(57)【要約】【課題】固体酸化物形燃料電池の平板状の単セル同士を貼り合わせる際に、単セル間の接合面の電気的接触抵抗を低減することができる固体酸化物形燃料電池を提供する。【解決手段】燃料極基板３と、燃料極基板３の板材の表面あるいは裏面のいずれか一方の面に成膜した固体電解質膜４と、固体電解質膜４に成膜した多孔質体から成る空気極膜５と、燃料極基板３の他方の面に成膜したインターコネクタ膜６とを具備する単セル２の空気極膜５とインターコネクタ膜６との間に導電性ペーストを塗布することによって、複数個の単セル２を積層して直列接続し、焼結して成る燃料極支持型固体酸化物形燃料電池のスタック１において、導電性ペーストは、空気極膜５を構成する材料粉末である空気極材料粉末と、増粘剤と、少なくとも１種類以上の有機溶媒を含む保湿剤とを含有する。【選択図】図１
2008078033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、前記燃料極の板材の表面あるいは裏面のいずれか一方の面に成膜した固体電解質膜と、前記固体電解質膜に成膜した多孔質体から成る空気極膜と、前記燃料極の他方の面に成膜したインターコネクタ膜とを具備する単セルの前記空気極膜と前記インターコネクタ膜との間に導電性ペーストを塗布することによって、複数個の単セルを積層して直列接続し、焼結して成る燃料極支持型固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストは、
前記空気極膜を構成する材料粉末である空気極材料粉末と、増粘剤と、少なくとも１種類以上の有機溶媒を含む保湿剤とを含有する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
空気極と、前記空気極の板材の表面あるいは裏面のいずれか一方の面に成膜した固体電解質膜と、前記固体電解質膜に成膜した多孔質体から成る燃料極膜と、前記空気極の他方の面に成膜したインターコネクタ膜とを具備する単セルの前記燃料極膜と前記インターコネクタ膜との間に導電性ペーストを塗布することによって、複数個の単セルを積層して直列接続し、焼結して成る空気極支持型固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストは、
前記燃料極膜を構成する材料粉末である燃料極材料粉末と、増粘剤と、少なくとも１種類以上の有機溶媒を含む保湿剤とを含有する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストは、
前記インターコネクタ膜を構成する材料粉末であるインターコネクタ材料粉末と、増粘剤と、少なくとも１種類以上の有機溶媒を含む保湿剤とを含有する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストに含有する前記増粘剤は、カルボキシメチルセルロースであることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストに含有する前記保湿剤は、プロピレングリコールである
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストに含有する前記空気極材料粉末は、
イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）もしくはスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）を含有し、
前記燃料極支持型固体酸化物形燃料電池の単セル上に成膜された前記空気極膜及び前記インターコネクタ膜と等しい熱膨張特性を有するように調合した
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストに含有する前記燃料極材料粉末は、
イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）もしくはスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）を含有し、
前記空気極支持型固体酸化物形燃料電池の単セル上に成膜された前記燃料極膜及び前記インターコネクタ膜と等しい熱膨張特性を有するように調合した
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池に関し、特に単セル同士の接合面の電気的接触抵抗を低減することが必要な複数個の前記単セルの集合体であるスタックを作製する場合に有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な形態の燃料電池が考案され実用化されてきたが、その中の一つに平板型固体酸化物形燃料電池がある。また、その中でもとりわけ、平板型固体酸化物形燃料電池の空気極材料の使用量を減らすことでコンパクト化に成功した燃料極支持型固体酸化物形燃料電池がある（特許文献１参照）。
【０００３】
この燃料極支持型固体酸化物形燃料電池の構造を図５に示す。同図に示すように、燃料極支持型固体酸化物形燃料電池の単セル２は、燃料ガスを供給するための燃料ガス流路７を備える燃料極基板３と、燃料極基板３の表面あるいは裏面のいずれか一方の面に成膜した固体電解質膜４と、固体電解質膜４に成膜した空気極膜５と、空気極膜５の他方の面に成膜したインターコネクタ膜６とを備え、隣接する他の単セル２の空気極膜５に空気を供給するための空気流路８をインターコネクタ膜６に形成している。
【０００４】
尚、同様にして空気極を基板とした空気極支持型固体酸化物形燃料電池も提案されている。
【０００５】
一方、単セル２の燃料電池における発電時の電圧は約０．７Ｖ程度に過ぎない。しかし、燃料電池として実用化するため複数の単セル２を積層し直列接続すれば、大出力の燃料電池として所定電圧を確保できる。そこで、単セル２を複数個積層して直列接続して焼結し単セル２の集合体であるスタックを形成し、平板型の燃料電池としている。
【０００６】
また、ここで単セル２同士を積層して直列接続するスタック作製の際には、導電性ペーストを用いる。導電性ペーストを単セル２同士の間に塗布して積層し、直列接続して焼結する。このように、導電性ペーストを用いて多孔質体から成る単セル２同士を貼り合わせてスタックを作製している。
【０００７】
しかし、複数個単セルを積層して導電性ペーストで貼り合わせて一個の燃料電池としても単セル２一個当りの出力×個数が燃料電池の総出力として得られない。これは、導電性ペーストによる接続で何らかのエネルギー損失が生じたためであろうが、貼り合わせる単セル２の接触面が多孔質体であるということが問題であると考えられる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２４７０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、固体酸化物形燃料電池の平板状の単セル同士を貼り合わせる際に、単セル間の接合面の電気的接触抵抗を低減した固体酸化物形燃料電池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】
【００１０】
本発明者等は、固体酸化物形燃料電池のエネルギー損失を少なくするための理由を解明する中で、次のような知見を得た。
【００１１】
従前より、平板型固体酸化物形燃料電池が作製されていた。そして、平板型固体酸化物形燃料電池をコンパクト化できる燃料極を基板にする燃料極支持型固体酸化物形燃料電池と空気極を基板にする空気極支持型固体酸化物形燃料電池が知られている。燃料極支持型固体酸化物形燃料電池についての詳しい構造は、上記の通りである。これらの固体酸化物形燃料電池は複数個の単セル同士を積層する際は、導電性ペーストを介して直列接合する。
【００１２】
しかしながら、従来技術の導電性ペーストでは、燃料極膜、又は空気極膜が多孔質体でできているため、導電性ペーストを塗布するとすぐにその溶媒成分が多孔質体に吸収されてしまうという難点があった。従来の導電性ペーストは、粘性も小さく保湿性も考慮されていないので、塗布時に生じる塗りムラにより、導電性ペーストの塗布厚さに凹凸が生じてしまっていた。溶媒成分が吸収されると、導電性ペースト自体の粘度は劣化するため、単セル同士を押し付ける様に貼り合わせても導電性ペースト厚さの凹凸は解消されず、単セル間同士の隙間は導電性ペーストで一様に充填されない。そして、塗布した導電性ペーストの厚さが薄い部分には空隙が生じる一方で、塗布した導電性ペーストの厚さが厚い部分のみが接触することになり、本来接触すべき面積よりも狭い面積でしか接触することができなくなる。このために単セル間の接合面上に電気的接触抵抗が生じてしまう。
【００１３】
つまり、従来の導電性ペーストでは、単セル同士の接合が不完全であり、空隙が存在するために抵抗が生じ、その結果、電気的接触抵抗が増大してしまっていた。そこで、単セル同士の接触面積を増やせば、単セル間の接合面の電気的接触抵抗を低減することが可能であると考えられる。
【００１４】
ここで、導電性ペーストは、セル同士を平滑に密着させることが重要であり、そのため導電性ペーストが、展延するように粘性及び保湿性を備えれば良いことに思い至った。
【００１５】
かかる知見に基づく本発明の第１の態様は、
燃料極と、前記燃料極の板材の表面あるいは裏面のいずれか一方の面に成膜した固体電解質膜と、前記固体電解質膜に成膜した多孔質体から成る空気極膜と、前記燃料極の他方の面に成膜したインターコネクタ膜とを具備する単セルの前記空気極膜と前記インターコネクタ膜との間に導電性ペーストを塗布することによって、複数個の単セルを積層して直列接続し、焼結して成る燃料極支持型固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストは、
前記空気極膜を構成する材料粉末である空気極材料粉末と、増粘剤と、少なくとも１種類以上の有機溶媒を含む保湿剤とを含有する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。
【００１６】
第１の態様では、多孔質の単セル同士を平滑に貼り合わせることができ、単セル間の接合面の電気的接触抵抗を低減することができる。
【００１７】
本発明の第２の態様は、
空気極と、前記空気極の板材の表面あるいは裏面のいずれか一方の面に成膜した固体電解質膜と、前記固体電解質膜に成膜した多孔質体から成る燃料極膜と、前記空気極の他方の面に成膜したインターコネクタ膜とを具備する単セルの前記燃料極膜と前記インターコネクタ膜との間に導電性ペーストを塗布することによって、複数個の単セルを積層して直列接続し、焼結して成る空気極支持型固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストは、
前記燃料極膜を構成する材料粉末である燃料極材料粉末と、増粘剤と、少なくとも１種類以上の有機溶媒を含む保湿剤とを含有する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。
【００１８】
第２の態様では、多孔質の単セル同士を平滑に貼り合わせることができ、単セル間の接合面の電気的接触抵抗を低減することができる。
【００１９】
本発明の第３の態様は、
第１又は第２の態様に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストは、
前記インターコネクタ膜を構成する材料粉末であるインターコネクタ材料粉末と、増粘剤と、少なくとも１種類以上の有機溶媒を含む保湿剤とを含有する
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。
【００２０】
第３の態様では、多孔質の単セル同士を平滑に貼り合わせることができ、単セル間の接合面の電気的接触抵抗を低減することができる。
【００２１】
本発明の第４の態様は、
第１又は第２の態様に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストに含有する前記増粘剤は、カルボキシメチルセルロースである
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。
【００２２】
第４の態様では、導電性ペーストに含まれている増粘剤が瞬時に空気極膜又は、燃料極膜内部へ染み込まず、導電性ペーストの粘度が保持されることによって、単セル同士の密着性を向上させることができる。
【００２３】
これにより、焼結処理後も単セル同士の密着性が保たれるほか、単セルの接続部が一体化した焼結体となるため、単セル間の接合面の電気的接触抵抗を低減することができる。
【００２４】
本発明の第５の態様は、
第１又は第２の態様に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストに含有する前記保湿剤は、プロピレングリコールである
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。
【００２５】
第５の態様では、導電性ペーストに含まれている保湿剤が導電性ペーストの保湿性を高め、急な乾燥を防ぐので、単セル同士を平滑に粘着させるのを促進する。
【００２６】
これにより、焼結処理後も単セル同士の密着性の向上を計り、単セルの接続部が一体化した焼結体となるため、単セル間の接合面の電気的接触抵抗を低減することができる。
【００２７】
本発明の第６の態様は、
第１の態様に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストに含有する前記空気極材料粉末は、
イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）もしくはスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）を含有し、
前記燃料極支持型固体酸化物形燃料電池の単セル上に成膜された前記空気極膜及び前記インターコネクタ膜と等しい熱膨張特性を有するように調合した
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。
【００２８】
第６の態様では、燃料電池の作動時の発熱で各部材に熱膨張が生じても、熱膨張率が等しいので単セルの破損を防止することができる。
【００２９】
本発明の第７の態様は、
第２の態様に記載の固体酸化物形燃料電池において、
前記導電性ペーストに含有する前記燃料極材料粉末は、
イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）もしくはスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）を含有し、
前記空気極支持型固体酸化物形燃料電池の単セル上に成膜された前記燃料極膜及び前記インターコネクタ膜と等しい熱膨張特性を有するように調合した
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池にある。
【００３０】
第７の態様では、燃料電池の作動時の発熱で各部材に熱膨張が生じても、熱膨張率が等しいので単セルの破損を防止することができる。
【発明の効果】
【００３１】
上記構成を有する本発明によれば、導電性ペーストは乾きにくく粘性を保持する。この結果、単セル同士の密着性が向上し、単セル間の接合面の電気的接触抵抗を低減させた固体酸化物形燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本実施の形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。
【００３３】
図１は本発明の実施形態１にかかる燃料極支持型固体酸化物形燃料電池のスタックの断面の概念図、図２は、実施例１に基づき作製したスタックの斜視図、図３は本発明により作製したスタックのインピーダンス測定結果のグラフ、図４は従来のスタックのインピーダンス測定結果のグラフである。
【００３４】
以下、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）をＳＯＦＣと略記する。また、複数個の単セルを積層し直列接続させた集合体のことをスタックと称する。
【００３５】
＜実施形態１＞
実施形態１にかかる燃料極支持型ＳＯＦＣのスタック１の作製について説明する前に燃料極支持型ＳＯＦＣの単セル２の構造について説明する。
【００３６】
図１に示すように、燃料極支持型ＳＯＦＣの単セル２は、多孔質体から成る燃料極基板３と、前記燃料極基板３の表面あるいは裏面のいずれか一方の面に成膜した固体電解質膜４と、前記固体電解質膜４に成膜した多孔質体から成る空気極膜５と、前記燃料極基板３の他方の面に成膜したインターコネクタ膜６とから構成されている。そして、前記燃料極基板３は燃料ガスを流通させる燃料ガス流路７を備え、燃料ガス流路７と平行に空気を流す空気流路８がインターコネクタ膜６に溝として配置されている。
【００３７】
さらに詳言すると、燃料極支持型ＳＯＦＣの単セル２は、燃料ガス流路７を有する多孔質のニッケル（Ｎｉ）−イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）あるいはニッケル（Ｎｉ）−スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）製の燃料極基板３上に固体電解質膜４を成膜し、さらにこれらを挟むように多孔質体から成る空気極膜５及びインターコネクタ膜６を成膜し、燃料極基板３内部に燃料ガス流路７を介して水素などの燃料ガス、及び空気流路８を介して空気極膜５へ空気や酸素などの酸化ガスを供給することによって生じる電気を空気極膜５及びインターコネクタ膜６を介して外部に取り出せる構造となっている。
【００３８】
また、燃料極支持型ＳＯＦＣの平板状の単セル２から成るスタック１は、次のような構造をしている。
【００３９】
燃料極支持型ＳＯＦＣのスタック１は、燃料極基板３に燃料を供給するための燃料ガス流路７を備え、隣接する他の単セル２の空気極膜５に空気を供給するための空気流路８としてインターコネクタ膜６に空気が通るための溝を形成している。そして、単セル２のインターコネクタ膜６が隣接する他の単セル２の空気極膜５に当接するように単セル２が積層され、単セル２を積層した積層体の側面にマニホールド板９が取り付けられて、スタック１が形成される。ここで、燃料ガス流路７と空気流路８とは単セル２の端から端を貫通させる直線状の孔となっている。また、図１には、例として、単セル２を３段積層したスタック１を示したが、スタック１全体をマニホールド板９で覆うことにより、マニホールド板９がスタック１のガスシールド材として機能している。
【００４０】
このようにして、燃料極支持型ＳＯＦＣのスタック１は、ＳＯＦＣ空気極材料を含んで成る導電性ペーストを空気極膜５、インターコネクタ膜６、又はその両方に塗布し、この導電性ペーストを塗布した面に別のＳＯＦＣ単セル２を積層し、直列に接続して焼結する。
【００４１】
ここで、スタック１作製における焼結処理温度は、１１００〜１３００℃が好ましい。さらに、その保持時間は１〜２４時間が好ましい。そして、導電性ペーストに含まれる有機成分の急激な蒸発による破壊を避けるため、平均昇温速度は２００℃／ｈ以下が好ましく、より好ましくは５０℃／ｈ以下である。また、有機成分の蒸発過程（脱脂過程）として、２００〜６００℃の範囲において一定温度で３〜１０時間保持しても構わない。そして、熱応力の急激な発生による破壊を避けるため、平均降温速度は２００℃／ｈ以下が好ましく、より好ましくは５０℃／ｈ以下である。
【００４２】
次に、スタック１作製に使用する本実施形態における導電性ペーストについて説明する。
【００４３】
本実施形態における導電性ペーストは、ＳＯＦＣ用の空気極材料粉末と、増粘剤と、保湿剤とから成ることが好ましい。尚、保湿剤は、少なくとも１種類以上の有機溶媒を含有する。
【００４４】
また、この導電性ペーストを構成するＳＯＦＣ用の空気極材料粉末は、燃料極支持型ＳＯＦＣの平板状の単セル２上に成膜された空気極膜５及びインターコネクタ膜６と等しい熱膨張特性を有するようにＹＳＺもしくはＳｃＳＺを含んでも構わない。この時、ＹＳＺの混合量は、導電性ペーストを構成するＳＯＦＣ用の空気極材料粉末に対し重量比で５０％以下が好ましい。一方、ＳｃＳＺの混合量は、導電性ペーストを構成するＳＯＦＣ用の空気極材料粉末に対し重量比で５０％以下が好ましい。ここで、ＹＳＺはイットリア安定化ジルコニアであり、ＳｃＳＺはスカンジア安定化ジルコニアである。
【００４５】
また、増粘剤は、例えばカルボキシメチルセルロースであることが好ましい。
【００４６】
そして、導電性ペーストの混合比は、ＳＯＦＣ用の空気極材料粉末５０重量％以上、増粘剤および有機溶媒の混合物５０重量％以下が好ましい。さらに、増粘剤及び有機溶媒の混合比は、増粘剤５０重量％以上、有機溶媒５０重量％以下が好ましい。このうち有機溶媒はＳＯＦＣ用の空気極材料粉末の分散性が良いものであれば特に限定されないが、保湿剤となる有機溶媒を１種類以上加えることが好ましい。ここで、保湿剤となる有機溶媒としては、例えばプロピレングリコールが挙げられる。
【００４７】
次に、本実施形態１である「燃料極支持型ＳＯＦＣの平板状の単セルを用いたスタック」に基づく実施例１を図２に基づいて説明する。
【００４８】
［実施例１］
ＳＯＦＣ用の空気極材料粉末としてＳｃＳＺを２７．４重量％含んで成るペロブスカイト型構造のランタンストロンチウムマンガン酸化物に対して、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース、有機溶媒として精製魚油及びプロピレングリコールを混合し、ペースト状とした。これらの混合比は、ＳＯＦＣ用の空気極材料粉末５０重量％、カルボキシメチルセルロース１９重量％、精製魚油１９重量％、プロピレングリコール１２重量％である。
【００４９】
そして、図２に示すように、前記導電性ペーストを、５ｃｍ×１０ｃｍ×０．８ｃｍである燃料極支持型ＳＯＦＣ（燃料極基板３）の平板状の単セル２に５ｃｍ×７ｃｍの範囲で成膜されている空気極膜５（図２中では、重なっており見えない。）上に約３ｇ塗布し、その上に５ｃｍ×７ｃｍ×１ｃｍのペロブスカイト型構造であるランタンストロンチウムマンガン酸化物の多孔質焼結体１０を貼り合わせ、さらに当該ペーストをこの多孔質焼結体１０に塗布し、別の燃料極支持型ＳＯＦＣの平板状の単セル２のインターコネクタ膜６側を貼り合せた。これを繰り返すことにより、３枚の単セル２及び２枚の多孔質焼結体１０によって構成される積層物を形成させた。
【００５０】
尚、この実施例１は燃料極支持型固体酸化物形燃料電池の単セル２（図５参照）３枚を基にして、多孔質焼結体１０を２枚単セル２間に積層したものである。また、多孔質焼結体１０は空気を通す空気流路８を有している。ここで、実施形態１では、インターコネクタ膜６に空気を通すための空気流路８を溝として設けたのに対して、実施例１では、多孔質焼結体１０の中に空気を通すための空気流路８を孔として設けている。同様にして、燃料極基板３に燃料ガスを通すための燃料ガス流路７が、前記多孔質焼結体１０の空気流路８と平行に設けられている。
【００５１】
このように、３枚の平板状の単セル２が２枚あるランタンストロンチウムマンガン酸化物の多孔質焼結体１０を挟持して焼結する。
【００５２】
すなわち、前記積層物に対して、３００ｇ／ｃｍ2の荷重を与えたまま、平均昇温速度約４６℃／ｈで１２００℃まで昇温した。そして、１２００℃で１０時間保持後、５０℃／ｈの降温速度で室温まで炉冷するという焼結処理を行った。このように作製したスタック１１は手で持ち上げても密接に接合している。
【００５３】
さらに、上述のように作製したスタック１１を、ＳＯＦＣの動作温度である１０００℃まで昇温し、燃料ガスを供給して燃料極基板３を還元させた後にスタック１１のインピーダンス測定（接触抵抗）を行った。その結果を図３に示す。
【００５４】
インピーダンス測定によって得られる接触抵抗は、グラフの原点と描かれている円弧の最も左側のＺ軸との交点との距離（図３中の両矢印で示している距離）で表される。ここで示している接触抵抗は、異なるスタック形状同士での比較を容易にするために、スタックを構成する単セルの個数によって決まる接触面数および実際に導電性ペーストを塗布した面積当たりにおける抵抗値としている。
【００５５】
図３に示すように、本発明により作製したスタック１１の単セル２間接触抵抗は１．０６Ω・ｃｍ2である。
【００５６】
＜実施形態２＞
実施形態２にかかる空気極支持型ＳＯＦＣのスタックの作製について説明する。実施形態１と同様にして空気極を基板にしたＳＯＦＣの平板状の単セルからなる燃料電池スタックを作製することができる。なお、実施形態１と重複する説明は省略する。
【００５７】
空気極支持型ＳＯＦＣの単セルは、多孔質体から成る空気極基板と、前記空気極基板の表面あるいは裏面のいずれか一方の面に成膜した固体電解質膜と、前記固体電解質膜に成膜した多孔質体から成る燃料極膜と、前記空気極基板の他方の面に成膜したインターコネクタ膜とから構成されている。さらに、前記空気極基板は空気を流通させる空気流路を備え、空気流路と平行に燃料ガスを流す燃料ガス流路がインターコネクタ膜に溝として配置されている。
【００５８】
そして、空気極支持型ＳＯＦＣスタックは、ＳＯＦＣ燃料極材料を含んで成る導電性ペーストを多孔質体から成る燃料極膜、インターコネクタ膜、又はその両方に塗布し、この導電性ペーストを塗布した面に別のＳＯＦＣ単セルを積層し、直列接続するように焼結する。
【００５９】
また、空気極支持型ＳＯＦＣの平板状の単セルからなる燃料電池スタックの構造は図１において燃料極基板が空気極基板に対応し、空気極膜が燃料極膜に対応しているのを除けば、全て同一であるので空気極支持型ＳＯＦＣのスタックの図は省略する。
【００６０】
ここで、スタック作製における焼結処理温度は１４００℃が好ましい。さらに、その保持時間は１〜２４時間が好ましい。そして、導電性ペーストに含まれる有機成分の急激な蒸発による破壊を避けるため、平均昇温速度は２００℃／ｈ以下が好ましく、より好ましくは、５０℃／ｈ以下である。また、有機成分の蒸発過程（脱脂過程）として、２００〜６００℃の範囲において一定温度で３〜１０時間保持しても構わない。そして、熱応力の急激な発生による破壊を避けるため、平均降温速度は２００℃／ｈ以下が好ましく、より好ましくは、５０℃／ｈ以下である。
【００６１】
次に、導電性ペーストを構成するＳＯＦＣ用の燃料極材料粉末は、空気極支持型ＳＯＦＣの平板状の単セル上に成膜された燃料極膜及びインターコネクタ膜と等しい熱膨張特性を有するようにＹＳＺもしくはＳｃＳＺを含んで成ることが好ましい。そして、ＹＳＺの混合量は、導電性ペーストを構成するＳＯＦＣ用の燃料極材料粉末に含まれる酸化ニッケルに対し重量比で２０〜４０％が好ましい。一方、ＳｃＳＺの混合量は、導電性ペーストを構成するＳＯＦＣ用の空気極材料粉末に対し重量比で２０〜４０％が好ましい。
【００６２】
また、導電性ペーストの混合比は、ＳＯＦＣ用の燃料極材料粉末５０重量％以上、増粘剤および有機溶媒の混合物５０重量％以下が好ましい。さらに、増粘剤及び有機溶媒の混合比は、増粘剤５０重量％以上、有機溶媒５０重量％以下が好ましい。このうち有機溶媒はＳＯＦＣ用の燃料極材料粉末の分散性が良いものであれば特に限定されないが、保湿剤となる有機溶媒を１種類以上加えることが好ましい。そして、保湿剤となる有機溶媒としては、例えばプロピレングリコールが挙げられる。
【００６３】
＜実施形態３＞
実施形態３は、燃料極基板と、固体電解質膜と、空気極膜と、インターコネクタ膜を備えた燃料極支持型ＳＯＦＣ単セル（実施形態１）、あるいは、空気極基板と、固体電解質膜と、燃料極膜と、インターコネクタ膜を備えた空気極膜空気極支持型ＳＯＦＣの単セル（実施形態２）において、ＳＯＦＣ用のインターコネクタ材料粉末を含んで成る導電性ペーストを燃料極膜、（あるいは、空気極膜）インターコネクタ膜、又はその両方に塗布し、この導電性ペーストを塗布した面に別のＳＯＦＣ単セルを積層し、直列接続するように焼結させスタックを作製するというものである。
【００６４】
ここで、スタック作製における焼結処理温度は１４００℃が好ましい。さらに、その保持時間は１〜２４時間が好ましい。そして、導電性ペーストに含まれる有機成分の急激な蒸発による破壊を避けるため、平均昇温速度は２００℃／ｈ以下が好ましく、より好ましくは、５０℃／ｈ以下である。また、有機成分の蒸発過程（脱脂過程）として、２００〜６００℃の範囲において一定温度で３〜１０時間保持しても構わない。そして、熱応力の急激な発生による破壊を避けるため、平均降温速度は２００℃／ｈ以下が好ましく、より好ましくは、５０℃／ｈ以下である。
【００６５】
また、導電性ペーストの混合比は、ＳＯＦＣ用のインターコネクタ材料粉末５０重量％以上、増粘剤および有機溶媒の混合物５０重量％以下が好ましい。さらに、増粘剤及び有機溶媒の混合比は、増粘剤５０重量％以上、有機溶媒５０重量％以下が好ましい。このうち有機溶媒はＳＯＦＣ用のインターコネクタ材料粉末の分散性が良いものであれば特に限定されないが、保湿剤となる有機溶媒を１種類以上加えることが好ましい。そして、保湿剤となる有機溶媒としては、例えばプロピレングリコールが挙げられる。
【００６６】
＜比較例＞
従来の導電性ペーストを用いたＳＯＦＣのスタックを作製する比較例を挙げる。
【００６７】
１１ｃｍ×９ｃｍの範囲でペロブスカイト型構造のランタンストロンチウムマンガン酸化物から成る空気極膜が成膜されている１１ｃｍ×１１ｃｍ×１ｃｍである燃料極支持型ＳＯＦＣの平板状の単セルと１１ｃｍ×９ｃｍ×１ｃｍのペロブスカイト型構造であるランタンストロンチウムマンガン酸化物の多孔質焼結体との間に、α−テレピネオールとテレピン油を４：１の割合で混合した溶媒で溶いた当該空気極膜と同一の空気極材料を塗布し、単セル及び多孔質焼結体を貼り合わせた。さらに当該空気極材料をこの多孔質焼結体に塗布し、別の燃料極支持型ＳＯＦＣの平板状の単セルのインターコネクタ膜側を貼り合せた。これを繰り返すことにより、単セル５枚及び多孔質焼結体４枚によって構成される積層物を形成させた。そして、これを焼結処理することなく、そのままＳＯＦＣスタックとした。
【００６８】
ただし、このような従来の導電性ペーストの場合では、塗布するとすぐに導電性ペーストの溶媒成分が多孔質体に吸収されてしまい、導電性ペーストの粘度が失われていたため、単セル同士の密着性は悪かったと考えられる。
【００６９】
次に、作製したスタックを平均昇温速度約５０℃／ｈで９６５℃まで昇温し、燃料ガスを供給して燃料極基板を還元させた後にスタックのインピーダンス測定を行った。そのインピーダンス測定（接触抵抗）の結果を図４に示す。この場合の単セル間接触抵抗は９．２８Ω・ｃｍ2であった。
【００７０】
このインピーダンス測定（接触抵抗）の結果を比較すると、比較例の単セル間接触抵抗が９．２８Ω・ｃｍ2であるのに対し、実施例１の単セル間接触抵抗は１．０６Ω・ｃｍ2にまで低減することが分かった。すなわち、実施例１においては、接触抵抗がおよそ九分の一にまで低減された。
【００７１】
かかる本発明によれば、多孔質体の基板上に導電性ペーストを塗布し単セル同士をつなぎスタックを作製するに際し、導電性ペーストに含まれている有機溶媒が瞬時に燃料極膜内部へ染み込むことがなく、導電性ペーストの粘度が保持されることによって、単セル同士の密着性を向上させることができる。これにより、焼結処理後も単セル同士の密着性が保たれる。したがって、単セルの接続部が一体化した焼結体となり、単セル間の接合面の電気的接触抵抗を低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、固体酸化物形燃料電池に関して、火力発電や自動車用発電機、及び家庭用コージェネレーション等の産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態１にかかる燃料極支持型固体酸化物形燃料電池のスタックの断面の概念図である。
【図２】実施例１に基づき作製したスタックの斜視図である。
【図３】本発明により作製したスタックのインピーダンス測定結果のグラフである。
【図４】従来のスタックのインピーダンス測定結果のグラフである。
【図５】燃料極支持型固体酸化物形燃料電池の単セルの断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１、１１  スタック
２        単セル
３        燃料極基板
４        固体電解質膜
５        空気極膜
６        インターコネクタ膜
７        燃料ガス流路
８        空気流路
９        マニホールド板
１０      多孔質焼結体
【図１】
2008078033.tif 000003
【図２】
2008078033.tif 000004
【図３】
2008078033.tif 000005
【図４】
2008078033.tif 000006
【図５】
2008078033.tif 000007