(57)【要約】【課題】燃料極側の酸素分圧が高くなり、電極金属が酸化される条件下においても、電導性が維持され、燃料極機能が維持される燃料電池を提供する。【解決手段】酸素イオン伝導型の固体電解質層１０の一方の面にカソード層１２が形成され、他方の面にアノード層１４が形成されたセル１６を有し、メタン等の燃料ガスと、酸素または酸素含有ガスが供給され、セル１６を介して前記ガス間の酸化還元反応が生起されて起電力が生じる燃料電池において、アノード層１４が、Ｌｉを固溶させたＮｉＯを主成分とする焼成体からなることを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004119270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン伝導型の固体電解質層の一方の面にカソード層が形成され、他方の面にアノード層が形成されたセルを有し、メタン等の燃料ガスと、酸素または酸素含有ガスが供給され、前記セルを介して前記ガス間の酸化還元反応が生起されて起電力が生じる燃料電池において、
前記アノード層が、Ｌｉを固溶させたＮｉＯを主成分とする焼成体からなることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記セルによって、燃料ガス供給側チャンバーと酸素または酸素含有ガス供給側チャンバーとが分離されたセパレート型をなすことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
燃料ガスと酸素または酸素含有ガスとからなる混合ガスに、カソード層およびアノード層が晒されるようにセルが配置されたチャンバーを有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
メタン等の燃料ガスおよび酸素を含む混合燃料ガスや排ガスの給排口が形成された容器内に燃料電池用セルが収容された燃料電池において、
前記容器内の燃料電池用セルを除く部分であって、混合燃料ガスや排ガスが流動する空間部に充填物が充填され、
前記充填物間の間隙が、電池を駆動した際に、前記空間部内に発火限界内の混合燃料ガスが存在しても発火し得ない間隙をなし、
前記アノード層が、Ｌｉを固溶させたＮｉＯを主成分とする焼成体からなることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
前記アノード層が、Ｌｉ化合物をニッケル酸化物に添加し焼成処理してなる成分を主成分とする焼成体であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の燃料電池。
【請求項６】
前記アノード層が、Ｌｉ化合物をＮｉＯにＬｉ２Ｏ換算で１ｍｏｌ％以上１５ｍｏｌ％以下添加し、焼成処理してなる焼成体を主成分とすることを特徴とする請求項５記載の燃料電池。
【請求項７】
前記アノード層を構成する副成分として、サマリアドープドセリア、スカンジア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニアのうちのいずれかが５０体積％以下含まれることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、火力発電等の発電効率に比較して、高効率の発電効率が期待できるため、現在、多くの研究がなされている。
かかる燃料電池には、図４に示す様に、イットリア（Ｙ２Ｏ３）が添加された安定化ジルコニアから成る焼成体を酸素イオン伝導型の固体電解質層１００として用い、この固体電解質層１００の一面側にカソード層１０２が形成されていると共に、固体電解質層１００の他面側にアノード層１０４が形成された燃料電池用セル１０６が配設されている。
この燃料電池用セル１０６のカソード層１０２側には、酸素又は酸素含有気体が供給される。他方のアノード層１０４側には、メタン等の燃料ガスが供給される。この燃料電池は、セル１０６によって、燃料ガス供給側チャンバーと酸素または酸素含有ガス供給側チャンバーとが分離されたセパレートチャンバー型をなす。
【０００３】
かかる図４に示す燃料電池用セル１０６のカソード層１０２側に供給された酸素（Ｏ２）は、カソード層１０２と固体電解質層１００との境界で酸素イオン（Ｏ２−）にイオン化され、この酸素イオン（Ｏ２−）は、固体電解質層１００によってアノード層１０４に伝導される。アノード層１０４に伝導された酸素イオン（Ｏ２−）は、アノード層１０４に供給されたメタン（ＣＨ４　）ガスと反応し、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）が生成される。かかる反応の際に、酸素イオンが電子を放出するため、カソード層１０２とアノード層１０４との間に電位差が生じる。このため、カソ−ド層１０２とアノード層１０４を取出線１０８によって電気的に接続することにより、アノード層１０４の電子はカソード層１０２の方向（矢印の方向）に取出線１０８を流れ、燃料電池から電気を取り出すことができる。
尚、かかる図４に示す燃料電池の作動温度は、約１０００℃である。
【０００４】
しかし、図４に示す燃料電池用セル１０６は、約１０００℃もの高温下で、カソード層１０２側は酸化性雰囲気に晒されていると共に、アノード層１０４側は還元性雰囲気に晒されているため、燃料電池用セル１０６の耐久性を向上することは困難であった。
一方、ＳＣＩＥＮＣＥ，Ｖｏｌ．２８８（２０００），ｐ２０３１−２０３３には、図５に示す様に、固体電解質層１００の両面側にカソード層１０２とアノード層１０４とが形成された燃料電池用セル１０６を、メタンガスと酸素とが混合された混合燃料ガス内に載置しても、燃料電池用セル１０６に起電力が発生することが報告されている。
【０００５】
図５に示す燃料電池のように、燃料電池用セル１０６を混合燃料ガス内に載置することによって、燃料電池用セル１０６の全体を実質的に同一雰囲気とすることができ、両面の各々を異なる雰囲気に晒す図４に示す燃料電池用セル１０６に比較して、その耐久性の向上を図ることができる。この燃料電池は、燃料ガスと、酸素または酸素含有ガスとの混合ガスが供給されるシングルチャンバー型をなす。
しかしながら、図５に示す燃料電池には、約１０００℃もの高温下でメタンガスと酸素とが混合された混合燃料ガスを供給するため、混合燃料ガスは、爆発の危険性を回避すべく、酸素濃度が発火限界よりも低濃度となるように（メタン濃度が発火限界を超える高濃度に）調整されて供給される。
このため、メタン等の燃料が完全燃焼するには著しく酸素量が不足し、メタン等の燃料の炭化が進行して電池性能が低下することがある。
【０００６】
そこで、本発明者等は、メタン等の燃料と酸素との混合燃料ガスを用い、混合燃料ガスの爆発を防止しつつ、燃料の炭化の進行を防止し得る程度に酸素濃度を向上した混合燃料ガスを使用し得る燃料電池を開発し、特許出願している（特願２００１−２８１７３０）。
この燃料電池は、メタン等の燃料ガス及び酸素を含む混合燃料ガスや排ガスの給排口が形成された容器内に燃料電池用セルが収容された燃料電池において、　該容器内の燃料電池用セルを除く部分であって、混合燃料ガスや排ガスが流動する前記容器内の空間部に充填物が充填され、前記充填物間の間隙が、前記燃料電池を駆動した際に、前記空間部内に発火限界内の混合燃料ガスが存在しても発火し得ない間隙であることを特徴としている。
【０００７】
【非特許文献１】
ＳＣＩＥＮＣＥ，Ｖｏｌ．２８８（２０００），ｐ２０３１−２０３３
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記シングルチャンバー型の燃料電池において、発火限界内の混合原料ガスが用いられることから、燃料ガスの完全燃焼化が促進され、電池性能が向上するが、長時間の使用により、アノード層（燃料極）に用いられているニッケルやニッケルサーメットが酸化してくる不具合がある。ニッケルが酸化すると電極抵抗が上昇し発電効率低下あるいは発電不能になるだけでなく、電極に剥離が生じるという課題がある。
【０００９】
また、上記セパレートチャンバー型燃料電池の場合にも同様の課題がある。すなわち、セパレートチャンバー型のものでは、アノード層（燃料極）には、燃料ガスまたは加湿した燃料ガスが供給され、還元雰囲気にはなっているが、下流側（燃料極近傍）では、電気化学的反応の結果、水蒸気や炭酸ガス分圧が高まり、その平衡酸素分圧によっては酸化性雰囲気となり、燃料極材に用いられているニッケルやニッケルサーメットの酸化が問題になるのである。
【００１０】
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、その目的とするところは、燃料極（アノード層）側の酸素分圧が高くなり、電極金属が酸化される条件下においても、電導性が維持され、燃料極機能が維持される燃料電池を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池は、酸素イオン伝導型の固体電解質層の一方の面にカソード層が形成され、他方の面にアノード層が形成されたセルを有し、メタン等の燃料ガスと、酸素または酸素含有ガスが供給され、前記セルを介して前記ガス間の酸化還元反応が生起されて起電力が生じる燃料電池において、前記アノード層が、Ｌｉを固溶させたＮｉＯを主成分とする焼成体からなることを特徴とする。
前記セルによって、燃料ガス供給側チャンバーと酸素または酸素含有ガス供給側チャンバーとが分離されたセパレート型をなすことを特徴とする。
あるいは、燃料ガスと酸素または酸素含有ガスとからなる混合ガスに、カソード層およびアノード層が晒されるようにセルが配置されたチャンバーを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池は、メタン等の燃料ガスおよび酸素を含む混合燃料ガスや排ガスの給排口が形成された容器内に燃料電池用セルが収容された燃料電池において、前記容器内の燃料電池用セルを除く部分であって、混合燃料ガスや排ガスが流動する空間部に充填物が充填され、前記充填物間の間隙が、電池を駆動した際に、前記空間部内に発火限界内の混合燃料ガスが存在しても発火し得ない間隙をなし、前記アノード層が、Ｌｉを固溶させたＮｉＯを主成分とする焼成体からなることを特徴とする。
【００１３】
前記アノード層が、Ｌｉ化合物をニッケル酸化物に添加し焼成処理してなる成分を主成分とする焼成体であることを特徴とする。
また、前記アノード層が、Ｌｉ化合物をＮｉＯにＬｉ２Ｏ換算で１ｍｏｌ％以上１５ｍｏｌ％以下添加し、焼成処理してなる焼成体を主成分とすることを特徴とする。
また、前記アノード層を構成する副成分として、サマリアドープドセリア、スカンジア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニアのうちのいずれかが５０体積％以下含まれることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１にシングルチャンバー型燃料電池の一例を示す。
図１に示す燃料電池では、複数の単一燃料電池用セル１６，１６・・を積層した多層燃料電池用セルを、メタン等の燃料ガスと酸素とを含む混合燃料ガス（以下、混合ガスと称することがある）が供給される複数の供給配管２０ａ，２０ａ・・と、排ガスが排出される複数の排出配管２０ｂ，２０ｂとが形成された、横断面形状が矩形又は円形の容器２０内に、電池用セル１６の積層面が筒（容器）の径方向と直交する方向に配置するように収容している。
【００１５】
この容器２０は、燃料電池の作動温度で充分に耐熱性を呈するように、１２００℃程度まで耐熱性を有するセラミック等の耐熱材料によって形成され、多層燃料電池用セルを構成する単一燃料電池用セル１６，１６・・の各々は、緻密構造の固体電解質層１０の一面側に形成された多孔質層のカソード層１２と、この固体電解質層１０の他面側に形成された多孔質層のアノード層１４とから形成されている。
【００１６】
かかる単一燃料電池用セル１６のアノード層１４と、他の単一燃料電池用セル１６のカソード層１２とは、直接接合されて多層燃料電池用セルを形成する。この多層燃料電池用セルで発電された電力は、多層燃料電池用セルの最外層の一方に位置する単一燃料電池用セル１６のカソード層１２と、他方の最外層に位置する単一燃料電池用セル１６のアノード層１４とから引き出された引出線（図示せず）によって取出される。
【００１７】
図１に示す単一燃料電池用セル１６を形成する固体電解質層１０は、酸素イオン誘導体であって、イットリウム（Ｙ）やスカンジウム（Ｓｃ）等の周期律表第３族元素により部分安定化されたジルコニア酸化物、或いはサマリウム（Ｓｍ）やガドリウム（Ｇｄ）等がドープされたセリウム酸化物によって形成される。
更に、カソード層１２は、ストロンチウム（Ｓｒ）等の周期律表第３族元素が添加されたランタンのマンガン、ガリウム又はコバルト酸化化合物から形成される。
【００１８】
アノード層１４は、Ｌｉ化合物をニッケル酸化物に添加し焼成処理してなる成分を主成分とする焼成体で構成することができる。
具体的には、アノード層を、Ｌｉ化合物をＮｉＯにＬｉ２Ｏ換算で１ｍｏｌ％以上１５ｍｏｌ％以下添加し、焼成処理してなる焼成体を主成分とすると好適である。
また、アノード層１４を構成する副成分として、サマリアドープドセリア、スカンジア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニアのうちのいずれかが５０体積％以下含まれるようにすることができる。
【００１９】
上記カソード層１２及びアノード層１４は、多孔質層であって、その開気孔率を２０％以上、好ましくは３０〜７０％、特に４０〜５０％とすることが好ましい。
図１に示す多層燃料電池用セルは、予め焼成して形成した固体電解質層１０に、所定形状の各層用のグリーンシートを積層した後、又は各積層用のペーストを所定形状に塗布した後、再焼成することによって得ることができる。
また、予め焼成して形成した単一燃料電池用セル１６，１６・・を積層して一体化することによっても、多層燃料電池用セルを得ることができる。
【００２０】
図１に示す燃料電池で用いる多層燃料電池用セルのカソード層１２とアノード層１４とは、多孔質層であるため、供給配管２０ａ，２０ａ・・から供給された混合ガスは通過可能である。
このため、図１に示す燃料電池では、多層燃料電池用セルを、単一燃料電池用セル１６を形成するカソード層１２及びアノード層１４が供給配管２０ａ，２０ａ・・から供給した混合ガスの流動方向と平行となるように、容器２０内に収容している。
【００２１】
その際に、容器２０内に供給した混合ガスが多層燃料電池用セルのカソード層１２及びアノード層１４を経由して流れるように、多層燃料電池用セルの外周面の略全面を容器２０の内周面に密着し、容器２０内に供給した混合ガスが、容器２０の内壁面と多層燃料電池用セルの外周面との間等から流出することを防止している。
尚、必要に応じて容器２０の内壁面と多層燃料電池用セルの外周面との間に、例えばアルミナセメントや高融点ガラス等の低気孔率材料を用いて封止を施してもよい。
【００２２】
このように容器２０内に収容した多層燃料電池用セルと供給配管２０ａ，２０ａ・・との間、及び多層燃料電池用セルと排出配管２０ｂ，２０ｂ・・との間に、空間部２２，２４が形成される。かかる空間部２２，２４が、空状態の場合は、燃料電池の駆動温度である約１０００℃の高温下において、混合ガスの発火を防止するには、混合ガス中の酸素濃度を発火限界よりも低濃度（メタン等の燃料ガスを発火限界よりも高濃度）とすることが必要である。
多層燃料電池用セルに供給する混合ガスとして、酸素濃度が低濃度の混合ガスを用いる場合、混合ガス中のメタン等の燃料ガスが炭化して電池性能が低下することがある。
一方、混合ガス中の酸素濃度を、燃料ガスが炭化することのない濃度にすると、空間部２２中の混合ガスの組成が発火限界内に入り、爆発の危険性が著しく高くなる。
【００２３】
この点、図１の燃料電池では、空間部２２，２４に充填物２６を充填し、充填物２６、２６間の間隙を、燃料電池を駆動した際に、空間部２２，２４内に酸素濃度（燃料ガス濃度）が発火限界内の混合ガスが存在していても発火し得ない距離としている。
具体的には、充填物２６、２６間の間隙を、燃料電池を駆動した際に、空間部２２，２４内に存在する発火限界内の混合ガスの消炎距離よりも狭くなるように、充填物を充填している。
【００２４】
このため、容器２０に供給する混合ガス中の酸素濃度を、メタン等の燃料ガスが発火する発火限界内まで高めても、空間部２２，２４での発火を回避できる。
ここで言う「混合ガスの消炎距離」とは、「化学便覧（応用化学編ＩＩ）」（社団法人日本化学会編、昭和６３年１１月１５日第２刷発行）の第４０７頁に規定されており、混合ガスの発火が起こり得る最小電極間距離のことである。この距離よりも狭い電極間距離では、エネルギーをいくら大きくして発火が起こらない。
かかる消炎距離は、混合ガス中の酸素濃度や圧力等に応じて変化するため、燃料電池を駆動した際に、空間部２２，２４の混合ガスの消炎距離を実験的に求めておくことが好ましい。
【００２５】
また、空間部２２，２４に充填に充填した充填物の充填物間隙は、一様ではなく分布を有している。このため、充填物２６、２６間の間隙が、平均では、燃料電池を駆動した際に、空間部２２，２４の混合ガスの消炎距離よりも狭いものの、最大間隙が広くなる場合がある。この場合、混合ガスが発火したとき、爆轟に繋がるおそれがあるため、充填物２６間の最大間隙を、燃料電池を駆動した際に、空間部２２，２４内に存在する混合燃料ガスの爆轟を防止し得る消炎直径以下とすることによって、例え混合ガスに着火しても爆轟を防止できる。
尚、「消炎直径」とは、筒から吹出す混合気体に着火しても、筒内に燃焼波が浸入できない限界の直径をいい、メタンと酸素との混合気体の消炎直径は、０．１〜３ｍｍである。
【００２６】
図１に示す燃料電池の空間部２２，２４に充填する充填物２６としては、燃料電池の駆動条件で安定している金属又はセラミックから成る粉粒体、多孔体又は細管を用いることができる。
かかる粉粒体、多孔体又は細管としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔｅ、Ｃｏ、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｗ，Ｐｔ，Ａｕから成る群から選ばれた一種又は二種以上を含む合金によって形成された粉粒体、多孔体又は細管、或いはＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｚｒから成る群から選ばれた一種又は二種以上含むセラミックによって形成された粉粒体、多孔体又は細管を好適に用いることができる。
【００２７】
また、粉粒体としては、粒径が５０〜１０００μｍの粉粒体が好ましく、多孔体としては、開気孔率が５０％以上の多孔体が好ましい。細管としては、内径１００〜２００μｍの細管が好適に使用でき、長い細管を空間部２２，２４に混合ガスの流動方向に並べて充填してもよく、短管状の細管を空間部２２，２４にランダムに充填してもよい。
尚、混合ガスを燃料電池に供給する供給配管２０ａ，２０ａ・・での発火を防止すべく、供給配管２０ａ内に充填物を充填してもよい。
【００２８】
図１に示す燃料電池には、混合ガスを複数の供給配管２０ａ，２０ａ・・から供給する。この様に、混合ガスを分散して供給することによって、供給配管２０ａ内での混合ガスの発火を極力防止している。
容器２０の空間部２２に供給された混合ガスは、充填された充填物２６間の間隙を通過して多層燃料電池用セルに到達し、多孔質層のカソード層１２及びアノード層１４を空間部２４の方向に流動する。この際に、混合ガスは、カソード層１２及びアノード層１４を形成する微細孔内に拡散し、固体電解質層１０の表面に到達する。
【００２９】
固体電解質層１０の表面に到達した混合ガスのうち、メタン等の可燃性ガスと固体電解質層１０を通過した酸素イオンとが電気化学的に反応し、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）を生成すると共に、酸素イオンが電子を放出する。この電気化学的反応によって生成した水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）は、空間部２４から排出配管２０ｂ，２０ｂ・・から排出される。
【００３０】
混合ガスは、多層燃料電池用セルのカソード層１２及びアノード層１４を流れるに従って酸素量が減少し、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）が増加するが、混合ガス中の組成は実質的に同一である。
このため、排出ガスが充填される空間部２４も、空間部２２と同様に、充填物２６を充填して防爆構造にしておくことを必要とする。
尚、図１の燃料電池に供給する混合ガスとしては、メタンの他に、水素ガス、エタン，プロパン、ブタン等の可燃性ガスと空気とを混合した混合ガスを好適に用いることができる。
【００３１】
上記のように発火限界内の混合ガスが供給されることによって、アノード層（燃料極）１４は酸化性雰囲気中におかれる。
このように酸化性雰囲気中におかれても、アノード層１４に、Ｌｉを固溶させたＮｉＯを主成分とする焼成体を用いることによって、長時間使用してもアノード層１４の電気電導性が維持され、電池性能が維持されることが確認された。
【００３２】
図１に示す燃料電池では、多層燃料電池用セルを構成する固体電解質層１０が緻密構造であるため、多層燃料電池用セルを、その単一燃料電池用セル１６を形成するカソード層１２及びアノード層１４を供給配管２０ａ，２０ａ・・から供給した混合ガスの流動方向と平行となるように容器２０内に収容し、多孔質層であるカソード層１２及びアノード層１４を混合ガスの流路としている。かかる図１に示す燃料電池では、多層燃料電池用セルの外周面と容器２０の内周面との封止が困難となり易い傾向にある。
【００３３】
この点、図２に示す燃料電池のように、複数の単一燃料電池用セル４０，４０・・が積層された多層燃料電池用セルを、単一燃料電池用セル４０を形成するカソード層１２及びアノード層１４を供給配管２０ａ，２０ａ・・から供給した混合ガスの流動方向と直角となるように容器２０内に収容することによって、多層燃料電池用セルの外周面と容器２０の内周面との封止を容易とすることができる。
但し、混合ガスが多層燃料電池用セルを通過することを要するため、図２に示す多層燃料電池用セルを構成する単一燃料電池用セル４０は、カソード層１２、アノード層１４及び固体電解質層３０が多孔質層によって形成されている。
【００３４】
図２に示す多層燃料電池用セルは、所定形状に形成した各層のグリーンシートを積層した積層体を同時焼成することによって得ることができる。このため、図２に示す多層燃料電池用セルは、予め焼成して形成した固体電解質層１０に、所定形状の各層用のグリーンシートを積層した後、又は各層用のペーストを所定形状に塗布した後、再焼成することによって得る図１に示す多層燃料電池用セルに比較して、製造コスト等を安価とすることができる。
ここで、図２に示す燃料電池を形成する部材のうち、図１に示す燃料電池と同一部材については図１と同一番号を付して詳細な説明を省略する。
かかる図２に示す燃料電池の供給配管２０ａ，２０ａ・・から供給した混合ガスは、多孔質層のカソード層１２、アノード層１４及び固体電解質層３０内を流れつつ、電気化学反応を惹起し、排出配管２０ｂ，２０ｂ・・から排出される。
【００３５】
図１及び図２に示す燃料電池は、燃料電池全体を所定温度雰囲気下に置いて発電を行っているが、図３に示す様に、多層燃料電池用セルが収容された部分を加熱する加熱手段としての加熱ヒータ５０を設け、多層燃料電池用セル近傍で且つ充填物２６が充填された空間部２２，２４には、冷却手段としての冷却管５２を設けてもよい。この様に、空間部２２，２４の混合ガスを冷却することによって、空間部２２，２４における混合ガスの消炎直径を大きくできる。
このように、空間部２２，２４を強制冷却する場合には、空間部２２，２４に充填する充填物２６を、伝熱性が良好な金属とすることが好ましい。
尚、図３に示す燃料電池を形成する部材について、図１及び図２に示す燃料電池と同一部材は同一番号を付して詳細な説明を省略した。
【００３６】
上記では、シングルチャンバー型の燃料電池で説明したが、図４に示すセパレートチャンバー型の燃料電池においても、アノード層の材料に上記のものを用いることによって、長時間の使用によってもアノード層の電気電導性が維持され、電池性能が好適に維持される。
【００３７】
【実施例】
ＮｉＯ粉末に対しＬｉ２ＣＯ３粉末をそれぞれ、１、３、５、８、１０、１５、２０ｍｏｌ％となる量添加混合し、直径５ｍｍ、長さ約１５ｍｍの柱状に成形し、１２００℃２時間大気中で焼成を行った。得られた焼成体は全て黒色に変色しており、これらの抵抗を直流４端子法で測定した。次いでこれらを窒素気流中５００℃で５時間処理した後、これらをさらに４体積％の水素を含む窒素気流中５００℃で１０分間処理した後、および、再度大気中１２００℃２時間処理した後に、同様に抵抗測定した。測定結果を表１に示す。これらの処理のうち、４体積％の水素を含む窒素気流中５００℃での１０分間処理で、試料の収縮に伴うクラックが発生し、この傾向はＬｉ２ＣＯ３粉末添加量の多いものほど多い傾向が見られた。表１に示されるように、上記の４体積％の水素を含む窒素気流中５００℃での１０分間処理の還元処理によって、いずれのサンプルも電気抵抗が減じたが、再度の大気中１２００℃２時間処理の酸化によって、Ｌｉのドープされていないサンプルは電気抵抗が大幅に増加し、Ｌｉがドープされているサンプルは電気抵抗がそれほど増加せず、電気電導性が維持されていることがわかる。
【００３８】
表１
2004119270.tif 000003
【００３９】
ＮｉＯ粉末にＬｉ２ＣＯ３粉末を８ｍｏｌ％添加し、１２００℃２時間大気中焼成を行い粉砕して得た粉末に１０ｗｔ％のＳＤＣ（サマリアドープドセリア）粉末とバインダーとテレピネオールを添加しペーストを調整した。これを一方の面にＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガナイト）ペーストを印刷した相対密度約９０％のＳＤＣ基板の他方の面に印刷し、１２００℃２時間大気中焼成を行った（サンプル１）。また同様に一方の面にＬＳＭペーストを印刷した相対密度約９０％のＳＤＣ基板の他方の面に１０ｗｔ％のＳＤＣ添加ＮｉＯペーストを印刷し、１２００℃２時間大気中焼成を行った後、約４体積％水素含有窒素中でＮｉＯの還元処理を行った（サンプル２）。
白金メッシュに溶接した白金ワイヤを引き出し配線とし、これらをそれぞれアルミナ系セラミック多孔体が充填された管中に配置し、燃焼範囲内のブタン−空気混合気流中５００℃に保持した結果、サンプル１では１１０ｍＶで３３ｍＡの電流発生が確認されたが、サンプル２では電流発生は初期に僅かに確認された後、全く発生しなくなった。降温後取り出したサンプルを確認した結果、サンプル２のアノード極は還元処理後、金属色の灰色だったものが黄緑色に変色し、容易にＳＤＣ基板から剥離した。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料極（アノード層）側の酸素分圧が高くなり、電極金属が酸化される条件下においても、電導性が維持され、燃料極機能が維持される燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池の一例を説明する縦断面図である。
【図２】本発明に係る燃料電池の他の例を説明する縦断面図である。
【図３】本発明に係る燃料電池の他の例を説明する縦断面図である。
【図４】従来の燃料電池を説明する概略図である。
【図５】改良された燃料電池を説明する概略図である。
【符号の説明】
１０，３０　固体電解質層
１２　カソード層
１４　アノード層
１６，４０　単一燃料電池用セル
２０　容器
２０ａ　供給配管
２０ｂ　排出配管
２２，２４　空間部
２６　充填物
５０　加熱ヒータ
５２　冷却管
【図１】
2004119270.tif 000004
【図２】
2004119270.tif 000005
【図３】
2004119270.tif 000006
【図４】
2004119270.tif 000007
【図５】
2004119270.tif 000008