(57)【要約】【課題】出力密度を向上させた固体電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】基体管１１に沿って所定間隔に設けられた燃料極１２−１，１２−２と、燃料極１２−１，１２−２の上方に電解質１３−１，１３−２を介して設けられた空気極１５−１，１５−２とからなり、第１のセル１６−１の燃料極１２−１の直上にインタコネクタ１４を介して第２の隣接するセル１６−２の空気極１５−２を設けた、いわゆる縦方向集電型の固体電解質型燃料電池において、インタコネクタ１４を一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　（Ａ成分はＳｍ，Ｙ，Ｌａであり、０．０１≦Ｘ≦０．０７）の材料から構成する。【選択図】　図２
2004139856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
ただし、Ａ成分はＳｍ，Ｙ，Ｌａであり、０．０１≦Ｘ≦０．０７である。
【請求項２】
固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
ただし、Ａ成分はＳｍ，Ｙ，Ｌａであり、０．０２≦Ｘ≦０．０５である。
【請求項３】
固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．０１Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
ただし、Ａ成分はＳｍであり、０．０１≦Ｘ≦０．０７である。
【請求項４】
固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．０５Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
ただし、Ａ成分はＹであり、０．０１≦Ｘ≦０．０７である。
【請求項５】
固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．１Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
ただし、Ａ成分はＬａであり、０．０１≦Ｘ≦０．０７である。
【請求項６】
固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．０２Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
ただし、Ａ成分はＳｍであり、０．０２≦Ｘ≦０．０５である。
【請求項７】
固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．０８Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
ただし、Ａ成分はＹであり、０．０２≦Ｘ≦０．０５である。
【請求項８】
固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．２Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
ただし、Ａ成分はＬａであり、０．０２≦Ｘ≦０．０５である。
【請求項９】
固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、前記インタコネクタ中に含まれるＹ２　Ｔｉ２　Ｏ７　成分の割合が４％以下であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項１０】
固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、前記インタコネクタ中に含まれるＹ２　Ｔｉ２　Ｏ７　成分の割合が２％以下であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の固体電解質型燃料電池において、
前記セルは、円筒型の基体管に沿って所定間隔に設けられた複数のリング状の燃料極と、前記各燃料極の上方にリング状の電解質を介して設けられたリング状の空気極とからなり、
第１のセルの燃料極の上方にインタコネクタを介して第２の隣接するセルの空気極を設けてなる縦方向集電であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、燃料（還元剤）と空気（酸化剤）の反応により得られる化学エネルギを直接電気エネルギーに変換する電池である。燃料電池は、直接発電であること及びカルノーサイクルの制約を受けないことなどから、高い発電効率を有する発電システムとなり得る。
【０００３】
燃料電池には、種々の形式があり、使用する固体電解質に応じてリン酸型、溶融炭酸塩型及び固体電解質型に大別できる。使用温度は、それぞれの約２００℃、６００℃及び１０００℃である。これらの形式のなかでも、特に固体電解質型燃料電池は高い廃熱を利用できるため、約６０％という高い熱効率を有する。
【０００４】
固体電解質型燃料電池の単電池（セル）は、基本的には、固体電解質と、燃料極と、空気極とから構成される。これらの部材を構成する一般的な材料としては、固体電解質にはイットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺと略す）が、燃料極にはＮｉＯ／ＹＳＺ系材料が、空気極にはランタンマンガン系材料が用いられる。
【０００５】
しかしながら、単セルの開回路電圧は約１Ｖであるため、実際の使用に際してはインタコネクタにより複数のセルを直列に接続する必要がある。また、各構成部材を強度的に支持するために、円筒型燃料電池の場合には、一般にカルシア安定化ジルコニア（以下、ＣＳＺと略す）を支持管（基体管）として、平板型電池の場合には、インタコネクタ自身を支持板として用いる必要がある。
【０００６】
複数のセルを接続するインタコネクタ材には、次の物性が要求されている。
１．緻密でガスを通さないこと。
２．約１０００℃という高温において酸化及び還元の両雰囲気中で化学的に安定であること。
３．電池作製時及び運転中に他の構成材と反応して絶縁層を作らないこと。
４．導電性が高く、かつ電子伝導のみでイオン伝導が混入しないこと。
５．熱膨張が電解質（ＹＳＺ）等その他構成材とほぼ同等であること。
【０００７】
インタコネクタ材としては、一般的にＬａＣｒＯ３　系材料（以下「ランタンクロマイト」と略す）が用いられているが、前記要求物性を完全に満足させている訳ではなく、還元雰囲気における膨張の問題や、１６００℃以上の高温で焼成しないと緻密化しないという問題がある。
【０００８】
特に、ランタンクロマイトの難焼成性という物性から、いわゆる一体焼成法にてランタンクロマイト系インタコネクタを作製しようとすると焼成温度が高くなり、電極の多孔性が失われて出力特性が低下するという問題、及び他の構成材料との界面で絶縁層を形成して性能が低下するという問題等が生じる。このため、ランタンクロマイト系インタコネクタを用いて一体焼成法により燃料電池を作製するとは困難である。一体焼成法以外の手法にてランタンクロマイトを成膜する手法としては、一般的な溶射法があるが、製造コスト的に問題があり大量生産に適していない。
【０００９】
これに対して、還元雰囲気下で安定であり、１４００℃程度の温度における焼成でも緻密化が可能なＭＴｉＯ３　系インタコネクタ材料（Ｍ：Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−５４１３７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１には、ＭＴｉＯ３　系インタコネクタ材料のＭサイトの１０％を３価の元素で置換したも材料の導電性が示されている。しかしながら、酸化雰囲気下での導電率が１０−３Ｓ／ｃｍレベルと低いため、燃料電池の内部抵抗が高くなり、出力密度が低下するという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、インタコネクタ材料の導電性を向上させることにより、内部抵抗を低減させると共に出力密度を向上させた固体電解質型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】
前述した課題を解決する［第１の発明］は、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。ここで、Ａ成分はＳｍ，Ｙ，Ｌａであり、０．０１≦Ｘ≦０．０７である。
【００１４】
一般式：ＭＴｉＯ３　系（Ｍは金属）　の材料をインタコネクタとして使用することが知られている。第１の発明では、その中でも、Ｍに相当する金属組成として、ストロンチウム（Ｓｒ）サイトを０．０１≦Ｘ≦０．０７の置換量でサマリウム（Ｓｍ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）で部分置換することにより、導電率を向上させ、燃料電池の出力密度を向上させる。
【００１５】
前述した課題を解決する［第２の発明］は、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。ここで、Ａ成分はＳｍ，Ｙ，Ｌａであり、０．０２≦Ｘ≦０．０５である。
【００１６】
第２の発明では、ストロンチウム（Ｓｒ）サイトを０．０２≦Ｘ≦０．０５の置換量でサマリウム（Ｓｍ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）で部分置換することにより、更に、導電率を向上させ、燃料電池の出力密度を向上させる。
【００１７】
前述した課題を解決する［第３の発明］は、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．０１Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。ここで、Ａ成分はＳｍであり、０．０１≦Ｘ≦０．０７である。
【００１８】
第３の発明では、ストロンチウム（Ｓｒ）サイトを０．０１≦Ｘ≦０．０７の置換量でサマリウム（Ｓｍ）で部分置換し、導電率を０．０１Ｓ／ｃｍ以上と規定することで、燃料電池の出力密度を向上させる。
【００１９】
前述した課題を解決する［第４の発明］は、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．０５Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。ここで、Ａ成分はＹであり、０．０１≦Ｘ≦０．０７である。
【００２０】
第４の発明では、ストロンチウム（Ｓｒ）サイトを０．０１≦Ｘ≦０．０７の置換量でイットリウム（Ｙ）で部分置換し、導電率を０．０５Ｓ／ｃｍ以上と規定することで、燃料電池の出力密度を向上させる。
【００２１】
前述した課題を解決する［第５の発明］は、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．１Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。ここで、Ａ成分はＬａであり、０．０１≦Ｘ≦０．０７である。
【００２２】
第５の発明では、ストロンチウム（Ｓｒ）サイトを０．０１≦Ｘ≦０．０７の置換量でランタン（Ｌａ）で部分置換し、導電率を０．１Ｓ／ｃｍ以上と規定することで、燃料電池の出力密度を向上させる。
【００２３】
前述した課題を解決する［第６の発明］は、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．０２Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。ここで、Ａ成分はＳｍであり、０．０２≦Ｘ≦０．０５である。
【００２４】
第６の発明では、ストロンチウム（Ｓｒ）サイトを０．０２≦Ｘ≦０．０５の置換量でサマリウム（Ｓｍ）で部分置換し、導電率を０．０２Ｓ／ｃｍ以上と規定することで、更に燃料電池の出力密度を向上させる。
【００２５】
前述した課題を解決する［第７の発明］は、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．０８Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。ここで、Ａ成分はＹであり、０．０２≦Ｘ≦０．０５である。
【００２６】
第７の発明では、ストロンチウム（Ｓｒ）サイトを０．０２≦Ｘ≦０．０５の置換量でイットリウム（Ｙ）で部分置換し、導電率を０．０８Ｓ／ｃｍ以上と規定することで、更に燃料電池の出力密度を向上させる。
【００２７】
前述した課題を解決する［第８の発明］は、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、導電率０．２Ｓ／ｃｍ以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。ここで、Ａ成分はＬａであり、０．０２≦Ｘ≦０．０５である。
【００２８】
第８の発明では、ストロンチウム（Ｓｒ）サイトを０．０２≦Ｘ≦０．０５の置換量でランタン（Ｌａ）で部分置換し、導電率を０．２Ｓ／ｃｍ以上と規定することで、更に燃料電池の出力密度を向上させる。
【００２９】
前述した課題を解決する［第９の発明］は、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、前記インタコネクタ中に含まれるＹ２　Ｔｉ２　Ｏ７　成分の割合が４％以下であることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。
【００３０】
第９の発明では、ストロンチウム（Ｓｒ）サイトをイットリウム（Ｙ）で部分置換すると共に、第２相であるＹ２　Ｔｉ２　Ｏ７　成分の割合を４％以下とすることで、燃料電池の出力密度を向上させる。
【００３１】
前述した課題を解決する［第１０の発明］は、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタが、一体焼成型であり、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　の材料からなり、前記インタコネクタ中に含まれるＹ２　Ｔｉ２　Ｏ７　成分の割合が２％以下であることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。
【００３２】
第１０の発明では、ストロンチウム（Ｓｒ）サイトをイットリウム（Ｙ）で部分置換すると共に、第２相であるＹ２　Ｔｉ２　Ｏ７　成分の割合を２％以下とすることで、更に燃料電池の出力密度を向上させる。
【００３３】
前述した課題を解決する［第１１の発明］は、第１ないし第１０のいずれかの発明に係る固体電解質型燃料電池において、前記セルは、円筒型の基体管に沿って所定間隔に設けられた複数のリング状の燃料極と、前記各燃料極の上方にリング状の電解質を介して設けられたリング状の空気極とからなり、第１のセルの燃料極の上方にインタコネクタを介して第２の隣接するセルの空気極を設けてなる縦方向集電であることを特徴とする固体電解質型燃料電池である。
【００３４】
第１１の発明では、第１から第１０の発明に係る固体電解質型燃料電池を、一方のセルの燃料極の直上にインタコネクタを介して隣接する他のセルの空気極を設けた、いわゆる縦方向集電型の燃料電池とし更なる出力密度の向上を図る。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を具体的に説明するが、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。
【００３６】
［第１の実施形態：Ｓｒ１−Ｘ　ＳｍＸ　ＴｉＯ３　系インタコネクタ］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る横縞型（円筒多素子タイプ）固体電解質型燃料電池のセルチューブである。同図に示すように、セルチューブ１０は、円筒型の基体管１１と、基体管１１の表面に設けられたリング状の複数のセル（単電池）１６とを有し、各セル１６は図示しないインタコネクタにより直列に接続されている。基体管１１の両端面に近いセルと端面とはリード膜等（図示せず）により接続され、基体管１１の両端面から発電された電力を集電する。発電を行う際には、セルチューブを高温雰囲気下において、例えば、基体管１１の内部に燃料１７を供給すると共に基体管１１の外部に空気１８を供給する。
【００３７】
図２は、図１に示すＡ部を拡大した図で、基体管１１の長軸に沿った断面を示す。同図に示すように、第１又は第２のセル１６−１，１６−２は、基体管１１に沿って所定間隔に設けられた燃料極１２−１，１２−２と、燃料極１２−１，１２−２の上方に電解質１３−１，１３−２を介して設けられた空気極１５−１，１５−２とからなり、第１のセル１６−１の燃料極１２−１の上方にインタコネクタ１４を介して第２の隣接するセル１６−２の空気極１５−２を設けてなる。
【００３８】
すなわち、基体１１に沿って所定間隔で燃料極１２−１，１２−２が設けられており、燃料極１２−１，１２−２の表面を一部を残して覆うように電解質１３−１，１３−２が設けられている。さらに、第１のセル１６−１の燃料極１２−１と第２のセル１６−２の電解質１３−２とをインタコネクタ１４により接続しており、さらに第２のセル１６−２の電解質１３−２の表面とインタコネクタ１４の表面とを覆うように空気極１５−２を設けている。
【００３９】
一方のセルの燃料極からインタコネクタを介して直上の他方のセルの空気極に通電するタイプを縦方向集電という。なお、図１に示すようにセル１６はリング状であるため、燃料極１２−１，１２−２、電解質１３−１，１３−２及び空気極１５−１，１５−２はリング状に基体管１１の周囲に設けられている。
【００４０】
この縦方向集電のタイプに対して、横方向集電のタイプを図３に示す。同図に示すように、横方向集電では、第１のセル１６−１の燃料極１２−１の直上からずれた位置に第２のセル１６−２の空気極１３−２が設けられている。この結果、インタコネクタ１４は、縦方向集電タイプに比べて離れて設けられる第１のセル１６−１の燃料極１２−１と第２のセル１６−２の空気極１５−２とを接続している。
【００４１】
図２に示すように、縦方向集電では、第１のセルの燃料極１２−１の直上にインタコネクタ１４を介して空気極１５−２を設けているので、インタコネクタ１４の膜厚を薄くすることにより、インタコネクタ１４の抵抗による過電圧を低減することができる。一方、図３に示す横方向集電では、第１のセルの燃料極１２−１と第２のセルの空気極１５−２とは離れて設けられているため、両者を接続するインタコネクタ１４の材質については、導電率が低い材料をインタコネクタ１４として適用することは困難である。
【００４２】
本実施形態では、下記詳細に説明するように、インタコネクタ１４の材質として極めて導電率を低くした材料を開発したため、図２に示す縦方向集電構造はもちろんのこと、図３に示す横方向集電構造においても十分に燃料電池の内部抵抗を低減し、出力密度を向上させることができる。
【００４３】
次に、本実施形態に係るインタコネクタの原料の調整方法を説明する。工業的に固体電解質燃料電池用としてインタコネクタを用いる場合には、いわゆる乳鉢混合法と異なり、下記詳細に説明するボールミル混合法により量産化したインタコネクタ原料を用いる必要がある。本実施形態では、このボールミル混合法によりインタコネクタ原料の調整を行った。
【００４４】
本実施形態では、Ｓｒ１−Ｘ　ＳｍＸ　ＴｉＯ３　系原料（Ｘ＝０、０．０１、０．０２、０．０５、０．０７、０．１）の調製を行った。Ｓｒ原料として炭酸ストロンチウムを用いた以外は、すべて酸化物原料を使用した。
【００４５】
ジルコニアボール及びエタノールを入れたポットに所定量の原料を秤量後投入し、スラリの重量濃度を５０％として２４時間の混合・粉砕を行った。その後、ロータリーエバポレータにてスラリの濃縮・乾燥を行い、１５０℃の乾燥機で一昼夜乾燥させた。得られた乾燥粉をアルミナ坩堝中にて１２００℃、５時間焼成を行うことにより仮焼粉を調製した。
【００４６】
得られた仮焼粉を再度エタノール溶媒を用いてスラリーの重量濃度を５０％として、４８時間の粉砕を実施した後、ロータリーエバポレータにてスラリの濃縮・乾燥を行い、１５０℃の乾燥機で一昼夜乾燥させた。その後、内径２０φ（ｍｍ）の金型に入れ、２００ｋｇ／ｃｍ２　の圧力で一軸加圧後、ラバー中でＣＩＰ成型（２ｔ／ｃｍ２　）を行った。
【００４７】
得られた成型体を、敷粉（同一仮焼粉）上において、１４００℃−２時間で焼成し、焼成体を得た。
【００４８】
得られた焼成体について、１０００℃における導電率を測定した。図４は、導電率測定の結果を示すグラフであり、グラフ横軸はストロンチウム（Ｓｒ）サイトのサマリウム（Ｓｍ）による置換量Ｘ、グラフ縦軸は導電率（Ｓ／ｃｍ）である。
【００４９】
同図に示すように、Ｓｒ１−Ｘ　ＳｍＸ　ＴｉＯ３　におけるサマリウム（Ｓｍ）による置換量Ｘについて、Ｘ＝０では導電率はほぼゼロ、Ｘ＝０．１では０．００７Ｓ／ｃｍであるが、Ｘ＝０．０１では０．０１１Ｓ／ｃｍ、Ｘ＝０．０７では０．０１２Ｓ／ｃｍであり、測定誤差等を勘案すると０．０１≦Ｘ≦０．０７において０．０１Ｓ／ｃｍ以上の導電率に向上することが分かる。
【００５０】
更に、Ｘ＝０．０２またはＸ＝０．０５では０．０２４Ｓ／ｃｍであり、測定誤差等を勘案すると０．０２≦Ｘ≦０．０５において０．０２Ｓ／ｃｍ以上の導電率に向上することが分かる。
【００５１】
これは以下の理由によるものと考えられる。すなわち、Ｓｒサイトを３価のＳｍで部分置換し、原子価制御することにより電子導電性が発現する。一方、Ｓｍで部分置換の量を過剰とすると、焼成体の密度が低下するため導電性が低下する。
【００５２】
本実施例に係るＳｒ１−Ｘ　ＳｍＸ　ＴｉＯ３　系材料では、置換量が１％（Ｘ＝０．０１）〜７％（Ｘ＝０．０７）の場合には、インタコネクタとして用いた場合に実用可能な導電率が付与され、置換量が２％（Ｘ＝０．０２）〜５％（Ｘ＝０．０５）では更に導電率を向上させることができる。
【００５３】
一方、置換量が１％未満の場合には置換量が十分ではなく高導電率を期待できない。また、置換量が７％より多い場合には、焼成体の密度が低下して導電率が低下してしまう。なお、焼成体の密度はアルキメデス法により測定することができる。
【００５４】
本実施形態に係るＳｒ１−Ｘ　ＳｍＸ　ＴｉＯ３　系材料をインタコネクタとして用いた燃料電池を一体焼成法にて作製し、燃料電池の出力密度を測定した。ここで、燃料電池としては図１及び図２に示す横縞型（円筒多素子タイプ）固体電解質型燃料電池かつ縦方向集電タイプとし、インタコネクタを形成する材料以外は全て同条件で比較測定を行った。また、作製時の焼成温度は１４００℃とした。
【００５５】
その結果、図４に示す導電率の結果と同様、Ｓｍ置換量Ｘが１％〜７％、特に２％〜５％のときに、燃料電池の内部抵抗減少及び出力密度の向上を確認することができた。一方、Ｓｍ置換量Ｘが１％未満又は７％より多いときは、燃料電池の出力密度の低下が確認された。また、上記特性を得ることができるインタコネクタの導電率については、０．０１Ｓ／ｃｍ以上、好ましくは０．０２Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは０．０２４Ｓ／ｃｍ以上である。
【００５６】
［第２の実施形態：Ｓｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　系インタコネクタ］
本実施形態は、Ｓｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　系材料に関する。Ｓｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　系原料（Ｘ＝０、０．０１、０．０２、０．０５、０．０７、０．１）の調整方法に関しては第１の実施形態と同様の方法で行った。最終的に得られたＳｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　系の焼成体について、１０００℃における導電率を測定した。図５は、導電率測定の結果を示すグラフであり、グラフ横軸はストロンチウム（Ｓｒ）サイトのイットリウム（Ｙ）による置換量Ｘ、グラフ縦軸　（左）　は導電率（Ｓ／ｃｍ）である。
【００５７】
同図に示すように、Ｓｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　におけるイットリウム（Ｙ）による置換量Ｘについて、Ｘ＝０では導電率はほぼゼロ、Ｘ＝０．１では０．０４Ｓ／ｃｍであるが、Ｘ＝０．０１では０．０５６Ｓ／ｃｍ、Ｘ＝０．０７では０．０６４Ｓ／ｃｍであり、測定誤差等を勘案すると０．０１≦Ｘ≦０．０７において０．０５Ｓ／ｃｍ以上の導電率に向上することが分かる。
【００５８】
更に、Ｘ＝０．０２またはＸ＝０．０５では０．１Ｓ／ｃｍであり、測定誤差等を勘案すると０．０２≦Ｘ≦０．０５において０．０８Ｓ／ｃｍ以上の導電率に向上することが分かる。
【００５９】
本実施例に係るＳｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　系材料では、置換量が１％（Ｘ＝０．０１）〜７％（Ｘ＝０．０７）の場合には、インタコネクタとして用いた場合に実用可能な導電率が付与され、置換量が２％（Ｘ＝０．０２）〜５％（Ｘ＝０．０５）では更に導電率を向上させることができる。
【００６０】
一方、置換量が１％未満の場合には置換量が十分ではなく高導電率を期待できない。また、置換量が７％より多い場合には、焼成体の密度が低下して導電率が低下してしまう。
【００６１】
本実施形態に係るＳｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　系材料をインタコネクタとして用いた燃料電池を一体焼成法にて作製し、燃料電池の出力密度を測定した。ここで、燃料電池としては図１及び図２に示す横縞型（円筒多素子タイプ）固体電解質型燃料電池かつ縦方向集電タイプとし、インタコネクタを形成する材料以外は全て同条件で比較測定を行った。また、作製時の焼成温度は１４００℃とした。
【００６２】
その結果、図５に示す導電率の結果と同様、Ｓｍ置換量Ｘが１％〜７％、特に２％〜５％のときに、燃料電池の内部抵抗減少及び出力密度の向上を確認することができた。一方、Ｓｍ置換量Ｘが１％未満又は７％より多いときは、燃料電池の出力密度の低下が確認された。また、上記特性を得ることができるインタコネクタの導電率については、０．０５Ｓ／ｃｍ以上、好ましくは０．０８Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは０．１Ｓ／ｃｍ以上である。
【００６３】
また、図５には、イットリウム（Ｙ）置換量Ｘに対する第２相生成量の関係も示してある。第２相とは、Ｙの添加に伴いＳｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　系材料中に生成するＹ２　Ｔｉ２　Ｏ７　のことである。
【００６４】
同図に示すように、Ｘ＝０、０．０１、０．０２では、第２相はほとんど生成しないが、Ｘ＝０．０５では２％、Ｘ＝０．０７では３．６％、Ｘ＝０．１では６．８％の第２相生成量となることが分かる。第２相の生成量は、Ｘ線回折像のピーク強度から求めた。
【００６５】
第２相であるＹ２　Ｔｉ２　Ｏ７　は電子導電性がないため、多量に存在するとＳｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　系材料の導電率の低下を引き起こすことが考えられる。また、Ｙ２　Ｔｉ２　Ｏ７　の安定性等については不明な部分が多く、長期信頼性など、燃料電池の特性に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００６６】
燃料電池の特性について、第２相生成量との関係から実験を行ったところ、第２相生成量を４％以下、特に２％以下にしたときには、燃料電池として十分な出力密度を維持することができた。一方、４％より多いと、出力密度の低下が確認された。これは、第２相であるＹ２　Ｔｉ２　Ｏ７　は、電子導電性がないためであると考えられる。更に、経時的な安定性については確認していないが、第２相生成量が４％より多い場合には、電池性能の劣化を引き起こす可能性がある。
【００６７】
［第３の実施形態：Ｓｒ１−Ｘ　ＬａＸ　ＴｉＯ３　系インタコネクタ］
本実施形態は、Ｓｒ１−Ｘ　ＬａＸ　ＴｉＯ３　系材料に関する。Ｓｒ１−Ｘ　ＬａＸ　ＴｉＯ３　系原料（Ｘ＝０、０．０１、０．０２、０．０５、０．０７、０．１）の調整方法に関しては第１の実施形態と同様の方法で行った。最終的に得られたＳｒ１−Ｘ　ＬａＸ　ＴｉＯ３　系の焼成体について、１０００℃における導電率を測定した。図６は、導電率測定の結果を示すグラフであり、グラフ横軸はストロンチウム（Ｓｒ）サイトのランタン（Ｌａ）による置換量Ｘ、グラフ縦軸　（左）　は導電率（Ｓ／ｃｍ）である。
【００６８】
同図に示すように、Ｓｒ１−Ｘ　ＬａＸ　ＴｉＯ３　におけるランタン（Ｌａ）による置換量Ｘについて、Ｘ＝０では導電率はほぼゼロ、Ｘ＝０．１では０．０６Ｓ／ｃｍであるが、Ｘ＝０．０１では０．１２Ｓ／ｃｍ、Ｘ＝０．０７では０．１１Ｓ／ｃｍであり、測定誤差等を勘案すると０．０１≦Ｘ≦０．０７において０．１Ｓ／ｃｍ以上の導電率に向上することが分かる。
【００６９】
更に、Ｘ＝０．０２では０．４１Ｓ／ｃｍ、Ｘ＝０．０５では０．３３Ｓ／ｃｍであり、測定誤差等を勘案すると０．０２≦Ｘ≦０．０５において０．２Ｓ／ｃｍ以上の導電率に向上することが分かる。
【００７０】
本実施例に係るＳｒ１−Ｘ　ＬａＸ　ＴｉＯ３　系材料では、置換量が１％（Ｘ＝０．０１）〜７％（Ｘ＝０．０７）の場合には、インタコネクタとして用いた場合に実用可能な導電率が付与され、置換量が２％（Ｘ＝０．０２）〜５％（Ｘ＝０．０５）では更に導電率を向上させることができる。
【００７１】
一方、置換量が１％未満の場合には置換量が十分ではなく高導電率を期待できない。また、置換量が７％より多い場合には、焼成体の密度が低下して導電率が低下してしまう。
【００７２】
本実施形態に係るＳｒ１−Ｘ　ＬａＸ　ＴｉＯ３　系材料をインタコネクタとして用いた燃料電池を一体焼成法にて作製し、燃料電池の出力密度を測定した。ここで、燃料電池としては図１及び図２に示す横縞型（円筒多素子タイプ）固体電解質型燃料電池かつ縦方向集電タイプとし、インタコネクタを形成する材料以外は全て同条件で比較測定を行った。また、作製時の焼成温度は１４００℃とした。
【００７３】
その結果、図６に示す導電率の結果と同様、Ｌａ置換量Ｘが１％〜７％、特に２％〜５％のときに、燃料電池の内部抵抗減少及び出力密度の向上を確認することができた。一方、Ｌａ置換量Ｘが１％未満又は７％より多いときは、燃料電池の出力密度の低下が確認された。また、上記特性を得ることができるインタコネクタの導電率については、０．１Ｓ／ｃｍ以上、好ましくは０．２Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは０．３Ｓ／ｃｍ以上である。
【００７４】
【発明の効果】
［第１の発明］又は［第２の発明］によれば、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタを、一体焼成型とし、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料（Ａ成分はＳｍ，Ｙ，Ｌａ、０．０１≦Ｘ≦０．０７更には０．０２≦Ｘ≦０．０５）から形成したことにより、インタコネクタの導電率を向上させ、燃料電池の出力密度を向上させることができる。
【００７５】
［第３の発明］ないし［第５の発明］によれば、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタを、一体焼成型とし、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料（Ａ成分はＳｍ，Ｙ，Ｌａ、０．０１≦Ｘ≦０．０７）から形成し、導電率０．０１Ｓ／ｃｍ以上（Ｓｍの場合）　、０．０５Ｓ／ｃｍ以上（Ｙの場合）　、０．１Ｓ／ｃｍ以上（Ｌａの場合）　と規定したことにより、燃料電池の出力密度を向上させることができる。
【００７６】
［第６の発明］ないし［第８の発明］によれば、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタを、一体焼成型とし、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＡＸ　ＴｉＯ３　の材料（Ａ成分はＳｍ，Ｙ，Ｌａ、０．０２≦Ｘ≦０．０５）から形成し、導電率０．０２Ｓ／ｃｍ以上（Ｓｍの場合）　、０．０８Ｓ／ｃｍ以上（Ｙの場合）　、０．２Ｓ／ｃｍ以上（Ｌａの場合）　と規定したことにより、更に、燃料電池の出力密度を向上させることができる。
【００７７】
［第９の発明］又は［第１０の発明］によれば、固体電解質燃料電池のセルを接続するインタコネクタを、一体焼成型とし、一般式：Ｓｒ１−Ｘ　ＹＸ　ＴｉＯ３　の材料から形成し、前記インタコネクタ中に含まれるＹ２　Ｔｉ２　Ｏ７　成分の割合を４％以下、更には２％以下に抑制したことにより、インタコネクタの導電率を向上させ、燃料電池の出力密度を向上させることができる。
【００７８】
［第１１の発明］によれば、［第１の発明］ないし［第１０の発明］のいずれかの発明に係る固体電解質型燃料電池において、前記セルを、円筒型の基体管に沿って所定間隔に設けられた複数のリング状の燃料極と、前記各燃料極の上方にリング状の電解質を介して設けられたリング状の空気極とから構成し、第１のセルの燃料極の上方にインタコネクタを介して第２の隣接するセルの空気極を設けてなる縦方向集電としたことにより、更に燃料電池の出力密度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体電解質型燃料電池のセルチューブの概略外観図である。
【図２】縦方向集電型のセルの概略断面図である。
【図３】横方向集電型のセルの概略断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるＳｒ１−ｘ　Ｓｍｘ　ＴｉＯ３　系インタコネクタのＸ（Ｓｍ置換量）と導電率との関係図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるＳｒ１−ｘ　Ｙｘ　ＴｉＯ３　系インタコネクタのＸ（Ｙ置換量）と導電率及び第２相生成量との関係図である。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるＳｒ１−ｘ　Ｌａｘ　ＴｉＯ３　系インタコネクタのＸ（Ｌａ置換量）と導電率との関係図である。
【符号の簡単な説明】
１０　　セルチューブ
１１　　基体管
１２−１，１２−２　　燃料極
１３−１，１３−２　　電解質
１４　　インタコネクタ
１５−１，１５−２　空気極
１６　　セル
１６−１　　第１のセル
１６−２　　第２のセル
１７　　燃料
１８　　空気
【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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