(57)【要約】【課題】アノード−電解質層、及び／又は多層固体酸化物燃料電池の製造を含む、多層固体酸化物燃料電池の個々の層の改善した製造方法の提供。【解決手段】  固体酸化物燃料電池の製造方法は、（ａ）前記固体酸化物燃料電池の層の原料をスクリュー押出し成形機（２００）、（４００）に導入する工程、（ｂ）前記原料が前記スクリュー押出し成形機（２００）、（４００）を通過する際に前記原料を混合して混合物にする工程、（ｃ）前記原料が前記スクリュー押出し成形機（２００）、（４００）を通過する際に前記原料の前記混合物を脱気する工程、及び（ｄ）前記混合物を前記スクリュー押出し成形機（２００）、（４００）の下流端にある開口部（２１８）、（４１８）を通して押出す工程を含んでなる。前記スクリュー押出し成形機（２００）、（４００）は２軸スクリュー押出し成形機（４００）でもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物燃料電池の製造方法であって、
（ａ）前記固体酸化物燃料電池の層の原料をスクリュー押出し成形機（２００）、（４００）に導入する工程、
（ｂ）前記原料が前記スクリュー押出し成形機（２００）、（４００）を通過する際に前記原料を混合して混合物にする工程、
（ｃ）前記原料が前記スクリュー押出し成形機（２００）、（４００）を通過する際に前記原料の前記混合物を脱気する工程、及び
（ｄ）前記混合物を前記スクリュー押出し成形機（２００）、（４００）の下流端にある開口部（２１８）、（４１８）を通して押出す工程
を含んでなる固体酸化物燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記スクリュー押出し成形機（２００）、（４００）が２軸スクリュー押出し成形機（４００）を含んでなる、請求項１記載の固体酸化物燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記混合工程（ｂ）が、前記原料が前記スクリュー押出し成形機（４００）のバレルを通過する際に前記原料をブレンドする工程、及び前記原料が前記スクリュー押出し成形機（４００）のバレルを通過する際に前記原料を高剪断混合する工程を含んでなる、請求項２記載の固体酸化物燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記開口部（２１８）、（４１８）が、前記原料が前記開口部を通して押出されると、前記原料がほぼ平らな薄いシートを形成するように細いスリットを含んでなる、請求項１記載の固体酸化物燃料電池の製造方法。
【請求項５】
前記工程（ａ）〜（ｄ）を通して、電解質層及び第１アノード層を製造する、請求項１記載の固体酸化物燃料電池の製造方法。
【請求項６】
前記電解質層を第１アノード層に積層して第１アノード−電解質層を生成する工程、及び必要に応じて、第１アノード−電解質層をロール圧延機に通して第１アノード−電解質層の厚さを所望の寸法まで圧縮する工程を含んでなる、請求項５記載の固体酸化物燃料電池の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返して第２アノード層を製造し、さらに、第２アノード層を第１アノード−電解質層に積層して第２アノード−第１アノード−電解質層を生成する工程、及び必要に応じて、第２アノード−第１アノード−電解質層をロール圧延機に通して第２アノード−第１アノード−電解質層の厚さを所望の寸法まで圧縮する工程を含んでなる、請求項６記載の固体酸化物燃料電池の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返して電解質層、第１アノード層、第２アノード層、第３アノード層を製造する、請求項１記載の固体酸化物燃料電池の製造方法。
【請求項９】
前記混合物を前記スクリュー押出し成形機（２００）、（４００）の下流端にある開口部（２１８）、（４１８）を通して押出す工程（ｄ）が、前記電解質層及び第１アノード層を、その生成物が所望の厚さ比の同時に押出された電解質と第１アノードの層となるように、同時に押出す工程、及び第２アノード層及び第３アノード層を、その生成物が所望の厚さ比の同時に押出された第２アノードと第３アノードの層となるように、同時に押出す工程を含んでなる、請求項８記載の固体酸化物燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
前記同時に押出された電解質−第１アノード層を前記同時に押出された第２アノード−第３アノード層に積層する工程をさらに含んでなる、請求項９記載の固体酸化物燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、広義には燃料電池の製造方法に関する。
本出願は、具体的には、多層固体酸化物燃料電池を構成する各層の製造方法に関するが、これに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は触媒境界内で燃料を酸化剤と電気化学的に反応させて直流電気出力を生成するガルバニ電気変換装置である。燃料電池内において、カソード材料は酸化剤の通路を画成し、アノード材料は燃料の通路を画成し、カソード材料とアノード材料は電解質によって分離されている。燃料及び酸化剤の流体は通常は気体であって、互いに隔てられたセルの通路を継続的に通過する。燃料及び酸化剤は一般に燃料電池から電気を放出し、セルで発生する反応生成物と熱を取り除く。燃料及び酸化剤は作動流体であり、通常それ自体は燃料電池本体と一体とは見なされない。
【０００３】
燃料電池の１つの種類が固体酸化物燃料電池である。通常、固体酸化物燃料電池は水素又は炭化水素燃料と酸素又は空気などの酸化剤を酸化物電解質の全域で反応させる。
固体酸化物燃料電池は一般に７００℃〜１１００℃（１２９２ｏＦ〜２０１２ｏＦ）の温度で動作する。
【０００４】
動作時、固体酸化物燃料電池を通過する水素はアノード側で酸化物イオンと反応して水を生じ、この水が燃料の流れに運ばれてアノード材料に電子を解放する。酸素はカソード面上の電子と反応して酸化物イオンを形成し、そこでそのイオンが電解質材に入る。電子はアノードから適度な外部負荷を介してカソードへと流れ、その回路は酸化物イオンが電解質を介して移動するために内部で閉じている。この反応プロセスは公知であり、援用によって本明細書の一部をなす、米国特許第４４９９６６３号及び第４８１６０３６号に詳細が記述されている。
【０００５】
電解質は気体の燃料と酸化剤とを互いに隔てる一方、酸素イオンが移動できる媒体としても働き、その電解質の両側に電圧を蓄積する。燃料及び酸化剤はそれぞれの通路の流れから電解質に拡散し、電極（アノード又はカソード）と電解質との界面、又は界面近くで反応し、そこで電気化学的転換を発生する必要がある。これらの電極は、燃料電池内を電流が、外部負荷とも接続しているセルの端子へ移動するための経路となっている。各セルを通して動作電圧はおよそ０.７ボルトであり、有用な負荷電圧を得るには個々のセルを電気的に連結、すなわち「スタック」する必要がある。
【０００６】
当分野で公知のように、固体酸化物燃料電池は個々の層（すなわち、電解質層、アノード層及びカソード層）のシートを製造して生産されるが、そのシートを積層して固体酸化物燃料電池を形成した後に、燃料電池をスタックして使用するためにさらに処理してもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、以下に図１を参照して詳細に説明するように、燃料電池の個々の層を製造した後にそれらの層を積層して燃料電池を形成する従来の製造方法は、途方もなく多くの数の処理工程を個別に必要とする。従来の製造方法に伴う複雑さは、製造工程を、時間がかかる上に、非効率的で、多くの労力を要し、しかも高コストにしている。したがって、アノード−電解質層、及び／又は多層固体酸化物燃料電池の製造を含む、多層固体酸化物燃料電池の個々の層の製造方法の改善に対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本出願は固体酸化物燃料電池の製造方法であって、（ａ）固体酸化物燃料電池の層の原料をスクリュー押出し成形機に導入する工程、（ｂ）原料がスクリュー押出し成形機を通過する際に原料を混合して混合物にする工程、（ｃ）原料がスクリュー押出し成形機を通過する際に原料の混合物を脱気する工程、及び（ｄ）混合物をスクリュー押出し成形機の下流端にある開口部を通して押出す工程を含んでなる方法を記載する。
導入する工程は、スクリュー押出し成形機に導入する原料を所望の比に計量する工程を含んでもよい。
【０００９】
スクリュー押出し成形機は２軸スクリュー押出し成形機でもよい。いくつかの実施形態では、混合する工程は、原料がスクリュー押出し成形機のバレルを通過する際に原料をブレンドする工程、原料がスクリュー押出し成形機のバレルを通過する際に原料を高剪断混合する工程を含んでもよい。混合する工程は、原料をほぼ均一な物理的混合物となるよう混合する工程を含んでもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態では、開口部は、シートダイであってもよい。開口部は、細いスリットの形状で、原料が開口部を通して押出されると、ほぼ平らに固まった薄いシート形状の素材を形成する。脱気する工程は、スクリュー押出し成形機のバレルに沿って設けた１以上の脱気ポートで部分的な真空を生成する工程を有してもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態では、請求項１記載の、工程（ａ）〜（ｄ）を用いて電解質層と第１アノード層を製造してもよい。かかる実施形態では、本方法は、電解質層と第１アノード層を積層して第１アノード−電解質層を生成する工程、第１アノード−電解質層を必要に応じてロール圧延機に通して第１アノード−電解質層の厚さを所望の寸法まで圧縮する工程を含んでもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態では、工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返して、第２アノード層を製造してもよい。かかる実施形態では、本方法は、第２アノード層を第１アノード−電解質層に積層して第２アノード−第１アノード−電解質層を生成する工程、第２アノード−第１アノード−電解質層を、必要に応じて、ロール圧延機に通して第２アノード−第１アノード−電解質層の厚さを所望の寸法まで圧縮する工程を含んでもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返して電解質層、第１アノード層、第２アノード層、第３アノード層を製造してもよい。かかる実施形態では、混合物をスクリュー押出し成形機の下流端にある開口部を通して押出す工程が、電解質層及び第１アノード層を、その生成物が所望の厚さ比の同時に押出された電解質−第１アノード層となるように、同時に押出す工程、第２アノード層及び第３アノード層を、その生成物が所望の厚さ比の同時に押出された第２アノード−第３アノード層となるように、同時に押出す工程を含んでもよい。本方法はさらに、同時に押出された電解質−第１アノード層を同時に押出された第２アノード−第３アノード層に積層する工程をさらに含んでもよい。
【００１４】
本出願はさらに、固体酸化物燃料電池の製造方法であって、（ａ）固体酸化物燃料電池の層の原料をブレンドする工程、（ｂ）固体酸化物燃料電池の層の原料を混合する工程、（ｃ）固体酸化物燃料電池の層の原料を高剪断混合する工程、（ｄ）固体酸化物燃料電池の層の原料をスクリュー押出し成形機に導入する工程、（ｅ）固体酸化物燃料電池の層の原料をスクリュー押出し成形機のバレルを通過させて脱気する工程、及び（ｆ）混合物をバレルの下流端にあるシートダイを通して押出す工程を含んでなる方法を記載する。スクリュー押出し成形機は、単軸スクリュー押出し成形機でもよい。
【００１５】
かかる実施形態では、工程（ａ）〜（ｆ）を繰り返して電解質層、第１アノード層を製造してもよい。
かかる実施形態では、本方法は、電解質層を第１アノード層に積層して第１アノード−電解質層を生成し、第１アノード−電解質層を、必要に応じて、ロール圧延機に通し、所望の寸法に第１アノード−電解質層の厚さを圧縮する工程を含んでもよい。
【００１６】
かかる実施形態では、工程（ａ）〜（ｆ）を繰り返して第２アノード層を製造してもよい。かかる実施形態では、本方法は、第２アノード層を第１アノード−電解質層に積層して第２アノード層−第１アノード−電解質層を生成し、第２アノード層−第１アノード−電解質層を、必要に応じて、ロール圧延機に通し、所望の寸法に第２アノード層−第１アノード−電解質層の厚さを圧縮する工程を含んでもよい。
【００１７】
かかる実施形態では、工程（ａ）〜（ｆ）を繰り返して電解質層、第１アノード層、第２アノード層及び第３アノード層を製造してもよい。かかる実施形態では、混合物をバレルの下流端にあるシートダイを通して押出す工程が、電解質層及び第１アノード層を、その生成物が所望の厚さ比の同時に押出された電解質と第１アノードの層となるように、同時に押出す工程、及び第２アノード層及び第３アノード層を、その生成物が所望の厚さ比の同時に押出された第２アノードと第３アノードの層となるように、同時に押出す工程を含んでなる。本方法は、同時に押出された電解質−第１アノード層を同時に押出された第２アノード−第３アノード層に積層する工程をさらに含んでもよい。
【００１８】
上述の本発明の特長及びその他の本発明の特長は、以下の好ましい実施形態に関する詳細な説明及び図面と特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１９】
本出願は、多層固体酸化物燃料電池の個々の層、多層固体酸化物燃料電池のアノード−電解質層及び／又は押出し成形法とテープカレンダ法との組み合わせによる固体酸化物燃料電池の製造方法について記述する。押出し成形工程を用いて、多層固体酸化物燃料電池を構成する個別の層を形成し、個々の処理工程数を減らしてもよい。カレンダ処理を用いて、多層テープの厚みをさらに減少し、固体酸化物燃料電池がより低い温度で効果的に動作しうる厚さに電解質層の厚みを減らしてもよい。
【００２０】
固体酸化物燃料電池を構成する個々の層は、抵抗損失を最小限にするため薄くなければならない。（約０.００２ｃｍ〜０.０５ｃｍ）しかし、個々の層はさらに、気体の流れによって生じる流体圧力、燃料電池の高温環境に伴う熱応力、燃料電池のスタックに伴う機械的応力に充分耐える構造的一体性を有する必要がある。これらの要件を満たすため、多層固体酸化物燃料電池を構成する各層の製造は、困難で、高コストとなることが多い。
【００２１】
一般に、多層固体酸化物燃料電池の層を製造する従来の方法及び処理は、多くの労力を要する個々の処理工程を数多く必要とする。図１に、固体酸化物燃料電池の個々の層を製造する従来の処理プロセス（１００）を示す。プロセス（１００）は以下の工程、即ち、（１）ブレンディング工程、（２）混合工程、（３）高剪断混合工程、（４）脱気工程及び（５）シート化工程を含んでなる。これらの工程を、多層固体酸化物燃料電池を構成する各層毎に繰り返す。必要な場合は、燃料電池の層の中の一層を構成する副層毎にもこの工程を繰り返す。例えば、図１はアノード−電解質層（すなわち、固体酸化物燃料電池の３分の２）の製造を説明する図である。アノード−電解質層の製造には３つのアノード層と１つの電解質層を生成するための反復工程が４回含まれる。こうして生成された層はプロセス（１００）の終了前に積層する。
【００２２】
一般に、固体酸化物燃料電池を製造する場合、最初に電解質層を生成し、その電解質層に続けて複数のアノード層を塗布していく。これにはいくつかの理由がある。第１に、製造のこの段階では、電解質がカソード層と化学反応する問題がある。このため、カソードを塗布しないようにしている。第２に、アノード層は（それぞれの層が独特の物理的特性を有する）複数の層で構成されているため、アノード層の動作が向上するように設計できる。例えば、各アノード層の多孔率を変化させて、結果としてアノード層の断面全般にわたって、電解質との距離が減少するに従ってアノード層の多孔率が減少するようにしてもよい。このように不均一にすることによって、燃料電池の動作を向上させることも可能である。第３に、積層された各層はロール圧延機を通るため、電解質層と複数のアノード層からなる積層体は、アノード−電解質層内の電解質の厚さを続くロール圧延処理を通して所望の寸法まで圧縮できる。したがって、一般に、多層固体酸化物燃料電池のアノード−電解質層を製造するプロセス（１００）は、４つの副処理、すなわち、電解質のサブプロセス（１０２）と、第１アノードのサブプロセス（１０４）と、第２アノードのサブプロセス（１０６）と、第３アノードのサブプロセス（１０８）とを含んでなり、こうして電解質層及び各アノード層の個々の層が製造される。
【００２３】
この電解質のサブプロセス（１０２）は以下の工程を含んでなる。ブレンディング工程（１１０）では、電解質層の原料を当分野で公知の方法によってブレンドする。混合工程（１１２）では、こうしてブレンドされた電解質層の原料を、混合物の混合を改善するために当分野で公知の方法によって混合する。高剪断混合工程（１１４）では、電解質原料に結合剤を加え、結合剤と電解質原料を、当分野で公知の方法によって高剪断混合機内で混合する。脱気工程（１１６）では、混合した材料を脱気する。これは、こうして生成した混合物をロール圧延機に通して、混合物から気泡を取り除くようにして行ってもよい。シート化工程（１１８）では、混合物を所望の寸法のロール圧延機に繰り返し通すことによって、脱気した素材を所望の大きさの層又はテープにシート化する。したがって、１層の製造には少なくとも５つの個別の工程が必要である。
【００２４】
次に、これらの５つの工程を各アノード層についても繰り返す（第１アノード層については工程１２０〜１２８を参照、第２アノード層についてはテップ１３０〜１３８を参照及び第３アノード層については工程１４０〜１４８を参照）。合計で、４層の製造に少なくとも２０の個別の工程が必要である。
【００２５】
４層を製造した後、これらの個別のシートを積層し、アノード−電解質層を作成する
一般に、積層を完了するために必要な処理工程は以下の通りである。まず、工程（１５０）で、電解質層と第１アノード層とを、当分野で公知の方法に従って積層する。積層後、こうして生成した電解質−第１アノード層をロール圧延機に通し、所望の寸法まで厚さを圧縮する。工程（１５２）で、第２アノード層を電解質−第１アノード層に積層する。これらの層を積層後、こうして生じた電解質−第１アノード−第２アノード層をロール圧延機に通し、所望の寸法まで厚さを圧縮する。最後に、工程（１５４）で、第３アノード層を電解質−第１アノード−第２アノード層に積層する。これらの層を積層後、こうして生じた電解質−第１アノード−第２アノード−第３アノード層をロール圧延機に通し、所望の寸法まで厚さを圧縮する。
【００２６】
こうして、プロセス（１００）の２３の個別の処理工程が終了すると、所望の大きさの多層アノード−電解質層が製造される。この処理を仕上げるため、上述と同様の処理又は当分野で公知の他の処理を用いてカソード層（図示せず）を製造してもよい。次に、カソード層を他の公知の処理を用いてアノード−電解質層にスクリーン印刷、積層、又は塗布し、多層固体酸化物燃料電池を形成する。多層固体酸化物燃料電池に、さらに、燃料電池スタックを用いて発電するために必要なフォーマットをしてもよい。
【００２７】
図２に押出し成形機（２００）を示す。この押出し成形機（２００）は、単軸スクリュー押出し成形機、２軸スクリュー押出し成形機、又は類似の押出し成形機など、如何なる種類の押出し成形機でもよい。いくつかの代表的な実施形態では、押出し成形機（２００）は単軸スクリュー押出し成形機でもよく、図２にその簡略図を示す。この押出し成形機（２００）は、押出し成形する素材となる成分材料を受け入れる、水平に配置されたバレル（２０２）を含む。
【００２８】
押出し成形する素材となる成分材料をホッパー（２０４）内に導入する。この成分材料は、押出し成形機（２００）内で混合しやすくするためにペレット化してもよい。ホッパー（２０４）はバレル（２０２）内のポート（２０６）と連通し、ホッパー（２０４）内に導入された成分材料がポート（２０６）を通ってバレル（２０２）内部に送り込まれるようになっている。押出し成形機（２００）はさらに、バレル（２０２）の内部に配置されたスクリュー（２０８）を含む。バレル（２０２）の後部又は上流端に設けられた駆動部（２１０）は、バレル（２０２）の軸に対して回転運動をするようにスクリュー（２０８）を駆動してもよい。スクリュー（２０８）が回転するにつれて、その回転によって成分材料は軸方向に押出されて進み、バレル（２０２）内部に導かれるようにしてもよい。さらに、スクリュー（２０８）は、押出し成形する素材が成分材料のほぼ均一な物理的混合物となるよう、成分材料を共に混合してもよい。また、図２の簡略図に示していないが、スクリュー（２０８）は、成分材料を充分に混合できるように、高い混合機能を発揮するよう特別に設計された混合部を含んでもよい。
【００２９】
スクリュー（２０８）は、こうして生成された成分材料の混合物を、バレル（２０２）の前方あるいは下流端に配置されている出口ダイ（２１２）に送り出すようになっている。押出し成形機（２００）は、バレル（２０２）を加熱する電熱帯（２１４）を含んでもよい。バレル（２０２）の温度は熱電対（２１６）で測定できる。成分材料は出口ダイ（２１２）に向かって下流を移動する際、電熱帯（２１４）によって与えられる熱で加熱される。成分材料の温度が上がると、成分材料の混合と押出しが助長される。押出し成形機（２００）はさらに、成分材料がポート（２０６）から出口ダイ（２１２）へ移動する際に成分材料を脱気するために用いる１以上の脱気ポート（２２０）をバレル（２０２）の長さ方向に沿って有してもよい。この成分材料の脱気は、脱気ポート（２２０）で生成される真空によって行ってもよい。
【００３０】
出口ダイ（２１２）は開口部（２１８）を含む。スクリュー（２０８）の回転運動は、押出し成形機に沿って成分材料を引き込み、成分材料を押す、すなわち開口部（２１８）を通して成分材料を押出すために充分な圧力を生成する。この開口部（２１８）は、細いスリットの形状で、シートダイと呼ぶこともできる。したがって、成分材料は、開口部（２１８）を通して押出されると、ほぼ平らに固まった薄いシート形状の素材となる。
【００３１】
図３に本出願の代表的な実施形態の押出しプロセス（３００）を示す。ここでは押出し成形法を用いて製造工程を軽減し、多層固体酸化物燃料電池の層を製造する処理を簡略化している。前述のプロセス（１００）と同様に、アノード−電解質層を生成する処理と併せて押出しプロセス（３００）について説明する。当業者は、押出しプロセス（３００）が本出願に記載のものに限定されず、本出願で説明する押出しプロセス（３００）は単なる例示にすぎないことを理解するであろう。押出しプロセス（３００）は、多層固体酸化物燃料電池における個々の層、多層固体酸化物燃料電池のアノード−電解質層、及び／又は多層固体酸化物燃料電池を製造するのに用いられる。多層固体酸化物燃料電池のアノード−電解質層を製造する押出しプロセス（３００）は、一般に４つの副処理、すなわち、電解質のサブプロセス（３０２）と、第１アノードのサブプロセス（３０４）と、第２アノードのサブプロセス（３０６）と、第３アノードのサブプロセス（３０８）とを含んでなり、こうして電解質層及び各アノード層の個々の層が製造される。
【００３２】
この電解質のサブプロセス（３０２）は以下の工程を含んでなる。ブレンディング工程（３１０）では、電解質層の原料をブレンドする。混合工程（３１２）では、ブレンドされた電解質の原料を、ロール圧延機に通し、その成分をさらに混合する。高剪断混合工程（３１４）では、電解質原料に結合剤を加え、結合剤と電解質原料とを高剪断混合機内で混合する。本プロセスの工程（３１４）で電解質原料と結合剤とを高剪断混合機内で混合した後、電解質の混合物をペレット化し、押出し成形機（２００）のホッパー（２０４）に供給する。ペレット化した電解質原料が押出し成形機（２００）をバレル（２０２）の長さ方向に沿って通過すると、バレル（２０２）の脱気ポート（２２０）によって真空が生成され、電解質原料が脱気される。押出し成形機（２００）のスクリュー（２０８）の回転によって、脱気された電解質原料は推し進み、バレル（２０２）の下流端に位置する出口ダイ（２１２）の開口部（２１８）を通り抜ける。開口部（２１８）は細いスリットの形状をしている。したがって、開口部（２１８）を通って押出されると、脱気された電解質の混合物はほぼ平らに固まった薄いシート形状の電解質材となる。このようにして、脱気された電解質層が製造される。
【００３３】
押出し成形機（２００）を用いることによって、上記のプロセス（１００）に含まれる処理工程を統合できる。具体的には、脱気工程（１１６）とシート化工程（１１８）とを押出しプロセス（３００）中の１つの処理工程に統合している。この統合により労力とコストの軽減が可能になる。さらに、押出しプロセス（３００）を通して脱気を行う方が、ロール圧延機を介して脱気する場合よりも制御が容易であるため、押出しプロセス（３００）を通して脱気を行うと、より一貫性のある生産が可能になる。したがって、多層固体酸化物燃料電池の１層の製造には（上記のプロセス（１００）では５つの処理工程を要するのに対し）４つの個別の工程が必要である。
【００３４】
これらの各４つの工程をアノード−電解質層の他の各層についても繰り返す（第１アノード層については工程３２０〜３２６を参照、第２アノード層については工程３３０〜３３６を参照、及び第３アノード層については工程３４０〜３４６を参照）。この４層の製造で個別に実行する処理工程の数は（上記のプロセス（１００）では２０の処理工程を要するのに対し）結果的に１６となる。
【００３５】
アノード−電解質層の４層を製造後、これらのシートを個別に積層し、アノード−電解質層を生成する。積層を完了するのに必要な処理工程は以下の通りである。
まず、工程（３５０）で、電解質層と第１アノード層とを積層する。積層後、こうして生成した層をロール圧延機に通し、所望の寸法まで厚さを圧縮する。工程（３５２）で、第２アノード層を電解質−第１アノード層に積層する。これらの層を積層後、こうして生じた層をロール圧延機に通し、所望の寸法まで厚さを圧縮する。最後に、工程（３５４）で、第３アノード層を電解質−第１アノード第２アノード層に積層する。これらの層を積層後、こうして生じた層をロール圧延機に通し、所望の寸法に厚さを圧縮する。１９の個別の処理工程が終了した時点で、所望の大きさの、多層固体酸化物燃料電池のアノード−電解質層が製造されている。
【００３６】
この処理を仕上げるため、上記と同様の処理又は当分野で公知の他の処理を用いてカソード層（図示せず）を製造してもよい。次に、カソード層を他の公知の処理を用いてアノード−電解質層にスクリーン印刷、積層、又は塗布し、多層固体酸化物燃料電池を形成する。多層固体酸化物燃料電池に、さらに、燃料電池スタックを用いて発電するために必要なフォーマットをしてもよい。
【００３７】
図４は２軸スクリュー押出し成形機（４００）を示す。この２軸スクリュー押出し成形機（４００）は市販の２軸スクリュー押出し成形機であって、二重反転型、相互咬合型、相互に咬合しない型の何れでもよいが、押出し成形機の混合特性が充分であるか、２軸スクリュー押出し成形機（４００）の特性に相当する程度であるなら、単軸スクリュー押出し成形機又は他の同様な押出し成形機も利用可能であることは当業者は理解するであろう。
この２軸スクリュー押出し成形機（４００）は、押出し成形する素材となる活性組成を受け入れる、水平に配置されたバレル（４０２）を含む。
【００３８】
押出成形する素材となる成分材料をホッパー（４０４）内に導入する。この成分材料は、２軸スクリュー押出し成形機（４００）内で混合しやすくするためにペレット化してもよい。ホッパー（４０４）はバレル（４０２）内のポート（４０６）と連通し、ホッパー（４０４）内に導入された成分材料がポート（４０６）を通ってバレル（４０２）内部に送り込まれるようになっている。２軸スクリュー押出し成形機（４００）はさらに、バレル（４０２）の内部に配置された２本のスクリュー（４０８）を含む。バレル（４０２）の後部又は上流端に設けられた駆動部（４１０）は、バレル（４０２）の軸に対して回転運動をするように２本のスクリュー（４０８）を駆動するようになっている。スクリュー（４０８）が回転するにつれて、その回転によって成分材料は軸方向に押出されて進み、バレル（４０２）内部に導かれるようになっている。さらに、２本のスクリュー（４０８）を、押出し成形する素材が成分材料のほぼ同質又は均一な物理的混合物となるよう、成分材料を共に混合することができる。
【００３９】
この２本のスクリュー（４０８）の回転によって、こうして生成された成分材料の混合物は、バレル（４０２）の前方あるいは下流端に配置されている出口ダイ（４１２）に送り出される。押出し成形機（４００）は、バレル（４０２）を加熱する電熱帯（４１４）を含んでもよい。バレル（４０２）の温度は熱電対（４１６）で測定できる。成分材料は出口ダイ（４１２）に向かって下流を移動する際、電熱帯（４１４）によって与えられる熱で加熱される。成分材料の温度が上がると、成分材料の混合と押出しが助長される。
２軸スクリュー押出し成形機（４００）はさらに、成分材料がポート（４０６）から出口ダイ（４１２）へ移動する際に成分材料を脱気するために用いる１以上の脱気ポート（４２０）をバレル（４０２）の長さ方向に沿って有してもよい。この成分材料の脱気は、脱気ポート（４２０）で生成される真空によって行ってもよい。
【００４０】
出口ダイ（４１２）は開口部（４１８）を含む。スクリュー（４０８）の回転運動は、押出し成形機に沿って成分材料を引き込み、成分材料を押す、すなわち開口部（４１８）を通して成分材料を押出すのに充分な圧力を生成する。この開口部（４１８）は、細いスリットの形状で、シートダイと呼ぶこともできる。したがって、成分材料は、開口部（４１８）を通して押出されると、ほぼ平らに固まった薄いシート形状の素材となる。
【００４１】
図５に、本出願の他の代表的な実施形態の２軸スクリュー押出しプロセス（５００）を示す。ここでは２軸スクリュー押出し成形法（又は、前述の他の適当な押出し成形処理）を用いて製造工程を軽減し、多層固体酸化物燃料電池の層を製造する処理を簡略化している。２軸スクリュー押出し成形機（４００）を用いることで、副処理が１つの工程に簡略化され、すなわち、ブレンディング工程、混合工程、高剪断混合工程、脱気工程、及びシート化工程が全て２軸スクリュー押出し成形機（４００）内で行われるようになる。
【００４２】
よって、工程（５０２）では、電解質層を２軸スクリュー押出し成形機（４００）によって製造できる。この電解質層の製造には以下の一連の工程を含んでもよい。押出し成形機ホッパー（４０４）に導入する電解質原料をペレット化し、所望の比率に計量する。２軸スクリュー押出し成形機（４００）は、材料を混合してほぼ均一な物理的混合物となるように動作するため、プロセス（１００）における上記工程、すなわち、ブレンド、混合、及び高剪断混合の工程を完結できる。この混合物は２軸スクリュー押出し成形機（４００）のバレル（４０２）を下流に移動する際に脱気ポート（４２０）を通過して脱気される。電解質原料は２軸スクリュー押出し成形機（４００）のバレル（４０２）内でブレンド、混合、高剪断混合、及び脱気される。２軸スクリュー（４０８）の回転によって、こうして生成した混合物は押し進み、出口ダイ（４１２）の開口部（４１８）を通り抜ける。開口部（４１８）は細いスリットの形状をしており、開口部（４１８）を通って押出されると、混合物はほぼ平らに固まった薄いシート形状の電解質材となる。したがって、多層固体酸化物燃料電池の１層の製造に必要な工程の数は（上記のプロセス（１００）では５つの処理工程であるのに対し）１となる。
【００４３】
この押出し工程をアノード−電解質層の他の各層について繰り返す（第１アノード層については工程（５０４）を参照、第２アノード層については工程（５０６）を参照、第３アノード層については工程（５０８）を参照）。したがって、４層の製造は（上記のプロセス（１００）では２０の処理工程を要するのに対し）４つの処理工程で完了する。
【００４４】
アノード−電解質層の４層を製造後、これらのシートを個別に積層し、アノード−電解質層を生成する。積層を完了するのに必要な処理工程は以下の通りである。まず、工程（５１０）で、電解質層と第１アノード層とを積層する。積層後、こうして生成した層をロール圧延機に通し、所望の寸法まで厚さを圧縮する。工程（５１２）で、第２アノード層を電解質−第１アノード層に積層する。これらの層を積層後、こうして生じた層をロール圧延機に通し、所望の寸法まで厚さを圧縮する。最後に、工程（５１４）で、第３アノード層を電解質−第１アノード第２アノード層に積層する。これらの層を積層後、こうして生じた層をロール圧延機に通し、所望の寸法になるまで厚さを圧縮する。７つの個別の処理工程が終了した時点で、所望の大きさの、多層固体酸化物燃料電池のアノード−電解質層が製造されている。
【００４５】
この処理を仕上げるため、上記と同様の処理又は当分野で公知の他の処理を用いてカソード層（図示せず）を製造してもよい。次に、カソード層を他の公知の処理を用いてアノード−電解質層にスクリーン印刷、積層、又は塗布し、多層固体酸化物燃料電池を形成する。多層固体酸化物燃料電池に、さらに、燃料電池スタックを用いて発電するために必要なフォーマットをしてもよい。
【００４６】
図６に、本出願の他の代表的な実施形態の共有押出し成形プロセス（６００）を示す。共有押出し成形は２つの押出し成形機（単軸スクリュー又は２軸スクリュー）からの生成物を１つの出口ダイに集め、設計した厚さ比を有した同時に押出された生成物からなる層を形成する処理であることは当業者であれば明らかである。よって、２軸スクリュー押出しプロセス（５００）において工程（５０２）で生成される電解質層は、２軸スクリュー押出しプロセス（５００）において工程（５０４）で生成される第１アノード層と（これは（６０２）の点で表されるように）１つに集め、１つの出口ダイを通って同時に押出され、その生成物は所望の厚さ比の同時に押出された生成物からなる第１アノード−電解質層となる。ただし、同時に押出された層は厚さが変化してもよい。同様に、２軸スクリュー押出しプロセス（５００）において工程（５０６）で生成される第２アノード層は、２軸スクリュー押出しプロセス（５００）において工程（５０８）で生成される第３アノード層と（これは（６０４）の点で表されるように）１つに集め、１つの出口ダイを通って同時に押出され、その生成物は設計された厚さ比の同時に押出された生成物からなる第２アノード−第３アノード層となる。工程６０６で、その２つの同時に押出された生成物を積層し、所望の大きさの多層のアノード−電解質層を形成する。
【００４７】
以上、本出願の実施形態について説明したが、これらは単なる例示にすぎず、以下の請求の範囲の記載によって定められる本技術的思想及び技術的範囲及びその均等物内で、様々な偏光及び修正をなすことができることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来の固体酸化物燃料電池の製造工程を説明するフロー図。
【図２】本出願の代表的な実施形態で実施し得る、通常の単軸スクリュー押出し成形機の断面図。
【図３】本出願の代表的な実施形態を説明するフロー図。
【図４】本出願の代表的な実施形態で実施し得る、通常の２軸スクリュー押出し成形機の断面図。
【図５】本出願の他の代表的な実施形態を説明するフロー図。
【図６】本出願の他の代表的な実施形態を説明するフロー図。
【符号の説明】
【００４９】
２００  押出し成形機
２０２  バレル
２０４  ホッパー
２０６  ポート
２０８  スクリュー
２１０  駆動部
２１２  出口ダイ
２１４  加熱帯
２１６  熱電対
２１８  開口部
２２０  脱気ポート
４００  ２軸スクリュー押出し成形機
４０２  バレル
４０４  ホッパー
４０６  ポート
４０８  スクリュー
４１０  駆動部
４１２  出口ダイ
４１４  電熱帯
４１６  熱電対
４１８  開口部
４２０  脱気ポート
【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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