(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池セルの歩留まりを向上させ、信頼性が高く、発電能力の高い燃料電池セル及び燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】複数のガス流路３４が形成された板状の導電性支持体３３ａの一方側主面に、内側電極３３ｂ、固体電解質３３ｃ、外側電極３３ｄを順次設けてなる燃料電池セル３３であって、前記ガス流路３４が略楕円状で、前記板状の導電性支持体３３ａの厚み方向におけるガス流路３４の径をＲ１、前記板状の導電性支持体３３ａの厚みと直交する方向におけるガス流路３４の径をＲ２としたとき、Ｒ２＞Ｒ１を満足することを特徴とする。【選択図】図１
2004296282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のガス流路が形成された板状の導電性支持体の一方側主面に、内側電極、固体電解質、外側電極を順次設けてなる燃料電池セルであって、前記ガス流路が略楕円状で、前記板状の導電性支持体の厚み方向におけるガス流路の径をＲ１、前記板状の導電性支持体の厚みと直交する方向におけるガス流路の径をＲ２としたとき、Ｒ２＞Ｒ１を満足することを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
複数のガス流路が形成された板状の支持体を兼ねる内側電極の一方側主面に、固体電解質、外側電極を順次設けてなる燃料電池セルであって、前記ガス流路が略楕円状で、前記板状の支持体を兼ねる内側電極の厚み方向におけるガス流路の径をＲ１、前記板状の支持体を兼ねる内側電極の厚みと直交する方向におけるガス流路の径をＲ２としたとき、Ｒ２＞Ｒ１を満足することを特徴とする燃料電池セル。
【請求項３】
Ｒ２がＲ１の１．０３倍以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池セル。
【請求項４】
外側電極が、酸素側電極であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれかに記載の燃料電池セルを収納容器内に複数収納してなることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池セル及び燃料電池に関し、特に、導電性支持体内に形成されたガス流路形状に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収納した燃料電池が種々提案されている。
【０００３】
図４は、従来の固体電解質型燃料電池の燃料電池セル１を示すもので、燃料電池セル１は、軸長方向に複数のガス流路３を有する多孔質の支持体を兼ねた扁平な内側電極１ａ上の外周面に、緻密質な固体電解質１ｂ、多孔質な導電性セラミックスからなる外側電極１ｃが順次形成されている。また、固体電解質１ｂ、外側電極１ｃから露出した内側電極１ａには、外側電極１ｃに接続しないようにインターコネクタ１ｄが設けられ、内側電極１ａと電気的に接続している。
【０００４】
このような燃料電池セル１では、燃料電池セル１の形状を扁平状とすることにより、燃料電池セル１当たりの発電部の面積を増加させることができ、発電量を増加させることができる。
【０００５】
燃料電池は、上記燃料電池セル１を収納容器内に複数収納して構成され、例えば、内側電極１ａ内部に酸素ガス注入管５を通じて酸素含有ガスを供給し、外側電極１ｃに燃料ガス（水素）を供給して約１０００℃で発電される。
【０００６】
この燃料電池セル１の内側電極１ａと固体電解質１ｂ、外側電極１ｃが重なり合っている部分が発電部であり、この発電部で発生した電流は内側電極１ａを電流経路とし、インターコネクタ１ｄを介して他の燃料電池セル１へと接続される（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−２６１６７８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような燃料電池セル１では、燃料電池セル１の厚みを薄くすると電流経路が短くなるため、燃料電池セル１当たりの発電量を増加させることができるものの、燃料電池セル１の厚みを薄くするほど、燃料電池セル１の平坦部の最薄肉部Ｂに割れが発生する傾向にあり、信頼性を十分に確保できないといった問題があった。
【０００９】
即ち、図４の燃料電池セル１では、内側電極１ａに断面形状が円状のガス流路３が形成され、しかも最薄肉部におけるガス流路３の曲率が大きいため、ガス流路３と燃料電池セル１の外表面間の厚み（最薄肉部）が、ガス流路３が形成されていない部分に比べ、薄くなり、構造的に弱くなるため、燃料電池セル１の焼成、還元処理、及び発電時に発生する応力により割れが発生しやすいという問題があった。
【００１０】
本発明は、歩留まりが高く、信頼性に優れた燃料電池セル及び燃料電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池セルは、複数のガス流路が形成された板状の導電性支持体の一方側主面に、内側電極、固体電解質、外側電極を順次設けてなる燃料電池セルであって、前記ガス流路が略楕円状で、前記板状の導電性支持体の厚み方向におけるガス流路の径をＲ１、前記板状の導電性支持体の厚みと直交する方向におけるガス流路の径をＲ２としたとき、Ｒ２＞Ｒ１を満足することを特徴とする。
【００１２】
このような燃料電池セルでは、ガス流路の径をＲ２＞Ｒ１とすることで、ガス流路と燃料電池セルの外表面間の厚みが薄くなる部分（最薄肉部）が形成されるものの、最薄肉部におけるガス流路が燃料電池セルの平坦部に対して、曲率の小さい穴形状となるため、焼成時、還元処理時及び発電時に、燃料電池セルの最薄肉部に発生する応力を緩和することができ、燃料電池セルの最薄肉部の割れの発生を抑制できる。
【００１３】
本発明の燃料電池セルは、複数のガス流路が形成された板状の支持体を兼ねる内側電極の一方側主面に、固体電解質、外側電極を順次設けてなる燃料電池セルであって、前記ガス流路が略楕円状で、前記板状の支持体を兼ねる内側電極の厚み方向におけるガス流路の径をＲ１、前記板状の支持体を兼ねる内側電極の厚みと直交する方向におけるガス流路の径をＲ２としたとき、Ｒ２＞Ｒ１を満足することを特徴とする。
【００１４】
このような燃料電池セルでは、ガス流路の径をＲ２＞Ｒ１とすることで、焼成時に燃料電池セルの最薄肉部に発生する応力を緩和することができ、燃料電池セルの最薄肉部の割れの発生を抑制できる。
【００１５】
また、本発明の燃料電池セルは、Ｒ２がＲ１の１．０３倍以上であることを特徴とする。このような燃料電池セルでは、燃料電池セルの最薄肉部に発生する応力を効果的に緩和でき、燃料電池セルの最薄肉部の割れの発生を抑制できる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池セルは、外側電極が、酸素側電極であることを特徴とする。
【００１７】
燃料電池セルの外側電極を酸素側電極とし、内側電極あるいは導電性支持体を酸素側電極よりも電気抵抗の小さい燃料側電極あるいは、導電性支持体と燃料側電極との組み合わせとすることで、燃料電池セル内の電流経路の電気抵抗を小さくすることができ、燃料電池セルの発電性能を向上できる。
【００１８】
本発明の燃料電池は、上記した燃料電池セルを収納容器内に複数収納してなることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルの破損を防止できるため、信頼性に優れた燃料電池セルおよび燃料電池を提供できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の燃料電池セルは、図１に示すように、断面が板状で、全体的に見て柱状の多孔質な導電性支持体３３ａを具備するもので、この導電性支持体３３ａの一方側平坦面と両端の弧状面に、多孔質な燃料側電極３３ｂ、緻密質な固体電解質３３ｃ、多孔質な導電性セラミックスからなる酸素側電極３３ｄが順次積層されている。また、前記酸素側電極３３ｄと反対側の導電性支持体３３ａの平坦面に中間膜３３ｅ、ランタン−クロム系酸化物材料からなるインターコネクタ３３ｆ、Ｐ型半導体材料からなる集電膜３３ｇが形成されている。
【００２０】
また、本発明の燃料電池セルは、全体的に見て柱状であり、その内部には複数の略楕円状のガス流路３４が軸長方向に形成されている。
【００２１】
即ち、燃料電池セル３３は、断面形状が、幅方向両端に設けられた弧状部ｍと、これらの弧状部ｍを連結する一対の平坦部ａとから構成されており、一対の平坦部ａは平坦であり、ほぼ平行に形成されている。これらの燃料電池セル３３の平坦部ａのうち一方は、導電性支持体３３ａの他方側主面上に中間膜３３ｅ、インターコネクタ３３ｆ、集電膜３３ｇを形成して構成され、他方の平坦部ａは、導電性支持体３３ａの一方側主面上に燃料側電極３３ｂ、固体電解質３３ｃ、酸素側電極３３ｄを形成して構成されている。
【００２２】
固体電解質３３ｃは、導電性支持体３３ａの一方側主面から両側の弧状部ｍを形成するように他方側主面にまで延設され、インターコネクタ３３ｅと重畳している。
【００２３】
燃料側電極３３ｂ、固体電解質３３ｃ、酸素側電極３３ｄが重なり合っている部分が発電部である。この発電部分は弧状部ｍにまで形成されていてもかまわない。なお、燃料電池セル３３において、平坦部ａに形成された発電部が主たる発電部である。
【００２４】
なお、弧状部ｍは、発電に伴う加熱や冷却に伴い発生する熱応力を緩和するため、曲面となっていることが望ましい。
【００２５】
また、導電性支持体３３ａの長径寸法（弧状部ｍ−ｍ間方向の距離）は１５〜３５ｍｍ、短径寸法（平坦部ａ−ａ間方向の距離）が２〜４ｍｍであることが望ましい。なお、導電性支持体３３ａの形状は板状と表現しているが、長径寸法および短径寸法が変化することにより楕円状あるいは扁平状とも表現できる。
【００２６】
また、この導電性支持体３３ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ及びＰｒから選ばれた１種以上からなる希土類元素酸化物と、Ｎｉ及び／又はＮｉＯとを主成分とすることが望ましい。
【００２７】
導電性支持体３３ａとインターコネクタ３３ｆの間に形成される中間膜３３ｅは、Ｎｉ及び／またはＮｉＯと希土類元素を含有するＺｒＯ２を主成分とするものである。中間膜３３ｅ中のＮｉ化合物のＮｉ換算量は全量中３５〜８０体積％が望ましく、さらに５０〜７０体積％が望ましい。Ｎｉを３５体積％以上とすることで、Ｎｉによる導電パスが増加し、中間膜３３ｅの伝導度が向上し、電圧降下が小さくなる。また、Ｎｉを８０体積％以下とすることで、導電性支持体３３ａとインターコネクタ３３ｆの間の熱膨張係数差を小さくすることができ、両者の界面の亀裂が発生を抑制できる。
【００２８】
また、電位降下が小さくなるという点から中間膜３３ｅの厚みは２０μｍ以下が望ましく、さらに、１０μｍ以下が望ましい。
【００２９】
中希土類元素や重希土類元素の酸化物の熱膨張係数は、固体電解質３３ｃのＹ２Ｏ３を含有するＺｒＯ２の熱膨張係数より小さく、Ｎｉとのサーメット材としての導電性支持体３３ａの熱膨張係数を固体電解質３３ｃの熱膨張係数に近づけることができ、固体電解質３３ｃの割れや、固体電解質３３ｃの燃料側電極３３ｂからの剥離を抑制できる。熱膨張係数が小さい重希土類元素酸化物を用いることで、導電性支持体３３ａ中のＮｉを多くでき、導電性支持体３３ａの電気伝導度を上げることができるという点からも重希土類元素酸化物を用いることが望ましい。
【００３０】
なお、軽希土類元素のＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄの酸化物は、希土類元素酸化物の熱膨張係数の総和が固体電解質３３ｃの熱膨張係数未満である範囲であれば、中希土類元素、重希土類元素に加えて含有されていても何ら問題はない。
【００３１】
また、精製途中の安価な複数の希土類元素を含む複合希土類元素酸化物を用いることにより原料コストを大幅に下げることができる。その場合も、複合希土類元素酸化物の熱膨張係数は固体電解質３３ｃの熱膨張係数未満であることが望ましい。
【００３２】
また、インターコネクタ３３ｆ表面にＰ型半導体、例えば、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる集電膜３３ｇを設けることが望ましい。インターコネクタ３３ｆ表面に直接金属の集電部材を配して集電すると非オーム接触により、電位降下が大きくなる。オーム接触をし、電位降下を少なくするためには、インターコネクタ３３ｆにＰ型半導体からなる集電膜３３ｇを接続する必要があり、Ｐ型半導体である遷移金属ペロブスカイト型酸化物を用いることが望ましい。遷移金属ペロブスカイト型酸化物としては、ランタン−マンガン系酸化物、ランタン−鉄系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、又は、それらの複合酸化物の少なくとも一種からなることが望ましい。
【００３３】
導電性支持体３３ａの主面に設けられた燃料側電極３３ｂは、Ｎｉと希土類元素が固溶したＺｒＯ２とから構成される。この燃料側電極３３ｂの厚みは１〜３０μｍであることが望ましい。燃料側電極３３ｂの厚みを１μｍ以上とすることで、燃料側電極３３ｂとしての３層界面が十分に形成される。また、燃料側電極３３ｂの厚みを３０μｍ以下とすることで固体電解質３３ｃとの熱膨張差による界面剥離を防止できる。
【００３４】
この燃料側電極３３ｂの主面に設けられた固体電解質３３ｃは、３〜１５モル％のＹ等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ２からなる緻密体なセラミックスから構成される。希土類元素としては、安価であるという点からＹもしくはＹｂが望ましい。
【００３５】
固体電解質３３ｃの厚みは、１０〜１００μｍであることが望ましい。固体電解質３３ｃの厚みを１０μｍ以上とすることで、ガス透過を防止できる。また、固体電解質３３ｃの厚みを１００μｍ以下にすることで、抵抗成分の増加を抑制できる。
【００３６】
また、酸素側電極３３ｄは、遷移金属ペロブスカイト型酸化物のランタン−マンガン系酸化物、ランタン−鉄系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、または、それらの複合酸化物の少なくとも一種の多孔質の導電性セラミックスから構成されている。酸素側電極３３ｄは、８００℃程度の中温域での電気伝導性が高いという点から（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ３系が望ましい。酸素側電極３３ｄの厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが望ましい。
【００３７】
インターコネクタ３３ｆは、導電性支持体３３ａの内外の燃料ガス、酸素含有ガスの漏出を防止するため緻密体とされており、また、インターコネクタ３３ｆの内外面は、燃料ガス、酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有している。
【００３８】
このインターコネクタ３３ｆの厚みは、３０〜２００μｍであることが望ましい。インターコネクタ３３ｆの厚みを３０μｍ以上とすることで、ガス透過を完全に防止でき、２００μｍ以下とすることで、抵抗成分の増加を抑制できる。
【００３９】
このインターコネクタ３３ｆの端部と固体電解質３３ｃの端部との間には、シール性を向上すべく例えば、Ｎｉと、Ｙ２Ｏ３を固溶したＺｒＯ２とからなる接合層を介在させても良い。
【００４０】
なお、上述した導電性支持体３３ａと、内側電極３３ｂは、従来用いられている支持体を兼ねた内側電極に置き換えることが可能である。すなわち、導電性支持体３３ａと、内側電極３３ｂとを、例えば、ＮｉとＹＳＺからなる燃料側電極等から形成してもよい。
【００４１】
本発明の燃料電池セル３３は、図１に示すように燃料電池セル３３において、厚み方向のガス流路３４の径をＲ１、厚み方向と直交する方向のガス流路３４の径をＲ２としたとき、Ｒ２＞Ｒ１の関係を満足している。即ち、ガス流路３４の形状は、厚み方向に押しつぶされた様な形状であり、また、厚み方向に直交する方向に、幅広な形状とも表される。
【００４２】
ガス流路３４を、上記の形状とすることで、焼成時に最薄肉部Ｂに集中していた収縮による応力が緩和され、焼成時に多発していた最薄肉部Ｂの割れが抑制できるようになった。
【００４３】
また、ガス流路３４を、上記の形状とすることで、発電時にもわずかではあるが発生していた最薄肉部Ｂの割れを防止できるようになった。
【００４４】
また、Ｒ２とＲ１の比率を１．０３倍以上とすることで、より効果的に最薄肉部Ｂの割れを抑制できる。
【００４５】
また、ガス流路３４の形状は、Ｒ２＞Ｒ１の関係を満足することに加え、最薄肉部Ｂにかかる応力を緩和するために、平坦部ａに最も近いガス流路３４の内壁が平坦部ａと略平行に形成されていることが望ましい。
【００４６】
以上のような燃料電池セル３３の製法について説明する。先ず、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄの元素を除く希土類元素酸化物粉末とＮｉ及び／又はＮｉＯ粉末を混合し、この混合粉末に、有機バインダーと、溶媒とを混合した導電性支持体材料を押し出し成形して、板状の導電性支持体成形体を作製し、これを乾燥、脱脂する。
【００４７】
なお、例えば、押し出し成形用の金型のガス流路３４を形成するためのピンの形状を、幅広形状とすることで、容易にＲ２＞Ｒ１を満足させることができる。
【００４８】
導電性支持体成形体の乾燥の際は、図２に示すように導電性支持体成形体を両面から荷重板４０で挟み、さらに重し４２をかけることが望ましい。
【００４９】
なお、この荷重板４０は溶剤を揮発させるため、多孔質であることが望ましい。また、導電性支持体成形体と荷重板４０との間に摩擦が発生し、導電性支持体３３ａの幅方向の乾燥収縮を抑制させるため、荷重板４０の導電性支持体成形体と接する側の面は、粗面からなることが望ましい。
【００５０】
また、荷重板４０を形成する材料は、仮に導電性支持体成形体に付着しても悪影響を及ぼさぬよう導電性支持体３３ａに含まれる成分からなることが望ましい。なお、荷重板４０の重量で足りるのであれば、重し４２は必ずしも乗せる必要はない。
【００５１】
以上、記載した効果を十分に発揮するために、導電性支持体成形体にかける荷重は、１ｇ／ｃｍ２以上とすることが望ましく、さらに２．５ｇ／ｃｍ２以上とすることが望ましい。
【００５２】
また、乾燥条件は、８０℃〜１５０℃の温度範囲で、２時間以上乾燥することが望ましい。さらに、乾燥後に、８００〜１１００℃の温度域で仮焼する。
【００５３】
次に、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末と希土類元素が固溶したＺｒＯ２粉末と有機バインダーと溶媒とを混合し作製した燃料側電極成形体となるスラリーを作製する。
【００５４】
次に、前記導電性支持体成形体の一方側平坦部ａの表面に前記燃料側電極成形体となるスラリーをメッシュ製版を用いて２〜１０μｍ厚みになるように塗布し、８０〜１５０℃の温度で乾燥する。
【００５５】
次に、前記固体電解質成形体の一方側に前記燃料側電極となるスラリーを、焼成後５〜１５μｍの厚みになるように塗布し、前記導電性支持体成形体の一方側平坦面の表面に前記スラリーを塗布した面が当接するように、かつ、固体電解質成形体の両端面が、他方側平坦面で所定間隔をおいて離間するように覆い巻き付け、８０〜１５０℃の温度で乾燥する。
【００５６】
次に、ランタン−クロム系酸化物粉末と、有機バインダーと、溶媒を混合したインターコネクタ材料を用いてシート状のインターコネクタ成形体を作製する。
【００５７】
次に、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末、希土類元素が固溶したＺｒＯ２粉末、有機バインダー、溶媒を混合した中間膜成形体となるスラリーを作製し、前記インターコネクタ成形体の片方の面に塗布する。
【００５８】
次に、このシート状のインターコネクタ成形体にスラリーを塗布した面が、露出した導電性支持体成形体に当接するよう積層する。
【００５９】
これにより、導電性支持体成形体の一方側平坦部ａの表面に、燃料側電極成形体、固体電解質成形体を順次積層するとともに、他方の平坦部ａの表面に中間膜成形体、インターコネクタ成形体が積層された積層成形体を作製する。なお、各成形体はドクターブレードによるシート成形や印刷、スラリーディップ、スプレーによる吹き付けなどにより作製することができ、または、これらの組み合わせにより作製してもよい。
【００６０】
次に、積層成形体を脱脂処理し、酸素含有雰囲気中で１３００〜１６００℃で同時焼成する。
【００６１】
次に、Ｐ型半導体である遷移金属ペロブスカイト型酸化物粉末と、溶媒とを混合し、ペーストを作製し、前記積層体をこのペースト中に浸漬し、固体電解質３３ｂ、インターコネクタ３３ｆの表面に酸素側電極成形体、集電膜成形体をディッピングにより形成するか、または、直接スプレー塗布し、１０００〜１３００℃で焼き付けることにより、本発明の燃料電池セル３３を作製できる。
【００６２】
なお、燃料電池セル３３は、酸素含有雰囲気での焼成により、導電性支持体３３ａ、燃料側電極３３ｂ、中間膜３３ｅ中のＮｉ成分が、ＮｉＯとなっているため、その後、導電性支持体３３ａ側から還元性の燃料ガスを流し、ＮｉＯを８００〜１０００℃で還元処理する。また、この還元処理は発電時に行ってもよい。
【００６３】
セルスタックは、図３に示すように、複数の燃料電池セル３３が複数集合してなり、一方の燃料電池セル３３と他方の燃料電池セル３３との間に、金属フェルト及び／又は金属板からなる集電部材４３を介在させ、一方の燃料電池セル３３の導電性支持体３３ａを、該導電性支持体３３ａに設けられた中間膜３３ｅ、インターコネクタ３３ｆ、集電膜３３ｇ、集電部材４３を介して他方の燃料電池セル３３の酸素側電極３３ｄに電気的に接続して構成されている。
【００６４】
集電部材４３は、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という点から、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｃｒ鋼合金の少なくとも一種からなることが望ましい。
【００６５】
なお、符号４２は、燃料電池セルを直列に接続するための導電部材である。
【００６６】
本発明の燃料電池は、図３のセルスタックを、収納容器内に収納して構成されている。この収納容器には、外部から水素等の燃料ガス及び空気等の酸素含有ガスを燃料電池セル３３に導入する導入管が設けられており、燃料電池セル３３が所定温度に加熱されることにより発電し、使用された燃料ガス、酸素含有ガスは、収納容器外に排出される。
【００６７】
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、内側電極を酸素側電極から形成してもよい。また、酸素側電極３３ｄと固体電解質３３ｃとの間に、反応防止層を形成してもよい。
【００６８】
また、導電性支持体３３ａと内側電極３３ｂを同じ組成で形成してもよく、例えば、ＮｉとＹ２Ｏ３を固溶したＺｒＯ２を用いてもよい。この場合には、導電性支持体３３ａと内側電極３３ｂとが、支持体を兼ねる内側電極に置き換えられることになる。
【００６９】
また、酸素側電極３３ｄ、集電膜３３ｇの成形法も種々の方法を用いてもよいことは勿論である。
【００７０】
【実施例】
先ず、ＮｉＯ粉末をＮｉ金属換算で４８体積％、Ｙ２Ｏ３粉末を５２体積％となるよう混合し、この混合物に、ポアー剤と、セルロース系バインダーからなる有機バインダーと、水からなる溶媒とを加え、混合した導電性支持体材料を押出成形して、板状の導電性支持体成形体を作製した。
【００７１】
なお、押し出し成形の際に、導電性支持体成形体の穴形状をＲ１、Ｒ２が、表１に示す比率になるよう変化させた。これらの導電性支持体成形体を１３０℃の条件で、乾燥した。
【００７２】
この導電性支持体成形体を用いて、焼成後に長さが２００ｍｍとなるように導電性支持体成形体を加工し、１０００℃で仮焼した。
【００７３】
次に、８ＹＳＺ粉末（Ｙ２Ｏ３を８モル含有するＺｒＯ２）にアクリル系バインダーとトルエンを加え、固体電解質成形体となるスラリーを作製し、ドクターブレード法にてシート状の固体電解質成形体を作製した。
【００７４】
次に、ＮｉＯ粉末を金属Ｎｉ換算量で４８体積％、８ＹＳＺ粉末（Ｙ２Ｏ３を８モル含有するＺｒＯ２）を５２体積％となるように混合し、アクリル系バインダーとトルエンを加え、燃料側電極成形体となるスラリーを作製した。
【００７５】
この燃料側電極成形体となるスラリーを、前記導電性支持体成形体の一方側平坦面の表面にメッシュ製版を用いて、厚みが５μｍとなるよう塗布し、１３０℃の温度で乾燥した。
【００７６】
また、上記燃料側電極成形体となるスラリーを、厚みが焼成後１０μｍとなるよう前記固体電解質成形体にスクリーン印刷し、１３０℃の温度で乾燥した。
【００７７】
次に、燃料側電極成形体を形成した導電性支持体成形体の一方側の平坦面に、燃料側電極成形体となるスラリーが塗布された固体電解質成形体のスラリーが塗布された側の面が当接し、その両端間が他方側平坦面で所定間隔をおいて離間するように巻き付け、乾燥した。
【００７８】
次に、ランタン−クロム系酸化物粉末と、有機バインダーと、溶媒を混合したインターコネクタ材料を用いてシート状のインターコネクタ成形体を作製した。
【００７９】
次に、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末、希土類元素が固溶したＺｒＯ２粉末、有機バインダー、溶媒を混合した中間膜成形体となるスラリーを作製し、前記インターコネクタ成形体の片方の面に塗布した。
【００８０】
次に、このシート状のインターコネクタ成形体にスラリーを塗布した面が、露出した導電性支持体成形体に当接するよう積層した。
【００８１】
次に、この積層体を脱バインダ処理し、大気中にて１５００℃で同時焼成した。
【００８２】
次に、Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３粉末と、ノルマルパラフィンからなる溶媒とから、酸素側電極スラリーを作製し、このスラリーを仮焼した固体電解質シート状成形体の表面に吹き付け、酸素側電極成形体を形成し、また、上記スラリーを焼成したインターコネクタ３３ｅの外面に塗布し、１１５０℃で焼き付け、酸素側電極３３ｄを形成するとともに、インターコネクタ３３ｆの外面に集電膜３３ｇを形成し、図１に示すような本発明の燃料電池セル３３を作製した。
【００８３】
なお、導電性支持体３３ａの長径（ｍ−ｍ間方向の距離）は２６ｍｍ、短径は３．５ｍｍ（ａ−ａ間方向の距離）、燃料側電極３３ｂと酸素側電極３３ｄの間に形成された固体電解質３３ｃの厚みは４０μｍ、酸素側電極３３ｄの厚みは５０μｍ、燃料側電極３３ｂの厚みは１０μｍ、インターコネクタ３３ｆの厚みは５０μｍ、集電膜３３ｇの厚みは５０μｍであった。また、それぞれの燃料電池セル３３の両端部にはそれぞれ１５ｍｍの非発電部を形成した。
【００８４】
次に、燃料電池セル３３の内部に、水素ガスを流し、８５０℃で、導電性支持体３３ａ及び燃料側電極３３ｂの還元処理を施した。
【００８５】
得られた燃料電池セル３３のガス流路３４に燃料ガスを流通させ、燃料電池セル３３の外側に酸素含有ガスを流通させ、燃料電池セル３３をガスバーナーを用いて８５０℃まで加熱し、発電試験を行った。
【００８６】
燃料電池セル３３の平坦部ａにおける最薄肉部Ｂについて、Ｒ２／Ｒ１と同時焼成時、最終焼成時、還元時、発電試験時に発生した割れや剥離の有無とを確認し、表１に示した。
【００８７】
なお、同時焼成以降の試料は、各々の条件で４０本作製した。
【００８８】
【表１】
2004296282.tif 000003
【００８９】
表１に示すように、燃料電池セル３３のＲ２／Ｒ１＝１であり、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１では、４０本の試料のうち、同時焼成時に８本、最終焼成時に４本、還元時に４本、発電試験時に２本の割れによる不良がでた。最終的には、４０本のうち、１８本の燃料電池セル３３の最薄肉部Ｂに割れや、クラックが確認され、歩留まりが低く、また、燃料電池セル３３の信頼性も低いことが判る。
【００９０】
一方、Ｒ２／Ｒ１が１．０３である本発明の試料Ｎｏ．２では、同時焼成時、最終焼成時、還元時、発電試験時を通して発生した割れは、６本であり、不良の発生を半減させることができた。また、発電試験時の割れの発生は、確認できず、信頼性が大幅に向上した。
【００９１】
また、Ｒ２／Ｒ１が１．１０である本発明の試料Ｎｏ．３では、同時焼成時、最終焼成時、還元時、発電試験時を通して発生した割れは、３本であり、不良の発生を大幅に減少でき、また、発電試験時の割れもなく、信頼性が大幅に向上した。
【００９２】
また、さらにＲ２／Ｒ１が１．２６以上である本発明の試料Ｎｏ．３〜７では、同時焼成時、最終焼成時、還元時、発電試験時を通して発生した割れは、いずれも０本であり、不良の発生を抑制でき、また、信頼性を大幅に向上できた。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、歩留まりが高く、信頼性に優れた燃料電池セル、燃料電池及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池セルを示す断面斜視図である。
【図２】本発明の導電性支持体の乾燥方法を示す横断面図である。
【図３】本発明のセルスタックを示す横断面図である。
【図４】従来の燃料電池セルを示す横断面図である。
【符号の説明】
３３・・・燃料電池セル
３３ａ・・・導電性支持体
３３ｂ・・・内側電極、燃料側電極
３３ｃ・・・固体電解質
３３ｄ・・・外側電極、酸素側電極
３４・・・ガス流路
Ｒ１・・・導電性支持体の厚み方向におけるガス流路の径
Ｒ２・・・導電性支持体の厚みと直交する方向におけるガス流路の径
【図１】
2004296282.tif 000004
【図２】
2004296282.tif 000005
【図３】
2004296282.tif 000006
【図４】
2004296282.tif 000007