(57)【要約】【課題】  水素透過性金属層、導電材およびそれらの間に挟まれる電解質層を備えた燃料電池の製造方法であって、電解質層が有する微細孔を介しての短絡を防止することが可能な燃料電池の製造方法を提供する。【解決手段】  水素を選択的に透過する水素透過性金属層を備えた燃料電池の製造方法であって、まず、水素透過性金属層上に電解質層を形成し、所定条件下で、少なくとも前記電解質層が有する微細孔内において、前記電解質層から化学反応により絶縁物質を生成し、該絶縁物質により微細孔を塞ぎ、微細孔を塞いだ電解質層上に、導電材を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を選択的に透過する水素透過性金属層を備えた燃料電池の製造方法であって、
（ａ）前記水素透過性金属層上に電解質層を形成する工程と、
（ｂ）所定条件下で、少なくとも前記電解質層が有する微細孔内において、前記電解質層から化学反応により絶縁物質を生成し、該絶縁物質により前記微細孔を塞ぐ工程と、
（ｃ）前記微細孔を塞いだ前記電解質層上に、導電材を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池の製造方法において、
前記工程（ｂ）において、前記電解質層上にも前記絶縁物質が生成される場合に、
前記工程（ｂ）の後であって、前記工程（ｃ）の前に、
（ｄ）前記電解質層上に生成された前記絶縁物質を除去する工程をさらに備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池の製造方法において、
前記工程（ａ）の後であって、前記工程（ｂ）の前に、
（ｅ）前記化学反応を促進する触媒を前記電解質層に担持する工程をさらに備え、
前記工程（ｂ）においては、前記電解質層上にも、前記絶縁物質が生成される場合に、
前記工程（ｂ）の後であって、前記工程（ｃ）の前に、
（ｆ）前記電解質層上に生成された前記絶縁物質を、前記電解質層上に担持されている前記触媒と共に除去する工程をさらに備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池の製造方法において、
前記工程（ａ）の後であって、前記工程（ｂ）の前に、
（ｇ）前記微細孔上を除く前記電解質層上に保護膜を形成する工程をさらに備え、
前記工程（ｂ）の後であって、前記工程（ｃ）の前に、
（ｈ）前記電解質層上に形成された前記保護膜を除去する工程をさらに備えたことを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池の製造方法において、
前記所定条件下とは、少なくとも炭素元素および酸素元素を含む雰囲気下であることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１または請求項５に記載の燃料電池の製造方法において、
前記所定条件下とは、前記電解質層を４００℃〜８００℃の温度とすることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池の製造方法において、
前記電解質層に対してレーザ照射もしくは通電加熱することにより、前記電解質層を４００℃〜８００℃の温度とすることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池の製造方法において、
前記導電材は、燃料電池の電極をなす電極材であることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質層と共に水素透過性金属層を備える燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素などの燃料と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。一般的に、燃料電池は、２つの電極の間に電解質層を挟んだサンドイッチ構造になっている。これら２つの電極に挟まれる電解質層は、一方の電極から他方の電極へイオンを伝導する役割を担っており、そのイオン伝導性を向上させるために膜抵抗を低くすることが望まれている。電解質層の膜抵抗を低くするためには、電解質層の膜厚をできるだけ薄くする必要があり、電解質層の薄膜化が望まれている。
【０００３】
一方、燃料電池として、様々な種類の燃料電池が提案されており、例えば、水素を選択的に透過する水素透過性金属層を備えた燃料電池がある。この燃料電池は、例えば、緻密な金属薄膜である水素透過性金属層上にプロトン伝導性を有するセラミックなどの固体酸化物からなる電解質層を形成し、さらにその上に電極などの導電性を有する導電材を形成する。
なお、水素透過性金属層を備えた燃料電池として、例えば、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。かかる特許文献１には、プロトン伝導性を有する電解質層のアノード側に、水素透過性を有するパラジウム系金属膜を配設した燃料電池が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２９９１０５号公報
【０００５】
しかしながら、水素透過性金属層を備えた燃料電池において、上述のように水素透過性金属層上に固体酸化物からなる電解質層を薄く形成しようとすると、この電解質層に、極めて微細なマイクロクラックやピンホール等の微細孔が発生する可能性がある。このような微細孔が生じた電解質層上に、導電材を形成すると、微細孔中に導電材を形成する導電材料が入り込んでしまい、水素透過性金属層と導電材との間が短絡し、電池性能が低下するという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題にかんがみてなされたものであり、水素透過性金属層、導電材およびそれらの間に挟まれる電解質層を備えた燃料電池の製造方法であって、電解質層が有する微細孔を介しての水素透過性金属層と導電材との間の短絡を防止することが可能な燃料電池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】
【０００７】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池の製造方法は、水素を選択的に透過する水素透過性金属層を備えた燃料電池の製造方法であって、
（ａ）前記水素透過性金属層上に電解質層を形成する工程と、
（ｂ）所定条件下で、少なくとも前記電解質層が有する微細孔内において、前記電解質層から化学反応により絶縁物質を生成し、該絶縁物質により前記微細孔を塞ぐ工程と、
（ｃ）前記微細孔を塞いだ前記電解質層上に、導電材を形成する工程と、
を備えたことを要旨とする。
【０００８】
このようにすれば、水素透過性金属層上に形成された電解質層が有する微細孔を、電解質層から化学反応により生成される絶縁物質で塞ぎ、その電解質層上に導電材を形成するので、導電材料が微細孔に入り込むことに起因する水素透過性金属層と導電材との短絡を抑制することができる。従って、短絡に起因する燃料電池の電池性能低下を防止することができる。
【０００９】
なお、本明細書において、絶縁物質とは、導電性がない物質だけでなく、極めて導電性が低い低導電性物質を含む概念である。
【００１０】
上記燃料電池の製造方法において、
前記工程（ｂ）において、前記電解質層上にも前記絶縁物質が生成される場合に、
前記工程（ｂ）の後であって、前記工程（ｃ）の前に、
（ｄ）前記電解質層上に生成された前記絶縁物質を除去する工程をさらに備えるようにしてもよい。
【００１１】
このようにすれば、絶縁物質が電解質層上に生成された場合であっても、絶縁物質が除去された電解質層上に導電材を形成することができ、電池性能を向上させることができる。
【００１２】
上記燃料電池の製造方法において、
前記工程（ａ）の後であって、前記工程（ｂ）の前に、
（ｅ）前記化学反応を促進する触媒を前記電解質層に担持する工程をさらに備え、
前記工程（ｂ）においては、前記電解質層上にも、前記絶縁物質が生成される場合に、
前記工程（ｂ）の後であって、前記工程（ｃ）の前に、
（ｆ）前記電解質層上に生成された前記絶縁物質を、前記電解質層上に担持されている前記触媒と共に除去する工程をさらに備えるようにしてもよい。
【００１３】
このようにすれば、電解質層に担持された触媒により、絶縁物質を生成する化学反応を促進することができ、効率的に絶縁物質を生成することができる。また、絶縁物質が電解質層上に生成された場合であっても、絶縁物質を担持された触媒と共に除去するので、それらが除去された電解質層上に導電材を形成することができ、電池性能を向上させることができる。
【００１４】
上記燃料電池の製造方法において、
前記工程（ａ）の後であって、前記工程（ｂ）の前に、
（ｇ）前記微細孔上を除く前記電解質層上に保護膜を形成する工程をさらに備え、
前記工程（ｂ）の後であって、前記工程（ｃ）の前に、
（ｈ）前記電解質層上に形成された前記保護膜を除去する工程をさらに備えるようにしてもよい。
【００１５】
このようにすれば、微細孔を除く電解質層上に保護膜を形成するので、電解質層上には、絶縁物質が生成されない。従って、電解質層上から絶縁物質を除去する必要がなく、一方、保護膜は簡単に除去することができるので、効率的に本発明の燃料電池を製造することができる。
【００１６】
また、上記所定条件下は、少なくとも炭素元素および酸素元素を含む雰囲気下であればよい。例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、空気、アルコール、およびオイル等の雰囲気下、もしくは、これらの組み合わせの雰囲気下としてもよい。さらに、上記所定条件下は、前記電解質層を４００℃〜８００℃の温度としてもよい。また、上記所定条件下は、少なくとも炭素元素および酸素元素を含む雰囲気下であり、かつ、前記電解質層を４００℃〜８００℃の温度とするようにしてもよい。
【００１７】
なお、前記電解質層を４００℃〜８００℃の温度とする場合には、電解質層に対して、レーザ照射、もしくは、通電加熱を用いる。
【００１８】
このようにすれば、電解質層のみを４００℃〜８００℃の温度とすることができるので、水素透過性金属層に過度の熱負荷がかからず、熱負荷による水素透過性金属層の組成変化または組織変化が起こることを抑制することができる。
【００１９】
また、上記導電材は、燃料電池の電極をなす電極材としてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下では、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の手順で説明する。
Ａ．燃料電池の概要：
Ｂ．第１の実施例：
Ｂ１．水素透過性金属層を用意：
Ｂ２．水素透過性金属層上に電解質層を形成：
Ｂ３．ＣＯ２雰囲気下で熱処理：
Ｂ４．絶縁物質の除去：
Ｂ５．電極部を形成：
Ｂ６．効果：
Ｃ．第２の実施例：
Ｃ１．電解質層に触媒を担持：
Ｃ２．ＣＯ２雰囲気下で熱処理：
Ｃ３．効果：
Ｄ．第３の実施例：
Ｄ１．電解質層上に樹脂をコーティング：
Ｄ２．ＣＯ２雰囲気下で熱処理：
Ｄ３．樹脂の除去：
Ｄ４：効果：
Ｅ．変形例：
【００２１】
Ａ．燃料電池の概要：
本発明の燃料電池の製造方法について説明する前に、水素透過性金属層を備えた燃料電池の概要について説明する。
一般的に、燃料電池は、上述したように、２つの電極の間に、電解質層を挟んだサンドイッチ構造になっている。これら２つの電極には、電子を放出して酸化反応を起こすアノードと、電子を受け取って還元反応を起こすカソードとがある。水素透過性金属層を備えた燃料電池は、アノード側には、水素（ガス）が供給され、カソード側には、酸素（ガス）や酸素を含んだ空気などが供給され、アノードで酸化反応、カソードで還元反応が起こる。すなわち、アノードでは、水素が電子を放出してプロトンが生成され、そのプロトンが電解質層を伝導し、カソードで電子を受け取り酸素と反応することで電池として機能する。
【００２２】
Ｂ．第１の実施例：
図１は、本発明の第１の実施例における燃料電池を製造する工程を示したフローチャートである。このフローチャートには、各工程に形成される部材等も図示してある。
それでは、本発明の第１の実施例としての燃料電池を製造する方法を、図１に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
【００２３】
Ｂ１．水素透過性金属層の用意：
まず、図１に示すステップＳ１００の工程では、基材として水素透過性金属層１０を用意する。この水素透過性金属層１０は、水素を選択的に透過し、本実施例においてはアノードとして機能する。また、本実施例では、水素透過性金属層１０として、パラジウム（Ｐｄ）を用い、水素透過性金属層１０の厚さは５０μｍとした。この厚さは、燃料電池の用途に応じて任意に設定可能である。
【００２４】
Ｂ２．水素透過性金属層上に電解質層を形成：
次に、図１に示すステップＳ１１０の工程では、ステップＳ１００で用意した水素透過性金属層１０上に電解質層２０を形成する。本実施例の電解質層２０は、プロトン伝導体として、セラミック系の固体酸化物であるペロブスカイトで構成されている。具体的には、ペロブスカイトとして、バリウムセレート（ＢａＣｅＯ３）、ストロンチウムセレート（ＳｒＣｅＯ３）、カルシウムセレート（ＣａＣｅＯ３）、ストロンチウムジルコネート（ＳｒＺｒＯ３）、バリウムジルコネート（ＢａＺｒＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）などを用いる。
【００２５】
このステップＳ１１０の工程では、膜抵抗を低くするために電解質層２０をできるだけ薄く形成する。しかし、上述したように電解質層２０は、セラミック系の固体酸化物から構成されるため比較的もろく、電解質層２０を薄く形成しようとすると、マイクロクラックやピンホールなどの微細孔を生じてしまう。本実施例では、電解質層２０を形成した際に、微細孔としてピンホール３０が生じたものとし、その様子を図１のステップＳ１１０に示す。図では、ピンホール３０は、１０ｎｍ程度の大きさとしているが、実際には、ピンホール３０の大きさは、電解質層２０が形成される状況によって種々の大きさとなる。
【００２６】
電解質層２０を形成する方法は、例えば、レーザーアプレーション法、物理蒸着、化学蒸着、スパッタリング、ゾルゲル法など、種々の方法で行うことができる。
【００２７】
なお、本実施例では、電解質層２０の厚さは１μｍとした。この厚さは、燃料電池の用途に応じて任意に設定可能である。
【００２８】
Ｂ３．ＣＯ２雰囲気下で熱処理：
次に、図１に示すステップＳ１２０の工程では、上述のように形成した電解質層２０を、二酸化炭素（ＣＯ２）を含む雰囲気下に置き、４００℃〜８００℃程度で熱処理する。
【００２９】
これにより、二酸化炭素（ＣＯ２）を含む雰囲気に触れる電解質層２０上やピンホール３０内では、電解質層２０から、絶縁物質４０が分解生成される。この結果、ピンホール３０は、図１のステップＳ１２０で示すごとく、分解生成した絶縁物質４０によって、塞がれる。
【００３０】
例えば、上述の電解質層２０がバリウムセレート（ＢａＣｅＯ３）で構成されており、この電解質層２０を、上述のように少なくとも二酸化炭素（ＣＯ２）を含む雰囲気下に置き、４００℃〜８００℃程度で熱処理すると、この電解質層２０から絶縁物質４０である炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、もしくは、セリア（ＣｅＯ２）を分解生成することができ、これらによりピンホール３０を塞ぐことができる。
【００３１】
また、上述のように電解質層２０を４００℃〜８００℃程度に熱処理する方法としては、レーザ照射、もしくは、通電加熱を用いる。レーザ照射は、電解質層２０にレーザを照射することにより発熱させる方法である。このレーザ照射は、電解質層２０のみに行う。また、通電加熱は、電解質層２０に対して、高電圧を印加し、絶縁破壊させることにより、通電させ、それにより発熱させる方法である。この通電加熱では、電解質層２０が形成される水素透過性金属層１０にも電流が流れるが、水素透過性金属層１０は、電気抵抗が小さいので、ほとんど発熱せず、電気抵抗が大きい電解質層２０のみを４００℃〜８００℃程度に発熱させることができる。
【００３２】
このようなレーザ照射、もしくは、通電加熱を用いれば、電解質層２０のみを４００℃〜８００℃で熱処理することができ、水素透過性金属層１０に熱負荷をかけることがないので、熱負荷に起因する水素透過性金属層１０の組成変化もしくは組織変化を抑制することができる。
【００３３】
この工程では、二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気下としているが、絶縁物質４０の分解生成反応を促進するためには、二酸化炭素（ＣＯ２）に水蒸気（Ｈ２Ｏ）もしくは酸素（Ｏ２）を加えた雰囲気下とする方が望ましい。例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）＋水蒸気（Ｈ２Ｏ）の雰囲気下、二酸化炭素（ＣＯ２）＋酸素（Ｏ２）の雰囲気下、もしくは、二酸化炭素（ＣＯ２）＋水蒸気（Ｈ２Ｏ）＋酸素（Ｏ２）の雰囲気下としてもよい。
【００３４】
Ｂ４．絶縁物質の除去：
次に、図１に示すステップＳ１３０の工程では、図１のステップＳ１３０に示すごとく、上述のように二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気下で熱処理により分解生成された絶縁物質４０を電解質層２０上から除去する。この除去方法としては、例えば、電解質層２０上を機械研磨することにより、除去する。また、アルゴン（Ａｒ）などを照射するイオンスパッタリング法により除去してもよい。
【００３５】
Ｂ５．電極部を形成：
次に、図１に示すステップＳ１４０の工程では、上述のように研磨された電解質層２０上に電極部５０を形成する。この電極部５０は、本実施例では、カソードとして機能する。この電極部５０としては、白金（Ｐｔ）を薄膜化して用いる。白金（Ｐｔ）は、電気化学反応を促進するための触媒としての活性が高い金属だからである。
【００３６】
Ｂ６．効果：
以上のように、本実施例では、水素透過性金属層１０上に形成された電解質層２０が有するピンホール３０を電解質層２０から分解生成される絶縁物質４０で塞ぎ、その電解質層２０上に電極部５０を形成するので、電極材料がピンホール３０に入り込むことに起因する水素透過性金属層１０と電極部５０との短絡を抑制することができる。従って、短絡に起因する燃料電池の電池性能低下を抑制することができる。
【００３７】
また、電解質層２０を、４００℃〜８００℃程度で熱処理する場合に、レーザ照射または通電加熱により、電解質層２０のみを４００℃〜８００℃の温度下とすることができるので、水素透過性金属層１０に過度の熱負荷がかからず、熱負荷による水素透過性金属層１０の組成変化または組織変化が起こることを抑制することができる。
【００３８】
Ｃ．第２の実施例：
次に、本発明における第２の実施例を説明する。本発明における第２の実施例の燃料電池の製造方法では、水素透過性金属層１０を用意（図１、ステップＳ１００）し、水素透過性金属層１０上に電解質層２０を形成（図１、ステップＳ１１０）するまでの工程は、第１の実施例の燃料電池の製造方法と同じである。従って、これらの工程についての説明は、省略する。
【００３９】
本実施例の燃料電池の製造方法が、第１の実施例の燃料電池の製造方法と相違する主たる点は、水素透過性金属層１０上に電解質層２０を形成する工程の後に、電解質層２０に触媒６０を担持させる工程を追加した点である。従って、以下では、この第１の実施例と相違する工程を中心に、図２を用いて本実施例を説明する。なお、図２は、本発明の第２の実施例における燃料電池を製造する工程を示したフローチャートである。このフローチャートには、第１の実施例と相違する工程において、その工程で形成される部材等も図示してある。
【００４０】
Ｃ１．電解質層に触媒を担持：
上述のごとく水素透過性金属層１０上に電解質層２０を形成後、図２に示すステップＳ２２０の工程では、電解質層２０に触媒６０を担持させる。
【００４１】
触媒６０としては、後述のように二酸化炭素（ＣＯ２）を含む雰囲気下に置き、４００℃〜８００℃程度で熱処理した場合に、電解質層２０を分解し絶縁物質４０の生成を促進する触媒を用いる。具体的には、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等を用いる。
【００４２】
触媒６０の担持は、種々の方法で行うことができるが、例えば、ＰＶＤ法（イオンプレーティング法）で行うことができる。
【００４３】
Ｃ２．ＣＯ２雰囲気下で熱処理：
次に、図３に示すステップＳ２３０の工程では、触媒６０が担持された電解質層２０を第１の実施例におけるステップＳ１２０（図１）の工程と同様に、二酸化炭素（ＣＯ２）を含む雰囲気下に置き、４００℃〜８００℃程度で熱処理する。
【００４４】
これにより、二酸化炭素（ＣＯ２）を含む雰囲気に触れる電解質層２０上やピンホール３０内では、触媒６０によって、分解反応が促進されて絶縁物質４０が分解生成される。この結果、ピンホール３０は、図１のステップＳ１２０で示すごとく、分解生成した絶縁物質４０によって、塞がれる。
【００４５】
その後、上述のステップＳ１３０（図１）の工程と同様にして、電解質層２０上に生成された絶縁物質４０を触媒６０と共に除去し、さらに、ステップＳ１４０（図１）の工程と同様に、電極部５０を形成する。
【００４６】
Ｃ３．効果：
以上のように、本実施例では、水素透過性金属層１０上に電解質層２０を形成し、その電解質層２０に触媒６０を担持させ、二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気下で熱処理を行うので、担持させた触媒６０により、電解質層２０の分解反応が促進され、効率的に絶縁物質４０を生成することができる。
【００４７】
Ｄ．第３の実施例：
次に、本発明における第３の実施例を説明する。本発明における第３の実施例の燃料電池の製造方法では、水素透過性金属層１０を準備（図１、ステップＳ１００）し、水素透過性金属層１０上に電解質層２０を形成（図１、ステップＳ１１０）するまでの工程は、第１の実施例の燃料電池の製造方法と同じである。従って、これらの工程についての説明は、省略する。
【００４８】
本実施例の燃料電池の製造方法が、第１の実施例の燃料電池の製造方法と相違する主たる点は、水素透過性金属層１０上に電解質層２０を形成する工程の後、電解質層２０上に保護膜として樹脂７０をコーティングする工程を追加した点である。従って、以下では、この第１の実施例と相違する工程を中心に、図３を用いて本実施例を説明する。なお、図３は、本発明の第３の実施例における燃料電池を製造する工程を示したフローチャートである。このフローチャートには、第１の実施例と相違する工程において、その工程で形成される部材等も図示してある。
【００４９】
Ｄ１．電解質層上に樹脂をコーティング：
上述のごとく水素透過性金属層１０上に電解質層２０を形成後、図３に示すステップＳ３２０の工程では、電解質層２０上に保護膜として樹脂７０をコーティングする。樹脂７０は、ピンホール３０の中に入らないように電解質層２０上に非常に薄くコーティングする。本実施例では、樹脂７０を０．１μｍの厚さでコーティングした。この厚さは、樹脂７０がピンホール３０に入らない程度に設定すればよい。
【００５０】
樹脂７０は、絶縁物質４０と比べて電解質層２０の表面から容易に除去できるもの用いる。また、樹脂７０は、ピンホール３０に樹脂が入らないようにするため、粘性が高い樹脂を用いることが望ましい。樹脂７０として、種々の樹脂を用いることができるが、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂などを用いることができる。
【００５１】
このようにすれば、ピンホール３０を除いた電解質層２０上に樹脂７０をコーティングすることができる。
【００５２】
Ｄ２．ＣＯ２雰囲気下で熱処理：
次に、図３に示すステップＳ３３０の工程では、上述のように樹脂７０をコーティングした電解質層２０を、第１の実施例におけるステップＳ１２０（図１）の工程と同様に、二酸化炭素（ＣＯ２）を含む雰囲気下に置き、４００℃〜８００℃程度で熱処理する。
【００５３】
このようにすれば、電解質層２０上に樹脂７０がコーティングされているので、ステップＳ３３０に示すごとく、電解質層２０の表面は、二酸化炭素（ＣＯ２）と反応せず、電解質層２０上には絶縁物質４０が生成されない。一方、ピンホール３０内では、二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気に触れるので、電解質層２０の分解反応が起き、絶縁物質４０が分解生成される。従って、電解質層２０上に、絶縁物質４０を生成することなく、ピンホール３０を電解質層２０から分解生成された絶縁物質４０で塞ぐことができる。
【００５４】
なお、ピンホール３０内に生成される絶縁物質４０は、生成条件により、ステップＳ３３０に示すごとく、絶縁物質４０が電解質層２０の表面よりも上に生成される場合がある。
【００５５】
Ｄ３．樹脂の除去：
次に、図３に示すステップＳ３４０の工程では、上述のように二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気下で熱処理された電解質層２０に対し、溶剤を用いて電解質層２０上から樹脂７０を除去する。溶剤としては、例えば、アセトンを用いることにより、樹脂７０を容易に除去し得る。
【００５６】
樹脂７０を溶剤により除去する場合において、ピンホール３０内に生成された絶縁物質４０が電解質層２０の表面よりも上に生成されていても、図３のステップＳ３４０に示すごとく、その絶縁物質４０は、樹脂７０が溶解することにより、その樹脂７０と共に除去することができる。
【００５７】
その後、上述のステップＳ１４０（図１）の工程と同様に、電極部５０を形成する。
【００５８】
Ｄ４：効果：
以上のように、本実施例では、ピンホール３０を除いた電解質層２０上に除去しやすい樹脂７０をコーティングし、その後、二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気下で熱処理を行うので、図３のステップＳ３３０に示すごとく、電解質層２０の表面は、二酸化炭素（ＣＯ２）と反応せず、電解質層２０上には樹脂７０に比べて除去しにくい絶縁物質４０が生成されない。従って、電解質層２０上から絶縁物質４０を除去する必要がないので、効率的に燃料電池を製造することができる。
【００５９】
Ｅ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００６０】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例において、基材として用意する水素透過性金属層１０は、パラジウム（Ｐｄ）から構成されているが、本発明はこれに限られるものではなく、種々の構成とすることができる。例えば、水素透過性金属層１０は、パラジウム（Ｐｄ）合金から構成されていてもよい。また、水素透過性金属層１０は、複数の水素透過性金属層から構成されていてもよい。以下に、この場合における水素透過性金属層１０の構成例を、図４を用いて説明する。
【００６１】
図４は、本変形例における水素透過性金属層の構成例の一覧を模式的に示す説明図である。図４に示すように、水素透過性金属層の下面がガス供給面であり、上面が電解質層２０の形成面であるとする。
【００６２】
水素透過性金属層１０は、ケースＡのごとく、非常に水素透過性に優れているバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）などの５族金属から構成されていてもよい。この場合には、ガス供給面側に、触媒層としてパラジウム（Ｐｄ）を被覆するように構成する。また、水素透過性金属層１０は、ケースＢのごとく、５族金属をパラジウム（Ｐｄ）で挟んで構成してもよい。なお、ケースＡまたはケースＢの場合において、パラジウム（Ｐｄ）をパラジウム（Ｐｄ）合金としてもよいし、５族金属をバナジウム（Ｖ）−ニッケル（Ｎｉ）などの５族金属合金としてもよい。
【００６３】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例で製造される燃料電池は、水素透過性金属層１０、電解質層２０および電極部５０の３層構造となっているが、本発明はこれに限られず、電解質層と水素透過性金属層の少なくとも一方を複数備えるようにしてもよい。以下、図５を用いてこの構成例を具体的に説明する。
【００６４】
図５は、水素透過性金属層と電解質層の５層構造を有する燃料電池の構成の概略を示す模式図である。この燃料電池における５層構造部分は、上記変形例１で述べた水素透過性金属である５族金属あるいは５族金属合金で構成される基材層１００と、基材層１００の両面に成膜されて電解質層２０と同様の固体酸化物からなる電解質層１１０，１２０と、さらにそれらの外面に設けられたパラジウム（Ｐｄ）あるいはパラジウム（Ｐｄ）合金からなる被覆層１３０，１４０と、を備えている。このような場合にも、本発明を適用することで同様の効果を得ることができる。すなわち、基材層１００の両面にそれぞれ電解質層１１０，１２０を形成した後、上記実施例と同様の方法で電解質層１１０，１２０が有するピンホールなどの微細孔を塞ぎ、その上にそれぞれ被覆層１３０，１４０を形成するようにする。なお、上記実施例では、基材とした水素透過性金属層１０は、電極として機能していたが、この変形例の基材層１００は、電極として機能せず、被覆層１３０，１４０が、それぞれ電極として機能する。
【００６５】
また、図５に示した構造においても種々の変形が可能であり、例えば、被覆層１３０，１４０の一方または両方を省略してもよい。被覆層を設けない場合には、電解質層１１０、１２０におけるガス供給面側に触媒層を設けると共に、さらにその外側に多孔質な電極部材を設けてもよい。さらに、図５に示した構造において、電解質層１１０，１２０の一方を省略してもよい。
【００６６】
Ｅ３．変形例３：
上記実施例では、水素透過性金属層１０と電極部５０との間の短絡防止について説明したが、水素透過性金属層の上に電解質層を形成し、その上に電極として働かない導電材を形成する場合においても本発明を適用することができる。このようにしても、水素透過性金属層上に形成された電解質層が有する微細孔を、電解質層から化学反応により生成される絶縁物質で塞ぎ、その電解質層上に導電材を形成するので、導電材料が微細孔に入ることが無く、水素透過性金属層と導電材が短絡するのを防止することができる。従って、短絡に起因する燃料電池の電池性能低下を抑制することができる。
【００６７】
Ｅ４．変形例４：
上記実施例において、電解質層２０上に電極部５０として白金（Ｐｔ）の薄膜を用いているが、本発明はこれに限られるものではなく、種々の構成とすることが可能である。例えば、多孔質な金属もしくは導電性カーボンを用いてもよいし、水素透過性金属層を用いることもできる。
【００６８】
電極部５０を多孔質な金属で構成する場合には、構成する金属は、燃料電池の電極として安定に機能するものであればよく、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、およびニッケル合金などで構成してもよい。これらの中で、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）は、上述のように触媒活性が高いので、電極部５０を白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）で構成する場合には、電気化学反応を促進するための触媒層を設ける必要が無い。しかし、ニッケル（Ｎｉ）やニッケル合金などの触媒活性が低いものは、触媒活性の高い白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）などをＰＶＤ法（イオンプレーティング法）等で担持させて電気化学反応を促進させるようにする必要がある。
【００６９】
電極部５０を多孔質な導電性カーボンで構成する場合には、導電性カーボンは触媒活性が低いので、その表面に触媒活性が高い白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）を担持させる。
【００７０】
電極部５０を水素透過性金属層で構成する場合には、例えば、パラジウム（Ｐｄ）やパラジウム（Ｐｄ）合金を用いてもよい。また、水素透過性金属層として、変形例１で説明した図４に示す水素透過性金属層を用いてもよい。この場合においても、ガス供給面側にパラジウム（Ｐｄ）層を有するように構成する。
【００７１】
Ｅ５．変形例５：
上記実施例において、水素透過性金属層１０はアノードとして機能しているが、本発明はこれに限られるものはなく、カソードとして機能してもよい。この場合、電極部５０は、アノードとして機能する。
【００７２】
Ｅ６．変形例６：
上記実施例では、電解質層２０を構成するペロブスカイトから絶縁物質を分解生成して、ピンホール３０を孔埋めしているが、本発明はこれに限られるものではなく、電解質層２０を構成するペロブスカイトから絶縁物質を分解生成し、それによりピンホール３０を孔埋めしてもよい。
【００７３】
Ｅ７．変形例７：
上記実施例において、電解質層２０は、セラミック系の固体酸化物であるペロブスカイトで構成されているが、本発明はこれに限られるものではなく、プロトン伝導体として機能し、所定雰囲気下、もしくは、所定温度下、もしくは、所定圧力下において、化学反応によって絶縁物質（低導電性物質を含む。）生成することができる物質で構成されてもよい。
【００７４】
Ｅ８．変形例８：
上記第３の実施例では、電解質層２０上に保護膜として樹脂７０をコーティングしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、保護膜としての樹脂７０の代わりに電解質層２０上にメッキを施してもよい。このメッキを施す場合には、メッキがピンホール３０内に入らないように充分に薄く形成するようにする。また、このメッキを電解質層２０から除去する場合には、所定の溶剤を用いてもよい。
【００７５】
Ｅ９．変形例９：
上記実施例では、二酸化炭素（ＣＯ２）雰囲気下とし、さらに、二酸化炭素（ＣＯ２）に水蒸気（Ｈ２Ｏ）もしくは酸素（Ｏ２）を加えた雰囲気下とすることが望ましいとしているが、本発明はこれに限られるものではなく、少なくとも、炭素元素および酸素元素を含む雰囲気下であればよい。例えば、一酸化炭素、アルコール、およびオイル等の雰囲気下としてもよい。
【００７６】
Ｅ１０．変形例１０：
上記実施例において、電解質層２０は、緻密な水素透過性金属層１０上に形成されているが、本発明はこれに限られるものではない。電解質層２０を形成する基材は、電解質層２０を十分に薄く形成することができる程度緻密であればよく、例えば、電解質層の厚さに比べて非常に微少な孔を有する多孔質体な電極部材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施例における燃料電池を製造する工程を示したフローチャートである。
【図２】本発明の第２の実施例における燃料電池を製造する工程を示したフローチャートである。
【図３】本発明の第３の実施例における燃料電池を製造する工程を示したフローチャートである。
【図４】変形例１における水素透過性金属層の構成例の一覧を模式的に示す説明図である。
【図５】水素透過性金属層と電解質層の５層構造を有する燃料電池の構成の概略を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０...水素透過性金属層
２０...電解質層
３０...ピンホール
４０...絶縁物質
５０...電極部
６０...触媒
７０...樹脂
１００...基材層
１１０，１２０...電解質層
１３０，１４０...被覆層
【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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