(57)【要約】 【課題】 耐衝撃性及び耐熱衝撃性の向上を実現することができ、その結果、ガスのクロスリークが生じる可能性をほとんど皆無とすることが可能であるセル支持基板及びこれを用いた固体電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】一対の電極層１２，１３間に電解質層１４を挟み込んで形成した電池要素１５を具備したセル１６を支持する電気導伝性を有するセル支持基板１であって、ガス透過孔２ａを有しこのガス透過孔２ａ上に電池要素１５の一対の電極層１２，１３のうちのいずれか一方の電極層１２を位置させると共にガス透過孔２ａ上の電極層１２を電解質層１４で被覆させた状態で支持するセル支持部２と、セル１６を支持したセル支持部２の周囲に位置する応力緩和用の屈曲部３を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極層間に電解質層を挟み込んで形成した電池要素を具備したセルを支持する電気導伝性を有するセル支持基板であって、ガス透過孔を有しこのガス透過孔上に上記電池要素の一対の電極層のうちのいずれか一方の電極層を位置させると共にガス透過孔上の電極層を電解質層で被覆させた状態で支持するセル支持部と、上記セルを支持したセル支持部の周囲に位置する応力緩和用の屈曲部を備えたことを特徴とするセル支持基板。
【請求項２】
セル支持部の周囲を断面凹状に屈曲させて応力緩和用の屈曲部とした請求項１に記載のセル支持基板。
【請求項３】
セル支持部の周囲を断面波状に屈曲させて応力緩和用の屈曲部とした請求項１に記載のセル支持基板。
【請求項４】
ガス透過孔を微細孔とし、この微細なガス透過孔をセル支持部に多数形成してある請求項１〜３のいずれか一つの項に記載のセル支持基板。
【請求項５】
複数のセル支持部を具備して複数のセルを配置可能とした請求項１〜４のいずれか一つの項に記載のセル支持基板。
【請求項６】
基板素材として、チタン、インコネル、ニオブ、タンタル、金、白金、ステンレス鋼、銀のいずれかを用いた請求項１〜５のいずれか一つの項に記載のセル支持基板。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のセル支持基板と、一対の電極層間に電解質層を挟み込んで形成した電池要素を具備したセルを備え、上記セル支持基板のセル支持部のガス透過孔上に上記電池要素の一対の電極層のうちのいずれか一方の電極層を位置させ、このガス透過孔上の電極層を電解質層で被覆すると共に、この電解質層上に上記電池要素の一対の電極層のうちのいずれか他方の電極層を位置させたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項８】
請求項７に記載の固体電解質型燃料電池を製造するに際して、基板素材にプレス加工及び穿孔加工を順次施してガス透過孔を有するセル支持部及びこのセル支持部の周囲に位置する屈曲部を具備したセル支持基板を形成した後、このセル支持基板のセル支持部のガス透過孔上に電池要素の一対の電極層のうちのいずれか一方の電極層を形成し、これに続いて、このガス透過孔上の電極層を電解質層で被覆すると共に、この電解質層上に上記電池要素の一対の電極層のうちのいずれか他方の電極層を形成することを特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方法。
【請求項９】
網目状の編地又は不織布を介して請求項７に記載の固体電解質型燃料電池を積層して成る固体電解質型燃料電池のスタック構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極層間に電解質層を挟み込んで形成した電池要素を具備したセルを支持するのに利用するセル支持基板及びこれを用いた固体電解質型燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、例えば、多孔質体から成るセル基板及び一対の電極層間に電解質層を挟み込んで形成した電池要素を具備していて、この電池要素をセル基板上に積層して成る電極支持型セルを備えた固体電解質型燃料電池の場合、多孔質体から成るセル基板の電池要素が形成されていない部分に封孔処理を施す必要がある都合上、封孔層としての電解質層とセル配置用薄板とを接合するようにしている。  
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３１６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来においては、電池要素の電解質層とセル配置用薄板との接合部分、すなわち、セラミックス層と金属との接合部分に生じる熱ストレスにより、接合部分が劣化して破損し、ガスがクロスリークする恐れがあり、その結果、性能の低下を招き兼ねないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００５】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、耐衝撃性及び耐熱衝撃性の向上を実現することができ、その結果、ガスのクロスリークが生じる可能性をほとんど皆無とすることが可能であるセル支持基板及びこれを用いた固体電解質型燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一対の電極層間に電解質層を挟み込んで形成した電池要素を具備したセルを支持する電気導伝性を有するセル支持基板であって、ガス透過孔を有しこのガス透過孔上に上記電池要素の一対の電極層のうちのいずれか一方の電極層を位置させると共にガス透過孔上の電極層を電解質層で被覆させた状態で支持するセル支持部と、上記セルを支持したセル支持部の周囲に位置する応力緩和用の屈曲部を備えた構成としたことを特徴としており、このセル支持基板の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００７】
また、本発明の固体電解質型燃料電池は、上記セル支持基板と、一対の電極層間に電解質層を挟み込んで形成した電池要素を具備したセルを備え、上記セル支持基板のセル支持部のガス透過孔上に上記電池要素の一対の電極層のうちのいずれか一方の電極層を位置させ、このガス透過孔上の電極層を電解質層で被覆すると共に、この電解質層上に上記電池要素の一対の電極層のうちのいずれか他方の電極層を位置させた構成としたことを特徴としており、この固体電解質型燃料電池の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
さらに、本発明の固体電解質型燃料電池の製造方法は、上記固体電解質型燃料電池を製造するに際して、基板素材にプレス加工及び穿孔加工を順次施してガス透過孔を有するセル支持部及びこのセル支持部の周囲に位置する屈曲部を具備したセル支持基板を形成した後、このセル支持基板のセル支持部のガス透過孔上に電池要素の一対の電極層のうちのいずれか一方の電極層を形成し、これに続いて、このガス透過孔上の電極層を電解質層で被覆すると共に、この電解質層上に上記電池要素の一対の電極層のうちのいずれか他方の電極層を形成する構成としたことを特徴としており、この固体電解質型燃料電池の製造方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセル支持基板によれば、上記した構成としているので、セルに負荷される外部衝撃力や電池要素の電極層や電解質層で生じた熱応力を吸収することができ、したがって、固体電解質型燃料電池の信頼性を格段に高めることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１０】
また、本発明の固体電解質型燃料電池によれば、上記した構成としているので、耐衝撃性及び耐熱衝撃性の向上を実現することができ、その結果、ガスのクロスリークが生じる恐れがほとんどなく、加えて、セル支持基板にセルを直接形成するようにしているので、従来の固体電解質型燃料電池で必要としていた接合工程を削減することができる分だけ、製造コストを低減させることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００１１】
さらに、本発明の固体電解質型燃料電池の製造方法によれば、上記した構成としているので、製造コストの低減を実現することが可能であるという非常に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】
図１に示すように、本発明のセル支持基板１は電気導伝性を有していて、セルを支持するセル支持部２と、このセル支持部２の周囲に位置する応力緩和用の屈曲部３を備えており、図示したように、セル支持部２を複数設けて複数のセルを配置可能としてもよい。
【００１３】
セル支持基板１には、電気導伝性のほかにガスタイトであることと強剛性であることが求められ、その基板素材として、チタン、インコネル、ニオブ、タンタル、金、白金、ステンレス鋼、銀のいずれかを用いることが望ましい。また、セル支持基板１は、基板素材にプレス加工を施すことで形成されることから、基板素材の肉厚を０．５〜２．０ｍｍとすることが望ましい。
【００１４】
セル支持部２には、基板を貫通するガス透過孔２ａが形成してある。このガス透過孔２ａは、図示したように、微細孔としてセル支持部２に多数形成することができ、この微細なガス透過孔２ａの径の大きさは、０．１〜５０μｍとすることが望ましい。微細なガス透過孔２ａの径の大きさが０．１μｍに満たない場合は、セル支持基板１中に電池要素の電極層を形成することが困難になると共にガス拡散が行われにくくなり、微細なガス透過孔２ａの径の大きさが５０μｍを超えた場合には、電極材料をセル支持部２に詰め込めなくなって密度が下がり、電極の比表面積が小さくなる。
【００１５】
また、セル支持部２に微細なガス透過孔２ａを多数形成する方法としては、ケミカルエッチング等の手法が用いられ、セル支持部２のガス透過孔２ａが形成された部分に、ガス流路及び集電体の機能を持たせることができる。
【００１６】
この場合、図２（ａ），（ｃ）に示すように、セル支持部２の周囲を断面凹状に屈曲させて応力緩和用の屈曲部３としたり、図２（ｂ）に示すように、セル支持部２の周囲を断面波状に屈曲させて応力緩和用の屈曲部３としたりすることができる。
【００１７】
図３に示すように、本発明の固体電解質型燃料電池１１は、上記セル支持基板１と、一対の電極層（燃料極層１２及び空気極層１３）間に電解質層１４を挟み込んで形成した電池要素１５を具備したセル１６を備えており、上記セル支持基板１のセル支持部２のガス透過孔２ａを形成した部分上に電池要素１５の一対の電極層１２，１３のうちのいずれか一方の電極層（図示例では燃料極層１２）が位置させてある。そして、この燃料極層１２を電解質層１４で被覆すると共に、この電解質層１４上に上記電池要素１５の一対の電極層１２，１３のうちのいずれか他方の電極層（図示例では空気極層１３）を配置してある。
【００１８】
この固体電解質型燃料電池１１を製造するに際しては、基板素材にプレス加工及び穿孔加工を順次施してガス透過孔２ａを有するセル支持部２及びこのセル支持部２の周囲に位置する屈曲部３を具備したセル支持基板１を形成した後、このセル支持基板１のセル支持部２のガス透過孔２ａが形成された部分上に電池要素１５の燃料極層１２を形成し、これに続いて、この燃料極層１２を電解質層１４で被覆すると共に、この電解質層１４上に空気極層１３を形成する。
【００１９】
セル支持基板１のセル支持部２のガス透過孔２ａが形成された部分上に電池要素１５の燃料極層１２を形成する手法としては、溶射法、スラリー塗布法、スプレー法、ディップコーティング法、スパッタ法等を採用することができる。
【００２０】
図３に示した固体電解質型燃料電池１１では、セル支持基板１の複数のセル支持部２においてそれぞれセル１６を形成するようにしているので、セルを一つ一つ作製したり、この作製したセルをフレームに嵌め込んだりするといった従来必要としていた工程を省略することができるので、製造コストの大幅な低減を実現することができる。
【００２１】
そして、本発明において、網目状の編地（又は不織布）を介して上記固体電解質型燃料電池１１を積層することで、固体電解質型燃料電池１１のスタック構造体を形成することができる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２３】
［実施例１］
図１に示すように、ＳＵＳ４３０から成る基板素材に対してプレス加工及びケミカルエッチング（穿孔加工）を順次施して形成した、大きさ２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ１５０μｍのセル支持基板１を用意した。この際、大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍのセル支持部２を複数設け、このセル支持部２に多数形成したガス透過孔２ａの径の大きさを２μｍとし、セル支持部２の周囲に設けた屈曲部を、図３に示すように、断面凹状に屈曲させてなる溝３とした。
【００２４】
そして、このＳＵＳ４３０から成るセル支持基板１のセル支持部２のガス透過孔２ａが形成された部分上に、溶射法によりＮｉ−ＳＤＣ層を燃料極層１２として形成し、これに続いて、この燃料極層１２を溶射法により形成した厚さ５μｍのＹＳＺ電解質層１４で被覆すると共に、この電解質層１４上に厚さ１０μｍのＬＳＭ空気極層１３を溶射法により形成した。
【００２５】
上記したようにして、セル支持基板１の複数のセル支持部２においてそれぞれセル１６を形成して、本実施例の固体電解質型燃料電池１１を得た。
【００２６】
［実施例２］
図１に示すように、ＳＵＳ４３０から成る基板素材に対してプレス加工及びケミカルエッチング（穿孔加工）を順次施して形成した、大きさ２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ１５０μｍのセル支持基板１を用意した。この際、大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍのセル支持部２を複数設け、このセル支持部２に多数形成したガス透過孔２ａの径の大きさを０．５μｍとし、セル支持部２の周囲に設けた屈曲部を、図３に示すように、断面凹状に屈曲させてなる溝３とした。
【００２７】
そして、このＳＵＳ４３０から成るセル支持基板１のセル支持部２のガス透過孔２ａが形成された部分上に、スパッタ法によりＮｉ−ＳＤＣ層を燃料極層１２として形成し、これに続いて、この燃料極層１２をスパッタ法により形成した厚さ５μｍのＳＳＺ電解質層１４で被覆すると共に、この電解質層１４上に厚さ５μｍのＬＳＭ空気極層１３をスパッタ法により形成した。
【００２８】
上記したようにして、セル支持基板１の複数のセル支持部２においてそれぞれセル１６を形成して、本実施例の固体電解質型燃料電池１１を得た。
【００２９】
［実施例３］
図１に示すように、ＳＵＳ４３０から成る基板素材に対してプレス加工及びケミカルエッチング（穿孔加工）を順次施して形成した、大きさ２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ１５μｍのセル支持基板１を用意した。この際、大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍのセル支持部２を複数設け、このセル支持部２に多数形成したガス透過孔２ａの径の大きさを１．０μｍとし、セル支持部２の周囲に設けた屈曲部を、図３に示すように、断面凹状に屈曲させてなる溝３とした。
【００３０】
そして、このＳＵＳ４３０から成るセル支持基板１のセル支持部２のガス透過孔２ａが形成された部分上に、スラリー塗布法によりＮｉ−ＳＤＣ層を燃料極層１２として形成し、これに続いて、この燃料極層１２をスラリー塗布法により形成した厚さ５μｍのＳＳＺ電解質層１４で被覆すると共に、この電解質層１４上に厚さ２０μｍのＬＳＭ空気極層１３をスラリー塗布法により形成した。
【００３１】
上記したようにして、セル支持基板１の複数のセル支持部２においてそれぞれセル１６を形成して、本実施例の固体電解質型燃料電池１１を得た。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の固体電解質型燃料電池では、溶接や拡散や超音波を用いた接合作業を必要としないので、熱耐久性及び機械耐久性にも優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のセル支持基板の一実施例を示す平面説明図である。（実施例１〜３）
【図２】図１におけるセル支持基板の屈曲部のパターンを示す部分断面説明図（ａ）〜（ｃ）である。（実施例１〜３）
【図３】本発明の固体電解質型燃料電池の一実施例を示す断面説明図である。（実施例１〜３）
【符号の説明】
【００３４】
１   セル支持基板
２   セル支持部
２ａ ガス透過孔
３   屈曲部
１１  固体電解質型燃料電池
１２  燃料極層（電極層）
１３  空気極層（電極層）
１４  電解質層
１５  電池要素
１６  セル
１７  網目状の編地
２１  固体電解質型燃料電池のスタック構造体
【図１】
2005327647.tif 000003
【図２】
2005327647.tif 000004
【図３】
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