(57)【要約】【課題】  発電効率を向上したセルスタック装置、モジュール、及びモジュール収容装置を提供する。【解決手段】  本発明のセルスタック装置１１は、対向する第１面及び第２面を含み、長尺状の支持体２と、該支持体２の第１面上に設けられた、燃料極層３、固体電解質層４、及び空気極層５と、支持体２の第２面に設けられた、インターコネクタ層６と、該インターコネクタ層６以外を全て覆う第１密閉部７ａを有するセル１の複数個と、該セル１の間に設けられた導電部材１３と、セル１のインターコネクタ層６全体にのみ設けられ、導電性及び酸化物イオン伝導性を有し、セル１と導電部材１３とを接合する接合材８と、セル１の下端部を固定するとともに、ガスを供給するためのマニホールド１６とを備え、第１密閉部７ａが露出している領域の面積比率が支持体２の第２面の面積に対して平面視で４０％〜８０％であることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１面及び第２面を含み、内部に長手方向に沿って貫通するガス流路を含む長尺状の支持体と、該支持体の第１面上に設けられた、燃料極層と、該燃料極層上に設けられた固体電解質層と、該固体電解質層上に設けられた空気極層と、前記支持体の第２面に設けられた、ＬａＣｒＯ３系酸化物を含むインターコネクタ層と、該インターコネクタ層以外の全てを覆う第１密閉部と、
を有するセルの複数個と、
それぞれの該セルの間に設けられた導電部材と、
前記セルの前記インターコネクタ層全体に設けられ、導電性及び酸化物イオン伝導性を有し、前記セルと前記導電部材とを接合する接合材と、
前記セルの下端部を固定するとともに、前記セルの前記ガス流路にガスを供給するためのマニホールドとを備え、
前記導電部材から見た場合において、第１密閉部が露出している領域の面積比率が、前記支持体の第２面の面積に対して、平面視で４０％〜８０％であることを特徴とするセルスタック装置。
【請求項２】
前記支持体の下端部側における前記第１密閉部が露出している領域の面積比率が、前記支持体の第２面の面積に対して、平面視で３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック装置。
【請求項３】
前記第１密閉部が露出している領域は、前記支持体の第２面の長手方向の下端を含んで前記支持体の第２面の短手方向全長を覆う領域を有し、該領域の面積比率が、前記支持体の第２面の面積に対して、平面視で２５％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセルスタック装置。
【請求項４】
対向する第１面及び第２面を含み、内部に長手方向に沿って貫通するガス流路を含む長尺状の支持体と、該支持体の第１面上に設けられた燃料極層と、該燃料極層上に設けられた固体電解質層と、該固体電解質層上に設けられた空気極層と、前記支持体の第２面に設けられた、ＬａＣｒＯ３系酸化物を含むインターコネクタ層と、該インターコネクタ層以外を覆う第１密閉部と、前記支持体の第２面側に設けられ、少なくとも一部が前記インターコネクタ層上に重なる第１領域を有し、酸化物イオン伝導性が前記インターコネクタ層より低い第２密閉部とを備え、前記第１密閉部と前記第２密閉部とで前記インターコネクタ層以外の全てが覆われているセルの複数個と、
それぞれの該セルの間に設けられた導電部材と、
前記セルの前記インターコネクタ層のうち、前記第１領域を除く第２領域の全体に設けられ、又は前記第２領域の全体及び前記２密閉部の少なくとも一部の上方に設けられ、導電性及び酸化物イオン伝導性を有し、前記セルと前記導電部材とを接合する接合材と、
前記セルの下端部を固定するとともに、前記セルの前記ガス流路にガスを供給するためのマニホールドとを備え、
前記導電性部材から見た場合において、第１密閉部が露出している領域と、第２密閉部が設けられている領域とからなる密閉領域の面積比率が、前記支持体の第２面に対して、平面視で４０％〜８０％であることを特徴とするセルスタック装置。
【請求項５】
前記支持体の下端部側における前記密閉領域の面積比率が、前記支持体の第２面の面積に対して、平面視で３０％以上であることを特徴とする請求項４に記載のセルスタック装置。
【請求項６】
前記密閉領域は、前記支持体の第２面の長手方向の下端を含んで前記支持体の第２面の短手方向全長を覆う領域を有し、該領域の面積比率が、前記支持体の第２面の面積に対し
て、平面視で２５％以上であることを特徴とする請求項５に記載のセルスタック装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうちいずれかに記載のセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とするモジュール。
【請求項８】
請求項７に記載のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とするモジュール収容装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルを導電部材を用いて電気的に接続してなるセルスタック装置、モジュール、及びモジュール収容装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと酸素含有ガス（通常、空気である）とを用いて電力を得ることができるセルを備えるモジュール収容装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のセルスタック装置では、内部にガス流路を有する一対の面を有する平板形状の支持体の第１面に、燃料極層、固体電解質層、空気極層を有し、第２面にＬａＣｒＯ３系酸化物を含むインターコネクタ層を備えており、固体電解質層とインターコネクタ層とにより支持体の周囲を気密に取り囲んでいるセルの複数個を接合材にて電気的に接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／２０８７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本発明者が鋭意研究した結果、上記のセルスタック装置において、酸化物イオン伝導性を有する接合材がインターコネクタ層上に設けられた場合、発電効率が低下する場合があることを見出した。
【０００６】
それゆえ、本発明の目的は、発電効率の向上したセルスタック装置、モジュール、及びモジュール収容装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のセルスタック装置は、対向する第１面及び第２面を含み、内部に長手方向に沿って貫通するガス流路を含む長尺状の支持体と、該支持体の第１面上に設けられた、燃料極層と、該燃料極層上に設けられた固体電解質層と、該固体電解質層上に設けられた空気極層と、前記支持体の第２面に設けられた、ＬａＣｒＯ３系酸化物を含むインターコネクタ層と、該インターコネクタ層以外の全てを覆う第１密閉部と、を有するセルの複数個と、それぞれの該セルの間に設けられた導電部材と、前記セルの前記インターコネクタ層全体に設けられ、導電性及び酸化物イオン伝導性を有し、前記セルと前記導電部材とを接合する接合材と、前記セルの下端部を固定するとともに、前記セルの前記ガス流路にガスを供給するためのマニホールドとを備え、前記導電部材から見た場合において、第１密閉部が露出している領域の面積比率が、前記支持体の第２面の面積に対して、平面視で４０％〜８０％であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のセルスタック装置は、対向する第１面及び第２面を含み、内部に長手方向に沿って貫通するガス流路を含む長尺状の支持体と、該支持体の第１面上に設けられた燃料極層と、該燃料極層上に設けられた固体電解質層と、該固体電解質層上に設けられた空気極層と、前記支持体の第２面に設けられた、ＬａＣｒＯ３系酸化物を含むインターコネクタ層と、該インターコネクタ層以外を覆う第１密閉部と、前記支持体の第２面側に設けられ、少なくとも一部が前記インターコネクタ層上に重なる第１領域を有し、酸化物イ
オン伝導性が前記インターコネクタ層より低い第２密閉部とを備え、前記第１密閉部と前記第２密閉部とで前記インターコネクタ層以外の全てが覆われているセルの複数個と、それぞれの該セルの間に設けられた導電部材と、前記セルの前記インターコネクタ層のうち、前記第１領域を除く第２領域の全体に設けられ、又は前記第２領域の全体及び前記２密閉部の少なくとも一部の上方に設けられ、導電性及び酸化物イオン伝導性を有し、前記セルと前記導電部材とを接合する接合材と、前記セルの下端部を固定するとともに、前記セルの前記ガス流路にガスを供給するためのマニホールドとを備え、前記導電性部材から見た場合において、第１密閉部が露出している領域と、第２密閉部が設けられている領域とからなる密閉領域の面積比率が、前記支持体の第２面に対して、平面視で４０％〜８０％であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のモジュールは、上記セルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のモジュール収容装置は、上記モジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセルスタック装置によれば、セル間の一定の導電性を担保しつつ、発電効率を高めることができる。このようなセルスタック装置を用いたモジュール及びモジュール収納装置においても、発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のセルスタック装置の一例を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の一部を抜き出して示す横断面図である。
【図２】セルの一例を、セルの支持体の第２面からの平面視で示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面に相当し、接合材が設けられた状態を示す断面図である。
【図４】セルの他の一例を、セルの支持体の第２面からの平面視で示す図である。
【図５】セルのさらに他の一例を、セルの支持体の第２面からの平面視で示す図である。
【図６】セルのさらに他の一例を、セルの支持体の第２面からの平面視で示す図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面に相当し、接合材が設けられた状態を示す断面図である。
【図８】セルのさらに他の一例を、セルの支持体の第２面からの平面視で示す図である。
【図９】図８のセルのＣ−Ｃ線断面図の一部を拡大した図である。
【図１０】図１に示すセルスタックを収納容器に収納してなる本実施形態のモジュールの一例を分解して示す外観斜視図である。
【図１１】図１０に示すモジュールを外装ケースに収納してなる本実施形態のモジュール収容装置の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜１１を用いて、セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置について説明する。なお、同一の構成については同一の符号を用いるものとする。
【００１４】
（セルスタック装置）
図１は、セル１の複数個を導電部材１３を介して電気的に直列に接続して構成されたセルスタック装置１１の一例を示したものであり、（ａ）はセルスタック装置１１を概略的
に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置１１の破線部についての横断面図であり、（ａ）で示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、（ｂ）において（ａ）で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示している。
【００１５】
このセル１は、内部にガス流路２ａを有し、一対の対向する面をもつ全体的に見て柱状の導電性の支持体２と、この支持体２の一方の面上に内側電極層である燃料極層３と、固体電解質層４と、外側電極層である空気極層５とをこの順に配置してなる発電部を備えている。また、支持体２の他方の面には、インターコネクタ層６を備えており、柱状（中空平板状）のセル１が構成されている。なお、セル１の構成については、後に詳述する。
【００１６】
そして、セル１の複数個を１列に配列し、隣接するセル１間に導電部材１３を導電性の接合材８を介して接合することで、セル１同士を電気的に直列に、かつ機械的に接合して、セルスタック１２が構成されている。
【００１７】
セルスタック１２を構成する各セル１の下端部は、マニホールド１６に、ガラス等のシール材（図示せず）により固定されており、これにより、マニホールド１６の水素含有ガスを、セル１の内部に設けられたガス流路２ａを介してセル１の燃料極層３に供給することができる。
【００１８】
図１に示すセルスタック装置１１においては、セル１のガス流路２ａの内部を水素含有ガスとして水素含有ガスが流れるとともに、セル１の外側、特にセル１の間に配置された導電部材１３の内部空間を酸素含有ガス（空気）が流れる構成となる。それにより、燃料極層３にマニホールド１６から水素含有ガスが供給され、空気極層５に酸素含有ガスが供給されることで、セル１の発電が行なわれる。
【００１９】
セルスタック装置１１は、セル１の配列方向ｘの両端から、導電部材１３を介してセルスタック１２を挟持するように端部導電部材１４を配置して構成され、この端部導電部材１４の下端部は、マニホールド１６に固定されている。端部導電部材１４は、セルスタック１２の両端に位置するように設けられた平板部と、セル１の配列方向ｘに沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック１２（セル１）の発電により生じる電流を引き出すための電流引出部１５とを有している。
【００２０】
（セルの構成）
以下に、図２〜９で示すセル１を構成する各部材について説明する。
【００２１】
図２は、セル１ａを、セル１ａの支持体２の第２面からの平面視で示す図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線断面に相当し、接合材が設けられた状態を示す断面図である。
なお、図において、長手方向をＬ、短手方向をＷ、厚み方向をＴとするものとし、以後同意である。
【００２２】
支持体２は、横断面が扁平な楕円形で、全体的に見て楕円柱状をしている。また、支持体２は多孔質体である。図３に示すように、支持体２は、一対の第１面ｎ１及び第２面ｎ２を有する平板状である。第１面はセル１ａの厚み方向Ｔからの平面視で認識される面のうち空気極層５が設けられる面をいう。第２面はセル１ａの厚み方向Ｔからの平面視で認識される面のうちインターコネクタ層６が設けられる面をいう。
【００２３】
図３に示す例では、一対の第１面ｎ１及び第２面ｎ２は互いに対向しており、第１面ｎ１及び第２面ｎ２の短手方向Ｗの中央部は平坦面となっており、第１面ｎ１及び第２面ｎ２の短手方向Ｗの両端部はそれぞれ弧状面となっている。
【００２４】
また、支持体２の内部には、適当な間隔で複数のガス流路２ａが長手方向Ｌに貫通している。この支持体２の外周を後述する各種の部材が取り巻いている。
【００２５】
燃料極層３は、図３に示すように、支持体２の第１面ｎ１上及び第２面に設けられている。図３に示す例においては、燃料極層３は、支持体２の第１面ｎ１を覆うように支持体２に設けられている。また、燃料極層３は、空気極層５に固体電解質層４を介して対向する位置に設けられていればよいため、例えば、燃料極層３が第１面ｎ１にのみ設けられていてもよい。また、燃料極層３は多孔質体である。
【００２６】
固体電解質層４は、図３に示すように、燃料極層３を覆っており、支持体２の第１面ｎ１から第２面ｎ２にかけて設けられている。
【００２７】
空気極層５は、図３に示すように、固体電解質層４上で、燃料極層３と対向するように設けられている。図３に示す例においては、支持体２の第１面ｎ１であって固体電解質層４の外側に配置されている。また、空気極層５は多孔質体である。
【００２８】
インターコネクタ層６は、支持体２の第２面ｎ２に設けられている。
【００２９】
以上で説明したセル１aは、燃料極層３、固体電解質層４及び空気極層５が積層されて
いる部分が発電部として機能する。発電させるためには、空気極層５の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、かつ支持体２内のガス流路２ａに水素含有ガスを流して、燃料極層３に水素含有ガスを供給し、燃料極層３を所定の作動温度まで加熱する。そして、かかる発電によって生成した電流は、インターコネクタ層６にて集電される。
【００３０】
図３に示す例において、燃料極層３及び固体電解質層４は、第１面ｎ１から第２面ｎ２の一部まで延びており、固体電解質層４の両端部にはインターコネクタ層６の両端部が積層されて接合されている。これによって、固体電解質層４とインターコネクタ層６とで支持体２が取り囲まれ、内部を流通する水素含有ガスが外部に漏出することを抑制できる構成となっている。
【００３１】
図２及び３に示す例では、平面形状が矩形状のインターコネクタ層６が、短手方向Ｗの中央部かつ長手方向Ｌの中央より下端寄りに設けられている。インターコネクタ層６の全周の縁部は固体電解質層４の両端部上に重なっている。
【００３２】
（セルの各部材の説明）
支持体２は、水素含有ガスを燃料極層３まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ層６を介して集電するために導電性であることが要求される。支持体２は、例えば、鉄族金属成分と無機酸化物からなる。例えば、鉄族金属成分はＮｉ及び／又はＮｉＯであって、無機酸化物は特定の希土類元素酸化物である。
【００３３】
燃料極層３は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニアと称し、部分安定化も含むものとする。）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから設けることができる。この希土類酸化物としては例えばＹ２Ｏ３等が用いられる。
【００３４】
固体電解質層４は、燃料極層３、空気極層５間のイオンの橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、水素含有ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、５〜１５モル％の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２にて設けられる。この希土類元素酸化物としては例えばＹ２Ｏ３等が用いられる。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。
【００３５】
空気極層５は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから設けることができる。例えば、ＡサイトにＳｒとＬａが共存する複合酸化物が好ましい。例としては、ＬａｘＳｒ１−ｘＣｏｙＦｅ１−ｙＯ３、ＬａｘＳｒ１−ｘＭｎＯ３、ＬａｘＳｒ１−ｘＦｅＯ３、ＬａｘＳｒ１−ｘＣｏＯ３等が挙げられる。これらの材料は一般に酸化物イオン伝導性が高い物質として知られている。酸化物イオン伝導性とは、物質中に酸化物イオン空孔を有することにより、当該酸化物イオン空孔を伝って酸化物イオンが移動する特性をいう。なお、ｘは０＜ｘ＜１、ｙは０＜ｙ＜１である。空気極５はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。
【００３６】
インターコネクタ層６は、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）を含んでなる。この材料は、導電性を有し、かつ水素含有ガス及び酸素含有ガス（空気等）と接触しても還元も酸化もされない。また、インターコネクタ層６は支持体２に形成されたガス流路２ａを流通する水素含有ガス、及び支持体２の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好ましい。
【００３７】
なお、導電部材１３から見た場合において、インターコネクタ層６と同程度の大きさの接合材８が、インターコネクタ層６上に設けられている。これにより、電気的及び機械的に導電部材１３とインターコネクタ層６とを接合することができる。また、同様に導電部材１３から見た場合において空気極層５と同程度の大きさの接合材８が、空気極層５上に設けられている。
【００３８】
接合材８は、導電性セラミックス等を用いて構成することができる。導電性セラミックスとしては、空気極層５を構成するものと同様のものを用いることができ、空気極層５と同じ成分により構成すると、空気極層５と接合材８との接合強度が高くなるため好ましい。
【００３９】
ところで、ＬａＣｒＯ３系酸化物（ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物）を含んでなるインターコネクタ層６は酸化物イオン伝導性を有するとともに、該インターコネクタ層６の表面で酸素を酸化物イオンとする特性を有する。そのため、酸化物イオンがインターコネクタ層６を透過し、セル１ａのガス流路２ａ内を流れる水素含有ガスと反応するおそれがある。この場合、発電部にて利用される水素含有ガスの水素濃度が低下し、発電効率が低下するおそれがある。
【００４０】
一方、接合材８が設けられたインターコネクタ層６は、発電によって生成した電流を集電することができる所定の大きさを有している必要がある。
【００４１】
そこで、図２においては、支持体２の第２面ｎ２に、インターコネクタ層６と、該インターコネクタ層６以外を全て覆う第１密閉部７ａとを有するセル１ａにおいて、インターコネクタ層６全体に接合材８を設け、導電部材１３から見た場合において、第１密閉部７ａが露出している領域の面積比率が、支持体２の第２面ｎ２の面積に対して、平面視で４０％〜８０％とされている。さらに好ましくは、第１密閉部７ａが露出している領域の面積比率が５０％〜７０％となっている。なお、以下で面積比率とは、支持体２の第２面ｎ２に対する面積比率を示すものとする。
【００４２】
第１密閉部７ａが露出している領域の面積比率を、４０％以上とすることにより、支持体２内部に透過する酸化物イオンの絶対量を低減でき、発電効率を向上させることができ
る。
【００４３】
一方、第１密閉部７ａが露出している領域の面積比率を８０％以下とすることにより、インターコネクタ層６を設けることができる領域を確保できる。すなわち、発電によって生成した電流を十分に集電することができる。
【００４４】
「第１密閉部７ａ」は、ガスリークを抑制する観点から、緻密質な層で覆われている。第１密閉部７ａである緻密質な層は、酸素がイオン化しにくい材料からなるのが好ましく、例えば、３〜１５モル％の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２からなっていてもよく、また固体電解質層４を第１密閉部７ａとしてもよい。また、第１密閉部７ａは、単一部材からなっていてもよく、複数の部材からなっていてもよく、それぞれの部材の材料又は形状が異なっていてもよい。また、第１密閉部７ａは一部がインターコネクタ層６と支持体２との間に介在していてもよい。
【００４５】
「インターコネクタ層６全体に設けられ」とは、接合材８がインターコネクタ層６全体を覆っていることを意味し、好ましくは接合材８がインターコネクタ層６からはみ出さないことがよい。また、誤差の範囲において、接合材８はインターコネクタ層６の面積より小さくてもよい。
【００４６】
図２に示すセル１ａの第１密閉部７ａは、支持体２の短手方向の端部を含んで支持体２の長手方向に延びる領域（以下、側端領域という。）と、支持体２の長手方向の下端を含んで支持体２の短手方向に延びる領域（以下、下端領域）と、支持体２の長手方向の上端を含んで支持体２の短手方向全長を覆う領域とからなっている。
【００４７】
図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。インターコネクタ層６の上にインターコネクタ層６と同じ面積で接合材８が設けられている。
【００４８】
ここで、支持体２の下端部は、水素含有ガス及び酸素含有ガスの流れ方向の上流側である。すなわち、支持体２の下端部に流れる各ガスの濃度は、支持体２の上端部を流れる各ガスの濃度より高い。このため、支持体２の下端部側における第１密閉部７ａの面積比率が３０％以上であるとよい。なお、「下端部側」とは、支持体２の長手方向における中央から下端までの領域をいう。
【００４９】
これにより、各ガスの濃度が高い領域において第１密閉部７ａを設けることとなるため、支持体内部に酸化物イオンが透過する絶対量をさらに抑制することができる。すなわち、発電効率をさらに向上させることができる。
【００５０】
図４は、他の一例のセル１ｂを、支持体２の第２面ｎ２からの平面視で示す図である。
【００５１】
図４においては、図２に示すセル１ａと比べて、第１密閉部７ａが、側端領域と、該側端領域の上に重ねて設けられた下端領域とからなっている点で異なっている。すなわち第１密閉部７ａが複数の部材で構成されている。なお、図４において破線で囲まれた部分が下端領域である。
【００５２】
ここで、下端領域の面積比率が２５％以上であるとよい。これにより、各ガスの濃度が高い領域において第１密閉部７ａを設けることとなるため、支持体内部に酸化物イオンが進入することをさらに抑制することがで、発電効率をさらに向上させることができる。
【００５３】
なお、図４における下端領域は、支持体２の短手方向の端部に設けられた第１密閉部７ａ１と、支持体２の下端を含み支持体２の短手方向に延びる第１密閉部７ａ２の二つの部
材からなり、それぞれの部材の材料は異なっていてもよい。さらに、支持体２の下端を含む第１密閉部７ａ２は、支持体２の下端部強化の観点から、３〜５モル％のＹ、Ｓｃ、Ｙｂ等の希土類元素の酸化物を含有した部分安定化セラミックスからなることが好ましい。さらに、厚みは３０〜１００μｍとすることが好ましい。
【００５４】
図５に示すセル１ｃの第１密閉部７ａは、側端領域のみからなる。第１密閉部７ａの面積比率は６０％である。
【００５５】
図６は、他の一例のセル１ｄを、支持体２の第２面ｎ２からの平面視で示す図であり、図７は、図６のＢ−Ｂ線断面に相当し、接合材が設けられた状態を示す断面図である。なお、接合材８はインターコネクタ層６と同じ面積で設けられている。
【００５６】
図６においては、図４に示すセル１ｂと比較して、密閉部がインターコネクタ層６以外を覆う第１密閉部７ａと、支持体２の第２面ｎ２側に設けられ、少なくとも一部がインターコネクタ層６上に重なる第１領域（図において斜線で示す領域）を有し、酸化物イオン伝導性がインターコネクタ層６より低い第２密閉部７ｂとを有する点で異なっている。
【００５７】
すなわち、酸化物イオンの透過を抑制することができる第２密閉部７ｂをインターコネクタ層６上に設けることで、第２密閉部７ｂの上に酸化物イオン伝導性を有する接合材８を設けても、酸化物イオンがインターコネクタ層６を透過することを抑制できる。それゆえ、インターコネクタ層６自体の面積を大きくすることができ、酸化物イオンの透過を抑制するとともに、集電性能を向上することができる。
【００５８】
ちなみに、接合材８を第２密閉部上に設けた場合には、接合材８と導電部材１３との接合面積を大きくできるため集電性能及び接合強度を向上することができる。
【００５９】
そして、このようなセル１ｄを導電部材１３から見た場合において、第１密閉部７ａが露出している領域と、第２密閉部７ｂが設けられている領域とからなる密閉領域の面積比率が、平面視で４０％〜８０％とされている。これにより、支持体２内部に透過する酸化物イオンの絶対量を低減できるとともに、発電によって生成した電流を十分に集電することができる。さらに好ましくは、密閉領域の面積比率が、５０％〜７０％となっている。
【００６０】
ここで、「第２密閉部７ｂ」は、酸化物イオン伝導性がインターコネクタ層６より低い材料からなる。酸化物イオン伝導性がインターコネクタ層６より低い材料として周期律表第２族元素のうち少なくとも１種を含むケイ酸塩を主成分として含有していてもよい。例えば、周期律表第２族元素としてＭｇを含有するフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ステアタイト（ＭｇＳｉＯ３）、アケルマナイト（Ｃａ２ＭｇＳｉＯ７）、ディオプサイト（Ｃａ２ＭｇＳｉＯ６）や、周期律表第２族元素としてＣａを含有するワラストナイト（ＣａＳｉＯ３）、アノーサイト（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）、ゲーレナイト（Ｃａ２Ａｌ２ＳｉＯ７）、周期律表第２族元素としてＢａを含有するセルシアン（ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）等を例示することができ、セル１ａを構成する各構成との熱膨張係数等を考慮して適宜選択して用いることが好ましい。特には、燃料極層３や固体電解質層４の熱膨張係数を考慮して、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ステアタイト（ＭｇＳｉＯ３）およびワラストナイト（ＣａＳｉＯ３）のいずれか一種を用いることが好ましく、特にはフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）を用いることが好ましい。また、第２密閉部７ｂの材料として、Ｂａ系、Ｓｉ系、Ｂ系等のガラスを使用してもよい。特に、結晶化ガラスであることが望ましい。なお、酸化物イオン伝導性は後述する方法により評価することができる。
【００６１】
ここで、第１密閉部７ａと第２密閉部７ｂとで、支持体２からのガスリークを抑制する
ことから、第２密閉部７ｂは緻密質であることが好ましい。なお、第２密閉部７ｂは単一の部材、もしくは複数の部材からなっていてもよく、それぞれの部材の材料又は形状が異なっていてもよい。
【００６２】
なお、図６に示すセル１ｄでは、第２密閉部７ｂは、上端部側と下端部側の両方に設けられており、その形状が異なっている例を示している。
【００６３】
また、「インターコネクタ層６のうち、第１領域を除く第２領域の全体に」とは、接合材８が第２領域の全体を覆っており、好ましくは接合材８が第２領域からはみ出ないように設けられることがよい。なお、誤差の範囲において、接合材８は第２領域の面積より小さくてもよい。
【００６４】
また、「第２領域の全体及び第２密閉部７ｂの少なくとも一部の上方に」とは、接合材８が第２領域の全体及び第２密閉部７ｂの少なくとも一部の上方に設けられており、好ましくは接合材８が第１密閉部７ｂにはみ出さないように設けられることがよい。これから分かるように、接合材８はインターコネクタ層６からはみ出し、第２密閉部７ｂを覆っている部分が存在してもよい。
【００６５】
ここで、支持体２の下端部側における密閉領域の面積比率が、支持体２の第２面ｎ２の面積に対して３０％以上となっているとよい。これにより、各ガスの濃度が高い領域において密閉領域を設けることとなるため、支持体２内部に酸化物イオンが透過する絶対量をさらに抑制することができる。発電効率をさらに向上させることができる。
【００６６】
図８は、他の一例のセル１ｅを、支持体２の第２面ｎ２からの平面視で示した図である。図９は、図８のセル１ｅのＣ−Ｃ線断面図の一部を拡大した図である。
【００６７】
図８においては、密閉領域が、支持体２の第２面ｎ２の長手方向の下端を含んで支持体２の第２面ｎ２の短手方向全長を覆う領域（以下、下端密閉領域という。）を有し、該領域の面積比率が、支持体２の第２面ｎ２の面積に対して２５％以上であるとよい。なお、図８において破線で囲まれた部分が下端密閉領域である。これにより、各ガスの濃度が高い領域において、支持体内部に酸化物イオンが透過する絶対量をさらに抑制することができ、発電効率をさらに向上させることができる。
【００６８】
図８及び図９のセル１ｅにおける下端密閉領域は、セル１ｅの短手方向の端部を含みセル１ｅの長手方向に延びる第１密閉部７ａ１が露出した領域と、セル１ｅの下端を含みセル１ｅの短手方向に延びる第１密閉部７ａ２が露出した領域と、インターコネクタ層６の下端部の表面を覆う第２密閉部７ｂからなる。なお、図９に示すように、セル１ｅの下端を含みセル１ｅの短手方向に延びる第１密閉部７ａの一部はインターコネクタ層６と支持体２の間に介在している。これにより、支持体２の下端部の強度の向上を図ることができる。
【００６９】
なお、第２密閉部７ｂの形状は限定されるものではない。例えば、支持体２の第２面ｎ２の平面視で、支持体２の長手方向全長を覆う形状であってもよい。また、支持体２の第２面ｎ２の平面視で、環状を形成するように第２密閉部７ｂを設けてもよい。
【００７０】
また、従来、ＬａＣｒＯ３系酸化物からなるインターコネクタ層６は還元雰囲気に曝されると膨張し、また、Ｎｉを含有してなる多孔質の導電性の支持体２は、インターコネクタ層６からの元素拡散により、還元雰囲気に曝されると膨張しようとする。このようなセル１の下端部をガラス等からなるシール材で接合すると、シール剤が存在しない部分では、インターコネクタ層６が還元雰囲気に曝されることにより還元膨張しようとする一方で
、シール剤による接合部分ではシール剤でインターコネクタ層６の還元膨張が抑えられるため、その境界部分（セル１下端部）における応力が大きく、クラックが発生するおそれがあった。
【００７１】
そのため、シール材で接合される支持体２の下端部を除いて、インターコネクタ層６を設けることができる。すなわち、第１領域は、シール材で接合される支持体２の下端部を除いて設けることができる。これにより、セル１下端部における応力を低減でき、クラック発生を抑制できる。
【００７２】
（反応水素量の評価試験方法）
セル１の発電部における電極反応以外の反応に利用された水素量を評価する方法を説明する。
【００７３】
７００℃の環境下で、インターコネクタ層６上に接合材８が設けられた１つのセル１の内部に水素ガスを流入させると同時に当該セル１の外表面に酸素含有ガスを流し、流出した水素ガスを回収し、該水素ガスに含有される水の量を測定する。
【００７４】
当該方法によれば、発生した水の量から逆算して電極反応以外の反応に利用された水素量算できる。なお、電極反応を生じさせないようにするため、当該方法を実行するにあたり、セル１に電流を印加しない点に留意する。
【００７５】
（酸化物イオン伝導性の評価試験方法）
第２面の表面に設けられたインターコネクタ層と、当該インターコネクタ層の表面に設けられた接合材を備える基準セルを用意する。さらに、第２面の表面に設けられ評価対象物質から成る対象層と、当該対象層の表面に接合材８がそれぞれ設けられた評価対象セルを用意する。基準セルにおけるインターコネクタ層と評価対象セルにおける対象層の面積比率、緻密度、厚みを統一する点に留意する。
【００７６】
次いで、基準セル及び評価対象セルのそれぞれにつき上述した反応水素量の評価試験を行う。基準セルから回収された水の量より、評価対象セルから回収された水の量が少ない場合には、評価対象セルにおける対象層を構成する評価対象物質は、インターコネクタ層のイオン伝導性より低いと評価することができる。
【００７７】
（製造方法）
上述した図６の実施形態のセルスタック１２におけるセル１の作製方法の一例について説明する。
【００７８】
先ず、例えば、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末と、Ｙ２Ｏ３などの希土類酸化物の粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して坏土を調製し、この坏土を用いて押出成形により支持体成形体を作製し、これを乾燥する。なお、支持体成形体として、支持体成形体を９００〜１０００℃にて２〜６時間仮焼した仮焼体を用いてもよい。
【００７９】
次に、例えば所定の調合組成に従い、ＮｉＯと、Ｙ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２（ＹＳＺ）との素原料を秤量、混合する。この後、混合した粉体に、有機バインダー及び溶媒を混合して燃料極層用スラリーを調製する。
【００８０】
そして、希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２粉末に、トルエン、バインダー粉末（下記、ＺｒＯ２粉末に付着させるバインダー粉末よりも高分子、例えばアクリル系樹脂）、市販の分散剤等を加えてスラリー化したものをドクターブレード等の方法により、成形してシート状の固体電解質層成形体を作製する。
【００８１】
得られたシート状の固体電解質層成形体上に燃料極層用スラリーを塗布し乾燥して燃料極層成形体を形成し、シート状の積層成形体を形成する。この燃料極層成形体及び固体電解質層成形体が積層したシート状の積層成形体の燃料極層成形体側の面を支持体成形体に積層し、成形体を形成する。次いで、上記の積層成形体を８００〜１２００℃で２〜６時間仮焼する。
【００８２】
続いて、インターコネクタ層材料（例えば、ＬａＣｒＭｇＯ３系酸化物粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを作製する。
【００８３】
この後、固体電解質層成形体（仮焼体）の両端部上に、インターコネクタ層用成形体の両端部が積層されるように、固体電解質層成形体の両端部上に、インターコネクタ層用スラリーを塗布し、積層成形体を作製する。
【００８４】
次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、酸素含有雰囲気中、１４００〜１４５０℃にて２〜６時間、同時焼結（同時焼成）する。
【００８５】
続いて、周期律表第２族元素のうち少なくとも１種を含んでなるケイ酸塩（例えば、フォルステライト等）９５ｗｔ％以上と、ガラス成分と、溶媒等とを含有する溶液に、セルの上部を浸漬し、乾燥し、セル上部側の第２密閉部成形体を作製する。なお、浸漬時間は第２密閉部が目的とする厚みとなるように適宜設定することができる。また、セル上部側の第２密閉部成形体と同様の原料の溶液をセル下部側に図６に示す形状で塗布する。次いで、セルの上部側及び下部側の第２密閉部成形体を１２００℃〜１４００℃焼結してセルの上部側及び下部側の第２密閉部を作製する。
【００８６】
さらに、空気極層用材料（例えば、ＬａＣｏＯ３系酸化物粉末）、溶媒及び増孔剤を
含有するスラリーをディッピング等により固体電解質層上に塗布し、１０００〜１３００℃で、２〜６時間焼き付けることにより、図６に示す構造の本実施形態のセル１ｄを製造できる。
【００８７】
（モジュール）
次に、上述したセルスタック装置１１を収納容器１９内に収納してなるモジュール１８について図１０を用いて説明する。
【００８８】
図１０に示すモジュール１８は、セル１にて使用する水素含有ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して水素含有ガスを生成するための改質器２０をセルスタック１２の上方に配置している。そして、改質器２０で生成された水素含有ガスは、ガス流通管２１を介してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６を介してセル１の内部に設けられたガス流路（図示せず）に供給される。
【００８９】
なお、図１０においては、収納容器１９の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置１１及び改質器２０を後方に取り出した状態を示している。
【００９０】
このようなモジュール１８においては、発電効率が向上したセルスタック装置１１を収納してなることから、発電効率が向上したモジュール１８とすることができる。
【００９１】
（モジュール収容装置）
次に、上述したモジュール１８と、モジュール１８を作動させるための補機（不図示）とを外装ケースに収納してなるモジュール収容装置２３について図１１を用いて説明する。
【００９２】
図１１に示すモジュール収容装置２３は、支柱２４と外装板２５から構成される外装ケース内を仕切板２６により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール１８を収納するモジュール収納室２７とし、下方側をモジュール１８を作動させるための補機を収納する補機収納室２８として構成されている。
【００９３】
また、仕切板２６には、補機収納室２８の空気をモジュール収納室２７側に流すための空気流通口２９が設けられており、モジュール収納室２７を構成する外装板２５の一部に、モジュール収納室２７内の空気を排気するための排気口３０が設けられている。
【００９４】
このようなモジュール収容装置では、発電効率が向上したセルスタック装置１１を備えるモジュール１８を収納してなることから、発電効率が向上したモジュール収容装置２３とすることができる。
【００９５】
以上、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。例えば、燃料極層を兼ねる支持体であってもよい。
【００９６】
また、上記形態ではセル、これを用いたセルスタック装置、燃料電池モジュール及び燃料電池装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気（水）を電気分解することにより、水素と酸素（Ｏ２）を生成する電解セル（ＳＯＥＣ）及びこれを備える電解セルスタック装置、電解モジュール及び電解装置にも適用することができる。
【実施例】
【００９７】
＜実施例１＞
（試料の作製）
支持体の第２面の第１密閉部の面積比率がそれぞれ異なる図５に係る実施形態の接合材が設けられたセルを８個作製した。具体的には以下の方法で作製した。
【００９８】
先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．９μｍのＹ２Ｏ３粉末を混合し、有機バインダーと溶媒にて作製した坏土を押出成形法にて成形し、乾燥、脱脂して導電性の支持体成形体を作製した。次に、８ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３が固溶した粒径が０．８μｍのＺｒＯ２粉末（固体電解質層原料粉末）に、バインダー粉末と溶媒とを混合して得られたスラリーを用いて、ドクターブレード法にて所定形状の固体電解質層用シートを作製した。次に平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末とＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２粉末と有機バインダーと溶媒とを混合した燃料極層用スラリーを作製し、固体電解質層用シート上にスクリーン印刷法にて塗布し乾燥して所定形状の燃料極層成形体を形成した。固体電解質層用シートに燃料極層成形体を形成した所定形状の積層成形体を、その燃料極層成形体側の面を内側にして支持体成形体における第２面の側端及び第１面を覆うように積層した。続いて、上記のような成形体を積層した積層成形体を１０００℃にて３時間仮焼処理した。続いて、平均粒径０．７μｍのＬａ（Ｍｇ０．３Ｃｒ０．７）０．９６Ｏ３と、有機バインダーと溶媒とを混合したインターコネクタ層用スラリーを作製した。調整したインターコネクタ層用スラリーを、支持体の燃料極層（及び固体電解質層）が形成されていない部位（支持体が露出した部位）に塗布した。次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、酸素含有雰囲気中で１４５０℃にて２時間同時焼成した。次に、平均粒径２μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３粉末と、溶媒とからなる混合液を作製し、固体電解質上面に噴霧塗布し、空気極層成形体を形成し、１１００℃にて４時間で焼き付け、空気極層を形成し、セルを作製した。なお、本実施例におけるセルの第１密閉部は、第２面の側端に設けられた固体電解質層により構成されている。すなわち、第１密閉部は
側端領域からなる。そして、各試料の第１密閉部の面積比率の調整は、側端領域の短手方向の長さを調整することにより行った。
【００９９】
さらに、接合材を構成するペーストを、溶媒を１６質量％、有機バインダを４質量％、造孔材を３質量％、残部がＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３粉末とを添加して作製した。そして、セルのインターコネクタ層表面に、接合材を構成するペーストを塗布し、１２０℃で５時間乾燥し、１０００℃で２時間熱処理することで、セルに接合材を設けた。
【０１００】
（含有水分量測定方法）
水素ガスを導入するためのガス導入口を有する下端封止材でセルの下端を封止した。また、排ガスを導出するためのガス導出口を有する上端封止材でセルの上端を封止した。次いで、７００℃の環境下で、１時間、下端封止材のガス導入口にバブリングした水素を導入した。同時に、セルの下端から上端に向かって、セルの外周に酸素含有ガス（空気）を流した。上端封止材のガス導出口から導出された排ガスを回収し、回収した排ガスをチラーにより冷却した。冷却温度は０℃とした。冷却によって液体化した水を回収し、重量を測定した。
【０１０１】
【表１】
2017182909.tif 000003
【０１０２】
（測定結果）
第１密閉部の面積比率が２０％である試料Ｎｏ．１および３０％である試料Ｎｏ．２の回収された水の量は、それぞれ、０．７９ｇ／ｈ、０．６７ｇ／ｈと多いのに対し、第１密閉部の面積比率が４０％以上である試料Ｎｏ３〜８の回収された水の量は、０．５２ｇ／ｈ以下であった。
【０１０３】
＜実施例２＞
（試料の作製）
支持体の第２面の第１密閉部の面積比率がそれぞれ異なる図５に係る実施形態の接合材が設けられたセルを用いてセルスタック装置を８個作製した。具体的には以下の方法で作製した。
【０１０４】
実施例１と同様の方法によりセルを作製した。この後、導電部材の表面に、スパッタリング法により、ＺｎＯからなる被覆層を形成した。接合材を構成するペーストを、溶媒を１６質量％、有機バインダを４質量％、造孔材を３質量％、残部がＬａ０．６Ｓｒ０．４
Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３粉末とを添加して作製した。
【０１０５】
そして、６本のセルの空気極層表面及びインターコネクタ層表面に、接合材を構成するペーストを塗布し、セルと導電部材とを交互に積層し、１２０℃で５時間乾燥し、１０００℃で２時間熱処理してセルスタックを作製した。なお、セルの配列方向の端部には、平板部と、電流引出部有する端部導電部材を設けた。
【０１０６】
この後、図１に示したように、導電部材を介して電気的に接続したセルスタックの下端部を、ガスタンクの開口部内に挿入し、シール材で接合固定することによりセルスタック装置を作製した。
【０１０７】
（セル平均電圧測定方法）
７００℃の環境下で、作製したセルスタック装置のセル内部に水素含有ガスを流し、同時にセルの外表面に空気を流した。さらに、当該セルスタック装置のセルにおける空気極層と接合する端部導電部材に０．３７（Ａ／ｃｍ２）の電流を流し、インターコネクタ層と接合する端部導電部材の電流引出部から電流を引きだした。この場合のセル一本における平均電圧を測定した。
【０１０８】
【表２】
2017182909.tif 000004
【０１０９】
（測定結果）
第１密閉部の面積比率が８０％である試料Ｎｏ．７のセル１本における平均電圧は、７６０ｍＶであったのに対し、第１密閉部の面積比率が９０％である試料Ｎｏ．８のセル一本における平均電圧は、６９０ｍＶと低くなった。
【０１１０】
＜実施例３＞
（試料の作製）
支持体の下端部側における第１密閉部の面積比率がそれぞれ異なり、接合材が設けられたセルを５個作製した。作製方法は実施例１と同様とした。なお、各セルの第１密閉部の面積比率は６０％であった。そして、支持体の上端部側における側端領域と、支持体の下端部側における側端領域との短手方向の長さを調整することにより、各試料の支持体の下端部側における第１密閉部の面積比率の調整を行った。
【０１１１】
（含有水分量測定方法）
上述する実施例１と同様の方法で測定した。
【０１１２】
【表３】
2017182909.tif 000005
【０１１３】
（測定結果）
下端部側の第１密閉部の面積比率が１０％である試料Ｎｏ．１および２０％である試料Ｎｏ．２の回収された水の量は、それぞれ０．４３ｇ／ｈ、０．３７ｇ/ｈであったのに
対し、下端部側の第１密閉部の面積比率が３０％以上である試料Ｎｏ３〜５の回収された水の量は、０．２９ｇ／ｈ以下と少なくなっていた。
【０１１４】
＜実施例４＞
（試料の作製）
第１密閉部の下端領域が面積比率がそれぞれ異なり、接合材が設けられたセルを５個作製した。作製方法は実施例１と同様とした。なお、各セルの第１密閉部の面積比率は６０％であり、下端部側の第１密閉部の面積は３０％であった。そして、支持体の下端部側における側端領域の短手方向の長さを調整することにより、各試料の支持体の下端領域の面積比率の調整を行った。
【０１１５】
（含有水分量測定方法）
上述する実施例１と同様の方法で測定した。
【０１１６】
【表４】
2017182909.tif 000006
【０１１７】
（測定結果）
下端領域の面積比率が０％である試料Ｎｏ．１、１５％である試料Ｎｏ．２および２０％である試料Ｎｏ．３の回収された水の量は、それぞれ０．２９ｇ／ｈ、０．２４ｇ／ｈ、０．２１ｇ／ｈであったのに対し、下端領域の面積比率が２５％以上である試料Ｎｏ４及び５の回収された水の量は、０．１６ｇ／ｈ以下と少なくなっていた。
【符号の説明】
【０１１８】
１：セル
２：支持体
２ａ:ガス流路
３：燃料極層
４：固体電解質層
５：空気極層
６：インターコネクタ層
７ａ：第１密閉部
７ｂ：第２密閉部
８：接合材
１１：セルスタック装置
１２：セルスタック
１３：導電部材
１４：端部導電部材
１６：マニホールド
【図１】
2017182909.tif 000007
【図２】
2017182909.tif 000008
【図３】
2017182909.tif 000009
【図４】
2017182909.tif 000010
【図５】
2017182909.tif 000011
【図６】
2017182909.tif 000012
【図７】
2017182909.tif 000013
【図８】
2017182909.tif 000014
【図９】
2017182909.tif 000015
【図１０】
2017182909.tif 000016
【図１１】
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