(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード側電極とカソード側電極との間に電解質が配設されて形成され、１組のセパレータ間に介装される電解質・電極接合体において、
前記セパレータにボス部が突出形成され、
前記カソード側電極と前記セパレータの前記ボス部との間に、前記カソード側電極に比して電子伝導度が大きく、且つ前記ボス部を経由して移動してきた電子が酸素と結合して該酸素を還元する還元反応が生じるための反応場となることが可能な物質からなる層が設けられ、
前記層の厚みが１０μｍ以下であることを特徴とする電解質・電極接合体。
【請求項２】
請求項１記載の接合体において、前記層は、少なくとも、希土類元素Ａ、遷移金属元素Ｃ、及び酸素Ｏを含有する複合酸化物であり、アルカリ土類金属元素をＢで表すとき、組成式がＡｘＢ１−ｘＣＯ３（ただし、０．５≦ｘ≦１．０）である物質からなることを特徴とする電解質・電極接合体。
【請求項３】
請求項２記載の接合体において、希土類元素ＡがＬａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒの群から選択された少なくともいずれか１種であるとともに、遷移金属元素ＣがＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｇａの群から選択された少なくともいずれか１種であり、前記複合酸化物にアルカリ土類金属元素Ｂが含まれるときには、該アルカリ土類金属元素ＢがＣａ、Ｓｒ、Ｂａの群から選択された少なくともいずれか１種であることを特徴とする電解質・電極接合体。
【請求項４】
請求項２又は３記載の接合体において、前記層がペロブスカイト型複合酸化物であることを特徴とする電解質・電極接合体。
【請求項５】
アノード側電極とカソード側電極との間に電解質が配設されて形成されるとともに、ボス部が突出形成された１組のセパレータ間に介装される電解質・電極接合体を製造する方法において、
前記アノード側電極を設ける工程と、
前記アノード側電極に酸化物イオンを移動させる電解質を積層した後、前記アノード側電極及び前記電解質に対して焼成処理を施す工程と、
焼成処理された前記電解質上に前記カソード側電極を設ける工程と、
前記カソード側電極上に、該カソード側電極に比して電子伝導度が大きく、且つ前記ボス部を経由して移動してきた電子が酸素と結合して該酸素を還元する還元反応が生じるための反応場となることが可能な物質からなる層を、１０μｍ以下の厚みで設ける工程と、
を有することを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の製造方法において、前記カソード側電極上に前記層を設けた後、該カソード側電極及び該層に対して焼成処理を施すことを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
【請求項７】
請求項５記載の製造方法において、前記カソード側電極に対して焼成処理を施した後に前記層を設け、次いで、該層に対して焼成処理を施すことを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
【請求項８】
アノード側電極とカソード側電極との間に電解質が配設されて形成されるとともに、ボス部が突出形成された１組のセパレータ間に介装される電解質・電極接合体を製造する方法において、
酸化物イオンが伝導可能に調製された物質の粉末を焼成処理して前記電解質を設ける工程と、
前記電解質の一端面に前記アノード側電極を設ける工程と、
前記電解質の他端面に前記カソード側電極を設ける工程と、
前記カソード側電極の露呈した端面に、該カソード側電極に比して電子伝導度が大きく、且つ前記ボス部を経由して移動してきた電子が酸素と結合して該酸素を還元する還元反応が生じるための反応場となることが可能な物質からなる層を、１０μｍ以下の厚みで設ける工程と、
を有することを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の製造方法において、前記電解質の一端面に前記アノード側電極を積層する一方、前記電解質の他端面に前記カソード側電極及び前記層をこの順序で積層し、次に、前記アノード側電極、前記カソード側電極及び前記層に対して焼成処理を施すことを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
【請求項１０】
請求項８記載の製造方法において、前記アノード側電極に対して焼成処理を施し、次いで、前記電解質に前記カソード側電極及び前記層を積層した後に該カソード側電極及び該層に対して焼成処理を施すことを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
【請求項１１】
請求項８記載の製造方法において、前記アノード側電極に対して焼成処理を施し、次いで、前記電解質に前記カソード側電極を積層した後に該カソード側電極に対して焼成処理を施し、さらに、前記カソード側電極に前記層を積層した後に該層に対して焼成処理を施すことを特徴とする電解質・電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード側電極とカソード側電極との間に電解質が配設されて形成され、１組のセパレータ間に介装される電解質・電極接合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の単位セル１の要部概略縦断面図を示す。この単位セル１は、酸化物イオン（Ｏ2-）伝導体からなる固体電解質２がアノード側電極３とカソード側電極４との間に配設されて構成された電解質・電極接合体５が、１組のセパレータ６ａ、６ｂ間に介装されることによって構成される。
【０００３】
セパレータ６ａ、６ｂには、複数のボス部７ａ、７ｂがアノード側電極３又はカソード側電極４に指向してそれぞれ突出形成されており、このため、ボス部７ａ、７ｂ同士の間に凹部がそれぞれ設けられた形態となっている。すなわち、セパレータ６ａ、６ｂは、ボス部７ａ、７ｂでのみアノード側電極３又はカソード側電極４に当接する。ボス部７ａがアノード側電極３に当接するセパレータ６ａの凹部は、該アノード側電極３に燃料ガスを供給するための第１通路として使用され、その一方で、ボス部７ｂがカソード側電極４に当接するセパレータ６ｂの凹部は、該カソード側電極４に酸化剤ガスを供給するための第２通路として使用される。
【０００４】
ＳＯＦＣは、上記のように構成された単位セル１が所定個数だけ積層されることによって構成される。そして、前記第１通路に燃料ガス（例えば、水素含有ガス）が流通されるとともに前記第２通路に酸化剤ガス（例えば、空気）が流通されて運転が開始される。
【０００５】
この運転の際、図７に拡大して示すように、カソード側電極４では、セパレータ６ｂのボス部７ｂを介して該カソード側電極４に到達した電子と、酸化剤ガス中の酸素との反応が起こり、その結果、酸化物イオン（Ｏ2-）が生成する。この酸化物イオンは、電解質内を伝導してアノード側電極３に到達し、該アノード側電極３に供給された燃料ガス中の水素と反応を起こす。これにより、水分と電子が生成する。このうち、電子は、燃料電池に電気的に接続された外部負荷を付勢する電気エネルギとして使用された後、セパレータ６ｂのボス部７ｂを介してカソード側電極４に到達する。
【０００６】
ところで、上記から諒解されるように、カソード側電極４への電子の流入はボス部７ｂでのみ起こるので、ボス部７ｂ近傍以外の箇所で酸素と電子とが反応することは困難である。換言すれば、燃料電池には、反応領域が小さいという不具合がある。
【０００７】
反応領域を大きくするためには、ボス部７ｂの個数を増加すればよい。しかしながら、この場合、セパレータ６ｂを成形することや酸化剤ガスを流通させることが困難となるという不具合を招く。
【０００８】
そこで、特許文献１には、カソード側電極（酸化剤極）とセパレータとの間に集電体を配設し、この中のカソード側電極と集電体との間に非酸化性の金属、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄを点在状態で付着させることが提案されている。該特許文献１によれば、カソード側電極と集電体の接触界面における交換電流密度を上昇させ、接触抵抗を低減させることができるので、燃料電池の性能向上を図ることができる、とのことである。
【０００９】
また、特許文献２には、燃料電池の発電効率を向上させるべく、カソード側電極及びアノード側電極とセパレータとの間に集電体を配置するとともに、少なくともいずれか一方の集電体を、電極側からセパレータ側に指向する方向に気孔率が大きくなる多孔質体で構成することが提案されている。
【００１０】
さらに、特許文献３には、円筒型燃料電池において、セパレータと類似の機能を営むインターコネクタを、ランタンクロマイト層及びランタンクロマイトと酸化ニッケルの混合層の２層構造、又は、前記２層にさらに酸化ニッケル層を積層した３層構造とし、これにより電子導電性が高く且つ集電材との接触抵抗を小さくすることが提案されている。セパレータに層を設けることは、特許文献４にも記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−７３１８号公報
【特許文献２】特開２００２−３５８９８０号公報
【特許文献３】特開２００３−２４３００１号公報
【特許文献４】特開平５−２５１０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、金属粉末を点在させるようにしているので、反応領域を大きくすることはできない。また、上記した金属は酸素を還元する能力がないので、カソード側電極における酸素の還元反応の効率を向上させることもできない。
【００１３】
また、特許文献２に記載された電解質（多孔質体）を作製する場合、気孔率を漸次的に変化させる必要があるが、このような多孔質体を設けるためには、作業環境を厳密に管理しなければならず、煩雑である。
【００１４】
そして、特許文献３又は特許文献４に記載された技術では、インターコネクタ又はセパレータを多層構造にしているが、前記単位セル１におけるセパレータ６ｂをこのような多層構造にしたとしても、該セパレータ６ｂとカソード側電極４はボス部７ｂ以外では当接しないため、反応領域を増加させることはできない。
【００１５】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、カソード側電極における酸素の還元反応領域を大きくすることが可能であるとともに該還元反応の効率を向上させることが可能であり、このためにセパレータとカソード側電極との接触抵抗や、ＳＯＦＣの過電圧を低減することが可能な電解質・電極接合体及びその製造方法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】
【００１６】
前記の目的を達成するために、本発明は、アノード側電極とカソード側電極との間に電解質が配設されて形成され、１組のセパレータ間に介装される電解質・電極接合体において、
前記セパレータにボス部が突出形成され、
前記カソード側電極と前記セパレータの前記ボス部との間に、前記カソード側電極に比して電子伝導度が大きく、且つ前記ボス部を経由して移動してきた電子が酸素と結合して該酸素を還元する還元反応が生じるための反応場となることが可能な物質からなる層が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
このような構成とすることにより、カソード側電極側のセパレータに移動してきた電子が前記層の全域にわたって拡散する。その一方で、この層が還元反応の反応場となるので、カソード側電極側のセパレータに供給された酸化剤ガス中の酸素は、セパレータとカソード側電極との当接箇所近傍のみならず、この層の全域で該層に拡散した電子によって還元される。なお、以下においては、還元反応の反応場となることを「酸素還元能を有する」、「還元可能である」等と表すこともある。
【００１８】
すなわち、本発明によれば、酸素を還元させるための反応領域を著しく大きくすることができる。このため、過電圧を低減することができる。
【００１９】
しかも、前記層がカソード側電極に比して高い電子伝導度を示すので、カソード側電極にセパレータを直接当接させる場合に比して、両者間の接触抵抗を低減することもできる。
【００２０】
このように、本発明によれば、過電圧や接触抵抗を低減させることができるので、大電流密度であっても高電圧で発電する、換言すれば、電圧の損失が少ない燃料電池を構成することができる。
【００２１】
ここで、特表２００３−５０１７９６号公報には、銅又は銅合金からなるカソード側電極が酸化することを抑制するべく、該カソード側電極をＡｌ2Ｏ3等の耐酸化材料からなる層で被覆することが記載されている。すなわち、特表２００３−５０１７９６号公報記載の発明においても、カソード側電極に層が設けられる。しかしながら、Ａｌ2Ｏ3は絶縁体であり、また、酸素還元能もないという点で、本発明と大きく相違する。
【００２２】
前記層の材質の好適な例としては、少なくとも、希土類元素Ａ、遷移金属元素Ｃ、及び酸素Ｏを含有する複合酸化物であり、アルカリ土類金属元素をＢで表すとき、組成式がＡxＢ1-xＣＯ3（ただし、０．５≦ｘ≦１．０）である物質を挙げることができる。
【００２３】
希土類元素Ａの具体例としては、Ｌａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒの群から選択された少なくともいずれか１種が挙げられ、遷移金属元素Ｃの具体例としては、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｇａの群から選択された少なくともいずれか１種が挙げられる。また、複合酸化物にアルカリ土類金属元素Ｂが含まれるときには、その具体例として、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの群から選択された少なくともいずれか１種が挙げられる。
【００２４】
この種の化合物の代表的なものとしては、ペロブスカイト型複合酸化物を例示することができる。
【００２５】
なお、前記層の厚みは１０μｍ以下に設定されるが、１〜５μｍであることがより好ましい。厚みを小さくすることにより、カソード側電極の材質と熱膨張率が相違することに起因して該層がカソード側電極から剥離することを回避することができる。
【００２６】
また、本発明は、アノード側電極とカソード側電極との間に電解質が配設されて形成されるとともに、ボス部が突出形成された１組のセパレータ間に介装される電解質・電極接合体を製造する方法において、
前記アノード側電極を設ける工程と、
前記アノード側電極に酸化物イオンを移動させる電解質を積層した後、前記アノード側電極及び前記電解質に対して焼成処理を施す工程と、
焼成処理された前記電解質上に前記カソード側電極を設ける工程と、
前記カソード側電極上に、該カソード側電極に比して電子伝導度が大きく、且つ前記ボス部を経由して移動してきた電子が酸素と結合して該酸素を還元する還元反応が生じるための反応場となることが可能な物質からなる層を、１０μｍ以下の厚みで設ける工程と、
を有することを特徴とする。
【００２７】
このような手順で、アノード側電極の厚みが最大である支持膜型の電解質・電極接合体を得ることができる。この場合、電解質及びカソード側電極の各厚みを小さくすることができ、結局、厚みの小さい電解質・電極接合体を構成することができる。従って、燃料電池の積層方向の厚みを小さくすることもできる。
【００２８】
工程数を少なくするには、カソード側電極上に前記層を設けた後、該カソード側電極及び該層に対して焼成処理を施すようにしてもよい。
【００２９】
又は、カソード側電極に対して焼成処理を施した後に前記層を設け、次いで、該層に対して焼成処理を施すようにしてもよい。
【００３０】
さらに、本発明は、アノード側電極とカソード側電極との間に電解質が配設されて形成されるとともに、ボス部が突出形成された１組のセパレータ間に介装される電解質・電極接合体を製造する方法において、
酸化物イオンが伝導可能に調製された物質の粉末を焼成処理して前記電解質を設ける工程と、
前記電解質の一端面に前記アノード側電極を設ける工程と、
前記電解質の他端面に前記カソード側電極を設ける工程と、
前記カソード側電極の露呈した端面に、該カソード側電極に比して電子伝導度が大きく、且つ前記ボス部を経由して移動してきた電子が酸素と結合して該酸素を還元する還元反応が生じるための反応場となることが可能な物質からなる層を、１０μｍ以下の厚みで設ける工程と、
を有することを特徴とする。
【００３１】
この手順によって、自立膜型の電解質・電極接合体を製造することができる。すなわち、本発明によれば、支持膜型、自立膜型のいずれの電解質・電極接合体も製造することが可能である。
【００３２】
工程数を最も少なくするには、電解質の一端面にアノード側電極を積層する一方、電解質の他端面にカソード側電極及び前記層をこの順序で積層し、次に、アノード側電極、カソード側電極及び層に対して同時に焼成処理を施すようにすればよい。
【００３３】
又は、アノード側電極に対して焼成処理を施し、次いで、電解質にカソード側電極及び前記層を積層した後に該カソード側電極及び該層に対して焼成処理を施すようにしてもよい。アノード側電極に対して焼成処理を施し、次いで、電解質にカソード側電極を積層した後に該カソード側電極に対して焼成処理を施し、さらに、カソード側電極に前記層を積層した後に該層に対して焼成処理を施すようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、セパレータとカソード側電極との間に、該カソード側電極に比して電子伝導度が大きく、且つ酸素還元能を有する材質からなる層を回想するようにしている。このため、セパレータとカソード側電極との接触抵抗が低減する。しかも、電子と酸素との反応領域が著しく大きくなるので、過電圧も低減する。従って、内部抵抗が低く、このために大電流密度であっても高電圧で放電する燃料電池を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明に係る電解質・電極接合体及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図６及び図７に示される構成要素に対応する構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態に係る電解質・電極接合体を有する燃料電池の単位セルの要部概略縦断面図を図１に示す。この単位セル１０においては、アノード側電極３とカソード側電極４との間に固体電解質２が介装されており、これらが互いに接合されることにより電解質・電極接合体１２が構成されている。
【００３７】
この場合、アノード側電極３は、Ｎｉと、Ｙ2Ｏ3が８ｍｏｌ％程度ドープされた安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）との混合粉末の焼結体であるＮｉＯ／８ＹＳＺからなり、一方、カソード側電極４は、ペロブスカイト型酸化物であるＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｆｅ0.8Ｃｏ0.2Ｏ3からなる。また、固体電解質２はＹＳＺ製である。
【００３８】
電解質・電極接合体１２は、さらに、カソード側電極４の一端面に設けられた電子拡散層１４を有する。この電子拡散層１４の材質としては、前記燃料電池の運転温度において、カソード側電極４の材質であるＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｆｅ0.8Ｃｏ0.2Ｏ3に比して電子伝導度が大きく、且つ酸素を還元することが可能な物質が選定される。そのような物質であれば特に限定されるものではないが、希土類元素Ａ、遷移金属元素Ｃ、及び酸素Ｏを含有する複合酸化物を好適な例として挙げることができる。この種の複合酸化物の組成式は、ＡＣＯ3で表される。
【００３９】
希土類元素Ａの好適な例としては、Ｌａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒの群から選択された少なくともいずれか１種を挙げることができ、一方、遷移金属元素Ｃの好適な例としては、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｇａの群から選択された少なくともいずれか１種を挙げることができる。このような複合酸化物の具体例としては、ＬａＣｏＯ3が挙げられる。
【００４０】
複合酸化物は、希土類元素Ａの一部がアルカリ土類金属元素Ｂに置換されたものであってもよい。すなわち、複合酸化物は、組成式がＡxＢ1-xＣＯ3（ただし、０．５≦ｘ≦１．０）で表されるものであってもよい。
【００４１】
アルカリ土類金属Ｂの好適な例としては、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの群から選択された少なくともいずれか１種を挙げることができる。このようなアルカリ土類金属Ｂを含有する複合酸化物の具体例としては、Ｌａ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3が挙げられる。
【００４２】
電子拡散層１４の厚みが過度に大きいと、前記燃料電池を運転温度まで昇温した際、該電子拡散層１４とカソード側電極４の熱膨張率の差に起因して、電子拡散層１４がカソード側電極４から剥離したりすることがある。このような事態が生じることを回避するべく、電子拡散層１４の厚みを１０μｍとすることが好ましい。電子拡散層１４の一層好ましい厚みは、１〜５μｍの範囲内である。
【００４３】
このように構成された電解質・電極接合体１２が１組のセパレータ６ａ、６ｂによって挟持されることにより、単位セル１０が構成される。これらセパレータ６ａ、６ｂにはボス部７ａ、７ｂがそれぞれ形成されており、このボス部７ａ、７ｂ同士の間が、燃料ガスが流通される第１通路、又は酸化剤ガス流通される第２通路として機能する。
【００４４】
本実施の形態に係る電解質・電極接合体１２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００４５】
前記燃料電池は、この単位セル１０が所定個数だけ積層されることによって構成される。そして、外部からセパレータ６ａに燃料ガス（例えば、水素含有ガス）が流通されるとともに、セパレータ６ｂに酸化剤ガス（例えば、空気）が流通されて運転が開始される。
【００４６】
燃料ガスが第１通路（ボス部７ａ同士の間）を通過してアノード側電極３に到達するとともに、酸化剤ガスが第２通路（ボス部７ｂ同士の間）を通過して電子拡散層１４の表面全域に到達する。その一方で、図２に拡大して示すように、カソード側電極４側に配置されたセパレータ６ｂのボス部７ｂには、アノード側電極３で生成して外部負荷を経由した電子が到達する。
【００４７】
この電子は、ボス部７ｂから電子拡散層１４に移動する。該電子拡散層１４における電子伝導度がカソード側電極４に比して大きいため、この電子の移動は、ボス部７ｂからカソード側電極４に電子を直接移動させるよりも容易に起こる。すなわち、ボス部７ｂから電子拡散層１４を経由してカソード側電極４に電子を移動させることにより、接触抵抗を低減させることができる。なお、電子拡散層１４が電子伝導性であることから、電子は、該電子拡散層１４の全域にわたって拡散する。
【００４８】
上記したように、電子拡散層１４は、酸素を還元することが可能な物質、例えば、ＬａＣｏＯ3やＬａ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3等からなる。このため、電子拡散層１４の表面全域に拡散した酸化剤ガス中の酸素は、ボス部７ｂから移動した電子と反応して還元され、酸化物イオンに変化する。
【００４９】
この還元反応は、電子拡散層１４の全域で起こる。上記したように、ボス部７ｂから移動した電子が酸素と同様に電子拡散層１４の全域にわたって拡散しているからである。このことから諒解されるように、電子拡散層１４を設けて電解質・電極接合体１２を構成することにより、カソード側電極４におけるボス部７ｂ近傍でのみ還元反応が生じる従来技術に係る電解質・電極接合体５（図６参照）に比して、反応領域を著しく大きくすることができる。このように反応領域が大きな電解質・電極接合体１２を有する燃料電池では、過電圧が低減する。
【００５０】
すなわち、本実施の形態によれば、接触抵抗や過電圧が低減するので、前記燃料電池の内部抵抗が小さくなる。従って、この燃料電池においては、大電流密度で発電する際にも電圧降下の度合いが小さくなる。
【００５１】
ここで、電子拡散層１４が設けられていない従来技術に係る電解質・電極接合体５を備える単位セル１と、電子拡散層１４が設けられた本実施の形態に係る電解質・電極接合体１２を備える単位セル１０とに対し、電流密度を種々変化させて発電試験を行った際の端子電圧を併せて図３に示す。なお、単位セル１、１０の双方において、アノード側電極３、固体電解質２、カソード側電極４は、それぞれ、ＮｉＯ／８ＹＳＺ、ＹＳＺ、Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｆｅ0.8Ｃｏ0.2Ｏ3からなる。また、単位セル１０における電子拡散層１４はＬａＣｏＯ3からなり、発電試験では、各単位セル１、１０の運転温度を７００℃として、水素の流量を２０ｍｌ／分、空気の流量を１００ｍｌ／分とした。
【００５２】
この図３から、上記したように、電子拡散層１４を設けることによって、発電セル（燃料電池）を大電流密度で発電させても電圧降下を小さくすることが明らかである。
【００５３】
電解質・電極接合体１２は、次のようにして製造することができる。
【００５４】
始めに、電解質・電極接合体１２が支持膜型である場合の製造方法につき、図４を参照して説明する。
【００５５】
この場合、先ず、アノード側電極３が作製される。具体的には、ＮｉＯとＹＳＺの混合粉末を、バインダ、溶媒、造孔材とともにプレス成形又はシート成形によってアノード側電極３の形状に成形加工する。この成形体を脱脂した後に仮焼して、仮焼体とする。
【００５６】
次いで、この仮焼体の一端面にペースト状のＹＳＺを印刷する。印刷方法としては、スクリーン印刷法等の公知方法を採用することができる。その後、１４００℃程度で焼成処理し、アノード側電極３を焼結体とするとともに固体電解質２を設ける。
【００５７】
次いで、固体電解質２上にペースト状のＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｆｅ0.8Ｃｏ0.2Ｏ3を印刷した後、さらに、このペースト上に電子拡散層１４となる物質、例えば、ＬａＣｏＯ3やＬａ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3等のペーストを印刷する。そして、１０００〜１２００℃程度で焼成処理を施せば、カソード側電極４と電子拡散層１４とが固体電解質２上にこの順序で形成される。
【００５８】
この場合、固体電解質２やカソード側電極４の厚みを小さくすることができるので、電解質・電極接合体１２、ひいては燃料電池の積層方向の厚みを小さくすることができるという利点がある。
【００５９】
なお、図４に破線及び括弧で示したように、Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｆｅ0.8Ｃｏ0.2Ｏ3のペーストを固体電解質２上に印刷した後、焼成処理を行ってカソード側電極４を設けるようにしてもよい。この場合、カソード側電極４上に電子拡散層１４となる物質のペーストを印刷すればよい。この場合、工程数が増加するものの、カソード側電極４を確実に設けることができる。
【００６０】
いずれの場合においても、スラリーコートによって電子拡散層１４を設けるようにしてもよい。
【００６１】
次に、電解質・電極接合体１２が自立膜型である場合の製造方法につき、図５を参照して説明する。
【００６２】
この製造方法においては、固体電解質２が先ず作製される。すなわち、８ＹＳＺの粉末を、バインダ及び溶媒とともにシート成形して固体電解質２の形状に成形加工する。この成形体を脱脂した後に焼成処理して、８ＹＳＺからなるシート状の固体電解質２を設ける。
【００６３】
次いで、固体電解質２の一端面に、ＮｉＯ／８ＹＳＺのペーストを印刷する。その一方で、他端面にＬａ0.6Ｓｒ0.4Ｆｅ0.8Ｃｏ0.2Ｏ3のペーストを印刷した後、該ペースト上に、ＬａＣｏＯ3やＬａ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3等のペーストを印刷する。
【００６４】
最後に、１０００〜１２００℃程度で前記３種のペーストを焼成処理して焼き付ければ、固体電解質２の一端面側にアノード側電極３が設けられ、且つ他端面側にカソード側電極４及び電子拡散層１４が設けられた電解質・電極接合体１２が得られるに至る。
【００６５】
この製造方法では、両電極３、４を焼き付ける際の温度を比較的低くすることができる。
【００６６】
なお、図５に破線及び括弧で示すように、カソード側電極４を焼き付けた後に電子拡散層１４となるペーストを印刷するようにしてもよい。また、アノード側電極３を焼き付けた後にカソード側電極４となるペーストを印刷し、このペーストを焼き付けてカソード側電極４を設けた後に電子拡散層１４となるペーストを印刷するようにしてもよい。
【００６７】
勿論、電子拡散層１４をスラリーコートによって設けるようにしてもよい。
【００６８】
以上のようにして得られた電解質・電極接合体１２から単位セル１０を構成するには、さらに、アノード側電極３及びカソード側電極４の露呈した各一端面にセパレータ６ａ、６ｂを配置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本実施の形態に係る電解質・電極接合体を有する燃料電池の単位セルの要部概略縦断面図である。
【図２】図１の要部拡大説明図である。
【図３】図１の単位セルと、従来技術に係る単位セルとを種々の電流密度で発電させた際の端子電圧の変化を示すグラフである。
【図４】支持膜型の電解質・電極接合体の製造方法のフローチャートである。
【図５】自立膜型の電解質・電極接合体の製造方法のフローチャートである。
【図６】従来技術に係る電解質・電極接合体を有する燃料電池の単位セルの要部概略縦断面図である。
【図７】図６の要部拡大説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１、１０…単位セル                    ２…固体電解質
３…アノード側電極                    ４…カソード側電極
５、１２…電解質・電極接合体          ６ａ、６ｂ…セパレータ
７ａ、７ｂ…ボス部                    １４…電子拡散層
【図１】
0004705336.tif 000002
【図２】
0004705336.tif 000003
【図３】
0004705336.tif 000004
【図４】
0004705336.tif 000005
【図５】
0004705336.tif 000006
【図６】
0004705336.tif 000007
【図７】
0004705336.tif 000008