(57)【要約】【課題】  電子通路材の量を抑えてコストを低くしながら、優れた電池性能を維持することが可能な固体電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】  固体電解質型燃料電池スタック１００は、薄膜セパレータ２０を有する空気極集電体１１と、固体電解質膜１３と、燃料極集電体１５と、を積層して一つのユニット４０とし、このユニット４０を複数積層することによって形成される。空気極集電体１１の薄膜セパレータ２０は、５〜１００μｍの厚みのＬａ１−ｘＭ１ｘＣｒＯ３（ここで、Ｍ１はアルカリ土類金属を意味し、ｘは０．０１〜０．３の数を示す）により示されるランタンクロマイト系導電性セラミックスが用いられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極集電体と空気極集電体と固体電解質膜とを含んで構成される単セルを複数積層した固体電解質型燃料電池であって、
前記空気極集電体に、５〜１００μｍの厚みのランタンクロマイト系導電性セラミックスの薄膜を形成したことを特徴とする、固体電解質型燃料電池。
【請求項２】
請求項１において、前記ランタンクロマイト系導電性セラミックスが、次の式（I）、
Ｌａ１−ｘＭ１ｘＣｒＯ３      （I）
（ここで、Ｍ１はアルカリ土類金属を意味し、ｘは０．０１〜０．３の数を示す）
により示されるものであることを特徴とする、固体電解質型燃料電池。
【請求項３】
請求項２において、前記空気極集電体の材質が、次の式（II）、
Ｌａ１−ｙＭ２ｙＭｎＯ３      （II）
（ここで、Ｍ２はアルカリ土類金属を意味し、ｙは０．０１＜ｙ＜０．３の数を示し、Ｍｎと、ＬａおよびＭ２の合計とのモル比が略１：１である）
により示されるランタンマンガナイト系導電性セラミックスであることを特徴とする、固体電解質型燃料電池。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された、ランタンクロマイト系導電性セラミックスの薄膜を有する空気極集電体。
【請求項５】
次の式（II）、
Ｌａ１−ｙＭ２ｙＭｎＯ３      （II）
（ここで、Ｍ２はアルカリ土類金属を意味し、ｙは０．０１＜ｙ＜０．３の数を示し、Ｍｎと、ＬａおよびＭ２の合計とのモル比が略１：１である）
により示されるランタンマンガナイト系導電性セラミックス製の空気極集電体を、ランタンクロマイト粉末のスラリー中に浸漬した後、焼成することによって５〜１００μｍの厚みのランタンクロマイト系導電性セラミックス薄膜を形成することを特徴とする、
固体電解質型燃料電池の空気極集電体における成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質型燃料電池に関し、詳細には、空気極集電体に電子通路材の薄膜を有する平板構造の固体電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体電解質型燃料電池［固体酸化物型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell）とも呼ばれる］として、平板積層型の固体電解質型燃料電池が知られている。これは電池の最小単位である単セルをガスセパレータと組み合わせてユニット化し、このユニットを電気的接続可能な状態に複数積層してスタックを形成したものである。
【０００３】
上記形式の固体電解質型燃料電池において、導電率を確保するために、板状のガスセパレータ全体をランタンクロマイト系導電性セラミックスなどの電子通路材で作製してインターコネクタとする方式が知られている（例えば、特許文献１）。この方式では、ガスセパレータ部分の導電性を高めることができるので、良好な電池性能を確保できるが、反面、電子通路材の使用量が多くなり、経済性に劣る。また、板状のガスセパレータ（インターコネクタ）を配備することにより、装置全体が大型化してしまうという課題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７４４７０号公報（図５、図６など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、従来の平板型の固体電解質型燃料電池ではガスセパレータとして、板状のインターコネクタが使用されているが、高コストで装置の小型化も困難である。  
従って、本発明の課題は、電子通路材の量を抑えてコストを低くしながら、優れた電池性能を維持することが可能な固体電解質型燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、燃料極集電体と空気極集電体と固体電解質膜とを含んで構成される単セルを複数積層した固体電解質型燃料電池であって、前記空気極集電体に、５〜１００μｍの厚みのランタンクロマイト系導電性セラミックスの薄膜を形成したことを特徴とする、固体電解質型燃料電池である。  
この第１の態様によれば、ランタンクロマイト系導電性セラミックスを薄膜化することによって、ガスセパレータとしての機能をもたせることが可能となる。  
また、ランタンクロマイト系導電性セラミックスの薄膜化によって、十分な電子通路面積を確保することが可能になる。従って、所要の電池性能を維持しながら高価なランタンクロマイト系導電性セラミックスの使用量を大幅に削減し、経済性を向上させることができる。
【０００７】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ランタンクロマイト系導電性セラミックスが、次の式（I）、
Ｌａ１−ｘＭ１ｘＣｒＯ３      （I）
（ここで、Ｍ１はアルカリ土類金属を意味し、ｘは０．０１〜０．３の数を示す）
により示されるものであることを特徴とする、固体電解質型燃料電池である。
【０００８】
上記式で表されるランタンクロマイト系導電性セラミックスは、薄膜の形態でもペロブスカイト構造が保たれ導電性を失いにくいため、優れた電池性能を維持できる。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記空気極集電体の材質が、次の式（II）、
Ｌａ１−ｙＭ２ｙＭｎＯ３      （II）
（ここで、Ｍ２はアルカリ土類金属を意味し、ｙは０．０１＜ｙ＜０．３の数を示し、Ｍｎと、ＬａおよびＭ２の合計とのモル比が略１：１である）
により示されるランタンマンガナイト系導電性セラミックスであることを特徴とする、固体電解質型燃料電池である。
【００１０】
この第３の態様では、第２の態様における式（I）のランタンクロマイト系導電性セラミックスの薄膜と、式（II）のランタンマンガナイト系導電性セラミックスの空気極集電体と、の組合せにより、優れた電池性能を有する固体電解質型燃料電池が得られる。また、Ｍｎと、ＬａおよびＭ２の合計とのモル比が略１：１であることにより、Ｍｎに起因するランタンクロマイト薄膜の多孔質化を防止して、優れた導電性とガス封止性を維持できる。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様における、ランタンクロマイト系導電性セラミックスの薄膜を有する空気極集電体である。
【００１２】
空気極集電体に、ガスセパレータ（インターコネクタ）の代替として機能するランタンクロマイト系導電性セラミックスの薄膜を形成することにより、このものが組み込まれる固体電解質型燃料電池に十分な電池性能を付与しつつ、独立したガスセパレータが不要になり、小型化とコスト削減を図ることができる。
【００１３】
本発明の第５の態様は、次の式（II）、
Ｌａ１−ｙＭ２ｙＭｎＯ３      （II）
（ここで、Ｍ２はアルカリ土類金属を意味し、ｙは０．０１＜ｙ＜０．３の数を示し、Ｍｎと、ＬａおよびＭ２の合計とのモル比が略１：１である）
により示されるランタンマンガナイト系導電性セラミックス製の空気極集電体を、ランタンクロマイト粉末のスラリー中に浸漬した後、焼成することによって５〜１００μｍの厚みのランタンクロマイト系導電性セラミックス薄膜を形成することを特徴とする、固体電解質型燃料電池の空気極集電体における成膜方法である。この第５の態様によれば、ランタンクロマイト系導電性セラミックス薄膜を有する空気極集電体を容易に製造することができる。また、Ｍｎと、ＬａおよびＭ２の合計とのモル比が略１：１であることにより、焼成過程でＭｎに起因する薄膜の多孔質化を防止して、優れた導電性とガス封止性を維持できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、優れた性能を維持しながら、固体電解質型燃料電池の作製コストを低減し、かつ小型化を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基き本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態に係る支持膜型の固体電解質型燃料電池スタック１００の構造を模式的に示すものである。この固体電解質型燃料電池スタック１００は、薄膜セパレータ２０を有する空気極集電体１１と、固体電解質膜１３と、燃料極集電体１５と、を積層して一つのユニット４０とし、このユニット４０を複数積層することによって形成されている。それぞれのユニット４０は、シール材料によって接合され、気密性をもって封止される。シール材料としては、例えば、ガラスなどのほか、ＳｉＯ２とＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを含み、ＳｉＯ２とＣａＯとの割合がＳｉＯ２：ＣａＯ＝１：０．５〜２（モル比）であり、ＳｉＯ２に対するＡｌ２Ｏ３の割合が０．３５（モル比）以下であるシール材料（特開平１１−５４１３８号公報参照）を好適に使用することができる。
【００１６】
このようにスタック構造を採用することによって、大きな電気的出力を生み出すことができる。なお、図１においては、説明の便宜上、積層された各部材間に隙間を空けて表現している。また、空気極集電体１１と燃料極集電体１５は平板として表現し、燃料ガス流路および酸化材ガス流路の記載は省略している。
【００１７】
図２は、図１と同様の構成において、空気極集電体１１および燃料極集電体１５としてハニカム構造を採用した固体電解質型燃料電池スタック１０１であり、図３は、図１と同様の構成において空気極集電体１１としてハニカム構造を採用し、燃料極集電体１５として櫛歯構造を採用した固体電解質型燃料電池スタック１０２である。
【００１８】
固体電解質型燃料電池スタック１００〜１０２は、外部回路と電気的に接続可能な一対の金属製もしくは耐熱性セラミックスの基板（図示せず）を用い、例えば上下からサンドイッチ構造で挟み込むことによって、固体電解質型燃料電池を構成する。
【００１９】
図２および図３において、空気極集電体１１は、ハニカム状の導電性セラミックス等により構成され、該ハニカム状の空洞５１が酸化材ガス流路となり、例えば空気などの酸化材ガスを流通させ得る構造になっている。空気極集電体１１は、酸化材ガス流路を含めて約０．７〜２ｍｍ程度の厚さで構成することが好ましい。
【００２０】
空気極集電体１１の材質としては、例えばランタン−ストロンチウム−マンガナイトなどのランタンマンガナイト系多孔質セラミックスが好ましく用いられ、その一例として次の式（II）、
Ｌａ１−ｙＭ２ｙＭｎＯ３      （II）
（ここで、Ｍ２はアルカリ土類金属を意味し、ｙは０．０１＜ｙ＜０．３の数を示し、Ｍｎと、ＬａおよびＭ２の合計とのモル比が略１：１である）
により示されるペロブスカイト構造を持つランタンマンガナイト系導電性セラミックスを挙げることができる。
【００２１】
Ｍ２で示されるアルカリ土類金属としては、例えば、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム等を挙げることが可能であり、特にＭ２がストロンチウムであるＬａ１−ｙＳｒｙＣｒＯ３（ここで、ｙは前記と同様の意味を有する）が好ましい。
【００２２】
Ｍ２で示されるアルカリ土類金属とランタン（Ｌａ）との化学量論比は、上記式（II）中、アルカリ土類金属元素の量ｙが、０．０１＜ｙ＜０．３の範囲となるようにすることが好ましい。ｙが０．０１以下であると、空気極集電体１１の導電性が低下する。一方、ｙが０．３以上であると、ランタンマンガナイト（ＬａＳｒＭｎＯ３など）が不安定になるという問題がある。
【００２３】
さらに、式（II）において、Ｍｎと、Ｌａ＋Ｍ２と、のモル比は、およそ１：１である。ＬａとＭ２の合計に対するＭｎのモル比が多くなると、焼成過程でＭｎが薄膜セパレータ２０に移行して気化したＭｎが多孔質化を促し、緻密な膜形成ができず、薄膜セパレータ２０のガスセパレート機能が低下して、燃料ガス中の水素などが空気側へ漏出するおそれがある。
【００２４】
空気極集電体１１は、固体電解質膜１３に酸化材ガスを供給するために、気孔率が１０〜６０体積％程度のものを用いることが好ましい。気孔率が高すぎると強度が低下するとともに電気抵抗が増加してしまうおそれがあり、逆に気孔率が低すぎると酸化材ガスの透過性能が低下して電池性能が低下する場合がある。
【００２５】
空気極集電体１１には、ランタンクロマイト系導電性セラミックスを主成分とする薄膜セパレータ２０が形成されている。ここで、「主成分とする」とは、製造過程などにおいて不可避的に混入する微量の不純物や夾雑物の存在を許容する意味である。
【００２６】
このランタンクロマイト系導電性セラミックス材料としては、次の式（I）、
Ｌａ１−ｘＭ１ｘＣｒＯ３      （I）
（ここで、Ｍ１はアルカリ土類金属を意味し、ｘは０．０１〜０．３の数を示す）により示されるものが好ましい。
【００２７】
Ｍ１で示されるアルカリ土類金属としては、例えば、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム等を挙げることができる。これらのアルカリ土類金属は、薄膜セパレータ２０の導電性を高めるように作用する。アルカリ土類金属の中でも、特にＭ１がカルシウムであるＬａ１−ｘＣａｘＣｒＯ３（ここで、ｘは前記と同様の意味を有する）が好ましい。
【００２８】
Ｍ１で示されるアルカリ土類金属とランタン（Ｌａ）との化学量論比は、式（I）中、アルカリ土類金属元素の量ｘとして、０．０１以上０．３以下の範囲であり、特に０．０５〜０．１の範囲が好ましい。ｘが０．０１未満であると、Ｃｒ４＋がほとんど生成せず、薄膜セパレータ２０の抵抗が大きくなり過ぎるので好ましくない。一方、ｘが０．３より大きいと、ランタンクロマイトが還元されて薄膜セパレータ２０のペロブスカイト構造が破壊されるおそれがある。  
すなわち、５〜１００μｍ程度の薄い膜厚の場合、急激な酸素ポテンシャル変化がかかると、ランタンクロマイトのペロブスカイト構造を維持することが難しくなり、導電性を示す正孔を構成するＣｒ４＋がＣｒ３＋に還元されてしまう結果、導電性が損なわれる。
【００２９】
薄膜セパレータ２０の厚さは、５〜１００μｍであり、２０〜４０μｍが好ましい。膜厚が５μｍ未満であるとランタンクロマイトのペロブスカイト構造を維持することが難しくなり、還元されて薄膜が破壊されるおそれがあり、逆に１００μｍを超える場合には、抵抗が大きくなり、電池性能上好ましくない。
【００３０】
薄膜セパレータ２０の成膜方法は特に問われないが、例えば、ランタンクロマイトを溶解または分散させた溶液に空気極集電体１１を浸漬して成膜するディップコーティング法によって膜形成することが好ましい。
【００３１】
固体電解質膜１３の材質としては、例えばＺｒＯ２に対し、３〜１０ｍｏｌ％の範囲でＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３等を固溶させたものなどが用いられ、特にイットリア安定化ジルコニア（以下、「ＹＳＺ」と記す）を主成分とする材料が好ましい。この固体電解質膜１３は、燃料極集電体１５の片面に薄膜として形成され支持される。固体電解質膜１３の膜厚は、電気抵抗を考慮すると、例えば５〜１００μｍ程度に設定することが可能であり、２０〜４０μｍ程度が好ましい。
【００３２】
固体電解質膜１３の成膜方法は特に問われないが、例えば、ＹＳＺを溶解または分散させた溶液に燃料極集電体１５を浸漬して成膜するディップコーティング法によって形成できる。
【００３３】
燃料極集電体１５は、例えば、ハニカム状の導電性セラミックス（図２）や片面に櫛歯状の溝５３が形成された導電性セラミックス（図３）等により構成され、ハニカムの空洞５１や溝５３が燃料ガス流路として、例えば水素などの燃料ガスを流通させ得る構造になっている。燃料極集電体１５の材質は、例えば、ニッケルとＹＳＺからなるサーメットや、ニッケルとアルミナとＹＳＺからなるサーメットなどの多孔質セラミックスが好ましく用いられる。燃料極集電体１５は、固体電解質膜１３に燃料ガスを供給するために、気孔率が１０〜６０体積％程度のものを用いることが好ましい。気孔率が高すぎると強度が低下するとともに電気抵抗が増加してしまうおそれがあり、逆に気孔率が低すぎると燃料ガスの透過性能が低下して電池性能が低下する場合がある。燃料極集電体１５は、燃料ガス流路を含めて約０．７〜２ｍｍ程度の厚さで構成することが好ましい。
【００３４】
電池の最小構成単位であるセル１０は、平板状の空気極集電体１１と燃料極集電体１５との間に固体電解質膜１３が挟み込まれた構造である。支持膜型であるセル１０においては、固体電解質膜１３は、燃料極集電体１５に支持される。そして、一つのセル１０と、該セル１０の空気極集電体１１に形成された薄膜セパレータ２０によって、ユニット４０が形成される。さらに一つのユニット４０の燃料極集電体１５が隣接するユニット４０の薄膜セパレータ２０と当接するように複数段積層され、固体電解質型燃料電池スタック１００〜１０２を構成する。ここで緻密なランタンクロマイトからなる薄膜セパレータ２０を介在させることによって、複数のユニット４０の間の酸化還元性を遮断しつつ、ユニット４０間の電気的接続が可能になる。
【００３５】
すなわち、薄膜セパレータ２０は、ガスセパレータ機能によって二つのセル１０間（互いに隣接する空気極集電体１１と燃料極集電体１５）でのガスの移動を防止するとともに、電子通路として機能する。このようにランタンクロマイト系導電性セラミックスを薄膜化することにより、電子通路としての面積を大きくとることが可能となり、電圧降下の問題を生じさせることなく固体電解質型燃料電池の電池性能を向上させ得る。
【００３６】
図４は、本発明の別の実施形態に係る固体電解質型燃料電池スタック２００の分解斜視図である。  
この固体電解質型燃料電池スタック２００は、マニホールド内蔵型スタック構造の平板型固体電解質型燃料電池であり、ここではモジュール３０ａ〜３０ｃを３段に積層した構造をしている。各モジュール３０ａ〜３０ｃは、それぞれ５つのユニット４０ａ〜４０ｅから構成されている。ここで、ユニット４０ａ〜４０ｅの基本的構成・原理は図１〜図３と同様である。
【００３７】
ユニット４０ａ〜４０ｅには、それぞれの枠体部３３の一方の側に燃料ガス供給マニホールド８１,８１および酸化材ガス排出マニホールド８３,８３が、各ユニットを連通状態にする貫通孔部として各２つずつ一列に並んで形成されている。なお、符号８５,８５は燃料ガス供給口であり、符号８７,８７は、ガス供給絞りである。
【００３８】
同様に、ユニット４０ａ〜４０ｅの枠体部３３の反対側には、酸化材ガス供給マニホールド８２,８２および燃料ガス排出マニホールド８４,８４が、各ユニットを連通状態にする貫通孔部として各２つずつ一列に並んで形成されている。なお、符号８６,８６は酸化材ガス供給口である（符号８７,８７は、前記と同じガス供給絞りである）。
【００３９】
マニホールド機能の備えた枠体部３３の材質としては、絶縁性セラミックスが用いられ、例えばマグネシア（ＭｇＯ）とスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）を主成分とするものが挙げられる。ここで、マグネシアとスピネルの混合比を、重量比で３０：７０〜７０：３０（好ましくは４０：６０〜５０：５０）にすることによって、燃料極集電体１５、空気極集電体１１等の部材の熱膨張係数との整合性が保たれ、耐久性を向上させることができる。
【００４０】
燃料ガス供給マニホールド８１,８１は、連通路としてのガス供給絞り８７,８７を介して燃料ガス供給口８５,８５に接続されている。また、同様に、酸化材ガス供給マニホールド８２,８２は、連通路としてのガス供給絞り８７,８７を介して酸化材ガス供給口８６,８６に接続されている。
【００４１】
以上の構成において、燃料ガスは図示しない流量制御手段から燃料ガス供給マニホールド８１,８１に導入され、ガス供給絞り８７,８７を介してモジュール３０ａ〜３０ｃへ均等に配分される。燃料ガス供給マニホールド８１,８１に導入された燃料ガスは、ユニット４０ａ〜４０ｅに形成された流路を折り返しながら移動し、燃料ガス排出マニホールド８４,８４に排出される。
【００４２】
酸化材ガスについても、同様に、図示しない流量制御手段から酸化材ガス供給マニホールド８２,８２に導入され、ガス供給絞り８７,８７を介してモジュール３０ａ〜３０ｃへ均等に配分される。酸化材ガス供給マニホールド８２,８２に導入された燃料ガスは、ユニット４０ａ〜４０ｅに形成された流路を折り返しながら移動し、酸化材ガス排出マニホールド８３,８３に排出される。このように、枠体部３３に設けた貫通孔によってマニホールドを形成することにより、各モジュール３０ａ〜３０ｃへのガス供給を均一化しつつ、配管などの部品点数を少なくし、構成を大幅に簡略化することが可能になる。
【００４３】
＜作用＞
本発明では、平板型空気極集電体表面に５〜１０μｍの厚みでランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）系導電性セラミックスを膜し、ガスセパレータに代替することにより、材料として高価なランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ３）系導電性セラミックスの使用量を低減できるとともに、装置を小型化することが可能になる。また、薄膜化によって少ない使用量で電子が流れる断面積を大きくとることができるようになり、電気抵抗を低減することができる。
【００４４】
本発明の薄膜セパレータ２０では、その主成分であるＬａ１−ｘＭ１ｘＣｒＯ３のｘが０．３を超えた値になると、５〜１００μｍ程度の薄膜構造において急激な酸素ポテンシャルの変化が加わった場合、そのペロブスカイト構造を保持することが難しくなり、導電性を示す正孔を構成するＣｒ４＋がＣｒ３＋に還元されて導電性が損なわれる。また、０．０１より小さい場合には、Ｃｒ４＋がほとんど生成せず、実用的な導電性を維持できなくなる。
【００４５】
薄膜セパレータ２０の主成分としてＬａ１−ｘＣａｘＣｒＯ３を用いる場合に、従来型のガスセパレータ（インターコネクタ）では、導電性を高める目的でＣａ量を多くしても（ｘ＞０．３）、厚い板状であるため上記のような問題は生じなかった。しかし、５〜１００μｍと非常に薄い薄膜セパレータ２０においては、ペロブスカイト構造を維持して緻密性を保てるように、Ｃａ量を所定範囲（０．１≦ｘ≦０．３）に抑制する必要がある。なお、Ｃａ量を低減しても、薄膜化によって十分な導電性を維持することができる。
【００４６】
ディップコーティング法によって薄膜セパレータ２０を形成する場合に特有の問題として、空気極集電体１１のランタンマンガナイトＬａＭ２ＭｎＯ３中のＬａとＭ２の合計に対するＭｎのモル比が多くなると、緻密な膜形成ができなくなることが挙げられる。ランタンクロマイトは焼結し難い性質を持つため、１５００℃程度の高温での焼成が必要になる。前記温度では、薄膜セパレータ２０の形成過程においてＭｎが薄膜セパレータ２０に移行し、気化したＭｎによって膜の多孔質化が進みすぎ、その結果、薄膜セパレータ２０のガスセパレート機能が低下して、燃料ガス中の水素などが空気側へ漏出する可能性がある。一方、Ｍｎが少なすぎる場合は導電性が低下する。このため、ＬａとＭ２の合計に対するＭｎのモル比は、１：１付近に設定することが好ましい。
【００４７】
以下、実施例等を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれによって何ら制約されるものではない。  
実施例１
空気極集電体として、厚さ１．１ｍｍのＬａ0.85Ｓｒ0.15ＭｎＯ３を使用した。この空気極集電体の片面に、Ｌａ0.9Ｃａ0.1ＣｒＯ３粉末をエタノール溶媒にて作製したスラリーを、ディップコーティング法によって製膜した。これを１５００℃、５時間焼成することによってＬａ0.9Ｃａ0.1ＣｒＯ３を主成分とする４０μｍの膜厚の薄膜セパレータ付空気極集電体（被験物）を得た。
【００４８】
図５に示す実発電環境雰囲気に近い模擬試験装置３００を使用して導電性試験を実施した。この模擬試験装置３００では、ランタンマンガナイトの空気側集電体１１の片面にランタンクロマイトの薄膜セパレータ２０を有する被験物について、薄膜セパレータ２０の上にニッケルペースト９１を積層した後、薄膜セパレータ２０側を燃料（水素）雰囲気とし、空気極集電体１１側を空気（酸素）雰囲気として、白金線９０に通電して電気抵抗を測定した。その結果、１０００℃において抵抗値０．０１５Ωという値を得た。これは従来のガスセパレータ構造と比較して明らかに低い抵抗を示すものであった。
【００４９】
実施例２〜５、参考例１、２
薄膜セパレータの膜厚を４０μｍに固定し、ランタンクロマイト中のＣａ量を表１のように変化させた以外は、実施例１と同様にして、ランタンマンガナイトの空気側集電体の片面にランタンクロマイトの薄膜セパレータを有する被験物を得た。各被験物について、実施例１と同様の模擬試験装置３００を使用して抵抗値を測定した。その結果を併せて表１に示す。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
表1に示すとおり、材料の組成としては、一般式（I）中のｘとしてＣａ量がｘ＜０．０１の場合、導電率の低下が認められる。また、ｘ＞０．３の場合、経時的に性能の劣化が認められ、水素雰囲気においた場合にクロムの還元による膜の変質が起こり、性能を十分に出せないことが示された。以上の結果から、ｘは０．０１〜０．３の範囲が最適な組成と考えられる。
【００５２】
実施例６〜１０、比較例１、２
Ｃａ量を一般式（I）中のｘとしてｘ＝０．１に固定し、ランタンクロマイト薄膜の膜厚を表２のように変化させた以外は、実施例１と同様にして、ランタンマンガナイトの空気側集電体の片面にランタンクロマイトの薄膜セパレータを有する被験物を得た。各被験物について、実施例１と同様の模擬試験装置３００を使用して抵抗値を測定した。その結果を併せて表２に示す。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
薄膜セパレータの膜厚に関しては、表２に示すように、膜厚が５μｍ未満では、緻密な膜が得られても、水素雰囲気にさらした場合の安定性がなく、膜自体の導電性の低下が認められる。また、膜厚が１００μｍ超では抵抗の増加が認められた。この理由としては、電子通路材であるＬａ0.9Ｃａ0.1ＣｒＯ３の電気抵抗に占める割合が大きくなったためと推測される。また、厚膜化により製膜時に膜の剥離などが見られることにより、膜厚の値としては５μｍ〜１００μｍが適していることが示された。
【００５５】
参考例３
従来型のＬａＣａＣｒＯ３の板状セパレータ（板厚１ｍｍのもの）について、表３のようにＣａ量を変えて抵抗値を測定した。その結果を表３に示す。
【００５６】
【表３】
2005259489.tif 000005
【００５７】
表３から、板状セパレータでは、本発明の薄膜セパレータとは逆に、Ｃａ量が多くなるほど電気抵抗が低下し、導電率が高くなることが判る。
【００５８】
以上、本発明を種々の実施形態に関して述べたが、本発明は上記実施形態に制約されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、他の実施形態についても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、固体電解質型燃料電池として、各種の用途、例えば、産業用発電機やコージェネレーションシステムなどにおいて利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】固体電解質型燃料電池スタックの概要を示す模式図である。
【図２】別の実施形態に係る固体電解質型燃料電池スタックの概要を示す模式図である。
【図３】さらに別の実施形態に係る固体電解質型燃料電池スタックの概要を示す模式図である。
【図４】固体電解質型燃料電池スタックの概要を示す分解斜視図である。
【図５】模擬試験装置の概要を示す図面である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  セル
１１  空気極集電体
１３  固体電解質膜
１５  燃料極集電体
２０  薄膜
３０  モジュール
４０  ユニット
６０  燃料ガス
７０  酸化材ガス
８１  燃料ガス供給マニホールド
８２  酸化材ガス供給マニホールド
８３  酸化材ガス排出マニホールド
８４  燃料ガス排出マニホールド
８５  燃料ガス供給口
８６  酸化材ガス供給口
８７  ガス供給絞り
９０  白金線
９１  ニッケルペースト
１００、１０１、１０２、２００  固体電解質型燃料電池スタック
３００  模擬試験装置
【図１】
2005259489.tif 000006
【図２】
2005259489.tif 000007
【図３】
2005259489.tif 000008
【図４】
2005259489.tif 000009
【図５】
2005259489.tif 000010