(57)【要約】【課題】  インターコネクタ層の剥離を抑制できる電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置を提供する。【解決手段】  支持体１に、Ｎｉを含有する第１電極層３、セラミックスからなる固体電解質層４および第２電極層５を順次形成してなり、支持体１の第１電極層が形成されていない部分に、第１電極層３と電気的に接続するランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層８を設けてなるとともに、該インターコネクタ層８が、支持体１側の内側層８ａと、該内側層８ａの外側に設けられた外側層８ｂとを具備し、外側層８ｂが、内側層８ａよりも多孔質である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に、Ｎｉを含有する第１電極層、セラミックスからなる固体電解質層および第２電極層を順次形成してなり、前記支持体の前記第１電極層が形成されていない部分に、前記第１電極層と電気的に接続するランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層を設けてなるとともに、該インターコネクタ層が、前記支持体側の内側層と、該内側層の外側に設けられた外側層とを具備し、前記外側層が、前記内側層よりも多孔質であることを特徴とする電解セル。
【請求項２】
支持体となるＮｉを含有する第１電極層に、セラミックスからなる固体電解質層および第２電極層を順次形成してなり、前記支持体の前記固体電解質層が形成されていない部分に、該支持体と電気的に接続するランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層を設けてなるとともに、該インターコネクタ層が、前記支持体側の内側層と、該内側層の外側に設けられた外側層とを具備し、前記外側層が、前記内側層よりも多孔質であることを特徴とする電解セル。
【請求項３】
前記インターコネクタ層の前記内側層の気孔率が０．２％以下、前記外側層の気孔率が０．３〜２．０％であることを特徴とする請求項１または２に記載の電解セル。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の電解セルを複数具備してなるとともに、該複数の電解セルを電気的に接続してなることを特徴とする電解セルスタック装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電解セルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする電解モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の電解モジュールと、該電解モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、固体酸化物形燃料電池セルを電気的に直列に複数個接続してなるセルスタック装置を、収納容器内に収容した燃料電池装置が種々提案されている。
【０００３】
このような燃料電池装置の固体酸化物形燃料電池セルは、互いに平行な一対の平坦面を有するとともに、内部に燃料ガスを流通させるための燃料ガス通路を有し、かつＮｉを含有してなる導電性支持体を具備している。そして、この導電性支持体の一方側の平坦面上に、燃料極層、固体電解質層、酸素極層を順に積層し、他方側の平坦面上にインターコネクタ層を積層してなる固体酸化物形燃料電池セルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
従来、固体酸化物形燃料電池セルは、導電性支持体上に、もしくは導電性支持体上に中間層を介してランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層が接合されており、導電性支持体の周囲を取り囲むように形成された緻密質なジルコニア系酸化物からなる固体電解質層の両端部に、緻密質なランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層の両端部が重なるように接合して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、固体酸化物形燃料電池セルでは、ランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層は、還元雰囲気に曝されると膨張する傾向があり、導電性支持体等から剥離するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、インターコネクタ層の剥離を抑制できる電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置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】
【０００８】
本発明の電解セルは、支持体に、Ｎｉを含有する第１電極層、セラミックスからなる固体電解質層および第２電極層を順次形成してなり、前記支持体の前記第１電極層が形成されていない部分に、前記第１電極層と電気的に接続するランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層を設けてなるとともに、該インターコネクタ層が、前記支持体側の内側層と、該内側層の外側に設けられた外側層とを具備し、前記外側層が、前記内側層よりも多孔質であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の電解セルは、支持体となるＮｉを含有する第１電極層に、セラミックスからなる固体電解質層および第２電極層を順次形成してなり、前記支持体の前記固体電解質層が形成されていない部分に、該支持体と電気的に接続するランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層を設けてなるとともに、該インターコネクタ層が、前記支
持体側の内側層と、該内側層の外側に設けられた外側層とを具備し、前記外側層が、前記内側層よりも多孔質であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電解セルスタック装置は、上記の電解セルを複数具備してなるとともに、該複数の電解セルを電気的に接続してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の電解モジュールは、上記の電解セルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電解装置は、上記の電解モジュールと、該電解モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電解セルでは、インターコネクタ層の支持体側（内側層）が還元雰囲気に曝され、外側（外側層）が酸化雰囲気に曝されるが、外側層が内側層より多孔質であるため、酸素が外側層表面からインターコネクタ層の厚み方向に深く浸入し、ランタンクロマイト系酸化物からなるの還元を抑制できるため、インターコネクタ層全体の還元膨張を抑制でき、支持体からの剥離を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】固体酸化物形燃料電池セルを示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）をインターコネクタ層側から見た側面図である。
【図２】（ａ）は、インターコネクタ層の一部およびその近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は図１（ａ）で第１中間層を形成しない固体酸化物形燃料電池セルを示す横断面図である。
【図３】燃料極層が支持体となっている固体酸化物形燃料電池セルを示す横断面図である。
【図４】セルスタック装置の一例を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置の破線で囲った部分の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図６】燃料電池装置の一部を省略して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、電解セルの一例である固体酸化物形燃料電池セル（以下、燃料電池セルと略す場合がある）を示すものであり、（ａ）はその横断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。なお、両図面において、燃料電池セル１０の各構成の一部を拡大して示している。
【００１６】
この燃料電池セル１０は中空平板型で、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状をしたＮｉを含有してなる多孔質の導電性の支持体１を備えている。支持体１の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス通路２が燃料電池セル１０の長さ方向Ｌに貫通して形成されており、燃料電池セル１０は、この支持体１上に各種の部材が設けられた構造を有している。
【００１７】
支持体１は、図１に示されている形状から理解されるように、互いに平行な一対の平坦面ｎと、一対の平坦面ｎをそれぞれ接続する弧状面（側面）ｍとで構成されている。平坦面ｎの両面は互いにほぼ平行に形成されており、一方の平坦面ｎ（一方側主面：下面）と両側の弧状面ｍを覆うように多孔質な燃料極層（第１電極層）３が配置されており、さらに、この燃料極層３を覆うように、ガス遮断性を有するセラミックスからなる固体電解質層４が配置されている。固体電解質層４の厚みは、４０μｍ以下、２０μｍ以下、さらには１５μｍ以下であることが発電性能向上という点から望ましい。
【００１８】
また、固体電解質層４の表面には、第１中間層９を介して、燃料極層３と対面するように、多孔質な酸素極層（第２電極層）６が配置されている。第１中間層９は、酸素極層６が形成される固体電解質層４上に形成されている。
【００１９】
支持体１の固体電解質層４が積層されていない他方の平坦面ｎ（他方側主面：上面）には、第２中間層７を介してガス遮断性を有するランタンクロマイト系（ＬａＣｒＯ３系）酸化物からなるインターコネクタ８が形成されている。
【００２０】
すなわち、燃料極層３、固体電解質層４は、一方の平坦面（一方側主面：下面）から両端の弧状面ｍを経由して他方の平坦面ｎ（他方側主面：上面）まで形成されており、固体電解質層４の両端部にはインターコネクタ層８の両端部が積層されて接合されている。
【００２１】
つまり、ガス遮断性を有する固体電解質層４とインターコネクタ層８とで支持体１を取り囲み、内部を流通する燃料ガスが外部に漏出しないように構成されている。言い換えれば、固体電解質層４とインターコネクタ層８とで、ガス遮断性を有する楕円筒状体を形成し、この楕円筒状体の内部が燃料ガス流路とされ、燃料極層３に供給される燃料ガスと、酸素極層６に供給される酸素含有ガスとが、楕円筒状体で遮断されている。
【００２２】
具体的に説明すると、図示しないが、平面形状が矩形状の酸素極層６が、支持体１の上下端部を除いて形成されており、一方、インターコネクタ層８は、図１（ｂ）に示すように、支持体１の長さ方向Ｌの上端から下端まで形成されており、その幅方向Ｗの両端部が、固体電解質層４の両端部の表面に接合されている。
【００２３】
ここで、燃料電池セル１０は、燃料極層３と酸素極層６とが固体電解質層４を介して対面している部分が燃料電池として機能して発電する。即ち、酸素極層６の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持体１内の燃料ガス通路２に燃料ガス（水素含有ガス）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより発電する。そして、かかる発電によって生成した電流は、支持体１に設けられているインターコネクタ層８を介して集電される。
【００２４】
そして、本実施形態では、図１（ａ）、図２（ａ）に示すように、インターコネクタ層８は、支持体１側の内側層８ａと、該内側層８ａの外側に設けられた外側層８ｂとを具備するとともに、外側層８ｂは、内側層８ａよりも多孔質とされている。
【００２５】
インターコネクタ層８の内側層８ａの気孔率は０．２％以下、外側層８ｂの気孔率は０．３〜２．０％とされている。特には、内側層８ａの気孔率は０．２％未満、外側層８ｂの気孔率は０．５〜１．５％であることが望ましい。気孔率は、走査型電子顕微鏡の３００倍の写真について、画像解析装置で求めることができる。
【００２６】
インターコネクタ層８の厚みは、１０〜６０μｍ、特には２０〜５０μｍが望ましく、内側層８ａの厚みは、インターコネクタ層８全体の厚みの１０〜８３％の厚み、特には、５０〜８３％の厚みが望ましく、外側層８ｂの厚みは、インターコネクタ層８全体の厚みの１７〜９０％の厚み、特には、１７〜５０％の厚みが望ましい。内側層８ａの厚みは外側層８ｂよりも厚いことが望ましい。これにより、インターコネクタ層８によるガス遮断性および剥離を抑制できる。内側層８ａの厚みは３μｍ以上、特には５μｍ以上、さらには１０μｍ以上であることが望ましい。
【００２７】
インターコネクタ層８はＭｇおよびＮｉを含有するとともに、外側層８ｂは内側層８ａよりもＭｇおよびＮｉの量が少ない。これにより、外側層８ｂが内側層８ａよりも焼結性が悪いため、外側層８ｂが内側層８ａよりも多孔質となる。
【００２８】
なお、内側層８ａと外側層８ｂとの境界が明確でない場合があるが、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー分析（ＥＰＭＡ）で、ＮｉおよびＭｇを検出したとき、インターコネクタ層８の内側層８ａが多くなり、外側層８ｂが、内側層８ａと比較して極端に少なくなるため、その境界を、内側層８ａと外側層８ｂとの境界とすることができる。なお、気孔を形成するための造孔剤を添加して外側層成形体を用いて外側層８ｂを形成しても良い。
【００２９】
以上のように構成された燃料電池セルでは、インターコネクタ層８の支持体１側（内側層８ａ）が還元雰囲気に曝され、外側（外側層８ｂ）が酸化雰囲気に曝されるが、内側層８ａが還元膨張したとしても、外側層８ｂが内側層８ａより多孔質であるため、酸素が外側層８ｂ表面からインターコネクタ層８の厚み方向に深く浸入し、ＬａＣｒＯ３系酸化物の還元を抑制できるため、インターコネクタ層８全体の還元膨張を抑制でき、支持体１からの剥離を抑制できる。
【００３０】
なお、図２（ｂ）は、第２中間層７がない場合の形態を示すものである。すなわち、この形態では、インターコネクタ層８は、支持体１の平坦面ｎに直接接合している。このような燃料電池セルであっても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
図３は燃料極層が支持体１となる場合であるが、この場合であっても、図１と同様な作用効果を得ることができる。すなわち、図１の形態では、支持体１上に燃料極層３、固体電解質層４、酸素極層６を積層したが、図３のように、燃料極層自体を支持体１とし、この支持体１に、固体電解質層４、酸素極層６を設けても良い。
【００３２】
以下に、本実施形態の燃料電池セル１０を構成する各部材について説明する。導電性の支持体１は、燃料ガスを燃料極層３まで透過させるためにガス透過性であること、インターコネクタ層８を介して集電を行うために導電性であることが要求されることから、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯと、無機酸化物、例えば特定の希土類酸化物とにより形成されている。
【００３３】
特定の希土類酸化物とは、支持体１の熱膨張係数を固体電解質層４の熱膨張係数に近づけるために使用されるものであり、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む希土類酸化物が、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとの組み合わせで使用することができる。このような希土類酸化物の具体例としては、Ｙ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３を例示することができ、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとの固溶、反応が殆どなく、また、熱膨張係数が固体電解質層４と同程度であり、かつ安価であるという点から、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３が好ましい。
【００３４】
また、本実施形態においては、支持体１の良好な導電率を維持し、かつ熱膨張係数を固体電解質層４と近似させるという点で、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ：希土類酸化物＝３５：６５〜６５：３５の体積比で存在することが好ましい。なお、支持体１中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で、他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。
【００３５】
また、支持体１は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、多孔質であり、通常、開気孔率が２５％以上、特に３０％以上、支持体強度を考慮すると、３５％以下、特に３２％以下の範囲にあることが好ましい。また、支持体１の導電率は、３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。
【００３６】
なお、支持体１の平坦面ｎの長さ（支持体１の幅方向Ｗの長さ）は、例えば、１５〜３
５ｍｍ、弧状面ｍの長さ（弧の長さ）は、２〜８ｍｍであり、支持体１の厚み（平坦面ｎ間の厚み）は１．５〜５ｍｍである。支持体１の長さは、例えば、１００〜３００ｍｍとされている。
【００３７】
燃料極層３は、電極反応を生じさせるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスにより形成することができる。例えば、希土類元素が固溶したＺｒＯ２または希土類元素が固溶したＣｅＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。なお、希土類元素としては、導電性支持体１において例示した希土類元素を用いることができ、例えばＹが固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
【００３８】
燃料極層３中の希土類元素が固溶したＺｒＯ２または希土類元素が固溶しているＣｅＯ２の含有量は、３５〜６５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉあるいはＮｉＯの含有量は、６５〜３５体積％であるのが好ましい。さらに、この燃料極層３の開気孔率は、１５％以上、特に２０〜４０％の範囲にあるのが好ましく、その厚みは、１〜３０μｍであるのが好ましい。
【００３９】
また、燃料極層３は、酸素極層６に対面する位置に形成されていればよいため、例えば酸素極層６が設けられている支持体１の下側の平坦面ｎにのみ燃料極層３が形成されていてもよい。すなわち、燃料極層３は支持体１の下側の平坦面ｎにのみ設けられ、固体電解質層４が燃料極層３表面、支持体１の両弧状面ｍ表面および燃料極層３が形成されていない支持体１の上側の平坦面ｎ上に形成された構造をしたものであってもよい。
【００４０】
固体電解質層４は、３〜１５モル％のＹ、Ｓｃ、Ｙｂ等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ２からなるセラミックスを用いるのが好ましい。また、希土類元素としては、安価であるという点からＹが好ましい。固体電解質層４は、部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ２からなるセラミックスに限定されるものではなく、従来、公知の、例えば、ランタンガレード系の固体電解質層であっても良いことは勿論である。
【００４１】
固体電解質層４と後述する酸素極層６との間に、固体電解質層４と酸素極層６との接合を強固とするとともに、固体電解質層４の成分と酸素極層６の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で第１中間層９が形成されている。
【００４２】
第１中間層９としては、Ｃｅ以外の他の希土類元素を含有するＣｅＯ２系焼結体からなるもので、例えば、（ＣｅＯ２）１−ｘ（ＲＥＯ１．５）ｘ（式中、ＲＥはＳｍ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄの少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満足する数）で表される組成を有していることが好ましい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、ＲＥとしてＳｍやＧｄを用いることが好ましく、例えば１０〜２０モル％のＳｍＯ１．５またはＧｄＯ１．５が固溶したＣｅＯ２からなることが好ましい。
【００４３】
酸素極層６としては、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスにより形成することが好ましい。かかるペロブスカイト型酸化物としては、Ｌａを含有する遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＳｒとＬａが共存するＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物の少なくとも１種が好ましく、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＣｏＯ３系酸化物が特に好ましい。なお、上記ペロブスカイト型酸化物においては、Ｂサイトに、ＣｏとともにＦｅやＭｎが存在しても良い。
【００４４】
また、酸素極層６は、ガス透過性を有する必要があり、従って、酸素極層６を形成する導電性セラミックス（ペロブスカイト型酸化物）は、開気孔率が２０％以上、特に３０〜
５０％の範囲にあることが好ましい。さらに、酸素極層６の厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが好ましい。
【００４５】
インターコネクタ層８としては導電性セラミックスにより形成されている。燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、耐還元性、耐酸化性を有する導電性セラミックスとしては、例えば、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）等の導電性セラミックスが使用され、特に支持体１および固体電解質層４の熱膨張係数に近づける目的から、ＬａＣｒＯ３およびＭｇＯ、ＮｉＯ、またはＭｇＯ、ＮｉＯが固溶したＬａＣｒＯ３系酸化物が用いられる。なお、ＭｇＯ、ＮｉＯは、ＬａＣｒＯ３に固溶する場合がある。
【００４６】
また、インターコネクタ層８の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、１０〜６０μｍであることが好ましい。この範囲ならばガスのリークを防止できるとともに、電気抵抗を小さくできる。
【００４７】
さらに、支持体１とインターコネクタ層８との間には、インターコネクタ層８と支持体１との間の熱膨張係数差を軽減する等のために第２中間層７を形成することができる。
【００４８】
このような第２中間層７としては、燃料極層３と類似した組成とすることができる。例えば、希土類酸化物、希土類元素が固溶したＺｒＯ２、希土類元素が固溶したＣｅＯ２のうち少なくとも１種と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。より具体的には、例えばＹ２Ｏ３とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成や、Ｙが固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成、Ｙ、Ｓｍ、Ｇｄ等が固溶したＣｅＯ２とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成から形成することができる。なお、希土類酸化物や希土類元素が固溶したＺｒＯ２（ＣｅＯ２）と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとは、体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲とすることが好ましい。
【００４９】
以上説明した本実施形態の燃料電池セル１０の作製方法の一例について説明する。先ず、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ粉末と、Ｙ２Ｏ３などの希土類酸化物の粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して坏土を調製し、この坏土を用いて押出成形により支持体成形体を作製し、これを乾燥する。なお、支持体成形体として、支持体成形体を９００〜１０００℃にて２〜６時間仮焼した仮焼体を用いてもよい。
【００５０】
次に、例えば所定の調合組成に従い、ＮｉＯと、Ｙ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）との素原料を秤量、混合する。この後、混合した粉体に、有機バインダーおよび溶媒を混合して燃料極層用スラリーを調製する。
【００５１】
そして、希土類元素が固溶したＺｒＯ２粉末に、トルエン、バインダー粉末、市販の分散剤等を加えてスラリー化したものをドクターブレード等の方法により、成形してシート状の固体電解質層成形体を作製する。
【００５２】
得られたシート状の固体電解質層成形体上に燃料極層用スラリーを塗布し乾燥して燃料極層成形体を形成し、シート状の積層成形体を形成する。この燃料極層成形体および固体電解質層成形体が積層したシート状の積層成形体の燃料極層成形体側の面を導電性支持体成形体に積層し、積層成形体を形成し、これを８００〜１２００℃で２〜６時間仮焼する。
【００５３】
続いて、インターコネクタ層材料（例えば、ＬａＣｒＯ３系酸化物粉末＋ＭｇＯ粉末＋ＮｉＯ粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合して、ＮｉＯおよびＭｇＯの多いスラリー
と、ＮｉＯおよびＭｇＯの少ないスラリーを作製する（インターコネクタ層用スラリー）。
【００５４】
続いて、支持体１とインターコネクタ層８との間に位置する第２中間層７の成形体を形成する。例えば、Ｙが固溶したＺｒＯ２とＮｉＯが体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲となるように混合して乾燥し、有機バインダー等を加えて第２中間層用スラリーを調整し、固体電解質層成形体の両端部間における支持体成形体上に塗布して第２中間層成形体を形成する。
【００５５】
続いて固体電解質層４と酸素極層６との間に配置する第１中間層９を形成する。例えば、ＧｄＯ１．５が固溶したＣｅＯ２粉末を８００〜９００℃にて２〜６時間、熱処理を行い、第１中間層成形体用の原料粉末を調整する。この原料粉末に、溶媒としてトルエンを添加し、第１中間層用スラリーを作製し、このスラリーを固体電解質層成形体上に塗布して第１中間層成形体を作製する。
【００５６】
この後、固体電解質成形体（仮焼体）の両端部上に、インターコネクタ層用成形体の両端部が積層されるように、第２中間層成形体上面にインターコネクタ層用スラリーを塗布し、積層成形体を作製する。この際、先ず、ＮｉＯおよびＭｇＯの多いインターコネクタ層用スラリーを塗布し、乾燥して内側層成形体を形成した後、この内側層成形体上にＮｉＯおよびＭｇＯの少ないインターコネクタ層用スラリーを塗布し、乾燥して外側層成形体を形成し、インターコネクタ層用成形体を形成する。
【００５７】
なお、内側層成形体と外側層成形体とが積層されたインターコネクタ層用シートを作製し、固体電解質成形体の両端部上に、インターコネクタ層用シートの両端部が積層されるように、かつ、第２中間層成形体上面に内側層成形体が当接するように、第２中間層成形体上面にインターコネクタ層用シートを積層し、積層成形体を作製することもできる。
【００５８】
インターコネクタ層用シートは、ＮｉＯおよびＭｇＯの多いインターコネクタ層用スラリーを塗布し、乾燥して内側層成形体を形成した後、この内側層成形体上にＮｉおよびＭｇの少ないインターコネクタ層用スラリーを塗布し、乾燥して外側層成形体を形成して作製できる。また、内側層成形体と、外側層成形体とを別個にそれぞれ作製し、これらを積層することによってもインターコネクタ層用シートを作製することができる。
【００５９】
次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、酸素含有雰囲気中、１４００〜１５００℃、特には１４２５〜１４７５℃にて２〜６時間、同時焼結（同時焼成）する。
【００６０】
ＮｉＯおよびＭｇＯの少ない外側層成形体は、ＮｉＯおよびＭｇＯの多い内側層成形体よりも焼結性が低いため、同時焼成後には、外側層８ｂは内側層８ａよりも多孔質となる。
【００６１】
さらに、酸素極層用材料（例えば、ＬａＣｏＯ３系酸化物粉末）、溶媒および造孔剤を含有するスラリーをディッピング等により第１中間層上に塗布し、１０００〜１３００℃で、２〜６時間焼き付けることにより、図１に示す構造の本実施形態の燃料電池セル１０を製造できる。
【００６２】
図４は、上述した燃料電池セル１０の複数個を、集電部材１３を介して電気的に直列に接続して構成されたセルスタック装置の一例を示したものであり、（ａ）はセルスタック装置１１を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置１１の一部拡大断面図であり、（ａ）で示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、（ｂ）において（ａ）で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示してお
り、（ｂ）で示す燃料電池セル１０においては、上述した第１中間層９等の一部の部材を省略して示している。
【００６３】
なお、セルスタック装置１１においては、各燃料電池セル１０を、集電部材１３を介して配列することでセルスタック１２を構成しており、各燃料電池セル１０の下端部が、燃料電池セル１０に燃料ガスを供給するためのガスタンク１６に、ガラスシール材等の接着剤により固定されている。また、ガスタンク１６に下端部が固定された弾性変形可能な導電部材１４により、燃料電池セル１０の配列方向の両端から、セルスタック１２を挟持している。
【００６４】
また、図４に示す導電部材１４においては、燃料電池セル１０の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック１２（燃料電池セル１０）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部１５が設けられている。
【００６５】
燃料電池セル１０の下端部は、ガスタンク１６の上面に形成された開口部内に挿入され、ガラスシール材等の接着剤により固定されている。
【００６６】
図５は、セルスタック装置１１を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール１８の一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器１９の内部に、図４に示したセルスタック装置１１を収納して構成されている。
【００６７】
なお、燃料電池セル１０にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器２０をセルスタック１２の上方に配置している。そして、改質器２０で生成された燃料ガスは、ガス流通管２１を介してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６を介して燃料電池セル１０の内部に設けられた燃料ガス通路２に供給される。
【００６８】
なお、図５においては、収納容器１９の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置１１および改質器２０を後方に取り出した状態を示している。図５に示した燃料電池モジュール１８においては、セルスタック装置１１を、収納容器１９内にスライドして収納することが可能である。なお、セルスタック装置１１は、改質器２０を含むものとしても良い。
【００６９】
また収納容器１９の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材２２は、図５においてはガスタンク１６に並置された一対のセルスタック１２の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル１０の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、燃料電池セル１０の下端部に酸素含有ガスを供給する。そして、燃料電池セル１０の燃料ガス通路２より排出される燃料ガスを酸素含有ガスと反応させて燃料電池セル１０の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル１０の温度を上昇させることができ、セルスタック装置１１の起動を早めることができる。また、燃料電池セル１０の上端部側にて、燃料電池セル１０のガス通路２から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、燃料電池セル１０（セルスタック１２）の上方に配置された改質器２０を温めることができる。それにより、改質器２０で効率よく改質反応を行うことができる。
【００７０】
さらに、本実施形態の燃料電池モジュール１８では、上述した燃料電池セル１０を用いたセルスタック装置１１を収納容器１９内に収納してなることから、発電性能が高く、長期信頼性が向上した燃料電池モジュール１８とすることができる。
【００７１】
図６は、外装ケース内に図５で示した燃料電池モジュール１８と、セルスタック装置１
１を動作させるための補機（図示せず）とを収納してなる燃料電池装置の一例を示す斜視図である。なお、図６においては一部構成を省略して示している。
【００７２】
図６に示す燃料電池装置２３は、支柱２４と外装板２５とから構成される外装ケース内を仕切板２６により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール１８を収納するモジュール収納室２７とし、下方側を燃料電池モジュール１８を動作させるための補機類を収納する補機収納室２８として構成されている。なお、補機収納室２８に収納する補機類は省略して示している。
【００７３】
また、仕切板２６には、補機収納室２８の空気をモジュール収納室２７側に流すための空気流通口２９が設けられており、モジュール収納室２７を構成する外装板２５の一部に、モジュール収納室２７内の空気を排気するための排気口３０が設けられている。
【００７４】
このような燃料電池装置２３においては、上述したように、発電性能が高く、信頼性を向上することができる燃料電池モジュール１８をモジュール収納室２７に収納して構成されることにより、発電性能が高く、信頼性の向上した燃料電池装置２３とすることができる。
【００７５】
以上、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。例えば、上記実施形態では、中空平板型の固体酸化物形燃料電池セルについて説明したが、円筒型の固体酸化物形燃料電池セルであっても良いことは勿論である。また、いわゆる横縞型燃料電池セルであっても良い。さらに、各部材間に機能に合わせて各種中間層を形成しても良い。
【００７６】
さらに、上記形態では燃料電池セル、セルスタック装置、燃料電池モジュールならびに燃料電池装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電解セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気（水）を電気分解することにより、水素と酸素（Ｏ２）を生成する電解セル（ＳＯＥＣ）およびこの電解セルを備える電解モジュールおよび電解装置にも適用することができる。
【実施例】
【００７７】
先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．９μｍのＹ２Ｏ３粉末を混合し、有機バインダーと溶媒にて作製した坏土を押出成形法にて成形し、乾燥、脱脂して導電性の支持体成形体を作製した。支持体成形体は、体積比率が、ＮｉＯが４８体積％、Ｙ２Ｏ３が５２体積％であった。
【００７８】
次に、８ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３が固溶したマイクロトラック法による粒径が０．８μｍのＺｒＯ２粉末（固体電解質層原料粉末）に、有機バインダーと溶媒とを混合して得られたスラリーを用いて、ドクターブレード法にて固体電解質層シートを作製した。
【００７９】
第１中間層成形体を形成するためのスラリーは、ＣｅＯ２を９０モル％、希土類元素の酸化物（ＧｄＯ１．５、ＳｍＯ１．５）を１０モル％含む複合酸化物を、溶媒としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて振動ミル又はボールミルにて粉砕し、９００℃にて４時間仮焼処理を行い、再度ボールミルにて解砕処理し、セラミック粒子の凝集度を調製し、この粉体に、バインダーと溶媒とを添加し、混合して作製した。
【００８０】
次に平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末とＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２粉末と有機バインダーと溶媒とを混合した燃料極層用スラリーを作製し、固体電解質層用シート上にスクリーン印刷法にて塗布し乾燥して燃料極層成形体を形成した。
【００８１】
固体電解質層用シートに燃料極層成形体を形成したシート状の積層成形体を、その燃料極層成形体側の面を内側にして、支持体成形体の所定位置に積層した。
【００８２】
続いて、上記のような成形体を積層した積層成形体を１０００℃にて３時間仮焼処理した。この後、第１中間層成形体を形成するためのスラリーを、スクリーン印刷法にて、固体電解質仮焼体の上面に塗布し乾燥して、第１中間層成形体を形成した。
【００８３】
続いて、平均粒径０．７μｍのＬａＣｒＯ３粉末と、ＮｉＯ粉末と、ＭｇＯ粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合したインターコネクタ層用スラリーを作製した。スラリーは、内側層成形体用として、ＬａＣｒＯ３粉末１００重量部に対して、ＮｉＯ粉末、ＭｇＯ粉末をそれぞれ５重量部添加した内側層成形体用スラリーと、外側層成形体用として、ＬａＣｒＯ３粉末１００重量部に対して、ＮｉＯ粉末、ＭｇＯ粉末をそれぞれ２重量部添加した外側層成形体用スラリーを準備した。
【００８４】
ＮｉとＹＳＺとからなる原料を混合して乾燥し、有機バインダーと溶媒とを混合して第２中間層用スラリーを調整した。調整した第２中間層用スラリーを、支持体の燃料極層（および固体電解質層）が形成されていない部分（支持体が露出した部分）に塗布して第２中間層成形体を積層し、第２中間層成形体の上に、インターコネクタ層用スラリーを塗布した。
【００８５】
すなわち、先ず、ＮｉＯ粉末およびＭｇＯ粉末の多い内側層成形体用スラリーを塗布し、乾燥して内側層成形体を形成した後、この内側層成形体上にＮｉＯ粉末およびＭｇＯ粉末の少ない外側層成形体用スラリーを塗布し、乾燥して外側層成形体を形成し、第２中間層成形体の上にインターコネクタ層用成形体を形成した。
【００８６】
次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、大気中で１４５０℃で２時間同時焼成した。
【００８７】
次に、平均粒径２μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３粉末と、イソプロピルアルコールとからなる混合液を作製し、固体電解質上面における第１中間層の表面に噴霧塗布し、酸素極層成形体を形成し、１１００℃にて４時間で焼き付け、酸素極層を形成し、図１に示す燃料電池セルを作製した。
【００８８】
なお、作製した燃料電池セルの寸法は２５ｍｍ×２００ｍｍで、支持体の厚み（平坦面ｎ間の厚み）は２ｍｍ、燃料極層の厚さは１０μｍ、開気孔率２４％、固体電解質層の厚みは２０μｍ、酸素極層の厚みは５０μｍ、開気孔率４０％、インターコネクタ層の厚みは３０μｍであった。
【００８９】
作製した１０本の燃料電池セルのインターコネクタ層において、内側層と外側層の気孔率を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の３００倍の写真について、画像解析装置でそれぞれ求め、平均値を表１に記載した。また、同時に厚みもＳＥＭ写真から求め、平均値を表１に記載した。表１の厚みの欄の（）内には、インターコネクタ層の全体厚みに占める比率（％）を記載した。
【００９０】
１０本の燃料電池セルの内部に水素ガスを流し、外側に空気を流し、８５０℃で１０時間、導電性支持体および燃料極層の還元処理を施し、還元処理後のインターコネクタ層の剥離状態を２０倍の双眼顕微鏡で確認し、１０本中１本でも、また１本のセルの一部でも剥離していた場合には剥離有りとした。
【００９１】
インターコネクタ層によるガス遮断性を、１０本の燃料電池セルのリーク試験で確認し
た。リーク試験は、所定の部材により一方側の燃料ガス通路を封止した燃料電池セルを水の中にいれ、燃料電池セルの他方側の燃料ガス通路から３ｋｇ／ｃｍ２に加圧されたＨｅガスを６０秒供給する試験である。１０本の燃料電池セルのインターコネクタ層から気泡が生じなかった試料に○を記載し、２本以下の燃料電池セルのインターコネクタ層から気泡が生じた試料に△を記載し、その結果を表１に記載した。
【００９２】
【表１】
2015082389.tif 000003
この表１から、インターコネクタ層全体が気孔率０．１％と緻密質である試料Ｎｏ．１では、インターコネクタ層の剥離が見られた。これに対して、外側層が内側層よりも多孔質である試料Ｎｏ．２〜８については、インターコネクタ層の剥離が見られなかった。さらに、外側層の厚みが、インターコネクタ層全体の厚みの１７〜５０％の厚みである場合には、ガスシール性能も良好となることがわかる。
【符号の説明】
【００９３】
１：支持体
２：燃料ガス通路
３：燃料極層（第１電極層）
４：固体電解質層
６：酸素極層（第２電極層）
８：インターコネクタ層
８ａ：内側層
８ｂ：外側層
１１：セルスタック装置
１８：燃料電池モジュール
２３：燃料電池装置
【図１】
2015082389.tif 000004
【図２】
2015082389.tif 000005
【図３】
2015082389.tif 000006
【図４】
2015082389.tif 000007
【図５】
2015082389.tif 000008
【図６】
2015082389.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月10日(2014.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に、Ｎｉを含有する第１電極層、セラミックスからなる固体電解質層および第２電極層を順次形成してなり、前記支持体の前記第１電極層が形成されていない部分に、前記第１電極層と電気的に接続するランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層を設けてなるとともに、該インターコネクタ層が、前記支持体側の内側層と、該内側層の外側に設けられた外側層とを具備し、前記外側層が、前記内側層よりも多孔質であることを特徴とするセル。
【請求項２】
支持体となるＮｉを含有する第１電極層に、セラミックスからなる固体電解質層および第２電極層を順次形成してなり、前記支持体の前記固体電解質層が形成されていない部分に、該支持体と電気的に接続するランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層を設けてなるとともに、該インターコネクタ層が、前記支持体側の内側層と、該内側層の外側に設けられた外側層とを具備し、前記外側層が、前記内側層よりも多孔質であることを特徴とするセル。
【請求項３】
前記インターコネクタ層の前記内側層の気孔率が０．２％以下、前記外側層の気孔率が０．３〜２．０％であることを特徴とする請求項１または２に記載のセル。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれかに記載のセルを複数具備してなるとともに、該複数のセルを電気的に接続してなることを特徴とするセルスタック装置。
【請求項５】
請求項４に記載のセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とするモジュール。
【請求項６】
請求項５に記載のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とするモジュール収納装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、固体酸化物形燃料電池セルを電気的に直列に複数個接続してなるセルスタック装置を、収納容器内に収容した燃料電池装置が種々提案されている。
【０００３】
このような燃料電池装置の固体酸化物形燃料電池セルは、互いに平行な一対の平坦面を有するとともに、内部に燃料ガスを流通させるための燃料ガス通路を有し、かつＮｉを含有してなる導電性支持体を具備している。そして、この導電性支持体の一方側の平坦面上に、燃料極層、固体電解質層、酸素極層を順に積層し、他方側の平坦面上にインターコネクタ層を積層してなる固体酸化物形燃料電池セルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
従来、固体酸化物形燃料電池セルは、導電性支持体上に、もしくは導電性支持体上に中間層を介してランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層が接合されており、導電性支持体の周囲を取り囲むように形成された緻密質なジルコニア系酸化物からなる固体電解質層の両端部に、緻密質なランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層の両端部が重なるように接合して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−８４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、固体酸化物形燃料電池セルでは、ランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層は、還元雰囲気に曝されると膨張する傾向があり、導電性支持体等から剥離するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、インターコネクタ層の剥離を抑制できるセル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置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】
【０００８】
本発明のセルは、支持体に、Ｎｉを含有する第１電極層、セラミックスからなる固体電解質層および第２電極層を順次形成してなり、前記支持体の前記第１電極層が形成されていない部分に、前記第１電極層と電気的に接続するランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層を設けてなるとともに、該インターコネクタ層が、前記支持体側の内側層と、該内側層の外側に設けられた外側層とを具備し、前記外側層が、前記内側層よりも多孔質であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のセルは、支持体となるＮｉを含有する第１電極層に、セラミックスからなる固体電解質層および第２電極層を順次形成してなり、前記支持体の前記固体電解質層が形成されていない部分に、該支持体と電気的に接続するランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層を設けてなるとともに、該インターコネクタ層が、前記支持体側の内側層と、該内側層の外側に設けられた外側層とを具備し、前記外側層が、前記内側層よりも多孔質であることを特徴とする。
【００１０】
本発明のセルスタック装置は、上記のセルを複数具備してなるとともに、該複数のセルを電気的に接続してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明のモジュールは、上記のセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする。
【００１２】
本発明のモジュール収納装置は、上記のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のセルでは、インターコネクタ層の支持体側（内側層）が還元雰囲気に曝され、外側（外側層）が酸化雰囲気に曝されるが、外側層が内側層より多孔質であるため、酸素が外側層表面からインターコネクタ層の厚み方向に深く浸入し、ランタンクロマイト系酸化物からなるインターコネクタ層の還元を抑制できるため、インターコネクタ層全体の還元膨張を抑制でき、支持体からの剥離を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】固体酸化物形燃料電池セルを示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）をインターコネクタ層側から見た側面図である。
【図２】（ａ）は、インターコネクタ層の一部およびその近傍を拡大して示す断面図、（ｂ）は図１（ａ）で第１中間層を形成しない固体酸化物形燃料電池セルを示す横断面図である。
【図３】燃料極層が支持体となっている固体酸化物形燃料電池セルを示す横断面図である。
【図４】セルスタック装置の一例を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置の破線で囲った部分の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図６】燃料電池装置の一部を省略して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、セルの一例である固体酸化物形燃料電池セル（以下、燃料電池セルと略す場合がある）を示すものであり、（ａ）はその横断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。なお、両図面において、燃料電池セル１０の各構成の一部を拡大して示している。
【００１６】
この燃料電池セル１０は中空平板型で、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状をしたＮｉを含有してなる多孔質の導電性の支持体１を備えている。支持体１の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス通路２が燃料電池セル１０の長さ方向Ｌに貫通して形成されており、燃料電池セル１０は、この支持体１上に各種の部材が設けられた構造を有している。
【００１７】
支持体１は、図１に示されている形状から理解されるように、互いに平行な一対の平坦面ｎと、一対の平坦面ｎをそれぞれ接続する弧状面（側面）ｍとで構成されている。平坦面ｎの両面は互いにほぼ平行に形成されており、一方の平坦面ｎ（一方側主面：下面）と両側の弧状面ｍを覆うように多孔質な燃料極層（第１電極層）３が配置されており、さらに、この燃料極層３を覆うように、ガス遮断性を有するセラミックスからなる固体電解質層４が配置されている。固体電解質層４の厚みは、４０μｍ以下、２０μｍ以下、さらには１５μｍ以下であることが発電性能向上という点から望ましい。
【００１８】
また、固体電解質層４の表面には、第１中間層９を介して、燃料極層３と対面するように、多孔質な酸素極層（第２電極層）６が配置されている。第１中間層９は、酸素極層６
が形成される固体電解質層４上に形成されている。
【００１９】
支持体１の固体電解質層４が積層されていない他方の平坦面ｎ（他方側主面：上面）には、第２中間層７を介してガス遮断性を有するランタンクロマイト系（ＬａＣｒＯ３系）酸化物からなるインターコネクタ８が形成されている。
【００２０】
すなわち、燃料極層３、固体電解質層４は、一方の平坦面（一方側主面：下面）から両端の弧状面ｍを経由して他方の平坦面ｎ（他方側主面：上面）まで形成されており、固体電解質層４の両端部にはインターコネクタ層８の両端部が積層されて接合されている。
【００２１】
つまり、ガス遮断性を有する固体電解質層４とインターコネクタ層８とで支持体１を取り囲み、内部を流通する燃料ガスが外部に漏出しないように構成されている。言い換えれば、固体電解質層４とインターコネクタ層８とで、ガス遮断性を有する楕円筒状体を形成し、この楕円筒状体の内部が燃料ガス流路とされ、燃料極層３に供給される燃料ガスと、酸素極層６に供給される酸素含有ガスとが、楕円筒状体で遮断されている。
【００２２】
具体的に説明すると、図示しないが、平面形状が矩形状の酸素極層６が、支持体１の上下端部を除いて形成されており、一方、インターコネクタ層８は、図１（ｂ）に示すように、支持体１の長さ方向Ｌの上端から下端まで形成されており、その幅方向Ｗの両端部が、固体電解質層４の両端部の表面に接合されている。
【００２３】
ここで、燃料電池セル１０は、燃料極層３と酸素極層６とが固体電解質層４を介して対面している部分が燃料電池として機能して発電する。即ち、酸素極層６の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持体１内の燃料ガス通路２に燃料ガス（水素含有ガス）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより発電する。そして、かかる発電によって生成した電流は、支持体１に設けられているインターコネクタ層８を介して集電される。
【００２４】
そして、本実施形態では、図１（ａ）、図２（ａ）に示すように、インターコネクタ層８は、支持体１側の内側層８ａと、該内側層８ａの外側に設けられた外側層８ｂとを具備するとともに、外側層８ｂは、内側層８ａよりも多孔質とされている。
【００２５】
インターコネクタ層８の内側層８ａの気孔率は０．２％以下、外側層８ｂの気孔率は０．３〜２．０％とされている。特には、内側層８ａの気孔率は０．２％未満、外側層８ｂの気孔率は０．５〜１．５％であることが望ましい。気孔率は、走査型電子顕微鏡の３００倍の写真について、画像解析装置で求めることができる。
【００２６】
インターコネクタ層８の厚みは、１０〜６０μｍ、特には２０〜５０μｍが望ましく、内側層８ａの厚みは、インターコネクタ層８全体の厚みの１０〜８３％の厚み、特には、５０〜８３％の厚みが望ましく、外側層８ｂの厚みは、インターコネクタ層８全体の厚みの１７〜９０％の厚み、特には、１７〜５０％の厚みが望ましい。内側層８ａの厚みは外側層８ｂよりも厚いことが望ましい。これにより、インターコネクタ層８によるガス遮断性および剥離を抑制できる。内側層８ａの厚みは３μｍ以上、特には５μｍ以上、さらには１０μｍ以上であることが望ましい。
【００２７】
インターコネクタ層８はＭｇおよびＮｉを含有するとともに、外側層８ｂは内側層８ａよりもＭｇおよびＮｉの量が少ない。これにより、外側層８ｂが内側層８ａよりも焼結性が悪いため、外側層８ｂが内側層８ａよりも多孔質となる。
【００２８】
なお、内側層８ａと外側層８ｂとの境界が明確でない場合があるが、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー分析（ＥＰＭＡ）で、ＮｉおよびＭｇを検出したとき、インターコネ
クタ層８の内側層８ａが多くなり、外側層８ｂが、内側層８ａと比較して極端に少なくなるため、その境界を、内側層８ａと外側層８ｂとの境界とすることができる。なお、気孔を形成するための造孔剤を添加して外側層成形体を用いて外側層８ｂを形成しても良い。
【００２９】
以上のように構成された燃料電池セルでは、インターコネクタ層８の支持体１側（内側層８ａ）が還元雰囲気に曝され、外側（外側層８ｂ）が酸化雰囲気に曝されるが、内側層８ａが還元膨張したとしても、外側層８ｂが内側層８ａより多孔質であるため、酸素が外側層８ｂ表面からインターコネクタ層８の厚み方向に深く浸入し、ＬａＣｒＯ３系酸化物の還元を抑制できるため、インターコネクタ層８全体の還元膨張を抑制でき、支持体１からの剥離を抑制できる。
【００３０】
なお、図２（ｂ）は、第２中間層７がない場合の形態を示すものである。すなわち、この形態では、インターコネクタ層８は、支持体１の平坦面ｎに直接接合している。このような燃料電池セルであっても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
図３は燃料極層が支持体１となる場合であるが、この場合であっても、図１と同様な作用効果を得ることができる。すなわち、図１の形態では、支持体１上に燃料極層３、固体電解質層４、酸素極層６を積層したが、図３のように、燃料極層自体を支持体１とし、この支持体１に、固体電解質層４、酸素極層６を設けても良い。
【００３２】
以下に、本実施形態の燃料電池セル１０を構成する各部材について説明する。導電性の支持体１は、燃料ガスを燃料極層３まで透過させるためにガス透過性であること、インターコネクタ層８を介して集電を行うために導電性であることが要求されることから、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯと、無機酸化物、例えば特定の希土類酸化物とにより形成されている。
【００３３】
特定の希土類酸化物とは、支持体１の熱膨張係数を固体電解質層４の熱膨張係数に近づけるために使用されるものであり、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む希土類酸化物が、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとの組み合わせで使用することができる。このような希土類酸化物の具体例としては、Ｙ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３を例示することができ、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとの固溶、反応が殆どなく、また、熱膨張係数が固体電解質層４と同程度であり、かつ安価であるという点から、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３が好ましい。
【００３４】
また、本実施形態においては、支持体１の良好な導電率を維持し、かつ熱膨張係数を固体電解質層４と近似させるという点で、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ：希土類酸化物＝３５：６５〜６５：３５の体積比で存在することが好ましい。なお、支持体１中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で、他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。
【００３５】
また、支持体１は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、多孔質であり、通常、開気孔率が２５％以上、特に３０％以上、支持体強度を考慮すると、３５％以下、特に３２％以下の範囲にあることが好ましい。また、支持体１の導電率は、３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。
【００３６】
なお、支持体１の平坦面ｎの長さ（支持体１の幅方向Ｗの長さ）は、例えば、１５〜３５ｍｍ、弧状面ｍの長さ（弧の長さ）は、２〜８ｍｍであり、支持体１の厚み（平坦面ｎ間の厚み）は１．５〜５ｍｍである。支持体１の長さは、例えば、１００〜３００ｍｍとされている。
【００３７】
燃料極層３は、電極反応を生じさせるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスにより形成することができる。例えば、希土類元素が固溶したＺｒＯ２または希土類元素が固溶したＣｅＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。なお、希土類元素としては、導電性支持体１において例示した希土類元素を用いることができ、例えばＹが固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
【００３８】
燃料極層３中の希土類元素が固溶したＺｒＯ２または希土類元素が固溶しているＣｅＯ２の含有量は、３５〜６５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉあるいはＮｉＯの含有量は、６５〜３５体積％であるのが好ましい。さらに、この燃料極層３の開気孔率は、１５％以上、特に２０〜４０％の範囲にあるのが好ましく、その厚みは、１〜３０μｍであるのが好ましい。
【００３９】
また、燃料極層３は、酸素極層６に対面する位置に形成されていればよいため、例えば酸素極層６が設けられている支持体１の下側の平坦面ｎにのみ燃料極層３が形成されていてもよい。すなわち、燃料極層３は支持体１の下側の平坦面ｎにのみ設けられ、固体電解質層４が燃料極層３表面、支持体１の両弧状面ｍ表面および燃料極層３が形成されていない支持体１の上側の平坦面ｎ上に形成された構造をしたものであってもよい。
【００４０】
固体電解質層４は、３〜１５モル％のＹ、Ｓｃ、Ｙｂ等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ２からなるセラミックスを用いるのが好ましい。また、希土類元素としては、安価であるという点からＹが好ましい。固体電解質層４は、部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ２からなるセラミックスに限定されるものではなく、従来、公知の、例えば、ランタンガレード系の固体電解質層であっても良いことは勿論である。
【００４１】
固体電解質層４と後述する酸素極層６との間に、固体電解質層４と酸素極層６との接合を強固とするとともに、固体電解質層４の成分と酸素極層６の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で第１中間層９が形成されている。
【００４２】
第１中間層９としては、Ｃｅ以外の他の希土類元素を含有するＣｅＯ２系焼結体からなるもので、例えば、（ＣｅＯ２）１−ｘ（ＲＥＯ１．５）ｘ（式中、ＲＥはＳｍ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄの少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満足する数）で表される組成を有していることが好ましい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、ＲＥとしてＳｍやＧｄを用いることが好ましく、例えば１０〜２０モル％のＳｍＯ１．５またはＧｄＯ１．５が固溶したＣｅＯ２からなることが好ましい。
【００４３】
酸素極層６としては、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスにより形成することが好ましい。かかるペロブスカイト型酸化物としては、Ｌａを含有する遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＳｒとＬａが共存するＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物の少なくとも１種が好ましく、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＣｏＯ３系酸化物が特に好ましい。なお、上記ペロブスカイト型酸化物においては、Ｂサイトに、ＣｏとともにＦｅやＭｎが存在しても良い。
【００４４】
また、酸素極層６は、ガス透過性を有する必要があり、従って、酸素極層６を形成する導電性セラミックス（ペロブスカイト型酸化物）は、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。さらに、酸素極層６の厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが好ましい。
【００４５】
インターコネクタ層８としては導電性セラミックスにより形成されている。燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、耐還元性、耐酸化性を有する導電性セラミックスとしては、例えば、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）等の導電性セラミックスが使用され、特に支持体１および固体電解質層４の熱膨張係数に近づける目的から、ＬａＣｒＯ３およびＭｇＯ、ＮｉＯ、またはＭｇＯ、ＮｉＯが固溶したＬａＣｒＯ３系酸化物が用いられる。なお、ＭｇＯ、ＮｉＯは、ＬａＣｒＯ３に固溶する場合がある。
【００４６】
また、インターコネクタ層８の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、１０〜６０μｍであることが好ましい。この範囲ならばガスのリークを防止できるとともに、電気抵抗を小さくできる。
【００４７】
さらに、支持体１とインターコネクタ層８との間には、インターコネクタ層８と支持体１との間の熱膨張係数差を軽減する等のために第２中間層７を形成することができる。
【００４８】
このような第２中間層７としては、燃料極層３と類似した組成とすることができる。例えば、希土類酸化物、希土類元素が固溶したＺｒＯ２、希土類元素が固溶したＣｅＯ２のうち少なくとも１種と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。より具体的には、例えばＹ２Ｏ３とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成や、Ｙが固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成、Ｙ、Ｓｍ、Ｇｄ等が固溶したＣｅＯ２とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成から形成することができる。なお、希土類酸化物や希土類元素が固溶したＺｒＯ２（ＣｅＯ２）と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとは、体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲とすることが好ましい。
【００４９】
以上説明した本実施形態の燃料電池セル１０の作製方法の一例について説明する。先ず、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ粉末と、Ｙ２Ｏ３などの希土類酸化物の粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して坏土を調製し、この坏土を用いて押出成形により支持体成形体を作製し、これを乾燥する。なお、支持体成形体として、支持体成形体を９００〜１０００℃にて２〜６時間仮焼した仮焼体を用いてもよい。
【００５０】
次に、例えば所定の調合組成に従い、ＮｉＯと、Ｙ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）との素原料を秤量、混合する。この後、混合した粉体に、有機バインダーおよび溶媒を混合して燃料極層用スラリーを調製する。
【００５１】
そして、希土類元素が固溶したＺｒＯ２粉末に、トルエン、バインダー粉末、市販の分散剤等を加えてスラリー化したものをドクターブレード等の方法により、成形してシート状の固体電解質層成形体を作製する。
【００５２】
得られたシート状の固体電解質層成形体上に燃料極層用スラリーを塗布し乾燥して燃料極層成形体を形成し、シート状の積層成形体を形成する。この燃料極層成形体および固体電解質層成形体が積層したシート状の積層成形体の燃料極層成形体側の面を導電性支持体成形体に積層し、積層成形体を形成し、これを８００〜１２００℃で２〜６時間仮焼する。
【００５３】
続いて、インターコネクタ層材料（例えば、ＬａＣｒＯ３系酸化物粉末＋ＭｇＯ粉末＋ＮｉＯ粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合して、ＮｉＯおよびＭｇＯの多いスラリーと、ＮｉＯおよびＭｇＯの少ないスラリーを作製する（インターコネクタ層用スラリー）。
【００５４】
続いて、支持体１とインターコネクタ層８との間に位置する第２中間層７の成形体を形成する。例えば、Ｙが固溶したＺｒＯ２とＮｉＯが体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲となるように混合して乾燥し、有機バインダー等を加えて第２中間層用スラリーを調整し、固体電解質層成形体の両端部間における支持体成形体上に塗布して第２中間層成形体を形成する。
【００５５】
続いて固体電解質層４と酸素極層６との間に配置する第１中間層９を形成する。例えば、ＧｄＯ１．５が固溶したＣｅＯ２粉末を８００〜９００℃にて２〜６時間、熱処理を行い、第１中間層成形体用の原料粉末を調整する。この原料粉末に、溶媒としてトルエンを添加し、第１中間層用スラリーを作製し、このスラリーを固体電解質層成形体上に塗布して第１中間層成形体を作製する。
【００５６】
この後、固体電解質成形体（仮焼体）の両端部上に、インターコネクタ層用成形体の両端部が積層されるように、第２中間層成形体上面にインターコネクタ層用スラリーを塗布し、積層成形体を作製する。この際、先ず、ＮｉＯおよびＭｇＯの多いインターコネクタ層用スラリーを塗布し、乾燥して内側層成形体を形成した後、この内側層成形体上にＮｉＯおよびＭｇＯの少ないインターコネクタ層用スラリーを塗布し、乾燥して外側層成形体を形成し、インターコネクタ層用成形体を形成する。
【００５７】
なお、内側層成形体と外側層成形体とが積層されたインターコネクタ層用シートを作製し、固体電解質成形体の両端部上に、インターコネクタ層用シートの両端部が積層されるように、かつ、第２中間層成形体上面に内側層成形体が当接するように、第２中間層成形体上面にインターコネクタ層用シートを積層し、積層成形体を作製することもできる。
【００５８】
インターコネクタ層用シートは、ＮｉＯおよびＭｇＯの多いインターコネクタ層用スラリーを塗布し、乾燥して内側層成形体を形成した後、この内側層成形体上にＮｉおよびＭｇの少ないインターコネクタ層用スラリーを塗布し、乾燥して外側層成形体を形成して作製できる。また、内側層成形体と、外側層成形体とを別個にそれぞれ作製し、これらを積層することによってもインターコネクタ層用シートを作製することができる。
【００５９】
次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、酸素含有雰囲気中、１４００〜１５００℃、特には１４２５〜１４７５℃にて２〜６時間、同時焼結（同時焼成）する。
【００６０】
ＮｉＯおよびＭｇＯの少ない外側層成形体は、ＮｉＯおよびＭｇＯの多い内側層成形体よりも焼結性が低いため、同時焼成後には、外側層８ｂは内側層８ａよりも多孔質となる。
【００６１】
さらに、酸素極層用材料（例えば、ＬａＣｏＯ３系酸化物粉末）、溶媒および造孔剤を含有するスラリーをディッピング等により第１中間層上に塗布し、１０００〜１３００℃で、２〜６時間焼き付けることにより、図１に示す構造の本実施形態の燃料電池セル１０を製造できる。
【００６２】
図４は、上述した燃料電池セル１０の複数個を、集電部材１３を介して電気的に直列に接続して構成されたセルスタック装置の一例を示したものであり、（ａ）はセルスタック装置１１を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置１１の一部拡大断面図であり、（ａ）で示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、（ｂ）において（ａ）で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示しており、（ｂ）で示す燃料電池セル１０においては、上述した第１中間層９等の一部の部材を省略して示している。
【００６３】
なお、セルスタック装置１１においては、各燃料電池セル１０を、集電部材１３を介して配列することでセルスタック１２を構成しており、各燃料電池セル１０の下端部が、燃料電池セル１０に燃料ガスを供給するためのガスタンク１６に、ガラスシール材等の接着剤により固定されている。また、ガスタンク１６に下端部が固定された弾性変形可能な導電部材１４により、燃料電池セル１０の配列方向の両端から、セルスタック１２を挟持している。
【００６４】
また、図４に示す導電部材１４においては、燃料電池セル１０の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック１２（燃料電池セル１０）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部１５が設けられている。
【００６５】
燃料電池セル１０の下端部は、ガスタンク１６の上面に形成された開口部内に挿入され、ガラスシール材等の接着剤により固定されている。
【００６６】
図５は、セルスタック装置１１を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール１８の一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器１９の内部に、図４に示したセルスタック装置１１を収納して構成されている。
【００６７】
なお、燃料電池セル１０にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器２０をセルスタック１２の上方に配置している。そして、改質器２０で生成された燃料ガスは、ガス流通管２１を介してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６を介して燃料電池セル１０の内部に設けられた燃料ガス通路２に供給される。
【００６８】
なお、図５においては、収納容器１９の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置１１および改質器２０を後方に取り出した状態を示している。図５に示した燃料電池モジュール１８においては、セルスタック装置１１を、収納容器１９内にスライドして収納することが可能である。なお、セルスタック装置１１は、改質器２０を含むものとしても良い。
【００６９】
また収納容器１９の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材２２は、図５においてはガスタンク１６に並置された一対のセルスタック１２の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル１０の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、燃料電池セル１０の下端部に酸素含有ガスを供給する。そして、燃料電池セル１０の燃料ガス通路２より排出される燃料ガスを酸素含有ガスと反応させて燃料電池セル１０の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル１０の温度を上昇させることができ、セルスタック装置１１の起動を早めることができる。また、燃料電池セル１０の上端部側にて、燃料電池セル１０のガス通路２から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、燃料電池セル１０（セルスタック１２）の上方に配置された改質器２０を温めることができる。それにより、改質器２０で効率よく改質反応を行うことができる。
【００７０】
さらに、本実施形態の燃料電池モジュール１８では、上述した燃料電池セル１０を用いたセルスタック装置１１を収納容器１９内に収納してなることから、発電性能が高く、長期信頼性が向上した燃料電池モジュール１８とすることができる。
【００７１】
図６は、外装ケース内に図５で示した燃料電池モジュール１８と、セルスタック装置１１を動作させるための補機（図示せず）とを収納してなる燃料電池装置の一例を示す斜視図である。なお、図６においては一部構成を省略して示している。
【００７２】
図６に示す燃料電池装置２３は、支柱２４と外装板２５とから構成される外装ケース内を仕切板２６により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール１８を収納するモジュール収納室２７とし、下方側を燃料電池モジュール１８を動作させるための補機類を収納する補機収納室２８として構成されている。なお、補機収納室２８に収納する補機類は省略して示している。
【００７３】
また、仕切板２６には、補機収納室２８の空気をモジュール収納室２７側に流すための空気流通口２９が設けられており、モジュール収納室２７を構成する外装板２５の一部に、モジュール収納室２７内の空気を排気するための排気口３０が設けられている。
【００７４】
このような燃料電池装置２３においては、上述したように、発電性能が高く、信頼性を向上することができる燃料電池モジュール１８をモジュール収納室２７に収納して構成されることにより、発電性能が高く、信頼性の向上した燃料電池装置２３とすることができる。
【００７５】
以上、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。例えば、上記実施形態では、中空平板型の固体酸化物形燃料電池セルについて説明したが、円筒型の固体酸化物形燃料電池セルであっても良いことは勿論である。また、いわゆる横縞型燃料電池セルであっても良い。さらに、各部材間に機能に合わせて各種中間層を形成しても良い。
【００７６】
さらに、上記形態では燃料電池セル、セルスタック装置、燃料電池モジュールならびに燃料電池装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気（水）を電気分解することにより、水素と酸素（Ｏ２）を生成する電解セル（ＳＯＥＣ）およびこの電解セルを備える電解モジュールおよび電解装置にも適用することができる。
【実施例】
【００７７】
先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．９μｍのＹ２Ｏ３粉末を混合し、有機バインダーと溶媒にて作製した坏土を押出成形法にて成形し、乾燥、脱脂して導電性の支持体成形体を作製した。支持体成形体は、体積比率が、ＮｉＯが４８体積％、Ｙ２Ｏ３が５２体積％であった。
【００７８】
次に、８ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３が固溶したマイクロトラック法による粒径が０．８μｍのＺｒＯ２粉末（固体電解質層原料粉末）に、有機バインダーと溶媒とを混合して得られたスラリーを用いて、ドクターブレード法にて固体電解質層シートを作製した。
【００７９】
第１中間層成形体を形成するためのスラリーは、ＣｅＯ２を９０モル％、希土類元素の酸化物（ＧｄＯ１．５、ＳｍＯ１．５）を１０モル％含む複合酸化物を、溶媒としてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて振動ミル又はボールミルにて粉砕し、９００℃にて４時間仮焼処理を行い、再度ボールミルにて解砕処理し、セラミック粒子の凝集度を調製し、この粉体に、バインダーと溶媒とを添加し、混合して作製した。
【００８０】
次に平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末とＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２粉末と有機バインダーと溶媒とを混合した燃料極層用スラリーを作製し、固体電解質層用シート上にスクリーン印刷法にて塗布し乾燥して燃料極層成形体を形成した。
【００８１】
固体電解質層用シートに燃料極層成形体を形成したシート状の積層成形体を、その燃料極層成形体側の面を内側にして、支持体成形体の所定位置に積層した。
【００８２】
続いて、上記のような成形体を積層した積層成形体を１０００℃にて３時間仮焼処理した。この後、第１中間層成形体を形成するためのスラリーを、スクリーン印刷法にて、固体電解質仮焼体の上面に塗布し乾燥して、第１中間層成形体を形成した。
【００８３】
続いて、平均粒径０．７μｍのＬａＣｒＯ３粉末と、ＮｉＯ粉末と、ＭｇＯ粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合したインターコネクタ層用スラリーを作製した。スラリーは、内側層成形体用として、ＬａＣｒＯ３粉末１００重量部に対して、ＮｉＯ粉末、ＭｇＯ粉末をそれぞれ５重量部添加した内側層成形体用スラリーと、外側層成形体用として、ＬａＣｒＯ３粉末１００重量部に対して、ＮｉＯ粉末、ＭｇＯ粉末をそれぞれ２重量部添加した外側層成形体用スラリーを準備した。
【００８４】
ＮｉとＹＳＺとからなる原料を混合して乾燥し、有機バインダーと溶媒とを混合して第２中間層用スラリーを調整した。調整した第２中間層用スラリーを、支持体の燃料極層（および固体電解質層）が形成されていない部分（支持体が露出した部分）に塗布して第２中間層成形体を積層し、第２中間層成形体の上に、インターコネクタ層用スラリーを塗布した。
【００８５】
すなわち、先ず、ＮｉＯ粉末およびＭｇＯ粉末の多い内側層成形体用スラリーを塗布し、乾燥して内側層成形体を形成した後、この内側層成形体上にＮｉＯ粉末およびＭｇＯ粉末の少ない外側層成形体用スラリーを塗布し、乾燥して外側層成形体を形成し、第２中間層成形体の上にインターコネクタ層用成形体を形成した。
【００８６】
次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、大気中で１４５０℃で２時間同時焼成した。
【００８７】
次に、平均粒径２μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３粉末と、イソプロピルアルコールとからなる混合液を作製し、固体電解質上面における第１中間層の表面に噴霧塗布し、酸素極層成形体を形成し、１１００℃にて４時間で焼き付け、酸素極層を形成し、図１に示す燃料電池セルを作製した。
【００８８】
なお、作製した燃料電池セルの寸法は２５ｍｍ×２００ｍｍで、支持体の厚み（平坦面ｎ間の厚み）は２ｍｍ、燃料極層の厚さは１０μｍ、開気孔率２４％、固体電解質層の厚みは２０μｍ、酸素極層の厚みは５０μｍ、開気孔率４０％、インターコネクタ層の厚みは３０μｍであった。
【００８９】
作製した１０本の燃料電池セルのインターコネクタ層において、内側層と外側層の気孔率を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の３００倍の写真について、画像解析装置でそれぞれ求め、平均値を表１に記載した。また、同時に厚みもＳＥＭ写真から求め、平均値を表１に記載した。表１の厚みの欄の（）内には、インターコネクタ層の全体厚みに占める比率（％）を記載した。
【００９０】
１０本の燃料電池セルの内部に水素ガスを流し、外側に空気を流し、８５０℃で１０時間、導電性支持体および燃料極層の還元処理を施し、還元処理後のインターコネクタ層の剥離状態を２０倍の双眼顕微鏡で確認し、１０本中１本でも、また１本のセルの一部でも剥離していた場合には剥離有りとした。
【００９１】
インターコネクタ層によるガス遮断性を、１０本の燃料電池セルのリーク試験で確認した。リーク試験は、所定の部材により一方側の燃料ガス通路を封止した燃料電池セルを水の中にいれ、燃料電池セルの他方側の燃料ガス通路から３ｋｇ／ｃｍ２に加圧されたＨｅガスを６０秒供給する試験である。１０本の燃料電池セルのインターコネクタ層から気泡
が生じなかった試料に○を記載し、２本以下の燃料電池セルのインターコネクタ層から気泡が生じた試料に△を記載し、その結果を表１に記載した。
【００９２】
【表１】
2015082389.tif 000010
この表１から、インターコネクタ層全体が気孔率０．１％と緻密質である試料Ｎｏ．１では、インターコネクタ層の剥離が見られた。これに対して、外側層が内側層よりも多孔質である試料Ｎｏ．２〜８については、インターコネクタ層の剥離が見られなかった。さらに、外側層の厚みが、インターコネクタ層全体の厚みの１７〜５０％の厚みである場合には、ガスシール性能も良好となることがわかる。
【符号の説明】
【００９３】
１：支持体
２：燃料ガス通路
３：燃料極層（第１電極層）
４：固体電解質層
６：酸素極層（第２電極層）
８：インターコネクタ層
８ａ：内側層
８ｂ：外側層
１１：セルスタック装置
１８：燃料電池モジュール
２３：燃料電池装置