(57)【要約】【課題】基板強度に優れ、薄肉化した場合でも基板剛性が高く、熱膨張による電極や電解質層の剥離や割れを防止することができ、集電ロスや短絡を生じることなく集電が可能な固体酸化物形燃料電池用セル及びセル板、さらにはこれら燃料電池用セル及びセル板の製造方法を提供する。【解決手段】多孔質基板２の電池要素形成部分上面側に第１の電極材料を埋め込むことによって第１の電極層３を形成し、下面側にはガス透過性を備えた多孔質絶縁材料７を埋め込むと共に、電池要素形成部分以外の周辺部分の上面側にはガス不透過性の絶縁材料を埋め込んで絶縁層８を形成し、下面側にはガス不透過性の導電材料９を埋め込む。そして、上記多孔質基板２の上面側には、電池要素形成部分に形成された第１の電極層３からその周囲の絶縁層８に跨って電解質層４を形成すると共に、電解質層４の上には第２の電極層５を形成し、当該第２の電極層５の上に、絶縁層８に跨がる集電層６をメッシュ状に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質金属基板に固体酸化物から成る電解質層を第１及び第２の電極層で挟持した積層構造をなす電池要素が形成された基板支持型セルであって、
上記多孔質基板における電池要素形成部分の上面側には第１の電極材料が埋め込まれて第１の電極層が形成されると共に、下面側には多孔質絶縁材料が埋め込まれ、
上記電池要素形成部分以外の多孔質基板上面側にはガス不透過性絶縁材料が埋め込まれて絶縁層が形成されると共に、下面側にはガス不透過性導電材料が埋め込まれており、
上記多孔質基板の上面側には、電池要素形成部分に形成された第１の電極層からその周囲の絶縁層に跨って電解質層が形成され、さらに
上記電解質層上に形成された第２の電極層から上記絶縁層に跨って導電材料から成る集電層がメッシュ状に形成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用セル。
【請求項２】
上記多孔質金属基板及びガス不透過性導電材料がＮｉ，Ｆｅ及びＣｒから成る群より選ばれた少なくとも１種を含む金属材料からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用セル。
【請求項３】
上記多孔質絶縁材料及びガス不透過性絶縁材料がセラミックス材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池用セル。
【請求項４】
上記ガス不透過性絶縁材料がアルミナ及び／又はジルコニアと硼珪酸ガラスの混合物であって、当該硼珪酸ガラスの含有量が質量比で１０％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池用セル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の燃料電池用セルが積層方向と略直交する方向へ２次元的に複数個連結されて一体化していることを特徴とする固体酸化物形燃料電池用セル板。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の燃料電池用セル又は請求項５に記載の燃料電池用セル板を製造する方法であって、
［１］多孔質金属基板における電池要素形成部分以外の部分の下面側にガス不透過性導電材料を充填する工程、
［２］上記電池要素形成部分以外の部分の上面側にガス不透過性絶縁材料を充填する工程、
［３］多孔質金属基板における電池要素形成部分の下面側に多孔質絶縁材料を充填する工程、
［４］ガス不透過性導電材料、ガス不透過性絶縁材料及び多孔質絶縁材料を充填した多孔質金属基材を仮焼成する工程、
［５］上記電池要素形成部分の上面側に第１の電極層を形成する工程、
［６］上記第１の電極層の上面側に電解質層を形成する工程、
［７］上記電解質層の上面に第２の電極層を形成する工程、
［８］上記第２の電極層の上面に集電層をメッシュ状に形成する工程、
を含むことを特徴とする固体酸化物形燃料電池用セル又はセル板の製造方法。
【請求項７】
第１の電極層、電解質層、第２の電極層及び集電層を真空成膜方法によって形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池用セル又はセル板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物から成る電解質を空気極及び燃料極で挟持した電池要素をガス透過性を備えた多孔質金属基板によって支持した基板支持型の固体酸化物形燃料電池に係わり、特に、固体酸化物形燃料電池用セル及びセル板、さらにはこのようなセル及びセル板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質としての固体酸化物と、この酸化物から成る固体電解質を間に挟んで互いに対向する状態に配置された燃料極と空気極とを基本構成要素として備えており、燃料極側に水素などの燃料ガスを、一方空気極側に空気などの酸化性ガスを供給することによって、電気化学反応に基づく直流電力を得ることができる。
【０００３】
一般に固体酸化物形燃料電池においては、電池の内部抵抗を減じることが電池性能の向上に繋がるために、内部抵抗を減じるための手段が種々検討されている。
この内部抵抗は、電解質抵抗と反応抵抗が支配的であって、このうち反応抵抗は材料的要素や電極ミクロ構造など、種々の要素に影響される一方、電解質抵抗は電解質材料の電気伝導性及び膜厚に影響されることから、上記電解質の膜厚を減じ、電解質部分の抵抗を減じることができるセル構造として燃料極支持型セルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
すなわち、燃料極支持型セルは、図６（ａ）に示すように、ガス透過性を備えた多孔質構造をなす燃料極基板５１上に、固体酸化物から成る電解質層５２と、空気極層５３を形成したものであって、当該セルにおいては、電荷の移動方向が膜厚方向となるため、電解質層５２の膜厚を減ずることによって電解質の抵抗を少なくすることができる。
【０００４】
一方、セラミックス材料から成る燃料極を基板として使用する燃料極支持型セルに対して、延性のある金属材料基板を使用する多孔質金属支持型セルが知られている（例えば、特許文献２参照）。
多孔質金属支持型セルは、図６（ｂ）に示すように、例えばステンレス鋼などから成る多孔質金属基板５５に、燃料極層５６、電解質層５２及び空気極層５３を順次成膜した構造を有し、図６（ａ）に示したセラミックス材料から成る燃料極基板５１に比べて、基板５５の板厚を薄板化することができるので、小型燃料電池を容易に構成できると共に、セルの周囲が金属材料であることから、スタック化に際して、セル間の接合に種々の金属加工法を適用することができ、さらには金属基板を集電体として利用することができるので集電ロスを減じることができる。
【特許文献１】特開２００２−２５５７６号公報
【特許文献２】特開平１１−１６２４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記燃料極支持型セルにおいては、薄膜電解質５２を支持する基板強度の観点から、１〜５ｍｍ程度の板厚を必要とし、このような構造のセルを複数個積層し、集合化して燃料電池スタックを組み立てる場合、基板の板厚が厚いことによってスタックも大型化し、小型の燃料電池を構成する障害となることがある。
なお、セラミックス成形技術を改良することによって、燃料極基板の薄板化が検討されているが、燃料極基板はガス透過性が要求され、そのため多孔質基板であることが必要であり、強度を確保しながら薄板化することは、現状では極めて困難である。
また、別のタイプの電極支持型セルとして、空気極を支持基板として使用することも考えられるが、基本的に同様の問題を有している。
【０００６】
他方、多孔質金属支持型セルは、基板の柔軟性のためにスタック化したときの接合部も柔軟ではあるが、一方でセルの剛性が低く、スタック化に際してセルの外周部が破損し易いばかりでなく、金属材料と電解質層や電極層などのセラミックス材料との熱膨張係数の相違によって、セルの昇温・降温時に、多孔質金属基板上に形成されたセラミックス材料が割れたり、剥離したりし易いという強度上の問題がある。
また、多孔質金属支持型セルにおいては、その構造上多孔質金属基板が一方の電極、図５に示した構造では燃料極の集電体としての機能を果すが、このようなセルを積層、集合化して燃料電池スタックを組み立てる場合、空気極の集電体として、導電性を有するフェルト状部材を別途設置する必要があり、部品点数が増加すると共に、空気極用集電体と金属基板との短絡防止などの配慮が必要となる。さらに、空気極からの集電を確実なものとするには、集電体を強く空気極に押し付ける必要があり、セルを破損するおそれがある。また集電体を多く設置する必要があり、運転時における酸化剤ガス（空気）の導入に際して、これらの集電体が通気抵抗となり兼ねないという問題がある。
【０００７】
本発明は、従来の固体酸化物形燃料電池用セルにおける上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、基板強度に優れ、薄肉化した場合でも基板剛性が高く、熱膨張による電極や電解質層の剥離や割れを防止することができ、しかも集電ロスや短絡を生じることなく集電が可能な固体酸化物形燃料電池用セルを提供すると共に、このような燃料電池用セルを２次元的に配列させた燃料電池用セル板、さらにこれら燃料電池用セル及びセル板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体酸化物形燃料電池用セルは、多孔質金属基板に固体酸化物電解質層を第１及び第２の電極層で挟持した積層構造の電池要素を形成して成る基板支持型セルであって、多孔質基板の電池要素形成部分上面側には第１の電極材料が埋め込まれて第１の電極層が形成されると共に、下面側にはガス透過性を備えた多孔質絶縁材料が埋め込まれ、上記多孔質基板の電池要素形成部分以外の部分の上面側にはガス不透過性の絶縁材料が埋め込まれて絶縁層が形成され、下面側にはガス不透過性の導電材料が埋め込まれており、上記多孔質基板の上面側には、電池要素形成部分に形成された第１の電極層からその周囲の絶縁層に跨って電解質層が形成され、上記電解質層の上にはさらに第２の電極層が形成されると共に、当該第２の電極層から絶縁層に跨って導電体から成る集電層がメッシュ状に形成されている構成とし、本発明の固体酸化物形燃料電池用セル板は、上記燃料電池用セルが積層方向とほぼ直角をなす方向に２次元的に複数個連結されて一体化している構成としたことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の固体酸化物形燃料電池用セルの製造方法は、上記固体酸化物形燃料電池用セル又はセル板の製造に好適なものであって、［１］多孔質金属基板における電池要素形成部分以外の部分の下面側にガス不透過性導電材料を充填する工程と、［２］上記電池要素形成部分以外の部分の上面側にガス不透過性絶縁材料を充填する工程と、［３］多孔質金属基板における電池要素形成部分の下面側に多孔質絶縁材料を充填する工程と、［４］ガス不透過性導電材料、ガス不透過性絶縁材料及び多孔質絶縁材料を充填した多孔質金属基材を仮焼成する工程と、［５］上記電池要素形成部分の上面側に第１の電極層を形成する工程と、［６］上記第１の電極層の上面側に電解質層を形成する工程と、［７］上記電解質層の上面に第２の電極層を形成する工程と、［８］上記第２の電極層の上面に集電層をメッシュ状に形成する工程を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の固体酸化物形燃料電池用セルあるいはセル板においては、多孔質金属基板上面側の電池要素形成部分に第１の電極材料が埋め込まれ、この上に電解質層及び第２の電極層が形成されていると共に、多孔質金属基板の他の部分には、その部位に応じてガス透過性（多孔質）あるいはガス不透過性の絶縁材料及び導電材料がそれぞれ埋め込まれているので、基板の剛性が向上すると共に、基板全体の熱膨張率を電極材料や電解質材料の熱膨張率に近付けることができ、熱衝撃による電極層や電解質層の割れや剥離を防止することができる。また、第１の電極層と多孔質金属基板とは、電気的な接触が確保されるので、当該多孔質金属基板を第１の電極側の集電体として使用できる一方、多孔質金属基板の上面側においては、第１の電極層の外周部分にガス不透過性の絶縁材料が埋め込まれて緻密な絶縁層が形成され、第１の電極層からその周囲の絶縁層に跨って電解質層が形成されていると共に、この電解質層の上に形成された第２の電極層の上には、第２の電極層から絶縁層に跨って集電層がメッシュ状に形成されているので、集電層と第１電極層及び多孔質金属基板との間が絶縁状態に保持される一方、第２の電極層との電気的接続状態が確保されることになるので、上記集電層を第２電極側の集電体として使用することができ、集電ロスが減少し、電池出力の取り出しが容易なものとなる。
【００１１】
また、本発明の製造方法によれば、多孔質金属基板の電池要素形成部分及びこれ以外の部位における上面側及び下面側に、それぞれガス透過性あるいは不透過性を備えた絶縁材料及び導電材料を埋め込んで焼成した後、電池要素形成部分の上面側に第１の電極層、電解質層、第２の電極層及びメッシュ状の集電層を形成するようにしていることから、本発明の固体酸化物形燃料電池用セル及びセル板を無理なく円滑に、しかも低コストで製造することができるという優れた効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の固体酸化物形燃料電池用セルについて、さらに詳細に説明する。
【００１３】
なお、本明細書及び特許請求の範囲の記載において、「％」は特記しない限り質量百分率を意味する。
また、本明細書においては、説明の便宜上、基板や電解質層など各層の一方の面を「上面（あるいは表面）」、他方の面を「下面（あるいは裏面）」と称しているが、これらは、相対的な位置関係を示すに過ぎないものであって、使用状態における上下関係を示すとは必ずしも限らず、状況によっては「上面」が下方側を向いていたり、鉛直状態や斜めとなったりした状態で使用されることもあり得る。したがって、これらを相互に置換した構成についても本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【００１４】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の固体酸化物形燃料電池用セルの実施形態の一例を示す断面図及び平面図であって、図に示す固体酸化物形燃料電池用セル１は、例えばＮｉやステンレス鋼などからなる多孔質金属基板２の中央部、すなわち電池要素形成部分に、第１の電極層として例えば燃料極層３と、固体酸化物から成る電解質層４と、第２の電極層としての空気極５をこの順序に積層し、さらにこの上に、導電材料から成るメッシュ状の集電層６を形成した構造を有している。
なお、本発明の固体酸化物形燃料電池用セル板は、１枚の多孔質金属基板に上記のようなセルが面方向に多数形成されており、これらセルが２次元的に連結されて一体化した構造をなすものである。
【００１５】
そして、上記燃料極層３（第１の電極層）は、多孔質金属基板２の中央部である電池要素形成部分の上面側に埋め込まれており、当該多孔質金属基板２の燃料極層３の下側部分には、ガス透過性を備えたセラミックス材等の多孔質絶縁材料が埋め込まれている。
一方、上記多孔質金属基板２の電池要素形成部分以外の部位（電池要素形成部分の外周部分）については、その図中上面側部分には、ガス不透過性を備えた緻密な絶縁材料が埋め込まれて絶縁層８が形成されていると共に、その図中下面側部分には、金属などの緻密なガス不透過性導電材料９が埋め込まれている。
【００１６】
そして、上記電解質層４は、基板２の中央部の電池要素形成部分に埋め込まれた燃料極層３の上に、当該燃料極層３の部分からその周囲の絶縁層８の部分に跨って（はみ出して）成膜されると共に、上記集電層６は、さらに当該電解質層４の上に形成された空気極５の上に、当該空気極層５から絶縁層８に跨って形成されている。
【００１７】
上記構造を備えた本発明の燃料電池用セル１においては、セルの大部分を占める電池要素形成部分の下方部分がガス透過性を備えたセラミックス材などの多孔質絶縁材料７によって充填されていることから、多孔質金属基板２に剛性を付与することができ、基板２を薄板化した場合でも容易に変形することがない。
また、このような材料で充填することにより基板２の全体の熱膨張を電解質材料や電極材料の熱膨張率により近いものとすることができ、加熱−冷却の繰り返しに伴う電極層や電解質層の割れや剥離の防止が可能になる。
【００１８】
そして、当該下方部分に多孔質絶縁材料７が存在することによって、一般の燃料極支持型セルに比べて燃料極層３をはるかに薄くすることができ、燃料極材料のＮｉの酸化・還元に伴う膨張・収縮の影響を低減することができる。
なお、電池性能上、基板２における上記電池要素形成部分を全て電極材料で埋めることも可能であるが、電極材料は一般に高価であると共に高重量であるので、電池要素形成部分の下方部分についてはガス透過性を有する多孔質絶縁材料７で充填することがコスト及び軽量化の観点から望ましい。
【００１９】
さらに、多孔質金属基板２の外周部分についても、ガス不透過性の絶縁材料及び導電材料によって充填されているので、同様に合成が向上し、スタック化に際して接合部として好適に使用することができるようになると共に、上記絶縁及び導電材料がガス不透過性を有していることによって、燃料極側と空気極側でのガスのクロスリークが防止されることになる。
【００２０】
また、両電極から外部に発電出力を取り出す場合には、電極と集電体との間の接触抵抗を減じることが求められるが、本発明の燃料電池用セル１においては、燃料極３（第１の電極層）と基板２とが電気的に接触した構造を備えているので、当該多孔質金属基板２を燃料極（第１の電極層）側集電体として使用することができる。
【００２１】
一方、空気極５（第２の電極層）の側の集電体としては、当該空気極５の上に形成されたメッシュ状の集電層６を使用することができる。
すなわち、上記燃料電池用セル１においては、電池要素形成部分の外周部上面側部分にガス不透過性の絶縁材料が充填されて絶縁層８が形成されていると共に、電解質層４が燃料極層３から当該絶縁層８に跨って形成されていることから、空気極５及び上記メッシュ状集電層６と、燃料極３及び多孔質金属基板２との間が絶縁状態に保持され空気極側集電体として機能することになる。
【００２２】
上記固体酸化物形燃料電池用セル１において、多孔質金属基板２の材料としては、ニッケルのほか、各種ステンレス鋼、インコネルやハステロイなどの耐熱性Ｎｉ系合金、アンバーなどのＦｅ−Ｎｉ合金など、Ｎｉ，Ｆｅ及びＣｒから成る群より選ばれた少なくとも１種の元素を含む金属材料からなるものを好適に使用することができる。
なお、多孔質金属基板２としては、図１に示したような、微細金属粒子を焼結したもののみならず、例えば図２に示すように、繊維状金属をフエルト状に固めたものを用いることも可能である。
【００２３】
多孔質金属基板２の電池要素形成部分以外の部分（外周部）の下面側に埋め込むガス不透過性導電材料９としては、多孔質金属基板２と同様の上記金属材料から選択することができ、多孔質金属基板２と同種の金属材料を用いることがより望ましい。
【００２４】
そして、多孔質金属基板２の電池要素形成部分以外（外周部）上面側部分に埋め込まれて絶縁層８を形成するガス不透過性絶縁材料としては、特に限定されず、任意に選択することできるが、セラミックス材料、例えばアルミナ及びジルコニアの一方又は両方と１０％以下の硼珪酸ガラスの混合物を使用することが好ましい。
また、多孔質金属基板２における電池要素形成部分の下面側部分に充填される多孔質（ガス透過性）絶縁材料７としても、特に限定されないが、同様にアルミナ及びジルコニアの一方又は両方と硼珪酸ガラスの混合物を使用することが好ましい。なお、この場合、例えば、上記材料に樹脂やカーボン微粒子を混合したスラリーとして塗布したのち、焼成することによって、当該セラミックス材料を多孔質なものとし、ガス透過性を付与することができる。
【００２５】
上記燃料極層３の材料としては、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属材料や、Ｎｉ−ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）、Ｎｉ−ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、Ｎｉ−ＣＧＯ（セリウム−ガリウム複合酸化物）、Ｃｕ−ＣｅＯ２（セリア）などのサーメット材料、あるいはこれらの混合材料を用いることができる。
また、空気極層５の材料としては、Ｐｔ、Ａｇなどの金属材料の他、ＬＳＭ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３）、ＬＣＭ（Ｌａ１−ＸＣａＸＭｎＯ３）、ＬＳＣ（Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３）、ＳＳＣ（Ｓｍ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３）などの複合酸化物を用いることができる。
【００２６】
さらに、電解質層４としては、例えばＹＳＺ、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）、ＳＤＣ、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）などを用いることができる。
【００２７】
次に、本発明の固体酸化物形燃料電池用セルの製造方法について説明する。
図３（ａ）は、本発明の固体酸化物形燃料電池用セルに用いる多孔質金属基板の一例を示し、当該多孔質金属基板２は、上記したような金属材料から成る微細な粒子を焼結したものであって、多数のポア（通気孔）を有している。なお、このような多孔質金属基板としては、上述したように、細径の金属繊維をプレス後焼結して成る基板を使用することもできる。
【００２８】
まず、上記多孔質金属基板２の外周辺部、すなわち図中の中央部を占める電池要素形成部分以外の部分の下面側、すなわち後工程において電池要素を積層する側の裏面側外周辺部に緻密なガス不透過性導電材料９を埋め込み、当該部位の通気孔を封孔する。具体的には、金属微粒子を含むスラリー、ペーストなどをディスペンサ、ロールコータ、スクリーン印刷などの手法を用いて基板２の多孔質部分に充填し、固化させる。
このような金属微粒子の材料としては、任意に選択することができるが、好ましくは上記基板２と同種の材料を使用する。
【００２９】
次に、図３（ｂ）に示すように、上記多孔質金属基板２の外周辺部上面側、すなわち上記ガス不透過性導電材料９を埋め込んだ部分の図中上方部分に緻密なガス不透過性絶縁材料を同様に埋め込んで封孔し、絶縁層８とする。
このときのガス不透過性絶縁材料としても特に限定されないが、上記したように、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及び／又はジルコニア（ＺｒＯ２）と１０％以下の硼珪酸ガラスの混合物を使用することが望ましい。
【００３０】
次いで、図３（ｃ）に示すように、外周部が緻密な導電材料９及び絶縁材料によって封孔処理された上記基板２の中央部分、すなわち電池要素形成部分の下面側部分に、ガス透過性を有する多孔質絶縁材料７を埋め込む。
このような多孔質絶縁材料７としては、任意に選択することができるが、セラミックス材料、例えばアルミナ及び／又はジルコニアと硼珪酸ガラスの混合物を使用することが望ましい。具体的には、樹脂又はカーボン微粒子と共に上記のようなセラミックス材料を含むスラリー、ペーストをディスペンサ、ロールコータ、スクリーン印刷などの手法を用いて基板２の中央部多孔質部分に充填、固化させる。
【００３１】
そして、電池要素形成部分としての中央部と、その外周部がそれぞれの材料によって充填された上記多孔質金属基板２を不活性雰囲気中で仮焼成し、中央部分に含まれる樹脂やカーボン微粒子を燃焼させ、当該部分を多孔質化してガス透過性を付与すると共に、多孔質金属基材２とそれぞれの充填材料とを密着、硬化させる。
【００３２】
仮焼成後、図３（ｄ）に示すように、基板２の中央部、電池要素形成部分の上面側、すなわち絶縁層８の内側部分であって多孔質絶縁材料７からなる層の直上部分に燃料極材料を埋め込み、一方の電極層、例えば燃料極層３を成膜したのち、この上に、燃料極層３から周囲の絶縁層８に跨って電解質層４を形成した後、不活性雰囲気中で燃料極層３及び電解質層４を共焼成する。
このように、燃料極層３から絶縁層８の側にはみ出した状態に緻密な電解質層４を成膜することによって、燃料極側から空気極側へのガスリークを防止することができる。なお、これら燃料極層３及び電解質層４の成膜方法としては、スクリーン印刷、スプレー塗装あるいは真空成膜などの手法を用いることができる。
【００３３】
焼成後、上記電解質層４の上に，図３（ｅ）に示すように空気極層５を形成する。このときの成膜方法としては、上記同様にスクリーン印刷、スプレー塗装あるいはスパッタ法、蒸着法等の真空成膜などの手法を用いることができる。
【００３４】
そして、図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、燃料極層３、電解質層４及び空気極層５（電池要素）が積層された基板２の上面全体に、導電材料から成り、メッシュ状部分を有する集電層６を形成し、これによって、図１に示したような固体酸化物形燃料電池用セル１が完成する。
このとき、集電層６のメッシュ状部分は、成膜時にマスクパターンを使用することによって、簡単に形成することができる。なお、多孔質金属基板２として、上記のような金属繊維からなるものを用いた場合には、図２に示したような構造のものが得られる。
【００３５】
また、上記製造工程においては、第１の電極層として燃料極層を形成した例を示したが、第１の電極層として先に空気極層を形成し、電解層質４の上に燃料極層を成膜するようにしても差し支えない。
さらに、上記製造工程においては、金属粒子や金属繊維を焼成することによって予め用意された基板に、封孔用スラリーや燃料極ペーストなどを順次塗布、焼成するようにしたが、焼成後所望の多孔質構造となるように調整されたシートを使用し、当該シートに上記各層を塗布して一体化し、焼成する方法を採用することも可能である。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されることはない。
【００３７】
（実施例１）
まず、多孔質金属基板２として、平均粒径５μｍのフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０：Ｆｅ−１７％Ｃｒ）から成り、平均ポア径が５０μｍ、厚さが２００μｍの焼結基板を用意した（図３（ａ）参照）。
【００３８】
次に、当該基板２の中央部である電池要素形成部分を除く外周部分の下面側部分にガス不透過性導電材料９として、平均粒径５μｍのニッケル微粒子を含むスラリーをスクリーン印刷の手法によって充填したのち、大気中で２００℃に加熱し、スラリーに含まれる溶媒成分を揮発させた。
さらに、上記基板２の外周部分の上面側部分にガス不透過性絶縁材料として、平均粒径０．５μｍのアルミナ微粒子（９０％）と、融点５８０℃の硼珪酸ガラス（１０％）を含有するスラリーをスクリーン印刷の手法によって充填し、同様に、大気中で２００℃に加熱し、スラリーに含まれる溶媒成分を揮発させることによって、絶縁層８を形成した（図３（ｂ）参照）。
【００３９】
次に、基板２の中央部である電池要素形成部分の下面側に、多孔質絶縁材料７の層を形成すべく、平均粒径０．５μｍのアルミナ微粒子（４０％）及び平均粒径０．８μｍのジルコニア微粒子（５５％）と、融点５８０℃の硼珪酸ガラス（５％）を含有するスラリーに、前記アルミナ微粒子、ジルコニア微粒子及び硼珪酸ガラス１００重量部に対して、平均粒径２０μｍのグラファイト粒子２０重量部加えたスラリーをスクリーン印刷の手法で充填したのち、同様に大気中で２００℃に加熱し、スラリーに含まれる溶媒成分を揮発させた（図３（ｃ）参照）。
そして、上記のように、電池要素形成部分である中央部とその外周部にそれぞれの材料を充填した基板２をアルゴン雰囲気中で６００℃で仮焼結した。
【００４０】
次いで、仮焼結を終えた基板２の中央部電池要素形成部分の上面側部分、すなわち多孔質絶縁材料７から成る層の上に、ＮｉＯ（５５％）及びＹＳＺ（４５％）を含む燃料極ペーストをスクリーン印刷の手法で充填したのち、同様に大気中で２００℃に加熱し、ペーストに含まれる溶媒成分を揮発させたのち、さらにこの上に、ＹＳＺ微粒子を含む電解質ペーストを同じくスクリーン印刷の手法で塗布したのち、大気中２００℃でペースト中の溶媒成分を揮発させた。
そして、燃料極材料及び電解質材料が塗布された多孔質金属基板２をアルゴン雰囲気中において１３００℃で焼結することによって、それぞれ６０μｍ及び３０μｍの膜厚の燃料極層３及び電解質層４を形成した（図３（ｄ）参照）。
【００４１】
焼結後の基板２の上に、ＬＳＭ微粒子を含む空気極ペーストをスクリーン印刷の手法により、膜厚３０μｍの空気極層５となるように塗布した後、大気中２００℃でペースト中の溶媒成分を揮発させた（図３（ｅ）参照）。
【００４２】
そしてさらに、空気極層５が塗布された基板２の上面全体に、Ａｇ及びＮｉ微粒子を含む集電体ペーストを８０メッシュの格子状パターンを有するマスクを使用して、同様のスクリーン印刷の手法により、膜厚１０μｍとなるように塗布したのち、アルゴン雰囲気中において１１００℃で焼結することによって集電層６を成膜し、図１（ａ）及び（ｂ）に示すような固体酸化物形燃料電池用セル１を得た。
【００４３】
（実施例２）
多孔質金属基板２として、平均線径３０μｍの金属繊維（Ｆｅ−２０Ｃｒ−２Ａｌ）の焼結体であって、平均ポア径が６０μｍ、厚さが１００μｍの基板を使用し、これ以外は上記実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の固体酸化物形燃料電池用セル１を作製した。
【００４４】
（実施例３）
実施例１に示した固体酸化物形燃料電池用セル１を用いて、その集合体であるセル板を作製した。
すなわち、図４及び５は、本例に係わる固体酸化物形燃料電池用セル板の平面図及び断面図であって、当該燃料電池用セル板１０は、１枚の燃料極側セル板基板１１の上に、上記実施例１で記した固体酸化物形燃料電池用セル１を９個設置すると共に、これら９個の燃料電池用セル１の空気極側に、２枚の空気極側セルコネクタ１２が配置されている。
【００４５】
図に示すように、９個のセル１は、燃料極側セル板基板１１により保持され、燃料極側および空気極側に分離される。そして、その燃料極側は燃料極側セル板基板１１により電気的に接続され、空気極側は空気極側セルコネクタ１２でそれぞれ電気的に接続されている。
ここで、上記燃料極側セル板基板１１は、厚さ２０μｍのＮｉメッキ皮膜を付した厚み１５０μｍのステンレス板から成り、固体酸化物形燃料電池用セル１をそれぞれ設置するための９個の開口部１１ａを有している。
一方、空気極側セルコネクタ１２は、３０μｍのＡｇのメッキ皮膜を付した厚み１００μｍのステンレス板から形成されている。
【００４６】
上記燃料極側セル板基板１１と各固体酸化物形燃料電池用セル１のＮｉ製ガス不透過性導電材料部とは、真空中９８０℃で加圧・加熱することによって良好な接合状態を得ることができる。
また、空気極側セルコネクタ１２と固体酸化物形燃料電池用セル１のＡｇ−Ｎｉ製集電層６とは、真空中８４０℃で加圧・加熱することによって、それぞれ良好な接合が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の固体酸化物形燃料電池用セルの構造の一例を示す断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図２】本発明の固体酸化物形燃料電池用セルの構造の他の例を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の固体酸化物形燃料電池用セルの製造工程を順を追って示す断面図である。
【図４】本発明の固体酸化物形燃料電池用セル板の構造を示す平面図である。
【図５】図４に示した固体酸化物形燃料電池用セル板の断面図である。
【図６】従来の固体酸化物形燃料電池用セルの構造例として燃料極支持型セル（ａ）及び多孔質金属支持型セル（ｂ）を示す断面写真である。
【符号の説明】
【００４８】
１    固体酸化物形燃料電池用セル
２    多孔質金属基板
３    燃料極層
４    電解質層
５    空気極層
６    集電層
７    多孔質絶縁材料  
８    絶縁層
９    ガス不透過性導電材料
１０    固体酸化物形燃料電池用セル板
【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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