(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池を構成する複数個のチャンネルセルであって、複数個のチャンネルを有する多孔質基材としての多孔質支持体カソード電極（３）と、該複数個のチャンネル内に連続して形成された電解質層（５）、及びチャンネル内アノード電極（４）を有する複数個のチャンネルセルを並列接続させた構造を有するチャンネルセル集積構造体ユニットを複数個用いて、隣り合う２つのチャンネルセル集積構造体ユニットであるユニットＡ及びユニットＢ間を直列接続したスタック構造であって、
１）各ユニットの、上記多孔質支持体カソード電極の前記チャンネルの開口が露出している端部、及び上記電解質層の端部を覆い、かつ、上記多孔質支持体カソード電極の外表面の一部を覆うガスシール層（１）を有し、
２）直列接続される上記ユニットＡと上記ユニットＢの相対する端部の一方におけるガスシール層と複数個のチャンネル内アノード電極の端部を覆い、かつ、その複数個のチャンネル内アノード電極同士を並列接続する導電層（２）を有し、
３）上記ユニットＡと上記ユニットＢの間に位置する、少なくとも一つの導電部材（６）により、上記ユニットＡと上記ユニットＢを直列接続した構造を有する、ことを特徴とする上記スタック構造。
【請求項２】
上記導電層が、電子伝導性セラミックス、金属、又はセラミックスと金属の複合体から構成されるコート剤からなるコート層を製膜して形成されたものである、請求項１に記載のスタック構造。
【請求項３】
上記コート剤を含浸したスタンプ面と、上記一方におけるガスシール層と複数個のチャンネル内アノード電極の端部を接触させることにより、上記コート層を製膜した、請求項２に記載のスタック構造。
【請求項４】
上記チャンネルセル集積構造体ユニットの前記チャンネルの開口が露出している端部が、平面、凹凸面、又は曲面からなる、請求項１に記載のスタック構造。
【請求項５】
上記多孔質支持体カソード電極の気孔率が１〜５０％である、請求項１から４のいずれか１項に記載のスタック構造。
【請求項６】
上記多孔質支持体カソード電極の気孔径が、大きくても１０ミクロンである、請求項５に記載のスタック構造。
【請求項７】
上記コート層が、緻密質又は多孔質からなる構造を有している、請求項２又は３に記載のスタック構造。
【請求項８】
上記スタンプの表面が、曲面もしくは平面からなり、気孔率７０％〜９０％のスポンジ状材質又綿状材質で構成される、請求項３に記載のスタック構造。
【請求項９】
上記スタンプの材質の気孔径が、１０〜１００ミクロンの範囲内である、請求項３に記載のスタック構造。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のスタック構造を作製する方法であって、
１）複数個のチャンネルを有する多孔質基材としての多孔質支持体カソード電極（３）と、該複数個のチャンネル内に連続して形成された電解質層（５）、及びチャンネル内アノード電極（４）を有する複数個のチャンネルセルからなるチャンネルセル集積構造体ユニットであるユニットＡ及びユニットＢを形成し、
２）スタンプ材へ含浸させた第１のコート剤を毛細管現象の差によって製膜するスタンプ製膜法により、各ユニットの、上記多孔質支持体カソード電極の前記チャンネルの開口が露出している端部、及び上記電解質層の端部と、上記第１のコート剤を含浸したスタンプ面とを接触させて上記多孔質支持体カソード電極の前記チャンネルの開口が露出している端部、及び上記電解質層の端部を覆い、かつ、上記多孔質支持体カソード電極の外表面の一部を覆うガスシール層（１）を形成し、
３）スタンプ材へ含浸させた電子伝導性セラミックス、金属、又はそれらの複合体を含む第２のコート剤を毛細管現象の差によって製膜するスタンプ製膜法により、直列接続しようとする上記ユニットＡと上記ユニットＢの相対する端部の一方におけるガスシール層と複数個のチャンネル内アノード電極の端部と、上記第２のコート剤を含浸したスタンプ面とを接触させて、上記一方におけるガスシール層と複数個のチャンネル内アノード電極の端部を覆い、かつ、その複数個のチャンネル内アノード電極同士を並列接続する導電層（２）を形成し、
４）上記ユニットＡと上記ユニットＢの間に、少なくとも一つの導電部材（６）を挿入して、上記ユニットＡと上記ユニットＢを直列接続することを特徴とする上記スタック構造の作製方法。
【請求項１１】
上記導電部材が、金属又は電子伝導性セラミックスからなる、請求項１０に記載のスタック構造の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンネルセル集積構造を有する固体酸化物型燃料電池スタック及びその作製方法に関するものであり、更に詳しくは、ガスシール材もしくは導電材からなるコート剤を含浸したスタンプ面と、多数のチャンネルセルが配列したチャンネルセル集積構造体の開口表面を接触させることにより、緻密なガスシール層及び導電層が製膜されたチャンネルセル集積構造体ユニット間の接続に際し、該ユニットの個々のチャンネルセルを位置合わせする必要がない、簡便な接続構造、及び接続方法に関するものである。本発明は、チャンネルセル集積構造体ユニットのチャンネル内電極から連続して引き出された当該ユニットの導電層と次ユニットの多孔質支持体電極を一つ以上の導電部材により直列接続したスタック構造及びその作製方法を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハニカム型分離構造体により、混合ガス中から特定ガスを分離することが知られている（特許文献１参照）。また、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）では、緻密な電解質やシール材により、燃料ガスと空気との分離が行われている。この燃料電池では、空気中の酸素が空気極において酸化物イオンとなり、電解質を通過して、燃料極において燃料と反応することにより発電が行われる。
【０００３】
近年、ＳＯＦＣの高出力化が求められているが、ＳＯＦＣの高出力化の方法の一つに、マイクロＳＯＦＣの集積構造が挙げられる。マイクロＳＯＦＣの集積化方法としては、主なものに、１）金属もしくはセラミックスからなる多孔質集電用支持体による管状マイクロセルの集積、２）金属もしくはセラミックスからなる多孔質ハニカム状集電用支持体による管状チャンネルセルの集積、がある。
【０００４】
しかし、マイクロＳＯＦＣの両集積構造ともに、多孔質集電用支持体の端面部にガス分離膜を形成する必要があり、平板型ＳＯＦＣなどの従来の集電用支持体構造と比較して、複雑な支持体形状を有しているため、より高度なガス分離膜形成技術が求められる。現在、広く使用されている基材の多孔質集電用支持体表面への製膜法として、ディップ法、スクリーン印刷法、スプレーコート法、スピンコート法、インクジェット法、及び刷毛塗りなどがある。
【０００５】
ディップ法、スプレーコート法、及びスピンコート法は、平面や曲面など、比較的簡単な表面を有する基材の多孔質集電用支持体表面に対し、非常に綺麗なコート層を形成することができる。しかしながら、ハニカムなど、複雑形状を有する基材の多孔質集電用支持体の場合、ハニカム孔内へ余分なコート剤が残留してしまい、ハニカムチャンネルを目封じしてしまうという問題があった。
【０００６】
また、スクリーン印刷法では、印刷時に基材の多孔質集電用支持体表面へ圧力付加がかかるため、脆い基材の多孔質集電用支持体を用いることができない。刷毛塗りの場合、コート剤の乾燥による刷毛の固化を防ぐため、連続的な作業を行う必要があり、工業プロセスとしては適用が制限されてしまう。
【０００７】
それに対し、非接触、かつパターン形成が可能な手法として、インクジェット製膜法がある。この手法は、オンデマンドにパターン設定されたコート液を吐出して製膜できる手法として、複雑表面を有する基材の多孔質集電用支持体に対しても適用可能である。しかし、該手法は、基材の多孔質集電用支持体形状が変更される度にパターン設定も変更する必要があり、かつ基材の多孔質集電用支持体には、非常に高い形状精度が求められるため、インクジェット製膜法の汎用性を拡大する必要があり、依然として不利な手法である。
【０００８】
従来法では、管状のＳＯＦＣ用単チャンネルセルを、直列接続、すなわちスタック化する際、接続部でのガス漏れを防ぐために、管の形状精度及び接続する管同士の位置精度を高める必要がある。しかし、現在求められている小型単チャンネルセルの場合、管同士の位置精度を合わせるためには、非常に高度な製造技術が要求される。
【０００９】
そのため、現状では、管状のＳＯＦＣ用小型単チャンネルセルの高精度の接続は困難とされており、工業プロセス的には、チャンネルセルの管径としては、５ｍｍが限度で、最小となっている（特許文献２参照）。更には、これまで、チャンネルセルを集積したＳＯＦＣ用チャンネルセル集積構造体ユニットに関する直列接続の構造及び接続方法については、報告例は見当たらない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１０４７４２号公報
【特許文献２】特開２００５−１３５５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、ＳＯＦＣ用チャンネルセル集積構造体ユニットの直列接続構造及びその作製方法を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、燃料電池構造を構成するチャンネルセルの集積構造体の開口表面に対し、緻密ガスシール層及び導電層からなる多層膜を形成したチャンネルセル集積構造体ユニットを一つ以上の導電部材のみで直列接続できる接続方法を開発することに成功し、本発明を完成するに至った。本発明は、複数個のチャンネル集積構造体ユニットを直列接続したスタック構造及びその作製方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）固体酸化物形燃料電池を構成する複数個のチャンネルセルであって、複数個のチャンネルを有する多孔質基材としての多孔質支持体カソード電極（３）と、該複数個のチャンネル内に連続して形成された電解質層（５）、及びチャンネル内アノード電極（４）を有する複数個のチャンネルセルを並列接続させた構造を有するチャンネルセル集積構造体ユニットを複数個用いて、隣り合う２つのチャンネルセル集積構造体ユニットであるユニットＡ及びユニットＢ間を直列接続したスタック構造であって、
１）各ユニットの、上記多孔質支持体カソード電極の前記チャンネルの開口が露出している端部、及び上記電解質層の端部を覆い、かつ、上記多孔質支持体カソード電極の外表面の一部を覆うガスシール層（１）を有し、
２）直列接続される上記ユニットＡと上記ユニットＢの相対する端部の一方におけるガスシール層と複数個のチャンネル内アノード電極の端部を覆い、かつ、その複数個のチャンネル内アノード電極同士を並列接続する導電層（２）を有し、
３）上記ユニットＡと上記ユニットＢの間に位置する、少なくとも一つの導電部材（６）により、上記ユニットＡと上記ユニットＢを直列接続した構造を有する、ことを特徴とする上記スタック構造。
（２）上記導電層が、電子伝導性セラミックス、金属、又はセラミックスと金属の複合体から構成されるコート剤からなるコート層を製膜して形成されたものである、前記（１）に記載のスタック構造。
（３）上記コート剤を含浸したスタンプ面と、上記一方におけるガスシール層と複数個のチャンネル内アノード電極の端部を接触させることにより、上記コート層を製膜した、前記（２）に記載のスタック構造。
（４）上記チャンネルセル集積構造体ユニットの前記チャンネルの開口が露出している端部が、平面、凹凸面、又は曲面からなる、前記（１）に記載のスタック構造。
（５）上記多孔質支持体カソード電極の気孔率が１〜５０％である、前記（１）から（４）のいずれか１項に記載のスタック構造。
（６）上記多孔質支持体カソード電極の気孔径が、大きくても１０ミクロンである、前記（５）に記載のスタック構造。
（７）上記コート層が、緻密質又は多孔質からなる構造を有している、前記（２）又は（３）に記載のスタック構造。
（８）上記スタンプの表面が、曲面もしくは平面からなり、気孔率７０％〜９０％のスポンジ状材質又綿状材質で構成される、前記（３）に記載のスタック構造。
（９）上記スタンプの材質の気孔径が、１０〜１００ミクロンの範囲内である、前記（３）に記載のスタック構造。
（１０）前記（１）から（９）のいずれか１項に記載のスタック構造を作製する方法であって、
１）複数個のチャンネルを有する多孔質基材としての多孔質支持体カソード電極（３）と、該複数個のチャンネル内に連続して形成された電解質層（５）、及びチャンネル内アノード電極（４）を有する複数個のチャンネルセルからなるチャンネルセル集積構造体ユニットであるユニットＡ及びユニットＢを形成し、
２）スタンプ材へ含浸させた第１のコート剤を毛細管現象の差によって製膜するスタンプ製膜法により、各ユニットの、上記多孔質支持体カソード電極の前記チャンネルの開口が露出している端部、及び上記電解質層の端部と、上記第１のコート剤を含浸したスタンプ面とを接触させて上記多孔質支持体カソード電極の前記チャンネルの開口が露出している端部、及び上記電解質層の端部を覆い、かつ、上記多孔質支持体カソード電極の外表面の一部を覆うガスシール層（１）を形成し、
３）スタンプ材へ含浸させた電子伝導性セラミックス、金属、又はそれらの複合体を含む第２のコート剤を毛細管現象の差によって製膜するスタンプ製膜法により、直列接続しようとする上記ユニットＡと上記ユニットＢの相対する端部の一方におけるガスシール層と複数個のチャンネル内アノード電極の端部と、上記第２のコート剤を含浸したスタンプ面とを接触させて、上記一方におけるガスシール層と複数個のチャンネル内アノード電極の端部を覆い、かつ、その複数個のチャンネル内アノード電極同士を並列接続する導電層（２）を形成し、
４）上記ユニットＡと上記ユニットＢの間に、少なくとも一つの導電部材（６）を挿入して、上記ユニットＡと上記ユニットＢを直列接続することを特徴とする上記スタック構造の作製方法。
（１１）上記導電部材が、金属又は電子伝導性セラミックスからなる、前記（１０）に記載のスタック構造の作製方法。
【００１３】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）を構成する複数個のチャンネルセルを並列接続したチャンネルセル集積構造体ユニットを直列接合したスタック構造であって、チャンネルセル集積構造体の開口表面の導電層端と、次ユニットのチャンネルセル集積構造体のガスシール層端を少なくとも一つの導電部材で連結した構造を有し、かつ上記チャンネルセル集積構造体の間口表面の導電層と、次ユニットのチャンネルセル集積構造体の多孔質支持体電極間が上記導電部材で直列接合された構造を有することを特徴とするものである。本明細書では、多孔質集電用支持体を、多孔質支持体、多孔質電極基材、多孔質基材、あるいは基材、と記載することがある。
【００１４】
また、本発明は、上記のスタック構造を作製する方法であって、チャンネルセル集積構造体ユニットの開口表面の導電層端と、次ユニットのチャンネル集積構造体ユニットのガスシール層端を少なくとも一つの導電部材で連結し、かつチャンネルセル集積構造体ユニットの導電層とチャンネルセル集積構造体ユニットの多孔質支持体電極を、上記導電部材を通して直列に接続することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明では、上記導電層が、チャンネルセル集積構造体の開口表面に対し、電子伝導性セラミックス、金属、又はセラミックスと金属の複合体から構成されるコート剤からなるコート層を製膜して形成されたものであること、上記チャンネルセル集積構造体が、多孔質で、その気孔率が１〜５０％であること、上記多孔質の気孔径が、大きくても１０ミクロン（μｍ）であること、上記コート層が、緻密質又は多孔質からなる構造を有していること、チャンネル集積構造体中のチャンネルセル同士が、開口表面上に形成された導電性コート層により並列接続させられたチャンネル内電極を有すること、を好ましい実施の態様としている。
【００１６】
また、本発明では、上記コート剤を含浸したスタンプ面と、上記チャンネルセル集積構造体の開口表面を接触させることにより、該開口表面の適切な箇所へ、上記コート層を製膜したこと、上記スタンプの表面が、曲面もしくは平面からなり、気孔率７０％〜９０％のスポンジ状材質又綿状材質で構成されること、上記スタンプの気孔径が、１０〜１００ミクロン（μｍ）の範囲内であること、を好ましい実施の態様としている。
【００１７】
本発明の製膜法では、マイクロＳＯＦＣを並列接続により集積化したチャンネルセル集積構造体ユニットを直列接続する際に必要となる多孔質電極基材の開口面へガスシール層及び導電層からなる多層膜を形成でき、それにより、チャンネル集積構造体ユニットを一つ以上の導電部材により簡便に直列接続することが可能である。
【００１８】
多孔質基材の開口面へ形成する上記コート膜の材料としては、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｋ，Ｎａ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｌａ，Ｓｉ，Ｐｂの元素を少なくとも１種類以上含む金属、もしくはこれらの元素を１種類以上含む酸化物、又は、これらの元素を１種類以上含む金属とこれらの元素を１種類以上含む酸化物との複合体、又はサーメットが挙げられる。しかし、これらに限定されるものではなく、これらと同効のものであれば、同様に使用することができる。
【００１９】
上記コート剤としては、１）コート層の原料となる粒子状コート材を含んだスラリー、及び、２）コート層の原料となる金属イオンが溶解した溶液、のいずれも使用可能であるが、多孔質基材中へ多量のコート剤が浸透するのを防ぐためには、上記１）のスラリーコート剤が好適である。
【００２０】
上記コート剤の溶媒としては、基材を溶解させない条件を満たすものは使用可能であり、目的に応じて適宜選定することが可能である。ここで、毛細管現象による保液力（保液効果）は、以下の式１で表され、毛管径に反比例して保液力は高まる。但し、式中、ΔＰ：保液力、σ：コート液の表面張力、α：接触角、ｒ：毛管半径、である。
ΔＰ＝２σｃｏｓα／ｒ（式１）
【００２１】
本発明では、スタンプの材質の気孔径、すなわち毛管半径が１０〜１００ミクロンの範囲と比較して、多孔質基材の気孔径、すなわち毛管半径は、約１０ミクロン以下であるため、その毛管半径比によって、多孔質基材の表面にコート剤が製膜されるという原理を利用している。コート膜の堆積厚みは、この毛管半径比及びコート剤濃度、スタンプ面／基材間の接触時間によって、１〜５０ミクロンの範囲で制御可能である。
【００２２】
ハニカムなど、凹凸のある基材表面への製膜に関しては、基材の凸部ピッチが２００ミクロン以上であることが好ましい。それは、前述の式１を用いて説明することができる。本発明では、スタンプの材質の気孔径、すなわち毛管半径が１０〜１００ミクロンの範囲と比較して、多孔質基材の凸部ピッチ、すなわち毛管半径は、約２００ミクロン以上であるため、その毛管半径比によって、多孔質基材の凹部へ不要なコートをすることなく、表面のみにコート剤が製膜されるという原理を利用している。
【００２３】
多孔質電極基材の材料としては、好適には、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｋ，Ｎａ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｌａの元素を少なくとも１種類以上含む金属、もしくはこれらの元素を１種類以上含む酸化物、又は、これらの元素を１種類以上含む金属とこれらの元素を１種類以上含む酸化物との複合体、又はサーメットが挙げられる。
【００２４】
基材の多孔質集電用支持体の気孔率としては、１％〜７０％が好ましく、より好適には、１０％〜５０％が好ましい。また、多孔質基材の気孔径としては、１０ミクロン以下であることが好ましい。コート剤を含浸させるスタンプ台の材質としては、好適には、気孔率が７０％〜９０％のスポンジ状の材質、もしくは綿状材質が挙げられる。かつ、スタンプ表面は、平面、もしくは曲面など、凹凸のない状態が好ましい。
【００２５】
上記スタンプ材の気孔径としては、１０〜１００ミクロンの範囲であることが好ましく、更には、後記するように、スタンプの材質と多孔質基材間の毛細管現象の差を利用するために、１０〜２０ミクロンであることが好ましい。
【００２６】
上記スタンプ製膜法により、ガスシール層及び導電層からなる多層膜をチャンネルセル集積構造体の端部に形成し、マイクロＳＯＦＣを並列接続にて集積化したチャンネルセル集積構造体ユニットのチャンネル内電極４から連続して引き出された当該ユニットの導電層２及び次ユニットのチャンネル集積構造体ユニットの多孔質支持体電極３の間を導電部材６により直列接続（スタック化）することが可能である（図１参照）。
【００２７】
上記導電部材としては、ステンレスなどに代表される金属、ランタンクロマイトなどに代表される電子伝導性セラミックスが挙げられるが、これらに制限されるものではなく、これらと同効のものであれば同様に使用することが可能である。
【００２８】
本発明は、多数のチャンネルセルが配列した多孔質電極基材の開口表面に対し、緻密なガスシール層及び導電層が多層製膜されたチャンネルセル集積構造を有する固体酸化物型燃料電池ユニットを直列接続してなるスタック構造及びその作製方法に係るものである。
【００２９】
本発明では、ガスシール材もしくは導電材からなるコート剤を含浸したスタンプ面と、多数のチャンネルセルが配列した多孔質電極基材（多孔質集電用支持体）の開口表面を接触させることにより、緻密なガスシール層及び導電層を多層に製膜する。
【００３０】
更に、上記方法で製膜されたチャンネルセル集積構造体ユニットＡと、次ユニットＢ間の接続に際し、ユニットＡ及びＢの個々のチャンネルセルを位置合わせする必要がない簡便な接続構造及び接続方法で、これらを連結し、かつチャンネル内電極４から連続して引き出されたユニットＡの導電層２とユニットＢの多孔質支持体電極３を一つの導電部材６により直列接続してスタック構造を作製する（図１）。
【００３１】
従来、管状のＳＯＦＣ用単チャンネルセルを直列接続、すなわちスタック化する際、接続部でのガス漏れを防ぐために、管の形状精度及び接続する管同士の位置精度を高める必要があった。しかし、現在求められている小型単チャンネルセルの場合、管同士の位置精度を合わせるためには、非常に高度な製造技術が要求されるため、現在の技術では、プロセスの確立が困難とされており、工業プロセス的には、チャンネルセルの管径として５ｍｍが最小となっているのが実情である。
【００３２】
これに対して、本発明は、スタンプ式成膜法を利用することにより、チャンネルセル集積構造体ユニットの開口表面にガスシール層／導電層の多層構造を形成することによって、チャンネルセルを並列接続させ、この導電層と次ユニットの多孔質支持体電極間を簡便な形状（リング状やシート状）の一つ以上の導電部材のみでスタック化を可能とする集電・接続方式及びその作製プロセスを提供するものである。
【００３３】
本発明は、チャンネルセル同士の位置精度に対する許容幅が大きく、かつ非常に簡便な接続法であり、単チャンネルセルの小型化と高集積化を両立したスタック構造を提供することを可能とするものであり、特に、固体酸化物型燃料電池、排ガス浄化電気化学リアクターなどのスタック構造として有用である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）管状のＳＯＦＣ用チャンネルセルを集積したチャンネルセル集積構造体に必須のガスシール層及び導電層からなる多層膜を形成したチャンネルセル集積構造体ユニット間を一つ以上の導電部材を介して直列接続することが可能である。
（２）チャンネルセル集積構造体の多孔質集電用基材の適切な箇所へコート層を製膜することができる。
（３）従来法のように、基材の多孔質集電用支持体表面の幾何学的形状を予め計測し、該幾何学的形状を上記スタンプ面に形成する必要がない。
（４）製膜時の応力負荷が小さいため、強度の低い多孔質集電用基材の接続に好適に利用できる。
（５）従来法のように、マスクを必要とせず、製膜することが可能であり、それにより、製膜コストを削減できる。
（６）マイクロＳＯＦＣチャンネルセルを並列接続にて集積化したチャンネルセル集積構造体ユニットを簡便に直列接続することが可能である。
（７）チャンネルセル集積構造体ユニットＡ及びＢの各チャンネルを直接つなぐ必要がなく、チャンネルセル集積構造体ユニットの高い形状精度が求められない利点がある。
（８）本発明は、チャンネルセル集積構造体を複数個接続したスタック、更には該スタックを複数個接続したモジュールとして有用であり、小型単セルの高集積化に伴う接続技術として、特殊な高度技術を必要とせず、簡便に接続構造を作製し、提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００３６】
本発明では、先ず、以下の手順に従い、セラミック材料からなるコート剤を調製した。セラミック材料の一種である希土類安定化ジルコニア（以下、ＬｎＳＺ）を、エタノール主溶媒とともにボールミル混合し、市販のＰＶＢバインダー、界面活性剤を更に混合することによって、コート剤を調製した。
【００３７】
次に、多孔質集電用支持体（これを、基材又は多孔質基材と記載することがある）として用いたセラミック材料からなるハニカム基材を調製した。セラミック材料の一種であるマンガン酸ランタン（以下、ＬＳＭ）を、水及び市販のエチルセルロースと混練し、加圧押出して、ハニカム状成形体を得た。材料寸法としては、孔径８００ミクロン、ＬＳＭ壁厚み２００ミクロンを選択した。ハニカム状成形体を適切な長さに切断し、１０００℃にて仮焼することによって、ハニカム状多孔質基材を得た。
【００３８】
調製したＬｎＳＺコート剤を含浸させた、気孔率８０％及び気孔径１０〜５０ミクロン範囲の綿状スタンプ材に対し、上述のＬＳＭハニカム状多孔質基材を１秒間接触させ、引き離すことによって、ハニカム状多孔質基材の壁面のみにＬｎＳＺ層を塗布した。
【００３９】
ＬｎＳＺ層を塗布したＬＳＭハニカム状多孔質基材を、１３００℃にて焼成して得られたサンプルの製膜状態を図２に示す。本発明の特徴である毛細管現象の差を利用することによって、表面凹凸の予備計測なしに、綺麗な製膜が行われているのが分かる。
【００４０】
同様の手法により、チャンネル内電極より連続してＮｉＯ−ＧＤＣ層がＬｎＳＺ層上に形成されたチャンネルセル集積構造体ユニットの断面構造を図３に示す。なお、ＮｉＯ−ＧＤＣ層の成膜は、１３００℃の焼成により得た。
【００４１】
上記スタンプ製膜法により作製したマイクロＳＯＦＣのチャンネルセル集積構造体ユニットＡの導電層２及び次ユニットのチャンネル集積構造体ユニットＢの電極３の間を、導電部材６により直列接続（スタック化）した例を図４に示す。本発明により、ユニット間が直列接続されている様子が分かる。
【００４２】
本発明により、ユニット間接続を行ったチャンネルセル集積構造体ユニットＡ及びチャンネル集積構造体ユニットＢについて、電気化学的評価を行った結果の一例を図５に示す。単ユニットから得られる開回路電圧１Ｖが、ユニットＡとユニットＢとの直列接続による接続体によって、開回路電圧２Ｖに上昇している。更に、単ユニットと比較して、ユニット接続体の電流密度に低下が見られないことから、本発明におけるユニット間接続方法は、電気的接続及びガス流ともにＳＯＦＣ用として満たされていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上詳述したように、本発明は、チャンネルセル集積構造を有する固体酸化物型燃料電池のスタック構造及びその作製方法に係るものであり、本発明により、チャンネルセル集積構造体に必要な緻密なガスシール層及び導電層からなる多層構造を形成したチャンネルセル集積構造ユニット間の接続構造が提供される。本発明では、各チャンネルが導電層により並列接続されているため、新たな集電材料は不要であり、チャンネルセル集積構造体ユニット間の直列接続は、簡便な構造の一つ以上の導電部材を介するのみで可能である。本発明は、管状のＳＯＦＣ用単チャンネルセルの集積構造体の作製と該集積構造体の直列接続の両立を実現する次世代のＳＯＦＣ開発に必要不可欠な成膜技術及びスタック構造を提供するものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】チャンネルセル集積構造体ユニットＡ及びＢの直列接続説明図とその断面図である。
【図２】スタンプ法によりＬＳＭ多孔質基材表面へ製膜したＬｎＳＺコート膜の説明図と断面拡大図である。
【図３】スタンプ法によりＮｉＯ−ＧＤＣ層を製膜したチャンネルセル集積構造体ユニットの開口面上に形成された多層膜の断面構造である。
【図４】導電部材を介して直列接続されたチャンネル集積構造体ユニットＡ及びＢの接続例である。
【図５】直列接続されたチャンネル集積構造体ユニットＡ及びＢの電気化学的評価の結果例である。
【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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