(57)【要約】【課題】本発明は、固体酸化物基板の片面に、カソード層とアノード層を並行配置され、気密封止構造を必要とせず、小型化、低コスト化、発電駆動温度の低温化を図ることができる固体酸化物平面利用燃料電池を提供する。【解決手段】アルミナセラミック等の固体酸化物基板１の上面に、ＳＳＣ等の帯状カソード層２と、レニウム金属粉末等の透過性の帯状アノード層３１、３２とを所定間隔空けて並行配列する。アノード層上面には、エタノール等の流体燃料を該アノード層全体に浸透供給する燃料供給層１１１、１１２が接触配設される。大気に接するカソード層で生成された酸素イオンは、基板の表面領域を移動し、アノード層に供給された燃料種と反応する。基板面上のカソード層とアノード層とで、燃料電池セルＣ１、Ｃ２が形成される。燃料供給層の上面に、カバー層１２１、１２２を設けても良い。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物基板の一面において、空気が供給されるカソード層と流体燃料が供給されるアノード層とが、該固体酸化物基板に係る所定の表面領域を介して配置された固体酸化物表面利用燃料電池であって、
前記アノード層に接触され、該アノード層を介して前記流体燃料を前記表面領域に供給する燃料供給層を配設した固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項２】
前記固体酸化物基板は、ガラス基板又はアルミナ焼結基板であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項３】
前記固体酸化物基板は、サマリアドープドセリア・セラミック基板であることを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項４】
前記固体酸化物基板は、補強用基材上に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項５】
前記固体酸化物基板は、半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項６】
前記固体酸化物基板は、熱交換用基材上に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項７】
前記カソード層及び前記アノード層は、多孔質層で帯状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項８】
前記カソード層は、多孔質層で帯状に形成され、
前記アノード層は、金属粉末充填層で帯状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項９】
前記カソード層は、多孔質層で帯状に形成され、
前記アノード層は、金属板で帯状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項１０】
前記アノード層は、レニウム、タングステン、ニッケル、モリブデン、又は、銅のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項１１】
前記カソード層は、サマリウムストロンチウムコバルタイト、ランタンストロンチウムコバルタイト、又は、ランタンストロンチウムマンガナイトにいずれかで形成されていることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項１２】
前記燃料供給層は、前記アノード層に沿って、該アノード層の上面に接触して又は該アノード層の側面に接触して配設され、
前記流体燃料は、前記燃料供給層の一端から浸透されて前記表面領域に供給されることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項１３】
前記燃料供給層は、無機粉末充填体又は無機質繊維集合体により形成されることを特徴とする請求項１２に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項１４】
前記燃料供給層は、少なくとも該供給層の外表面に、前記流体燃料の飛散又は蒸発を防止するカバー層を有することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項１５】
前記燃料供給層が前記アノード層の側面に接触して配設された場合、前記カバー層は、前記アノード層の上面を覆うことを特徴とする請求項１４に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項１６】
前記固体酸化物基板上に、複数のカソード層と複数のアノード層とが形成されることを特徴とする請求項７乃至１５のいずれか一項に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項１７】
共通カソード層から延びる前記複数のカソード層と、共通アノード層から延びる前記複数のアノード層とが、前記固体酸化物基板上で互いに交互に櫛歯状に平行配設されたことを特徴とする請求項１６に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項１８】
複数の前記共通カソード層と、複数の前記共通アノード層とを有し、
前記共通カソード層同士、前記共通アノード層同士を夫々電気接続し、前記共通カソード層及び前記共通アノード層を並列接続したことを特徴とする請求項１７に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項１９】
複数の前記共通カソード層と、複数の前記共通アノード層とを有し、
前記共通カソード層と前記共通アノード層を交互に電気接続し、前記共通カソード層及び前記共通アノード層を直列接続したことを特徴とする請求項１７に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項２０】
複数の前記共通カソード層と、複数の前記共通アノード層とを有し、
前記共通カソード層同士、前記共通アノード層同士を夫々電気接続し、前記共通カソード層及び前記共通アノード層の並列接続グループを複数形成し、
前記複数の並列接続グループを直列接続したことを特徴とする請求項１７に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項２１】
前記燃料供給層は、隣接する２つの前記アノード層の間において、該アノード層の側面に接して配設され、
前記流体燃料は、前記燃料供給層の一端から浸透されて、前記アノード層を介して前記表面領域に供給されることを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれか一項に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項２２】
前記カソード層は、前記アノード層の前記燃料供給層と反対側に前記表面領域を置いて配設されたことを特徴とする請求項２１に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【請求項２３】
前記隣接するアノード層及び該アノード層の間に配設された前記燃料供給層の上面を覆うカバー層を設けたことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の固体酸化物表面利用燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体酸化物表面利用燃料電池に関し、特に、固体酸化物基板の一方の面にカソード層とアノード層とが所定間隔を置いて形成され、該アノード層に燃料供給層を設けて、カソード層に空気が供給されるようにし、燃料電池を気密封止する必要がない簡単な構造によって、小型化、薄型化を図り、さらに、発電時の低温度化を図ることができる固体酸化物表面利用燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、火力発電などに替わる低公害の発電手段として、或いは、ガソリンなどを燃料とするエンジンに取って代わる電動自動車の電気エネルギー源として、燃料電池が開発され、実用化されるに至っている。そして、この燃料電池に対しては、高効率化、低コスト化を目指して多くの研究がなされている。
【０００３】
この燃料電池には、種々の発電形式があるが、この中に、固体電解質を用いた形式の燃料電池がある。この固体電解質による燃料電池の一例として挙げると、イットリア（Ｙ２Ｏ３）が添加された安定化ジルコニアからなる焼成体を酸素イオン伝導型の固体電解質層として用いたものがある。この固体電解質層の一面にカソード層を、そして、その反対面にアノード層を形成し、このカソード層側に酸素又は酸素含有気体が供給され、さらに、アノード層には、メタン等の燃料ガスが供給されるようになっている。
【０００４】
この燃料電池内では、カソード層に供給された酸素（Ｏ２）が、カソード層と固体電解質層のとの境界で酸素イオン（Ｏ２−）にイオン化され、この酸素イオンが、固体電解質層によってアノード層に伝導され、アノード層に供給された、例えば、メタン（ＣＨ４）ガスと反応し、そこで、最終的には、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。この反応において、酸素イオンが、電子を放出するため、カソード層とアノード層との間に電位差が生じる。そこで、カソード層とアノード層とにリード線を取り付ければ、アノード層の電子が、リード線を介してカソード層側に流れ、燃料電池として発電することになる。なお、この燃料電池の駆動温度は、約１０００℃である。
【０００５】
しかし、この形式の燃料電池では、カソード層側に、酸素又は酸素含有ガス供給チャンバーを、そして、アノード層側に、燃料ガス供給チャンバーを夫々分離したセパレート型チャンバーを用意しなければならず、しかも、高温下で、酸化性雰囲気と還元性雰囲気とに晒されるため、燃料電池セルとしての耐久性を向上することが困難であった。
【０００６】
一方、固体電解質層の対向した面に、カソード層とアノード層とを設けて燃料電池セルを形成し、この燃料電池セルを、燃料ガス、例えば、メタンガスと、酸素ガスとが混合された混合燃料ガス中に置いて、カソード層とアノード層との間に起電力を発生させる形式の燃料電池が開発されている。この形式の燃料電池では、カソード層とアノード層との間に起電力を発生する原理は、上述したセパレート型チャンバー形式の燃料電池の場合と同様であるが、燃料電池セル全体を実質的に同一雰囲気にすることができるため、混合燃料ガスが供給されるシングル型チャンバーとすることができ、燃料電池セルの耐久性を向上できる。
【０００７】
しかし、このシングル型チャンバーの燃料電池においても、約１０００℃の高温下で駆動しなければならないので、混合燃料ガスの爆発の危険性がある。この危険性を回避するために、酸素濃度を発火限界よりも低い濃度にすると、メタン等の燃料の炭化が進み、電池性能が低下するという問題が生じた。そのため、混合燃料ガスの爆発を防止しつつ、燃料の炭化の進行を防止し得る酸素濃度の混合燃料ガスを使用できるシングル型チャンバーの燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００８】
この提案されたシングル型チャンバーの燃料電池の構成を、図９に示した。図９（ａ）に示された燃料電池は、固体電解質層を含む燃料電池セルが、混合燃料ガスの流れに対して平行に積層された構造になっている。燃料電池セルは、緻密構造の固体電解質層１と、固体電解質層１の両面に形成された多孔質層のカソード層２とアノード層３とで構成され、同じ構成の複数の燃料電池セルＣ１乃至Ｃ４が、セラミック製の容器４内に積層される。そして、燃料電池セルは、充填物７、８を介して端板９、１０によって、容器４内に密封される。
【０００９】
容器４には、メタン等の燃料と酸素とを含む混合燃料ガスの供給配管５や排ガスの排出配管６が設けられる。容器４内の燃料電池セルを除く部分であって、混合燃料ガスや排ガスが流動する容器４内の空間部に、充填物７、８が充填され、適宜の間隔とすることにより、燃料電池として駆動されたとき、発火限界内の混合燃料ガスが存在しても発火することがなくなる。
【００１０】
また、図９（ｂ）に示された燃料電池では、その基本的構成は、図９（ａ）に示したシングル型チャンバーの燃料電池と同様であるが、固体電解質層を含む燃料電池セルが、混合燃料ガスの流れに対して直交して容器４の軸方向に積層された構造になっている。この場合には、燃料電池セルは、多孔質層の固体電解質層１と、固体電解質層１の両面に形成された多孔質層のカソード層２とアノード層３とで構成され、同じ構成の複数の燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５が、容器４内に積層される。
【００１１】
一方、以上に述べた燃料電池は、チャンバー内に収納された燃料電池セルによって構成された形式のものであったが、特別なチャンバーを用意することなく、固体電解質燃料電池セルを火炎中、或いは、その近傍に配置し、火炎の熱によって固体電解質燃料電池セルをその動作温度に保持させて、発電を行う装置が提案されている。
【００１２】
この発電装置の燃料電池セルは、ジルコニア固体電解質層から成る管体と、その管体の外側に形成された燃料極であるアノード層と、管体内側に形成された空気極であるカソード層とからなる。この固体電解質の燃料電池セルを、燃料ガスが供給される燃焼装置から発生する火炎の還元炎部分に、アノード層を晒した状態で設置している。この様に設置することにより、還元炎中に存在するラジカル成分等を燃料として利用し、管体内部のカソード層には、対流又は拡散によって、空気が供給され、燃料電池セルとして発電が行われる（例えば、特許文献２を参照）。
【００１３】
以上に提案された燃料電池では、いずれも固体電解質層による酸素イオン伝道型の場合であり、固体電解質層中を伝道した酸素イオンが燃料種と反応するという形式によって、起電力を発生させるというものである。ところが、２つの反応物種が絶縁性基板の表面を移動して反応することにより、起電力を発生できるという原理に基づく燃料電池が報告されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【００１４】
この燃料電池では、２つの電極が、絶縁性基板の同一表面上に、近接して配置され、両電極が、酸素と水素の混合ガス中に晒されるようになっている。一方の電極において、化学吸着により酸素イオンが生成され、他方の電極において、化学吸着により水素イオンが生成され、これらで生成された酸素イオンと水素イオンが、絶縁性基板の表面を移動して反応する。この様にして、両電極間に起電力を発生させることができるとしている。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００３−９２１２４号公報
【特許文献２】
特開平６−１９６１７６号公報
【非特許文献１】
Ｗ．  ｖａｎ  ＧＯＯＬ  ”ＴＨＥ  ＰＯＳＳＩＢＬＥ  ＵＳＥ  ＯＦ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＭＩＧＲＡＴＩＯＮ  ＩＮ  ＦＵＥＬ  ＣＥＬ          ＬＳ  ＡＮＤ  ＨＥＴＥＲＯＧＥＮＥＯＵＳ  ＣＡＴＡＬＹＳＩＳ”  Ｐｈｉｌｉｐｓ  Ｒｅｓ．  Ｒｅｐｔｓ  ２０，  ８１−９３，            １９６５
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図９に示されたシングル型チャンバーの燃料電池では、従来の固体電解質燃料電池のように、燃料と空気を厳粛に分離する必要がない代わりに、混合燃料を使用するため、防爆対策を施した気密封止構造を採用せざるを得ない。そして、燃料電池としての起電力を上げるためには、板状固体電解質燃料電池セルを積層する必要があるが、高温下で駆動することから、複数の板状固体電解質燃料電池セル間を耐熱性高電気伝導性のインターコネクト材で電気接続しなければならない。そのため、板状固体電解質燃料電池セルによるシングル型チャンバーの燃料電池は、大掛かりな構造となり、しかも、コストが嵩むという問題がある。
【００１７】
また、このシングル型チャンバーの燃料電池の場合において、その稼動に際しては、高温になるまで徐々に昇温して、固体電解質燃料電池セルの割れを防止しているので、起電するまでの時間が長く、手間がかかるという問題があり、簡便に発電させることができなかった。
【００１８】
これに対して、管状に形成された酸素イオン伝導型の固体電解質燃料電池セルでは、火炎を直接利用する形態が採用されており、この形態の燃料電池は、固体電解質燃料電池セルを密封構造の容器に収容する必要がなく、開放型であるという特徴を持っている。そのため、この燃料電池では、起電時間が短縮でき、構造が簡単なので、燃料電池の小型軽量化、低コスト化に有利であり、簡便な発電装置であるといえる。そして火炎を直接利用する点で、一般の燃焼装置や焼却装置等に組み込むことが可能となり、電力供給装置として利用することが期待されている。
【００１９】
しかしながら、この形態の燃料電池では、管状の固体電解質層の外面にアノード層が形成されているので、主に、そのアノード層の上半分に火炎によるラジカル成分が供給されず、管状の固体電解質層の外面に形成されたアノード層全面を有効に利用することができない。そのため、発電効率が低いものであった。さらに、固体電解質燃料電池セルが、火炎で直接加熱されるので、急激な温度変化によってひび割れが発生しやすく、ひび割れの生じた固体電解質燃料電池セルは、その後バラバラに壊れてしまい、発電することができなくなるという問題があった。
【００２０】
一方、非特許文献１によって報告された燃料電池においては、原理的に起電力を発生できることが報告されるに止まり、混合ガスの中において、２つの電極を近接配置することが困難であったたこと、反応成分の一つを選択的に化学吸着して特定の反応種を生成できる電極材料が簡単に見つからなかったこと、絶縁性基板が、表面にできた反応生成物に対する良好な脱離性質を持っていなければならないこと、混合ガスの爆発範囲外の雰囲気において実行されなければならないことなどの理由で、この形式の燃料電池は、実用化に至っていなかった。
【００２１】
そこで、絶縁性基板の片面において、２つの電極を並べて配置した形式の燃料電池構成は、燃料電池の薄型化に適したものであることに注目し、固体電解質燃料電池に関する開発で得られた知見を基にして、本発明では、固体酸化物基板の片面に、カソード層とアノード層を並行配置して、カソード層には、空気が供給され、アノード層には、直接流体燃料を供給するようして、燃料電池の小型化、低コスト化、そして発電駆動温度の低温化を図ることができる固体酸化物表面利用燃料電池を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明では、固体酸化物基板の一面において、空気が供給されるカソード層と流体燃料が供給されるアノード層とが、該固体酸化物基板に係る所定の表面領域を介して配置された固体酸化物表面利用燃料電池において、前記アノード層に接触され、該アノード層を介して前記流体燃料を前記表面領域に供給する燃料供給層を配設することとした。
【００２３】
そして、前記固体酸化物基板は、ガラス基板又はアルミナ焼結基板、或いは、サマリアドープドセリア・セラミック基板から選択されることとし、補強用基材上、半導体基板上、或いは、熱交換用基材上に形成されてもよいとした。
【００２４】
さらに、前記カソード層及び前記アノード層は、多孔質層で帯状に形成されるものとし、前記カソード層は、多孔質層で帯状に形成され、前記アノード層は、金属粉末充填層で帯状に形成され、或いは、金属板で帯状に形成されるようにした。
【００２５】
前記アノード層は、レニウム、タングステン、ニッケル、モリブデン、又は、銅のいずれかで形成され、前記カソード層は、サマリウムストロンチウムコバルタイト、ランタンストロンチウムコバルタイト、又は、ランタンストロンチウムマンガナイトにいずれかで形成されていることとした。
【００２６】
また、前記燃料供給層は、前記アノード層に沿って、該アノード層の上面に接触して又は該アノード層の側面に接触して配設され、前記流体燃料が、前記燃料供給層の一端から浸透されて前記表面領域に供給されるようにし、無機粉末充填体又は無機質繊維集合体により形成されることとした。
【００２７】
さらに、前記燃料供給層は、少なくとも該供給層の外表面に、前記流体燃料の飛散又は蒸発を防止するカバー層を有することとし、前記燃料供給層が前記アノード層の側面に接触して配設された場合には、前記カバー層は、前記アノード層の上面を覆うこととした。
【００２８】
前記固体酸化物基板上に、複数のカソード層と複数のアノード層とが、前記固体酸化物基板上に形成されようにし、共通カソード層から延びる前記複数のカソード層と、共通アノード層から延びる前記複数のアノード層とが、前記固体酸化物基板上で互いに交互に櫛歯状に平行配設されることとした。
【００２９】
また、複数の前記共通カソード層と、複数の前記共通アノード層とを備え、前記共通カソード層同士、前記共通アノード層同士を夫々電気接続し、前記共通カソード層及び前記共通アノード層を並列接続し、或いは、前記共通カソード層と前記共通アノード層を交互に電気接続し、前記共通カソード層及び前記共通アノード層を直列接続し、さらには、前記共通カソード層同士、前記共通アノード層同士を夫々電気接続し、前記共通カソード層及び前記共通アノード層の並列接続グループを複数形成し、前記複数の並列接続グループを直列接続した。
【００３０】
また、前記燃料供給層は、隣接する２つの前記アノード層の間において、該アノード層の側面に接して配設され、前記流体燃料は、前記燃料供給層の一端から浸透されて、前記アノード層を介して前記表面領域に供給されるようにし、前記カソード層は、前記アノード層の前記燃料供給層と反対側に前記表面領域を置いて配設され、さらに、前記隣接するアノード層及び該アノード層の間に配設された前記燃料供給層の上面を覆うカバー層を設けることとした。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の固体酸化物表面利用燃料電池に係る実施形態について、図１乃至図８を参照しながら、以下に説明するが、ここで、本発明の固体酸化物表面利用燃料電池に係る実施形態について詳細に説明する前に、本実施形態の燃料電池構成を採用するに至った理由を説明する。
【００３２】
燃料電池として、密封構造としなくても、簡便な発電装置となり得るものとして、前述したような火炎直接利用の酸素イオン伝導型固体電解質燃料電池が開発されている。しかし、この固体電解質燃料電池では、従来技術によるセパレート型チャンバーを用いた燃料電池とは異なり、開放型のままで、カソード層への酸素供給とアノード層への燃料供給とをうまく分離することができるが、固体電解質層が管状となっていたので、固体電解質層の外面に形成されたアノード層への火炎暴露効率が悪く、発電効率が低いものであった。
【００３３】
そこで、この固体電解質燃料電池の発電効率を向上させるには、形成されたアノード層の全面に燃料が均一に供給されればよいことが分かる。その発電効率を向上させるため、本実施形態の固体酸化物表面利用燃料電池では、不安定な火炎の代りに、燃料として、比較的取り扱いが容易な流体燃料を採用し、該流体燃料がアノード層の表面全体に亘って、該流体燃料が均一に浸透供給される燃料供給層を配置することとした。その流体燃料としては、燃料供給層中を浸透しやすいものが適しており、気体の場合には、例えば、水素、気相炭化水素など、そして、液体の場合には、例えば、液相炭化水素、アルコール、ケトン、エステル、エーテルなどを採用することができる。
【００３４】
一方、図９に示されるシングル型チャンバーにおける酸素イオン伝導型の固体電解質燃料電池に関して、その発電性能を高める試みが行われている。この固体電解質燃料電池では、酸素イオン伝導型の固体電解質層の一面側にカソード層が形成され、その他面側にアノード層が形成された燃料電池セルに、メタン等の燃料ガスと酸素との混合燃料ガスが、密封容器内でカソード層とアノード層とが晒されるように供給され、燃料電池セルにおいて燃料ガスと酸素との間の酸化還元反応が生起され、起電力が発生するようになっている。
【００３５】
その燃料電池セルのアノード層は、燃料電池の駆動温度において、供給される混合燃料ガスに対して耐酸化性の金属又は導電性を有するセラミックによって形成されるが、そのアノード層に、さらに、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）の遷移金属のうち、いずれか一種による金属又はその酸化物を配合することによって、発電性能を向上することが提案された。
【００３６】
ここで、これらの金属又は酸化物がアノード層中に配合されたことによる発電性能への寄与などを調べた結果、これらの遷移金属又はその酸化物が、燃料ガスと酸素との間の酸化還元反応における触媒活性を有することが確認された。このことから、酸素イオン伝導型の固体電解質燃料電池セルにおけるアノード層をこれらの遷移金属で形成することによっても、燃料ガスと酸素との酸化還元反応が充分成起され、カソード層とアノード層との間に起電力を発生させることができる知見が得られた。
【００３７】
そこで、この知見に基づいて、酸素イオン伝導型の固体電解質燃料電池におけるアノード層を、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）の遷移金属のうち、いずれか一種による金属で形成するようにした。さらに、この遷移金属で形成されたアノード層は、供給される流体燃料に対して、透過性を有している必要があることから、そのアノード層は、多孔質層、或いは、紛粒体充填層で形成されると良いことが分かった。
【００３８】
ここで、例えば、レニウム（Ｒｅ）に注目して見ると、レニウム金属によるスパッタ、蒸着などによって、固体電解質層上へのアノード層形成を実現することができるが、レニウム金属としては、純度９９．９９５％、粒度１００〜３２５メッシュのレニウム粉末（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）が市販されているので、そのレニウム粉末をそのままアノード層として利用すると、好都合である。特に、レニウム粉末は、粉末状態でも導電性が高いという特性を有しており、レニウム金属粉末をそのままアノード層に利用しても、アノード層自体の内部抵抗を小さくでき、好適である。
【００３９】
粉末をそのまま使用すると、比表面積が大きく、粉末粒子同士の接触点数が多くなるという利点がある。レニウム金属以外の遷移金属でも、粒子表面同士の接触を良くし、比表面積を増やすことにより、触媒活性状態を改善することができるので、レニウム金属以外の遷移金属も、紛粒状態でアノード層を形成することができることも確認された。
【００４０】
ところで、レニウム金属以外の遷移金属については、金属粉末をペースト状にして焼結することによって、多孔質のアノード層を容易に形成できるが、レニウム金属粉末については、例えば、大気中で加熱したとき、約４００℃を超えると、その重量減少が起こり、また、窒素雰囲気中で加熱しても、約４１８℃を超えると、その重量減少が起こるということが知られている。そのため、レニウム金属粉末をペースト状にして焼結すると、レニウム金属は、消散してしまい、アノード層を形成することができないので、レニウム金属を利用する場合には、金属粉末のままの方が良いことが分かる。
【００４１】
さらに、レニウム金属のこの特性から、従来技術による酸素イオン伝導型の固体電解質燃料電池の発電駆動温度が、約１０００℃であったのに対し、レニウム金属でアノード層を形成した場合には、レニウム金属の特性から、熱収支変化を考慮して、約３００℃以下で、好ましくは、約２００℃以下で発電駆動すればよいことが分かる。つまり、レニウム金属粉末でアノード層を形成した固体電解質燃料電池によれば、発電駆動温度を低下させることができることを意味している。そして、レニウム金属以外の他の遷移金属についても、３００℃以下、さらには、室温でも、カソード層とアノード層との間に起電力が発生することが確認された。
【００４２】
そこで、本実施形態による燃料電池では、以上のような知見を考慮して、前述したように、燃料電池の薄型化が可能な、絶縁性基板表面に燃料電池セルを形成した表面利用形式による燃料電池構成に基づいて、基板に、固体酸化物基板を採用し、この固体酸化物基板の一面において、空気に直接接触するカソード層と、燃料供給層から直接流体燃料が供給されるアノード層とを近接して並行配設し、カソード層とアノード層との間に起電力を発生させる固体酸化物表面利用燃料電池とした。
【００４３】
この様な構成にすることにより、燃料電池セルを爆発性雰囲気の混合ガス中におく必要が無く、しかも、密封構造のチャンバーに収納する必要がなくなる。そして、カソード層は、酸素リッチ状態を、また、アノード層は、燃料リッチ状態を保持でき、各層の触媒活性を高めることができる。さらに、レニウム金属などの遷移金属をアノード層に使用することにより、発電駆動温度を、従来による燃料電池の場合より低下させることができ、特に、室温であっても、発電が可能となる。
【００４４】
この様に、遷移金属によって形成されたアノード層全面に流体燃料を供給する構成として、燃料電池としての発電駆動温度を低下させることができるので、熱履歴による固体層のひび割れを考慮する必要がなくなり、しかも、特別な気密封止構造の容器が不要となり、安価で簡便な燃料電池が提供される。発電駆動温度を低下させることによって、燃料電池の燃料としても、水素、気相炭化水素、液相炭化水素、アルコール、ケトン、エステル、エーテルなどの流体燃料を使用し易くしている。
【００４５】
次に、上述した理由に基づいて構成された本発明による固体酸化物表面利用燃料電池に係る第１の実施形態が、図１（ａ）に示されている。図１（ａ）では、その固体酸化物表面利用燃料電池の概略構成が、その断面図で示されている。そして、図２に、その固体酸化物表面利用燃料電池の平面図が示されており、図中に示したＡ−Ａ線における断面の一部が、図１（ａ）の断面図に対応している。
【００４６】
固体酸化物表面利用燃料電池は、所定厚さを有する固体酸化物基板１の片面、図１（ａ）では、その上面において、帯状に形成されたカソード層（空気極）２の側面に近接して、かつ、並行して、アノード層（燃料極）３１、３２が帯状に形成されている。図２に示されるように、例えば、複数のカソード層と複数のアノード層とを、同一平面に配置させる場合には、カソード層とアノード層を交互に配置し、夫々の層の一端を接続した櫛歯型配置が、面積利用効率の点で有利である。
【００４７】
アノード層３１、３２の上面には、無機粉末充填体又は無機繊維集合体で形成された燃料供給層１１１、１１２が夫々接触して配設されている。燃料供給層１１１、１１２の夫々は、アノード層全面に直接流体燃料を供給するものであり、該流体燃料は、各燃料供給層の一端から供給され、各燃料供給層中を浸透、拡散され、アノード層に供給される。
【００４８】
この様に、固体酸化物基板１面上に、カソード層とアノード層が狭い間隔を置いて並行配置されることにより、カソード層とアノード層との間に、イオン伝道する表面領域が形成され、燃料電池セルＣ１、Ｃ２が形成される。これらの燃料電池セルは、開放空間である空気中に置かれているので、カソード層２では、酸素リッチ状態にあり、そこで、酸素イオンが生成され、基板１上の表面領域に供給される。一方、アノード層３１、３２では、燃料供給層１１１、１１２から流体燃料が供給され、そこで、活性化されて燃料種が生成され、表面領域を移動した酸素イオンと反応する。この反応によって、カソード層とアノード層との間に起電力が生起される。
【００４９】
図２では、固体酸化物表面利用燃料電池の上面図を示しているので、アノード層は、燃料供給層の下側に隠れて見えないが、カソード層とアノード層との間に表面領域が存在し、複数の燃料電池セルが形成されている。ここでは、カソード層とアノード層の夫々が一端で接続された櫛歯型に配置されているので、複数の燃料電池セルが並列接続されて、一つの燃料電池を形成している。
【００５０】
また、図１（ｂ）では、図１（ａ）に示された固体酸化物表面利用燃料電池の別の具体例が示されている。図１（ｂ）に示した固体酸化物表面利用燃料電池の基本的構成は、図１（ａ）の場合と同様であるが、異なるところは、燃料供給層の上面にカバー層が被せられていることである。このカバー層１２１、１２２は、全ての燃料供給層１１１、１１２のアノード層３１、３２の反対側面に設けられている。これによって、燃料供給層中を浸透する流体燃料が、途中で蒸散することが少なくなり、アノード層全面に有効に導かれ、燃料供給路が確保される。
【００５１】
次に、図１（ｂ）に示した固体酸化物表面利用燃料電池をさらに変形した具体例である第２の実施形態を、図３に示した。この変形具体例は、図１（ｂ）に示した固体酸化物表面利用燃料電池を基本的構成としているが、異なっているところは、燃料供給層１１１、１１２のアノード層３１、３２との接触面を除いた全面が、カバー層１２１、１２２で覆われていることである。
【００５２】
この様な構成にすることにより、流体燃料が、燃料供給層から漏れ、或いは、蒸散することが無くなり、アノード層の燃料リッチ状態をより高めるばかりでなく、空気と、流体燃料とを明確に分離でき、カソード層の酸素リッチ状態も確保される。また、カソード層への空気暴露を有効化するため、強制的に空気を吹き付けることもできるようになる。この空気吹きつけが行われると、反応生成物も強制的に除去することも可能となり、発電効率の向上となる。
【００５３】
さらに、図４には、図１乃至図３に示された固体酸化物表面利用燃料電池を他の基板１３上に設けた場合の具体例である第３の実施形態が示されている。この他の基板１３に設けられる固体酸化物表面利用燃料電池は、図１乃至図３に示されたいずれの燃料電池の構成のものでも良いが、図４では、図３の固体酸化物表面利用燃料電池の場合が示されている。他の基板１３としては、構成された燃料電池自体の強度を増すための補強用であっても、また、発電時における発熱を放熱させるための熱交換用であってもよい。また、この固体酸化物表面利用燃料電池の出力を電子回路の電源とするような場合には、プリント配線板を他の基板としてもよく、或いは、直接半導体基板上に形成することもできる。
【００５４】
以上に説明した固体酸化物表面利用燃料電池では、燃料供給層を、少なくともアノード層の上面に配設するようにしたが、図５（ａ）及び（ｂ）に、その燃料供給層の配設の仕方を変えた具体例である第４の実施形態を示した。図５（ａ）は、図５（ｂ）に示されたＡ−Ａ線における断面図である。
【００５５】
図５（ｂ）に示されるように、固体酸化物基板１の片面上で、帯状のカソード層と帯状のアノード層とが並行配置され、その間に基板上の表面領域が形成されて、燃料電池セルを構成していることは、前述の固体酸化物表面利用燃料電池と変わらないが、カソード層とアノード層とが一本ずつ交互に配列されるのではなく、カソード層２１、２２、２３が、２本のアノード層３１と３２、３３と３４毎に一本配列されている。そして、その２本のアノード層の間に、燃料供給層１１１、１１２が、２本のアノード層の側面に接触して配設されている。
【００５６】
この様な構成にすると、燃料供給層の配設を少なくでき、しかも、流体燃料の供給が有効に行われるようになる。そして、燃料供給層が、アノード層の側面に配設されることで、燃料電池として一層の薄型化を図ることが可能となり、燃料電池の積層化を容易にしている。
【００５７】
また、図６には、図５に示した第４の実施形態の変形例が示されている。この変形例は、図１（ｂ）に示された場合と同様に、固体酸化物表面利用燃料電池の燃料供給層にカバー層１２を設けている。この変形例では、燃料供給層の両側面が、隣接するアノード層の側面に接触しているので、カバー層は、少なくとも燃料供給層上を覆っていれば、空気供給と燃料供給とを分離できるが、図６では、その分離をより確実に行うため、カバー層１２１、１２２は、アノード層３１と３２、３３と３４をも覆っている。
【００５８】
なお、図５及び図６に示された第４の実施形態による固体酸化物表面利用燃料電池の場合も、図４に示された第３の実施形態と同様に、他の基板に形成することができる。
【００５９】
以上に説明した本実施形態の固体酸化物表面利用燃料電池における固体酸化物基板には、例えば、アルミナを焼成したセラミック板やガラス基板の他に、次に示される公知の材料による固体電解質基板を採用できる。
ａ）  ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、これらにＣｅ、Ａｌ等をドープしたジルコニア系セラミックス
ｂ）  ＳＤＣ（サマリアドープドセリア）、ＳＧＣ（ガドリアドープドセリア）等のセリア系セラミックス
ｃ）  ＬＳＧＭ（ランタンガレート）、酸化ビスマス系セラミックス
また、固体酸化物基板の片面に形成されるアノード層には、前述したように、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、バラジウム（Ｐｄ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）の遷移金属の他、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）のうち、いずれか一種による金属が使用される。これらの金属は、粉末状又は紛粒状のままで層を形成するか、或いは、多孔質状に焼結体とされる。アノード層に、鉄ニッケルクロム合金の金属を使用した場合には、その合金による金属板のままでも良い。
【００６０】
さらに、固体酸化物基板上でアノード層と並行して配設されるカソード層には、公知のものを採用でき、例えば、サマリウムストロンチウムコバルタイトの他に、ストロンチウム（Ｓｒ）等の周期律表第３族元素が添加されたランタンのマンガン（例えば、ランタンストロンチウムマンガナイト）、ガリウム又はコバルト酸化化合物（例えば、ランタンストロンチウムコバルタイト）等が挙げられる。
【００６１】
本実施形態の固体酸化物表面利用燃料電池におけるカソード層及びアノード層は、共に多孔質体で形成されるが、固体酸化物基板の表面では、酸素イオンが移動する表面領域が生成されることが必要であるため、できるだけ平滑な方が好ましい。そのため、固体酸化物基板は、緻密質に形成されていると都合が良い。
【００６２】
なお、本実施形態の固体酸化物表面利用燃料電池においては、発電時における駆動温度を低温化することができるので、従来技術による固体電解質燃料電池の場合のように、高温駆動する必要が無く、そのため、発電に際しての温度変化は緩やかであり、従来に使用されている緻密質構造の基板のままでも、ひび割れの発生を考慮しなくても済む。
【００６３】
本実施形態による固体酸化物表面利用燃料電池セルは、例えば、次のように製造される。先ず、平板状の固体酸化物基板の片面に、カソ―ド層となるペーストを、所定幅による帯で形成されたパターンに塗布した後に、多孔質状に焼成を行う。これで、所定間隔で複数の帯状カソード層付の固体酸化物基板が生成される。このカソード層形成に当たって、固体酸化物基板の材料によっては、焼成できない場合もあるので、このときには、予め、カソード層を帯状に焼成したもの、或いは、板体のものを固体酸化物基板に載置するだけでも良い。
【００６４】
次に、アノード層に、遷移金属による金属粉末が使用される場合には、カソード層が形成された固体酸化物基板に、カソード層間の基板面上に、カソード層と所定間隔を空けて、遷移金属による金属粉末の帯を形成する。このとき、例えば、金属粉末をペースト化しておき、これを帯状に塗布した後に、乾燥させることにより、帯状のアノード層を形成するようにしても良い。また、予め多孔質に形成された遷移金属層、又は、金属板自体をアノード層として配列するようにしても良い。
【００６５】
この様にして、固体酸化物基板上に、帯状のカソード層とアノード層とが同一平面に形成されたならば、図１に示された固体酸化物表面利用燃料電池の場合には、アノード層と同じ幅の燃料供給層、例えば、不織布などを載置して押し当てることで、固体酸化物表面利用燃料電池セルが製造される。
【００６６】
なお、カソード層の上面には、取り出し電極と補強を兼ねたメッシュ状金属を埋設、或いは、固着させておくこともできる。埋設する方法としては、各層の材料（ペースト）を固体電解質層に塗布し、メッシュ状金属をその塗布された材料中に埋め込んだ後に焼成を行う。固着する方法としては、メッシュ状金属を各層の材料によって完全に埋め込むことなく、接着させて焼結しても良い。
【００６７】
ここで扱われるメッシュ状金属としては、これを埋設する、或いは、固着するカソード層との熱膨張係数の調和や、耐熱性に優れたものが適している。具体的には、白金や、白金を含む合金から成る金属でメッシュ状にしたものが挙げられる。ＳＵＳ３００番代（３０４、３１６等）、或いは、ＳＵＳ４００番代（４３０等）のステンレスでも良く、これらはコストの点で有利である。
【００６８】
また、メッシュ状金属を用いる代わりに、ワイヤ状金属をカソード層に埋設或いは固着させてもよい。ワイヤ状金属は、メッシュ状の金属と同様の金属から成り、その数や配設形状等に限定はない。
【００６９】
メッシュ状金属やワイヤ状金属を、カソード層に埋設、或いは、固着することにより、ひび割れした固体酸化物基板がバラバラになって崩れないように補強されることになり、さらに、メッシュ状金属やワイヤ状金属は、ひび割れした部分を電気的に接続することができ、集電電極としての役目を果たしている。
【００７０】
メッシュ状金属或いはワイヤ状金属は、基板にひび割れが生じたときには、カソード層に、メッシュ状金属又はワイヤ状金属が埋設されていれば、その発電能力を低下させることがなく、発電を継続することができる。
【００７１】
ところが、アノード層に遷移金属による紛粒体層を使用している場合には、そのアノード層にメッシュ状金属或いはワイヤ状金属を配設しなくても、アノード層自体が紛粒体によって流動的に変形されて、固体酸化物基板のひび割れに対応できることとなる。そのため、アノード層が紛流体で形成されている場合には、固体酸化物基板のひび割れ時においても、アノード層の有効面積が確保されていることになり、固体酸化物表面利用燃料電池としての耐久性を向上することができる。
【００７２】
以上で、第１乃至第４の実施形態による固体酸化物表面利用燃料電池の構成について説明してきたが、いずれの実施形態でも、燃料電池セルを形成するカソード層とアノード層とが、一枚の固体酸化物基板上に櫛歯型に形成されて、一燃料電池が作成された場合を示した。次に、図７及び図８を参照して、一つの燃料電池として、発電容量を増大する仕方、起電力を挙げる仕方について説明する。なお、図７及び図８では、上述した第１乃至第３の実施形態の場合を例にしており、また、カソード層と、燃料供給層を有するアノード層との配列の仕方のみが示されている。第４の実施形態の場合でも、他の実施形態と同様な仕方で、発電容量増大、起電力上昇を行うことができる。
【００７３】
図７（ａ）では、一枚の固体酸化物基板上に、図２に示された固体酸化物表面利用燃料電池が複数配置された状態を示している。複数のカソード層を含む複数のグループが夫々一端で共通カソード２に接続され、複数のアノード層を含む複数のグループが夫々一端で共通アノード３に接続されることにより、基板上に形成された燃料電池セルの全てが並列接続されている。共通カソード２からリード線Ｌ１が、共通アノード３からリード線Ｌ２が引き出され、リード線Ｌ１とＬ２との間から出力される発電容量が増大されている。
【００７４】
図７（ａ）では、複数のグループ間の燃料電池セルを並列接続するのに、共通カソード２と共通アノード３とを用いていたが、図７（ｂ）には、共通カソード２と共通アノード３自体で接続する代わりに、接続線Ｗ１とＷ２で接続し、燃料電池セルの全てを並列接続した場合を示した。
【００７５】
次に、図８では、一枚の固体酸化物基板上に、図７（ａ）に示された固体酸化物表面利用燃料電池グループを２組用意し、１組目のグループの共通カソード２を、２組目の共通アノード３に重ね共有化して、共通アノード３２とし、１組目の共通アノード３１からリード線Ｌ２を、そして、２組目の共通カソード２２からリード線Ｌ１を引き出す。
【００７６】
この接続の仕方により、図７（ａ）に示された固体酸化物表面利用燃料電池の発電容量を有して、さらに、リード線Ｌ１とＬ２の間の起電力を上昇させることができる。さらに起電力を上昇させたい場合には、固体酸化物表面利用燃料電池グループを複数用意し、図８に示されるように、順次、共通カソードを、次のグループの共通アノードと重ねて共有化することにより実現できる。
【００７７】
以下に、これまでに説明した本実施形態の固体酸化物表面利用燃料電池に係る実施例を示した。
（実施例１）
固体酸化物基板として、サマリアドープドセリア（ＳＤＣ、Ｓｍ０．２Ｃｅ０．８Ｏ１．９セラミック）の固体電解質基板を用いた。このセラミック基板の一面上に、カソード層として、Ｓｍ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３を５０ｗｔ％添加した帯状のＳＳＣ−ＳＤＣ焼結体を置いた。その一面上において、アノード層として、カソード層との間隔を約０．５ｍｍ以下にして、レニウム金属粉末を帯状に配置した。そして、エタノールを含浸させたガーゼをアノード層に接触させた。
【００７８】
室温において、カソード層とアノード層に測定端子を当てたところ、約１．０Ｖの開回路電圧が得られ、約４１μＡの短絡電流が得られた。
（実施例２）
鏡面研磨したアルミナによるセラミック基板上に、レニウム金属粉末を帯状に盛り上げて、アノード層を形成し、該アノード層と約０．１ｍｍ以下の間隔を置いて、帯状に形成したＳＳＣ板を置いて、カソード層とした。アノード層のカソード層と反対側に、エタノールを湿らせたガーゼを置き、エタノールをアノード層に含浸させた。
【００７９】
室温において、カソード層とアノード層に測定端子を当てたところ、０．８７Ｖの開回路電圧が得られ、このときの短絡電流は、約３３μＡであった。
（実施例３）
鏡面研磨したアルミナによるセラミック基板上に、タングステン金属粉末を帯状に盛り上げて、アノード層を形成し、該アノード層と約０．１ｍｍ以下の間隔を置いて、帯状に形成したＳＳＣ板を置いて、カソード層とした。アノード層のカソード層と反対側に、エタノールを湿らせたガーゼを置き、エタノールをアノード層に含浸させた。
【００８０】
室温において、カソード層とアノード層に測定端子を当てたところ、０．６９Ｖの開回路電圧が得られ、このときの短絡電流は、約０．９μＡであった。
（実施例４）
プレパラート用ガラス基板上に、レニウム金属粉末を帯状に盛り上げて、アノード層を形成し、該アノード層と約０．１ｍｍ以下の間隔を置いて、帯状に形成したＳＳＣ板を置いて、カソード層とした。アノード層のカソード層と反対側に、エタノールを湿らせたガーゼを置き、エタノールをアノード層に含浸させた。
【００８１】
室温において、カソード層とアノード層に測定端子を当てたところ、０．４３Ｖの開回路電圧が得られ、このときの短絡電流は、約１２μＡであった。
（実施例５）
鏡面研磨したアルミナによるセラミック基板上に、鉄ニッケルクロム合金の金属板、具体的には、カッター用刃を置き、アノード層とし、該アノード層と約０．１ｍｍ以下の間隔を置いて、帯状に形成したＳＳＣ板を置いて、カソード層とした。アノード層のカソード層と反対側に、エタノールを湿らせたガーゼを置き、エタノールでアノード層を湿らせた。
【００８２】
室温において、カソード層とアノード層に測定端子を当てたところ、０．３Ｖの開回路電圧が得られ、このときの短絡電流は、約０．７〜１．１μＡであった。
（実施例６）
ＳＤＣ基板上に、帯状に印刷し、焼成したＳＳＣを形成してカソード層とし、このカソード層の横に、約０．４ｍｍの間隔を置いて、レニウム金属粉末を盛り上げて、アノード層とした。アノード層のカソード層と反対側に、エタノールを湿らせたガーゼを置き、エタノールをアノード層に含浸させた。
【００８３】
室温において、カソード層とアノード層に測定端子を当てたところ、０．８３Ｖの開回路電圧が得られ、このときの短絡電流は、約９０μＡであった。
（実施例７）
鏡面研磨したアルミナによるセラミック基板上に、棒状に印刷し、焼成したＳＳＣの横に、約０．４ｍｍの間隔を空けて、レニウム金属粉末を棒状に盛り上げて、アノード層を形成した。ここで、対向する電極長さは、約３ｃｍであった。アノード層のカソード層と反対側に、エタノールを湿らせたガーゼを置き、エタノールをアノード層に含浸させた。
【００８４】
室温において、カソード層とアノード層に測定端子を当てたところ、０．８３Ｖの開回路電圧が得られ、このときの短絡電流は、約７０μＡであった。
（実施例８）
鏡面研磨したアルミナによるセラミック基板上に、棒状に印刷し、焼成したカソード層であるＳＳＣの横に、約０．４ｍｍの間隔を空けて、カッター刃による金属板を置いて、アノード層とした。アノード層のカソード層と反対側に、エタノールを湿らせたガーゼを置き、エタノールでアノード層を湿らせた。
【００８５】
室温において、カソード層とアノード層に測定端子を当てたところ、０．７８Ｖの開回路電圧が得られ、このときの短絡電流は、約０．７μＡであった。
（実施例９）
鏡面研磨したアルミナによるセラミック基板上に、棒状に印刷し、焼成したカソード層のＳＳＣを置き、そのカソード層の横に、約０．１ｍｍ以下の間隔を空けて、ニッケル金属粉末を棒状に盛り上げて、アノード層を形成した。アノード層のカソード層と反対側に、エタノールを湿らせたガーゼを置き、エタノールをアノード層に含浸させた。
【００８６】
室温において、カソード層とアノード層に測定端子を当てたところ、０．６４Ｖの開回路電圧が得られ、このときの短絡電流は、約１．１μＡであった。
（実施例１０）
鏡面研磨したアルミナによるセラミック基板上に、棒状に印刷し、焼成したカソード層のＳＳＣの横に、約０．１ｍｍ以下の間隔を空けて、タングステン金属粉末を棒状に盛り上げて、アノード層を形成した。アノード層のカソード層と反対側に、エタノールを湿らせたガーゼを置き、エタノールをアノード層に含浸させた。
【００８７】
室温において、カソード層とアノード層に測定端子を当てたところ、０．６６Ｖの開回路電圧が得られ、このときの短絡電流は、約１．４μＡであった。
（実施例１１）
ＳＤＣ基板上に、棒状に印刷し、焼成した２本のＳＳＣ板を形成し、２本のカソード層とした。夫々のカソード層の横に、約０．４ｍｍの間隔を空けて、レニウム金属粉末を棒状に盛り上げて、各カソード層に夫々並行する２本のアノード層を形成した。内側に形成されたカソード層とアノード層とをレニウム金属粉末で電気的に接続して、２つの燃料電池セルが直列接続された。そして、夫々のアノード層のカソード層と反対側に、エタノールを湿らせたガーゼを夫々置き、エタノールを各アノード層に含浸させた。
【００８８】
室温において、両側に位置するカソード層とアノード層とに測定端子を当てたところ、１．２７Ｖの開回路電圧が得られ、このときの短絡電流は、約２３μＡであった。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、板状の固体酸化物基板の片面に、カソード層とアノード層とを近接して並行配列させ、該カソード層を大気の空気に接触させ、該アノード層に燃料供給層を接触させて流体燃料を直接供給するようにしたので、カソード層では、酸素リッチ状態を、そして、アノード層では、燃料リッチ状態を容易に維持でき、特別な気密封止構造を要しない簡単な構成とすることができ、小型化、低コスト化が図れた固体酸化物表面利用燃料電池を得ることができた。
【００９０】
また、直接流体燃料が供給されるアノード層には、触媒活性の高い材料を選択して使用することにより、発電駆動温度の低温化を図ることができる固体酸化物表面利用燃料電池が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体酸化物表面利用燃料電池による第１の実施形態を説明する縦断面図である。
【図２】第１の実施形態の固体酸化物表面利用燃料電池に係る電極構造の具体例を説明する平面図である。
【図３】本発明の固体酸化物表面利用燃料電池による第２の実施形態を説明する縦断面図である。
【図４】本発明の固体酸化物表面利用燃料電池による第３の実施形態を説明する縦断面図である。
【図５】本発明の固体酸化物表面利用燃料電池による第４の実施形態を説明する縦断面図と平面図である。
【図６】第４の実施形態に係る固体酸化物表面利用燃料電池の変形例を説明する図である。
【図７】本発明の固体酸化物表面利用燃料電池におけるカソード層とアノード層とを櫛歯状に配置した具体例を説明する図である。
【図８】本発明の固体酸化物表面利用燃料電池におけるカソード層とアノード層とを櫛歯状に配置した他の具体例を説明する図である。
【図９】従来技術による固体電解質燃料電池に係る構成例を説明する図である。
【符号の説明】
１…固体酸化物基板
２、２１〜２４、２１、２２…カソード層（空気極）
３、３１〜３４、３１、３２…アノード層（燃料極）
１１１〜１１５…燃料供給層
１２１、１２２…カバー層
Ｃ１、Ｃ２…燃料電池セル
Ｌ１、Ｌ２…リード線
Ｗ１、Ｗ２…接続線
【図１】
2005078808.tif 000003
【図２】
2005078808.tif 000004
【図３】
2005078808.tif 000005
【図４】
2005078808.tif 000006
【図５】
2005078808.tif 000007
【図６】
2005078808.tif 000008
【図７】
2005078808.tif 000009
【図８】
2005078808.tif 000010
【図９】
2005078808.tif 000011