(57)【要約】【課題】同時焼成が容易で、導電性の劣化が少なく、低コストを実現できる固体電解質形燃料電池及びその製造方法を提供すること。【解決手段】固体電解質形燃料電池スタック１は、固体電解質体７とインターコネクタ５のセラミック基体１３と外側コネクタ６のセラミック基体２１とは、同一の組成のＳｃ安定化ジルコニア固溶体から形成されており、また、ビア１９と取出電極２３とは、同一組成の導電体、即ちＡｇ−Ｐｄ（Ｐｄ：３０ｍｏｌ％）の金属材料から構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極と固体電解質体とを備えた固体電解質形燃料電池セルと、
前記固体電解質形燃料電池セルとの導通を確保するコネクタと、
を備え、一体に焼結された固体電解質形燃料電池において、
前記コネクタは、自身のセラミックス部分を貫いて前記燃料極又は空気極に電気的に接続されたビアを備え、
前記ビアに充填されたビア導体は、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料であることを特徴とする固体電解質形燃料電池。
【請求項２】
前記Ａｇ−Ｐｄ系の組成は、Ａｇ−Ｐｄの金属全体を１００ｍｏｌ％とした場合、Ｐｄが２０〜４０ｍｏｌ％の範囲であることを特徴とする前記請求項１に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項３】
前記固体電解質体が、Ｓｃ安定化ジルコニアを主成分とすることを特徴とする前記請求項１又は２に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項４】
前記固体電解質体が、１０５０〜１２５０℃で焼結可能なセラミックスであることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項５】
前記コネクタが、１０５０〜１２５０℃で焼結可能なセラミックスであることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項６】
前記コネクタは、前記固体電解質形燃料電池セル同士を電気的に接続するインターコネクタであることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項７】
前記コネクタは、前記固体電解質形燃料電池の端部に配置された固体電解質形燃料電池セルと外部とを電気的に接続する外側コネクタであることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項８】
前記外側コネクタの取出電極は、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料を主成分とすることを特徴とする前記請求項７に記載の固体電解質形燃料電池。
【請求項９】
１０５０〜１２５０℃で焼結可能な固体電解質体用のセラミックグリーンシートの表裏に、電極用ペーストを印刷して未焼成の固体電解質形燃料電池セルを形成するとともに、１０５０〜１２５０℃で焼結可能なコネクタ用のセラミックグリーンシートに設けた貫通孔に、Ａｇ−Ｐｄ系のビア導体用ペーストを穴埋めして未焼成のコネクタを形成し、前記未焼成の固体電解質形燃料電池セルと前記未焼成のコネクタとを積層圧着して積層体を形成した後に、前記積層体を１０５０〜１２５０℃で焼成することを特徴とする固体電解質形燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質形燃料電池セル及びコネクタを備えた固体電解質形燃料電池及びそ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形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも記す）が知られている。
このＳＯＦＣでは、発電単位として、例えば固体電解質体の一方の側に燃料ガスに接する燃料極を設けるとともに、他方の側に空気と接する空気極を設けた固体酸化物形燃料電池セルが（ＳＯＦＣセル）使用されており、このＳＯＦＣセルを複数積層した固体酸化物形燃料電池スタック（ＳＯＦＣスタック）が開発されている。
【０００３】
また、ＳＯＦＣスタックでは、セル間の導通を確保したり、セル間のガス流路を分離するために、導電性を有する例えば板状のインターコネクタが使用されている。
上述したＳＯＦＣのセル形状としては、円筒形、平板形、モノリス形などが知られており、このうち、モノリス形ＳＯＦＣは、セラミックグリーンシートの状態で、固体電解質体とインターコネクタとを積層して焼成する、いわゆる一体焼結型ＳＯＦＣである（特許文献１参照）。
【０００４】
このモノリス形ＳＯＦＣは、セル間の接続信頼性が高く、かつガスシール性が高くなるので、優れたスタック構造であると考えられる。
しかし、モノリス形ＳＯＦＣの場合には、ＳＯＦＣセルとインターコネクタとを同時焼成せねばならず、互いの材料の焼成温度を合わせることが重要になる。そのため、使用できる材料の組み合わせが限られていた。
【０００５】
例えば引用文献２では、インターコネクタにランタンクロマイトを用いる手法が開示されている。また、引用文献３では、電子伝導性の無いセラミックスに導電性ビアを形成することで、インターコネクタに導電性を付与し、導電性ビアとして、ランタンマンガナイトやＮｉＯサーメットを用いている。更に、引用文献４では、導電性ビアにＰｔを用いている。
【特許文献１】特表平６−５０２９５７号公報
【特許文献２】特開平６−６８８８５号公報
【特許文献３】特開平５−９４８２８号公報
【特許文献４】特開２００３−１３２９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したランタンクロマイトを用いる手法は、ランタンクロマイトが難焼結性材料であるため、同時焼成が困難であるという問題がある。
また、導電性ビアに、ランタンマンガンナイトやＮｉＯサーメットを用いる手法は、同材料が雰囲気によっては導電性が低下するため、ＳＯＦＣの長期運転環境では、導電性を維持できないという問題がある。
【０００７】
更に、導電性ビアを、Ｐｔビアとした場合には、Ｐｔは雰囲気依存性が殆どないものの、Ｐｔは高価であ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、同時焼成が容易で、導電性の劣化が少なく、低コストを実現できる固体電解質形燃料電池及びそ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】
【０００８】
（１）請求項１の発明は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極と固体電解質体（酸素イオン導電性セラミックス）とを備えた固体電解質形燃料電池セルと、前記固体電解質形燃料電池セルとの導通を確保するコネクタと、を備え、一体に焼結された固体電解質形燃料電池において、前記コネクタは、自身のセラミックス部分を貫いて前記燃料極又は空気極に電気的に接続されたビアを備え、前記ビアに充填されたビア導体は、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料であることを特徴とする。
【０００９】
本発明は、一体焼結型の固体電解質形燃料電池（いわゆるモノリス形ＳＯＦＣ）に関するものであり、本発明では、コネクタには、絶縁性のセラミックス部分を貫いて、セル間（或いは例えばセルと外部と）の導通を確保する導電性を有するビアが形成されており、このビアに充填されたビア導体は、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料である。
【００１０】
つまり、本発明では、ビア導体はＡｇ−Ｐｇ系の金属であるので、導電率が雰囲気依存せず、しかも、Ｐｔ単体よりは低コストであるという利点がある。
また、本発明では、固体電解質形燃料電池は、一体焼結されて一体となっているので、高いシール性を有しており、従来の組み付け形のようなシール材が不要である。
【００１１】
尚、一体焼結されて一体になっていることは、固体電解質体とコネクタのセラミックス部分（セラミックス基体）とにおいて、互いのセラミックス組織が連続して一体となっていることから分かる。特に、固体電解質体とコネクタのセラミックス部分とが同種のものの場合、通常は、互いにセラミックス組織は完全に同一になり、界面は消失する。
【００１２】
・前記燃料極や空気極の材料としては、公知のものを使用できるが、特に、金属材料又は金属材料とセラミックスとの複合体であることが望ましい。これは、金属材料とすることで、焼成時の割れや反りを抑制できるからである。
【００１３】
金属材料としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、及びこれらの合金などを用いることができる。このうち、特にＰｔが好ましい。Ｐｔは融点が高く、セラミックスとの同時焼成が容易だからである。
【００１４】
金属材料とセラミックスとの複合体とする場合、セラミックスとしては公知のもの、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、セリア、カルシア、マグネシア、スピネル等が使用できる。特に、固体電解質体と同じものであると、同時焼成が容易に行えるようになり、また電極性能が向上するので望ましい。
【００１５】
・ビア導体としては、Ａｇ−Ｐｄ金属単体でもよく、セラミックスとの複合体でもよい。セラミックスとの複合体とする場合、セラミックスとしては公知のもの、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、スピネル等が使用できる。特に、固体電解質体と同じものであると、同時焼成が容易に行えるようになり望ましい。
【００１６】
尚、固体電解質形燃料電池としては、通常は、前記固体電解質形燃料電池セルが複数積層された固体電解質形燃料電池スタックが用いられる。
（２）請求項２の発明では、前記Ａｇ−Ｐｄ系の組成は、Ａｇ−Ｐｄの金属全体を１００ｍｏｌ％とした場合、Ｐｄが２０〜４０ｍｏｌ％の範囲であることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、Ａｇ−Ｐｄ系金属材料の好ましい組成を例示したものである。
この様に規定したのは、Ｐｄ含有量が２０ｍｏｌ％より少ないと、融点が低く、固体電解質体の材料と一体焼結する際に、金属が溶融して電極が形成できないことがあるからである。一方、Ｐｄ含有量が４０ｍｏｌ％より多いと、合金が高価になってしまうからである。
【００１８】
（３）請求項３の発明では、前記固体電解質体が、Ｓｃ安定化ジルコニアを主成分とすることを特徴とする。
Ｓｃ安定化ジルコニアは、焼結温度が低く、導電性が高く、他材料との反応性が低いので、固体電解質体として好適である。このＳｃ安定化ジルコニアは、ジルコニアにＳｃを固溶させて酸素イオン導電性を付与したものである。
【００１９】
Ｓｃ安定化ジルコニアのＳｃ固溶量は、３〜１２ｍｏｌ％のものを使用できるが、特に１０ｍｏｌ％のものは、酸素イオン導電性が高く望ましい。また、Ｓｃ以外の他の元素（例えばＣｅ、Ａｌ、Ｇｄ等公知のもの）を含有していてもよく、特にＣｅを含有していると、酸素イオン導電性が安定するため望ましい。
【００２０】
（４）請求項４の発明では、前記固体電解質体が、１０５０〜１２５０℃で焼結可能なセラミックスであることを特徴とする。
これにより、従来より低温での一体焼結が可能となる。この１０５０〜１２５０℃で焼結可能なセラミックス（酸素イオン導電性セラミックス）としては、ＧａやＡｌなどの焼結助剤を添加した、ＹＳＺ（Ｙ安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（Ｓｃ安定化ジルコニア）、ＧＤＣ（ＧｄをドープしたＣｅ）、ＳＤＣ（ＳｍをドープしたＣｅ）、ペロブスカイト酸化物などが挙げられる。
【００２１】
（５）請求項５の発明では、前記コネクタが、１０５０〜１２５０℃で焼結可能なセラミックスであることを特徴とする。
これにより、従来より低温での一体焼結が可能となる。このコネクタとしては、焼結助剤を添加した、アルミナ、シリカ、スピネル、ジルコニア、ガラスセラミックスなどが使用できる。特に、固体電解質体と同種の材料であると、焼結温度のほか熱膨張係数も同じになるため望ましい。
【００２２】
（６）請求項６の発明では、前記コネクタは、前記固体電解質形燃料電池セル同士を電気的に接続するインターコネクタであることを特徴とする。
本発明は、コネクタを例示したものである。このインターコネクタとは、例えばセルに交互に積層して、セルに酸化剤ガス及び燃料ガスを分離供給する機能と、セルにて発電した電気をセル間で接続する機能を有するものである。このインターコネクタのセラミックス部分にてガスの流路を構成でき、ビアに充填した導体（ビア導体）にて電気的導電性を付与する。
【００２３】
（７）請求項７の発明では、前記コネクタは、前記固体電解質形燃料電池の端部に配置された固体電解質形燃料電池セルと外部とを電気的に接続する外側コネクタであることを特徴とする。
【００２４】
本発明は、コネクタを例示したものである。これにより、例えばスタックの積層方向の端部から外部に容易に電気を取り出すことができる。
（８）請求項８の発明では、前記外側コネクタの取出電極（電気を電池外に取り出すための電極）は、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料を主成分とすることを特徴とする。
【００２５】
本発明では、外側コネクタの取出電極として、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料を用いているので、導電性が低下し難く、低コストである。
（９）請求項９の発明（固体電解質形燃料電池の製造方法）は、１０５０〜１２５０℃で焼結可能な固体電解質体用のセラミックグリーンシートの表裏に、電極用ペーストを印刷して未焼成の固体電解質形燃料電池セルを形成するとともに、１０５０〜１２５０℃で焼結可能なコネクタ用のセラミックグリーンシートに設けた貫通孔に、Ａｇ−Ｐｄ系のビア導体用ペーストを穴埋めして未焼成のコネクタを形成し、前記未焼成の固体電解質形燃料電池セルと前記未焼成のコネクタとを積層圧着して積層体を形成した後に、前記積層体を１０５０〜１２５０℃で焼成することを特徴とする。
【００２６】
固体電解質体とコネクタとを同時焼成するモノリス形ＳＯＦＣの場合、通常、１３００℃以上（例えば１４００℃程度）で焼成するのが一般的である。この焼成温度に耐え、且つ、酸化雰囲気でも酸化しない金属はＰｔしか存在しない。Ｐｔ以外でモノリス形ＳＯＦＣを製造する場合には、焼成温度を下げる必要があるが、焼成温度を下げると、緻密な固体電解質体やコネクタが得られにくく、ＳＯＦＣとして機能が得ることが難しい。
【００２７】
本発明では、固体電解質体及びコネクタの材料として、従来よりも低い温度で焼成可能な材料を用いる。例えばＹ安定化ジルコニアより焼結性が高いＳｃ安定化ジルコニアなどを用いたり、原料粉末の比表面積を大きくすることで、焼成温度を低めることが可能なので、１０５０〜１２５０℃程度でも焼結可能な材料を用いている。これにより、同時焼成の際に、融点が低いＡｇ−Ｐｄ系の金属材料を使用可能としている。
【００２８】
ここで、焼成温度は、１０５０〜１２５０℃（望ましくは１１００〜１２００℃）であるが、それは、１０５０℃より低いと固体電解質体やコネクタの焼結が困難であり、１２５０℃以上であるとＡｇ−Ｐｄ系金属の融点以上となり、ビア形状の維持ができないからである。
【００２９】
本発明の製造方法によって、前記請求項１〜８のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池などを、低コストで、低い焼成温度にて容易に製造することができる。
尚、固体電解質体用のセラミックグリーンシートを、粉末を原料として製造する際に、Ｓｃ安定化ジルコニアを用いる場合には、Ｓｃ安定化ジルコニアの粉末は、その比表面積（ＢＥＴ）が５〜２０ｍ2／ｇ（特に８〜１２ｍ2／ｇ）のものが望ましい。これは、比表面積が小さ過ぎる粉末であると焼結が進みにくく、逆に比表面積が大きすぎるとグリーンシートが作製し難いからである。
【００３０】
・尚、前記固体電解質体は、電池の作動時に燃料極に導入される燃料ガス又は空気極に導入される酸化剤ガスのうちの一方の一部をイオンとして移動させることができるイオン伝導性を有する。このイオンとしては、例えば酸素イオン及び水素イオン等が挙げられる。また、燃料極は、還元剤となる燃料ガスと接触し、セルにおける負電極として機能する。空気極は、酸化剤となる酸化剤ガスと接触し、セルにおける正電極として機能する。
【００３１】
・そして、前記固体電解質形燃料電池を用いて発電を行う場合、燃料極側には燃料ガスを導入し、空気極側には酸化剤ガスを導入する。
燃料ガスとしては、水素、還元剤となる炭化水素、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用することもできる。また、５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。
【００３２】
酸化剤ガスとしては、酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に、この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化剤ガスのうちでは安全であって、且つ安価であるため、空気（約８０体積％の窒素が含まれている。）が好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次に、本発明の最良の形態の例について説明する。
［実施形態］
ａ）本実施形態であるモノリス形固体電解質形燃料電池（詳しくはモノリス形固体電解質形燃料電池スタック：モノリス形ＳＯＦＣスタック）の構成について、図１に基づいて説明する。
【００３４】
尚、図１は固体電解質形燃料電池スタックの一部を破断して模式的に示したものであり、ここでは、説明の簡易化のために、燃料ガスの流路と空気の流路とを平行に示してある。
【００３５】
同図に示す様に、本実施形態の固体電解質形燃料電池スタック１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気（詳しくは空気中の酸素））との供給を受けて発電を行う装置である。
【００３６】
この固体電解質形燃料電池スタック１は、発電単位である板状の固体電解質形燃料電池セル３と、セル３間の導通を確保するとともにガス流路を遮断する板状のインターコネクタ５とが交互に積層され、更に積層方向の両外側に板状の外側コネクタ６が積層され、一体焼結されたものである。
【００３７】
このうち、固体電解質形燃料電池セル３は、板状の固体電解質体７の一方の側（同図上側：表側）に、空気極（カソード）９が形成され、他方の側（同図下側：裏側）に、燃料極（アノード）１１が形成されている。
【００３８】
また、インターコネクタ５は、板状のセラミック基体１３の表側に、燃料極１１を覆うように凹状の燃料ガス流路１５が設けられ、裏側に、空気極９を覆うように凹状の空気流路１７が設けられている。このインターコネクタ５には、セラミック基体１３を（燃料ガス流路１５と空気流路１７の両脇にて）板厚方向に貫くように、ビア導体が充填されたビア１９が形成されており、このビア１９により、上方の固体電解質形燃料電池セル３の燃料極１１と下方の固体電解質形燃料電池セル３の空気極９とが電気的に接続されている。
【００３９】
また、外側コネクタ６のうち、同図上方の外側コネクタ６Ａは、板状のセラミック基体２１Ａの下側（セル側）に、空気極９を覆うように凹状の空気流路１７が設けられ、上側（積層方向外側）に、外部と電気接続される取出電極２３Ａが設けられている。この外側コネクタ６Ａには、セラミック基体２１Ａを板厚方向に貫くように、ビア導体が充填されたビア１９が形成されており、このビア１９により、下方の固体電解質形燃料電池セル３の空気極９と取出電極２３Ａとが電気的に接続されている。
【００４０】
一方、同図下方の外側コネクタ６Ｂは、板状のセラミック基体２１Ｂの上側（セル側）に、燃料極１１を覆うように凹状の燃料ガス流路１５が設けられ、下側（積層方向外側）に、取出電極２３Ｂが設けられている。この外側コネクタ６Ｂにも、同様なビア１９が形成されており、このビア１９により、上方の固体電解質形燃料電池セル３の燃料極１１と取出電極２３Ｂとが電気的に接続されている。
【００４１】
特に、本実施形態では、固体電解質体７とインターコネクタ５のセラミック基体１３と外側コネクタ６のセラミック基体２１Ａ、２１Ｂ（２１と総称する）とは、同一の組成のＳｃ安定化ジルコニア固溶体から形成されており、また、ビア１９と取出電極２３Ａ、２３Ｂ（２３と総称する）とは、同一組成の導電体、即ちＡｇ−Ｐｄ（Ｐｄ：３０ｍｏｌ％）の金属材料から構成されている。
【００４２】
また、本実施形態では、固体電解質形燃料電池スタック１は、一体焼結されたものであるので、固体電解質体７とインターコネクタ５のセラミックス基体１３と外側コネクタ６のセラミック基体２１とは、互いのセラミックス組織が連続して一体となっている。
【００４３】
ｂ）上述した固体電解質形燃料電池スタック１を製造する場合には、後に実施例にて詳述する様に、１０５０〜１２５０℃で焼結可能な固体電解質体用のセラミックグリーンシートの表裏に、電極用ペーストを印刷して未焼成の固体電解質形燃料電池セルを形成するとともに、１０５０〜１２５０℃で焼結可能なコネクタ用のセラミックグリーンシートに設けた貫通孔に、Ａｇ−Ｐｄ系のビア導体用ペーストを穴埋めして未焼成のコネクタを形成する。
【００４４】
そして、この未焼成の固体電解質形燃料電池セルと未焼成のコネクタとを積層圧着して積層体を形成した後に、この積層体を１０５０〜１２５０℃で焼成する。
ｃ）この様にして得られた本実施形態の固体電解質形燃料電池スタック１では、固体電解質体３とインターコネクタ５のセラミックス基体１３と外側コネクタ６のセラミックス基体２１とは、１０５０〜１２５０℃で焼結可能なセラミックスであるＳｃ安定化ジルコニアから構成されている。
【００４５】
また、インターコネクタ５のセラミックス基体１３と外側コネクタ６のセラミックス基体２１とには、それぞれのセラミックス基体１３、２１を貫いて、セル間又はセルと外部との導通を確保するビア１９が形成されている。そして、このビア１９にＡｇ−Ｐｄ金属が充填されているとともに、取出電極２３もＡｇ−Ｐｄ金属で構成されている。
【００４６】
従って、ビア１９や取出金属２３に高価なＰｔを使用しなくてもよく、低い温度で十分に一体焼結することができる。また、Ａｇ−Ｐｄ金属は、導電率が雰囲気依存しないという利点がある。
[実験例]
次に、固体電解質形燃料電池の実験例について説明する。
【００４７】
本実験例は、１２５０℃以下で焼結可能な酸素イオン導電性セラミックス（固体電解質体）を調査するに当たり、以下の試験を行ったものである。
(1)焼結性評価サンプルの作製及び評価
下記表１に示す組成及び比表面積（ＢＥＴ）の粉末を、φ１５ｍｍ、高さ３ｍｍの円柱状にプレスした。
【００４８】
このプレス体を、１２５０℃にて焼成して、焼結性評価サンプルを作製した。得られたサンプルの吸水率及び相対密度｛＝（かさ密度／理論密度）×１００｝を測定した。その結果を、下記表１に記す。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
この表１より、実験例Ａ〜Ｃの粉末では、１２５０℃にて緻密になったが、実験例Ｄ、Ｅの粉末では、緻密な焼結体が得られなかった。実験例Ｄで緻密な焼結体が得られなかった理由は、この材料では焼成温度が低いことが考えられ、実験例Ｅで緻密な焼結体が得られなかった理由は、ＢＥＴが小さいことが考えられる。
【実施例１】
【００５１】
次に、固体電解質形燃料電池の実施例について、図２及び図３に基づいて説明する。
本実施例は、固体電解質形燃料電池セル（発電セル）の固体電解質体とインターコネクタとの材料を同じジルコニア固溶体としたモノリス形ＳＯＦＣ（但し簡易サンプル）である。
【００５２】
本実施例では、以下の手順でモノリス形ＳＯＦＣの簡易サンプルを作成し、その発電試験を行った。尚、この簡易サンプルでは、空気や燃料ガスの流路はインターコネクタにより分離されていないが、実際にセルを積層する場合には、インターコネクタによって流路が分離される。
【００５３】
(1)グリーンシートの作成
Ｃｅ添加Ｓｃ安定化ジルコニア（固溶体）粉末（１０Ｓｃ１ＣｅＳＺ）とブチラール樹脂と可塑剤と有機溶剤とを混合して、スラリーを調整し、そのスラリーをドクターブレード法でキャスティングし、２００μｍ厚の１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシートを作製した。
【００５４】
(2)電極及びビアペーストの作製
Ｐｔ粉末と１０Ｓｃ１ＣｅＳＺ粉末とエチルセルロースと有機溶剤とを混合して、Ｐｔペーストを作製した。また、Ａｇ−Ｐｄ（Ｐｄ：３０ｍｏｌ％）粉末と１０Ｓｃ１ＣｅＳＺ粉末とエチルセルロースと有機溶剤とを混合して、Ａｇ−Ｐｄペーストを作製した。
【００５５】
(3)未焼成発電セルの作製
図２に示す様に、１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシート２４の表裏に、燃料極及び空気極となる電極パターン２５を形成するために、Ｐｔペーストを１２ｃｍ角形状に印刷して、未焼成発電セル２６を作製した。
【００５６】
(4)未焼成インターコネクタの作製
１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシート２７、２９に、ガス流路となる１０ｃｍ角のガス貫通孔３１、３３を形成し、その周囲にビアとなるφ０．２５ｍｍの貫通孔（ビアホール）３５を複数形成した。その後、ビアホール３５は（ビア導体となる）Ａｇ−Ｐｄペーストで穴埋め印刷して未焼成ビア３７を作製した。
【００５７】
更に、ガス貫通孔３１、３３の周囲のシート表面をＡｇ−Ｐｄペーストで印刷して枠状パターン３９を形成し、その枠状パターン３９によって、ビア導体同士を電気的に接続するようにして、未焼成インターコネクタ４１、４３を作製した。
【００５８】
(5)積層及び焼成
前記未焼成発電セル２５の表裏に、前記未焼成インターコネクタ４１、４３を積層圧着して一体とした。このとき、未焼成発電セル２５の電極パターン２３と未焼成インターコネクタ４１、４３のガス貫通孔３１、３３及び未焼成ビア３７とが、投影方向（同図上下方向）に重なるように、且つ、ガス貫通孔３１、３３の周囲に印刷したＡｇ−Ｐｄペーストが、サンプル表面に露出するようにして積層した。
【００５９】
この積層体を２５０℃にて脱脂し、その後１１５０℃にて焼成して、図３に示すモノリス形ＳＯＦＣ５１の簡易サンプルを作製した。得られたサンプルは緻密化しており、割れなどは確認できなかった。
【００６０】
この様にして製造されたモノリス形ＳＯＦＣ５１は、図３に破断して示す様に、空気極５３及び燃料極５５を有する固体電解質体５７からなるＳＯＦＣセル５８の両側に、インターコネクタ５９、６１を備えたものである。また、インターコネクタ５９、６１には、その中央に、空気極５３に接する空気流路６３と燃料極５５に接する燃料ガス流路６５とを備えるとともに、空気流路６３及び燃料極５５の周囲をそれぞれ囲むようにビア６７、６７を備えている。
【００６１】
このうち、上側のビア６７は、空気極５３と上側のインターコネクタ５９上面の端子７１とを接続するものであり、下側のビア６９は、燃料極５５と下側のインターコネクタ６１下面の端子７３とを接続するものである。
【００６２】
(6)発電評価
得られたモノリス形ＳＯＦＣ５１の簡易サンプルを、その表面（空気流路６３側）には酸化剤ガスである空気、裏面（燃料ガス流路６５）には、燃料ガスである露点３０℃のＨ2ガスに曝すことができるように、発電評価装置（図示せず）にセットした。
【００６３】
また、上下のインターコネクタ５９、６１の表裏の端子７１、７３から電気を取り出せるように端子接続した。
この結果、８００℃において、０．７Ｖにて０．３Ｗ／ｃｍ2の発電ができたことが確認された。
【００６４】
尚、モノリス形ＳＯＦＣ５１の簡易サンプルの固体電解質体５７とインターコネクタ５９、６１のセラミックス部分との接合断面を、走査型電子顕微鏡（倍率２０００倍）で観察したところ、互いのセラミックス組織が連続して一体となっていた。
【００６５】
[比較例１]
本比較例は、前記実施例１の１０Ｓｃ１ＣｅＳＺを、すべてＹ安定化ジルコニア（８ＹＳＺ）に置き換えたものであり、それ以外は、前記実施例１と同様にして、比較例のモノリス形ＳＯＦＣの簡易サンプル（図示せず）を作製した。
【００６６】
得られたサンプルは緻密化しておらず、発電特性を評価できなかった。
[比較例２]
本比較例は、前記比較例１と同様にして生加工したものを、１４００℃で焼成してサンプルを作製した。尚、焼成温度以外は、前記比較例１と同様である。
【００６７】
得られたサンプルは緻密化していたが、ビア及びインターコネクタの電極部分が断線していたので、発電特性を評価できなかった。
【実施例２】
【００６８】
本実施例は、ＳＯＦＣセルが多層に積層されたモノリス形ＳＯＦＣスタック（多層モノリス形ＳＯＦＣ）である。
この多層モノリス形ＳＯＦＣは、下記の手順で製造することができる。
【００６９】
(1)グリーンシートの作成
前記実施例１と同様に、２００μｍ厚の１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシートを作製した。
【００７０】
(2)電極及びビアペーストの作製
前記実施例１と同様に、Ｐｔペースト及びＡｇ−Ｐｄペーストを作製した。
(3)未焼成発電セルの作製
図４（ａ）に示す様に、前記実施例１と同様に、１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシート８１の表裏に、Ｐｔペーストを印刷して電極パターン８３を形成し、未焼成発電セル８４を作製した。尚、破線が切断部分である。
【００７１】
(4)未焼成インターコネクタの作製
図４（ｂ）〜（ｄ）に示す様に、１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシートに、ガス流路となる１０ｃｍ角のガス貫通孔９１、９３と、その周囲にビアとなるφ０．２５ｍｍの貫通孔（ビアホール）９５、９９を成した１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシート８５、８９を２枚作製するとともに、ビアホール９７だけ形成した１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシート８７を１枚作製した。
【００７２】
その後、全てのグリーンシート８５〜８９のビアホール９５〜９９はＡｇ−Ｐｄペーストで穴埋め印刷して未焼成ビア１０１〜１０５を作製した。
次に、未焼成ビア１０３だけからなるグリーンシート８７の表裏に、未焼成ビア１０１〜１０５の位置を一致させるようにして、前記ガス貫通孔９１、９３と未焼成ビア１０１、１０５を形成したグリーンシート８５、８９を積層圧着して、未焼成インターコネクタ１０７（図４（ｅ）参照）を作製した。
【００７３】
(5)積層及び焼成
前記未焼成発電セル２５の表裏に、前記未焼成インターコネクタ４１、４３を積層圧着して一体とした。このとき、未焼成発電セル２５の電極パターン２３と未焼成インターコネクタ４１、４３のガス貫通孔３１、３３及び未焼成ビア３７とが、投影方向（同図上下方向）に重なるように、且つ、ガス貫通孔３１、３３の周囲に印刷したＡｇ−Ｐｄペーストが、サンプル表面に露出するようにして積層した。
【００７４】
この積層体を２０５℃にて脱脂し、その後１１５０℃にて焼成して、図３に示すモノリス形ＳＯＦＣ５１の簡易サンプルを作製した。得られたサンプルは緻密化しており、割れなどは確認できなかった。
【００７５】
この様にして製造されたモノリス形ＳＯＦＣ５１は、図３に破断して示す様に、空気極５３及び燃料極５５を有する固体電解質体５７からなるＳＯＦＣセル５８の両側に、インターコネクタ５９、６１を備えたものである。また、インターコネクタ５９、６１には、その中央に、空気極５３に接する空気流路６３と燃料極５５に接する燃料ガス流路６５とを備えるとともに、空気流路６３及び燃料極５５の周囲をそれぞれ囲むようにビア６７、６７を備えている。
【００７６】
このうち、上側のビア６７は、空気極５３と上側のインターコネクタ５９上面の端子７１とを接続するものであり、下側のビア６９は、燃料極５５と下側のインターコネクタ６１下面の端子７３とを接続するものである。
【００７７】
(6)発電評価
得られたモノリス形ＳＯＦＣ５１の簡易サンプルを、その表面（空気流路６３側）には酸化剤ガスである空気、裏面（燃料ガス流路６５）には、燃料ガスである露点３０℃のＨ2ガスに曝すことができるように、発電評価装置（図示せず）にセットした。
【００７８】
また、上下のインターコネクタ５９、６１の表裏の端子７１、７３から電気を取り出せるように端子接続した。
この結果、８００℃において、０．７Ｖにて０．３Ｗ／ｃｍ2の発電ができたことが確認された。
【００７９】
尚、モノリス形ＳＯＦＣ５１の簡易サンプルの固体電解質体５７とインターコネクタ５９、６１のセラミックス部分との接合断面を、走査型電子顕微鏡（倍率２０００）で観察したところ、互いのセラミックス組織が連続して一体となっていた。
【００８０】
[比較例１]
本比較例は、前記実施例１の１０Ｓｃ１ＣｅＳＺを、すべてＹ安定化ジルコニア（８ＹＳＺ）に置き換えたものであり、それ以外は、前記実施例１と同様にして、比較例のモノリス形ＳＯＦＣの簡易サンプル（図示せず）を作製した。
【００８１】
得られたサンプルは緻密化しておらず、発電特性を評価できなかった。
[比較例２]
本比較例は、前記比較例１と同様にして生加工したものを、１４００℃で焼成してサンプルを作製した。尚、焼成温度以外は、前記比較例１と同様である。
【００８２】
得られたサンプルは緻密化していたが、ビア及びインターコネクタの電極部分が断線していたので、発電特性を評価できなかった。
【実施例３】
【００８３】
本実施例は、ＳＯＦＣセルが多層に積層されたモノリス形ＳＯＦＣスタック（多層モノリス形ＳＯＦＣ）である。
この多層モノリス形ＳＯＦＣは、下記の手順で製造することができる。
【００８４】
(1)グリーンシートの作成
前記実施例１と同様に、２００μｍ厚の１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシートを作製した。
【００８５】
(2)電極及びビアペーストの作製
前記実施例１と同様に、Ｐｔペースト及びＡｇ−Ｐｄペーストを作製した。
(3)未焼成発電セルの作製
図４（ａ）に示す様に、前記実施例１と同様に、１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシート８１の表裏に、Ｐｔペーストを印刷して電極パターン８３を形成し、未焼成発電セル８４を作製した。尚、破線が切断部分である。
【００８６】
(4)未焼成インターコネクタの作製
図４（ｂ）〜（ｄ）に示す様に、１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシートに、ガス流路となる１０ｃｍ角のガス貫通孔９１、９３と、その周囲にビアとなるφ０．２５ｍｍの貫通孔（ビアホール）９５、９９を成した１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシート８５、８９を２枚作製するとともに、ビアホール９７だけ形成した１０Ｓｃ１ＣｅＳＺグリーンシート８７を１枚作製した。
【００８７】
その後、全てのグリーンシート８５〜８９のビアホール９５〜９９はＡｇ−Ｐｄペーストで穴埋め印刷して未焼成ビア１０１〜１０５を作製した。
次に、未焼成ビア１０３だけからなるグリーンシート８７の表裏に、未焼成ビア１０１〜１０５の位置を一致させるようにして、前記ガス貫通孔９１、９３と未焼成ビア１０１、１０５を形成したグリーンシート８５、８９を積層圧着して、未焼成インターコネクタ１０７（図４（ｅ）参照）を作製した。
【００８８】
(5)積層及び焼成
前記未焼成発電セル８４と前記未焼成インターコネクタ１０７とを交互に配置し、積層圧着して一体とした。このとき、未焼成発電セル８４の電極パターン８３と未焼成インターコネクタ１０７のガス貫通孔９１、９３及び未焼成ビア１０１〜１０５とが重なるようにした。
【００８９】
その後、積層体を図の破線に沿って必要な大きさに切断して、未焼成の多層モノリス形ＳＯＦＣとし、この積層体を２０５℃にて脱脂し、その後１１５０℃にて焼成して、図５及び図６に示す多層モノリス形ＳＯＦＣ１１１を作製した。
【００９０】
この様にして製造された多層モノリス形ＳＯＦＣ１１１は、空気極１１３及び燃料極１１５を有する固体電解質体１１７からなるＳＯＦＣセル１１９と、インターコネクタ１２１とを交互に積層したものである。
【００９１】
このインターコネクタ１２１は、中央のプレート状の部材１２３の両側に一対の長方形の部材１２５〜１３１を備えたものであり、これらの部材１２３〜１３１によって、空気極１１３に接する空気流路１３３と燃料極１１５に接する燃料ガス流路１３５が形成されている。また、空気流路１３３及び燃料極１３５の周囲をそれぞれ囲むようにビア１３７が形成されている。
【００９２】
尚、図６に示す様に、多層モノリス形ＳＯＦＣ１１１の積層方向の両側には、各セル１１９にて発電した電力を外部に取り出すための外側コネクタ１３９が配置されており、その外側コネクタ１３９の外側表面には、ビア１３７と接続された電流取出端子１４１が形成されている。
【００９３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】実施形態の固体電解質形燃料電池スタックの一部を破断して模式的に示す説明図である。
【図２】実施例１の固体電解質形燃料電池セルの製造手順を示す説明図である。
【図３】実施例１の固体電解質形燃料電池セルを破断して示す説明図である。
【図４】実施例２の固体電解質形燃料電池スタックの製造手順を示す説明図である。
【図５】実施例２の固体電解質形燃料電池スタックの一部を分解して示す斜視図である。
【図６】実施例２の固体電解質形燃料電池スタックの一部を破断して示す説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
１、１１１…固体電解質形燃料電池スタック
３、５８、１１９…固体電解質形燃料電池セル
５、５９、６１、１２１、１２１…インターコネクタ
７、５７、１１７…固体電解質体
９、５３、１１３…空気極
１１、５５、１１５…燃料極
１５、６５、１３５…燃料ガス流路
１７、６３、１３３…空気流路
１９、６７、６９…ビア
【図１】
2008053045.tif 000004
【図２】
2008053045.tif 000005
【図３】
2008053045.tif 000006
【図４】
2008053045.tif 000007
【図５】
2008053045.tif 000008
【図６】
2008053045.tif 000009