(57)【要約】【課題】起動時や発電時において、燃料電池セルにおけるクラックや剥離の発生を抑制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。【解決手段】内部をガスが流通する中空平板状の燃料電池セルであって、ガス流通方向に発電部Ａと非発電部Ｂ１、Ｂ２とを有するとともに、発電部Ａにおける一方側主面が固体電解質層３３及び燃料極層３２、酸素極層３４を積層して形成され、他方側主面がインターコネクタ３５を積層して形成され、かつ、非発電部Ｂ１、Ｂ２における対向する両主面が、ほぼ同一積層構造により形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部をガスが流通する中空平板状の燃料電池セルであって、ガス流通方向に発電部と非発電部とを有するとともに、前記発電部における一方側主面が固体電解質層及び電極を積層して形成され、他方側主面がインターコネクタを積層して形成され、かつ、前記非発電部における対向する両主面が、ほぼ同一積層構造により形成されていることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
内部をガスが流通する中空平板状の燃料電池セルであって、ガス流通方向に発電部と非発電部とを有するとともに、前記発電部における一方側主面が固体電解質層及び電極を積層して形成され、他方側主面がインターコネクタを積層して形成され、かつ、前記非発電部における対向する両主面が固体電解質層を積層して形成されていることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項３】
非発電部が、ガス流通方向側両端部のうち少なくとも一方の端部に形成されていることを特徴とする請求項1又は２記載の燃料電池セル。
【請求項４】
非発電部は、固体電解質層で取り囲まれてい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】
非発電部には固体電解質層が露出していることを特徴とする請求項４記載の燃料電池セル。
【請求項６】
ガス流通方向の一方側端近傍で燃焼するとともに、一方側端部が非発電部とされていることを特徴とする請求項1乃至５のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
【請求項７】
非発電部は、一方側端から４．５ｍｍ以上の幅ｂ１を有することを特徴とする請求項６記載の燃料電池セル。
【請求項８】
他方側端部がマニホールドに接合されるとともに、他方側端部が非発電部とされていることを特徴とする請求項1乃至７のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
【請求項９】
非発電部は、他方側端から１０ｍｍ以上の幅ｂ２を有することを特徴とする請求項８記載の燃料電池セル。
【請求項１０】
厚みが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のうちいずれかに記載の複数の燃料電池セルの他方側端部をマニホールドにそれぞれ接合するとともに、前記燃料電池セル間を集電部材により電気的に接続してなることを特徴とするセルスタック。
【請求項１２】
請求項１１記載のセルスタックを収納容器内に収納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、発電部と非発電部を有す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。
【０００３】
従来、内部をガスが流通する中空平板状の固体電解質型燃料電池セルが知られている。この中空平板状の固体電解質型燃料電池セルは、例えば、ガス通過孔を有する平板状の導電性支持体の一方側主面に燃料極層、固体電解質層、酸素極層を順次形成し、他方側主面にインターコネクタを形成して構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような燃料電池セルは、下端部がマニホールドに接合され、マニホールド内の燃料ガスが、燃料電池セルのガス通過孔を通過し、先端から排出され、一方、燃料電池セルの外部には空気が供給され、余剰の燃料ガスと空気が反応して、燃料電池セルの上端近傍で燃焼する（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−６３２２６号公報
【特許文献２】特開２００４−６３３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の中空平板状の燃料電池セルでは、製造工程上、一方側主面に長さ方向全面にインターコネクタが形成され、他方側主面には、固体電解質層を電極で挟持してなる発電部が長さ方向の一部に形成されていた。このような燃料電池セルでは、一方側主面に形成されたインターコネクタと、他方側主面に形成された発電部等との間で熱膨張係数が異なるため、製造時において変形したり、燃料電池の起動時及び／又は発電時において、燃料電池セルにクラックや剥離が発生しやすいという問題があった。
【０００６】
本発明は、製造時における変形や、起動時及び／又は発電時において、燃料電池セルにおけるクラックや剥離の発生を抑制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】
【０００７】
本発明の燃料電池セルでは、内部をガスが流通する中空平板状の燃料電池セルであって、ガス流通方向に発電部と非発電部とを有するとともに、前記発電部における一方側主面が固体電解質層及び電極を積層して形成され、他方側主面がインターコネクタを積層して形成され、かつ、前記非発電部における対向する両主面が、同一積層構造により形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の燃料電池セルは、内部をガスが流通する中空平板状の燃料電池セルであって、ガス流通方向に発電部と非発電部とを有するとともに、前記発電部における一方側主面が固体電解質層及び電極を積層して形成され、他方側主面がインターコネクタを積層して形成され、かつ、前記非発電部における対向する両主面が固体電解質層を積層して形成されていることを特徴とする。非発電部は、ガス流通方向側両端部のうち少なくとも一方の端部に形成されていることが望ましい。
【０００９】
このような燃料電池セルでは、非発電部における対向する両主面が、ほぼ同一積層構造により形成されているため、ガス流通方向側両端部のうち少なくとも一方の端部は、両主面で熱膨張率がほぼ同一となり、熱膨張係数差による変形や、クラック、剥離の発生を抑制することができる。また、非発電部における両主面には、他の部材との熱膨張係数が大きく異なるインターコネクタが形成されていないため、非発電部における両主面で熱膨張率がほぼ同一となり、熱膨張係数差によるクラックや剥離の発生を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明の燃料電池セルでは、非発電部には、固体電解質層で取り囲まれていることを特徴とする。さらに非発電部には固体電解質層が露出していることを特徴とする。このような燃料電池セルでは、他の緻密な材料によりガスシールすることなく、緻密な固体電解質層により、内部を流通するガスの漏出を防止することができ、簡単な工程で確実にガスシールすることができる。
【００１１】
さらに、本発明の燃料電池セルでは、ガス流通方向の一方側端部近傍で燃焼するとともに、一方側端部が非発電部とされていることを特徴とする。この場合、非発電部は、一方側端（燃焼側端）から４．５ｍｍ以上の幅ｂ１を有することが望ましい。
【００１２】
このような燃料電池セルでは、セル内を通過したガスとセル外を通過したガスが反応して一方側端近傍で燃焼するため、起動時に一方側端に急激な温度変化が発生する。また、発電時にはセル中心部と比して温度が高くなる。これらの理由から、熱膨張差によるクラックや剥離の発生が生じやすくなる。セルの燃焼側端から４．５ｍｍ以上離れた位置にインターコネクタを付けることで、熱膨張係数差によるクラックや剥離の発生を抑制することができる。
【００１３】
例えば、インターコネクタの熱膨張係数は、約１０．２×１０−６／℃であり、他の部材は固体電解質材料の熱膨張係数、約１１．２×１０−６／℃であるため、セルの燃焼側端から離れた位置にインターコネクタを付けることにより、燃焼側端において熱膨張差に起因するクラックの発生や剥離を有効に抑制することができる。
【００１４】
さらに、本発明の燃料電池セルでは、他方側端部がマニホールドに接合されるとともに、他方側端部が非発電部とされていることを特徴とする。この場合、非発電部は、他方側端から１０ｍｍ以上の幅を有することが望ましい。
【００１５】
従来、燃料電池セルの両主面が異なる層構造で形成されている場合には、製造時に凹凸が発生し、燃料電池セルの下端部をマニホールドに接合する際に、その部分からガスが漏出する危険性もあったが、本発明では、他方側端部が非発電部とされ、この部分における対向する両主面が同一積層構造により形成されているため、焼成収縮差による変形を防止でき、両主面の凹凸をなくしてほぼ平坦化でき、マニホールドへのガラス等によるガスシールを確実に行うことができる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池セルでは、主面間の厚みが５ｍｍ以下であることを特徴とする。このような薄い平板状の燃料電池セルでは、焼成時において収縮差による変形や、起動時、発電時において熱膨張係数差によるクラックや剥離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。
【００１７】
本発明のセルスタックでは、上記の複数の燃料電池セルの他方側端部をマニホールドにそれぞれ接合するとともに、前記燃料電池セル間を集電部材により電気的に接続してなることを特徴とする。このようなセルスタックでは、燃料電池セルの長期信頼性が高いため、セルスタックにおける信頼性を向上できる。
【００１８】
本発明の燃料電池は、上記セルスタックを収納容器内に収納してなることを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタックの信頼性を向上できるため、燃料電池における信頼性を向上できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃料電池セルでは、非発電部における対向する両主面が、ほぼ同一積層構造により形成されているため、例えば、ガス流通方向側両端部のうち少なくとも一方の端部は、両主面で熱膨張率がほぼ同一となり、熱膨張係数差によるクラックや剥離の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の燃料電池セルの横断面を示す図１において、全体として３０で示す中空平板状の燃料電池セルは、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状の支持基板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。このような燃料電池セル３０の複数を集電部材により互いに直列に接続することにより、燃料電池を構成するセルスタックを形成することができる（図示せず）。
【００２１】
支持基板３１は、図１に示されている形状から理解されるように、平坦部と平坦部の両端の弧状部とからなっている。平坦部の両面は互いにほぼ平行に形成されており、平坦部の一方の面と両側の弧状部を覆うように燃料極層３２が設けられており、さらに、この燃料極層３２を覆うように、緻密質な固体電解質層３３が積層されており、この固体電解質層３３の上には、燃料極層３２と対面するように、平坦部の一方の表面に酸素極３４が積層されている。また、燃料極層３２及び固体電極層３３が積層されていない平坦部の他方の表面には、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、燃料極層３２及び固体電解質層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。
【００２２】
即ち、本発明の燃料電池セルは、図２に示すように、ガス流通方向（セルの軸長方向）の中央部に発電部Ａを、両端部に非発電部Ｂ１、Ｂ２が形成されており、発電部Ａにおける一方側主面が、支持基板３１に固体電解質層３３及び燃料極層３２、酸素極３４を積層して形成され、他方側主面が支持基板３１にインターコネクタ３５、接合層３６を積層して形成されている。
【００２３】
非発電部Ｂ１、Ｂ２における対向する両主面が、ほぼ同一積層構造により形成されている。即ち、非発電部Ｂ１、Ｂ２は、支持基板３１における両主面に、燃料極層３２、固体電解質層３３を積層して形成され、同一種の層を積層して構成されており、緻密な固体電解質層３３が外部に露出して形成されている。
【００２４】
インターコネクタ３５は、発電部Ａにのみ形成され、非発電部Ｂ１、Ｂ２には形成されていない。即ち、燃料電池セルは、その両端部（非発電部Ｂ１、Ｂ２）にインターコネクタ３５の形成されていない部分を有し、この両端部における両主面は、ほぼ同一積層構造とされ、固体電解質層３３が支持基板３１の周囲を取り囲むように積層され、外部に露出している。
【００２５】
燃料電池セル３０は、ガス流通方向の一方側端（上端）近傍で燃焼するもので、その一方側端部（上端部）が非発電部Ｂ１とされている。この非発電部Ｂ１は、一方側端（燃焼側端）から４．５ｍｍ以上の幅ｂ１を有している。
【００２６】
本発明の燃料電池セルでは、セル内部を通過した燃料ガスとセル外部を通過した酸素含有ガスが反応して、セル先端近傍で燃焼する。そのため、起動時にセル先端に急激な温度変化が発生する。また発電時にはセル中心部と比してセル先端温度が高くなる。従って、燃焼側端から４．５ｍｍ以上の距離をおいてインターコネクタを形成することにより、熱膨張差によるクラックや剥離の発生を抑制できる。特に、燃焼側端から８．５ｍｍ以上の距離（幅ｂ１）をおいてインターコネクタ３５を形成することが望ましい。このような燃料電池セルでは、非発電部の両主面を構成する層構造が同一となるので、焼成時においても両主面で収縮をあわせることができ、変形を防止できる。
【００２７】
さらに、インターコネクタ３５が設けられている位置から燃焼側端までの部分には、燃料極層３２を設け、その上に緻密な固体電解質層３３を形成することにより、支持基板３１の内部を通る燃料ガス及びセル外部を通過する酸素含有ガスのガスリークを防止できる。
【００２８】
また、燃料電池セル３０は、その他方側端部（下端部）がマニホールドに接合されるもので、他方側端部（下端部）が非発電部Ｂ２とされている。この非発電部Ｂ２は、他方側端から１０ｍｍ以上の幅ｂ２を有している。
【００２９】
さらに、燃料電池セル３０の厚みｔは５ｍｍ以下とされ、特には２〜５ｍｍ、その幅ｂ３は２０ｍｍ以上、特には２０〜５０ｍｍとされ、長さは１００〜３００ｍｍとされている。
【００３０】
上記のような構造の燃料電池セルでは、燃料極層３２の酸素極３４と対面している部分が燃料極として作動して発電する。即ち、酸素極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、酸素極３４で下記式（１）の電極反応を生じ、また燃料極層３２の燃料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。
【００３１】
酸素極：  １／２Ｏ２＋２ｅ−  →  Ｏ２−  （固体電解質）  …（１）
燃料極：  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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
（燃料極層３２）
本発明において、燃料極層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。
【００３８】
燃料極層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。
【００３９】
また、図１の例では、この燃料極層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、酸素極３４に対面する位置に存在して燃料極が形成されていればよいため、例えば酸素極３４が設けられている側の平坦部にのみ燃料極層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極層３２を形成することも可能である。
【００４０】
（固体電解質層３３）
この燃料極層３２上に設けられている固体電解質層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。
【００４１】
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。
【００４２】
（酸素極３４）
酸素極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。
【００４３】
また、酸素極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。このような酸素極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。
【００４４】
（インターコネクタ３５）
上記の酸素極３４に対面する位置において、持基板３１上に接合層３６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、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。
【００４５】
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。
【００４６】
インターコネクタ３５の外面（上面）には、Ｐ型半導体層（図示せず）を設けることが好ましい。即ち、この燃料電池セルから組み立てられるセルスタック（図示せず）では、インターコネクタ３５には、導電性の集電部材（図示せず）が接続されるが、集電部材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。
【００４７】
しかるに、集電部材を、Ｐ型半導体層（図示せず）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の酸素極３４からの電流を、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。
【００４８】
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型半導体層の厚みは、一般に、３０乃至１００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００４９】
（接合層３６）
接合層３６は前記支持基板３１と前記インターコネクタ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、燃料極層３２と同一成分で、類似する組成から構成されており、接合層３６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。燃料極層３２の熱膨張係数より接合層３６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３６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。
【００５０】
（拡散防止層３７）
前記固体電解質３３と、前記酸素極３４との間に拡散防止層３７を有する。拡散防止層３７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。
【００５１】
（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。
【００５２】
先ず、Ｎｉ等の鉄族金属或いはその酸化物粉末と、Ｙ２Ｏ３などの希土類酸化物の粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して坏土を調製し、この坏土を用いての押出成形により、支持基板成形体を作製し、これを乾燥する。
【００５３】
次に、燃料極層形成用材料（Ｎｉ或いはＮｉＯ粉末と安定化ジルコニア粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いて燃料極層用のシートを作製する。また、燃料極層用のシートを作製する代りに、燃料極形成用材料を溶媒中に分散したペーストを、上記で形成された支持基板成形体の所定位置に塗布し乾燥して、燃料極層用のコーティング層を形成してもよい。
【００５４】
さらに、安定化ジルコニア粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いて固体電解質層用シートを作製する。
【００５５】
上記のようにして形成された支持基板成形体、燃料極用シート及び固体電解質層用シートを、例えば図１に示すような層構造となるように積層し、乾燥する。この場合、支持基板成形体の表面に燃料極層用のコーティング層が形成されている場合には、固体電解質層用シートのみを支持基板成形体に積層し、乾燥すればよい。
【００５６】
この後、インターコネクタ用材料（例えば、ＬａＣｒＯ３系酸化物粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを調製し、インターコネクタ用シートを作製する。
【００５７】
このインターコネクタ用シートを、上記で得られた積層体の所定位置にさらに積層し、焼成用積層体を作製する。
【００５８】
次いで、上記の焼成用積層体を脱バインダー処理し、酸素含有雰囲気中、１３００〜１６００℃で同時焼成し、得られた焼結体の所定の位置に、酸素極形成用材料（例えば、ＬａＦｅＯ３系酸化物粉末）と溶媒を含有するペースト、及び必要により、Ｐ型半導体層形成用材料（例えば、ＬａＦｅＯ３系酸化物粉末）と溶媒を含むペーストを、ディッピング等により塗布し、１０００〜１３００℃で焼き付けることにより、図１に示す構造の本発明の燃料電池セル３０を製造することができる。
【００５９】
尚、支持基板３１や燃料極層３２の形成にＮｉを用いた場合には、酸素含有雰囲気での焼成により、Ｎｉが酸化されてＮｉＯとなっているが、必要により、還元処理することにより、Ｎｉに戻すことができる。また、発電中に還元雰囲気に曝されるため、この時にもＮｉに還元されることになる。
【００６０】
本発明のセルスタックは、上記燃料電池セルを複数集電部材で電気的に接続した構造を有しており、多数の燃料電池セルの下端部が、燃料ガスが供給されるマニホールドに接合されている。本発明の燃料電池は、上記セルスタックが収納容器内に収納されて構成される。
【実施例１】
【００６１】
平均粒径０．６μｍのＮｉＯ粉末或いはＮｉ粉末と、Ｙ２Ｏ３粉末（平均粒径は０．８〜１．５μｍ）を、焼成後における体積比率がＮｉＯは、Ｎｉ換算で４８体積％となり、Ｙ２Ｏ３は５２体積％となるように混合した。この混合粉末と有機バインダーと溶媒にて作製した坏土を押出し成型法にて成形し、乾燥、脱脂して支持基板成形体を作製した。
【００６２】
次に平均粒径０．５μｍのＮｉ粉末と希土類元素が固溶したＺｒＯ２粉と有機バインダーと溶媒を混合した燃料極用スラリーを作製し、前記支持基板成形体上に、スクリーン印刷法にて塗布、乾燥して、燃料極用のコーティング層を形成した。
【００６３】
次に８ｍｏｌ％のスカンジウムが固溶したＺｒＯ２粉末と有機バインダーと溶媒とを混合して得られたスラリーを、ドクターブレード法にて厚み５０μｍの固体電解質用シートを作製した。前記固体電解質用シート上に燃料極用スラリーを塗布し、燃料極のコーティング層上に貼り付け、乾燥した。
【００６４】
次に、支持基板成形体、および燃料極層のコーティング層、固体電解質成形体を積層した積層成形体を１０００℃にて仮焼処理した。
【００６５】
次にＣｅＯ２を８５モル％、Ｓｍ２Ｏ３を１５モル％含む複合酸化物（以下ＳＤＣ１５）を振動ミルにて２４ｈ解砕した後、９００℃−４ｈ仮焼処理を行い、再度ボールミルにて解砕処理を行い、粉体の凝集度（レーザー回折による粒径／比表面積から計算した疑似球形状粒径）を１３〜１６に合わせた。この粉体にアクリル系バインダーとトルエンを添加し、混合して作製した拡散防止層のスラリーを、得られた仮焼体の固体電解質成形体の表面に、仮焼後にスクリーン印刷法にて塗布した。
【００６６】
また、ＬａＣｒＯ３系酸化物と、有機バインダーと溶媒を混合したスラリーを、ドクターブレード法にて厚み６０μｍのインターコネクタ用シートを作製した。次に平均粒径０．５μｍのＮｉ粉末と希土類元素が固溶したＺｒＯ２粉と有機バインダーと溶媒を混合した接合層用スラリーを作製し、前記インターコネクタ用シート上に接合層用スラリーを塗布し、露出した支持基板成形体上に積層し、酸素含有雰囲気中で、１４８０℃焼成温度で同時焼成した。この際、インターコネクタの形成位置を、一方側の先端（燃焼側先端）からの距離（幅ｂ１）が表１に示す距離となるように制御し、また、他方側の先端から１０ｍｍ（幅ｂ２）とように制御した。
【００６７】
次に、平均粒径０．８μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２Ｏ３粉末と、凝集度１３〜１６に調製したＳＤＣ１５を重量部で９０：１０の割合で混合し、得られたスラリーを積層体の元素拡散防止層の表面に＃２００にて印刷塗布を行い、１３０℃にて乾燥、その後Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．６Ｆｅ０．４Ｏ３粉体とイソプロピルアルコールとを混合して得られたスラリーを、印刷塗布した空気極層の上に噴霧塗布し、酸素極成形体を形成し、１０５０℃で焼き付け、酸素極層を形成し、図１、図2に示すような燃料電池セルを作製した。
【００６８】
比較例として、セル先端までインターコネクタが積層された燃料電池セルを作製した。
【００６９】
作製した燃料電池セルにおいて、支持基板の平坦部の長さは２６ｍｍ、弧状部の長さは３．５ｍｍ、セル長さは１５０ｍｍ、燃料極層の厚みは１０μｍ、拡散防止層の厚みは１０μｍ、固体電解質層の厚みは３０μｍ、酸素極の厚みは５０μｍ、インターコネクタの厚みは５０μｍ、Ｐ型半導体層の厚みは５０μｍとした。
【００７０】
得られた燃料電池セルに支持基板のガス通路内に水素ガスを流し、更に燃料電池セルの外側（酸素極の外面）に空気を流し、８５０℃において１００時間発電させて発電性能を測定した。また、１００時間後のセル先端部におけるクラックや、支持基板からのインターコネクタの剥離を観察した。
【表１】
2005285341.tif 000003
【００７１】
表１の結果から理解されるように、本発明の試料Ｎｏ．１〜３では、クラック、剥離発生を抑制できることが判る。一方、インターコネクタを燃焼側先端まで形成した試料Ｎｏ．４では、クラックや支持基板からのインターコネクタの剥離が発生した。
【実施例２】
【００７２】
インターコネクタの形成位置を、一方側の先端（燃焼側先端）からの距離（幅ｂ１）を７ｍｍとし、他方側の先端から、表２に示す距離（幅ｂ２）となるように制御する以外は、上記と同様にして、他方側の先端部における反り量を測定した。反り量の測定は、凹となる面のセルの幅方向両端面を結ぶ線分と、最も凹となった部分の表面から線分までの距離を測定することによって行った。この結果を表２に記載した。
【表２】
2005285341.tif 000004
【００７３】
この表２から、他方側の先端から１０ｍｍ以上離してインターコネクタを形成した場合には、その部分の反り量が小さく、マニホールドの貫通孔内にセルを挿入し、ガラス等で確実にガスシールできることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【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の燃料電池セルの縦断面図。
【符号の説明】
【００７５】
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
A・・・発電部
B・・・非発電部
【図１】
2005285341.tif 000005
【図２】
2005285341.tif 000006