(57)【要約】  【課題】  低コストで製造することができると共に、低温で作動することが可能な固体酸化物形燃料電池及びその製造方法を提供する。  【解決手段】  電解質層と、該電解質層の一方の側に形成されている燃料極層と、電解質層の他方の側に形成されている空気極層とを具備し、燃料極層と空気極層との内の少なくとも一方が、原料の粉体を下層に噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて形成されている。【選択図】  図１
2005339986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、
前記電解質層の一方の側に形成されている燃料極層と、
前記電解質層の他方の側に形成されている空気極層と、
を具備し、
前記燃料極層と前記空気極層との内の少なくとも一方が、原料の粉体を下層に噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて形成されている、固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
エアロゾルデポジション法を用いて形成された前記燃料極層又は前記空気極層における平均結晶粒径が５００ｎｍ以下である、請求項１記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
各々が、前記燃料極層、前記電解質層、及び、前記空気極層を含み、隣接して配置される複数のシングルセルを電気的に接続するインターコネクト層をさらに具備し、
前記インターコネクト層が、ステンレス鋼によって形成されている、
請求項１又は２記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記燃料極層が、ジルコニア系酸化物、セリア系酸化物、ランタンガレート系酸化物を主成分として含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記燃料極層が、３０体積％〜５０体積％のニッケル（Ｎｉ）粒子を含む、請求項４記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記空気極層が、コバルタイト系酸化物、マンガナイト系酸化物、クロマイト系酸化物を主成分として含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
電解質層と、前記電解質層の一方の側に形成されている燃料極層と、前記電解質層の他方の側に形成されている空気極層とを含む固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
燃料極層を形成する工程（ａ）と、
電解質層を配置する工程（ｂ）と、
空気極層を形成する工程（ｃ）と、
を具備し、
工程（ａ）又は（ｃ）が、原料の粉体を下層に噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法により、前記燃料極層又は前記空気極層を形成することを含む、固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項８】
前記燃料極層、前記電解質層、及び、前記空気極層を含み、隣接して配置される複数のシングルセルを電気的に接続するインターコネクト層を配置する工程をさらに具備し、
工程（ａ）又は（ｃ）が、前記インターコネクト層として用いられるステンレス鋼に向けて原料の粉体を噴射して堆積させることを含む、請求項７記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項９】
工程（ｂ）が、原料の粉体を下層に噴射して堆積させることにより前記電解質層を形成することを含む、請求項７又は８記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法。
【請求項１０】
工程（ａ）又は（ｃ）において用いられる原料の粉体の平均粒子径が、工程（ｂ）において用いられる原料の粉体の平均粒子径よりも小さい、請求項９記載の固体酸化物形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、電解質として固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質として固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：solid oxide fuel cell）は、最も発電効率の高い燃料電池として、様々な分野における応用が検討されている。図４は、ＳＯＦＣの原理を説明するための図である。図４に示すように、ＳＯＦＣは、固体酸化物によって形成された電解質層１０１と、その両端に形成された空気極（カソード）層１０２及び燃料極（アノード）層１０３とを含むシングルセルを基本単位として形成されている。空気極層１０２は、コバルタイト系酸化物等によって形成されており、外部から供給される空気に含まれる酸素（Ｏ２）をイオン化することにより、酸素イオン（Ｏ２−）を生成する。一方、燃料極層１０３は、ジルコニア系酸化物等によって形成されており、外部から供給される燃料である水素（Ｈ２）又はメタン（ＣＨ４）と、電解質層１０１を通過した酸素イオンとを反応させることにより、水（Ｈ２Ｏ）又は二酸化炭素（ＣＯ２）生成して排出する。その際に放出された電子（ｅ−）は、外部回路１０４を介して空気極層１０２に供給される。このようにして発電が行われ、外部回路１０４において電力を取り出すことができる。
一般的なＳＯＦＣは、このようなシングルセルを、導電性セラミックス等によって形成されているインターコネクタ（セパレータ）１０５を介して複数積層された構造を有している。
【０００３】
ところで、ＳＯＦＣにおいては、電解質層の特性として、酸素イオンに対する高い透過性を有すると共に、ガス透過性が少ないことが求められる。また、インターコネクタの特性としては、抵抗値が低いことと共に、ガス透過性が低いことが望ましい。
そこで、特許文献１及び２には、固体電解質形燃料電池の電解質層及びインターコネクタを、エアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法を用いて形成することが提案されている。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。ＡＤ法とは、原料の粉体を含むエアロゾルを生成し、それをノズルから基板に向けて噴射することにより原料の粉体を堆積させる成膜方法であり、噴射堆積法又はガスデポジション法とも呼ばれている。ＡＤ法においては、高速で噴射された原料の粉体が、基板や先に形成された堆積物等の下層に衝突して食い込むと共に、衝突の際に粉体が破砕して生成された破砕面が下層に付着するメカノケミカル反応によって成膜される。このようなＡＤ法を用いることにより、不純物を含まない、緻密で強固な膜を形成することができる。
【０００４】
特許文献１には、ガスデポジション法により、基材の表面にジルコニア系、セリア系などの電解質層を形成したり、ガスデポジション法により、基材の表面にランタンクロマイト系、チタン系酸化物などのインターコネクタ層を形成する固体酸化物型燃料電池の製造方法が開示されている。この製造方法によれば、低抵抗且つ均質で緻密な電解質層及びインターコネクタ層を作製することができるので、高性能かつ低コストのＳＯＦＣセル等の素子を提供できる。
【０００５】
また、特許文献２には、燃料極、電解質、空気極の３層からなるセルと、該セル同士を電気的に接続するためのセパレータを順次積層させた構造からなる平板型固体酸化物形燃料電池において、上記セパレータが、上記セルを支持し該セルとの間に通気空間を形成させる複数の突起を有する立体形状の金属基板と、該金属基板表面にエアロゾルデポジション法により形成した導電性酸化物層とからなり、上記導電性酸化物層を介して上記セルと上記金属基板との間で電子の移動を生じせしめる平板型固体酸化物形燃料電池が開示されている。
【０００６】
一方、ＳＯＦＣにおける空気極及び燃料極の特性としては、ガス透過性が高く、且つ、反応面積（即ち、透過ガスが接触する面積）が大きいことが求められる。
一般に、ＳＯＦＣは、基材となる電解質層に、グリーンシート法によって燃料極層及び空気極層を形成することによって作製されている。しかしながら、グリーンシート法によって形成された層においては、空隙率（構造物の内部に存在する空隙部分の割合）が大きいのでガス透過性は良いが、グレインサイズも大きいので（例えば、１μｍ〜５μｍ以上）、結晶粒の総表面積はそれほど大きくない。また、このような作製方法においては、バインダを気化させるために、１０００℃以上の高温プロセスが必要とされる。そのため、インターコネクタの材料として、セラミックス等の高耐熱性を有する材料しか用いることができないので、材料選択の幅が狭く、材料のコストが高くついてしまう。さらに、高温プロセス中に、電解質層と燃料極層又は空気極層との界面において反応生成物が形成されたり、燃料極層又は空気極層の結晶粒が成長してグレインサイズがさらに大きくなってしまう。そのため、燃料電池の性能を現状よりも高くすることは困難である。
【０００７】
ところで、一般的なＳＯＦＣは、通常、１０００℃付近において作動するが、近年、この作動温度を低温化することが試みられている。非特許文献１によれば、作動温度を、例えば、８００℃以下にすることにより、次のようなメリットがあると考えられている。
まず、作動温度を低くすることにより、インターコネクタの材料としてステンレス鋼等の金属を用いることができるので、材料選択の幅が広がり、コストダウンを図ることができる。また、構成部材の熱的劣化が軽減されるので、燃料電池の信頼性を高くすることができると共に、長寿命化することができる。これについて、非特許文献２には、作動温度を９００℃から７００℃に下げることにより、ステンレス鋼に対する腐食速度が１／１４に減ると記載されている（非特許文献２、第７５頁）。さらに、システム全体に対する耐熱要求度が緩和されるので、設備を低コスト化することができる。加えて、作動温度を６００℃以上にすることにより、ＳＯＦＣ内部においてメタン等の燃料を水素に改質することが可能になり、システムをコンパクト化、且つ、簡素化することができる。
【０００８】
しかしながら、作動温度を下げると触媒活性が落ちてしまうので、ＳＯＦＣの発電性能も低下してしまう。そのため、作動温度を下げつつ、従来と同様の発電性能を維持するのは困難である。
【特許文献１】特開２０００−５８０８４号公報（第２頁）
【特許文献２】特開２００３−２７２６５８号公報（第２頁）
【非特許文献１】本間  琢也監修、「図解燃料電池のすべて」、工業調査会、２００３年１２月、ｐ．７１−７３
【非特許文献２】「燃料電池開発最前線  日経メカニカル別冊」、株式会社日経ＢＰ社、２００１年６月、ｐ．７４−７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、低コストで製造することができると共に、低温で作動することが可能な固体酸化物形燃料電池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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、電解質層と、該電解質層の一方の側に形成されている燃料極層と、電解質層の他方の側に形成されている空気極層とを具備し、燃料極層と空気極層との内の少なくとも一方が、原料の粉体を下層に噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて形成されている。
【００１１】
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の製造方法は、電解質層と、該電解質層の一方の側に形成されている燃料極層と、電解質層の他方の側に形成されている空気極層とを含む固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、燃料極層を形成する工程（ａ）と、電解質層を配置する工程（ｂ）と、空気極層を形成する工程（ｃ）とを具備し、工程（ａ）又は（ｃ）が、原料の粉体を下層に噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法により、燃料極層又は空気極層を形成することを含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、空気極層及び燃料極層との内の少なくとも一方を、高温プロセスが不要なエアロゾルデポジション法によって形成する。そのため、例えば、安価なステンレス鋼のように、インターコネクト層の材料選択の幅が広がり、コストを低減することが可能になる。また、高温プロセスに起因する反応生成物の発生や、結晶粒の成長を防ぐことができるので、ＳＯＦＣの性能の低下を抑制することができる。さらに、エアロゾルデポジション法における材料として、所定の平均粒子径を有する粉体を用いることにより、ポーラス、且つ、結晶粒径が小さい層を形成することができるので、空気極層及び／又は燃料極層における反応面積を増大させることができる。そのため、作動温度を低下させた場合においても、ＳＯＦＣの高い発電性能を維持することができる。従って、ＳＯＦＣを含むシステムに対する耐熱要求が緩和されるので、設備コストを低減することができると共に、アプリケーションの幅を広げることができ、また、ＳＯＦＣを長寿命化させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の構成を示す断面図である。このＳＯＦＣは、電解質層１０、空気極層１１、及び、燃料極層１２を含むシングルセル１と、隣接する２つのシングルセル１の間に配置されているインターコネクト層２と、複数の積層されたシングルセル１の両端に配置されている集電板３とを含んでいる。これらの各部１〜３は、筐体４に収められている。
【００１４】
電解質層１０は、ジルコニア系酸化物、セリア系酸化物、ランタンガレート系酸化物（Ｌａ（Ｓｒ）Ｇａ（Ｍｇ１Ｃｏ）Ｏ３）等を主成分とする材料によって形成されており、空気極層１１から供給された酸素イオン（Ｏ２−）を透過させる。電解質層１０は、厚さが１０μｍ程度の膜であり、酸素イオンの透過性を良くすると共に、ガスの透過性を抑えるために、平均結晶粒径が後述する空気極層１１や燃料層１２より小さく、且つ、空隙率が約５％以下の緻密な構造を有している。ここで、空隙率とは、セラミックス等の構造物の内部に存在する空隙部分の割合のことであり、空隙率（％）＝１００％−充填率（％）で表される。なお、充填率とは、セラミックス等の構造物全体の容積に対し、その構造物に含まれる粒子が実際に占める容積の割合のことである。電解質層１０の材料として、具体的には、ジルコニア系材料、セリア系材料、ランタンガレート系材料に、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ユーロビウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）の内の少なくとも１種類以上を添加したものが用いられる。
【００１５】
空気極層１１は、コバルタイト系酸化物（Ｓｍ（Ｓｒ）ＣｏＯ３）、マンガナイト系酸化物、クロマイト系酸化物等を主成分とする材料によって形成されており、外部から供給される空気に含まれる酸素（Ｏ２）をイオン化することにより酸素イオン（Ｏ２−）を生成する。空気極層１１は、厚さが３０μｍ程度の膜であり、反応面積（即ち、透過ガスが接触する面積）を大きくすると共に、空気の透過性を良くするために、平均結晶粒径が約１μｍ以下、望ましくは約５００ｎｍ以下、更に望ましくは３００ｎｍ以下、且つ、空隙率が約２０％〜５０％程度のポーラスな構造を有している。
【００１６】
燃料極層１２は、ジルコニア系酸化物、セリア系酸化物（（ＣｅＯ２）１−Ｘ（ＳｍＯ１．５）Ｘ）、ランタンガレート系酸化物等を主成分とする材料によって形成されており、触媒として、３０〜５０体積％程度のニッケル（Ｎｉ）が添加されている。燃料層１２は、外部から供給される燃料に含まれる水素Ｈ２又はメタンＣＨ４と、電解質層１０から供給される酸素イオンＯ２−とを反応させることにより、水（Ｈ２Ｏ）又は二酸化炭素（ＣＯ２）を生成して排出する。燃料極層１２は、厚さが３０μｍ程度の膜であり、反応面積の増大化及び良好な燃料の透過性のために、平均結晶粒径が約１μｍ以下、望ましくは約５００ｎｍ以下、更に望ましくは３００ｎｍ以下、且つ、空隙率が約２０％〜５０％程度のポーラスな構造を有している。
【００１７】
インターコネクト層２は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）や、クロマイト系酸化物、チタン系酸化物等を主成分とする導電性セラミックスによって形成されている。インターコネクト層２は、隣接するシングルセル１を電気的に接続すると共に、隣接する層間における反応やガスの漏れを遮断する。また、インターコネクト層２には、空気及び燃料を空気極層１１及び燃料極層１２にそれぞれ効率良く供給するために、気体の流路となる溝が形成されていることが望ましい。インターコネクト層２をセラミックスによって形成する場合には、材料として、具体的には、ランタンクロマイト系材料又はチタン系材料に、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の内の少なくとも１種類以上を添加したものが用いられる。
集電板３は、ＳＯＦＣの一方の端部に配置された燃料極層１２から電子（ｅ−）を集めてリード線６に導くと共に、ＳＯＦＣの他方の端部に配置された空気極層１１に電子を供給する。このような各部における反応により、外部回路５に電力が供給される。
【００１８】
次に、本実施形態に係るセラミックス構造物の製造方法について説明する。本実施形態のおいて、電解質層１０、空気極層１１、及び、燃料層１２は、原料の粉体を含むエアロゾルを基板に吹き付けて堆積させるエアロゾルデポジション（ＡＤ）法によって形成されている。
【００１９】
図２は、ＡＤ法による成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、ガスボンベ２１と、搬送管２２ａ及び２２ｂと、エアロゾル生成室２３と、成膜室２４と、排気ポンプ２５と、ノズル２６と、基板ホルダ２７とを含んでいる。
ガスボンベ２１には、キャリアガスとして使用される窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は、乾燥空気等が充填されている。このガスボンベ２１には、キャリアガスの供給量を調節する圧力調整部２１ａが設けられている。また、エアロゾル生成室２３は、成膜材料である原料の微小な粉体が配置される容器である。ガスボンベ２１から搬送管２２ａを介して、エアロゾル生成室２３にキャリアガスを導入することにより、そこに配置された原料の粉体が噴き上げられてエアロゾル１１０が生成される。生成されたエアロゾル１１０は、搬送管２２ｂを介してノズル２６に供給される。
【００２０】
成膜室２４の内部は、排気ポンプ２５によって排気されており、所定の真空度に保たれている。また、成膜室２４には、エアロゾル１１０を噴射するノズル２６と、構造物が形成される基板１２０を保持する基板ホルダ２７とが配置されている。基板ホルダ２７には、基板ホルダ２７を３次元的に移動させる基板ホルダ駆動部２７ａが設けられており、これにより、ノズル２６と基板１２０との相対位置及び相対速度が制御される。
【００２１】
図３は、図１に示すＳＯＦＣを製造する工程を説明するための図である。
まず、インターコネクト層２となるＳＵＳ基板を用意し、これを基板１２０として図２に示す基板ホルダ２７に配置すると共に、基板１２０を所定の成膜温度に保つ。次に、図２に示すエアロゾル生成室２３に、燃料極層１２の原料の粉体を配置する。そして、図３の（ａ）に示すように、ノズル２６から原料の粉体を含むエアロゾルを基板に向けて噴射することにより、インターコネクト層２（基板１２０）上に燃料極層１２を形成する。次に、エアロゾル生成室２３に電解質層１０の原料の粉体を配置し、図３の（ｂ）に示すように、燃料極層１２の上に電解質層１０を形成する。さらに、エアロゾル生成室２３に空気極層１１の原料の粉体を配置し、図３の（ｃ）に示すように、電解質層１０の上に空気極層１１を形成する。このようにして、インターコネクト層２上にシングルセル１が形成される。
【００２２】
さらに、図３の（ｄ）に示すように、複数のシングルセル１を、インターコネクト層２を介して積層し、両端に集電板３を配置することにより、図１に示すＳＯＦＣを作製することができる。
【００２３】
ここで、本実施形態においては、緻密な電解質層１０と、ポーラスな空気極層１１及び燃料極層１２とを、共にＡＤ法によって形成している。そこで、ＡＤ法を用いて空隙率の異なる膜を形成する方法及び原理について、詳しく説明する。
ＡＤ法においては、ノズルから噴射される粉体に関する様々な条件により、形成された膜の膜質や堆積率等に差異が生じることは知られている。例えば、エアロゾル生成容器に配置された原料の粉体（１次粒子）は、時間の経過と共に、静電気力、ファンデルワールス力、又は、水分の架橋効果等により凝集して２次凝集粒子を形成してしまう。このような２次凝集粒子が基板に衝突しても、２次凝集粒子が持つ運動エネルギーはそれ自身が解砕するために用いられてしまうので、破砕面を形成せず、従って、下層に付着しない。そのため、２次凝集粒子は、成膜に寄与することはできず、場合によっては、先に形成された堆積物をブラストしてしまう。また、噴射される粉体が１次粒子であっても、成膜に適した平均粒子径の範囲が存在することは、経験的に知られている。
【００２４】
そこで、本願発明者は、原料の粉体の平均粒子径に着目し、平均粒子径とＡＤ膜の膜質との関係について調べた。まず、本願発明者は、セラミックス材料の１つであるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）粉体の平均粒子径を０．２μｍ〜０．３μｍの範囲で変化させながら、図２に示す成膜装置を用いて膜（ＡＤ膜）を形成し、それぞれのＡＤ膜の表面を観察すると共に、硬度を測定した。その結果、原料の粉体の平均粒子径とＡＤ膜の膜質との間に、一定の関係があることが見出された。
【００２５】
まず、形成されたＡＤ膜の表面を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察したところ、原料のＰＺＴ粉体の平均粒子径が大きいほどＡＤ膜における平均結晶粒径は小さく、空隙率は低かった。反対に、原料のＰＺＴ粉体の平均粒子径が小さいほどＡＤ膜における平均結晶粒径は大きく、空隙率は高かった。また、原料のＰＺＴ粉体の平均粒子径が大きいほど、ＡＤ膜のビッカース硬度は大きく、原料のＰＺＴ粉体の平均粒子径が小さいほど、ＡＤ膜のビッカース硬度は小さかった。
【００２６】
このような観察結果は、次のようなメカニズムによって生じたものと考えられる。即ち、粒子径の大きい１次粒子は、ノズルから噴射された際に有している運動エネルギーが大きいので、基板に衝突したときに破砕し易い。そのため、小さく破砕された１次粒子の断片がメカノケミカル反応によって互いに結合するので、緻密で強固なＡＤ膜が形成される。反対に、粒子径の小さい１次粒子は、運動エネルギーが小さいので、基板に衝突しても破砕し難い。そのような１次粒子は、基板に衝突しても下層にトラップ（捕獲）されて堆積するのみなので、空隙率が高いポーラスな膜となる。従って、原料の粉体の平均粒子径を調整することにより、ＡＤ膜の平均結晶粒径や空隙率等を制御することが可能になる。
【００２７】
そこで、本実施形態においては、平均粒子径が０．３μｍ〜１．０μｍ程度の原料の粉体を用いて電解質層１０を形成すると共に、それよりも平均粒子径が小さい０．０５μｍ〜０．２μｍ程度の原料の粉体を用いて空気極層１１及び燃料極層１２を形成している。これにより、緻密な電解質層１０と、ポーラスな空気極層１１及び燃料極層１２との両方をＡＤ法により形成することができる。このようにして形成された空気極層１１及び燃料極１２は、ポーラスであると同時に平均結晶粒径が小さいので、流入する空気や燃料ガスと接触する反応面積を広くすることができる。なお、スクリーン印刷法を用いてこれらの層を形成すると、平均結晶粒径は、ＡＤ法を用いる場合と比較して１０倍以上大きくなってしまう。従って、膜を観察することにより、いずれの成膜方法が用いられたかを判別することは可能である。
【００２８】
ここで、原料の粉体の平均粒子径を調整するためには、１つの方法として、粒子径分布の中心値が異なる２種類以上の微粉を混合すれば良い。例えば、粒子径分布の中心値が０．１μｍ〜０．５μｍの微粉と、粒子径分布の中心値が０．２μｍ〜０．６μｍの微粉とを所定の割合で混合することにより、所望の平均粒子径を有する粉体を得ることができる。なお、ＡＤ法の原料として用いることができる粉体の平均粒子径の範囲や、平均粒子径と空隙率等との対応関係は、使用される原料の種類に応じて異なるものと考えられる。従って、使用される原料の種類に応じてそれらの対応関係を予め測定しておくことが望ましい。
【００２９】
このように、本実施形態においては、電解質層１０、空気極層１１、及び、燃料極層１２をＡＤ法によって形成するので、成膜後の高温プロセスが不要になる。即ち、スクリーン印刷において一般に行われるような１０００℃付近の焼結が不要となり、アニールを行う場合においても、６００℃〜８００℃程度で十分となる。そのため、基板材料の選択の幅が広がり、安価なＳＵＳ基板等を使用できるようになるので、製造コストを削減することが可能になる。さらに、ＡＤ法においては、結晶粒径の小さい膜を形成することができると共に、その後のプロセスにおいて結晶粒径が成長してしまうこともない。従って、空気極層１１及び燃料極層１２における反応面積を大きくして、発電効率を向上させることができる。また、燃料極層１２に混入させる触媒（ニッケル微粒子）を高分散化させることができる。さらに、電解質層１０の緻密性を維持しつつ薄膜化することができるので、導電性を高くすることができる。これにより、ＳＯＦＣの作動温度を低温化させた場合においても、高い発電性能を維持することが可能になる。
【００３０】
以上説明した本発明の一実施形態においては、ＳＵＳ基板上にＡＤ法による成膜を行うことによりシングルセルを形成したが、インターコネクト層として、ＳＵＳ基板の替わりに導電性セラミックス基板を用いてＡＤ法を行っても良い。また、ダミー基板上にＡＤ法によりシングルセルを形成し、ダミー基板を除去した後に、インターコネクト層となるＳＵＳや導電性セラミックスを配置しても良い。さらに、インターコネクト層もＡＤ法によって形成しても良い。その場合には、緻密で硬度の高いインターコネクト層を形成するために、原料として、クロマイト系酸化物、チタン系酸化物等を主成分とし、平均粒子径が約０．３μｍ〜約１．０μｍ程度の粉体を用いることが望ましい。この場合には、全ての層をＡＤ法によって形成することができるので、製造工程や製造装置を簡単にしてコストを低減することが可能になる。
【００３１】
また、本実施形態においては、ＳＵＳ基板上に、燃料極層、電解質層、空気極層をＡＤ法によって順次形成したが、反対に、空気極層、電解質層、燃料極層の順に形成しても構わない。また、電解質層としては、従来の固体酸化物形燃料電池と同様に、セラミックス板材等を用いても良い。その場合には、電解質層を基板としてＡＤ法を行うことにより、燃料極層や空気極層を形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、固体酸化物形燃料電池において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の構造を示す図である。
【図２】ＡＤ法による成膜装置を示す模式図である。
【図３】図１に示す固体酸化物形燃料電池の製造工程を説明するための図である。
【図４】固体酸化物形燃料電池の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  シングルセル
２、１０５  インターコネクト層
３  集電板
４  筐体
５、１０４  外部回路
６  リード線
１０、１０１  電解質層
１１、１０２  空気極層
１２、１０３  燃料極層
２１  ガスボンベ
２１ａ  圧力調整部
２２ａ、２２ｂ  搬送管
２３  エアロゾル生成室
２４  成膜室
２５  排気ポンプ
２６  ノズル
２７  基板ホルダ
２７ａ  基板ホルダ駆動部
１１０  エアロゾル
１２０  基板
【図１】
2005339986.tif 000003
【図２】
2005339986.tif 000004
【図３】
2005339986.tif 000005
【図４】
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