んでいるとより好ましい。このような緻密電解質層が電解質層の一部に含まれていると、電解質層が複数の層状に構成されている場合であっても、緻密で気密性およびガスバリア性の高い電解質層を形成しやすくできるからである。
【００８９】
（反応防止層）
反応防止層５は、電解質層４の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ〜１００μｍ程度、好ましくは２μｍ〜５０μｍ程度、より好ましくは３μｍ〜１５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な反応防止層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。反応防止層５の材料としては、電解質層４の成分と対極電極層６の成分との間の反応を防止できる材料であれば良いが、例えばセリア系材料等が用いられる。また反応防止層５の材料として、Ｓｍ、ＧｄおよびＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有する材料が好適に用いられる。なお、Ｓｍ、ＧｄおよびＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有し、これら元素の含有率の合計が１．０質量％以上１０質量％以下であるとよい。反応防止層５を電解質層４と対極電極層６との間に導入することにより、対極電極層６の構成材料と電解質層４の構成材料との反応が効果的に抑制され、電気化学素子Ｅの性能の長期安定性を向上できる。反応防止層５の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、金属支持体１の損傷を抑制し、また、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ｅを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
【００９０】
（対極電極層）
対極電極層６は、電解質層４もしくは反応防止層５の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ〜１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ〜５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な対極電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。対極電極層６の材料としては、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物、セリア系酸化物およびこれらの混合物を用いることができる。特に対極電極層６が、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｍ、Ｍｎ、ＣｏおよびＦｅからなる群から選ばれる２種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。以上の材料を用いて構成される対極電極層６は、カソードとして機能する。
【００９１】
なお、対極電極層６の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、金属支持体１の損傷を抑制し、また、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた電気化学素子Ｅを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＤＶ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。
【００９２】
（固体酸化物形燃料電池）
以上のように電気化学素子Ｅを構成することで、電気化学素子Ｅを固体酸化物形燃料電池の発電セルとして用いることができる。例えば、金属支持体１の裏側の面から貫通空間１ｃを通じて水素を含む燃料ガスを電極層２へ供給し、電極層２の対極となる対極電極層６へ空気を供給し、例えば、５００℃以上９００℃以下の温度で作動させる。そうすると、対極電極層６において空気に含まれる酸素Ｏ2が電子ｅ-と反応して酸素イオンＯ2-が生成される。その酸素イオンＯ2-が電解質層４を通って電極層２へ移動する。電極層２においては、供給された燃料ガスに含まれる水素Ｈ2が酸素イオンＯ2-と反応し、水Ｈ2Ｏと電子ｅ-が生成される。以上の反応により、電極層２と対極電極層６との間に起電力が発生する。この場合、電極層２はＳＯＦＣの燃料極（アノード）として機能し、対極電極層６は空気極（カソード）として機能する。
【００９３】
（電気化学素子の製造方法）
次に、電気化学素子Ｅの製造方法について説明する。
【００９４】
（電極層形成ステップ）
電極層形成ステップでは、金属支持体１の表側の面の貫通空間１ｃが設けられた領域より広い領域に電極層２が薄膜の状態で形成される。金属支持体１の貫通孔はレーザー加工等によって設けることができる。電極層２の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、金属支持体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
【００９５】
電極層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。
まず、電極層２の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作成し、金属支持体１の表側の面に塗布する。そして電極層２を圧縮成形し（電極層平滑化工程）、１１００℃以下で焼成する（電極層焼成工程）。電極層２の圧縮成形は、例えば、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ  、冷間静水圧加圧）成形、ロール加圧成形、ＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形などにより行うことができる。また、電極層の焼成は、８００℃以上１１００℃以下の温度で行うと好適である。また、電極層平滑化工程と電極層焼成工程の順序を入れ替えることもできる。
なお、中間層３を有する電気化学素子を形成する場合では、電極層平滑化工程や電極層焼成工程を省いたり、電極層平滑化工程や電極層焼成工程を後述する中間層平滑化工程や中間層焼成工程に含めることもできる。
なお、電極層平滑化工程は、ラップ成形やレベリング処理、表面の切削・研磨処理などを施すことによって行うことでもできる。
【００９６】
（拡散抑制層形成ステップ）
上述した電極層形成ステップにおける焼成工程時に、金属支持体１の表面に金属酸化物層１ｆ（拡散抑制層）が形成される。なお、上記焼成工程に、焼成雰囲気を酸素分圧が低い雰囲気条件とする焼成工程が含まれていると元素の相互拡散抑制効果が高く、抵抗値の低い良質な金属酸化物層１ｆ（拡散抑制層）が形成されるので好ましい。電極層形成ステップを、焼成を行わないコーティング方法とする場合を含め、別途の拡散抑制層形成ステップを含めても良い。いずれにおいても、金属支持体１の損傷を抑制可能な１１００℃以下の処理温度で実施することが望ましい。また、後述する中間層形成ステップにおける焼成工程時に、金属支持体１の表面に金属酸化物層１ｆ（拡散抑制層）が形成されても良い。
【００９７】
（中間層形成ステップ）
中間層形成ステップでは、電極層２を覆う形態で、電極層２の上に中間層３が薄層の状態で形成される。中間層３の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、金属支持体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
【００９８】
中間層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。
まず、中間層３の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作成し、金属支持体１の表側の面に塗布する。そして中間層３を圧縮成形し（中間層平滑化工程）、１１００℃以下で焼成する（中間層焼成工程）。中間層３の圧延は、例えば、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ  、冷間静水圧加圧）成形、ロール加圧成形、ＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形などにより行うことができる。また、中間層３の焼成は、８００℃以上１１００℃以下の温度で行うと好適である。このような温度であると、金属支持体１の損傷・劣化を抑制しつつ、強度の高い中間層３を形成できるためである。また、中間層３の焼成を１０５０℃以下で行うとより好ましく、１０００℃以下で行うと更に好ましい。これは、中間層３の焼成温度を低下させる程に、金属支持体１の損傷・劣化をより抑制しつつ、電気化学素子Ｅを形成できるからである。また、中間層平滑化工程と中間層焼成工程の順序を入れ替えることもできる。
なお、中間層平滑化工程は、ラップ成形やレベリング処理、表面の切削・研磨処理などを施すことによって行うことでもできる。
【００９９】
（電解質層形成ステップ）
電解質層形成ステップでは、電極層２および中間層３を覆った状態で、電解質層４が中間層３の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成されても良い。電解質層４の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、金属支持体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
【０１００】
緻密で気密性およびガスバリア性能の高い、良質な電解質層４を１１００℃以下の温度域で形成するためには、電解質層形成ステップをスプレーコーティング法で行うことが望ましい。その場合、電解質層４の材料を金属支持体１上の中間層３に向けて噴射し、電解質層４を形成する。
【０１０１】
（反応防止層形成ステップ）
反応防止層形成ステップでは、反応防止層５が電解質層４の上に薄層の状態で形成される。反応防止層５の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、金属支持体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。なお反応防止層５の上側の面を平坦にするために、例えば反応防止層５の形成後にレベリング処理や表面を切削・研磨処理を施したり、湿式形成後焼成前に、プレス加工を施してもよい。
【０１０２】
（対極電極層形成ステップ）
対極電極層形成ステップでは、対極電極層６が反応防止層５の上に薄層の状態で形成される。対極電極層６の形成は、上述したように、低温焼成法（１１００℃以下の低温域での焼成処理を行う湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジッション法、パウダージェットデポジッション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などの方法を用いることができる。いずれの方法を用いる場合であっても、金属支持体１の劣化を抑制するため、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
【０１０３】
以上の様にして、電気化学素子Ｅを製造することができる。
【０１０４】
なお電気化学素子Ｅにおいて、中間層３（挿入層）と反応防止層５とは、何れか一方、あるいは両方を備えない形態とすることも可能である。すなわち、電極層２と電解質層４とが接触して形成される形態、あるいは電解質層４と対極電極層６とが接触して形成される形態も可能である。この場合に上述の製造方法では、中間層形成ステップ、反応防止層形成ステップが省略される。なお、他の層を形成するステップを追加したり、同種の層を複数積層したりすることも可能であるが、いずれの場合であっても、１１００℃以下の温度で行うことが望ましい。
【０１０５】
［１２０ｍｍ×１２０ｍｍの角の試験片］
＜比較例１＞
厚さ０．３ｍｍ、１２０ｍｍ角（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ）のｃｒｏｆｅｒ２２ＡＰＵの金属板に対して、中心から９８ｍｍ角（９８ｍｍ×９８ｍｍ）の領域にレーザー加工により貫通空間１ｃを複数設け、比較例１に係る金属板（金属支持体１）を作製した。貫通空間１ｃは、直交格子の格子点に設けた。なお、表側開口部１ｄの直径は２０μｍ、ピッチＰは２００μｍである。最大長さＬｍａｘは、１６．９７ｃｍである。
【０１０６】
＜比較例２＞
比較例１と同様にして、表側開口部１ｄのピッチＰが１５０μｍ（表側開口部１ｄの直径は２５μｍ）である比較例２に係る金属板（金属支持体１）を作製した。
【０１０７】
＜実施例１＞
比較例１と同様の金属板（金属支持体１）に対して平滑化するためのレベラー処理を行うことで、実施例１に係る金属板（金属支持体１）を作製した。
【０１０８】
＜実施例２＞
比較例２と同様の金属板（金属支持体１）に対して平滑化するための焼鈍処理を行うことで、実施例２に係る金属板（金属支持体１）を作製した。
【０１０９】
［４０ｍｍ×４０ｍｍの角の試験片］
＜実施例３＞
厚さ０．３ｍｍ、４０ｍｍ角（４０ｍｍ×４０ｍｍ）のｃｒｏｆｅｒ２２ＡＰＵの金属板に対して、中心から２８ｍｍ角（２８ｍｍ×２８ｍｍ）の領域にレーザー加工により貫通空間１ｃを複数設け、実施例３に係る金属板（金属支持体１）を作製した。貫通空間１ｃは、直交格子の格子点に設けた。なお、表側開口部１ｄの直径は２５μｍ、ピッチＰは１５０μｍである。最大長さＬｍａｘは、５．６６ｃｍである。
【０１１０】
次に、上記比較例１、２実施例１〜３の金属板に対して、６０重量％のＮｉＯ粉末と４０重量％のＹＳＺ粉末を混合し、有機バインダーと有機溶媒（分散媒）を加えてペーストを作製した。そのペーストを用いて、比較例１、２及び、実施例１、２ではそれぞれ金属支持体１の表面の、中心から１０５ｍｍ角の領域に、実施例３では金属支持体１の表面の、中心から３０ｍｍ角の領域にスクリーン印刷により電極層２の積層を試みた。
【０１１１】
上記の比較例及び実施例における反り度を、上記実施形態で説明した方法にて測定した。なお、金属支持体１の周縁と、重心Ｇを通り当該周縁と平行な直線との間の距離に対して、比較例（比較例１、２）及び実施例１、２では、金属支持体１の周縁から、当該距離の５％の位置の８点を用い、実施例３では、金属支持体１の周縁から、当該距離の１５％の位置の８点を用いた。また、比較例及び実施例それぞれにおいて、電極層２が積層されたか否かの結果を判定した。これらの測定結果及び判定結果を表１に示す。
【０１１２】
【表１】
2019179755.tif 000003
【０１１３】
表１の結果から、比較例（比較例１、２）においては、いずれも金属支持体１の反り度が大きく、電極層２を積層すると印刷不良や剥離、割れ等の表面欠陥が生じ、電気化学素子Ｅとしての使用に供することのできる電極層２を金属支持体１上に積層することができなかった。また比較例のうち最も反り度の値が小さい比較例１においては、金属支持体１の反り度は２．１×１０−２であった。
一方、実施例（実施例１、２、３）においては、いずれの金属支持体１においても反り度が小さく、割れや剥離等の表面欠陥を抑制して電気化学素子Ｅとしての使用に供することのできる電極層２を積層することができた。このうち最も反り度の値が大きい実施例３では、金属支持体１の反り度が１．１×１０−２であった。
【０１１４】
以上の結果を踏まえて、金属支持体１の反り度が１．５×１０−２以下の場合には、金属支持体１上に電極層２を割れや剥離等の表面欠陥を抑制して積層できることが分かった。
【０１１５】
なお、実施例３において、電極層２の積層後に中間層３、電解質層４、反応防止層５、対極電極層６をそれぞれ積層し、電気化学素子Ｅを作製した。作製した電気化学素子Ｅについて、電極層２に燃料ガス（３０℃加湿Ｈ2）、対極電極層６に空気を供給して固体酸化物形燃料電池セルとしての発電性能の一つであるＯＣＶ（開回路電圧）を７５０℃の作動温度で測定した。その結果、実施例３の電気化学素子Ｅでは、１．０２Ｖであった。この結果から、実施例３では、ＯＣＶ（開回路電圧）が大きく良好な電気化学素子Ｅであることがわかる。
【０１１６】
＜第２実施形態＞
図２・図３を用いて、第２実施形態に係る電気化学素子Ｅ、電気化学モジュールＭ、電気化学装置ＹおよびエネルギーシステムＺについて説明する。
【０１１７】
第２実施形態に係る電気化学素子Ｅは、図２に示すように、金属支持体１の裏面にＵ字部材７が取り付けられており、金属支持体１とＵ字部材７とで筒状支持体を形成している。
【０１１８】
そして集電部材２６を間に挟んで電気化学素子Ｅが複数積層されて、電気化学モジュールＭが構成されている。集電部材２６は、電気化学素子Ｅの対極電極層６と、Ｕ字部材７とに接合され、両者を電気的に接続している。
【０１１９】
電気化学モジュールＭは、ガスマニホールド１７、集電部材２６、終端部材および電流引出し部を有する。複数積層された電気化学素子Ｅは、筒状支持体の一方の開口端部がガスマニホールド１７に接続されて、ガスマニホールド１７から気体の供給を受ける。供給された気体は、筒状支持体の内部を通流し、金属支持体１の貫通空間１ｃを通って電極層２に供給される。
【０１２０】
図３には、エネルギーシステムＺおよび電気化学装置Ｙの概要が示されている。
エネルギーシステムＺは、電気化学装置Ｙと、電気化学装置Ｙから排出される熱を再利用する排熱利用部としての熱交換器５３とを有する。
電気化学装置Ｙは、電気化学モジュールＭと、脱硫器３１と改質器３４とを有し電気化学モジュールＭに対して還元性成分を含有する燃料ガスを供給する燃料供給部と、電気化学モジュールＭから電力を取り出すインバータ３８とを有する。
【０１２１】
詳しくは電気化学装置Ｙは、脱硫器３１、改質水タンク３２、気化器３３、改質器３４、ブロア３５、燃焼部３６、インバータ３８、制御部３９、収納容器４０および電気化学モジュールＭを有する。
【０１２２】
脱硫器３１は、都市ガス等の炭化水素系の原燃料に含まれる硫黄化合物成分を除去（脱硫）する。原燃料中に硫黄化合物が含有される場合、脱硫器３１を備えることにより、硫黄化合物による改質器３４あるいは電気化学素子Ｅに対する影響を抑制することができる。気化器３３は、改質水タンク３２から供給される改質水から水蒸気を生成する。改質器３４は、気化器３３にて生成された水蒸気を用いて脱硫器３１にて脱硫された原燃料を水蒸気改質して、水素を含む改質ガスを生成する。
【０１２３】
電気化学モジュールＭは、改質器３４から供給された改質ガスと、ブロア３５から供給された空気とを用いて、電気化学反応させて発電する。燃焼部３６は、電気化学モジュールＭから排出される反応排ガスと空気とを混合させて、反応排ガス中の可燃成分を燃焼させる。
【０１２４】
電気化学モジュールＭは、複数の電気化学素子Ｅとガスマニホールド１７とを有する。
複数の電気化学素子Ｅは互いに電気的に接続された状態で並列して配置され、電気化学素子Ｅの一方の端部（下端部）がガスマニホールド１７に固定されている。電気化学素子Ｅは、ガスマニホールド１７を通じて供給される改質ガスと、ブロア３５から供給された空気とを電気化学反応させて発電する。
【０１２５】
インバータ３８は、電気化学モジュールＭの出力電力を調整して、商用系統（図示省略）から受電する電力と同じ電圧および同じ周波数にする。制御部３９は電気化学装置ＹおよびエネルギーシステムＺの運転を制御する。
【０１２６】
気化器３３、改質器３４、電気化学モジュールＭおよび燃焼部３６は、収納容器４０内に収納される。そして改質器３４は、燃焼部３６での反応排ガスの燃焼により発生する燃焼熱を用いて原燃料の改質処理を行う。
【０１２７】
原燃料は、昇圧ポンプ４１の作動により原燃料供給路４２を通して脱硫器３１に供給される。改質水タンク３２の改質水は、改質水ポンプ４３の作動により改質水供給路４４を通して気化器３３に供給される。そして、原燃料供給路４２は脱硫器３１よりも下流側の部位で、改質水供給路４４に合流されており、収納容器４０外にて合流された改質水と原燃料とが収納容器４０内に備えられた気化器３３に供給される。
【０１２８】
改質水は気化器３３にて気化され水蒸気となる。気化器３３にて生成された水蒸気を含む原燃料は、水蒸気含有原燃料供給路４５を通して改質器３４に供給される。改質器３４にて原燃料が水蒸気改質され、水素ガスを主成分とする改質ガス（還元性成分を有する第１気体）が生成される。改質器３４にて生成された改質ガスは、改質ガス供給路４６を通して電気化学モジュールＭのガスマニホールド１７に供給される。
【０１２９】
ガスマニホールド１７に供給された改質ガスは、複数の電気化学素子Ｅに対して分配され、電気化学素子Ｅとガスマニホールド１７との接続部である下端から電気化学素子Ｅに供給される。改質ガス中の主に水素（還元性成分）が、電気化学素子Ｅにて電気化学反応に使用される。反応に用いられなかった残余の水素ガスを含む反応排ガスが、電気化学素子Ｅの上端から燃焼部３６に排出される。
【０１３０】
反応排ガスは燃焼部３６で燃焼され、燃焼排ガスとなって燃焼排ガス排出口５０から収納容器４０の外部に排出される。燃焼排ガス排出口５０には燃焼触媒部５１（例えば、白金系触媒）が配置され、燃焼排ガスに含有される一酸化炭素や水素等の還元性成分を燃焼除去する。燃焼排ガス排出口５０から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出路５２により熱交換器５３に送られる。
【０１３１】
熱交換器５３は、燃焼部３６における燃焼で生じた燃焼排ガスと、供給される冷水とを熱交換させ、温水を生成する。すなわち熱交換器５３は、電気化学装置Ｙから排出される熱を再利用する排熱利用部として動作する。
【０１３２】
なお、排熱利用部の代わりに、電気化学モジュールＭから（燃焼されずに）排出される反応排ガスを利用する反応排ガス利用部を設けてもよい。反応排ガスには、電気化学素子Ｅにて反応に用いられなかった残余の水素ガスが含まれる。反応排ガス利用部では、残余の水素ガスを利用して、燃焼による熱利用や、燃料電池等による発電が行われ、エネルギーの有効利用がなされる。
【０１３３】
＜第３実施形態＞
図４に、電気化学モジュールＭの他の実施形態を示す。第３実施形態に係る電気化学モジュールＭは、上述の電気化学素子Ｅを、セル間接続部材７１を間に挟んで積層することで、電気化学モジュールＭを構成する。
【０１３４】
セル間接続部材７１は、導電性を有し、かつ気体透過性を有さない板状の部材であり、表面と裏面に、互いに直交する溝７２が形成されている。セル間接続部材７１はステンレス等の金属や、金属酸化物を用いることができる。
【０１３５】
図４に示すように、このセル間接続部材７１を間に挟んで電気化学素子Ｅを積層すると、溝７２を通じて気体を電気化学素子Ｅに供給することができる。詳しくは一方の溝７２が第１気体流路７２ａとなり、電気化学素子Ｅの表側、すなわち対極電極層６に気体を供給する。他方の溝７２が第２気体流路７２ｂとなり、電気化学素子Ｅの裏側、すなわち金属支持体１の裏側の面から貫通空間１ｃを通じて電極層２へ気体を供給する。
【０１３６】
この電気化学モジュールＭを燃料電池として動作させる場合は、第１気体流路７２ａに酸素を供給し、第２気体流路７２ｂに水素を供給する。そうすると電気化学素子Ｅにて燃料電池としての反応が進行し、起電力・電流が発生する。発生した電力は、積層された電気化学素子Ｅの両端のセル間接続部材７１から、電気化学モジュールＭの外部に取り出される。
【０１３７】
なお、本第３実施形態では、セル間接続部材７１の表面と裏面に、互いに直交する溝７２を形成したが、セル間接続部材７１の表面と裏面に、互いに並行する溝７２を形成することもできる。
【０１３８】
（他の実施形態）
（１）上記実施形態では、金属支持体１の重心Ｇを通る複数本の直線Ｌ上において、重心Ｇを中心として金属支持体１の板状面内において互いに対向する少なくとも４点Ｐを用いて最小二乗法により最小二乗平面αを算出している。そして、最小二乗平面αからの互いに対向するプラス側最大変位値からマイナス側最大変位値までの値Ｄａに基づいて反り度を算出している。しかし、以下の方法によっても反り度を算出可能である。
【０１３９】
（１−１）
金属支持体１の板状面内のランダムに配置された少なくとも３点Ｐを用いて最小二乗法により求めた最小二乗値αＶを算出してもよい。つまり、複数点Ｐから、複数点Ｐを代表する最小二乗平面αを算出するのではなく、複数点Ｐを代表する直線等で表される最小二乗値αＶを算出してもよい。なお、本実施形態及びその他の実施形態においては、最小二乗値αＶは、例えば、その複数点Ｐを代表する直線及び平面（最小二乗平面α）等を含むものとする。
【０１４０】
そして、直線等の最小二乗値αＶに対して、例えばプラス側へのプラス側最大変位値と最小二乗値αＶとの第一差分Ｄ１と、最小二乗値αＶに対してマイナス側へのマイナス側最大変位値と最小二乗値αＶとの第二差分Ｄ２とを算出する。さらに、上記実施形態と同様に、大きさの異なる金属支持体１においても反り度の大小を一定の値と比較可能なように、Ｄａを最大長さＬｍａｘで割って反り度を算出する。
以上の方法によれば、上記実施形態と同様に金属支持体１の反り度を精度良く求めることができる。
【０１４１】
（１−２）
また、金属支持体１の重心Ｇを通る少なくとも一本の直線Ｌ上において、重心Ｇを中心として金属支持体１の板状面内において互いに対向する少なくとも３点Ｐを用いて最小二乗法により最小二乗値αＶを算出してもよい。最小二乗値αＶに基づいて反り度を算出する方法は上述した方法と同様である。
【０１４２】
上記の方法によれば、板状面内において重心Ｇに対して互いに離れた方向に位置する点Ｐを用いて最小二乗値αＶが算出される。つまり、最小二乗値αＶは、金属支持体１の局所的な領域の点から算出されるのではなく、板状面内に分散した点Ｐから算出される。よって、最小二乗値αＶは、金属支持体１の板状面の形状に関連する値として算出される。この最小二乗値αＶを基準に用いることで、金属支持体１の反り度を判定する基準となるＤａを精度良く算出できる。
【０１４３】
（１−３）
また、金属支持体１の重心Ｇを通る少なくとも一本の直線Ｌ上において、重心Ｇを中心として金属支持体１の板状面内において互いに対向する位置にある点Ｐのうち、プラス側最大変位値とマイナス側最大変位値との差分Ｄａ１を求めてもよい。そして、前述と同様に、Ｄａ１を最大長さＬｍａｘで割って反り度を算出する。
この場合、差分Ｄａ１の算出に、一本の直線Ｌにおける複数点Ｐを用いてもよいし、複数の直線Ｌにおける複数点Ｐを用いてもよい。
【０１４４】
（２）上記実施形態では、大きさの異なる金属支持体１においても反り度を一定の値で比較可能なように、Ｄａを最大長さＬｍａｘで割っている。しかし、金属支持体１の板状面の面積でＤａを割って反り度としてしてもよい。この場合にも、大きさの異なる金属支持体１においても、反り度の大小を一定の値と比較して判定できる。
【０１４５】
（３）上記実施形態では、金属支持体１の重心Ｇを通る複数本の直線Ｌは、３６０°を所定角度ごとに分割する線である。しかし、重心Ｇを通る複数本の直線Ｌは、ランダムな角度で互いに離隔していてもよい。
【０１４６】
（４）上記実施形態では、Ｄａを算出するために用いる金属支持体１上の点Ｐは、金属支持体１の周縁から孔領域１ｇまでの領域内、つまり、金属支持体１の周縁部ＯＰに位置する。しかし、Ｄａを算出するために用いる金属支持体１上の点Ｐは、金属支持体１上の任意の点Ｐであればよく、周縁部ＯＰに位置する点Ｐに限定されない。
【０１４７】
（５）上記の実施形態では、電気化学素子Ｅを固体酸化物形燃料電池に用いたが、電気化学素子Ｅは、固体酸化物形電解セルや、固体酸化物を利用した酸素センサ等に利用することもできる。
【０１４８】
（６）上記の実施形態では、電極層２の材料として例えばＮｉＯ−ＧＤＣ、Ｎｉ−ＧＤＣ、ＮｉＯ−ＹＳＺ、Ｎｉ−ＹＳＺ、ＣｕＯ−ＣｅＯ2、Ｃｕ−ＣｅＯ2などの複合材を用い、対極電極層６の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用いた。このように構成された電気化学素子Ｅは、電極層２に水素ガスを供給して燃料極（アノード）とし、対極電極層６に空気を供給して空気極（カソード）とし、固体酸化物形燃料電池セルとして用いることが可能である。この構成を変更して、電極層２を空気極とし、対極電極層６を燃料極とすることが可能なように、電気化学素子Ｅを構成することも可能である。すなわち、電極層２の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用い、対極電極層６の材料として例えばＮｉＯ−ＧＤＣ、Ｎｉ−ＧＤＣ、ＮｉＯ−ＹＳＺ、Ｎｉ−ＹＳＺ、ＣｕＯ−ＣｅＯ2、Ｃｕ−ＣｅＯ2などの複合材を用いる。このように構成した電気化学素子Ｅであれば、電極層２に空気を供給して空気極とし、対極電極層６に水素ガスを供給して燃料極とし、電気化学素子Ｅを固体酸化物形燃料電池セルとして用いることができる。
【０１４９】
なお、上記の実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
電気化学素子および固体酸化物形燃料電池セルとして利用可能である。
【符号の説明】
【０１５１】
１    金属支持体
１ａ  表側面
１ｂ  裏側面
１ｃ  貫通空間
１ｄ  表側開口部
１ｅ  裏側開口部
１ｆ  金属酸化物層
１ｇ  孔領域
１ｈ  単位領域
Ｔ    厚さ
Ｄ    内径、直径、孔径
Ｐ    ピッチ、間隔
Ｓ    面積（表側開口部）
Ａ    開口率
１０  第１金属板
１０ａ  第１表側面
１０ｂ  第１裏側面
１０ｃ  第１貫通空間
１０ｄ  第１表側開口部
１０ｅ  第１裏側開口部
１０ｇ  第１孔領域
１０ｈ  第１単位領域
Ｔ１  厚さ
Ｄ１  内径、直径、孔径
Ｐ１  ピッチ、間隔
Ｓ１  面積（表側開口部）
Ａ１  開口率
２０  第２金属板
２０ａ  第２表側面
２０ｂ  第２裏側面
２０ｃ  第２貫通空間
２０ｄ  第２表側開口部
２０ｅ  第２裏側開口部
Ｔ２  厚さ
Ｄ２  内径、直径、孔径
Ｐ２  ピッチ、間隔
Ｇ    重心
Ｙ    電気化学装置
Ｚ    エネルギーシステム
α    最小二乗平面
αＶ  最小二乗値
【図１】
2019179755.tif 000004
【図２】
2019179755.tif 000005
【図３】
2019179755.tif 000006
【図４】
2019179755.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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