(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質で、Ｎｉおよび／またはＮｉＯと、
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、カルシア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４とＭｇＯとの混合物のうち少なくとも１種とを含んでなる支持体に、多孔質の第１電極層、セラミックスからなる緻密質の固体電解質層および多孔質の第２電極層を順次配置してなるとともに、前記支持体内のＮａ量が３０×１０−６質量％以下であることを特徴とするセル。
【請求項２】
第１電極層となる多孔質で、Ｎｉおよび／またはＮｉＯと、
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、カルシア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４とＭｇＯとの混合物のうち少なくとも１種とを含んでなる支持体に、セラミックスからなる緻密質の固体電解質層および多孔質の第２電極層を順次配置してなるとともに、前記支持体内のＮａ量が３０×１０−６質量％以下であることを特徴とするセル。
【請求項３】
前記支持体の開気孔率が３０％以上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】
前記支持体は細長い板状であり、その厚みが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のセル。
【請求項５】
前記第１電極層となる支持体は細長い板状であり、その厚みが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のセル。
【請求項６】
前記支持体の第１の主面に、前記第１電極層、前記固体電解質層および前記第２電極層を、前記第１の主面と対向する第２の主面に緻密質のインターコネクタ層を配置してなるとともに、前記支持体の内部に該支持体の長さ方向に延設されたガス通路を有していることを特徴とする請求項４に記載のセル。
【請求項７】
前記第１電極層となる支持体の第１の主面に、前記固体電解質層および前記第２電極層を、前記第１の主面と対向する第２の主面に緻密質のインターコネクタ層を配置してなるとともに、前記支持体の内部に該支持体の長さ方向に延設されたガス通路を有しているこ
とを特徴とする請求項５に記載のセル。
【請求項８】
前記インターコネクタ層はランタンクロマイト系材料からなることを特徴とする請求項６または７に記載のセル。
【請求項９】
前記支持体は、該支持体の幅方向の中央部に設けられた支持体中央部と、該支持体中央部の前記幅方向の両側に設けられ前記支持体中央部の厚み方向に膨れた形状の支持体端部とを有していることを特徴とする請求項４乃至８のうちいずれかに記載のセル。
【請求項１０】
前記固体電解質層が、前記支持体中央部および前記支持体端部における前記第１の主面に設けられ、前記第２電極層が前記支持体中央部における前記第１の主面に設けられており、前記第２電極層の表面の少なくとも一部が、前記支持体端部における前記固体電解質層の表面よりも外方に位置していることを特徴とする請求項９に記載のセル。
【請求項１１】
前記支持体中央部および前記支持体端部にそれぞれガス通路を有しており、前記支持体端部における前記ガス通路の断面積が、前記支持体中央部における前記ガス通路の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項９または１０に記載のセル。
【請求項１２】
請求項１乃至１１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１３】
請求項１２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１４】
請求項１３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容装置。
【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容装置に関する。
【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（以下、燃料電池セルと略す場合がある）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燃料電池セルは、Ｎｉを含有してなる導電性支持体を具備しており、この導電性支持体は互いに平行な一対の主面を有し、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ている。そして、この導電性支持体の第１の主面上に、燃料極層、固体電解質層、酸素極層を順に積層し、第２の主面上にインターコネクタ層を積層してなる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】
この特許文献１の燃料電池セルは、中空平板状の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からなる固体電解質層の両端部と、緻密質なランタンクロマイトからなるインターコネクタ層の両端部とが接合して構成されている。【０００５】
すなわち、固体電解質層とインターコネクタ層とで、導電性支持体の周囲を気密に取り囲み、導電性支持体の内部を通過する燃料ガスが、固体電解質層とインターコネクタ層とで形成された緻密質な筒状体から外部に漏出しないように構成されていた。【０００６】
このような緻密質な筒状体におけるクラックを防止するため、従来、燃料電池セルの幅方向の両端部が厚み方向に膨らんだ、いわゆる鉄アレイ形状の燃料電池セルが知られている（例えば、特許文献２参照）。【０００７】
この特許文献２には、平坦部の幅方向の両側が厚み方向に膨らんだ端部を有する形状であり、平坦部に対応する導電性支持体、内側電極層、固体電解質層の厚さをそれぞれＬ１、Ｍ１、Ｎ１とし、端部に対応する導電性支持体、内側電極層、固体電解質層の厚さをそれぞれＬ２、Ｍ２、Ｎ２としたとき、１．０１≦（Ｌ２＋Ｍ２＋Ｎ２）／（Ｌ１＋Ｍ１＋Ｎ１）≦１．３の関係が成立する燃料電池セルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−８４７１６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０４５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の特許文献１、２に示す燃料電池セルでは、多孔質の支持体の強度は低いため、強度を高めるべく支持体の開気孔率を小さくする必要がある。このためには、燃料電池セルを作製する際の焼成温度を高くする必要があるが、焼成温度を高くすると、燃料電池セルの還元時の変形量が大きくなるという問題があった。【００１０】
本発明は、焼成温度が低い場合でも、支持体の開気孔率を小さくできるセル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容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】
【００１１】
本発明のセルは、多孔質で、Ｎｉおよび／またはＮｉＯと、
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、カルシア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４とＭｇＯとの混合物のうち少なくとも１種とを含んでなる支持体に、多孔質の第１電極層、セラミックスからなる緻密質の固体電解質層および多孔質の第２電極層を順次配置してなるとともに、前記支持体内のＮａ量が３０×１０−６質量％以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のセルは、第１電極層となる多孔質で、Ｎｉおよび／またはＮｉＯと、
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、カルシア安定化ジルコニア、イットリア安定
化ジルコニア、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４とＭｇＯとの混合物のうち少なくとも１種とを含んでなる支持体に、セラミックスからなる緻密質の固体電解質層および多孔質の第２電極層を順次配置してなるとともに、前記支持体内のＮａ量が３０×１０−６質量％以下であることを特徴とする。
【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
本発明のモジュール収容装置は、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】
【００１６】
本発明のセルでは、支持体のＮａ量が３０×１０−６質量％以下であるため、焼成温度が低い場合でも開気孔率を低下させることができ、支持体の強度を高め、セルにおけるクラック発生を低減できる。このようなセルを用いることにより、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置における長期信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料電池セルの第１の形態を示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）を酸素極層側から見た側面図である。
【図２】支持体のＮａ量が５０×１０−６質量％の場合において、（ａ）は焼成温度と還元変形量との関係、（ｂ）は焼成温度と開気孔率との関係を示したグラフである。
【図３】焼成温度１５００℃における支持体のＮａ量と開気孔率との関係を示したグラフである。
【図４】燃料極層が支持体となっている燃料電池セルの第２の形態を示す横断面図である。
【図５】燃料電池セルの第３の形態を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）を酸素極層側から見た側面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は、それぞれ燃料電池セルの第４の形態、第５の形態を示す断面斜視図である。
【図７】図５の燃料電池セルを用いた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８】図７（ｂ）の集電部材を示す斜視図である。
【図９】燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図１０】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】
【００１８】
図１は、セルの一例である固体酸化物形燃料電池セルの第１の形態を示すものであり、（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。図４〜１０についても同様に一部を拡大して示している。
【００１９】
この燃料電池セル１０は中空平板型で、細長い板状で、ＮｉおよびＮｉＯの少なくとも１種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が支持体１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。
【００２０】
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、互いにほぼ平行な一対の主面ｎと、一対の主面ｎをそれぞれ接続する弧状面（側面）ｍとで構成された板状とされている。そして、第１の主面ｎ（一方側の主面：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緻密質な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。
【００２１】
また、第１の主面ｎにおける固体電解質層４の表面には、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。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。
【００２２】
固体電解質層４が積層されていない第２の主面ｎ（他方側の主面：上面）には、図示しない密着層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）酸化物からなる緻密質なインターコネクタ８が形成されている。
【００２３】
すなわち、燃料極層３、固体電解質層４は、第１の主面ｎから両端の弧状面ｍを経由して第２の主面ｎ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。
【００２４】
つまり、ガス遮断性を有する緻密質な固体電解質層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筒状体を形成し、この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、筒状体で遮断されている。
【００２５】
具体的に説明すると、図１（ｂ）に示すように、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、図示しないが、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、支持体１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。
【００２６】
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。
【００２７】
そして、この第１の形態では、支持体１のＮａ量が３０×１０−６質量％以下とされている。特には、２５×１０−６質量％以下、２０×１０−６質量％以下とされている。支持体１中には、必然的にＮａを含有している。支持体１のＮａ量を低減するには、支持体１の成形体として、Ｎａ含有量の少ない有機樹脂（有機バインダー、溶媒等）、原料粉末を用い、支持体成形体中のＮａ量を低減することで達成できる。このように支持体１のＮａ量が３０×１０−６質量％以下であるため、焼成温度が低い場合でも、開気孔率を低下させることができ、燃料電池セルの強度を高め、クラック発生を低減できる。なお、支持体１中のＮａ量については原子吸光分光分析により測定することができる。
【００２８】
すなわち、従来においては、支持体１中のＮａ量と開気孔率との関係については何ら認識しておらず、その結果、支持体中のＮａ量は通常５０×１０−６質量％以上であり、このような場合には、図２（ａ）に示すように、固体電解質層を十分に焼結させて緻密化すべく焼成温度を高めていくほど、焼結して作製された燃料電池セルを８５０℃の還元雰囲気に曝すと変形量が大きくなり、一方、図２（ｂ）に示すように、支持体１中の開気孔率は焼成温度が低くなるにつれて高くなることがわかる。従って、燃料電池セルの還元変形を低減するには焼成温度を低くする必要があるが、この場合には、多孔質な支持体１の開気孔率が大きくなり、燃料電池セルの強度が低下することがわかる。
【００２９】
なお、図２（ａ）は横軸の焼成温度で焼成して作製された燃料電池セルを８５０℃の還元雰囲気に曝した時の変形量を示す。還元変形量は、燃料電池セルを８５０℃の還元雰囲気（水素雰囲気）に曝した後、室温（２０℃）まで戻した時の寸法を求め、還元処理前の大気中の室温（２０℃）における寸法との差とした。なお、焼成温度とは、燃料電池セル作製時における最高温度である。また、図２のグラフにおいては、焼成温度に対する還元変形量、開気孔率を、複数の燃料電池セルについて測定し、プロットしている部分もある。
【００３０】
図３は、燃料電池セルの焼成温度を１５００℃とし、支持体１のＮａ量を変化させた場合の支持体１の開気孔率を示すもので、Ｎａ量を低減することにより開気孔率が低減できることがわかる。従って、焼成温度を低くした場合であっても、Ｎａ量を低減させることにより、開気孔率を低減でき、支持体１の強度を高くできることがわかる。開気孔率については、燃料電池セルにおける支持体１の一部を切り出してアルキメデス法により測定できる。
【００３１】
なお、図４は燃料極層が支持体となる燃料電池セルの第２の形態を示す断面図であるが、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の第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４の第２の形態のように、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】
図５は、固体酸化物形燃料電池セルの第３の形態を示している。
【００３３】
燃料電池セル１０は中空平板型で、細長い板状をしたＮｉを含有する多孔質の導電性の支持体１を備えている。図５の形態についても、図１の支持体１と同じＮａ量を有している。
【００３４】
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が支持体１の長さ方向Ｌに貫通して形成されている。すなわち、燃料ガス通路２は、支持体１の幅方向Ｗと直交する長手方向Ｌに沿って、支持体１の内部に形成されている。
【００３５】
支持体１は、支持体１の幅方向Ｗの中央部分の支持体中央部１ａと、この支持体中央部１ａの幅方向Ｗの両側に設けられ、支持体１の厚さ方向Ｔに膨れた形状の支持体端部１ｂを有している。燃料電池セル１０は、この支持体１上に各種の層が設けられた構造を有している。これにより、酸素極層６を形成しない状態で見ると、燃料電池セル１０は、幅方向Ｗの中央部分のセル中央部１０ａと、このセル中央部１０ａの幅方向Ｗの両側に設けられセル中央部１０ａの厚さ方向Ｔに膨れた形状のセル端部１０ｂとからなる柱状をなしている。
【００３６】
支持体１の支持体端部１ｂにおける燃料ガス通路２ｂの断面積が、支持体中央部１ａにおける燃料ガス通路２ａの断面積よりも小さくなっている。これは、支持体中央部１ａの厚さ方向Ｔに膨れた形状の支持体端部１ｂは先端が外方に突出した曲面形状をなしており、支持体中央部１ａよりも応力集中し易いため、支持体端部１ｂにおける燃料ガス通路２ｂの断面積を、支持体中央部１ａにおける燃料ガス通路２ａの断面積よりも小さくしている。これにより、支持体１の支持体端部１ｂにおける強度を向上し、燃料電池セル１０のクラック等の発生を低減できる。
【００３７】
支持体端部１ｂにおける燃料ガス通路２ｂの断面積は、例えば、支持体中央部１ａにおける燃料ガス通路２ａの断面積の２０〜８０％とされている。
【００３８】
支持体１の外面形状は、図５に示されている形状から理解されるように、支持体中央部１ａの上下面に設けられた互いに平行な一対の主面ｎと、支持体端部１ｂに設けられた外側に突出する形状の弧状面（側面）ｍとで構成されている。主面ｎの両面は互いにほぼ平行に形成されており、第１の主面ｎ（下面）と両側の弧状面ｍを覆うように多孔質な燃料極層（内側電極層）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緻密質な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。
【００３９】
また、第１の主面ｎにおける固体電解質層４の表面には、燃料極層３と対面するように、多孔質な酸素極層（外側電極層）６が配置されている。図５では、酸素極層６と固体電解質層４との間の中間層の記載を省略した。
【００４０】
酸素極層６は、支持体１の第１の主面ｎに形成されており、支持体中央部１ａに対応する部分から、支持体１の幅方向Ｗの両側に位置する支持体端部１ｂの一部にかけて形成されており、支持体中央部１ａにおける酸素極層６の外側面は、支持体端部１ｂにおける固体電解質層４の外側面よりも外側に位置している。
【００４１】
言い換えれば、固体電解質層４が、支持体中央部１ａおよび支持体端部１ｂにおける第１の主面ｎに設けられ、酸素極層６が支持体中央部１ａにおける第１の主面ｎに設けられており、酸素極層６の表面（外側の面）の少なくとも一部が、支持体端部１ｂにおける固体電解質層４の表面よりも外方に位置している。酸素極層６の外面はほぼ平坦面とされており、酸素極層６の外側の面の全体が最外面６ａとされている。支持体中央部１ａにおける酸素極層６の外側面の、固体電解質層４の外側面からの突出量ｐは、２００μｍ以下とされている。
【００４２】
また、支持体１の第２の主面ｎ（上面）には、図示しない密着層を介してガス遮断性を有する緻密質なインターコネクタ８が形成されている。
【００４３】
インターコネクタ８は、支持体１の支持体中央部１ａの第２の主面ｎから支持体端部１ｂまで延設されている。インターコネクタ８の幅方向Ｗの端は、酸素極層６の幅方向Ｗの端よりも外側に位置している。
【００４４】
そして、燃料極層３、固体電解質層４は、支持体１の第１の主面ｎから両端の支持体端部１ｂの弧状面ｍを経由して支持体端部１ｂの第２の主面ｎまで延設されており、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。燃料極層３、固体電解質層４の先端は、支持体端部１ｂの第２の主面ｎに位置し、支持体中央部１ａには到達していない。
【００４５】
固体電解質層４の両端部は、支持体端部１ｂにおいて、インターコネクタ層８の両端部と接合しており、固体電解質層４と接合している部分のインターコネクタ層８の厚みが、セル中央部１０ａにおけるインターコネクタ層８の厚みよりも厚い。インターコネクタ層８と固体電解質層４とは、厚さ方向Ｔに膨らんだ支持体端部１ｂにおいて接合するため、例えば、印刷塗布してインターコネクタ層８を形成する場合、厚さ方向Ｔに膨らんだ支持体端部１ｂにおいて薄くなる傾向にある。また、厚さ方向Ｔに膨らんだ支持体端部１ｂの固体電解質層４およびインターコネクタ層８には、支持体中央部１ａよりも高い応力が生じる。これにより、接合部における薄いインターコネクタ層８にクラックが生じ、燃料ガスが漏出するおそれがある。
【００４６】
これに対して、本形態では、固体電解質層４と接合している部分のインターコネクタ層８の厚みが、支持体中央部１ａにおけるインターコネクタ層８の厚みよりも厚いため、支持体中央部１ａにおけるインターコネクタ層８の電気抵抗を小さくできるとともに、支持体端部１ｂにおけるインターコネクタ層８自体の強度が高くなり、固体電解質層４との接合部にクラックが生じることを低減できる。例えば、支持体中央部１ａにおけるインターコネクタ層８の厚みが３０〜６０μｍ、固体電解質層４と接合している部分のインターコネクタ層８の厚みが４０〜８０μｍとされている。
【００４７】
酸素極６は、図５（ｂ）に示すように、平面形状が矩形状であり、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５（ｂ）に示すように、支持体１の長さ方向Ｌにおける一端から他端まで形成されている。なお、固体電解質層４も支持体１の長さ方向Ｌにおける一端から他端まで形成されている。
【００４８】
燃料電池セル１０は、燃料電池セル１０のセル中央部１０ａにおける、支持体１の支持体中央部１ａの厚みをＡ１、燃料極層３の厚みをＢ１、固体電解質層４の厚みをＣ１とし、燃料電池セル１０のセル端部１０ｂにおける、支持体端部１ｂの厚みをＡ２、燃料極層３の厚みをＢ２、固体電解質層４の厚みをＣ２としたとき、Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＞Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１の関係を満足している。特に、（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２）／（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１）の値が１．０１〜１．３を満足している。
【００４９】
以上のように構成された燃料電池セルでは、図１の形態と同様、支持体１のＮａ量が３０×１０−６質量％以下であるため、焼成温度を低くしたとしても、開気孔率を低下させることができ、燃料電池セルの強度を高め、クラック発生を低減できる。さらに、酸素極層６は、支持体中央部１ａから、幅方向Ｗの両側の支持体端部１ｂの一部にかけて形成されており、支持体中央部１ａにおける酸素極層６の外側面は、支持体端部１ｂにおける固体電解質層４の外側面よりも外側に位置しているため、支持体端部１ｂの固体電解質層４よりも外側に突出している酸素極層６が、他の燃料電池セル１０と耐熱性金属を介して十分に接触することが可能となり、電気的接続信頼性を向上できる。
【００５０】
すなわち、鉄アレイ形状の従来の燃料電池セルでは、支持体中央部１ａにおける酸素極層６の外側面は、幅方向Ｗの両側の支持体端部１ｂの固体電解質層４よりもよりも凹んでおり、燃料電池セル１０を、例えば、耐熱性金属を介して他の燃料電池セル１０に接合する際には、支持体中央部１ａにおける酸素極層６と耐熱性金属とは当接しにくいため、電気的接続不良となるおそれがあったが、本形態では、支持体中央部１ａにおける酸素極層６の外側面が、支持体端部１ｂの固体電解質層４よりも突出しているため、酸素極層６と耐熱性金属とが十分に接触し、電気的接続信頼性を向上できる。
【００５１】
図６（ａ）（ｂ）は、燃料電池セルの第４の形態、第５の形態をそれぞれ示すもので、図６（ａ）の第４の形態では、酸素極層６は、支持体中央部１ａに対応する部分にのみ形成されており、幅方向Ｗの両側の支持体端部１ｂには形成されていない。このような酸素極層６は、酸素極層材料を含有するグリーンシートを積層することができる。
【００５２】
また、図６（ｂ）の第５の形態では、酸素極層６は、支持体端部１ｂの一部および支持体中央部１ａに形成されており、支持体１の幅方向Ｗにおける酸素極層６の端部が幅方向Ｗの端に向けて次第に厚みが薄くなっている。このような酸素極層６はスクリーン印刷で形成することができる。
【００５３】
この図６（ｂ）では、支持体中央部１ａにおける酸素極層６の表面が、支持体端部１ｂにおける固体電解質層４の表面よりも外方に位置する最外面６ａを有している。
【００５４】
以下に、上記第１〜第５の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、ＮｉＯ以外の無機酸化物、例えば、特定の希土類酸化物、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ２Ｏ３（イットリア）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、又は、ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）の混合物等により形成されており、Ｎａ含有量が３０×１０−６質量％以下とされている。
【００５５】
Ｎａ含有量については、原子吸光分光分析にて測定することができる。また、支持体１中のＮａ量を３０ｐｐｍ以下とするには、Ｎａ含有量の少ない原料や有機成分を用いて支持体成形体中のＮａ量を低減することにより達成できる。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。具体的には、２５〜３５％、３０〜３５％、さらには３０〜３２％が望ましい。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。
【００５９】
また、支持体１は、燃料ガス透過性を有することが必要なため、支持体１の厚みは５ｍｍ以下が望ましく、支持するという点からは、１．５ｍｍ以上であることが望ましい。
【００６０】
なお、支持体１の主面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の長さは、例えば、１００〜３００ｍｍとされている。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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の下側の第１の主面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の下側の第１の主面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の上側の第２の主面ｎ上に形成された構造をしたものであってもよい。
【００６４】
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。
【００６５】
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低減する目的で中間層９が形成されている。なお、図５、６については中間層９の記載を省略した。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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）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、ＢサイトにＭｇが存在するＬａＣｒＭｇＯ３系酸化物が用いられる。インターコネクタ層８材料は導電性セラミックスであればよく、特に限定されるものではない。
【００７０】
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。
【００７１】
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密着層（図示せず）を形成することができる。
【００７２】
このような密着層としては、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。
【００７３】
以上説明した燃料電池セル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などの無機酸化物の粉末と、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。ここで、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しては、Ｎａ含有量の少ない粉末を用い、また、有機バインダー、溶媒等の有機成分としてもＮａ含有量の少ないものを用いる。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。図５に示すような、支持体中央部１ａと、この支持体中央部１ａの幅方向Ｗの両側に設けられ、厚さ方向Ｔに膨れた形状の支持体端部１ｂを有する支持体１を作製するには、例えば、端部部分が膨れた形状の成形型（口金）を用いることにより、所望の形状の支持体成形体を作製できる。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、成形体を形成する。
【００７７】
次いで、上記の積層成形体を８００〜１２００℃で２〜６時間仮焼する。続いて、インターコネクタ層材料（例えば、ＬａＣｒＭｇＯ３系酸化物粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを作製する。この後の工程は、密着層を有する燃料電池セルの製法について説明する。
【００７８】
続いて、支持体１とインターコネクタ層８との間に位置する密着層成形体を形成する。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密着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密着層成形体を形成する。
【００７９】
続いて固体電解質層４と酸素極層６との間に配置する中間層を形成する。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、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、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中間層成形体を作製する。
【００８０】
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、密着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。なお、インターコネクタ層用スラリーを調製し、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、密着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。図５のように、端部１０ｂにおけるインターコネクタ層の厚みを厚くするには、例えば、端部１０ｂのインターコネクタ成形体の上に再度インターコネクタ層用スラリーを塗布することで、所望の厚みを得ることができる。
【００８１】
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。
【００８２】
さらに、酸素極層用材料（例えば、ＬａＣｏＯ３系酸化物粉末）、溶媒および増孔剤を含有するスラリーをディッピング等により中間層上に塗布し、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。図５のように、支持体中央部１ａにおける酸素極層６の外側面を、支持体端部１ｂにおける固体電解質層４の外側面よりも外側に位置せしめるには、例えば、酸素極層成形体の厚みを、焼成後に、支持体中央部１ａにおける酸素極層６の外側面が、支持体端部１ｂにおける固体電解質層４の外側面よりも外側に位置するようにスラリー塗布量を調整する。
【００８３】
図７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、上述した中間層等の一部の部材を省略して示している。
【００８４】
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。
【００８５】
また、導電部材１４には、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。
【００８６】
図７（ｂ）は、２つの燃料電池セル１０を集電部材１３で電気的に接続したもので、集電部材１３は、図８に示すように、例えば長方形状の耐熱性合金板に、長さ方向に所定間隔をおいて幅方向に延びるスリットを形成し、スリット間の帯状部を、耐熱性合金板の厚み方向に交互に突出させて構成されており、対向する方向に突出した帯状部を、それぞれ燃料電池セル１０に導電性の接着剤で接合することで、セルスタック１２が構成されている。
【００８７】
すなわち、集電部材１３は、第１の燃料電池セル１０と接合される複数の第１集電片１３ａと、第１の燃料電池セルに隣接する第２の燃料電池セル１０と接合される複数の第２集電片１３ｂと、複数の第１集電片１３ａおよび複数の第２集電片１３ｂの一端同士を連結する第１連結部１３ｃと、複数の第１集電片１３ａおよび複数の第２集電片１３ｂの他端同士を連結する第２連結部１３ｄとを一組のユニットとし、これらのユニットの複数組が、燃料電池セル１０の長手方向に導電性連結片１３ｅにより連結されて構成されている。第１集電片１３ａおよび第２集電片１３ｂは、燃料電池セル１０に接合される部位を示し、これらの部位が燃料電池セル１０により電力を取り出す集電部１３ｆとなっている。また、第１集電片１３ａと第２集電片１３ｂとの間が、酸素含有ガスが通過する空間とされている。
【００８８】
そして、燃料電池セル１０のインターコネクタ層８は、端部１０ｂ間で凹んでいるが、この凹み部分と集電部材１３との間には、例えば、酸素極材料からなるｐ型半導体、あるいは導電性の接着剤、もしくはｐ型半導体と導電性の接着剤からなる平坦化層１７が配置されている。言い換えれば、ｐ型半導体、接着剤が、支持体端部１ｂ間におけるインターコネクタ層８に配置されて平坦化され、この平坦化層１７の外側面は、端部１ｂに形成された固体電解質層４の外側面よりも外側、もしくは同一面に位置し、平坦化層１７に集電部材１３が接合されている。
【００８９】
このようなセルスタック装置では、酸素極層６、およびインターコネクタ層８に配置されたｐ型半導体、接着剤の平坦化層１７の外側面が外側に突出しており、これらが集電部材１３に確実に接触し、燃料電池セル１０同士の接合強度を向上し、電気的接続信頼性を向上できる。
【００９０】
図９は、セルスタック装置１１を収納容器１９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７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。
【００９１】
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。
【００９２】
なお、図９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９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。
【００９３】
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９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。
【００９４】
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。
【００９５】
図１０は、外装ケース内に図９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とを収納してなる燃料電池装置（モジュール収容装置）の一例を示す斜視図である。なお、図１０においては一部構成を省略して示している。
【００９６】
図１０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。
【００９７】
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。
【００９８】
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、信頼性の向上した燃料電池装置２３とすることができる。
【００９９】
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、平板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。また、例えば、導電性の支持体上に酸素極層、固体電解質層、燃料極層を配置した燃料電池セルであっても良い。
【０１００】
さらに、上記形態では固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ）、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】
【０１０１】
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。また、ＮｉＯ粉末、Ｙ２Ｏ３粉末としては、Ｎａを殆ど含有せず、有機バインダー、溶媒については所定量のＮａを含有していた。支持体成形体中のＮａ量は、Ｎａ含有量が異なる有機バインダー、溶媒を用いて調整した。【０１０２】
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。【０１０３】
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。【０１０４】
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。【０１０５】
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。【０１０６】
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、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、中間層成形体を形成した。【０１０７】
続いて、平均粒径０．７μｍのＬａ（Ｍｇ０．３Ｃｒ０．７）０．９６Ｏ３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。【０１０８】
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密着層用スラリーを調整した。調整した密着層用スラリーを、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位（支持体が露出した部位）に塗布して密着層成形体を積層し、密着層成形体の上に、インターコネクタ層用スラリーを塗布した。【０１０９】
次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、大気中で表１に示す温度で２時間同時焼成した。【０１１０】
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。【０１１１】
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（主面ｎ間の厚み）は２ｍｍ、燃料極層の厚さは１０μｍ、固体電解質層の厚みは２０μｍ、インターコネクタ層の厚みは４０μｍであった。【０１１２】
作製した７本の燃料電池セル１０を、図７に示したように、集電部材を介して電気的に接続したセルスタックの下端部を、ガスタンクの開口部内に挿入し、結晶化ガラスからなる接着剤で接合固定し、セルスタック装置を作製した。【０１１３】
これらのセルスタック装置のガスタンク内に水素ガスを供給し、燃料電池セルの内部に水素ガスを流し、８５０℃で１０時間、支持体および燃料極層の還元処理を施し、冷却した。【０１１４】
そして、支持体について、原子吸光分光分析によりＮａ量を測定し、その量を表１に記載した。また、支持体の開気孔率をアルキメデス法で求め、表１に記載した。さらに、燃料電池セルにおけるクラックの発生有無を目視にて確認し、表１に追記した。【０１１５】
【表１】
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【０１１６】
この表１の試料Ｎｏ．１〜４から、１５００℃と低温で焼成した場合でも、支持体中のＮａ量を３０×１０−６質量％以下とすれば、開気孔率を３２％以下と小さくでき、焼成温度を低下したとしても開気孔率を低下でき、支持体の強度を高め、セルにおけるクラック発生を低減できることがわかる。一方、試料Ｎｏ．５〜８から、支持体中のＮａ量が４７〜７２×１０−６質量％と多い場合には、１５００℃と低温焼成した場合に、開気孔率が３２％よりも大きく、支持体の強度が低く、燃料電池セルにクラックが発生することがわかる。
【符号の説明】
【０１１７】
１：支持体
１ａ：支持体中央部
１ｂ：支持体端部
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
１０：燃料電池セル
１０ａ：セル中央部
１０ｂ：セル端部
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
【要約】
【課題】  焼成温度が低い場合でも、支持体の開気孔率を小さくできるセル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置を提供する。
【解決手段】  本発明のセル１０は、多孔質の支持体１に、多孔質の燃料極層３、セラミックスからなる緻密質の固体電解質層４および多孔質の酸素極層６を順次配置してなるとともに、支持体１内のＮａ量が３０×１０−６質量％以下のものである。また、本発明のセル１０は、第１電極層となる多孔質の支持体１に、セラミックスからなる緻密質の固体電解質層４および多孔質の酸素極層６を順次配置してなるとともに、支持体１内のＮａ量が３０×１０−６質量％以下のものである。
【選択図】  図１【図１】
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【図４】
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【図５】
0005744348.tif 000005
【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２】
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【図３】
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