(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池セルの端部の破壊を防止し、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が軸長方向に形成された板状の多孔質導電性支持体３３ａを有し、該導電性支持体３３ａの一方主面に少なくとも緻密な固体電解質３３ｃ、多孔質な外側電極３３ｄを順次設け、他方主面に緻密なインターコネクタ３３ｆを設け、前記固体電解質３３ｃ端面から、導電性支持体３３ａの側面を介して前記インターコネクタ３３ｆ端面まで緻密質絶縁体を設けてなる燃料電池セル３３であって、導電性支持体３３ａの一方主面に設けられた固体電解質３３ｃの厚みをＬ１とし、前記導電性支持体３３ａの側面における緻密質絶縁体の厚みをＬ２としたとき、Ｌ２＞Ｌ１であることを特徴とする【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のガス流路が軸長方向に形成された板状の多孔質導電性支持体を有し、該導電性支持体の一方主面に少なくとも緻密な固体電解質、多孔質な外側電極を順次設け、他方主面に緻密なインターコネクタを設け、前記固体電解質端面から、前記導電性支持体の側面を介して前記インターコネクタ端面まで緻密質絶縁体を設けてなる燃料電池セルであって、前記導電性支持体の一方主面に設けられた固体電解質の厚みをＬ１とし、前記導電性支持体の側面における緻密質絶縁体の厚みをＬ２としたとき、Ｌ２＞Ｌ１であることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
緻密質絶縁体が固体電解質材料からなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
【請求項３】
導電性支持体の側面は、外側に凸となる曲面状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】
希土類元素酸化物とＮｉ及び／又はＮｉＯとを主成分とする導電性支持体の一方主面に、燃料側電極、固体電解質、酸素側電極が順次形成され、前記導電性支持体の希土類元素が、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ及びＰｒのうち少なくとも１種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５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上の外周面に緻密体な固体電解質１ｂ、多孔質な導電性セラミックスからなる外側電極１ｃを順次設けて構成されており、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】
燃料電池セルを作製する方法としては、従来、燃料極１ａと固体電解質１ｂとを同時焼成により形成することが知られている。この同時焼成法は、非常に簡単なプロセスで製造工程数が少なく、コスト低減に有利である。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６３−２６１６７８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような燃料電池セル１でも、得られる発電性能は十分でなく、未だ低いという問題があった。即ち、燃料電池セル１では、固体電解質１ｂの厚みを薄くし、内側電極１ａの厚みを薄くし、電流経路を短くし、さらに内側電極１ａの幅を広くすることで燃料電池セル１当たりの発電量を増加させることが可能となるものの、燃料電池セル１の曲率の大きい曲面状の側面に応力が集中し、例えば、焼成や発電の際に燃料電池セル１の側面に位置する緻密な固体電解質１ｂにクラックが発生しやすいという問題があった。
【００１０】
つまり、燃料電池セル１では、燃料電池セル１の曲率の大きい曲面状の側面にに最も応力が集中しやすく、応力が側面に位置する固体電解質１ｂの強度を超えた場合、側面の固体電解質１ｂにクラックが発生し、燃料電池セル１の内外部のガスの遮断ができなくなり、燃料電池セル１の発電性能が劣化する。
【００１１】
また、燃料電池セル１の内外でのガスの遮断ができなくなるため、発電の基となる燃料電池セル１内外での酸素分圧差が減少するため、他の燃料電池セル１においても発電量が低下する。
【００１２】
本発明は、内外のガス遮断を確実に行うことができる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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池セルは、複数のガス流路が軸長方向に形成された板状の多孔質導電性支持体を有し、該導電性支持体の一方主面に少なくとも緻密な固体電解質、多孔質な外側電極を順次設け、他方主面に緻密なインターコネクタを設け、前記固体電解質端面から、前記導電性支持体の側面を介して前記インターコネクタ端面まで緻密質絶縁体を設けてなる燃料電池セルであって、前記導電性支持体の一方主面に設けられた固体電解質の厚みをＬ１とし、前記導電性支持体の側面における緻密質絶縁体の厚みをＬ２としたとき、Ｌ２＞Ｌ１であることを特徴とする。
【００１４】
このような燃料電池セルでは、緻密なインターコネクタ、緻密な固体電解質、緻密質絶縁体で多孔質な導電性支持体を取り囲むことができるとともに、導電性支持体の厚みを薄くし、幅を広くし、かつ、固体電解質の厚みを薄くしたとしても、燃料電池セルの側面における緻密質絶縁体の厚みが厚いため、応力が集中し易い緻密質絶縁体の強度が向上し、緻密質絶縁体におけるクラック発生を抑制して、燃料電池セル内外のガスを確実に遮断できる。
【００１５】
本発明の燃料電池セルは、緻密質絶縁体が固体電解質材料からなることを特徴とする。
【００１６】
このような燃料電池セルでは、側面の強度向上のために用いる緻密質絶縁体が、固体電解質材料であることにより、固体電解質と同時に作製でき、作製が容易になる。
【００１７】
また、本発明の燃料電池セルは、導電性支持体の側面は、外側に凸となる曲面状であることを特徴とする。このような燃料電池セルは、導電性支持体の側面に応力が集中しやすいため、導電性支持体の側面を外側に凸となる曲面状とすることで応力集中を緩和することができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池セルは、希土類元素酸化物とＮｉ及び／又はＮｉＯとを主成分とする導電性支持体の一方主面に、燃料側電極、固体電解質、酸素側電極が順次形成され、前記導電性支持体の希土類元素が、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ及びＰｒのうち少なくとも１種であることを特徴とする。
【００１９】
このような燃料電池セルでは、導電性支持体を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で、導電性支持体外面に形成された燃料極や固体電解質へ悪影響を及ぼす元素の拡散を防止でき、燃料電池セルの性能劣化を防止できる。また、このような燃料電池セルでは導電性支持体の導電材料としてＮｉ及び／又はＮｉＯを用いているため、安価であり、また、還元雰囲気中でも安定な金属として存在することができる。
【００２０】
また、希土類元素酸化物を熱膨張係数が小さい上記の希土類元素酸化物とすることで、導電性支持体の熱膨張係数を固体電解質の熱膨張係数に近づけることができ、導電性支持体と、燃料側電極、固体電解質の界面へのクラック、剥離の発生を防止することができる。また、導電性支持体中のＮｉ量を多くできるため、導電性支持体の電気抵抗を低くすることができ、燃料電池セルの発電性能を向上させることができる。
【００２１】
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、導電性支持体の一方主面に形成された固体電解質の厚みを薄くしたり、燃料電池セルの厚みを薄くするなどして、燃料電池セルの発電性能を向上させることができると同時に、導電性支持体の側面の緻密質絶縁体におけるクラックの発生を防止できるため、ガスリークなどによる燃料電池の発電量が低下するなどの不具合を防止でき、発電性能及び耐久性に優れた燃料電池を提供できる。
【００２２】
【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の一方主面に、多孔質な燃料側電極３３ｂ、緻密な固体電解質３３ｃ、多孔質な導電性セラミックスからなる酸素側電極３３ｄを順次積層し、酸素側電極３３ｄと反対側の導電性支持体３３ａの主面に中間膜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を形成して構成されている。
【００２３】
また、導電性支持体３３ａには複数のガス流路３４が軸長方向に形成されている。
【００２４】
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端部ｍと、これらの端部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。
【００２５】
また、導電性支持体３３ａの長径寸法（端部ｍ間の距離）は１５〜３５ｍｍ、短径寸法（平坦部ａ間の距離）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柱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％を以下とすることで、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、両者の界面の亀裂の発生を抑制できる。
【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のクラックや、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ＺｒＯ２、あるいはＹ２Ｏ３からなる接合層を介在させても良い。
【００４０】
本発明の燃料電池セル３３では、緻密な固体電解質３３ｃは一方主面のみならず、導電性支持体３３ａの側面を介して他方の主面のインタコネクタ端面まで形成されており、即ち両側の端部ｍを形成するように他方主面にまで延設され、インターコネクタ３３ｅと接合している。そして、図１に示すように導電性支持体３３ａの一方主面に設けられた緻密体である固体電解質３３ｃの厚みをＬ１、導電性支持体３３ａの側面に設けられた緻密質絶縁体である固体電解質３３ｃの厚みをＬ２とするとき、Ｌ２＞Ｌ１であることを特徴とする。
【００４１】
このような燃料電池セル３３では、応力の集中しやすい導電性支持体３３ａの側面に設けられた緻密質絶縁体である固体電解質３３ｃの厚みを厚くすることで、緻密体の強度を増加させることができ、これにより、燃料電池セル３３の導電性支持体３３ａの側面に設けられた緻密質絶縁体である固体電解質３３ｃへのクラックの発生を防止できる。
【００４２】
なお、端部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、外側に凸となる曲面となっていることが望ましい。
【００４３】
導電性支持体３３ａの側面に形成される固体電解質３３ｃの厚みは、破壊を防止するために４０μｍ以上が望ましい。また、導電性支持体３３ａの側面は応力を緩和するために弧状となっていることが望ましい。
【００４４】
また、燃料電池セル３３の発電能力を向上させるため、導電性支持体３３ａの一方主面に形成された緻密体である固体電解質３３ｃの厚みは２０μｍ以下であることが望ましい。
【００４５】
このような燃料電池セル３３においては、導電性支持体３３ａの側面に形成される緻密体は固体電解質３３ｃのみから形成される必要はなく、例えば、図２に示すように導電性支持体３３ａの側面において固体電解質３３ｃの外面に他の緻密体３３ｉを形成してもよく、また、図示しないが固体電解質３３ｃの内面に他の緻密体を形成してもよい。
【００４６】
この場合の他の緻密体とは、例えば、１０Ｓｃ１ＣｅＺｒＯ２のような他の固体電解質であってもよく、また、ＺｒＯ２のような固体電解質以外の緻密体であってもよい。
【００４７】
また、図３に示すように、導電性支持体３３ａの一方主面における固体電解質３３ｃに連続して、固体電解質３３ｃとは異なる緻密体３３ｉを導電性支持体３３ａの側面に形成してもよい。この場合には、固体電解質３３ｃとは異なる緻密体３３ｉの熱膨張係数を、導電性支持体３３ａや燃料側電極３３ｂと熱膨張係数に近づけることが望ましい。
【００４８】
このように、導電性支持体３３ａの側面に固体電解質３３ｃと、他の緻密体３３ｉとを形成した図２の場合、あるいは他の緻密体３３ｉを形成した図３の場合は、導電性支持体３３ａの一方主面における固体電解質３３ｃの厚みをＬ１とし、前記燃料電池セルの導電性支持体３３ａの側面における全ての緻密体の厚みをＬ２とするとき、Ｌ２＞Ｌ１の関係を満足することが必要である。
【００４９】
例えば、図２の形態では導電性支持体３３ａの一方主面における固体電解質３３ｃの厚みがＬ１とされ、導電性支持体３３ａの側面における固体電解質３３ｃの厚みと、他の緻密体３３ｉの厚みの和がＬ２とされる。
【００５０】
また、図３の形態では導電性支持体３３ａの一方主面における固体電解質３３ｃの厚みがＬ１とされ、導電性支持体３３ａの側面における他の緻密体３３ｉの厚みがＬ２とされる。
【００５１】
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。
【００５２】
また、希土類元素が固溶したＺｒＯ２粉末と有機バインダーと溶媒を混合した固体電解質材料を用いてシート状の固体電解質成形体を作製する。
【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３３ｂとなるスラリーを、前記固体電解質成形体の一方側に塗布し、固体電解質成形体の一方側の面に燃料側電極成形体を形成する。
【００５４】
次に、導電性支持体成形体に、前記シート状の固体電解質成形体と燃料側電極成形体の積層体を、燃料側電極成形体が導電性支持体成形体に当接するように積層巻き付けする。
【００５５】
次に、この積層成形体の端部ｍを形成する位置の固体電解質成形体上に、上記したシート状の固体電解質成形体をさらに数層積層し、乾燥する。また、固体電解質３３ｃとなるスラリーを固体電解質成形体上にスクリーン印刷してもよい。なお、このとき脱脂を行ってもよい。
【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、溶媒と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】
また、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末と、希土類元素が固溶したＺｒＯ２粉と、有機バインダーと、溶媒を混合したスラリーを用いてシート状の中間膜成形体を作製する。
【００５８】
次に、インターコネクタ成形体と中間膜成形体とを積層し、この積層体の中間膜成形体側が、露出した導電性支持体成形体側に当接するようにし、導電性支持体成形体に積層する。
【００５９】
これにより、導電性支持体成形体の一方主面に、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、他方主面に中間膜成形体、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、集電膜成形体をそれぞれ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】
尚、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４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】
尚、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４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】
尚、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。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。
【００６８】
即ち、導電性支持体３３ａが内側電極３３ｂを兼ねる場合であってもよい。
【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金属換算量で４８体積％、表１に示した希土類元素酸化物粉末を５２体積％となるよう混合し、この混合物に、ポアー剤と、ＰＶＡ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、これを乾燥した。
【００７１】
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、乾燥後、１０００℃で仮焼した。
【００７２】
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３３ｃ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。
【００７３】
次に、ＮｉＯ粉末をＮｉＯの金属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３３ｂとなるスラリーを作製し、前記固体電解質成形体にスクリーン印刷し、固体電解質成形体と燃料側電極成形体の積層体を作製した。
【００７４】
次に、導電性支持体成形体に固体電解質成形体と燃料側電極成形体の積層体を、導電性支持体成形体側に燃料側電極成形体が当接し、その両端間が平坦部で所定間隔をおいて離間するように巻き付け、乾燥した。
【００７５】
次に、固体電解質３３ｃ（８ＹＳＺ）となるスラリー、あるいは緻密体３３ｉ（１０Ｓｃ１ＣｅＺｒＯ２）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、緻密体成形体を作製した。
【００７６】
次に、導電性支持体成形体に固体電解質成形体と燃料側電極成形体を積層した積層体の端部ｍに、表１に示す厚みになるまで、固体電解質成形体、あるいは緻密体成形体を積層した。
【００７７】
次に、ＬａＣｒＯ３系材料と、アクリル樹脂からなる有機バインダーと、トルエンとからなる溶媒とを混合したインターコネクタ材料を用いてインターコネクタシート状成形体を作製した。
【００７８】
また、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末と希土類元素が固溶したＺｒＯ２粉と有機バインダーと、溶媒を混合したスラリーを用いてシート状の中間膜成形体を作製し、先に作製したインターコネクタシート状成形体と積層した。
【００７９】
次に、中間膜成形体とインターコネクタ成形体の中間膜成形体が、先に作製した仮焼体の露出した導電性支持体成形体に当接するように積層する。
【００８０】
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。
【００８１】
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３３ｆ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３３ｅの外面に集電膜３３ｇを形成し、本発明の燃料電池セル３３を作製した。
【００８２】
なお、導電性支持体３３ａの長径（ｍ−ｍ間距離）は２６ｍｍ、短径は３．５ｍｍ（ａ−ａ間距離）、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２０〜４０μｍ、酸素側電極３３ｄの厚みは５０μｍ、燃料側電極３３ｂの厚みは１０μｍ、中間膜３３ｅ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。
【００８３】
次に、この燃料電池セル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。
【００８４】
得られた燃料電池セル３３の燃料ガス流路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。このときの発電特性を確認した。
【００８５】
また、燃料電池セル３３について、クラックや剥離の有無を確認し、表１に示した。なお、各条件について２５個のサンプルを作製し、評価を行った。
【００８６】
【表１】
2004259555.tif 000003
【００８７】
表１に示すように、導電性支持体３３ａの一方主面における緻密体である固体電解質３３ｃの厚みＬ１と、導電性支持体３３ａの側面における厚みＬ２とが等しい試料Ｎｏ．１、５は、発電試験後に、端部ｍにクラックの発生が認められた。試料Ｎｏ．５については、ごく微少なクラックがわずかに認められる程度であったが、端部ｍの緻密体である固体電解質３３ｂの厚みが２０μｍの試料Ｎｏ．１は、クラックの発生が著しかった。
【００８８】
一方、Ｌ２＞Ｌ１の関係を満足する本発明の試料Ｎｏ．２〜４、６〜９では、いずれもクラックの発生がほとんどなく、高い歩留まりと、高い信頼性を有することが判る。
【００８９】
また、試料Ｎｏ．１０〜１２では、端部ｍにおいて固体電解質３３ｃの外面に他の緻密体３３ｉを形成した図２の場合であるが、この場合も、クラックの発生がほとんどなく、高い歩留まりと、高い信頼性を有することが判る。
【００９０】
また、導電性支持体３３ａの希土類元素を変化させた試料Ｎｏ．１３〜２１でも、クラックの発生がほとんどなく、高い歩留まりと、高い信頼性を有することが判る。
【００９１】
以上の結果より、導電性支持体３３ａの一方主面における緻密体である固体電解質３３ｃの厚みＬ１を薄くし、導電性支持体３３ａの側面における厚みＬ２を厚くしたサンプルは、燃料電池セル３３の発電能力が向上するとともに、高い歩留まりと、高い信頼性を示すことが判る。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、導電性支持体の側面における緻密体の厚みを、導電性支持体の主面における厚みよりも厚くすることで、燃料電池セルへのクラックの発生を防止でき、信頼性に優れ、発電性能に優れた燃料電池セル及び燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池セルを示す横断面斜視図である。
【図２】導電性支持体の側面における緻密体を、固体電解質と他の緻密体から形成してなる本発明の燃料電池セルの形態を示す横断面斜視図である。
【図３】導電性支持体の側面における緻密体を、他の緻密体から形成してなる本発明の燃料電池セルの形態を示す横断面斜視図である。
【図４】従来の燃料電池セルを示す横断面図である。
【図５】本発明のセルスタック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・・・燃料側電極（内側電極）
３３ｃ・・・固体電解質
３３ｄ・・・酸素側電極（外側電極）
３３ｆ・・・インターコネクタ
３４・・・ガス流路
Ｌ１・・・導電性支持体の主面における緻密体の厚み
Ｌ２・・・導電性支持体の側面における緻密体の厚み
【図１】
2004259555.tif 000004
【図２】
2004259555.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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