(57)【要約】      （修正有）【課題】割れ等の破損を防止することができる固体酸化物形燃料電池単セル及び固体酸化物形燃料電池スタック並びに固体酸化物形燃料電池単セルの製造方法を提供すること。【解決手段】空気極層９１の外縁部２０３に対して、レーザー加工によって表面を研削して平坦化するので、外縁部２０３は従来のように盛り上げっていない。そのため、燃料電池単セル７９を積層して燃料電池スタックを製造する際に、インターコネクタの凸状の集電部が空気極層９１に押し当てられても、押圧部分に大きな応力集中が発生しない。その結果、燃料電池単セル７９にセル割れが発生し難い。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面側に設けられて燃料ガスと接する燃料極層と、前記固体電解質層の他方の面側に設けられて酸化剤ガスと接する空気極層と、を備えた板状の固体酸化物形燃料電池単セルにおいて、
前記空気極層及び前記燃料極層の少なくとも一方の外側表面に、レーザー加工によって表面が研削されて平坦化された外縁部を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池単セル。
【請求項２】
前記外側表面は、平面視で中央部と該中央部の周囲に設けられた前記外縁部とを有し、前記外縁部の平均の高さ（Ａ）は、前記中央部の平均の高さ（Ｂ）の＋５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池単セル。
【請求項３】
前記外縁部の平均の高さ（Ａ）は、前記中央部の平均の高さ（Ｂ）の−５μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池単セル。
【請求項４】
前記外縁部は、前記中央部を全周にわたって囲むように環状に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の固体酸化物形燃料電池単セル。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の複数の固体酸化物形燃料電池単セルを、前記固体酸化物形燃料電池単セルの厚み方向に積層したことを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項６】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池単セルの製造方法であって、
前記外側表面の外縁部の表面を、前記レーザー加工によって研削して平坦化することを特徴とする固体酸化物形燃料電池単セルの製造方法。
【請求項７】
前記レーザー加工に、１００Ｗ以下のレーザー出力を用いることを特徴とする請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池単セルの製造方法。
【請求項８】
前記外側表面の外縁部の同一表面に対し、レーザー光を複数回照射して前記平坦化を行うことを特徴とする請求項６又は７に記載の固体酸化物形燃料電池単セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料極及び空気極を有する固体電解質層を備えた固体酸化物形燃料電池単セルと、その固体酸化物形燃料電池単セルを複数積層した固体酸化物形燃料電池スタックと、固体酸化物形燃料電池単セルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池として、固体電解質（固体酸化物）を用いた固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）が知られている。
このＳＯＦＣとしては、例えば板状の固体電解質層（固体酸化物層）の各面に燃料極と空気極とを備えた固体酸化物形燃料電池単セル（以下燃料電池単セルと記すこともある）を、金属製のインターコネクタなどを介して多数積層して、固体酸化物形燃料電池スタック（以下燃料電池スタックと記すこともある）を形成したものが製造されている。
【０００３】
そして、このＳＯＦＣでは、燃料極に燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給し、燃料及び空気中の酸素を固体電解質層を介して化学反応させることによって電力を発生させている。
【０００４】
また、上述したＳＯＦＣを製造する際には、個々の燃料電池単セルを製造するが、例えば燃料極が支持体となる支持型燃料電池単セルを製造する場合には、燃料極の表面に固体電解質層を形成して焼成したハーフセルの表面（即ち固体電解質層の表面）に、スクリーン印刷によって空気極を形成している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２０４１４９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、上述した従来技術のように、固体電解質層の表面に、スクリーン印刷によって空気極を形成する場合には、いわゆるサドル現象（全面に印刷する際に周囲が厚くなる現象）によって、図１２に示すように、空気極Ｐ１の外縁部Ｐ２に１０〜２０μｍの凸部Ｐ３が生じる。
【０００７】
そのため、このような凸部Ｐ３を有する空気極Ｐ１を備えた燃料電池単セルＰ４を、インターコネクタＰ５等を介して厚み方向に積層して燃料電池スタックを製造すると、インターコネクタＰ５の集電部Ｐ６によって空気極Ｐ１の表面が押圧されるので、集電部Ｐ６と接触する空気極Ｐ１の凸部Ｐ３に過度に応力が集中する。
【０００８】
つまり、インターコネクタＰ３の表面に凸状の集電部Ｐ６が形成されている場合には、その集電部Ｐ６が空気極Ｐ１の凸部Ｐ３を押圧することによって、凸部Ｐ３に大きな応力集中が発生する。
【０００９】
その結果、燃料電池単セルＰ４（特に固体電解質層Ｐ７など）に割れ（セル割れ）等の破損が発生するという問題があった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、割れ等の破損を防止することができる固体酸化物形燃料電池単セル及び固体酸化物形燃料電池スタック並びに固体酸化物形燃料電池単セルの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、第１態様として、固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面側に設けられて燃料ガスと接する燃料極層と、前記固体電解質層の他方の面側に設けられて酸化剤ガスと接する空気極層と、を備えた板状の固体酸化物形燃料電池単セルにおいて、前記空気極層及び前記燃料極層の少なくとも一方の外側表面に、レーザー加工によって表面が研削されて平坦化された外縁部を有することを特徴とする。
【００１１】
本第１態様では、空気極層及び燃料極層の少なくとも一方の外側表面（内側の固体電解質層側と反対の表面）のうち、外周部分を構成する外縁部の表面は、レーザー加工によって表面が研削されて平坦化されている。
【００１２】
従って、複数の燃料電池単セルを積層して燃料電池スタックを組み付ける際に、（空気極層や燃料極層との導通を確保する）集電部と空気極層や燃料極層とが接触した場合でも、空気極層や燃料極層の接触部分に大きな応力集中が生じ難い。よって、燃料電池単セル（特に固体電解質層など）に割れ（セル割れ）等の破損が発生し難いという顕著な効果を奏する。
【００１３】
また、外縁部の表面は平坦であるので、集電部が外縁部の表面に広い範囲で接することができる。そのため、電気抵抗が小さく（導電性が高く）、よって、燃料電池の性能が高いという利点がある。
【００１４】
（２）本発明は、第２態様として、前記外側表面は、平面視で中央部と該中央部の周囲に設けられた前記外縁部とを有し、前記外縁部の平均の高さ（Ａ）は、前記中央部の平均の高さ（Ｂ）の＋５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
本第２態様では、中央部と外縁部との高さの差が少ないので、上述したセル割れ等が少なく、しかも、導電性が高いという利点がある。
なお、平均の高さとして、複数点（例えば１０点）の高さを測定し、その平均を用いることができる。
【００１６】
（３）本発明は、前記外縁部の平均の高さ（Ａ）は、前記中央部の平均の高さ（Ｂ）の−５μｍ以上であることを特徴とする。
本第３態様では、中央部と外縁部との高さの差が少ないので、上述したセル割れ等が少なく、しかも、導電性が高いという利点がある。
【００１７】
（４）本発明は、第４態様として、前記外縁部は、前記中央部を全周にわたって囲むように環状に形成されていることを特徴とする。
本第４態様は、外縁部の構成を例示している。
【００１８】
（５）本発明は、第５態様として、前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の複数の固体酸化物形燃料電池単セルを、前記固体酸化物形燃料電池単セルの厚み方向に積層したことを特徴とする。
【００１９】
本発明は、固体酸化物形燃料電池スタックを例示している。この固体酸化物形燃料電池スタックでは、セル割れ等が少ないので歩留まりや耐久性が高く、電池性能が高いという効果がある。
【００２０】
（６）本発明は、第６態様として、前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池単セルの製造方法であって、前記外側表面の外縁部の表面を、前記レーザー加工によって研削して平坦化することを特徴とする。
【００２１】
本発明では、レーザー加工によって、外縁部の表面を研削するので、加工の際に、空気極層や燃料極層に機械的な力が加わることがない。よって、空気極層や燃料極層などが破損し難いという効果がある。
【００２２】
（７）本発明は、第７態様として、前記レーザー加工に、１００Ｗ以下のレーザー出力を用いることを特徴とする。
本第７態様では、低出力のレーザーを使用するので、外縁部を過度に研削することがなく、作業性に優れているという利点がある。
【００２３】
（８）本発明は、第８態様として、前記外側表面の外縁部の同一表面に対し、レーザー光を複数回照射して前記平坦化を行うことを特徴とする。
本第８態様では、低出力のレーザーを用いて複数回のレーザー加工を行うので、研削量の調整が容易であるという利点がある。
【００２４】
なお、本発明においては、「単セル」は、少なくとも、空気極層、固体電解質層、燃料極層が積層された積層体のことを指すが、例えば、更に反応防止層を備えたものなどがあり、前記積層体に限定されるものではない。また、「セル」としては、例えば、インターコネクタ、集電部、単セル、セパレータ、ガスシール部、を含めた構造体のことが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例の固体電解質形燃料電池スタックを示す斜視図である。
【図２】固体電解質形燃料電池単セルを一部分解して示す説明図である。
【図３】固体電解質形燃料電池単セルを分解して示す斜視図である。
【図４】固体電解質形燃料電池単セルを厚み方向に破断し、その内部構造の要部を模式的に示す説明図である。
【図５】固体電解質形燃料電池単セルを示す平面図である。
【図６】固体電解質形燃料電池単セルを厚み方向に破断し、その空気極層と集電部との接触部分を拡大して模式的に示す説明図である。
【図７】固体電解質形燃料電池単セルの製造方法を示す説明図である。
【図８】空気極層の材料を印刷する方法を示し、（ａ）は材料を塗布した状態を各部の断面にて示す説明図、（ｂ）は塗布後にスクリーンを分離する状態を各部の断面にて示す説明図である。
【図９】レーザートリミングの方法を示し、（ａ）は外縁部にレーザーを照射した状態を示す断面図、（ｂ）はレーザー装置を移動させてレーザーの照射位置を変更する状態を示す斜視図である。
【図１０】実験結果を示し、（ａ）はレーザー加工後の外縁部の高さの変化を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）の丸で囲む要部を拡大して示すグラフである。
【図１１】レーザー加工による加工面の加工痕を示す写真である。
【図１２】従来技術の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、本発明を実施するための形態（実施例）について、すなわち、固体電解質形燃料電池単セル及び固体電解質形燃料電池スタック並びに固体電解質形燃料電池単セルの製造方法の実施例について説明する。
【実施例】
【００２７】
ａ）まず、固体電解質形燃料電池スタック（ＳＯＦＣスタック）について説明する。
尚、以下では、「固体電解質形」を省略する。
図１に示す様に、燃料電池スタック１は、平面視が正方形の直方体形状であり、板状の複数の燃料電池単セル３を、その厚み方向に多数積層したものである。なお、燃料電池単セル３は、燃料ガス（例えば都市ガスを改質した水素）と酸化剤ガス（例えば空気）との反応によって発電する発電単位であり、複数の燃料電池単セル３は、電気的に直列に接続されている。
【００２８】
前記燃料電池スタック１は、（同図上方の）上面５と（同図下方の）底面７と燃料電池スタック１を積層方向に貫く貫通孔２１〜２８とを有している。このうち、貫通孔２１〜２４は，平面視で、上面５及び底面７の外周の辺近傍を貫通し、貫通孔２５〜２８は、平面視で、上面５及び底面７の頂点近傍を貫通する。
【００２９】
また、貫通孔２１〜２８には、締結具であるボルト４１〜４８が挿通され、このボルト４１〜４８に、ナット５１、５２、５５、５６、５８（ナットの一部は図示略）が取り付けられている。なお、燃料電池スタック１内では、貫通孔２１〜２４（即ちボルト４１〜４４の周囲の空間）を介して、燃料ガスや酸化剤ガス（以下空気と記す）が流通する。
【００３０】
更に、上面５側の貫通孔２１〜２４の開口には、パイプ６１、６３が垂直に接合された枝部材６５が配置されている。なお、この枝部材６５では、各パイプ６１、６３の連通する貫通孔（図示せず）を介して、燃料ガスや空気が流通する。
【００３１】
従って、例えば、外部より燃料電池スタック１内に、枝部材６５及び貫通孔２１を介して空気が供給され、燃料電池スタック１内から外部に、枝部材６５及び貫通孔２２を介して発電後の残余の燃料ガスが排出され、外部より燃料電池スタック１内に、枝部材６５及び貫通孔２３を介して燃料ガスが供給され、燃料電池スタック１内から外部に、枝部材６５及び貫通孔２４を介して発電後の残余の空気が排出される。
【００３２】
ｂ）次に、燃料電池セル３の構成について説明する。
図２に示すように、燃料電池セル３は、いわゆる燃料極支持形タイプの燃料電池単セルである。この燃料電池セル３は、上下一対の金属製のインターコネクタ７１ａ、７１ｂ（７１と総称する）の間に、集電部７３ａ（７３と総称する）、ガスシール部７５、（セパレータ７７と一体の）燃料電池単セル７９、燃料極フレーム８１、ガスシール部８３、集電部７３ｂが配置され、それらが積層されて一体に構成されている。なお、セパレータ７７が接合された燃料電池単セル７９をセパレータ付燃料電池単セル８０と称する。
【００３３】
なお、各インターコネクタ７１と各集電部７３とは一体に構成されている。つまり、一方のインターコネクタ７１ａの下面に凸状に集電部７３ａが設けられ、他方のインターコネクタ７１ｂの上面に凸状に集電部７３ｂが設けられている。
【００３４】
また、燃料電池単セル７９と一方のインターコネクタ７１ａとの間に空気流路８５が設けられ、燃料電池単セル７９と他方のインターコネクタ７１ｂとの間に燃料ガス流路８７が設けられている。
【００３５】
前記燃料電池単セル７９は、後に詳述するように、主として、空気極（カソード）層９１、反応防止層９３、固体電解質層９５、燃料極（アノード）層９７が積層されて構成されている。なお、燃料電池単セル７９の外周には、板状のセパレータ７７が接合されている。
【００３６】
以下、図３に示すように、燃料電池セル３を構成する各部材について、更に詳細に説明する。
なお，燃料電池セル３の平面形状は正方形であるので、燃料電池セル３を構成する各部材の平面形状も正方形に形成することが望ましい。
【００３７】
インターコネクタ７１は、例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．３〜２．０ｍｍの板材であり、その外縁部には，前記ボルト４１〜４８が貫挿される例えば直径１０ｍｍの丸孔である貫通孔２１〜２８が、等間隔に形成されている。
【００３８】
ガスシール部７５は、空気極層９１側に配置され、例えばマイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材であり、その四隅の角部には、前記ボルト４５〜４８が貫挿される各貫通孔２５〜２８が形成されている。
【００３９】
このガスシール部７５の四方の各辺の縁部には，前記ボルト４１〜４４が貫挿される各貫通孔２１〜２４と連通するように、その辺に沿って、ガスの流路となる長方形の貫通孔１２１〜１２４が形成されている。
【００４０】
ガスシール部７５には、中央の正方形の開口部１２５と左右の貫通孔１２１、１２３とが連通するように、ガスシール部７５の対向する枠部分に、ガス流路となる溝１２７が複数本形成されている。
【００４１】
セパレータ７７は、燃料電池単セル７９の外縁部（詳しくは固体電解質層９５）の上面に接合して空気流路８５と燃料ガス流路８７との間を遮断する板材である。このセパレータ７７は、例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．０２〜０．３０ｍｍの正方形の枠状の板状であり、その中央の正方形の開口部１３５には、開口部１３５を閉塞するように前記燃料電池単セル７９が接合される。
【００４２】
このセパレータ７９においても、前記ガスシール部７５と同様に，その四隅の角部に同形状の各貫通孔２５〜２８が形成されるとともに、四方の各辺に沿って長方形の貫通孔１３１〜１３４が形成されている。
【００４３】
燃料極フレーム８１は、燃料ガス流路８７側に配置され、中央に開口部１５５を備えた例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．５〜２．０ｍｍの枠状の板材である。前記燃料極フレーム８１は，前記セパレータ７７と同様に，その四隅の角部に同形状の各貫通孔２５〜２８が形成されるとともに、四方の各辺に沿って、ガス流路となる長方形の貫通孔１５１〜１５４が形成されている。
【００４４】
ガスシール部８３は、燃料極層９７側に配置され、例えばマイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材であり、その四隅の角部には，前記ボルト４５〜４８が貫挿される各貫通孔２５〜２８が形成されている。
【００４５】
このガスシール部８３の四方の各辺の縁部には、前記ボルト４１〜４４が貫挿される各貫通孔２１〜２４と連通するように、その辺に沿って，ガスの流路となる長方形の貫通孔１６１〜１６４が形成されている。
【００４６】
ガスシール部８３には、中央の正方形の開口部１６５と左右の貫通孔１６１、１６３とが連通するように、ガスシール部８３の対向する枠部分に、ガス流路となる溝１６７が複数本形成されている。
【００４７】
ｃ）次に、本実施例の要部である燃料電池単セル７９の構成について、詳細に説明する。
図４に模式的に示すように、燃料電池単セル７９は、空気極層９１、反応防止層９３、固体電解質層９５、燃料極層９７が積層されたものである。
【００４８】
このうち、前記空気極層９１は、集電層９１ａと機能層９１ｂとが積層された多孔質の層である。
空気極層９１の集電層９１ａの材料としては、例えばペロブスカイト系酸化物、各種貴金属、及び貴金属とセラミックのサーメットを使用できる。ペロブスカイト系酸化物として、ＬＳＣＦ（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複酸化物）を挙げることができる。
【００４９】
一方、機能層９１ｂの材料としては、例えばＬＳＣＦにＧＤＣ（ガドリニアドープトセリア）を添加したものが挙げられる。
前記空気極層９１の厚みとしては、例えば１００〜３００μｍ（例えば集電層９１ａが１５０μｍ、機能層９１ｂが２５μｍ）程度を採用できる。
【００５０】
反応防止層９３は、空気極層９１を構成する材料と固体電解質層９５を構成する材料との反応を防止する層である。反応防止層９３の材料としては、例えばＧＤＣを挙げることができ、その厚さは、例えば５μｍ程度である。
【００５１】
固体電解質層９５の材料としては、例えばＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア），ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリアドープトセリア）、ＧＤＣ、ペロブスカイト系酸化物が挙げられる。この固体電解質層９５は緻密であり、その厚みは例えば１０μｍ程度である。
【００５２】
前記燃料極層９７は、機能層９７ａと基板層９７ｂとが積層された多孔質の層である。なお、機能層９７ａより基板層９７ｂの方が気孔率が大きい。
燃料極層９７の材料としては、例えばＮｉ等の金属、Ｎｉ等の金属とセラミックとのサーメット（一例として、Ｎｉ金属とＺｒＯ２系セラミック（ＹＳＺ等）の混合物）などを用いることができる。
【００５３】
なお，Ｎｉ金属とＺｒＯ２系セラミックの混合物を用いる場合、ＮｉＯとＺｒＯ２系セラミックの混合物（ＮｉＯ−ＺｒＯ２）を初期材料（燃料電池単セル３の動作開始前の構成材料）として用いることができる。燃料極層９７側では還元雰囲気に曝されるために，還元反応が進行した結果、ＮｉＯとＺｒＯ２系セラミックの混合物が、Ｎｉ金属とＺｒＯ２系セラミックの混合物に変化するからである。
【００５４】
燃料極層９７の厚みは、０．５〜５ｍｍ程度（例えば機能層９７ａが２０μｍ、基板層９７ｂが８００μｍ）、好ましくは、０．７〜１．５ｍｍ程度である。固体電解質層９５等を支持するための十分な機械的強度等を有する支持基板とするためである。
【００５５】
また、空気極層９１の表面（同図上面）には、インターコネクタ７１ａの下面側の各集電部７３ａが、それぞれ接触しており、同様に、燃料極層９７の表面（同図下面）には、インターコネクタ７１ｂの上面側の各集電部７３ｂが、それぞれ接触している。
【００５６】
なお、各集電部７３は、各インターコネクタ７１の表面に、（平面視で）格子状に設けられている。
また、図５に示すように、上述した燃料電池単セル７９は、中央部分に露出するように正方形の空気極層９１が配置されており、その空気極層９１の外周を正方形の枠状に囲むように反応防止層９３が露出し、更に、その反応防止層９３の外周を正方形の枠状に囲むように固体電解質層９５が露出している。
【００５７】
特に本実施例では、空気極層９１の外側表面は、平面視で、正方形の中央部２０１とその外周を囲む枠状の外縁部２０３とから構成されており、外縁部２０３の表面はレーザー加工によって研削されている。なお、中央部２０１は、１辺が６０〜１１０ｍｍの正方形であり、外縁部２０３は、幅１〜５ｍｍの帯状である。
【００５８】
つまり、図６に更に要部を拡大して示すように、空気極層９１の上面のうち、外縁部２０３の上面は、後述するように、上面側よりレーザーによって削り取られて、中央部２０１の表面とほぼ同じ高さ（高さの違いは±５μｍ以内）となっている。そのため、上面側（空気極層９１側）にある複数の集電部７３ａの下面は、空気極層９１の上面に接触している。
【００５９】
即ち、多数の集電部７３ａの殆ど全て（例えば個数で９５％以上）が、空気極層９１に接触するとともに、個々の（特に外縁部２０３に接する）集電部７３ａにおいても、それぞれほぼ全面にわたって（例えば面積で平均９８％以上が）空気極層９１に接触している。
【００６０】
ｄ）次に、燃料電池単セル７９の製造方法について説明する。
＜シート作製工程＞
図７に示すように、固体電解質層９５、燃料極層９７の機能層９７ａ及び基板層９７ｂの材料を用いて、例えばドクターブレード法などの周知の方法で、各層のシートを製造した。
【００６１】
例えば、固体電解質層９５の材料として、８ＹＳＺ（８モル％のＹ２Ｏ３により安定化されたＺｒＯ２）粉末１００質量部（以下「部」という）、アルミナ粉末１部、有機バインダとしてポリビニルアルコール、及び有機溶媒としてブチルカルビトールを混合し、固体電解質層シート用スラリーを調製した。
【００６２】
このスラリーを用いてドクターブレード法によりポリエステルフィルムの表面に、（長尺の）固体電解質シートの層を形成した。
その後、乾燥して巻き上げた後に、所定の寸法に切断して、縦１１０ｍｍ×横１１０ｍｍ×厚み１０μｍの固体電解質層シート２１１を得た。
【００６３】
同様に、燃料極層９７の機能層９７ａの材料として、ＮｉＯと８ＹＳＺ、有機バインダとしてポリビニルアルコール、及び有機溶媒としてブチルカルビトールを用い、燃料極機能層シート用スラリーを調製し、前記と同様にして、縦１２０ｍｍ×横１２０ｍｍ×厚み２０μｍの燃料極機能層シート２１３を作製した。
【００６４】
同様に、燃料極層９７の基板層９７ｂの材料として、ＮｉＯと８ＹＳＺ、有機バインダとしてポリビニルアルコール、及び有機溶媒としてブチルカルビトールを用い、燃料極基板層シート用スラリーを調製し、前記と同様にして、縦１２０ｍｍ×横１２０ｍｍ×厚み２００μｍの燃料極基板層シート２１５を作製した。
【００６５】
＜積層・圧着工程＞
次に、同図の上側より、１枚の固体電解質層シート２１１、１枚の燃料極機能層シート２１３、４枚の燃料極基板層シート２１５の順に積層し、圧着して圧着体を作製した。
【００６６】
＜焼成工程＞
次に、この圧着体を、１３３０℃で３時間焼成し、焼成体２１７を得た。
＜反応防止層印刷・焼成工程＞
次に、この焼成体２１７の表面、即ち、固体電解質層９５の表面に、反応防止層９３の材料を印刷した。詳しくは、固体電解質層９５の内側の中央部分に、反応防止層９３を形成するために、縦１１０ｍｍ×横１１０ｍｍ×厚み５μｍとなるように、スクリーン印刷によって、反応防止層用ペーストを塗布した。
【００６７】
なお、反応防止層９３の材料として、ＧＤＣ粉末、アルミナ粉末、有機バインダとしてポリビニルアルコール、及び有機溶媒としてブチルカルビトールを混合し、粘度を調整して、反応防止層用ペーストを調製した。
【００６８】
その後、１１５０℃で１時間焼成し、反応防止層９３を形成した。
＜空気極層印刷・焼成工程＞
次に、反応防止層９３を形成した焼成体２１７の表面、即ち、反応防止層９３の表面に、空気極層９１の材料を印刷した。
【００６９】
詳しくは、まず、反応防止層９３の内側の中央部分に、空気極層９１の機能層９１ｂを形成するために、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚み２５μｍとなるように、スクリーン印刷によって、空気極機能層用ペーストを塗布し、乾燥した。
【００７０】
なお、空気極層９１の機能層９１ｂの材料として、ＬＳＣＦ粉末、ＧＤＣ粉末、アルミナ粉末、有機バインダとしてポリビニルアルコール、及び有機溶媒としてブチルカルビトールを混合し、粘度を調整して、空気極機能層用ペーストを調製した。
【００７１】
次に、空気極機能層用ペーストを塗布し、乾燥した部分に重ね合わせて、空気極層９１の集電層９１ａを形成するために、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚み１５０μｍとなるように、スクリーン印刷によって、空気極集電層用ペーストを塗布した。
【００７２】
なお、空気極層９１の集電層９１ａの材料として、ＬＳＣＦ粉末、アルミナ粉末、有機バインダとしてポリビニルアルコール、及び有機溶媒としてブチルカルビトールを混合し、粘度を調整して、空気極集電層用ペーストを調製した。
【００７３】
また、図８に、空気極集電層用ペーストを用いて、固体電解質層９５（詳しくは反応防止層９３）上に、スクリーン印刷を行う手順を示すが、空気極集電層用ペーストの塗布後にスクリーン２２１を外す際に、塗布した箇所２２３の外周部分２２５（即ち焼成後に空気極層９１の外縁部２０３となる部分）が引っ張られて、若干盛り上がることが分かる。なお、空気極機能層用ペーストを塗布する際にも、同様に若干の盛り上がりがある。
【００７４】
その後、１０４０℃で１時間焼成し、燃料電池単セル７９を得た（図７参照）。
＜レーザートリミング工程＞
次に、図９に示すように、燃料電池単セル７９の空気極層９１の外縁部２０３の表面、即ち、空気極層９１の（集電層９１ａの）外周部分の外側表面に、レーザートリミングを行って、空気極層９１の表面の高さが中央部２０１の表面の高さと等しくなるようにした。
【００７５】
詳しくは、空気極層９１の表面の盛り上がっている外周部分、即ち、正方形の幅０．５〜１．５ｍｍの枠状の外縁部２０３の表面に対して、レーザー装置２３１によって、表面に垂直にレーザー光を照射し、その表面を研削して、外縁部２０３の高さと中央部２０１の高さとの差が少なくなるようにした。
【００７６】
通常（レーザー加工無しの場合）は、外縁部２０３の盛り上り部分の厚み（高さ）は、１０〜５０μｍであるので、本実施例では、外縁部２０３の高さ（平均高さ）と中央部の高さ（平均高さ）とのズレが、±５μｍの範囲内となるように、レーザー加工を行う。
【００７７】
具体的には、例えば出力が１００Ｗ以下のＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、（ファイバー自体が発振器となる）ファイバーレーザー等の周知の低出力レーザーを用い、外縁部２０３の表面を複数回（例えば同じ箇所を３回）トレースして研削を行った。例えばレーザー装置２３１としては、グラボグラフ社製のレーザー加工機（ＬＳ１００）を用いて、出力１５Ｗにて、３回（パス）加工した。
【００７８】
＜セル接合工程＞
次に、前記図７に示すように、燃料電池単セル７９の（四角枠状に）露出している固体電解質層９５の表面に、セパレータ７７を接合した。これによって、セパレータ付燃料電池単セル８０が得られる。
【００７９】
＜組付工程＞
その後、前記図３に示すように、セパレータ７７を接合した燃料電池単セル７９（セパレータ付燃料電池単セル８０）と、インターコネクタ７１、ガスシール部７５、燃料極フレーム８１、ガスシール部８３等を積層して、燃料電池セル３とするとともに、他の燃料電池セル３も同様に組み付けて、燃料電池スタック１を完成した。
【００８０】
ｅ）次に、本実施例の効果について説明する。
本実施例では、空気極層９１の外縁部２０３に対して、レーザー加工によって表面を研削して平坦化するので、外縁部２０３は従来のように盛り上げっていない。
【００８１】
そのため、燃料電池単セル３を積層して燃料電池スタック１を製造する際に、インターコネクタ７１の凸状の集電部７３が空気極層９１に押し当てられても、押圧部分に大きな応力集中が発生しない。その結果、セパレータ付燃料電池単セル８０（特に固体電解質層９５など）に割れ（セル割れ）等の破損が発生し難いという顕著な効果を奏する。
【００８２】
また、外縁部２０３の表面は、平坦であるので、集電部７３は外縁部２０３の広い範囲で接することができる。よって、高い導電性を確保でき、燃料電池の性能が向上するという効果がある。
【００８３】
特に、本実施例では、外縁部２０３の外側表面の平均の高さ（Ａ）は、中央部２０１の外側表面の平均の高さ（Ｂ）の±５μｍ以内である。つまり、外縁部２０３の高さと中央部２０１の高さとは、ほぼ同一である。よって、セル割れ等が生じ難く且つ導電性が高いという利点がある。
【００８４】
また、本実施例では、レーザー加工によって、外縁部２０３の表面を研削するので、加工の際に、空気極層９１等に機械的な力が加わることがない。よって、空気極層９１などが破損し難いという効果がある。
【００８５】
更に、本実施例では、空気極層９１の外縁部２０３の外側表面を、低出力のレーザーで加工するので、過度に外縁部２０３を研削することがなく、容易に作業を行うことができる。
【００８６】
しかも、低出力レーザーを用いて、同じ箇所に複数回の研削を行うので、研削量の調整を容易に行うことができるという利点がある。
［実験例］
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００８７】
本実験例では、前記実施例と同様な方法によって、燃料電池単セルの試料を製造した。
そして、この試料の空気極層の外縁部に対して、前記グラボグラフ社製のレーザー加工機を用いて、同様なレーザー加工を行い、空気極層の表面の高さを、レーザー変位計を用いて測定した。
【００８８】
その結果を、図１０に示すが、縦軸は空気極層の中央部の表面（平均高さ）からの距離を示し、横軸は空気極層の外周側（反応防止層の外周端が０ｍｍである）から中心側（平面視で重心側）への距離を示している。
【００８９】
この図１０から明らかなように、第１回目のレーザー加工（ｐａｓｓ１）では、外縁部の表面が約５μｍ研削され、更に、第２回目のレーザー加工（ｐａｓｓ２）では、外縁部の表面が更に約５μｍ研削されている。従って、外縁部の表面は、合計１０μｍ研削されて、中央部とほぼ同様な高さになっていることが分かる。
【００９０】
また、（第２回目の）レーザー加工後の空気極層の表面（加工面：研削面）を観察したところ、図１１（倍率×１００の写真）に示すように、レーザー加工による加工痕跡（同図中央部分の縦方向に延びる段差による蛇行状の痕跡）が見られた。
【００９１】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）前記実施例では、空気極層の外側表面（その外縁部）に対して、レーザーによって研削を行ったが、燃料極層の外側表面（その外縁部）に対しても、同様に、レーザーによって研削を行って、燃料極層の表面を平坦にしてもよい。
【００９２】
（２）レーザーについては、空気極層等の外側表面の外縁部を研削できればよく、各種のレーザーを使用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１…燃料電池スタック
３…燃料電池セル
７１、７１ａ、７１ｂ…インターコネクタ
７３、７３ａ、７３ｂ…集電部
７７…セパレータ
７９…燃料電池単セル
９１…空気極層
９３…反応防止層
９５…固体電解質層
９７…燃料極層
２０１…中央部
２０３…外縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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