(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路を有する支持体の一方側に設けられた燃料側電極，固体電解質および酸素側電極と、前記支持体の他方側に設けられたインターコネクタおよびＰ型半導体とを備え、前記酸素側電極は、前記支持体のガス導出方向側端部を除いて設けられており、前記Ｐ型半導体は、前記インターコネクタを間に挟んで前記支持体と反対側に設けられているとともに、前記Ｐ型半導体のガス導出方向端部は、前記インターコネクタのガス導出方向端部よりも内側に位置することを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
ガス流路を有するとともに燃料側電極を兼ねる支持体の一方側に設けられた固体電解質および酸素側電極と、前記支持体の他方側に設けられたインターコネクタおよびＰ型半導体とを備え、前記酸素側電極は、前記支持体のガス導出方向側端部を除いて設けられており、前記Ｐ型半導体は、前記インターコネクタを間に挟んで前記支持体と反対側に設けられているとともに、前記Ｐ型半導体のガス導出方向端部は、前記インターコネクタのガス導出方向端部よりも内側に位置することを特徴とする燃料電池セル。
【請求項３】
前記酸素側電極と前記Ｐ型半導体とは、前記支持体を介して対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
前記酸素側電極と前記Ｐ型半導体とは、ガス導出方向における長さがほぼ同一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】
前記Ｐ型半導体が前記酸素側電極と同じ材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれかに記載の燃料電池セルを所定間隔をおいて整列してなるとともに、対向する一方の燃料電池セルの前記酸素側電極と他方の燃料電池セルの前記Ｐ型半導体との間に集電部材を介装してなることを特徴とするセルスタック。
【請求項７】
請求項６記載のセルスタックを収納容器内に収容してなることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池に関し、特にガス流路を有する支持体の一方側に固体電解質、酸素側電極、他方側にインターコネクタ、Ｐ型半導体を設けてなる燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
次世代エネルギーとして、近年、燃料電池セルのスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。このような燃料電池には、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型など、各種のものが知られているが、中でも固体電解質型の燃料電池は、作動温度が８００〜１０００℃と高いものの、発電効率が高く、また排熱利用ができるなどの利点を有しており、その研究開発が推し進められている。
【０００３】
従来の燃料電池セルとして、集電効果を向上すべく、固体電解質の一方側に導電性セラミックスからなる酸素側電極、他方側に金属又は金属酸化物を含有する燃料側電極を設け、燃料側電極に導電性セラミックスからなるインターコネクタを設け、該インターコネクタに、セル同士の電気的接続用集電部材に接続されるＰ型半導体を設けて構成したものが知られており、Ｐ型半導体として、酸素側電極材料が用いられている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０３６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の燃料電池セルでは、燃料電池セルのガス流路から導出される燃料ガス（水素）により酸素側電極、Ｐ型半導体が還元され、電極として有効に機能しなくなり、燃料電池セルの発電性能が経時的に劣化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、発電性能の経時的劣化を防止できる燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者によれば、電極面積を大きくとることにより出力密度を高めることができるものの、酸素側電極、Ｐ型半導体が支持体のガス導出方向側端部まで形成されている場合には、一般に導電性セラミックスからなる酸素側電極、Ｐ型半導体が、支持体のガス流路から導出される燃料ガス（水素）と接触して還元されたり、燃料ガスと空気とが混合燃焼して生成したＨ２Ｏを含む燃焼ガスと接触して酸化分解され、電極として有効に機能しえなくなるばかりか、電極として経時的に劣化していき、燃料電池セルの電圧降下が大きくなってしまうことを見出し、本発明に至った。
【０００７】
即ち、本発明の燃料電池セルは、ガス流路を有する支持体の一方側に設けられた燃料側電極，固体電解質および酸素側電極と、前記支持体の他方側に設けられたインターコネクタおよびＰ型半導体とを備え、前記酸素側電極は、前記支持体のガス導出方向側端部を除いて設けられており、前記Ｐ型半導体は、前記インターコネクタを間に挟んで前記支持体と反対側に設けられているとともに、前記Ｐ型半導体のガス導出方向端部は、前記インターコネクタのガス導出方向端部よりも内側に位置することを特徴とする。
また、本発明の燃料電池セルは、ガス流路を有するとともに燃料側電極を兼ねる支持体の一方側に設けられた固体電解質および酸素側電極と、前記支持体の他方側に設けられたインターコネクタおよびＰ型半導体とを備え、前記酸素側電極は、前記支持体のガス導出方向側端部を除いて設けられており、前記Ｐ型半導体は、前記インターコネクタを間に挟んで前記支持体と反対側に設けられているとともに、前記Ｐ型半導体のガス導出方向端部は、前記インターコネクタのガス導出方向端部よりも内側に位置することを特徴とする。
このような燃料電池セルでは、酸素側電極及びＰ型半導体は、支持体のガス導出方向側端部には形成されていないため、支持体のガス流路から導出される燃料ガス（水素）により還元されにくくなり、あるいは、燃料ガスと空気とが混合燃焼して生成したＨ２Ｏを含む燃焼ガスと接触して酸化分解されにくくなり、酸素側電極及びＰ型半導体の劣化を抑制でき、経時的劣化を抑制できる。
【０００９】
燃料電池は、一般に複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて整列させ、隣設する一方の燃料電池セルの酸素側電極と他方の燃料電池セルのＰ型半導体との間に集電部材を介装して作製されたセルスタックを複数並設して構成され、該セルスタック間に酸素含有ガスが供給され、この酸素含有ガスがセル間に供給されるが、セルスタック間の間隔がセル間の間隔よりも広いため、酸素含有ガスは、セル間よりもセルスタック間を流れようとする。従って、上記したように燃料電池セルが平板状であり、一方側主面に酸素側電極、他方側主面にＰ型半導体を形成した場合には、これらに供給される酸素含有ガスの流れが弱く、燃料電池セル内に供給される燃料ガスや燃焼ガスが回り込みやすくなり上記問題が発生し易いため、本発明の燃料電池セルを好適に用いることができる。
【００１０】
さらに、本発明の燃料電池セルは、前記酸素側電極と前記Ｐ型半導体とが、支持体を介して対向する位置に形成されていることを特徴とする。これにより、電流が酸素側電極とＰ型半導体の間の導電性支持体を最短距離で流れるようになるため、電圧低下を抑制することができる。さらに、複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて整列させ、対向する一方の燃料電池セルの酸素側電極と他方の燃料電池セルのＰ型半導体との間に集電部材を介装して直列に接続すると、複数の燃料電池セル間を電流が最短距離で流れることになり、セルスタックの電圧低下を抑制できる。
【００１１】
さらに、本発明の燃料電池セルは、前記Ｐ型半導体が前記酸素側電極と同じ材料からなることを特徴とする。Ｐ型半導体は、インターコネクタ上部の最表面に配置されるため、酸素含有ガスと高温で接触し、酸化分解されやすいため、酸化雰囲気内でも安定して高い導電性を有する酸素側電極材料と同じ材料を用いるのが好適である。
【００１２】
本発明の燃料電池は、セルスタックを収納容器内に収容してなることを特徴とする。このような燃料電池では、上記したように燃料電池セルの酸素側電極、Ｐ型半導体の還元を抑制でき、電極性能の経時劣化を防止できるため、燃料電池の長期信頼性を向上できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池セルは、酸素側電極及びＰ型半導体が支持体のガス導出方向側端部には形成されていないため、支持体のガス流路から導出される燃料ガス（水素）により還元されにくくなり、あるいは、燃料ガスと空気とが混合燃焼して生成したＨ２Ｏを含む燃焼ガスと接触して酸化分解されにくくなるため、酸素側電極及びＰ型半導体の劣化による電圧低下を抑制でき、高い出力密度を長期にわたって維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の燃料電池セルを図１に基づき説明する。図１において、燃料電池セル３０は板状かつ柱状であり、その内部には断面が板状の支持体（以下支持基板３１という）３１を備えている。支持基板３１の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス通路３１ａが軸長方向に貫通して形成されており、燃料電池セル３０は、この支持基板３１上に各種の部材が設けられた構造を有している。
【００１５】
即ち、燃料電池セル３０は、支持基板３１の一方側主面に、燃料側電極３２、固体電解質３３、酸素側電極３４を形成し、他方側主面にインターコネクタ３５、Ｐ型半導体３６を形成して構成されており、固体電解質３３の両端部が一方側主面から側面を介して他方側主面まで延設され、インターコネクタ３５の両端部とそれぞれ重畳しており、これらの重畳部Ａ、Ｂが外方に突出している。
【００１６】
固体電解質３３の両端部とインターコネクタ３５の両端部とが重畳しているため、セル内外を有効に封止でき、セル内部の燃料ガスが外部に漏出したり、セル外部の酸素含有ガスがセル内部に漏出することを防止できる。
【００１７】
重畳部Ａ，Ｂは、固体電解質３３の端部上にインターコネクタ３５の端部を積層して構成され、燃料電池セル３０の軸長方向に平行に形成されている。重畳部Ａ，Ｂ間の外面は凹とされ、この重畳部Ａ，Ｂ間の中央部に位置する凹面には、Ｐ型半導体層３６が形成されている。
【００１８】
また、支持基板３１とインターコネクタ３５の間には接合層３７が形成され、固体電解質３３と酸素側電極３４との間には拡散防止層３８が形成されている。
【００１９】
支持基板３１は、図１に示したように、平坦状の主面と両側面の弧状部とからなっている。主面の両面は互いにほぼ平行に形成されており、主面の一方の面と両側の弧状部を覆うように燃料側電極３２が形成されており、さらに、この燃料側電極３２を覆うように、緻密質な固体電解質３３が積層されており、この固体電解質層３３の上には、燃料側電極層３２と対面するように、主面の一方の表面に酸素側電極３４が積層されている。また、燃料側電極層３２及び固体電極層３３が積層されていない他方の主面には、インターコネクタ３５が形成されている。図１から明らかな通り、燃料側電極３２及び固体電解質３３は、インターコネクタ３５の両サイドにまで延びており、支持基板３１の表面が外部に露出しないように構成されている。
【００２０】
そして、本発明の燃料電池セルでは、図２に示すように、酸素側電極３４及びＰ型半導体３６が、支持基板３１のガス導出方向側端部を除いて形成されている。言い換えると、支持基板３１のガス導出方向側端部には酸素側電極３４及びＰ型半導体３６が形成されていない。支持基板３１のガス流路３１ａから燃料ガスである水素が導出され、セル周囲の空気と反応してガス流路３１ａ上方で燃焼することになる。
【００２１】
また、燃料電池セル３０の下端部は燃料ガスマニホールド等に接合される部分であり、電極を形成する必要もなく、さらに、気密に封止する必要から、多孔質な電極を形成しない方が良いため、支持基板３１の下端部にも酸素側電極３４、Ｐ型半導体３６の非形成領域を形成している。
【００２２】
酸素側電極３４とＰ型半導体３６は、支持基板３１を介して対向する位置に形成されており、酸素側電極３４とＰ型半導体３６は、ガス導出方向側長さがほぼ同一とされている。即ち、酸素側電極３４、Ｐ型半導体３６は、支持基板３１の上端部及び下端部には形成されておらず、ほぼ同一長さとなる。また、ガス導出方向と直行する幅は、Ｐ型半導体３６よりも酸素側電極３４の方が大きくされ、Ｐ型半導体３６の形成領域が酸素側電極３４の形成領域に完全に入るように形成されている。
【００２３】
このようにＰ型半導体３６の形成面積よりも大きく酸素側電極３４を形成することにより、成形時に酸素側電極３４に多少の位置ずれが生じたとしても、一定の有効電極面積を確保することができ、安定した特性を確保することができる。
【００２４】
酸素側電極３４、Ｐ型半導体３６の形成位置は、燃料ガス、あるいは酸素含有ガスの供給条件や燃料電池セルの大きさ等により変化するが、燃料ガス（水素）との接触による還元、あるいは、燃料ガスと空気とが混合燃焼して生成したＨ２Ｏを含む燃焼ガスとの接触による酸化分解を防ぐという点から、支持基板３１のガス導出方向側端から１５ｍｍ以上、特には、２０ｍｍ以上離して形成することが望ましい。
【００２５】
本発明は、支持基板３１の長径寸法（弧状部を形成する支持基板の側面間距離）は１５〜４０ｍｍ、短径寸法（平坦部を形成する主面間距離）が２ｍｍ以上であり、かつ１０ｍｍ以下、特に８ｍｍ以下、さらには５ｍｍ以下であることが望ましい。このような小型の燃料電池セルでは、燃料ガスの拡散等が発生しやすいため、本発明を好適に用いることができる。尚、燃料電池セルの寸法は、最も体積の大きい支持基板３１により支配される。従って、本発明の燃料電池セルは、１ｋＷ程度の発電性能を有する家庭用の燃料電池システムや、７ｋＷ以下の発電性能を有する店舗用の燃料電池システムに用いられる分散型発電用として好適に用いることができる。
【００２６】
一方、インターコネクタ３５は、支持基板３１の長さ方向に全域にわたって形成されている。
【００２７】
上記のような構造の燃料電池セルでは、燃料側電極３２の酸素側電極３４と対面している部分が燃料側電極として作動して発電する。即ち、酸素側電極３４の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持基板３１内のガス通路３１ａ内に燃料ガス（水素）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより、酸素側電極３４で下記式（１）の電極反応を生じ、また燃料側電極３２の燃料側電極となる部分では例えば下記式（２）の電極反応を生じることによって発電する。
【００２８】
酸素側電極：  １／２Ｏ２＋２ｅ−  →  Ｏ２−  （固体電解質）  …（１）
燃料側電極：  Ｏ２−  （固体電解質）＋  Ｈ２  →  Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  …（２）
かかる発電によって生成した電流は、支持基板３１に取り付けられているインターコネクタ３５を介して集電される。
【００２９】
（支持基板３１）
上記のような構造を有する本発明の燃料電池セル３０において、支持基板３１は、燃料ガスを燃料側電極まで透過させるためにガス透過性であること、及びインターコネクタを介しての集電を行うために導電性であることが要求されるが、このような要求を満たすと同時に、同時焼成により生じる不都合を回避するために、Ｎｉ金属成分とＹ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３などの希土類酸化物とから支持基板３１を構成する。
【００３０】
Ｎｉ金属成分は、支持基板３１に導電性を付与するためのものであり、Ｎｉ金属単体であってもよいし、またＮｉ金属酸化物、Ｎｉ金属の合金もしくは合金酸化物であってもよい。本発明では、安価であること及び燃料ガス中で安定であることからＮｉ及び／またはＮｉＯを使用しているが、Ｎｉ金属以外にも、他の鉄族金属成分また鉄族金属酸化物、鉄族金属の合金もしくは合金酸化物の何れをも使用することができる。
【００３１】
また希土類酸化物成分は、支持基板３１の熱膨張係数を、固体電解質層３３を形成している安定化ジルコニアと近似させるために使用されるものであり、高い導電率を維持し且つ固体電解質層３３等への拡散を防止するために、特に安価であるという点で、Ｙ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３を使用している。固体電解質層３３等への拡散を防止することができるのであれば、Ｙ，Ｌｕ，Ｙｂ，Ｔｍ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙ，Ｇｄ，Ｓｍ，Ｐｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含む酸化物の何れをも使用することができる。
【００３２】
本発明においては、特に支持基板３１の熱膨張係数を安定化ジルコニアと近似させるという点で、上述した鉄族成分は、支持基板３１中に３５〜６５体積％の量で含まれ、希土類酸化物は、支持基板３１中に３５〜６５体積％の量で含まれていることが好適である。
【００３３】
上記のような鉄族金属成分と希土類酸化物とから構成される支持基板３１は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、通常、開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあることが好適である。また、支持基板３１の導電率は、３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。
【００３４】
（燃料側電極層３２）
本発明において、燃料側電極層３２は、前述した式（２）の電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスから形成される。例えば、希土類元素が固溶しているＺｒＯ２と、Ｎｉ及び／またはＮｉＯとから形成される。この希土類元素が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニア）としては、以下に述べる固体電解質層３３の形成に使用されているものと同様のものを用いるのがよい。
【００３５】
燃料側電極層３２中の安定化ジルコニア含量は、３５乃至６５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉ或いはＮｉＯ含量は、６５乃至３５体積％であるのがよい。さらに、この燃料側電極層３２の開気孔率は、１５％以上、特に２０乃至４０％の範囲にあるのがよく、その厚みは、１〜３０μｍであることが望ましい。例えば、燃料側電極層３２の厚みがあまり薄いと、性能が低下するおそれがあり、またあまり厚いと、固体電解質層３３と燃料側電極層３２との間で熱膨張差による剥離等を生じるおそれがある。
【００３６】
また、図１の例では、燃料側電極層３２は、インターコネクタ３５の両サイドにまで延びているが、酸素側電極３４に対面する位置に存在して燃料側電極が形成されていればよいため、例えば酸素側電極３４が設けられている側の主面にのみ燃料側電極３２が形成されていてもよい。さらには、支持基板３１の全周にわたって燃料側電極３２を形成することも可能である。
【００３７】
（固体電解質層３３）
この燃料側電極３２上に設けられている固体電解質３３は、一般に３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ２（通常、安定化ジルコニアと呼ばれる）等の緻密質なセラミックスから形成されている。希土類元素としては、Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕを例示することができるが、安価であるという点からＹ、Ｙｂ、Ｓｃが望ましい。
【００３８】
この固体電解質層３３を形成する安定化ジルコニアセラミックスは、ガス透過を防止するという点から、相対密度（アルキメデス法による）が９３％以上、特に９５％以上の緻密質であることが望ましく、且つその厚みが１０〜１００μｍであることが望ましい。
【００３９】
（酸素側電極３４）
酸素側電極３４は、所謂ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成される。かかるペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＬａを有するＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物の少なくとも１種が好適であり、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＦｅＯ３系酸化物が特に好適である。尚、上記ペロブスカイト型酸化物においては、ＡサイトにＬａと共にＳｒなどが存在していてもよいし、さらにＢサイトには、ＦｅとともにＣｏやＭｎが存在していてもよい。
【００４０】
また、酸素側電極３４は、ガス透過性を有していなければならず、従って、酸素側電極３４を形成する導電性セラミックス（ペロブスカイト型酸化物）は、開気孔率が２０％以上、特に３０乃至５０％の範囲にあることが望ましい。
【００４１】
このような酸素側電極３４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。
【００４２】
（インターコネクタ３５）
上記の酸素側電極３４に対面する位置において、支持基板３１上に接合層３７を介して設けられているインターコネクタ３５は、導電性セラミックスからなるが、燃料ガス（水素）及び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ことが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が使用される。また、支持基板３１の内部を通る燃料ガス及び支持基板３１の外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好適である。
【００４３】
かかるインターコネクタ３５は、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、１０〜２００μｍであることが望ましい。即ち、この範囲よりも厚みが薄いと、ガスのリークを生じやすく、またこの範囲よりも厚みが大きいと、電気抵抗が大きく、電位降下により集電機能が低下してしまうおそれがあるからである。
【００４４】
（Ｐ型半導体層３６）
インターコネクタ３５の外面（上面）には、Ｐ型半導体層３６が設けられている。即ち、この燃料電池セル３０から組み立てられるセルスタックでは、インターコネクタ３５には、導電性の集電部材５５が接続されるが、集電部材５５をインターコネクタ３５に直接接続すると、非オーム接触により、電位降下が大きくなってしまい、集電性能が低下してしまう。
【００４５】
しかるに、集電部材を、Ｐ型半導体３６を介してインターコネクタ３５に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となり、例えば、一方の燃料電池セル３０の酸素側電極３４からの電子を、他方の燃料電池セル３０の支持基板３１に効率良く伝達できる。このようなＰ型半導体３６としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物を例示することができる。
【００４６】
具体的には、インターコネクタ３５を構成するＬａＣｒＯ３系酸化物よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、ＢサイトにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどが存在するＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物などの少なくとも一種からなるＰ型半導体セラミックスを使用することができる。このようなＰ型半導体層３６の厚みは、一般に、３０乃至１００μｍの範囲にあることが好ましい。Ｐ型半導体としては、酸素側電極材料から形成することが望ましい。
【００４７】
（接合層３７）
接合層３７は支持基板３１とインターコネクタ３５を接着させる層であり、Ｎｉ金属及び／又はＮｉ金属の酸化物と希土類で安定化したジルコニアからなり、接合層３７中の安定化ジルコニア含量は、３５乃至４５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉ或いはＮｉＯ含量は、６５乃至５５体積％であるのがよい。燃料側電極層３２の熱膨張係数より接合層３７の熱膨張係数の方が大きくすることで、インターコネクタ３５と接合層３７との熱膨張差を小さくすることができるため、インターコネクタ３５のクラック発生、インターコネクタ３５の支持基板３１からの剥離を抑えることができるからである。
【００４８】
（拡散防止層３８）
固体電解質３３と、酸素側電極３４との間に拡散防止層３８を有する。拡散防止層３８は、（ＣｅＯ２）１−ｘ（ＳｍＯ１．５）ｘ（０＜ｘ≦０．３）の一般式で表わされるＳｍが固溶したＣｅＯ２からなる複合酸化物であることが好ましい。特に、電気抵抗を低減するという点から、一般式中のｘが、０．１≦ｘ≦０．２で表される組成のＳｍ２Ｏ３が固溶したＣｅＯ２からなることが望ましい。さらに、これに拡散を遮断または抑制する効果を高くするために、他の希土類元素の酸化物を含有するものであっても良い。
【００４９】
また、拡散防止層３８はＳｍ２Ｏ３が固溶したＣｅＯ２の凝集度を５〜３５に調整していることが好ましい。これにより、焼成収縮を制御でき、固体電解質３３の剥離やクラック発生を防止することができる。特に、発電性能が低下を防止できるという点で、凝集度を５〜１５に調整することが望ましい。
【００５０】
（燃料電池セルの製造）
以上のような構造を有する燃料電池セルは、以下のようにして製造される。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、溶媒とを混合した支持基板材料を押出成形して支持基板成形体を作製する。
【００５１】
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、燃料側電極成形体となるスラリーを作製する。
【００５２】
次に、前記支持基板成形体の一方側主面に燃料側電極となるスラリーをメッシュ製版を用いて塗布し、８０〜１５０℃の温度で乾燥する。
【００５３】
次に、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。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塗布し、前記支持基板成形体の一方側主面に形成された燃料側電極となる塗布膜に、固体電解質成形体の燃料側電極となる塗布膜が当接するように、かつ、固体電解質成形体の両端面が、他方側主面で所定間隔をおいて離間するように覆い巻き付け、乾燥する。
【００５４】
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。
【００５５】
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、溶媒を混合した接合層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。
【００５６】
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、露出した支持基板成形体に当接するように、かつ、インターコネクタ成形体の両端部が固体電解質成形体の両端部に当接するように積層する。
【００５７】
これにより、支持基板成形体の一方側主面に、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、他方側主面に接合層成形体、インターコネクタ成形体が積層され、インターコネクタ成形体の両端部が固体電解質成形体の両端部に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。
【００５８】
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。
【００５９】
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３３、インターコネクタ３５の表面にそれぞれ酸素側電極成形体、Ｐ型半導体成形体をディッピングにより形成するか、または、スクリーン印刷したり、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３０を作製できる。インターコネクタの両端部と固体電解質の両端部の重畳部は外部に突出しており、その間には凹部が形成されているため、その凹部にディッピング、スクリーン印刷することにより容易に形成できる。
【００６０】
なお、燃料電池セル３０は、酸素含有雰囲気での焼成により、支持基板３１、燃料側電極３２、接合層３７中のＮｉ成分が、ＮｉＯとなっているため、その後、支持基板３１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。
【００６１】
セルスタックは、図３に示すように、複数の燃料電池セル３０を、その主面が対向するように所定間隔を置いて配置されており、一方の燃料電池セル３０と他方の燃料電池セル３０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５５を介在させ、一方の燃料電池セル３０の支持基板３１を、該支持基板３１に設けられた接合層３７、インターコネクタ３５、Ｐ型半導体３６、集電部材５５を介して他方の燃料電池セル３０の酸素側電極３４に電気的に直列接続して構成されている。
【００６２】
燃料電池は、図３に示すようにセルスタックを収納容器内に複数並設した状態で、収納して構成され、複数のセルスタック間には酸素含有ガス供給手段が設けられている。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３０に導入する導入管が設けられており、燃料電池セル３０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、酸素含有ガスは混合されて燃焼され、収納容器外に排出される。
【００６３】
このような燃料電池では、セル間に供給される酸素含有ガスの流れは、セルスタック間の流れよりも弱くなりがちであるため、燃料ガスの回り込みや燃焼ガスの周り込みが発生しやすくなるため、本発明を好適に用いることができる。
【００６４】
集電部材５５は、一方の燃料電池セル３０の酸素側電極３４と、他方の燃料電池セル３０のＰ型半導体３６間に配置されており、これにより、最小限必要な部分のみに集電部材５５を配置することができ、さらに電流経路を最短にして電圧降下を低減できる。
【００６５】
集電部材は、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。
【００６６】
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。
【００６７】
例えば、支持基板と内側電極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、支持基板と内側電極とが、支持体を兼ねる内側電極に置き換えられることになる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の燃料電池セルを示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図。
【図２】図１の燃料電池セルを示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図。
【図３】本発明のセルスタックを示す説明図。
【符号の説明】
【００６９】
３０・・・燃料電池セル
３１・・・支持基板
３２・・・燃料側電極
３３・・・固体電解質
３４・・・酸素側電極
３１ａ・・・ガス流路
３５・・・インターコネクタ
３６・・・Ｐ型半導体
５５・・・集電部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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