(57)【要約】固体酸化物形燃料電池構成部品（１２）は、多孔質で通気性の支持構造（１６）の表面上に間隔を空けた関係で電気的に直列に配置された複数の固体酸化物形燃料電池（２４）を含む。個々の固体酸化物形燃料電池（２４）は、稠密な非通気性の電解質部材（２８）、多孔質で通気性の第一の電極（２６）及び多孔質で通気性の第二の電極（３０）を含む。個々の電解質（２８）は第一の電極（２６）のうちの対応する１つと接触して配置され、個々の第二の電極（３０）は電解質（２８）のうちの対応する１つと接触して配置される。個々の第一の電極（２６）は、支持構造（１６）の表面に接触して配置される。第一の電極（２６）からの反応物の漏出を防ぐため、第一の電極（２６）の表面が支持構造（１６）の表面に接触していることを除き、インターコネクタ（３２）、周辺シール層（３４）及び電解質（２８）は第一の電極（２６）の全てを囲むように配置される。
2004511070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池構成部品（１２）であって、多孔質で通気性の支持構造（１６）、複数のインターコネクタ（３２）及び複数の固体酸化物形燃料電池（２４）を含み、該固体酸化物形燃料電池（２４）が前記多孔質で通気性の支持構造（１６）の表面（２２）上に間隔を空けた関係で配置され、前記固体酸化物形燃料電池（２４）が電気的に直列に配置され、
前記個々の固体酸化物形燃料電池（２４）が稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）、多孔質で通気性の第一の電極（２６）及び多孔質で通気性の第二の電極（３０）を含み、前記個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）が前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）のうちの対応する１つと接触して配置され、前記個々の多孔質で通気性の第二の電極（３０）が前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）のうちの対応する１つと接触して配置され、
前記固体酸化物形燃料電池構成部品（１２）が稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層（３４）を含み、前記インターコネクタ（３２）が稠密な非多孔質で気体を透過せず、また、前記少なくとも１つの多孔質で通気性の第一の電極（２６）からの反応物の漏出を減少させるために、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）の前記表面が前記多孔質で通気性の支持構造（１６）の前記表面（２２）に面していることを除き、前記稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ（３２）、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層（３４）及び前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）が、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）のうちの少なくとも１つを囲むように配置されることを特徴とする固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２】
請求項１記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）からの反応物の漏出を減少させるために、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）の前記表面が前記多孔質で通気性の支持構造（１６）の前記表面（２２）に面していることを除き、前記稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ（３２）、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層（３４）及び前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）が、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）の全てを囲むように配置される固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記固体酸化物形燃料電池スタック（１２）が稠密な非多孔質の非通気性のシール（３８）を含み、前記少なくとも１つの多孔質で通気性の第二の電極（３０）からの反応物の漏出を減少させるために、前記少なくとも１つの多孔質で通気性の第二の電極（３０）の前記表面が前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）から離れていることを除き、前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）及び前記稠密な非多孔質の非通気性のシール（３８）が、前記多孔質で通気性の第二の電極（３０）のうちの少なくとも１つを囲むように配置される固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項４】
請求項３記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記多孔質で通気性の第二の電極（３０）からの反応物の漏出を減少させるために、前記多孔質で通気性の第二の電極（３０）の前記表面が、前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）から離れていることを除き、前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）及び前記稠密な非多孔質のシール（３８）が、全ての前記多孔質で通気性の第二の電極（３０）を囲むように配置される固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、個々の前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）が、前記多孔質で通気性の支持構造（１６）の前記表面と接触して配置される固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、個々の前記多孔質で通気性の第一の電極（１２６）が集電器（１２６）の表面と接触して配置され、個々の集電器（１２６）が多孔質のバリア層（１３５）と接触して配置され、前記多孔質のバリア層（１２３）が前記多孔質で通気性の支持構造（１１６）の前記表面（２２）と接触して配置される固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項７】
請求項５記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記少なくとも１つのインターコネクタ（３２）が、前記多孔質で通気性の支持構造（１６）上の第一の層（４０）、前記第一の層（４０）上の第二の層（４２）、及び前記第二の層（４２）上の第三の層（４４）を含み、前記第一の層（４０）が稠密な非多孔質で気体を透過せず、電子もイオンも伝導せず、前記第二の層（４２）が前記第三の層（４４）を前記第一の層（４０）に結合し、前記第三の層（４４）が電子を伝導する固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項８】
請求項７記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記第一の層（４０）がセラミックを含み、前記第二の層（４２）がランタンクロマイトを含み、前記第三の層（４４）が金属を含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記第三の層（４４）がニッケル、プラチナ、パラジウム、ルテニウム、銀、又は、ニッケル、プラチナ、パラジウム、ルテニウム及び銀のうちの任意の２つ又はそれ以上の合金を含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項１０】
請求項７、請求項８又は請求項９に記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記第一の層（４０）が珪酸ガラスを添加されたイットリア安定化ジルコニア、又はクロム酸カルシウムを添加されたイットリア安定化ジルコニアを含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項１１】
請求項５又は請求項６に記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記少なくとも１つのインターコネクタ（１３２）が、前記多孔質で通気性の支持構造（１１６）上の第一の層（１３４）及び前記第一の層（１３４）上の第二の層（１３３）を含み、前記第一の層（１３４）が稠密な非多孔質で、電子もイオンも伝導せず、前記第二の層（１３３）が電子を伝導する固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項１２】
請求項１１記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記第一の層がセラミックを含み、前記第二の層が金属を含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記第二の層がニッケル、プラチナ、パラジウム、ルテニウム、銀、又は、ニッケル、プラチナ、パラジウム、ルテニウム及び銀のうちの任意の２つ又はそれ以上の合金を含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項１４】
請求項１１〜請求項１３のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記第一の層がイットリア安定化ジルコニアを含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項１５】
請求項１０又は請求項１４に記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記第一の層が珪酸ガラスを添加されたイットリア安定化ジルコニア、又はクロム酸カルシウムを添加されたイットリア安定化ジルコニアを含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項１６】
請求項６に従属する場合の請求項１１〜請求項１４のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記少なくとも１つのインターコネクタ（１３２）の電子を伝導する層（１３３）が、前記集電器（１３５）と一体である固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項１７】
請求項６又は請求項１６に記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記多孔質のバリア層（１２３）が電子もイオンも伝導せず、前記多孔質で通気性の支持構造（１６）と前記多孔質で通気性の第一の電極（１２６）との間の化学反応を最小化する固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項１８】
請求項１〜請求項１７のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール（３４）が、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）及び前記稠密な非多孔質のインターコネクタ（３２）により画定された領域の周囲に広がる固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項１９】
請求項１〜請求項１８のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質のインターコネクタ（３２）の端が、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール（３４）に重なる固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２０】
請求項１〜請求項１９のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）の端（２８Ｃ、２８Ｄ）が、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール（３４）に重なる固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２１】
請求項１〜請求項２０のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール（３４）が第一の層及び第二の層を含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２２】
請求項１〜請求項２１のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール（３４）がセラミックを含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２３】
請求項２２記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール（３４）がイットリア安定化ジルコニアを含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２４】
請求項２２記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール（３４）が、珪酸ガラスを添加されたイットリア安定化ジルコニア、又はクロム酸カルシウムを添加されたイットリア安定化ジルコニアを含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２５】
請求項３又は請求項４に記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質のシール（３８）が、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール（３４）に重なる固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２６】
請求項２５記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質のシール（３４）が、前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質（２８）の前記端に重なる固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２７】
請求項２６記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質のシール（３４）が前記稠密な非多孔質のインターコネクタ（３２）の前記端に重なる固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２８】
請求項３又は請求項４に記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質のシール（３８）がガラスセラミック素材を含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項２９】
請求項３又は請求項４に記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記稠密な非多孔質のシール（３８）が、ジルコンを含む酸化バリウム・シリカアルミナガラスを含む固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項３０】
請求項１〜請求項２９のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）の一端（２８Ａ）が、前記インターコネクタ（３２）のうちの１つと重なり、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）の第二の端（２８Ｂ）が前記多孔質で通気性の支持構造（１６）の前記表面と密閉接触している固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項３１】
請求項１〜請求項２９のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）の一端（２８Ａ）が前記インターコネクタ（３２）のうちの１つと重なり、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）の前記第二の端（２８Ｂ）が前記インターコネクタ（３２）のうちの１つに重なる固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項３２】
請求項１〜請求項３１のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）の一端（２８Ａ）が前記インターコネクタ（３２）のうちの１つと重なり、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）の前記第二の端（２８Ｂ）が前記インターコネクタ（３２）のうちの１つと接する固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項３３】
請求項１〜請求項３２のうちのいずれか１つに記載された固体酸化物形燃料電池構成部品であって、個々の多孔質で通気性の第一の電極（２６）の一端（２６Ａ）が、前記インターコネクタのうちの１つと重なる固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項３４】
多孔質で通気性の支持構造（１６）、複数のインターコネクタ（３２）及び複数の固体酸化物形燃料電池（２４）を含む固体酸化物形燃料電池構成部品（１２）を製造する方法であって、該固体酸化物形燃料電池（２４）が前記多孔質で通気性の支持構造（１６）の表面（２２）に間隔を空けた関係で配置され、前記固体酸化物形燃料電池（２４）が電気的に直列に配置され、
個々の固体酸化物形燃料電池（２４）が稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）、多孔質で通気性の第一の電極（２６）及び多孔質で通気性の第二の電極（３０）を含み、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材が、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）のうちの対応する１つと接触して配置され、個々の多孔質で通気性の第二の電極（３０）が、前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）のうちの対応する１つと接触して配置され、
個々の前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）が前記多孔質で通気性の支持構造（１６）の前記表面（２２）と面して配置される方法であって、
（ａ）前記多孔質で通気性の支持構造（１６）を形成する工程と、
（ｂ）複数の稠密なインターコネクタ（３２）及び稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層（３４）を、前記多孔質で通気性の支持構造（１６）上に設ける工程と、
（ｃ）複数の多孔質で通気性の第一の電極（２６）を、前記多孔質で通気性の支持構造（１６）上に設ける工程と、
（ｄ）前記少なくとも１つの多孔質で通気性の第一の電極（２６）からの反応物の漏出を減少させるために、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）の前記表面が前記多孔質で通気性の支持構造（１６）の前記表面（２２）に面していることを除き、前記稠密なインターコネクタ（３２）、前記稠密な非多孔質の周辺シール層（３４）及び前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）が、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）のうちの少なくとも１つを囲むように配置されるよう、複数の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）を、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）の上に設ける工程と、
（ｅ）複数の多孔質で通気性の第二の電極（３０）を、前記複数の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）上に設ける工程と、
を含む方法。
【請求項３５】
請求項３４記載の方法であって、前記工程（ｄ）が、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）からの反応物の漏出を減少させるために、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）の前記表面が前記多孔質で通気性の支持構造（１６）の前記表面（２２）に面していることを除き、前記稠密な非多孔質のインターコネクタ（３２）、前記稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層（３４）及び前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）が、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）の全てを囲むよう配置されるように、前記複数の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材を前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）上に設ける工程を含む方法。
【請求項３６】
請求項３４又は請求項３５記載の方法であって、該方法が、その後の工程として、
（ｆ）多孔質で通気性の第二の電極（３０）のうちの少なくとも１つからの反応物の漏出を防止するために、前記の少なくとも１つの多孔質で通気性の第二の電極（３０）の前記表面が前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）から離れていることを除き、前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）及び前記稠密な非多孔質のシール（３８）が、前記多孔質で通気性の第二の電極（３０）のうちの少なくとも１つを囲むよう、稠密な非多孔質のシール（３８）を、前記複数の多孔質で通気性の第二の電極（３０）の周囲に設ける工程を含む方法。
【請求項３７】
請求項３６記載の方法であって、前記工程（ｆ）が、前記多孔質で通気性の第二の電極（３０）からの反応物の漏出を減少させるために、前記多孔質で通気性の第二の電極（３０）の前記表面が前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）から離れていることを除き、前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（２８）及び前記稠密な非多孔質のシール（３８）が全ての前記多孔質で通気性の第二の電極（３０）を囲むように、前記稠密な非多孔質のシール（３８）を前記複数の多孔質で通気性の第二の電極（３０）の周囲に設ける工程を含む方法。
【請求項３８】
固体酸化物形燃料電池構成部品（１１２）であって、多孔質で通気性の支持構造（１１６）、複数のインターコネクタ（１３２）及び複数の固体酸化物形燃料電池（１２４）を含み、該固体酸化物形燃料電池（１２４）が、前記多孔質で通気性の支持構造（１１６）の表面（１２２）上に間隔を空けた関係で配置され、前記固体酸化物形燃料電池（１２４）が電気的に直列に配置され、
個々の固体酸化物形燃料電池（１２４）が稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（１２８）、多孔質で通気性の第一の電極（１２６）及び多孔質で通気性の第二の電極（１３０）を含み、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（１２８）が前記多孔質で通気性の第一の電極（１２６）のうちの対応する１つと接触して配置され、個々の多孔質で通気性の第二の電極（１３０）が前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（１２８）のうちの対応する１つと接触して配置され、個々の多孔質で通気性の第一の電極（１２６）が前記多孔質で通気性の支持構造（１１６）の前記表面（１２２）上に配置される固体酸化物形燃料電池構成部品であって、
前記少なくとも１つの多孔質で通気性の第一の電極（１２６）と前記多孔質で通気性の支持構造（１１６）との間の化学的相互作用を減少するために、多孔質のバリア層（１２３）が、前記多孔質で通気性の第一の電極（２６）のうちの少なくとも１つと、前記多孔質で通気性の支持構造（１１６）の前記表面（１２２）との間に配置されることを特徴とする固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項３９】
請求項３８記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、多孔質で通気性の集電器（１３５）が、前記少なくとも１つの多孔質で通気性の第一の電極（１２６）と前記多孔質のバリア層（１２３）との間に配置される固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項４０】
請求項３９記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記多孔質で通気性の集電器（１３５）が、前記インターコネクタ（１３２）のうちの１つの電子を伝導する層（１３３）と一体である固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項４１】
固体酸化物形燃料電池構成部品（１１２）であって、多孔質で通気性の支持構造（１１６）、複数のインターコネクタ（１３２）及び複数の固体酸化物形燃料電池（１２４）を含み、前記固体酸化物形燃料電池（１２４）が前記多孔質で通気性の支持構造（１１６）の表面（１２２）上に間隔を空けた関係で配置され、前記固体酸化物形燃料電池（１２４）が電気的に直列に配置され、
個々の固体酸化物形燃料電池（１２４）が、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（１２８）、多孔質で通気性の第一の電極（１２６）及び多孔質で通気性の第二の電極（１３０）を含み、前記個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（１２８）が前記多孔質で通気性の第一の電極（１２６）のうちの対応する１つと接触して配置され、前記個々の多孔質で通気性の第二の電極（１３０）が前記稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材（１２８）のうちの対応する１つと接触して配置され、前記個々の多孔質で通気性の第一の電極（１２６）が前記多孔質で通気性の支持構造（１１６）の前記表面（１２２）上に配置される固体酸化物形燃料電池構成部品であって、
多孔質で通気性の集電器（１３５）が、前記多孔質で通気性の第一の電極（１２６）に流れ込む又は流れ出る電流を集めるために、前記多孔質で通気性の第一の電極（１２６）のうちの少なくとも１つと、前記多孔質で通気性の支持構造（１１６）の前記表面（１２２）との間に配置されることを特徴とする固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項４２】
請求項４１記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、前記集電器（１３５）が、前記インターコネクタ（１３２）の電子を伝導する層（１３３）と一体である固体酸化物形燃料電池構成部品。
【請求項４３】
請求項４２記載の固体酸化物形燃料電池構成部品であって、多孔質のバリア層（１２３）が、前記少なくとも１つの多孔質で通気性の第一の電極（１２６）と前記多孔質で通気性の支持構造（１１６）との間の化学的相互作用を減少させるために、前記少なくとも１つの多孔質で通気性の第一の電極（１２６）と、前記多孔質で通気性の集電器（１３５）との間に配置される固体酸化物形燃料電池構成部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池構成部品に関し、特に平板型固体酸化物形燃料電池構成部品に関する。
【０００２】
１つの既知の平板型固体酸化物形燃料電池スタックが、ヨーロッパ特許出願第ＥＰ０６６８６２２Ａ１号及び第ＥＰ０６７３０７４Ａ１号に記述されている。これらは、複数の固体酸化物電解質部材を含み、個々の固体酸化物電解質部材が燃料電池を形成するよう、一方の表面にアノード電極、他方の反対の表面にカソード電極を有する、平板型固体酸化物形燃料電池スタックを記述する。固体酸化物形燃料電池が電気的に直列接続されるよう、１つの燃料電池のアノード電極とそれに隣接する燃料電池のカソード電極とを接続する少なくとも１つのインターコネクタが提供される。燃料電池は中空の多孔質で通気性の支持／配送部材の１つ又は両方の面上の平面に配置され、該部材は、アノード電極に燃料を供給し、又はカソード電極に酸化体を供給する。これらの固体酸化物形燃料電池の電解質は、ほぼ１μｍから５０μｍ程度であり、例えば１０μｍである。
【０００３】
全ての固体酸化物形燃料電池の主要な問題点は、製造コストが高く、熱膨張耐性が乏しく、運転温度の範囲が限られていることである。固体酸化物形燃料電池は、熱膨張耐性が乏しいために、温度差及び熱による衝撃に耐えられない。
【０００４】
全ての固体酸化物形燃料電池の更なる問題点は、燃料電池内の電気化学的損失及び電気的損失のために、電圧がネルンスト値より低いことである。これらの損失は、電流密度に依存する。損失は、電極における活性化、電極及び多孔質で通気性の支持部材における拡散、電解質／電極の界面抵抗、電極における電流回収及び電解質におけるイオン抵抗に帰因する。活性化損失は低電流において顕著となり、拡散損失は高電流において顕著となり、抵抗損失は中程度又は大きい電流において顕著となる。損失はまた、インターコネクタを通る電流によっても発生する。
【０００５】
また、電解質、インターコネクタ及び燃料電池周辺を介した漏出損失も、更なる損失を生じさせる。構成部品の隙間や微細なひび割れ又は構成部品周辺の漏出は、以下の点で燃料電池の電気化学的性能を損なう。第一に、燃料又は酸素の拡散又は漏出による電流の損失がある。第二に、燃料電池の電解質膜を渡る減少した酸素による部分的な圧力差によって、電圧の損失がある。第三に、ニッケル電極がニッケル酸化物へと酸化されることによる、アノード電極における抵抗の増加がある。
【０００６】
インターコネクタ及び支持部材がイオン導電性を有する場合、インターコネクタ及び支持部材における酸素イオン漏出流のために、他の損失が生じ得る。１つの燃料電池のカソード電極がその隣りの燃料電池の電解質に接触している場合、１つの燃料電池のアノード電極とその隣りの燃料電池のカソード電極との間に形成される疑似燃料電池のために、更なる損失が生じ得る。インターコネクタが疑似燃料電池を短絡させる。
【０００７】
固体酸化物形燃料電池の他の問題点は、基板とアノード電極との間の化学的相互作用である。
【０００８】
従って、本発明は、燃料電池を通した、又は燃料電池の周辺での漏出の問題を克服し又は少なくとも減少する、固体酸化物形燃料電池構成部品を提供することを目的とする。
【０００９】
従って、本発明は、
多孔質で通気性の支持構造、複数の稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層、及び複数の固体酸化物形燃料電池を含む固体酸化物形燃料電池構成部品であって、該固体酸化物形燃料電池が、多孔質で通気性の支持構造の表面上に間隔を空けた関係で配置され、それら固体酸化物形燃料電池が電気的に直列に配置され、
個々の固体酸化物形燃料電池が、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材、多孔質で通気性の第一の電極、及び多孔質で通気性の第二の電極を含み、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質が、多孔質で通気性の第一の電極のうちの対応する１つに接触して配置され、個々の多孔質で通気性の第二の電極が、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材のうちの対応する１つに接触して配置され、
少なくとも１つ以上の多孔質で通気性の第一の電極からの反応物の漏出を減らすために、多孔質で通気性の第一の電極の表面が多孔質で通気性の支持構造の表面に面していることを除き、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層、及び稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材が、多孔質で通気性の第一の電極のうちの少なくとも１つを包むように配置される、
固体酸化物形燃料電池構成部品
を提供する。
【００１０】
多孔質で通気性の第一の電極からの反応物の漏出を減らすために、多孔質で通気性の第一の電極の表面が多孔質で通気性の支持構造の表面に面していることを除き、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層、及び稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材は、多孔質で通気性の第一の電極の全てを包むように配置されることが望ましい。
【００１１】
固体酸化物形燃料電池スタックは、稠密な非多孔質の非通気性のシールを含むことが望ましい。また、少なくとも１つの多孔質で通気性の第二の電極からの反応物の漏出を減らすために、少なくとも１つの多孔質で通気性の第二の電極の表面が稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材から離れていることを除き、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材及び稠密な非多孔質の非通気性のシールが、多孔質で通気性の第二の電極のうちの少なくとも１つを包むように配置されることが望ましい。
【００１２】
多孔質で通気性の第二の電極からの反応物の漏出を減らすために、多孔質で通気性の第二の電極の表面が稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材から離れていることを除き、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材及び稠密な非多孔質のシールが、多孔質で通気性の第二の電極の全てを包むように配置されることが望ましい。
【００１３】
個々の多孔質で通気性の第一の電極は、多孔質で通気性の支持構造の表面に接触して配置される。
【００１４】
個々の多孔質で通気性の第一の電極は、集電器の表面と接触して配置され、個々の集電器が多孔質のバリア層と接触して配置され、多孔質のバリア層が多孔質で通気性の支持構造の表面と接触して配置されることが望ましい。
【００１５】
少なくとも１つ以上であるインターコネクタが、多孔質で通気性の支持構造上の第一の層と、第一の層上の第二の層と、第二の層上の第三の層とを含み、第一の層は稠密な非多孔質で電子もイオンも伝導せず、第二の層は第三の層を第一の層に結合し、第三の層は電子伝導することが望ましい。第一の層はセラミックを含み、第二の層はランタンクロマイトを含み、第三の層は金属を含むことが望ましい。第三の層はニッケル、プラチナ、パラジウム、ルテニウム、銀、又は例えばパラジウムとニッケル又は他の酸化耐性のある金属との合金のような、２つ又はそれ以上の構成要素の合金を含むことが望ましい。第一の層は珪酸ガラスを添加されたイットリア安定化ジルコニア、又はクロム酸カルシウムを添加されたイットリア安定化ジルコニアを含み、それによりバリア層がイオンを伝導しないことが望ましい。
【００１６】
代わりに、少なくとも１つ以上であるインターコネクタが、多孔質で通気性の支持構造上の第一の層、及び第一の層上の第二の層を含み、第一の層は稠密な非多孔質で電子もイオンも伝導せず、第二の層は電子伝導する。第一の層はセラミックを含み、第二の層は金属を含むことが望ましい。第二の層はニッケル、プラチナ、パラジウム、ルテニウム、銀、又は例えばパラジウムとニッケルの合金のような、２つ又はそれ以上の構成要素の合金を含むことが望ましい。第一の層は、イットリア安定化ジルコニアを含むことが望ましい。第一の層は、珪酸ガラスを添加されたイットリア安定化ジルコニア、又はクロム酸カルシウムを添加されたイットリア安定化ジルコニアを含み、それにより第一の層がイオンを伝導しないことが望ましい。
【００１７】
稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールが、多孔質で通気性の第一の電極及び稠密な非多孔質のインターコネクタにより画定された領域の周囲に広がることが望ましい。
【００１８】
稠密な非多孔質のインターコネクタの端が、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールと重なることが望ましい。稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の端が、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールと重なることが望ましい。
【００１９】
稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールは、第一の層及び第二の層を含むことが望ましい。稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールは、セラミックを含むことが望ましい。稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールは、イットリア安定化ジルコニアを含むことが望ましい。稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールは、珪酸ガラスを添加されたイットリア安定化ジルコニア、又はクロム酸カルシウムを添加されたイットリア安定化ジルコニアを含み、それにより稠密な非多孔質の非通気性のシールがイオンを伝導しないことが望ましい。
【００２０】
稠密な非多孔質のシールは、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールと重なることが望ましい。稠密な非多孔質のシールは、稠密な非多孔質の非通気性の電解質の端と重なることが望ましい。稠密な非多孔質シールは、稠密な非多孔質のインターコネクタと重なることが望ましい。稠密な非多孔質のシールは、ガラスセラミック素材を含むことが望ましい。
【００２１】
多孔質で通気性の基板は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の熱膨張率と合わせられた熱膨張率を有するセラミックを含むことが望ましい。該セラミックは、アルミン酸マグネシウムとマグネシアの混合物を含むことが望ましい。代わりに、該セラミックはカルシア安定化ジルコニアを含む。
【００２２】
個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の一端は、インターコネクタのうちの１つと重なり、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の第二の端は、多孔質で通気性の支持構造と密閉接触され得る。
【００２３】
個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の一端は、インターコネクタのうちの１つと重なり、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の第二の端は、インターコネクタのうちの１つと重なることが望ましい。
【００２４】
個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の端は、インターコネクタのうちの１つと重なり、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の第二の端はインターコネクタのうちの１つと接することが望ましい。
【００２５】
個々の多孔質で通気性の第一の電極の一端は、インターコネクタのうちの１つと重なることが望ましい。
【００２６】
代わりに、個々の多孔質で通気性の第一の電極の全体が、インターコネクタのうちの一つと重なる。
【００２７】
また、本発明は、
多孔質で通気性の支持構造、複数の稠密なインターコネクタ、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層及び複数の固体酸化物形燃料電池を含む固体酸化物形燃料電池構成部品の製造方法であって、該固体酸化物形燃料電池が多孔質で通気性の支持構造の表面に間隔を空けた関係で配置され、該固体酸化物形燃料電池が電気的に直列に配置され、
個々の固体酸化物形燃料電池が稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材、多孔質で通気性の第一の電極、及び多孔質で通気性の第二の電極を含み、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質が多孔質で通気性の第一の電極のうちの対応する１つに接触して配置され、個々の多孔質で通気性の第二の電極が稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材のうちの対応する１つに接触して配置され、
個々の多孔質で通気性の第一の電極は、多孔質で通気性の支持構造の表面に面して配置される固体酸化物形燃料電池構成部品製造方法であって、
（ａ）多孔質で通気性の支持構造を形成する工程と、
（ｂ）複数の稠密なインターコネクタ及び稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層を、多孔質で通気性の支持構造の上に設ける工程と、
（ｃ）複数の多孔質で通気性の第一の電極を、多孔質で通気性の支持構造の上に設ける工程と、
（ｄ）少なくとも１つの多孔質で通気性の第一の電極からの反応物の漏出を減らすために、多孔質で通気性の第一の電極の表面が多孔質で通気性の支持構造の表面に面していることを除いて、稠密なインターコネクタ、稠密な非多孔質の周辺シール層及び稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材が多孔質で通気性の第一の電極のうちの少なくとも１つを包むように、複数の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材を、多孔質で通気性の第一の電極の上に設ける工程と、
（ｅ）複数の多孔質で通気性の第二の電極を、複数の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の上に設ける工程と、
を含む固体酸化物形燃料電池構成部品製造方法
を提供する。
【００２８】
工程（ｄ）は、多孔質で通気性の第一の電極からの反応物の漏出を減らすために、多孔質で通気性の第一の電極の表面が多孔質で通気性の支持構造の表面に接していることを除いて、稠密な非多孔質のインターコネクタ、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層、及び稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材が、多孔質で通気性の第一の電極の全てを包むように、複数の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材を、多孔質で通気性の第一の電極の上に設ける工程を含むことが望ましい。
【００２９】
該方法は、それに続いて起こる工程であって、
（ｆ）少なくとも１つの多孔質で通気性の第二の電極からの反応物の漏出を減らすために、少なくとも１つの多孔質で通気性の第二の電極の表面が、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材から離れていることを除いて、稠密な非多孔質の非通気性の電解質及び稠密な非多孔質のシールが、少なくとも１つの多孔質で通気性の第二の電極を包むように、稠密な非多孔質のシールを、複数の多孔質で通気性の第二の電極の周囲に設ける工程、
を含むことが望ましい。
【００３０】
工程（ｆ）は、多孔質で通気性の第二の電極からの反応物の漏出を減らすために、多孔質で通気性の第二の電極の表面が、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材から離れていることを除いて、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材及び稠密な非多孔質のシールが、多孔質で通気性の第二の電極の全てを包むように、稠密な非多孔質のシールを複数の多孔質で通気性の第二の電極の周囲に設ける工程を含むことが望ましい。
【００３１】
工程（ａ）は、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールを、多孔質で通気性の第一の電極及び稠密な非多孔質のインターコネクタにより画定された領域の周囲に広がるように設ける工程を含むことが望ましい。
【００３２】
工程（ａ）は、稠密な非多孔質のインターコネクタを、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールに重なるように設ける工程を含むことが望ましい。
【００３３】
工程（ｄ）は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材を、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールに重なるように設ける工程を含むことが望ましい。
【００３４】
工程（ａ）は、第一の層及び第二の層を、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールを形成するように設ける工程を含むことが望ましい。稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールはセラミックを含むことが望ましい。稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールは、イットリア安定化ジルコニアを含むことが望ましい。
【００３５】
工程（ｆ）は、稠密な非多孔質のシールを、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールに重なるように設ける工程を含むことが望ましい。工程（ｆ）は、稠密な非多孔質のシールを、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の端に重なるように設ける工程を含むことが望ましい。工程（ｆ）は、稠密な非多孔質のシールを、稠密な非多孔質のインターコネクタの端に重なるように設ける工程を含むことが望ましい。
【００３６】
工程（ｄ）は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材を、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の一端がインターコネクタのうちの１つと重なり、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の第二の端が、多孔質で通気性の支持構造の表面と密閉接触されるように設ける工程を含むことが望ましい。
【００３７】
工程（ｄ）は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材を、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の一端がインターコネクタのうちの１つと重なり、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の第二の端が、インターコネクタのうちの１つと接するように設ける工程を含み得る。
【００３８】
代わりに、工程（ｄ）は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材を、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の一端がインターコネクタのうちの１つと重なり、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材の第二の端がインターコネクタのうちの１つと重なるように設ける工程を含み得る。
【００３９】
工程（ｃ）は、多孔質で通気性の第一の電極を、個々の多孔質で通気性の第一の電極の端がインターコネクタのうちの１つと重なるように設ける工程を含むことが望ましい。
【００４０】
代わりに、工程（ｃ）は、多孔質で通気性の第一の電極を、個々の多孔質で通気性の第一の電極の全体がインターコネクタのうちの１つと重なるように設ける工程を含む。
【００４１】
該方法は、追加の工程であって、
（ｇ）工程（ｄ）の後であって工程（ｅ）の前に焼結する工程と、
（ｈ）工程（ｆ）の後に焼結する工程と、
を含むことが望ましい。
【００４２】
代わりに、該方法は、追加の工程であって、
（ｇ）工程（ｂ）の後であって工程（ｃ）の前に焼結する工程と、
（ｈ）工程（ｄ）の後であって工程（ｅ）の前に焼結する工程と、
（ｉ）工程（ｆ）の後に焼結する工程と、
を含む。
【００４３】
代わりに、該方法は、追加の工程であって、
（ｇ）工程（ａ）の後であって工程（ｂ）の前に焼結する工程と、
（ｈ）工程（ｂ）の後であって工程（ｃ）の前に焼結する工程と、
（ｉ）工程（ｃ）の後であって工程（ｄ）の前に焼結する工程と、
（ｊ）工程（ｄ）の後であって工程（ｅ）の前に焼結する工程と、
（ｋ）工程（ｅ）の後であって工程（ｆ）の前に焼結する工程と、
（ｌ）工程（ｆ）の後に焼結する工程と、
を含む。
【００４４】
本発明は、添付の図面に関連し、例として、より十分に説明される。
【００４５】
本発明に従う固体酸化物形燃料電池スタック１０が、図１〜図５及び図７に示される。固体酸化物形燃料電池スタック１０は、包装材１４内に配置された少なくとも１つ、望ましくは複数の構成部品１２を含む。個々の構成部品１２は、図２〜図５においてより明瞭に示されるように、内側表面１８と外側表面２２とを有する中空の多孔質で通気性の支持構造１６を含む。中空の多孔質で通気性の支持構造１６の内側表面１８は、多孔質で通気性の支持構造１６の内側表面１８に第一の反応物を供給するため、少なくとも部分的に１つ又はそれ以上の室２０を画定する。中空の多孔質で通気性の支持構造１６の外側表面２２は、中空の多孔質で通気性の支持構造１６の外側表面２２上に間隔を空けた関係で配置された複数の固体酸化物形燃料電池２４を支持する。別の反応物が中空の多孔質で通気性の支持構造１６の外側表面２２に供給される。固体酸化物形燃料電池２４は、電気的に直列に相互接続される。
【００４６】
個々の固体酸化物形燃料電池２４は、図３、図４、図５及び図７においてより明瞭に示されるように、多孔質で通気性の第一の電極２６、稠密で非多孔質の非通気性の電解質部材２８及び多孔質で通気性の第二の電極３０を含む。複数の稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２が供給される。２つ以外の全てのうちの少なくとも１つの稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２が、１つの固体酸化物形燃料電池２４の第一の電極２６と、隣接する固体酸化物形燃料電池２４の第二の電極とを相互接続するように配置される。個々の稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２は、多孔質で通気性の支持構造１６の外側表面２２上に配置され、たいていの稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２は、２つの隣接する固体酸化物形燃料電池２４の間の空間に置かれる。
【００４７】
図２及び図３に関連して、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２Ａは、１つの固体酸化物形燃料電池２４の多孔質で通気性の第一の電極２６を第一の端子３６に相互接続するために、固体酸化物形燃料電池スタックの一方の端に配置される。稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２Ｂは、１つの固体酸化物形燃料電池２４の多孔質で通気性の第二の電極３０を第二の端子３７に相互接続するために、固体酸化物形燃料電池スタックの別の端に配置される。
【００４８】
図３、図４、図５及び図７に示されるように、個々の固体酸化物形燃料電池２４の多孔質で通気性の第一の電極２６は、多孔質で通気性の支持構造１６の外側表面２２上に配置される。
【００４９】
稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４は、多孔質で通気性の第一の電極２６及び稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２、３２Ａ及び３２Ｂにより画定される領域の周辺で、多孔質で通気性の支持構造１６の外側表面２２上に配置される。
【００５０】
個々の多孔質で通気性の第一の電極２６の第一の端２６Ａは、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２のうちの１つと接触するように配置される。個々の多孔質で通気性の第一の電極２６の第二の端２６Ｂは、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２のうちの隣接する１つと間隔を空けた関係で配置される。
【００５１】
個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８は、多孔質で通気性の第一の電極２６のうちの対応する１つと接触して配置される。稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８の第一の端２８Ａは、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２のうちの１つと密閉接触して配置される。個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８の第二の端２８Ｂは、多孔質で通気性の第一の電極２６の第二の端２６Ｂと、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２のうちの隣接する１つとの間に配置される。稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材２８の第二の端２８Ｂは、多孔質で通気性の支持構造１６の外側表面２２と密閉接触される。個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８の第二の端２８Ｂはまた、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２のうちの隣接する１つと密閉接触される。多孔質で通気性の第一の電極２６からの気体の漏出を防ぐため、多孔質で通気性の第一の電極２６を包むよう、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８の端２８Ｃ及び２８Ｄは、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４と密閉接触する。
【００５２】
個々の多孔質で通気性の第二の電極３０は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８のうちの対応する１つと接触して配置される。個々の多孔質で通気性の第二の電極３０の第一の端３０Ａは、隣接する多孔質で通気性の第二の電極３０の第二の端３０Ｂから離される。個々の多孔質で通気性の第二の電極３０の第二の端３０Ｂは、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２のうちの隣接する１つと接触して配置される。
【００５３】
疑似固体酸化物形燃料電池の形成を避けるため、個々の固体酸化物形燃料電池２４の多孔質で通気性の第二の電極３０の第二の端３０Ｂが、隣接する固体酸化物形燃料電池２４の稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８から離されることに注意すべきである。
【００５４】
稠密な非多孔質の非通気性のシール３８は、多孔質で通気性の第二の電極３０の間に配置され、稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８の部分及び稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２と密閉接触している。稠密な非多孔質の非通気性のシール３８はまた、多孔質で通気性の第二の電極３０により画定された領域の周囲に配置され、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４と密閉接触している。従って、多孔質で通気性の第二の電極３０は、多孔質で通気性の第二の電極３０からの気体の漏出を防ぐように包まれる。
【００５５】
稠密な非多孔質の非通気性のシール３８は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８の端、及び稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２の表面の端と接触する多孔質で通気性の第二の電極３０の端を貫通する。稠密な非多孔質の非通気性のシール３８の多孔質で通気性の第二の電極３０の端への侵入により、多孔質で通気性の第一の電極２６から稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２を通って気体が漏出した場合の更なるシールが形成される。
【００５６】
多孔質で通気性の支持構造１６は、マグネシアを添加されたアルミン酸マグネシウムを含むことが望ましいが、カルシア安定化ジルコニア又は他の適切なセラミックスが用いられ得る。アルミン酸マグネシウムはカルシア安定化イットリアより安価であり、稠密度が低く、加えて、無視できる程度のイオン伝導性を有するため、アルミン酸マグネシウムが望ましい。アルミン酸マグネシウムは、イットリア安定化ジルコニア電解質の熱膨張率と合わせるため、マグネシアを添加される。従って、６０〜７０重量％のマグネシア及び釣り合う量のアルミニウムを混合することにより、マグネシアを添加されたアルミン酸マグネシウムが生産される。ジルコニアが十分に安定化されることを保証するため、カルシア安定化ジルコニアは、添加率１６モル％以上のカルシア、例えば７重量％のカルシアを有しなければならない。カルシア安定化ジルコニアの１つの利点は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質と合った熱膨張率を有することである。カルシア安定化ジルコニアは、焼結する間、燃料電池の他の構成要素には反応せず、また、カルシア安定化ジルコニアはイットリア安定化ジルコニアより低い酸素イオン伝導性を有する。
【００５７】
個々の稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２、３２Ａ及び３２Ｂは、３つの層を含む。多孔質で通気性の支持構造上の第一の層４０は、稠密な非多孔質の非通気性のバリア層であって、イオン伝導も電子伝導もせず、例えば、化学的不純物、例えば１〜２重量％の珪酸ガラス素材又は０．０２〜４重量％のクロム酸カルシウムを含むイットリア安定化ジルコニアを含む。化学的不純物は、酸素イオン伝導性を低下させ、焼結の補助剤として振る舞う。第二の層４２は、第三の層の結合塗装であり、例えばランタンクロマイトを含む。第二の層は、第一の層の密度を改善し、第一の層のイオン伝導性を低下させる。第二の層は、焼結後は約１０μｍの厚さである。第三の層４４は電子を伝導し、酸化耐性があり、ニッケル、プラチナ、パラジウム、ルテニウム、銀、又は任意の２つ以上のニッケル、プラチナ、パラジウム、ルテニウム及び銀の合金、例えばパラジウムとニッケル又は他の適切な金属の合金を含む。インターコネクタの表面の約５０％がプラチナになり、約５０％がランタンクロマイトになるよう、プラチナがランタンクロマイトに焼結される。
【００５８】
代わりに、個々のインターコネクタ３２、３２Ａ及び３２Ｂは、多孔質で通気性の支持構造上の第一の層、及び第一の層上の第二の層を含む。第一の層は、稠密な非多孔質で気体を透過せず、電子もイオンも伝導せず、第二の層は、電子を伝導する。第一の層はセラミックを含み、第二の層は金属を含むことが望ましい。金属はニッケル、プラチナ、パラジウム、ルテニウム、銀又は任意の２つ又はそれ以上のニッケル、プラチナ、パラジウム、ルテニウム及び銀の合金、例えば８０重量％のパラジウムと２０重量％のニッケル又は他の酸化耐性のある金属の合金を含むことが望ましい。
【００５９】
インターコネクタ３２、３２Ａ及び３２Ｂの第一の層４０は、イットリア安定化ジルコニア及び化学的不純物がまず中空の多孔質で通気性の支持構造１６の孔を満たし、次に平滑で孔のない表面を生成するよう、二層に配置され得る。
【００６０】
稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４は、稠密な非多孔質の非通気性のバリア層であり、イオンも電子も伝導せず、例えば、化学的不純物、例えば１〜２重量％の珪酸ガラス素材又は０．０２〜４重量％のクロム酸カルシウムを含む、イットリア安定化ジルコニアを含む。化学的不純物は酸素イオン伝導性を低下させ、焼結の補助剤として振る舞う。稠密な非多孔質の非通気性のバリア周辺シール３４は、イットリア安定化ジルコニアがまず中空の多孔質で通気性の支持構造１６の孔を満たし、次に平滑で孔のない表面を生成するよう、二層に配置され得る。
【００６１】
アノード電極である第一の電極２６は、６０重量％のニッケル酸化物と、４０重量％のイットリア安定化ジルコニアを含む。イットリア安定化ジルコニアは８重量％のイットリアを含む。焼結されたアノード電極の厚さは約３０μｍである。中空の多孔質で通気性の支持構造１６がマグネシアを添加されたアルミン酸マグネシウムを含む場合、バリア層は第一の電極２６の前に中空の多孔質で通気性の支持構造１６上に配置される。ニッケル酸化物がアルミン酸マグネシウム中のアルミナに反応するためである。バリア層はこの反応が起こることを避ける層でなければならず、また、反応物がアノード電極２６へ、及びアノード電極２６から流れることを可能にするよう、多孔質でなければならない。バリア層は８重量％のイットリア安定化ジルコニアを含むことが望ましい。
【００６２】
代わりに、アノード電極である多孔質で通気性の第一の電極２６は、ニッケル、パラジウム及びセリアを含む。多孔質で通気性の第一の電極２６は、セリア、セリア／ニッケル又はパラジウムのサーメット、又は、ニッケル又はパラジウム又はニッケル／パラジウム合金の電子伝導性の電流分配網を有するセリアを含み得る。
【００６３】
稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８は、８重量％のイットリア安定化ジルコニア、及び焼結を促進する酸化物を含む。酸化物は、１重量％のアルミナ、１モル％のアルミナと１モル％のチタニア、５モル％のチタニア、１重量％のニッケル酸化物又は０．２５重量％のホウ素酸化物でもよい。稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８は、９８％以上の密度を有する。電解質２８は、電解質２８の収縮及び剥離なく最大の密度を得る良好な焼結を可能にするため、例えば、０．７マイクロメートルの平均粒子サイズ及び０．１マイクロメートルの平均粒子サイズといった２つの異なる粒子サイズのイットリア安定化ジルコニアを含んでもよい。稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８の厚さは、約１０μｍである。
【００６４】
カソード電極である多孔質で通気性の第二の電極３０は、第一の層及び第二の層を含む。第一の層は５０重量％の８重量％イットリア安定化ジルコニア及び５０重量％のランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＡ０．８Ｓｒ０．１５ＭｎＯ３）を含む。イットリア安定化ジルコニアとランタンストロンチウムマンガナイトとの混合は、多孔質で通気性の第二の電極３０と稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８との界面の有効領域を増加させ、第一の層に強化された酸素イオン伝導性を提供する。これは、カソード分極損失を減少させ、酸素還元速度を改良する。第一の層は５〜１５μｍの厚さである。第二の層は、第一の層より大きな粒子サイズを有する１００重量％のランタンストロンチウムマンガナイトを含む。第二の層は第二の電極３０の電子伝導性を向上させる。より大きな粒子サイズは、横方向の伝導性及び焼結特性を向上させ、多孔質のひび割れの無い第二の電極３０を生成する。第二の層は５０〜１５０μｍの厚さである。カソード電極である多孔質で通気性の第二の電極３０は、ランタンストロンチウムマンガナイト／セリア合成物を含み得る。
【００６５】
稠密な非多孔質の非通気性のシール３８は、ガラスセラミック薄膜を形成する、例えばジルコンを含むガラス素材に基づく酸化バリウム・シリカアルミナようなガラスセラミックを含む。他の適切なガラスセラミックが利用され得る。
【００６６】
端子３６及び３７は、ニッケルアルミニド（ｎｉｃｋｅｌ　ａｌｕｍｉｎｉｄｅ）を含み、アルミニウム層を基板１６上に置き、ニッケル突出部をアルミニウム層に接触して置くことにより形成される。アルミニウム及びニッケルは焼結温度で反応し、端子３６、３７を突出部及びインターコネクタ３２Ａ、３２Ｂに結合するニッケルアルミニドを形成する。代わりに、端子３６及び３７は８０重量％のパラジウムと２０重量％のニッケルを含む。
【００６７】
固体酸化物形燃料電池構成部品は、粉状にしたセラミックを液状有機マトリックスと混合して、カルシア安定化ジルコニア又はマグネシアを添加したアルミン酸マグネシウムのセラミック練土を作ることにより、多孔質で通気性の支持構造１６を形成することによって製造される。
【００６８】
セラミック練土は、その後、金型を使って図３、図４及び図５に示された多孔質で通気性の支持構造を製造するラム押し出し成形機に通されるが、該成形機は他の形も製造し得る。押し出し成形後、多孔質で通気性の支持構造１６は、適切な期間、乾燥させられる。乾燥工程を速めるため、マイクロ波又は他の適切な乾燥が利用され得る。
【００６９】
乾燥した多孔質で通気性の支持構造１６は、従来の工作機械を用いて、切断、研磨、フライス削り、ベルト研削、及び穴開けにより機械加工される。機械加工は、多孔質で通気性の支持構造１６の端に、マニホールド又はインターコネクションを形成するために利用される。多孔質で通気性の支持構造１６の端は、乾燥した押し出し成形されたセラミック練土のキャップ、及び、又は、セラミック練土のペーストによりシールされ、乾燥される。
【００７０】
多孔質で通気性の支持構造１６は、その後、多孔質で通気性の支持構造１６の運動を可能にするジルコニア・ボール上で炉において焼結される。多孔質で通気性の支持構造は、摂氏１４００度で、多孔質で通気性の支持構造１６の温度がどの点においても等しくなることを可能にする適切な時間、例えば２時間、焼結される。これにより、多孔質で通気性の支持構造１６の均一な焼結が可能になる。
【００７１】
稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２の稠密な非多孔質のバリア層の複数の第一の層４０、及び、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４は、図６Ａに示されるように、多孔質で通気性の支持構造１６上に置かれる。初めに、カルシア安定化ジルコニア又は他の適切なセラミックの下塗りが、ディップ・コーティングにより多孔質で通気性の支持構造１６の孔を満たすように塗布される。カルシア安定化ジルコニアは２μｍ以下の粒子サイズを持ち、水をベースとしたスラリーとして塗布される。下塗りは、その後、摂氏１４００度で１時間、焼成される。その後、通常のスクリーンを用いたスクリーン・プリンティング法により上塗りが塗布される。上塗りは、先に論じられたような化学的不純物を含むイットリア安定化ジルコニアである。
【００７２】
図６Ｂに示されるように、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２の複数の第二の層４２及び第三の層４４は、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２の第一の層４０上に置かれる。第二の層４２及び第三の層４４は、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４に重なる。稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２の第二の層４２及び第三の層４４は、スクリーン・プリンティング法により配置される。
【００７３】
複数の多孔質で通気性の第一の電極２６は、多孔質で通気性の支持構造１６の上に置かれる。図６Ｃに示されるように、多孔質で通気性の第一の電極２６は、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２のうちの隣接する１つに重なるが、その他の隣接する非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２からは離される。多孔質で通気性の第一の電極２６は、スクリーン・プリンティング法により配置される。
【００７４】
図６Ｄに示されるように、多孔質で通気性の第一の電極２６からの反応物の漏出を減少し、望ましくは防止するため、多孔質で通気性の第一の電極２６の表面が多孔質で通気性の支持構造１６の表面に接していることを除き、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４及び稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８が、多孔質で通気性の第一の電極２６の全てを囲むように配置されるよう、複数の稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８は、多孔質で通気性の第一の電極２６の上に置かれる。稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８は、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４に重なる。個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８は、１つの稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２に重なり、他の稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２に隣接する。稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８は、スクリーン・プリンティング法により配置される。電解質２８は、９８％濃度を作る平均粒子サイズが約０．７マイクロメートルであるイットリア安定化ジルコニア粒子を含む層を付着させることにより、配置され得る。第二の層は、平均粒子サイズ０．７マイクロメートルのイットリア安定化ジルコニア粒子と、平均粒子サイズ０．１マイクロメートルのイットリア安定化ジルコニア粒子との混合物を付着させることにより、配置され得る。
【００７５】
図６Ｅに示されるように、複数の多孔質で通気性の第二の電極３０は、複数の稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８上に配置される。多孔質で通気性の第二の電極３０は、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２に重なる。個々の固体酸化物形燃料電池の多孔質で通気性の第二の電極３０は、疑似固体酸化物形燃料電池の形成を避けるため、隣接する固体酸化物形燃料電池の稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８から離される。多孔質で通気性の第二の電極３０は、下にある稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８への損害を最小化するため、ステンシル・プリンティング法又はスラリー・スプレー法により配置される。
【００７６】
多孔質で通気性の第二の電極３０の表面が、稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８から離れていることを除き、稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８及び稠密な非多孔質の非通気性のシール層３８が多孔質で通気性の第二の電極３０の全てを囲むよう、稠密な非多孔質の非通気性のシール３８が、複数の多孔質で通気性の第二の電極３０の周囲に置かれる。これにより、多孔質で通気性の第二の電極３０から多孔質で通気性の第一の電極２６への第二の反応物の漏出が減少され、又は、望ましくは防止される。また、多孔質で通気性の第一の電極２６から多孔質で通気性の第二の電極３０への第一の反応物の漏出が減少され、又は、望ましくは防止される。稠密な非多孔質の非通気性のシール３８は、スクリーン・プリンティング法により配置される。
【００７７】
稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２、多孔質で通気性の第一の電極２６及び稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８が配置された後に、焼成工程があってもよい。多孔質で通気性の第二の電極３０及び稠密な非多孔質のシール３８が配置された後に、更なる焼成工程があってもよい。
【００７８】
代わりに、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４及び稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２が配置された後に、焼成工程があってもよい。多孔質で通気性の第一の電極２６及び稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８が配置された後に、更なる焼成工程があってもよく、また、多孔質で通気性の第二の電極３０及び稠密な非多孔質の非通気性のシール３８が配置された後に、更なる焼成工程があってもよい。
【００７９】
代わりに、個々の稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２、多孔質で通気性の第一の電極２６、稠密な非多孔質の非通気性の電解質２８、多孔質で通気性の第二の電極３０及び稠密な非多孔質の非通気性のシール３８が配置された後に、焼成工程があってもよい。
【００８０】
焼成工程は、摂氏１０００度と摂氏１５００度の間の温度への加熱を含む。インターコネクタ３２は摂氏１３００度から摂氏１５００度の範囲の温度で焼成され、アノード電極２６及び電解質２８は摂氏１４００度から１４５０度の範囲の温度で焼成され、カソード電極３０は摂氏１０００度から１４００度の範囲の温度で焼成される。
【００８１】
配置は、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２及び稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層３４が、稠密で非多孔質で気体を透過しないようにするため、他の層との不要な化学反応なしに高温で焼成されることを可能にする。従って、焼成温度は個々の層が配置されるに従って、下げられる。
【００８２】
多孔質で通気性の支持構造１６が２つの平行する平面を有し、その平面のうちの１つ又は両方に、固体酸化物形燃料電池が設けられ得ることに注意すべきである。
【００８３】
代わりの固体酸化物形燃料電池構成部品１１２の断面図が、図８及び９において、より明瞭に示される。構成部品１１２は、内側表面１１８及び外側表面１２２を有する中空の多孔質で通気性の支持構造１１６を含む。中空の多孔質で通気性の支持構造１１６の内側表面１１８は、多孔質で通気性の支持構造１１６の内側表面１１８に第一の反応物を供給するため、少なくとも部分的に、１つ又はそれ以上の室１２０を画定する。中空の多孔質で通気性の支持構造１１６の外側表面１２２は、中空の多孔質で通気性の支持構造１１６の外側表面１２２上に間隔を空けた関係で配置された複数の固体酸化物形燃料電池１２４を支持する。第二の反応物は、中空の多孔質で通気性の支持構造１６の外側表面１２２に供給される。固体酸化物形燃料電池１２４は電気的に直列に相互接続される。
【００８４】
個々の固体酸化物形燃料電池１２４は、多孔質で通気性の第一の電極１２６、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材１２８及び多孔質で通気性の第二の電極１３０を含む。複数の稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ１３２が提供される。２つを除いて全てのうちの少なくとも１つの稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ１３２が、１つの固体酸化物形燃料電池１２４の多孔質で通気性の第一の電極１２６と、隣接する固体酸化物形燃料電池１２４の多孔質で通気性の第二の電極１３０とを相互接続するよう配置される。
【００８５】
個々の固体酸化物形燃料電池１２４の多孔質で通気性の第一の電極１２６は、複数の多孔質で通気性の集電器１３５のそれぞれの上に配置される。個々の多孔質で通気性の集電器１３５は、複数の多孔質で通気性のバリア層１２３のそれぞれの上に配置される。個々の稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ１３２は、多孔質で通気性の支持構造１１６の表面１２２上の稠密な非多孔質の非通気性のバリア層１３４、及び、稠密な非多孔質の非通気性のバリア層１３４上の、電子を伝導し酸化耐性のある層１３３を含む。稠密な非多孔質の非通気性のバリア層１３４及び多孔質で通気性のバリア層１２３は、多孔質で通気性の第一の電極１２６と多孔質で通気性の支持構造１１６との間の化学的相互作用を防止する。たいていの稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ１３２は、２つの隣接する固体酸化物形燃料電池１２４の間の空間に置かれる。稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ１３２Ａは、１つの固体酸化物形燃料電池１２４の多孔質で通気性の第一の電極１２６と、第一の端子３６とを相互接続するため、固体酸化物形燃料電池構成部品の一端に配置される。稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ１３２Ｂは、固体酸化物形燃料電池１２４の多孔質で通気性の第二の電極１３０と、第二の端子３７とを相互接続するため、固体酸化物形燃料電池構成部品の一端に配置される。
【００８６】
稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層１３４は、多孔質のバリア層１２３により画定された領域の周辺の、多孔質で通気性の支持構造１１６の外側表面１２２上に配置される。
【００８７】
個々の多孔質で通気性の第一の電極１２６の表面であって、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材１２８から離れた１つの表面の全体が、それぞれの集電器１３５に接触するように配置される。
【００８８】
個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質１２８は、多孔質で通気性の第一の電極１２６のうちの対応する１つに接触して配置される。個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質１２８の第一の端１２８Ａは、稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ１３２の稠密な非多孔質のバリア層１３４と密閉接触して配置される。個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質１２８の第二の端１２８Ｂは、それぞれの稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ１３２の層１３３と密閉接触して配置される。個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質１２８の端１２８Ｃ及び１２８Ｄは、多孔質で通気性の第一の電極１２６からの気体漏出を防止するため、多孔質で通気性の第一の電極１２６を囲むよう、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層１３４と密閉接触する。
【００８９】
個々の多孔質で通気性の第二の電極１３０は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質１２８のうちの対応する１つと接触して配置される。個々の多孔質で通気性の第二の電極１３０の第一の端１３０Ａは、隣接する多孔質で通気性の第二の電極１３０の第二の端１３０Ｂから離される。個々の多孔質で通気性の第二の電極１３０の第二の端１３０Ｂは、インターコネクタ１３２のうちの隣接する１つと接触して配置される。個々の多孔質で通気性の第二の電極１３０の第二の端１３０Ｂは、疑似固体酸化物形燃料電池の形成を防止するため、隣接する燃料電池１２４の稠密な非多孔質の非通気性の電解質１２８から離される。
【００９０】
稠密な非多孔質の非通気性のシール１３８は、多孔質で通気性の第二の電極１３０の間に配置され、稠密な非多孔質の非通気性の電解質１２８の一部と密閉接触される。稠密な非多孔質の非通気性のシール１３８は、また、多孔質で通気性の第二の電極１３０により画定された領域の周囲に配置され、稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層１３４と密閉接触する。稠密な非多孔質の非通気性の周辺シール層１３４は、また、インターコネクタ１３２とも密閉接触する。従って、多孔質で通気性の第二の電極１３０は、多孔質で通気性の第二の電極１３０からの気体の漏出を防止するように囲まれる。
【００９１】
稠密な非多孔質の非通気性のシール１３８は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材１２８の端、及び稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ１３２の層１３３の表面に接触する多孔質で通気性の第二の電極１３０の端を貫通し、層１３３の表面は、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材１２８によって接触されず、多孔質で通気性の第二の電極１３０によって接触されない。稠密な非多孔質の非通気性のシール１３８の多孔質で通気性の第二の電極１３０の端への侵入は、多孔質で通気性の第一の電極１２６から稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ１３２を通って気体が漏出する場合の更なるシールを形成する。
【００９２】
この配置は、まず、多孔質で非通気性のバリア層１２３及び稠密な非多孔質の非通気性の周辺バリア層１３４を配置することにより作られる。第二に、インターコネクタ１３２の層１３３及び集電器１３５が配置され、結果として起こる化学反応を防止するため、組立て部品が高温で焼成される。その後、多孔質で通気性の第一の電極１２６が配置され、次いで、稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材１２８と多孔質で通気性の第二の電極１３０が続き、最後に稠密な非多孔質の非通気性のシール１３８が配置される。
【００９３】
集電器１３５及びインターコネクタ１３２の層１３３が一体であり、多孔質で通気性の第一の電極１２６と多孔質で通気性の支持構造１１６との間に配置されることに注意すべきである。集電器１３５は、第一の反応物が多孔質で通気性の支持構造１１６から多孔質で通気性の第一の電極１２６へ流れることを可能にするよう、多孔質で通気性がある。集電器１３５は、第一の多孔質で通気性の第一の電極１２６から電流を集め、該電極に電流を供給する。集電器１３５とインターコネクタ１３２の層１３３とは、横方向の平面的な高い伝導性を有する。しかし、集電器１３５とインターコネクタ１３２の層１３３とは、比較的薄く、およそ数マイクロメータの薄さであることに注意すべきである。集電器１３５とインターコネクタ１３２の層１３３との長さは、比較的長く、およそ数ｍｍの長さである。従って、どのような漏出路も細長く、漏出は最小であり、又は実質的にゼロである。例えば、個々の燃料電池は約１５ｍｍの長さ及び約０．０３０ｍｍの薄さであり、集電器１３５とインターコネクタ１３２の層１３３とは、約１５ｍｍの長さ及び約１マイクロメートルの薄さである。従って、インターコネクタ１３２の層１３３は、横方向での流れに対し実質的に気体を透過しない。
【００９４】
集電器１３５とインターコネクタ１３２の層１３３とは、ニッケル、プラチナ、パラジウム、ラテニウム及び銀のうちの少なくとも１つを含み、例えばニッケルとプラチナ、又はニッケルとパラジウム、ニッケルとルテニウムなど、これらのうちの２つ又はそれ以上を含むことが望ましい。インターコネクタ１３２はまた、インターコネクタ１３２を多孔質バリア層１２３及び稠密な非多孔質の非通気性のバリア層１３４と結合するのを補助するイットリア安定化ジルコニアを含む。
【００９５】
多孔質で通気性の集電器１３１は、第二の多孔質で通気性の第二の電極１３０からの電流を集め、該電極に電流を供給するため、多孔質で通気性の第二の電極１３０上に配置される。集電器１３１は、横方向の平面的な高い伝導性を有する。集電器１３１は、伝導性の高い金属又は合金を含む。合金は、例えば、ニッケルとプラチナ、ニッケルとパラジウム、ニッケルとルテニウム等の、例えばニッケル及び銀のうちの１つ又はそれ以上とプラチナ、パラジウム、ルテニウム及び金のうちの１つ又はそれ以上との合金である。集電器１３１は、スクリーン・プリンティング法及びドクター・ブレーディング法により配置され、約１０マイクロメートルの厚さである。
【００９６】
この例において、第一の電極２６はアノード電極であり、第二の電極３０はカソード電極である。
【００９７】
代わりの固体酸化物形燃料電池構成部品２１２の断面図が、図１０及び１１において、より明瞭に示される。構成部品２１２は実質的に、図３、図４、図５及び図７に示されたものと同じであり、同じ番号は同じ部品を示す。図１０及び図１１の構成部品２１２は、個々の稠密な非多孔質の非通気性の電解質部材２８の第二の端２８Ｂがその隣接する稠密な非多孔質の非通気性のインターコネクタ３２に接し且つ重なる点において異なる。加えて、多孔質のバリア層１２３は、個々の多孔質で通気性の第一のアノード電極２６と多孔質で通気性の支持構造１６の間に配置され、多孔質で通気性のアノード電極２６と多孔質で通気性の支持構造１６との間の化学的相互作用を防止する。
【００９８】
多孔質で通気性の支持構造と多孔質で通気性の第一の電極との間の化学的相互作用を防止するために、多孔質で通気性のバリア層を、多孔質で通気性の支持構造の表面全体の上に配置することが可能である。稠密な非多孔質の非通気性のバリア層は、実質的に、インターコネクタに対する多孔質で通気性のバリア層の上の適切な位置に設けられる。稠密な非多孔質の非通気性の周辺シールは、多孔質で通気性の支持構造の残りの表面の上に設けられる。
【００９９】
第一の電極から第二の電極への反応物の漏出の防止は、非常に重要である。なぜなら、さもないと反応物である水素及び酸素が混合して燃焼し、燃料電池の損傷及び性能損失につながるからである。
【０１００】
本発明は、第二の電極の周辺の稠密な非多孔質の非通気性のシールに関連して説明されたが、状況によっては、第一の電極を包むことが完全に防止される場合、稠密な非多孔質の非通気性のシールなしで済ませることも可能である。
【０１０１】
本発明は第一の電極をアノード電極として説明されたが、第一の電極がカソード電極であることも可能である。
【０１０２】
アノード電極に供給される反応物は、一般に、水素又は炭化水素燃料の改質製品であり、例えば、水素、二酸化炭素、一酸化炭素である。カソード電極に供給される反応物は、一般に、酸素、空気又は気体を含む他の酸素である。
【０１０３】
燃料電池の配置は、稠密な非多孔質の非通気性の層がまず配置されることを可能にし、稠密な非多孔質の非通気性の層を形成する焼成を得るために、高温で焼成されることを可能にする。その他の層が配置され、段々に低い温度で焼成される。これにより、固体酸化物形燃料電池は摂氏１２００度以上の温度で動作可能になる。
【０１０４】
固体酸化物形燃料電池スタックの層の長さ及び厚さは、重要な設計変数であり、固体酸化物形燃料電池スタック性能に影響する。電流回収損失は、任意の電流経路の長さを最小化することにより、最小化される。これは、固体酸化物形燃料電池のピッチを最小化することにより達成される。固体酸化物形燃料電池のピッチは、電解質部材の長さにインターコネクタの長さを加えたものである。電流に対する抵抗は、インタフェースの数を最小化することにより、最小化される。これらの衝突する要件は、その大きさがアノード電極及びカソード電極の集電器の厚さ及び伝導性に依存する最適な固体酸化物形燃料電池のピッチを生じる。固体酸化物形燃料電池のピッチは５ｍｍから２０ｍｍの間である。
【０１０５】
電解質部材／インターコネクタのアスペクト比は、電解質部材の長さのインターコネクタの長さに対する比であり、最大化されるべきである。これは、インターコネクタが長ければ長いほど、より高価な素材が固体酸化物形燃料電池スタックに含まれ、支持構造が長ければ長いほど、出力密度が低下するからである。アスペクト比を最大化することにより、インターコネクタを介した出力密度が最大化される。これにより、固体酸化物形燃料電池スタックの性能が電解質とインターコネクタとの間の接触抵抗及びインターコネクタの伝導性に対して敏感になる。約３対１の、電解質部材とインターコネクタとのアスペクト比が用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタックの、一部を切り取られた透視図である。
【図２】
図１に示された固体酸化物形燃料電池スタックの１つの構成部品の平面図である。
【図３】
図２に示された固体酸化物形燃料電池スタック構成部品の、直線Ａ−Ａに沿った、拡大された断面図である。
【図４】
図３に示された固体酸化物形燃料電池スタック構成部品の、直線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図５】
図３に示された固体酸化物形燃料電池スタック構成部品の、直線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図６】
ＡからＥは、図３から図５に示された固体酸化物形燃料電池スタック構成部品を作成するための製造シーケンスである。
【図７】
図３に示された固体酸化物形燃料電池構成部品の、更に拡大された断面図である。
【図８】
図２に示された固体酸化物形燃料電池構成部品の、直線Ａ−Ａに沿った代替の拡大された断面図である。
【図９】
図８に示された固体酸化物形燃料電池構成部品の、更に拡大された断面図である。
【図１０】
図２に示された固体酸化物形燃料電池構成部品の、直線Ａ−Ａに沿った更に拡大された断面図である。
【図１１】
図１０に示された固体酸化物形燃料電池構成部品の、更に拡大された断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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