(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃料流通路を有する絶縁性基板と、その表裏両面にＮｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分として含むアノード層、電解質層およびカソード層からなるセルを複数個配置するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる横縞型固体酸化物形燃料電池スタックであって、前記絶縁性基板中および前記アノード層中のうち何れか一方または両方にＮｉ、ＦｅまたはＣｕからなる骨格を形成しない金属を担持してなることを特徴とする横縞型固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記絶縁性基板が骨格成分としてＮｉを含むとともに、Ｎｉ、ＦｅまたはＣｕからなる骨格を形成しない金属を担持してなることを特徴とする横縞型固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項３】
内部に燃料流通路を有する絶縁性基板を形成し、その表裏両面に、Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層、電解質層およびカソード層をこの順に配置して複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間にインターコネクタを形成して横縞型固体酸化物形燃料電池スタックを作製するに際して、
前記絶縁性基板、前記Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層、前記電解質層を形成した後、前記絶縁性基板中および前記アノード層中のうち何れか一方または両方にＮｉ、ＦｅまたはＣｕからなる骨格を形成しない金属を含浸させることにより、前記絶縁性基板中および前記アノード層中のうち少なくとも一方にＮｉ、ＦｅまたはＣｕからなる骨格を形成しない金属を担持させることを特徴とする横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
【請求項４】
請求項３に記載の横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法において、骨格成分としてＮｉを含む前記絶縁性基板を形成した後、該絶縁性基板中にＮｉ、ＦｅまたはＣｕからなる骨格を形成しない金属を含浸させることにより、前記絶縁性基板中にＮｉ、ＦｅまたはＣｕからなる骨格を形成しない金属を担持させることを特徴とする横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。                                   
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックおよびその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物からなる電解質層を挟んでアノード層とカソード層を配した三層ユニットで構成される。固体酸化物形燃料電池の運転時には、アノード層側に燃料ガスを通し、カソード層側に空気を通して、両電極を外部負荷に接続することで電力が得られる。ところが、単電池（セル）一つでは高々０．８Ｖ程度の電圧しか得られないので、実用的な電力を得るためには複数のセルを電気的に直列に接続する必要がある。隣接するセルを電気的に直列に接続するのと同時に、アノード層とカソード層のそれぞれに燃料ガスと空気とを適正に分配、供給し、また排出する目的で、インターコネクタとセルとが交互に積層される。
【０００３】
そのような固体酸化物形燃料電池は複数個のセルを積層するタイプであるが、複数個のセルを横縞状に配置するタイプの固体酸化物形燃料電池（国際公開第２００４／０８２０５８号パンフレット、等）も開発されている。横縞方式には円筒タイプや中空扁平タイプなどの方式がある。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００４／０８２０５８号パンフレット
【０００５】
図１はそのうち中空扁平タイプの横縞型固体酸化物形燃料電池の構成例を説明する図である。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）中Ａ−Ａ線断面図（コ字状のＡ−Ａ線のうち、実線部分の箇所を表面から裏面まで切ったとき、向こう側の部分の断面を手前側から見た図）である。中空扁平状の電気絶縁性基板１の上に順次、アノード層２、電解質層４およびカソード層６からなるセル５を複数個形成する。そして、隣接するセル５間をインターコネクタ３、集電体７を介して電気的に直列に接続して構成される。
【０００６】
燃料ガスは、図１（ａ）〜（ｃ）中矢印（→）で示すとおり、絶縁性基板１内の燃料流通路８をセル５の配列と平行に流通させる。燃料流通路８は１個とは限らず複数個でもよい。その断面形状についても、矩形状（含、中空扁平状）、四角形状、楕円形状などに構成される。そのように中空の燃料流通路を有することなどからフラットチューブ型とも称される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記セル５を構成するアノード層２の構成材料としてはＮｉと酸化物イオン伝導体との混合物からなる材料などが使用される。アノード層２はＮｉと酸化物イオン伝導体とでその骨格が形成される。
【０００８】
なおＮｉは、絶縁性基板およびアノード層２の形成時には酸化ニッケルの形で用いられるが、完成した横縞型ＳＯＦＣの運転時に、絶縁性基板１内の燃料流通路に還元性のガスである燃料ガスが流れるので酸化ニッケルは還元されてＮｉとなる。
【０００９】
また、絶縁性基板１の構成材料としてはＭｇＯとジルコニアとの混合物などが使用されるが、その構成材料中に燃料ガスの改質触媒としての役割などをするＮｉを、絶縁性基板１が導電性とならない量で添加することも行われている。絶縁性基板１の構成材料中にＮｉを含有させる場合、例えばＭｇＯとジルコニアとＮｉとでその骨格が形成される。絶縁性基板１にＮｉを含有する場合においては、絶縁性基板１の形成時には酸化ニッケルの形で用いられるが、完成した横縞型ＳＯＦＣの運転時に、絶縁性基板１内の燃料流通路に還元性のガスである燃料ガスが流れるので酸化ニッケルは還元されてＮｉとなる。
【００１０】
ところで、横縞型固体酸化物形燃料電池は、通常、その内側から外側に向けて絶縁性基板１→アノード層２→電解質層４→カソード層６が配置された積層構造になっている。この構造に起因して、その運転時に、カソード層６側に流れる空気が絶縁性基板１の開放端から逆流して絶縁性基板１側にある程度侵入してくる。
【００１１】
このため、少なくとも開放端側における、アノード層２中で骨格を形成するＮｉが酸化され、絶縁性基板１が骨格成分としてＮｉを含む場合には当該Ｎｉが酸化される。また、アノード層２側への燃料ガスの供給が、発電で消費される燃料量より不足するような事態が生じたときは、その酸化領域が広範囲に広がり、且つ、酸化の程度も大きくなる。そしてＮｉが酸化されると膨張するので、図４（ａ）中“クラック！”として示すように、絶縁性基板、またこれに接するアノード層２に構造変化が生じ、セル５の破壊や故障の原因となる。同様に骨格成分としてＮｉを含む絶縁性基板１においても絶縁性基板１に構造変化が生じるおそれがある。
【００１２】
本発明は、そのような、絶縁性基板の骨格を形成するＮｉの酸化による絶縁性基板の構造変化、アノード層２の骨格を形成するＮｉの酸化によるアノード層２の構造変化を軽減させ、さらには骨格成分としてＮｉを含む絶縁性基板１におけるＮｉの酸化による絶縁性基板１の構造変化を軽減し、対破壊信頼性を向上させてなる横縞型固体酸化物形燃料電池スタックおよびその作製方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明（１）は、内部に燃料流通路を有する絶縁性基板と、その表裏両面にＮｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分として含むアノード層、電解質層およびカソード層からなるセルを複数個配置するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる横縞型固体酸化物形燃料電池スタックであって、前記絶縁性基板中および前記アノード層中のうち何れか一方または両方に骨格を形成しない金属を担持してなることを特徴とする横縞型固体酸化物形燃料電池スタックである。
【００１４】
本発明（１）は、絶縁性基板が骨格成分としてＮｉを含む絶縁性基板である場合にも同様に適用される。この場合には、絶縁性基板として、内部に燃料流通路を有し、骨格成分としてＮｉを含むとともに、骨格を形成しない金属を担持してなる絶縁性基板を使用する。
【００１５】
本発明（２）は、内部に燃料流通路を有する絶縁性基板を形成し、その表裏両面に、Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層、電解質層およびカソード層をこの順に配置して複数個のセルを形成するとともに、隣接するセル間にインターコネクタを形成して横縞型固体酸化物形燃料電池スタックを作製するに際して、
前記絶縁性基板、前記Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層、前記電解質層を形成した後、前記絶縁性基板中および前記アノード層中のうち何れか一方または両方に骨格を形成しない金属を含浸させることにより、前記絶縁性基板中および前記アノード層中のうち少なくとも一方に骨格を形成しない金属を担持させることを特徴とする横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法である。
【００１６】
本発明（２）は、絶縁性基板が骨格成分としてＮｉを含む絶縁性基板である場合にも同様に適用される。この場合には、絶縁性基板として、内部に燃料流通路を有し、骨格成分としてＮｉを含む絶縁性基板を形成した後、絶縁性基板中に骨格を形成しない金属を含浸させ、絶縁性基板中に骨格を形成しない金属を担持させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、その運転時に生じる、骨格成分としてＮｉを含む絶縁性基板の構造変化、Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層の構造変化を軽減し、対破壊信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明において、前記骨格を形成しない金属としては、固体酸化物形燃料電池の作動時に、前記骨格成分としてＮｉを含む絶縁性基板中、前記Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層中に空気が混入したときに酸化する金属であればよく、その例としてＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕなどが挙げられる。また、骨格成分としてＮｉを含む絶縁性基板において骨格を形成しない金属を担持させる場合においても上述した金属を用いることができる。なお、それら金属のうちＮｉは、本発明における本来の目的に加えて、燃料ガスの改質触媒としても利用することができる。
【００１９】
横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの作製工程においては、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックとしての完成時にアノード層となるもの、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックとしての完成時にインターコネクタとなるもの、電解質層となるもの、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックとしての完成時にカソード層となるもの、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックとしての完成時に集電体となるものを作製する。そして、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの作製工程において作製するそれらの各部材は、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックとしての完成時において、それぞれ絶縁性基板、アノード層、インターコネクタ、電解質層、カソード層、集電体となる。
【００２０】
本明細書、特許請求の範囲においては、それらの作製工程についても、絶縁性基板、アノード層、インターコネクタ、電解質層、カソード層、集電体という横縞型固体酸化物形燃料電池スタックとしての完成時の用語を用いて記載している。
【００２１】
本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池スタックは、絶縁性基板の作製を出発工程とし、絶縁性基板の表裏面に順次、アノード層、インターコネクタ、電解質層、カソード層、集電体を作製する。横縞型固体酸化物形燃料電池スタックとしての完成に至るまでに、成形、印刷、ディッピングなど各工程、焼成ないし焼結時期、焼成ないし焼結条件その他、各種変形態様があり得るが、図２を用いて本発明の態様例を順次説明する。
【００２２】
図２は、図１（ｃ）に対応する図で、その上下の部分のうち上側部分（表面側）に相当している。以下の説明において、絶縁性基板については、骨格成分としてＮｉを含む絶縁性基板を例にしているが、骨格成分としてＮｉを含まない絶縁性基板を作製する場合も同様である。
【００２３】
〈１．絶縁性基板について〉
図２（ａ）は骨格成分としてＮｉを含む絶縁性基板１を説明する図である。まず、その構成材料としてＭｇを含む材料と酸化ニッケルとを混合、成形して、酸化ニッケルを添加したＭｇを含む材料からなる絶縁性基板１を作製する。より詳しくは、Ｍｇを含む材料と酸化ニッケルとを混合した後、造粒し、押出成形等により燃料流通路となる開孔（空間）を有するグリーン基体を作製する。Ｍｇを含む材料と酸化ニッケルの混合物すなわち原料粉には成形を容易にし、焼成時に多孔質とするための補助材として例えばグラファイトを加える。
【００２４】
Ｍｇは、絶縁性基板１を構成する他の材料との混合により、電解質層４との熱膨張係数の適合が図りやすく、かつ、軽量、低コストなどの利点を有するため、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの基体の構成材料として好適である。Ｍｇを含む材料の例としては、ＭｇＯとスピネルの混合物、ＭｇＯとジルコニアの混合物、ジルコニア系酸化物とＭｇＯとスピネルの混合物などが挙げられるが、これらに限定されない。また、ジルコニア系酸化物とＭｇＯとスピネルの混合物におけるジルコニア系酸化物の例としては、イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ2Ｏ3）X（ＺｒＯ2）1-X，式中、ｘ＝０．０３〜０．１２〕などが挙げられる。
【００２５】
〈２．アノード層について〉
図２（ｂ）はアノード層２を説明する図である。図２（ｂ）のとおり、絶縁性基板１の表面にアノード層２を形成する。この形成は、絶縁性基板１の表面にアノード層２の構成材料をスラリーあるいはペーストとし、スクリーン印刷、塗布などにより行うことができる。裏面側についても同じである。
【００２６】
アノード層２の構成材料としては、好ましくはＮｉとＹＳＺ〔（Ｙ2Ｏ3）X（ＺｒＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕との混合物からなる材料を使用する。当該混合物中、Ｎｉを４０ｖｏＬ％以上分散させた材料であるのが好ましい。なおアノード層２を構成するＹＳＺが酸化物イオン伝導体に相当している。
【００２７】
〈３．インターコネクタについて〉
図２（ｃ）はインターコネクタ３を説明する図である。図２（ｃ）のとおり、アノード層２の表面のうちの端部にインターコネクタ３の材料を形成する。この形成は、インターコネクタ３の構成材料をスラリーあるいはペーストとし、当該箇所にスクリーン印刷、塗布などにより行うことができる。裏面側についても同じである。
【００２８】
〈４．電解質層について〉
図２（ｄ）は電解質層４を説明する図である。図２（ｄ）のとおり、アノード層２の表面および隣接するアノード層２間に電解質層４を形成する。この形成は、電解質層４の構成材料をスラリーあるいはペーストとし、スクリーン印刷、塗布などにより行うことができる。裏面側についても同じである。
【００２９】
次いで、熱処理すなわち焼成する。なお、熱処理は、前記〈２．アノード層について〉におけるアノード層２の形成後に行ってもよいが、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの作製工程では電解質層４の熱処理が最も高温であり、この熱処理で骨格がしっかり形成されることから、骨格を形成しない金属を担持させる作製工程は、電解質層４の熱処理後であるのが好ましい。
【００３０】
〈５．絶縁性基板、アノード層への骨格を形成しない金属の担持について〉
前記〈４．電解質層について〉における熱処理後の状態で酸化ニッケルを添加したＭｇを含む材料からなる絶縁性基板１中と、Ｎｉと酸化物イオン伝導体を骨格成分とするアノード層２中とのうちのいずれか一方または両方に対して骨格を形成しない金属を担持させる。
【００３１】
骨格を形成しない金属の担持法は特に限定はなく、絶縁性基板１中およびアノード層２中のうちのいずれか一方または両方に担持させ得る方法であればよい。その一例として、骨格を形成しない金属を絶縁性基板１中と、Ｎｉと酸化物イオン伝導体を骨格成分とするアノード層２中との両方に対して担持する場合、例えば、当該金属をその硝酸塩などの水溶性化合物の形で水溶液とし、酸化ニッケルを添加したＭｇを含む材料からなる絶縁性基板１と、Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層２とに対して含浸させることで行うことができる。なお含浸に先立ち、予めインターコネクタ３、電解質層４の表面をマスキングしておくことにより、絶縁性基板１、アノード層２への含浸を選択的に行うことができる。
【００３２】
次いで加熱する。この加熱により、含浸された水溶性化合物の化合物形成成分（水溶性化合物が硝酸塩の場合には硝酸分）を脱離させ、酸化ニッケルを添加したＭｇを含む材料からなる絶縁性基板１およびＮｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層２に対して“骨格を形成しない金属”を担持させることができる。
【００３３】
骨格を形成しない金属は、絶縁性基板１の骨格中の隙間、アノード層２の骨格中の隙間に粒子状で担持される。その粒子は、骨格をなしている一粒子とのみ結合し、それが膨張したときに、他の粒子に機械的な影響を及ぼさないような粒子である。
【００３４】
図２（ｅ）はその処理を経た後の状態を説明する図で、図２（ｅ）中、骨格を形成しない金属を担持した絶縁性基板１’、骨格を形成しない金属を担持させたアノード層２’として示している。絶縁性基板１’は酸化ニッケルを添加したＭｇを含む材料からなる絶縁性基板１に対して骨格を形成しない金属を担持した絶縁性基板であり、アノード層２’はＮｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層２に対して骨格を形成しない金属を担持したアノード層であり、骨格を形成しない金属は絶縁性基板１’の骨格成分の隙間、アノード層２’の骨格成分の隙間にフリーの状態で担持されている。
【００３５】
〈５．カソード層について〉
次に、図２（ｆ）のとおり、電解質層４の表面にカソード層６の材料を形成する。この形成は、電解質層４の面上にカソード層６の構成材料をスラリーあるいはペーストとし、スクリーン印刷、塗布などにより行うことができる。裏面側についても同じである。そして、図２（ｇ）のとおり、カソード層６とインターコネクタ３間に集電体７を形成する。
【００３６】
横縞型固体酸化物形燃料電池スタックにおいては複数のセル５を間隔を置いて配置することなどから、アノード層２’の形成およびそれ以降の工程では適宜マスキングして行う。
【００３７】
本発明における電解質層４の構成材料としては、イオン導電性を有する固体電解質であればよく、その例としては、（１）〜（４）の材料が挙げられる。
（１）イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ2Ｏ3）X（ＺｒＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕。
（２）スカンジア安定化ジルコニア〔（Ｓｃ2Ｏ3）X（ＺｒＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕。
（３）イットリアドープセリア〔（Ｙ2Ｏ3）X（ＣｅＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０２〜０．４）〕。
（４）ガドリアドープセリア〔（Ｇｄ2Ｏ3）X（ＣｅＯ2）1-X（式中、ｘ＝０．０２〜０．４）〕。
【００３８】
本発明におけるカソード層６の構成材料としては、例えばＳｒドープＬａＭｎＯ3、ＬＳＣ（Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ1.0Ｏ3、等）、ＬＳＣＦ（Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.2Ｆｅ0.8Ｏ3、Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.2Ｆｅ0.8Ｏ3、等）、ＬＳＭ（ＬａＳｒＭｎＯ3、等）などが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３９】
本発明におけるインターコネクタ３の構成材料としては、例えば（１）Ｌａ、Ｃｒ、Ｙ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｎｄ、Ｐｂ、ＢｉおよびＣｕのうちの２種以上からなるペロブスカイト型セラミックス、（２）式：（Ｌｎ，Ｍ）ＣｒＯ3（式中、Ｌｎはランタノイド、ＭはＢａ、Ｃａ、ＭｇまたはＳｒである）で示される酸化物、（３）式：Ｍ（Ｔｉ1-XＮｂX）Ｏ3（式中、Ｍ＝Ｂａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｌａ、ＭｇおよびＣｅから選ばれた少なくとも１種の元素、ｘ＝０〜０．４）で示される電気伝導性酸化物、またはこれら酸化物を含む材料などが挙げられるが、これらに限定されない。
【実施例】
【００４０】
以下、実験例を基に本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実験例に限定されないことはもちろんである。
【００４１】
本実験例は、Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層に対して骨格を形成しない金属の例としてＮｉを担持させ、当該Ｎｉ担持による再酸化耐性向上の効果如何を試験したものである。
【００４２】
Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層２のサンプルを以下のようにして複数個（１０個）作製した。ＮｉＯとイットリア安定化ジルコニアを重量比２：３で混合した粉末に、有機溶媒、分散剤、消泡剤、有機バインダーを加え、ボールミルで混合してペーストを作製した。このペーストを使用して錠剤状のサンプルを作製した。サンプルの表裏両面は平面であり、その厚さは２ｍｍとした。図３に各サンプルの形状を示している。
【００４３】
複数のサンプルのうちの、半数（５個）のサンプルを硝酸ニッケル〔Ｎｉ（ＮＯ3）2〕水溶液中に浸漬した。硝酸ニッケルの含浸量は、質量比（Ｎｉ換算）でＮｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層２におけるＮｉ＝１００に対して、Ｎｉ＝２０の割合となるようにした。次いで、空気中１１００℃に加熱して、含浸した硝酸ニッケルを酸化ニッケル（ＮｉＯ）に変え、さらに水素雰囲気中で還元処理した。
【００４４】
こうして、Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層２のサンプル５個と、Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層２に骨格を形成しない金属であるＮｉを担持したアノード層２’を有するサンプル５個を作製した。
【００４５】
両グループのサンプルについて、酸化処理による耐性向上の有無を試験した。試験は、各サンプルを電気炉中に配置した密閉容器に入れ、真空ポンプで減圧しながら８００℃に加熱した。この温度で空気雰囲気中で所定時間保持（当該保持時間を後述表１中「再酸化処理時間」と記載している）した後、真空ポンプで減圧しながら常温まで冷却した。
【００４６】
それらの処理前と処理後のサンプルについてそれぞれ体積、重量を計測し、体積変化、重量変化の有無、その変化の程度をみることにより、Ｎｉ担持の有無による効果如何を評価した。体積変化は、図３中“ａ”として示すように、各サンプルの直径を計測することにより行った。表１はその結果である。
【００４７】
【表１】
0005248177.tif 000002
【００４８】
表１のとおり、再酸化処理時間６０分では、Ｎｉ担持無しのサンプルの体積変化率、重量変化率はそれぞれ０．５８％、１０．３４％であったのに対して、Ｎｉ担持有りのサンプルの体積変化率、重量変化率はそれぞれ０．４５％、９．４６％である。また、再酸化処理時間１０分では、Ｎｉ担持無しのサンプルの体積変化率、重量変化率はそれぞれ０．９０％、８．５０％であったのに対して、Ｎｉ担持有りのサンプルの体積変化率、重量変化率はそれぞれ０．５２％、７．１９％であった。このことから、それらいずれの場合にも、Ｎｉ担持有りのサンプルの体積変化率、重量変化率が少ないことがわかる。
【００４９】
そのようにＮｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層中に骨格を形成しない金属であるＮｉを担持することにより、Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層の構造変化を軽減し、対破壊信頼性を向上させることができる。
【００５０】
Ｎｉ担持有りのサンプルについてＳＥＭ写真により観察したところ、担持したフリーのＮｉは粒子状であり、多数のＮｉ粒子の大部分がそれぞれ各酸化物イオン伝導体中の骨格をなしている一粒子とのみ結合していることが観察された。その結合状況からすると、それが膨張したときに、その近傍の他の粒子に機械的な影響を及ぼすことはないものと推認される。
【００５１】
図４（ｂ）は、以上の実験結果を基にＮｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層に担持した骨格を形成しない金属であるＮｉによる作用、効果についての考察結果を説明する図である。図４（ｂ）中、骨格を形成しないＮｉとして示すように、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの起動時当初においては、Ｎｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層２’中の隙間にフリーの状態で存在している。
【００５２】
本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、骨格を形成しない金属であるＮｉがＮｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層２’中の隙間にフリーの状態で存在しているので、当該フリーのＮｉがＮｉと酸化物イオン伝導体とを骨格成分とするアノード層２’中における骨格成分としてのＮｉに代わって、つまり“身代わり”として酸化されることにより、骨格成分であるＮｉが酸化されるのを回避ないし減少させることができる。すなわち、骨格を形成しないＮｉが酸化されることで、骨格を形成するＮｉの酸化を減少させ、骨格を形成するＮｉの酸化に起因するクラック発生を減少させる。
【００５３】
前述のとおり、横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの構造に起因して、その運転時に、カソード層６側に流れる空気が絶縁性基板１の開放端から逆流して絶縁性基板１側にある程度侵入し、また、アノード層２側への燃料ガスの供給量が、発電で消費される燃料量より不足するような事態が生じたときは、その酸化領域が広範囲に広がり、且つ、酸化の程度も大きくなり、運転開始時当初は還元されている骨格成分のＮｉが酸化されて膨張する。
【００５４】
そうすると絶縁性基板１、アノード層２に構造変化が生じてセル５の破壊や故障の原因となるが、本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、絶縁性基板１中やアノード層２’中の骨格を形成しないフリーのＮｉが酸化されるので、骨格成分であるＮｉが酸化されることによる構造変化に起因するセル５の破壊や故障を回避ないし減少させることができる。
【００５５】
なお、絶縁性基板１が骨格成分としてＮｉを含む場合においても、上述したアノード層２’と同様に骨格を形成しない金属を担持させることにより、絶縁性基板１’中の骨格を形成しないフリーのＮｉが酸化され、骨格成分のＮｉが酸化されることによる構造変化に起因するセル５の破壊や故障を回避ないし減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】中空扁平タイプの横縞型固体酸化物形燃料電池の構成例を説明する図
【図２】本発明の横縞型固体酸化物形燃料電池スタックの作製工程例を説明する図
【図３】実験例における各サンプルの形状を示した図
【図４】実験例における実験結果を基に“骨格を形成しない金属であるＮｉ”の作用、効果についての考察結果を説明する図
【符号の説明】
【００５７】
１  絶縁性基板
１’  骨格を形成しない金属を担持させた絶縁性基板
２  アノード層
２’  骨格を形成しない金属を担持させたアノード層
３  インターコネクタ
４  電解質層
５  セル
６  カソード層
７  集電体（インターコネクタ）
８  燃料流通路
【図１】
0005248177.tif 000003
【図２】
0005248177.tif 000004
【図３】
0005248177.tif 000005
【図４】
0005248177.tif 000006