(57)【要約】【課題】反りが抑制され得、且つガス透過性が十分に確保され得る、極めて薄い、固体酸化物型燃料電池の単セル用の薄板体を提供すること。【解決手段】この薄板体１０は、電解質層１１と、電解質層１１の上側面に積層・形成された電解質層１１よりも熱膨張率が大きい燃料極層１２と、電解質層１１の下側面に積層・形成された空気極層１３とを備えている。更に、燃料極層１２の上側面には、燃料極層１２よりも熱膨張率が小さい多孔質の絶縁体からなる多孔質層１４と、発電した電力を外部へ取り出す端子１５とが平面視にて極めて均一に積層・形成されている。この結果、層間の熱膨張率差に起因する内部応力に対する薄板体１０全体の反りを抑制できる。また、燃料ガス流路と燃料極層１２との間に介在する多孔質層１４は多孔質からなるから、燃料ガスの燃料極層１２の上側面への流通が阻害され難く、燃料ガスの透過性が確保される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層と、
前記固体電解質層の一側面に形成された前記固体電解質層よりも熱膨張率が大きい第１電極層であって前記第１電極層の一側面から燃料ガスの供給を受ける第１電極層と、
前記固体電解質層の他側面に形成された第２電極層であって前記第２電極層の他側面から酸化性ガスの供給を受ける第２電極層と、
前記第１電極層の一側面に形成された前記第１電極層よりも熱膨張率が小さい多孔質の絶縁体からなる多孔質層と、
が積層・焼成されてなる固体酸化物型燃料電池の薄板体。
【請求項２】
請求項１に記載の薄板体において、
平面視にて前記薄板体全体に対して前記多孔質層が占める面積の割合が５０％以上である薄板体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の薄板体において、
前記固体電解質層、前記第１電極層、及び前記第２電極層の厚さはそれぞれ、１５〜５０μｍ、３〜５０μｍ、及び３〜５０μｍであり、
前記多孔質層と前記第１電極層との熱膨張率差は、４〜９．５ｐｐｍ／Ｋである薄板体。
【請求項４】
請求項３に記載の薄板体において、
前記多孔質層の厚さは１０〜３０μｍであり、前記多孔質層の気孔率は２０〜７０％である薄板体。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の薄板体において、
前記固体電解質層、前記第１電極層、及び前記第２電極層の厚さはそれぞれ、１〜１０μｍ、５０〜２５０μｍ、及び３〜５０μｍであり、
前記多孔質層と前記第１電極層との熱膨張率差は、４〜９．５ｐｐｍ／Ｋである薄板体。
【請求項６】
請求項５に記載の薄板体において、
前記多孔質層の厚さは１０〜５０μｍであり、前記多孔質層の気孔率は２０〜７０％である薄板体。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の薄板体において、
前記第１電極層の一側面において前記多孔質層が形成されていない部分に、前記薄板体の発電反応により発生した電子を外部へ取り出すための電極端子が形成された薄板体。
【請求項８】
請求項７に記載の薄板体において、
平面視にて、前記薄板体全体の一部であって前記薄板体全体の面積の５０％の面積を有するいかなる領域内においても、同領域に対して前記端子が占める面積の割合が３％以上５０％以下である薄板体。
【請求項９】
請求項８に記載の薄板体において、
平面視にて前記薄板体全体の面積が２５ｍｍ２以上４００００ｍｍ２以下であり、
前記端子が互いに離間して４個以上形成されていて、
平面視にて各端子について他の端子との間隔のうちで最小のものを最小間隔としてそれぞれ取得した場合、前記各最小間隔が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である薄板体。
【請求項１０】
固体電解質層と、
前記固体電解質層の一側面に形成された前記固体電解質層よりも熱膨張率が大きい第１電極層であって前記第１電極層の一側面から燃料ガスの供給を受ける第１電極層と、
前記固体電解質層の他側面に形成された第２電極層であって前記第２電極層の他側面から酸化性ガスの供給を受ける第２電極層と、
が積層・焼成されてなる固体酸化物型燃料電池の薄板体であって、
前記第１電極層の内部に、前記第１電極層よりも熱膨張率が小さい多孔質の絶縁体からなる多孔質層が埋設された固体酸化物型燃料電池の薄板体。
【請求項１１】
固体電解質層と、
前記固体電解質層の一側面に形成された前記固体電解質層よりも熱膨張率が大きい第１電極層であって前記第１電極層の一側面から燃料ガスの供給を受ける第１電極層と、
前記固体電解質層の他側面に形成された第２電極層であって前記第２電極層の他側面から酸化性ガスの供給を受ける第２電極層と、
前記第２電極層の他側面に形成された前記第２電極層よりも熱膨張率が大きい多孔質の絶縁体からなる多孔質層と、
が積層・焼成されてなる固体酸化物型燃料電池の薄板体。
【請求項１２】
請求項１１に記載の薄板体において、
平面視にて前記薄板体全体に対して前記多孔質層が占める面積の割合が５０％以上である薄板体。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の薄板体において、
前記固体電解質層、前記第１電極層、及び前記第２電極層の厚さはそれぞれ、１５〜５０μｍ、３〜５０μｍ、及び３〜５０μｍであり、
前記多孔質層と前記第２電極層との熱膨張率差は、１．７〜３．５ｐｐｍ／Ｋである薄板体。
【請求項１４】
請求項１３に記載の薄板体において、
前記多孔質層の厚さは２０〜４０μｍであり、前記多孔質層の気孔率は２０〜７０％である薄板体。
【請求項１５】
請求項１１又は請求項１２に記載の薄板体において、
前記固体電解質層、前記第１電極層、及び前記第２電極層の厚さはそれぞれ、１〜１０μｍ、５０〜２５０μｍ、及び３〜５０μｍであり、
前記多孔質層と前記第２電極層との熱膨張率差は、１．７〜３．５ｐｐｍ／Ｋである薄板体。
【請求項１６】
請求項１５に記載の薄板体において、
前記多孔質層の厚さは２０〜５０μｍであり、前記多孔質層の気孔率は２０〜７０％である薄板体。
【請求項１７】
請求項１１乃至請求項１６の何れか一項に記載の薄板体において、
前記第２電極層の他側面において前記多孔質層が形成されていない部分に、前記薄板体の発電反応により発生した電子を外部へ取り出すための電極端子が形成された薄板体。
【請求項１８】
請求項１７に記載の薄板体において、
平面視にて、前記薄板体全体の一部であって前記薄板体全体の面積の５０％の面積を有するいかなる領域内においても、同領域に対して前記端子が占める面積の割合が３％以上５０％以下である薄板体。
【請求項１９】
請求項１８に記載の薄板体において、
平面視にて前記薄板体全体の面積が２５ｍｍ２以上４００００ｍｍ２以下であり、
前記端子が互いに離間して４個以上形成されていて、
平面視にて各端子について他の端子との間隔のうちで最小のものを最小間隔としてそれぞれ取得した場合、前記各最小間隔が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である薄板体。
【請求項２０】
固体電解質層と、
前記固体電解質層の一側面に形成された前記固体電解質層よりも熱膨張率が大きい第１電極層であって前記第１電極層の一側面から燃料ガスの供給を受ける第１電極層と、
前記固体電解質層の他側面に形成された第２電極層であって前記第２電極層の他側面から酸化性ガスの供給を受ける第２電極層と、
が積層・焼成されてなる固体酸化物型燃料電池の薄板体であって、
前記第２電極層の内部に、前記第２電極層よりも熱膨張率が大きい多孔質の絶縁体からなる多孔質層が埋設された固体酸化物型燃料電池の薄板体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」と称呼する。）のセラミックス薄板体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体電解質層と、前記固体電解質層の一側面に形成されてその一側面から燃料ガス（例えば、水素等）の供給を受ける燃料極層と、前記固体電解質層の他側面に形成されてその他側面から酸化性ガス（例えば、空気等）の供給を受ける空気極層と、が積層・焼成されてなるＳＯＦＣの単セル用の薄板体が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１３９９６６号公報
【発明の開示】
【０００３】
係る薄板体では、一般に、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット等から構成される燃料極層の熱膨張率はジルコニアから構成される固体電解質層の熱膨張率よりも大きく、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガナイト）等から構成される空気極層の熱膨張率は固体電解質層の熱膨張率と略等しい。従って、焼成された薄板体は、層間の熱膨張率差に起因する内部応力（熱応力）により変形し易い。また、焼成時の層間の収縮量の差異によっても内部応力（熱応力）が発生して変形することがある。
【０００４】
ところで、近年、ＳＯＦＣの小型化、内部電気抵抗の低減等の目的を達成するために、係る薄板体を極めて薄く形成する試みがなされてきている。このように薄板体を極めて薄く形成すると、薄板体中の支持部（薄板体を支持する層）が薄くなることから上述した薄板体の変形が顕著となり得る。
【０００５】
この場合、種々の問題が発生する。例えば、燃料極層の一側面又は空気極層の他側面と対向する部分に形成される燃料ガス流路又は空気流路は極めて狭い。従って、変形した薄板体がこれらの流路を閉じてしまうという問題が発生する可能性がある。また、薄板体が流路を閉じない程度に変形した場合であっても、空気や燃料ガス等の流体が流路を流れる際の圧力損失が薄板体の変形によって増大するという問題が発生する。
【０００６】
係る薄板体の変形（反り）を低減するためには、例えば、燃料極層の一側面、或いは空気極層の他側面の表面に、熱膨張率の相違に起因して発生する薄板体の反りを低減するための層（反り矯正層）を積層することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、この場合、反り矯正層が燃料ガス流路と燃料極層との間、或いは空気流路と空気極層との間に介在することになり、燃料ガス流路から燃料極層の一側面への燃料ガスの流通、或いは空気流路から空気極層の他側面への空気の流通が阻害され得る。この結果、単セル内でのガス透過性が低下し、ＳＯＦＣの発電効率が低下するという新たな問題が発生し得る。
【０００８】
従って、本発明の目的は、反りが抑制され得、且つガス透過性が十分に確保され得る、極めて薄いＳＯＦＣの単セル用の薄板体を提供することにある。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明による固体酸化物型燃料電池の薄板体は、固体電解質層と、前記固体電解質層の一側面に形成された前記固体電解質層よりも熱膨張率が大きい第１電極層であって前記第１電極層の一側面から燃料ガスの供給を受ける第１電極層（燃料極層）と、前記固体電解質層の他側面に形成された第２電極層であって前記第２電極層の他側面から酸化性ガスの供給を受ける第２電極層（空気極層）と、前記第１電極層の一側面に形成された前記第１電極層よりも熱膨張率が小さい多孔質の絶縁体からなる多孔質層（上記反り矯正層に対応）と、が積層・焼成されてなる。
【００１０】
これによれば、固体電解質層と燃料極層との間の熱膨張率差に起因する内部応力に基づく薄板体の変形方向と、燃料極層と多孔質層との間の熱膨張率差に起因する内部応力に基づく薄板体の変形方向とを逆にすることができる。この結果、層間の熱膨張率差に起因する内部応力に対する薄板体の反りを抑制することができる。なお、一般に、この絶縁体からなる多孔質層の材質としてはジルコン等の酸化物が採用され得る。この場合、酸化物の多孔質層が燃料極層の上に形成されることになる。従って、多孔質層が酸素を介して燃料極層の上に安定して密着し得、この結果、上述した反りの抑制効果が安定して発揮され得る。
【００１１】
加えて、燃料極層の一側面（表面）に積層される多孔質層は、多孔質（の絶縁体）からなる。従って、多孔質層が燃料ガス流路と燃料極層との間に介在しても、燃料ガス流路から燃料極層の一側面への燃料ガスの流路が十分に確保され得、燃料ガスの燃料極層の一側面への流通が阻害され難い。この結果、単セル内での燃料ガスの透過性が確保され得、ＳＯＦＣの発電効率の低下を抑制することができる。
【００１２】
この場合、平面視にて前記薄板体全体に対して前記多孔質層が占める面積の割合が５０％以上であることが好適である。これによれば、多孔質層（即ち、上記反り矯正層）による上述した薄板体の反り低減効果を均一且つ十分に発揮することができる。
【００１３】
上記本発明に係る薄板体においては、前記固体電解質層、前記第１電極層、及び前記第２電極層の厚さがそれぞれ、例えば、１５〜５０μｍ、３〜５０μｍ、及び３〜５０μｍとされ、前記多孔質層と前記第１電極層との熱膨張率差が、４〜９．５ｐｐｍ／Ｋとされ得る。この場合、前記多孔質層の厚さが１０〜３０μｍであり、前記多孔質層の気孔率が２０〜７０％であると、上記ガスの透過性を確保しつつ、上記反り低減効果を十分に発揮し得ることが判明した。
【００１４】
これは、上記ガスの透過性が、多孔質層の気孔率が大きいほど、或いは多孔質層の厚さが小さいほど向上する傾向、加えて、多孔質層の気孔率が大きいほど、上記反り低減効果を十分に発揮するために必要な多孔質層の厚さが大きくなる傾向、が存在することに基づく。
【００１５】
また、上記本発明に係る薄板体においては、前記固体電解質層、前記第１電極層、及び前記第２電極層の厚さがそれぞれ、例えば、１〜１０μｍ、５０〜２５０μｍ、及び３〜５０μｍとされ、前記多孔質層と前記第１電極層との熱膨張率差が、４〜９．５ｐｐｍ／Ｋとされ得る。この場合、前記多孔質層の厚さが１０〜５０μｍであり、前記多孔質層の気孔率が２０〜７０％であると、上記ガスの透過性を確保しつつ、上記反り低減効果を十分に発揮し得ることが判明した。これも、上記と同様の理由に基づく。
【００１６】
上記本発明に係る薄板体においては、前記第１電極層の一側面において前記多孔質層が形成されていない部分が存在する場合、この部分に、前記薄板体の発電反応により発生した電子を外部へ取り出すための電極端子が形成されることが好適である。即ち、前記端子は、固体電界質層の一側面に直接形成される。
【００１７】
この場合、平面視にて、前記薄板体全体の一部であって前記薄板体全体の面積の５０％の面積を有するいかなる領域（好ましくは、薄板体全体と相似形状を有する領域）内においても、同領域に対して前記端子が占める面積の割合が３％以上５０％以下であることが好ましい。
【００１８】
この態様は、例えば、平面視にて前記薄板体全体の面積が２５ｍｍ２以上４００００ｍｍ２以下であり、且つ前記端子が互いに離間して４個以上形成されている場合において、平面視にて各端子について他の端子との間隔のうちで最小のものを最小間隔としてそれぞれ取得した場合における前記各最小間隔が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように複数の前記端子を配置・形成することで達成され得る。
【００１９】
これによれば、平面視にて、薄板体全体の領域内において端子の存在領域が極めて均一に配置され得る。従って、前記第１電極層の一側面において前記端子が形成されていない残りの部分の全体（或いは、９５％以上）に多孔質層を形成することで、薄板体全体の領域内において多孔質層の存在領域を極めて均一に配置することができる。この結果、多孔質層による上述した薄板体の反り低減効果を極めて均一且つ十分に発揮することができる。
【００２０】
加えて、薄板体全体の領域内において端子の存在領域が極めて均一に配置されることで、第１電極層の一側面において端子（の根元部）と接触している領域（以下、「端子接触領域」とも称呼する。）の外周の総和を大きくすることができる。ここで、平面視にて薄板体全体から端子を除いた領域から第１電極層の内部へ侵入した燃料ガスは、第１電極層の内部において平面視にて端子が存在する領域内に回り込む特性を有する（以下、「拡散現象」と称呼する。）。このことは、端子接触領域の外周の総和が大きいほど、上記拡散現象がより顕著となることを意味する。従って、上記構成によれば、燃料ガスがより均一に固体電解質層の一側面に到達し得るから、（平面視にて端子の総面積が一定の場合（即ち、ガス透過性が一定の場合）において）ＳＯＦＣの発電効率をより高めることができる。
【００２１】
また、「端子が占める面積の割合が３％以上５０％以下」については、端子の面積割合が小さいほどガスの透過性が向上する傾向、並びに、端子の面積割合が大きいほど端子の内部抵抗が小さくなる傾向が考慮されて決定され得る。
【００２２】
以上、第１電極層の一側面に第１電極層よりも熱膨張率が小さい多孔質の絶縁体からなる多孔質層を形成することで、反りを抑制しつつ、ガス透過性を十分に確保することができることを説明した。同様に、第２電極層の他側面に第２電極層よりも熱膨張率が大きい多孔質の絶縁体からなる多孔質層を形成しても、同様の作用・効果を得ることができる。
【００２３】
この場合も、第１電極層の一側面に多孔質層を形成する場合と同様の理由により、平面視にて前記薄板体全体に対して前記多孔質層が占める面積の割合が５０％以上であることが好適である。
【００２４】
また、前記固体電解質層、前記第１電極層、及び前記第２電極層の厚さがそれぞれ、１５〜５０μｍ、３〜５０μｍ、及び３〜５０μｍであり、前記多孔質層と前記第２電極層との熱膨張率差が、１．７〜３．５ｐｐｍ／Ｋである場合、前記多孔質層の厚さは２０〜４０μｍであり、前記多孔質層の気孔率は２０〜７０％であることが好適である。
【００２５】
同様に、前記固体電解質層、前記第１電極層、及び前記第２電極層の厚さがそれぞれ、１〜１０μｍ、５０〜２５０μｍ、及び３〜５０μｍであり、前記多孔質層と前記第２電極層との熱膨張率差が、１．７〜３．５ｐｐｍ／Ｋである場合、前記多孔質層の厚さは２０〜５０μｍであり、前記多孔質層の気孔率は２０〜７０％であることが好適である。
【００２６】
加えて、前記第２電極層の他側面において前記多孔質層が形成されていない部分に、前記薄板体の発電反応により発生した電子を外部へ取り出すための電極端子が形成されることが好ましい。
【００２７】
この場合、平面視にて、前記薄板体全体の一部であって前記薄板体全体の面積の５０％の面積を有するいかなる領域（好ましくは、薄板体全体と相似形状を有する領域）内においても、同領域に対して前記端子が占める面積の割合が３％以上５０％以下であることが好適である。
【００２８】
この態様は、例えば、平面視にて前記薄板体全体の面積が２５ｍｍ２以上４００００ｍｍ２以下であり、且つ前記端子が互いに離間して４個以上形成されている場合において、平面視にて各端子について他の端子との間隔のうちで最小のものを最小間隔としてそれぞれ取得した場合における前記各最小間隔が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように複数の前記端子を配置・形成することで達成され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しつつ本発明の各実施形態に係る薄板体について説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る薄板体１０を使用した固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ。以下、単に「燃料電池」と称呼する。）Ａの破断斜視図である。燃料電池Ａは、薄板体１０と支持部材２０とが交互に積層されることにより形成されている。即ち、燃料電池Ａは、スタック構造を備えている。薄板体１０は、燃料電池Ａの「単セル」とも称呼される。支持部材２０は、「インターコネクタ」とも称呼される。
【００３１】
図１の一部拡大図である図２に示すように、隣り合う薄板体１０と支持部材２０（の区画板部）との間に形成された各空間には、金属からなる集電用のメッシュ（ウール）３０が介装・充填されている。各メッシュ３０の上下端は、各薄板体１０の上下面、並びに各支持部材２０の区画板部の上下面にそれぞれ形成された多孔質の金属からなる集電用の焼成膜４０に接触している。これにより、各薄板体１０の発電反応により発生した電子を、焼成膜４０、メッシュ３０、及び支持部材２０を介して外部へ取り出すことができるようになっている。
【００３２】
なお、図２では、メッシュ３０は、各空間の全域に渡って充填されているが、各空間の一部分にのみ充填されていても良い。同様に、図２では、焼成膜４０は、各支持部材２０の区画板部の上下面の全域に渡って形成されているが、各区画板部の上下面の一部分にのみ形成されていても良い。
【００３３】
燃料電池Ａは、例えば、図３に示したように、薄板体１０の上面（後述する燃料極層１２側）と支持部材２０の（区画板部の）下面との間に形成された燃料流路Ｐｆに燃料（燃料ガス）が供給され、且つ、薄板体１０の下面（後述する空気極層１３側）と支持部材２０の（区画板部の）上面との間に形成された空気流路Ｐａに空気が供給されることにより、以下に示す化学反応式（１）及び（２）に基づく発電を行う。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−    （於：空気極層１３）  …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−        （於：燃料極層１２）  …（２）
【００３４】
次に、第１実施形態に係る薄板体１０の構造について、図４、及び図５を参照しながら詳細に説明する。図４は薄板体１０の斜視図であり、図５は、図４において長さｂの辺に平行な４−４線を含むとともに薄板体１０の平面に垂直な平面に沿って薄板体１０を切断した薄板体１０の一部断面図である。
【００３５】
薄板体１０は、正方形の平面形状を有する焼成された板体である。薄板体１０の一辺の長さａ，ｂは、５ｍｍ以上且つ２００ｍｍ以下である。薄板体１０の厚さは、２４μｍ以上且つ３６０μｍ以下である。即ち、薄板体１０は極めて薄く、反り易い。
【００３６】
薄板体１０は、電解質層（固体電解質層）１１と、電解質層１１の上側面（一側面）に積層・形成された燃料極層１２と、電解質層１１の下側面（他側面）に積層・形成された空気極層１３と、を有している。燃料極層１２は、その上側面から上記燃料流路Ｐｆ内の燃料ガスの供給を受ける層であり、空気極層１３は、その下側面から上記空気流路Ｐａ内の空気の供給を受ける層である。
【００３７】
更に、燃料極層１２の上側面（一側面）には、多孔質層１４と端子１５とが積層・形成されている。端子１５は、平面視にて格子状に（図４を参照）且つ側方断面が長方形に（図５を参照）形成されている。多孔質層１４は、燃料極層１２の上側面において端子１５が形成されていない残りの部分の全体（端子１５の側面近傍を除く）に亘って形成されている。
【００３８】
端子１５の高さは多孔質層１４の厚さよりも若干大きい。多孔質層１４と端子１５の上面には上述した焼成膜４０（図２を参照）が形成される。これにより、端子１５は、薄板体１０の発電反応により発生した電子を、焼成膜４０、メッシュ３０、及び支持部材２０を介して外部へ取り出すことができるようになっている。一方、後述するように、多孔質層１４は、薄板体１０の反りを抑制するために形成されている。
【００３９】
本例では、電解質層１１はセラミックス層であるＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）の緻密な焼成体である。燃料極層１２は、Ｎｉ−ＹＳＺからなる焼成体であり、多孔質電極層である。空気極層１３はＬＳＭ（Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ３：ランタンストロンチウムマンガナイト）−ＹＳＺからなる焼成体であり、多孔質電極層である。電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の常温から１０００℃での平均熱膨張率はそれぞれ、およそ、１０．８ｐｐｍ／Ｋ、１２．５ｐｐｍ／Ｋ、及び１１（１０．８）ｐｐｍ／Ｋである。即ち、燃料極層１２の熱膨張率は電解質層１１の熱膨張率よりも大きく、空気極層１３の熱膨張率は電解質層１１の熱膨張率と（略）等しい。
【００４０】
多孔質層１４は、多孔質であって絶縁体である例えばジルコンからなる焼成体である。多孔質層１４の気孔率（全体に対して気孔が占める体積の割合）は、１０〜８０％である。好ましくは、２０〜７０％（３０〜６０％）である。多孔質層１４の８００℃における電気抵抗は、１０４〜１０５Ω・ｍである。多孔質層１４の常温から１０００℃での平均熱膨張率は、およそ、４．２ｐｐｍ／Ｋである。即ち、多孔質層１４の熱膨張率は、燃料極層１２の熱膨張率よりも小さい。
【００４１】
以上の構成及び寸法を有する、燃料電池Ａの単セルとして使用される薄板体１０では、燃料極層１２の熱膨張率は電解質層１１の熱膨張率よりも大きく、多孔質層１４の熱膨張率は燃料極層１２（及び電解質層１１）の熱膨張率よりも小さい。従って、電解質層１１−燃料極層１２間の熱膨張率差に起因する内部応力に基づく薄板体１０の変形方向と、燃料極層１２−多孔質層１４間の熱膨張率差に起因する内部応力に基づく薄板体の変形方向とを逆にすることができる。この結果、層間の熱膨張率差に起因する内部応力に対する薄板体１０全体の変形を小さくすることができる。
【００４２】
また、燃料ガス流路Ｐｆ（図３を参照）と燃料極層１２との間に介在する多孔質層１４は、多孔質からなる。従って、燃料ガス流路Ｐｆから燃料極層１２の上側面への燃料ガスの流路が十分に確保され得る。従って、燃料ガスの燃料極層１２の上側面への流通が阻害され難い。この結果、薄板体１０（単セル）内での燃料ガスの透過性が確保され得、燃料電池Ａの発電効率の低下を抑制することができる。
【００４３】
また、上記構成では、平面視にて薄板体１０全体に対して多孔質層１４が占める面積の割合が５０％以上である。従って、多孔質層１４による上述した薄板体１０の反り低減効果を均一且つ十分に発揮することができる。
【００４４】
加えて、平面視にて、薄板体１０全体の領域内において端子１５の存在領域が極めて均一に配置されている。具体的には、平面視にて、薄板体１０全体の一部であって薄板体１０全体の面積の５０％の面積を有するいかなる正方形の領域内においても、同正方形領域に対して端子１５が占める面積の割合が３％以上５０％以下となっている。
【００４５】
そして、燃料極層１２の上側面において端子１５が形成されていない残りの部分の略全体（９５％以上）に亘って多孔質層１４が形成されている。即ち、薄板体１０全体の領域内において多孔質層１４の存在領域も極めて均一に配置されている。この結果、多孔質層１４による上述した薄板体１０の反り低減効果を極めて均一且つ十分に発揮することができる。
【００４６】
また、上述のように、薄板体１０全体の領域内において端子１５の存在領域が極めて均一に配置されることにより、燃料極層１２の上側面において端子１５（の根元部）と接触している領域（上記端子接触領域）の外周の総和が大きい。ここで、平面視にて薄板体１０全体から端子１５を除いた領域から燃料極層１２の内部へ侵入した燃料ガスは、燃料極層１２の内部において平面視にて端子１５が存在する領域内に回り込む特性を有する（上記拡散現象）。このことは、端子接触領域の外周の総和が大きいほど、上記拡散現象がより顕著となることを意味する。従って、上記実施形態によれば、燃料ガスがより均一に電解質層１１の上側面に到達し得る。この結果、平面視にて端子１４の総面積が一定の場合（即ち、ガス透過性が一定の場合）において、燃料電池Ａの発電効率をより高めることができる。
【００４７】
なお、上記「端子１５が占める面積の割合が３％以上５０％以下」は、端子１５の面積割合が小さいほどガスの透過性が向上する傾向、並びに、端子１５の面積割合が大きいほど薄板体１０の内部抵抗が小さくなる傾向が考慮されて決定されている。
【００４８】
次に、上記ガスの透過性の確保と上記反り低減効果の発揮とを考慮した場合における、電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さ、多孔質層１４と燃料極層１２との熱膨張率差、並びに、多孔質層１４の厚さと気孔率、の最適な組み合わせについて説明する。
【００４９】
先ず、薄板体１０において、電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ、１５〜５０μｍ、３〜５０μｍ、及び３〜５０μｍであり（即ち、電解質層１１により薄板体１０が支持される場合であり）、且つ、燃料極層１２と多孔質層１４との熱膨張率差が４〜９．５ｐｐｍ／Ｋである場合について考える。
【００５０】
図６は、このような薄板体１０の一例として、電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ３０μｍ、１５μｍ、及び１５μｍであり且つ多孔質層１４がジルコンからなる薄板体１０の試験品（セル）を、多孔質層１４の厚さと気孔率との種々の組み合わせについてそれぞれ作製し、各試験品について発電特性と焼成後の反り状態との評価をそれぞれを行った実験の結果を示している。発電特性としては、８００℃での定格出力（０．７Ｖ）におけるセル出力の出力密度(ｍＷ／ｃｍ２)を使用した。この出力密度が小さいほどガス透過性（燃料ガスの透過性）が低いことを意味する。
【００５１】
図６から理解できるように、多孔質層１４の厚さが１０μｍ未満では、反りが大きくて評価不能であった。これは、多孔質層１４の厚さが小さすぎて多孔質層１４の剛性不足により反り低減効果が十分でないことによるものと考えられる。一方、多孔質層１４の厚さが１０μｍ以上では、反り低減効果が十分に発揮され得た。ただし、多孔質層１４の厚さが４０μｍ以上では、出力密度が小さかった。これは、多孔質層１４の厚さが大きすぎてガス透過性が低くなったことによるものと考えられる。
【００５２】
また、多孔質層１４の気孔率が１５％以下では、出力密度が小さかった。これは、多孔質層１４の気孔率が小さすぎてガス透過性が低くなったことによるものと考えられる。一方、多孔質層１４の気孔率が２０％以上では、３００(ｍＷ／ｃｍ２)以上の十分な出力密度が得られた。ただし、多孔質層１４の気孔率が７５％以上では、反りが大きかった。これは、多孔質層１４の気孔率が大きすぎて多孔質層１４の剛性不足により反り低減効果が十分でないことによるものと考えられる。
【００５３】
以上より、この場合、多孔質層１４の厚さは１０〜３０μｍであり、気孔率は２０〜７０％であることが好ましい。これにより、上記ガス（燃料ガス）の透過性を確保しつつ、上記反り低減効果を十分に発揮し得ることが判明した。これは、上記ガスの透過性が、多孔質層１４の気孔率が大きいほど、或いは多孔質層１４の厚さが小さいほど向上する傾向、加えて、多孔質層１４の気孔率が大きいほど、上記反り低減効果を十分に発揮するために必要な多孔質層１４の厚さが大きくなる傾向、が存在することに基づくものと推定される。
【００５４】
次に、薄板体１０において、電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ、１〜１０μｍ、５０〜２５０μｍ、及び３〜５０μｍであり（即ち、燃料極層１２により薄板体１０が支持される場合であり）、且つ、燃料極層１２と多孔質層１４との熱膨張率差が４〜９．５ｐｐｍ／Ｋである場合について考える。
【００５５】
図７は、このような薄板体１０の一例として、電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ３μｍ、９０μｍ、及び１５μｍであり且つ多孔質層１４がジルコンからなる薄板体１０の試験品（セル）を、多孔質層１４の厚さと気孔率との種々の組み合わせについてそれぞれ作製し、各試験品について発電特性と焼成後の反り状態との評価をそれぞれを行った実験の結果を示している。発電特性としては、図６の場合と同様、８００℃での定格出力（０．７Ｖ）におけるセル出力の出力密度(ｍＷ／ｃｍ２)を使用した。
【００５６】
図７から理解できるように、多孔質層１４の厚さが１０μｍ未満では、反りが大きくて評価不能であった。これは、多孔質層１４の厚さが小さすぎて多孔質層１４の剛性不足により反り低減効果が十分でないことによるものと考えられる。一方、多孔質層１４の厚さが１０μｍ以上では、反り低減効果が十分に発揮され得た。ただし、多孔質層１４の厚さが６０μｍ以上では、出力密度が小さかった。これは、多孔質層１４の厚さが大きすぎてガス透過性が低くなったことによるものと考えられる。
【００５７】
また、多孔質層１４の気孔率が１５％以下では、出力密度が小さかった。これは、多孔質層１４の気孔率が小さすぎてガス透過性が低くなったことによるものと考えられる。一方、多孔質層１４の気孔率が２０％以上では、７００(ｍＷ／ｃｍ２)以上の十分な出力密度が得られた。ただし、多孔質層１４の気孔率が７５％以上では、反りが大きかった。これは、多孔質層１４の気孔率が大きすぎて多孔質層１４の剛性不足により反り低減効果が十分でないことによるものと考えられる。
【００５８】
以上より、この場合、多孔質層１４の厚さは１０〜５０μｍであり、気孔率は２０〜７０％であることが好ましい。これにより、上記ガス（燃料ガス）の透過性を確保しつつ、上記反り低減効果を十分に発揮し得ることが判明した。
【００５９】
以上、上記第１実施形態によれば、燃料極層１２の上側面に燃料極層１２よりも熱膨張率が小さい多孔質の絶縁体からなる多孔質層１４を積層・形成することで、薄板体１０の反りを抑制しつつ、ガス透過性を十分に確保することができる。
【００６０】
加えて、平面視にて、多孔質層１４、及び端子１５が極めて均一に配置されている。この結果、多孔質層１４による上述した薄板体１０の反り低減効果を極めて均一且つ十分に発揮することができる。
【００６１】
以下、図４、及び図５に示した薄板体１０の製造方法の一例について付言する。先ず、正方形のセラミックスシート（電解質層１１となる層）の上面に、正方形のシート（燃料極層１２となる層）を印刷法により形成し、その上面に多孔質層１４に対応する形状のパターン（多孔質層１４となる層）を印刷法により形成しこれらを１４００℃・１時間にて焼成する。
【００６２】
次いで、その焼成体の下面に、正方形のシート（空気極層１３となる層）を同じく印刷法により形成し、これらを１２００℃・１時間にて焼成する。そして、その焼成体の上面に、端子１５に対応する形状のパターン（端子１５となる層）を印刷法により形成し、これらを１０００℃・１時間にて焼成する。これにより、図４、及び図５に示した薄板体１０が形成される。
【００６３】
なお、本発明は上記第１実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第１実施形態では、図５に示すように、側方断面において、多孔質層１４の側面と端子１５の側面との間には、僅かな隙間が形成されているが、図８に示すように、側方断面において、多孔質層１４と端子１５との側面同士を互いに接触させてもよい。
【００６４】
また、上記第１実施形態では、端子１５の側方断面が長方形に形成されているが、図９に示すように、端子１５の側方断面が略Ｔ字状に形成されてもよい。更には、図１０に示すように、側方断面において、多孔質層１４の上面と端子１５の上面とが凸状に形成されてもよい。
【００６５】
また、上記第１実施形態では、平面視にて、端子１５が格子状に形成されているが（図４を参照）、図１１に示すように、平面視にて、端子１５が互いに離間して縦横に整列された複数の島状に形成されてもよい。この場合、平面視にて薄板体１０全体の面積が２５ｍｍ２以上４００００ｍｍ２以下であり、且つ端子１５が互いに離間して４個以上形成されていて、平面視にて各端子１５について他の端子との間隔のうちで最小のものを最小間隔としてそれぞれ取得した場合における各最小間隔が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように複数の端子１５が配置・形成されている。
【００６６】
また、図１２に示すように、平面視にて、端子１５が、上記第１実施形態のものよりも各枠幅が広い格子状に形成されてもよい。更には、図１３に示すように、平面視にて、端子１５が、互いに離間して配置された複数の島と、隣り合う島同士を結ぶ橋とから構成される形状に形成されてもよい。
【００６７】
加えて、上記第１実施形態では、燃料極層１２の上に多孔質層１４が形成されているが、図１４及び図１５に示すように、燃料極層１２の内部に燃料極層１２よりも熱膨張率が小さい多孔質の絶縁体からなる多孔質層１４が埋設されてもよい。この場合、端子１５が不要となる。図１４及び図１５では、平面視にて、例えば、多孔質層１４が格子状に形成されている例が示されている。
【００６８】
このように燃料極層１２の内部に多孔質層１４が埋設されても、上記第１実施形態と同様の作用・効果を奏し得る。この場合も、平面視にて薄板体１０全体に対して多孔質層１４が占める面積の割合が５０％以上であることが好ましい。また、固体電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ、１５〜５０μｍ、３〜５０μｍ、及び３〜５０μｍであり、多孔質層１４と燃料極層１２との熱膨張率差が、４〜９．５ｐｐｍ／Ｋであるように構成され得る。また、固体電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ、１〜１０μｍ、５０〜２５０μｍ、及び３〜５０μｍであり、多孔質層１４と燃料極層１２との熱膨張率差が、４〜９．５ｐｐｍ／Ｋであるように構成され得る。
【００６９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る薄板体１０の構造について、図１６、及び図１７を参照しながら詳細に説明する。図１６は第２実施形態の薄板体１０の斜視図であり、図１７は、図１６において長さａの辺に平行な１２−１２線を含むとともに薄板体１０の平面に垂直な平面に沿って薄板体１０を切断した薄板体１０の一部断面図である。
【００７０】
第２実施形態に係る薄板体１０は、空気極層１３の下側面に、空気極層１３よりも熱膨張率が大きい多孔質の絶縁体からなる多孔質層１６、及び、端子１７が形成されている点において、上記第１実施形態と異なる。以下、係る相違点を中心に説明する。
【００７１】
上記第１実施形態と同様、第２実施形態の薄板体１０は、正方形の平面形状を有する焼成された板体である。薄板体１０の一辺の長さａ，ｂは、５ｍｍ以上且つ２００ｍｍ以下である。薄板体１０の厚さは、２４μｍ以上且つ３６０μｍ以下である。即ち、薄板体１０は極めて薄く、反り易い。
【００７２】
薄板体１０は、上記第１実施形態と同様、電解質層１１と、燃料極層１２と、空気極層１３とを有している。更に、空気極層１３の下側面（他側面）には、多孔質層１６と端子１７とが積層・形成されている。端子１７は、平面視にて格子状に（図１２を参照）且つ側方断面が長方形に（図１３を参照）形成されている。多孔質層１６は、空気極層１３の下側面において端子１７が形成されていない残りの部分の全体（端子１７の側面近傍を除く）に亘って形成されている。
【００７３】
端子１７の高さは多孔質層１６の厚さよりも若干大きい。多孔質層１６と端子１７の下面には上述した焼成膜４０（図２を参照）が形成される。これにより、端子１７は、薄板体１０の発電反応により発生した電子を、焼成膜４０、メッシュ３０、及び支持部材２０を介して外部へ取り出すことができるようになっている。一方、後述するように、多孔質層１６は、薄板体１０の反りを抑制するために形成されている。
【００７４】
本例では、電解質層１１、燃料極層１２、及び、空気極層１３の材質は、上記第１実施形態のものと同じである。即ち、燃料極層１２の熱膨張率は電解質層１１の熱膨張率よりも大きく、空気極層１３の熱膨張率は電解質層１１の熱膨張率と（略）等しい。
【００７５】
多孔質層１６は、多孔質であって絶縁体であるマグネシアからなる焼成体である。多孔質層１６の気孔率（全体に対して気孔が占める体積の割合）は、１０〜８０％である。好ましくは、２０〜７０％（３０〜６０％）である。多孔質層１６の電気抵抗は、１０３〜１０４Ω・ｍである。多孔質層１６の常温から１０００℃での平均熱膨張率は、およそ、１４．５ｐｐｍ／Ｋである。即ち、多孔質層１６の熱膨張率は、空気極層１３の熱膨張率よりも大きい。
【００７６】
以上の構成及び寸法を有する、燃料電池Ａの単セルとして使用される薄板体１０では、燃料極層１２の熱膨張率は電解質層１１の熱膨張率よりも大きく、多孔質層１４の熱膨張率は空気極層１３（及び電解質層１１）の熱膨張率よりも大きい。従って、電解質層１１−燃料極層１２間の熱膨張率差に起因する内部応力に基づく薄板体１０の変形方向と、空気極層１３−多孔質層１６間の熱膨張率差に起因する内部応力に基づく薄板体の変形方向とを逆にすることができる。この結果、層間の熱膨張率差に起因する内部応力に対する薄板体１０全体の変形を小さくすることができる。
【００７７】
また、空気流路Ｐａ（図３を参照）と空気極層１３との間に介在する多孔質層１６は、多孔質からなる。従って、空気流路Ｐａから空気極層１３の下側面への空気の流路が十分に確保され得る。従って、空気の空気極層１３の下側面への流通が阻害され難い。この結果、薄板体１０（単セル）内での空気の透過性が確保され得、燃料電池Ａの発電効率の低下を抑制することができる。
【００７８】
また、上記構成では、平面視にて薄板体１０全体に対して多孔質層１６が占める面積の割合が５０％以上である。従って、多孔質層１６による上述した薄板体１０の反り低減効果を均一且つ十分に発揮することができる。
【００７９】
加えて、平面視にて、薄板体１０全体の領域内において端子１７の存在領域が極めて均一に配置されている。具体的には、平面視にて、薄板体１０全体の一部であって薄板体１０全体の面積の５０％の面積を有するいかなる正方形の領域内においても、同正方形領域に対して端子１７が占める面積の割合が３％以上５０％以下となっている。
【００８０】
そして、空気極層１３の下側面において端子１７が形成されていない残りの部分の略全体（９５％以上）に亘って多孔質層１６が形成されている。即ち、薄板体１０全体の領域内において多孔質層１６の存在領域も極めて均一に配置されている。この結果、多孔質層１６による上述した薄板体１０の反り低減効果を極めて均一且つ十分に発揮することができる。
【００８１】
また、上述のように、薄板体１０全体の領域内において端子１７の存在領域が極めて均一に配置されることにより、空気極層１３の下側面において端子１７（の根元部）と接触している領域（上記端子接触領域）の外周の総和が大きい。即ち、上記第１実施形態と同様、上記拡散現象がより顕著となる。従って、この第２実施形態によれば、空気がより均一に電解質層１１の下側面に到達し得る。この結果、平面視にて端子１７の総面積が一定の場合（即ち、ガス透過性が一定の場合）において、燃料電池Ａの発電効率をより高めることができる。
【００８２】
なお、上記「端子１７が占める面積の割合が３％以上５０％以下」は、端子１７の面積割合が小さいほどガスの透過性が向上する傾向、並びに、端子１７の面積割合が大きいほど薄板体１０の内部抵抗が小さくなる傾向が考慮されて決定されている。
【００８３】
次に、上記ガスの透過性の確保と上記反り低減効果の発揮とを考慮した場合における、電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さ、多孔質層１６と空気極層１３との熱膨張率差、並びに、多孔質層１６の厚さと気孔率、の最適な組み合わせについて説明する。
【００８４】
先ず、薄板体１０において、電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ、１５〜５０μｍ、３〜５０μｍ、及び３〜５０μｍであり（即ち、電解質層１１により薄板体１０が支持される場合であり）、且つ、多孔質層１６と空気極層１３との熱膨張率差が１．７〜３．５ｐｐｍ／Ｋである場合について考える。
【００８５】
図１８は、このような薄板体１０の一例として、電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ３０μｍ、１５μｍ、及び１５μｍであり且つ多孔質層１６がマグネシアからなる薄板体１０の試験品（セル）を、多孔質層１６の厚さと気孔率との種々の組み合わせについてそれぞれ作製し、各試験品について発電特性と焼成後の反り状態との評価をそれぞれを行った実験の結果を示している。発電特性としては、図６の場合と同様、８００℃での定格出力（０．７Ｖ）におけるセル出力の出力密度(ｍＷ／ｃｍ２)を使用した。
【００８６】
図１８から理解できるように、多孔質層１６の厚さが２０μｍ未満では、反りが大きくて評価不能であった。これは、多孔質層１６の厚さが小さすぎて多孔質層１６の剛性不足により反り低減効果が十分でないことによるものと考えられる。一方、多孔質層１６の厚さが２０μｍ以上では、反り低減効果が十分に発揮され得た。ただし、多孔質層１６の厚さが５０μｍ以上では、出力密度が小さかった。これは、多孔質層１６の厚さが大きすぎてガス透過性が低くなったことによるものと考えられる。
【００８７】
また、多孔質層１６の気孔率が１５％以下では、出力密度が小さかった。これは、多孔質層１６の気孔率が小さすぎてガス透過性が低くなったことによるものと考えられる。一方、多孔質層１６の気孔率が２０％以上では、３００(ｍＷ／ｃｍ２)以上の十分な出力密度が得られた。ただし、多孔質層１６の気孔率が７５％以上では、反りが大きかった。これは、多孔質層１６の気孔率が大きすぎて多孔質層１６の剛性不足により反り低減効果が十分でないことによるものと考えられる。
【００８８】
以上より、この場合、多孔質層１６の厚さは２０〜４０μｍであり、気孔率は２０〜７０％であることが好ましい。これにより、上記ガス（空気）の透過性を確保しつつ、上記反り低減効果を十分に発揮し得ることが判明した。これは、上記ガスの透過性が、多孔質層１６の気孔率が大きいほど、或いは多孔質層１６の厚さが小さいほど向上する傾向、加えて、多孔質層１６の気孔率が大きいほど、上記反り低減効果を十分に発揮するために必要な多孔質層１６の厚さが大きくなる傾向、が存在することに基づくものと推定される。
【００８９】
次に、薄板体１０において、電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ、１〜１０μｍ、５０〜２５０μｍ、及び３〜５０μｍであり（即ち、燃料極層１２により薄板体１０が支持される場合であり）、且つ、多孔質層１６と空気極層１３との熱膨張率差が１．７〜３．５ｐｐｍ／Ｋである場合について考える。
【００９０】
図１９は、このような薄板体１０の一例として、電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ３μｍ、９０μｍ、及び１５μｍであり且つ多孔質層１６がマグネシアからなる薄板体１０の試験品（セル）を、多孔質層１６の厚さと気孔率との種々の組み合わせについてそれぞれ作製し、各試験品について発電特性と焼成後の反り状態との評価をそれぞれを行った実験の結果を示している。発電特性としては、図６の場合と同様、８００℃での定格出力（０．７Ｖ）におけるセル出力の出力密度(ｍＷ／ｃｍ２)を使用した。
【００９１】
図１９から理解できるように、多孔質層１６の厚さが２０μｍ未満では、反りが大きくて評価不能であった。これは、多孔質層１６の厚さが小さすぎて多孔質層１６の剛性不足により反り低減効果が十分でないことによるものと考えられる。一方、多孔質層１６の厚さが２０μｍ以上では、反り低減効果が十分に発揮され得た。ただし、多孔質層１６の厚さが６０μｍ以上では、出力密度が小さかった。これは、多孔質層１６の厚さが大きすぎてガス透過性が低くなったことによるものと考えられる。
【００９２】
また、多孔質層１６の気孔率が１５％以下では、出力密度が小さかった。これは、多孔質層１６の気孔率が小さすぎてガス透過性が低くなったことによるものと考えられる。一方、多孔質層１６の気孔率が２０％以上では、６５０(ｍＷ／ｃｍ２)以上の十分な出力密度が得られた。ただし、多孔質層１６の気孔率が７５％以上では、反りが大きかった。これは、多孔質層１６の気孔率が大きすぎて多孔質層１６の剛性不足により反り低減効果が十分でないことによるものと考えられる。
【００９３】
以上より、この場合、多孔質層１６の厚さは２０〜５０μｍであり、気孔率は２０〜７０％であることが好ましい。これにより、上記ガス（空気）の透過性を確保しつつ、上記反り低減効果を十分に発揮し得ることが判明した。
【００９４】
以上、上記第２実施形態によれば、空気極層１３の下側面に空気極層１３よりも熱膨張率が大きい多孔質の絶縁体からなる多孔質層１６を積層・形成することで、薄板体１０の反りを抑制しつつ、ガス透過性を十分に確保することができる。
【００９５】
加えて、平面視にて、多孔質層１６、及び端子１７が極めて均一に配置されている。この結果、多孔質層１６による上述した薄板体１０の反り低減効果を極めて均一且つ十分に発揮することができる。
【００９６】
以下、図１６、及び図１７に示した第２実施形態の薄板体１０の製造方法の一例について付言する。先ず、正方形のセラミックスシート（電解質層１１となる層）の上面に、正方形のシート（燃料極層１２となる層）を印刷法により形成し、これらを１４００℃・１時間にて焼成する。次いで、その焼成体の下面に、正方形のシート（空気極層１３となる層）を同じく印刷法により形成し、更に多孔質層１６に対応する形状のパターン（多孔質層１６となる層）を印刷法により形成し、これらを１２００℃・１時間にて焼成する。
【００９７】
その後、その焼成体の下面に、端子１７に対応する形状のパターン（端子１７となる層）を印刷法により形成し、１０００℃・１時間にて焼成する。これらにより、図１６、及び図１７に示した第２実施形態の薄板体１０が形成される。
【００９８】
なお、本発明は上記第２実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第２実施形態では、図１７に示すように、側方断面において、多孔質層１６の側面と端子１７の側面との間には、僅かな隙間が形成されているが、図２０に示すように、側方断面において、多孔質層１６と端子１７との側面同士を互いに接触させてもよい。
【００９９】
また、上記第２実施形態では、端子１７の側方断面が長方形に形成されているが、図２１に示すように、端子１７の側方断面が略Ｔ字状に形成されてもよい。更には、図２２に示すように、側方断面において、多孔質層１６の下面と端子１７の下面とが凸状に形成されてもよい。
【０１００】
また、上記第２実施形態では、平面視にて、端子１７が格子状に形成されているが（図１６を参照）、図２３に示すように、平面視にて、端子１７が互いに離間して縦横に整列された複数の島状に形成されてもよい。この場合、平面視にて薄板体１０全体の面積が２５ｍｍ２以上４００００ｍｍ２以下であり、且つ端子１７が互いに離間して４個以上形成されていて、平面視にて各端子１７について他の端子との間隔のうちで最小のものを最小間隔としてそれぞれ取得した場合における各最小間隔が０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように複数の端子１７が配置・形成されている。
【０１０１】
また、図２４に示すように、平面視にて、端子１７が、上記第２実施形態のものよりも各枠幅が広い格子状に形成されてもよい。更には、図２５に示すように、平面視にて、端子１７が、互いに離間して配置された複数の島と、隣り合う島同士を結ぶ橋とから構成される形状に形成されてもよい。
【０１０２】
加えて、上記第２実施形態では、空気極層１３の下に多孔質層１６が形成されているが、図２６及び図２７に示すように、空気極層１３の内部に空気極層１３よりも熱膨張率が大きい多孔質の絶縁体からなる多孔質層１６が埋設されてもよい。この場合、端子１７が不要となる。図２６及び図２７では、平面視にて、例えば、多孔質層１６が格子状に形成されている例が示されている。
【０１０３】
このように空気極層１３の内部に多孔質層１６が埋設されても、上記第２実施形態と同様の作用・効果を奏し得る。この場合も、平面視にて薄板体１０全体に対して多孔質層１６が占める面積の割合が５０％以上であることが好ましい。また、固体電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ、１５〜５０μｍ、３〜５０μｍ、及び３〜５０μｍであり、多孔質層１４と燃料極層１２との熱膨張率差が、１．７〜３．５ｐｐｍ／Ｋであるように構成され得る。また、固体電解質層１１、燃料極層１２、及び空気極層１３の厚さがそれぞれ、１〜１０μｍ、５０〜２５０μｍ、及び３〜５０μｍであり、多孔質層１４と燃料極層１２との熱膨張率差が、１．７〜３．５ｐｐｍ／Ｋであるように構成され得る。
【０１０４】
また、燃料極層１２の上側面に燃料極層１２よりも熱膨張率が小さい多孔質の絶縁体からなる多孔質層１４を形成し、且つ、空気極層１３の下側面に空気極層１３よりも熱膨張率が大きい多孔質の絶縁体からなる多孔質層１６を形成してもよい。これによっても、薄板体１０の反りを抑制しつつ、ガス透過性を十分に確保することができる。
【０１０５】
更には、燃料極層１２の内部に燃料極層１２よりも熱膨張率が小さい多孔質の絶縁体からなる多孔質層１４を埋設し、且つ、空気極層１３の内部に空気極層１３よりも熱膨張率が大きい多孔質の絶縁体からなる多孔質層１６を埋設してもよい。これによっても、薄板体１０の反りを抑制しつつ、ガス透過性を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る薄板体を使用したＳＯＦＣの破断斜視図である。
【図２】図１に示したＳＯＦＣの一部拡大図である。
【図３】図１に示したＳＯＦＣにおける燃料と空気の流通を説明する図である。
【図４】図１に示した薄板体の斜視図である。
【図５】図４に示した４−４線を含むとともに薄板体の平面と垂直な平面に沿って薄板体を切断した薄板体の一部断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る薄板体を使用したＳＯＦＣであって電解質層により薄板体が支持される場合において、多孔質層の厚さと気孔率の最適な組み合わせを確認するための実験結果を示した表である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る薄板体を使用したＳＯＦＣであって燃料極層により薄板体が支持される場合において、多孔質層の厚さと気孔率の最適な組み合わせを確認するための実験結果を示した表である。
【図８】本発明の第１実施形態の変形例に係る薄板体の一部断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態の他の変形例に係る薄板体の一部断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の他の変形例に係る薄板体の一部断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の他の変形例に係る薄板体の斜視図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の他の変形例に係る薄板体の斜視図である。
【図１３】本発明の第１実施形態の他の変形例に係る薄板体の斜視図である。
【図１４】本発明の第１実施形態の他の変形例に係る薄板体の斜視図である。
【図１５】図１４に示した１４−１４線を含むとともに薄板体の平面と垂直な平面に沿って薄板体を切断した薄板体の一部断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る薄板体の斜視図である。
【図１７】図１６に示した１２−１２線を含むとともに薄板体の平面と垂直な平面に沿って薄板体の一部断面図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る薄板体を使用したＳＯＦＣであって電解質層により薄板体が支持される場合において、多孔質層の厚さと気孔率の最適な組み合わせを確認するための実験結果を示した表である。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る薄板体を使用したＳＯＦＣであって燃料極層により薄板体が支持される場合において、多孔質層の厚さと気孔率の最適な組み合わせを確認するための実験結果を示した表である。
【図２０】本発明の第２実施形態の変形例に係る薄板体の一部断面図である。
【図２１】本発明の第２実施形態の他の変形例に係る薄板体の一部断面図である。
【図２２】本発明の第２実施形態の他の変形例に係る薄板体の一部断面図である。
【図２３】本発明の第２実施形態の他の変形例に係る薄板体の斜視図である。
【図２４】本発明の第２実施形態の他の変形例に係る薄板体の斜視図である。
【図２５】本発明の第１実施形態の他の変形例に係る薄板体の斜視図である。
【図２６】本発明の第２実施形態の他の変形例に係る薄板体の斜視図である。
【図２７】図２６に示した２６−２６線を含むとともに薄板体の平面と垂直な平面に沿って薄板体を切断した薄板体の一部断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０…薄板体、１１…電解質層、１２…燃料極層、１３…空気極層、１４，１６…多孔質層、端子…１５，１７
【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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【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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