(57)【要約】      （修正有）【課題】  薄型軽量であると共に、燃料電池セルを支持することができる強度を有し、かつ薄膜の燃料電池セルを直接形成することができるガス透過性基体の提供。【解決手段】  燃料電池セルが形成される平板状で金属製のガス透過性基体１００において、基体の厚さ方向に貫通する複数のガス透過孔２が形成された薄板部３と、薄板部３と比較して厚さ方向の寸法が大きい厚板部４とを備え、ガス透過孔２の孔径が５０μ以下である。本発明によれば、ガス透過性基体１００は薄板部３と厚板部４とを備えるため、薄板部３にてガス透過性基体１００の薄型軽量化を実現すると共に、厚板部４にて燃料電池セルを支持することができる強度を確保することができる。また、ガス透過孔２の孔径は５０μｍ以下と微細孔であるため、薄膜の燃料電池セルを直接形成することができる。【選択図】  図２
2007035352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルが形成される平板状で金属製のガス透過性基体において、
前記基体の厚さ方向に貫通する複数のガス透過孔が形成された薄板部と、
当該薄板部と比較して厚さ方向の寸法が大きい厚板部とを備え、
前記ガス透過孔の孔径が５０μｍ以下であることを特徴とするガス透過性基体。
【請求項２】
前記薄板部は、前記厚板部に囲まれた領域に形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載のガス透過性基体。
【請求項３】
前記厚板部は格子状に形成されることを特徴とする請求項２に記載のガス透過性基体。
【請求項４】
前記薄板部の厚さ方向の寸法をｄ、前記厚板部の厚さ方向の寸法をＤとした場合に、前記薄板部と前記厚板部との厚さ方向の寸法比ｄ／Ｄが０．１＜ｄ／Ｄ＜０．９の範囲に設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のガス透過性基体。
【請求項５】
前記薄板部の厚さ方向の寸法ｄが、０．０２ｍｍ＜ｄ＜０．１ｍｍの範囲に設定されることを特徴とする請求項４に記載のガス透過性基体。
【請求項６】
前記厚板部の厚さ方向の寸法Ｄが、０．０５ｍｍ＜Ｄ＜０．２ｍｍの範囲に設定されることを特徴とする請求項４に記載のガス透過性基体。
【請求項７】
前記薄板部及び前記厚板部が、電鋳法にて作成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のガス透過性基体。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載のガス透過性基体表面に燃料電池セルが形成されて成ることを特徴とする固体酸化物型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス透過性基体に関するものであり、特には、固体酸化物型燃料電池に使用するガス透過性基体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池セルが形成されるガス透過性基体は、燃料電池自体を小型化するために薄型軽量である必要があると共に、燃料電池セルを支持する機能も有するものであるため、燃料電池セルを支持することができる強度も必要とする。
【０００３】
従来のガス透過性基体としては、例えば金属フィルタがある。特許文献１には、金網を圧下して得られる基板と、その基板に相対的に平均粒径が大きい粉末粒子を焼結した第１の粉末焼結層と、その第１の粉末焼結層上に形成された相対的に平均粒径が小さい粉末粒子を焼結した第２の粉末焼結層とを有する金属フィルタが記載されている。
【特許文献１】特開平８−２２９３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記公報に記載の金属フィルタは強度を有するが、金網上部に粉末層を形成して製造されるものであるため、金属フィルタ全体を薄くすることは困難である。
【０００５】
また、上記公報に記載の金属フィルタに形成される空孔径は、最大で１００μｍ程度であるため、厚さが数〜数十μｍの薄膜である燃料電池セルを金属フィルタ上に形成することは困難である。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、薄型軽量であると共に、燃料電池セルを支持することができる強度を有し、かつ薄膜の燃料電池セルを直接形成することができるガス透過性基体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃料電池セルが形成される平板状で金属製のガス透過性基体において、基体の厚さ方向に貫通する複数のガス透過孔が形成された薄板部と、薄板部と比較して厚さ方向の寸法が大きい厚板部とを備え、ガス透過孔の孔径が５０μｍ以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガス透過性基体はガス透過孔が形成された薄板部と、その薄板部よりも厚い厚板部とを備えるため、薄板部にてガス透過性基体の薄型軽量化を実現すると共に、厚板部にて燃料電池セルを支持することができる強度を確保することができる。また、ガス透過孔の孔径は５０μｍ以下と微細孔であるため、薄膜の燃料電池セルをガス透過性基体表面に直接形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１、２を参照して実施の形態１に係るガス透過性基体１００について説明する。図１はガス透過性基体１００を示す平面図であり、図２はガス透過性基体１００の一部断面を示す拡大模式図である。
【００１１】
ガス透過性基体１００は、表面１に燃料電池セルが形成される平板状の金属製基体であり、燃料電池セルに供給されるガスのガス流路として機能すると共に、燃料電池セルを支持する支持体としても機能するものである。ガス透過性基体１００は、厚さ方向に貫通する複数のガス透過孔２が形成された薄板部３と、薄板部３と比較して厚さ方向の寸法が大きい厚板部４とを備える。
【００１２】
ガス透過性基体１００の材料としては、ステンレス鋼やインコネル等の耐熱金属、又はＮｉ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｆｅを少なくとも１種含む金属、例えばＮｉ−Ｃｕ合金等の導電性部材が用いられる。
【００１３】
薄板部３は、ガス流路としての機能を有すると共に、ガス透過性基体１００の薄型軽量化に寄与するものであり、厚板部４に囲まれた領域に形成される。厚板部４に囲まれた領域は複数存在し、そのそれぞれの領域に薄板部３ａ、３ｂ、３ｃ・・・が形成される。厚板部４に囲まれたそれぞれの薄板部３の形状は、図１に示す４角形に限られず、多角形や円形など、どのような形状であってもよい。
【００１４】
薄板部３には、ガスが透過する複数のガス透過孔２が形成され、それぞれのガス透過孔２は孔径が５０μｍ以下の微細孔である。孔径が５０μｍを超えると、薄膜の燃料電池セルをガス透過性基体１００の表面１に形成することができない。なお、ガス透過性基体１００の表面１に薄膜の燃料電池セルを安定に形成するには、ガス透過孔２の孔径は１０μｍ以下であるのが望ましい。
【００１５】
厚板部４は、薄板部３によって薄型軽量化したガス透過性基体１００が、燃料電池セルを支持することができるように補強部として機能する。厚板部４の形状としては、図１に示すように、格子状に形成、つまり、縦横のそれぞれの方向にある間隔をおいて形成するのが好ましい。このように、厚板部４を構成することによって、薄板部３の面積を最大限に取ることができ、薄型軽量でかつ強度も有するガス透過性基体１００を得ることができる。
【００１６】
次に、薄板部３及び厚板部４の厚さ方向の寸法について説明する。薄板部３の厚さ方向の寸法をｄ、厚板部４の厚さ方向の寸法をＤとした場合に、薄板部３と厚板部４との寸法比ｄ／Ｄは、０．１＜ｄ／Ｄ＜０．９の範囲に設定するのが好ましい。寸法比ｄ／Ｄが０．１以下の場合には、薄板部３の厚さが薄くて支持体としての強度を有さないか、又は厚板部４の厚さが厚くて燃料電池全体が重厚となり好ましくない。また、寸法比ｄ／Ｄが０．９以上の場合には、薄板部３の厚さが厚くて薄板部３に微細なガス透過孔２を形成することができないか、又は厚板部４の厚さが薄くて補強部としての強度を保てない。
【００１７】
また、薄板部３及び厚板部４の厚さ方向のそれぞれの寸法は、薄板部３と厚板部４との寸法比ｄ／Ｄが０．１＜ｄ／Ｄ＜０．９を満たすと共に、薄板部３の寸法ｄが、０．０２ｍｍ＜ｄ＜０．１ｍｍの範囲に設定され、厚板部４の寸法Ｄが、０．０５ｍｍ＜Ｄ＜０．２ｍｍの範囲に設定されるのが好ましい。薄板部３の寸法ｄが０．０２ｍｍ以下の場合には支持体としての強度を有さず、０．１ｍｍ以上の場合には薄板部３に微細なガス透過孔２を形成することができない。また、厚板部４の寸法Ｄが０．０５ｍｍ以下の場合には補強部としての強度を保てず、０．２ｍｍ以上の場合には燃料電池全体が重厚となるので好ましくない。
【００１８】
薄板部３及び厚板部４は、電鋳法にて作成するのが好ましい。すなわち、薄板部３に形成されるガス透過孔２は、薄板部３を電鋳法にて成長させることによって形成される。電鋳法を用いれば、孔径が５０μｍ以下の微細孔を容易に作成することができる。電鋳法によって孔径が５０μｍ以下のガス透過部２を作成する場合には、薄板部３の厚さ方向の寸法ｄは、上記したように０．１ｍｍ以上にすることができない。換言すれば、薄板部３の厚さ方向の寸法ｄを電鋳法によって０．１ｍｍ以上に形成すれば、ガス透過孔２の孔径は５０μｍ以下の微細孔とはならない。このように、電鋳法を用いた場合、ガス透過孔２の孔径を微細孔とするために薄板部３を薄膜にせざるを得ず、その薄板部３の強度を補強するために、ガス透過性基体１００には厚板部４が備えられる。
【００１９】
また、電鋳法を用いた場合、ガス透過性基体１００の表面１を平らに形成することができる。つまり、燃料電池セルに対向する面１における薄板部３と厚板部４とを同一平面上に形成することができる。これにより、ガス透過性基体１００の表面１上に燃料電池セルを容易に形成させることができる。
【００２０】
以上の実施の形態１に係るガス透過性基体１００によれば、ガス透過孔２が形成された薄板部３と、その薄板部３よりも厚い厚板部４とを備えるため、薄板部３にてガス透過性基体１００の薄型軽量化を実現すると共に、厚板部４にて燃料電池セルを支持することができる強度を確保することができる。また、ガス透過孔２の孔径は５０μｍ以下と微細孔であると共に、燃料電池セルに対向する表面１は平らであるため、薄膜の燃料電池セルをガス透過性基体表面に直接形成することができる。
【００２１】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る固体酸化物型燃料電池について説明する。固体酸化物型燃料電池は、単位セル１０を積層して構成される。そこで、単位セル１０を、図３を参照して説明する。図３は、単位セル１０の断面を示す模式図である。
【００２２】
単位セル１０は、実施の形態１にて説明したガス透過性基体１００の表面１上に、スパッタ法、印刷法、ゾルゲル法等のＰＶＤ、ＳＰＤ等によって、膜厚数〜数十μｍの薄膜燃料電池セル１１を形成したものである。
【００２３】
燃料電池セル１１は、燃料極（燃料極層）１２と、燃料極１２の表面に形成した電解質膜１３と、電解質膜１３の表面に形成した酸化剤極（酸化剤極層）１４とを備える。
【００２４】
燃料極１２は、例えば、Ｎｉ−ＹＳＺ（安定化ジルコニア）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ）、セリア固溶物、ランタンコバルト系酸化物、ランタンマンガン系酸化物等のセラミックス、金属−セラミックス複合粒子などを用いる。燃料極１２はガス透過性基体１００の表面１に形成する。
【００２５】
電解質膜１３は、例えば、イットリア安定化ジルコニア等のセラミックスであり、燃料極１２の表面に形成する。
【００２６】
酸化剤極１４は、例えば、ランタンコバルト系酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ3など）、ランタンマンガン系酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ3など）等であり、電解質膜１３の表面に形成する。
【００２７】
上述したように、ガス透過性基体１００に形成されたガス透過孔２は５０μｍ以下という微細孔であるため、ガス透過性基体１００の表面１上に膜厚数〜数十μｍの薄膜燃料電池セル１１を形成させることができる。また、ガス透過性基体１００は、集電体としても機能するため、部材点数を減らすことができる。このように、ガス透過性基体１００を用いることによって、全体として薄膜軽量の固体酸化物型燃料電池を得ることができる。
【実施例】
【００２８】
以下に、本発明の実施例について示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
電鋳法にて板厚２０μｍの薄板部３と板厚２００μの厚板部４とを備えるＮｉ製のガス透過性基体１００を作成した。これにより、薄板部３に、孔径５μｍのガス透過孔２を形成させることができた。そして、ガス透過性基板１００の表面１上に、スプレー熱分解（ＳＰＤ）法にて、Ｎｉ−８ＹＳＺからなる板厚２０μｍの燃料極１２、８ＹＳＺからなる板厚１０μｍの電解質膜１３、ＳＳＣ（Ｓｍ、Ｓｒ添加コバルト酸化物）からなる板厚５μｍの酸化剤極１４を順番に積層して単位セル１０を得た。固体酸化物型燃料電池は、単位セル１０を積層することによって得ることができる。
【００３０】
（実施例２）
電鋳法にて板厚５０μｍの薄板部３と板厚１５０μの厚板部４とを備えるＮｉ−Ｃｏ合金製のガス透過性基体１００を作成した。これにより、薄板部３に、孔径１０μｍのガス透過孔２を形成させることができた。そして、ガス透過性基板１００の表面１上に、印刷法にてＮｉＯ−ＹＳＺからなる板厚２０μｍの燃料極１２を積層し、不活性ガス雰囲気中にて１１００℃で焼成した。その後、燃料極１２上に、スパッタ法にて８ＹＳＺからなる板厚５μｍの電解質膜１３、ＳＳＣからなる板厚０．５μｍの酸化剤極１４を順番に積層して単位セル１０を得た。固体酸化物型燃料電池は、単位セル１０を積層することによって得ることができる。
【００３１】
以上の実施例においては、微細なガス透過孔２を有する薄型軽量のガス透過性基体１００の表面１に薄膜の燃料電池セル１１を形成することがき、全体として薄膜軽量の固体酸化物型燃料電池を得ることができた。
【００３２】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係るガス透過性基体は、固体酸化物型燃料電池に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るガス透過性基体１００を示す平面図である。
【図２】同じくガス透過性基体１００の一部断面を示す拡大模式図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る固体酸化物型燃料電池における単位セル１０の断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ガス透過性基体
１  ガス透過性基体の表面
２  ガス透過孔
３  薄板部
４  厚板部
１０  単位セル
１１  燃料電池セル
１２  燃料極
１３  電解質膜
１４  酸化剤極
【図１】
2007035352.tif 000003
【図２】
2007035352.tif 000004
【図３】
2007035352.tif 000005