(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料極や基体の体積膨張に起因した損傷発生を抑制可能な燃料電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】燃料極１０９、空気極１１３および固体電解質１１１をそれぞれ含む複数のセル１０５と、セル１０５間を電気的に接続する少なくとも一つのインターコネクタ１０７と、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分を覆うように、該重なり部分に対して燃料極１０９側又は空気極１１３側に設けられた緻密膜１２０と、を備える燃料電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極、空気極および固体電解質をそれぞれ含む複数のセルと、
前記セル間を電気的に接続する少なくとも一つのインターコネクタと、
前記インターコネクタ及び前記固体電解質の重なり部分を覆うように、該重なり部分に対して前記燃料極側又は前記空気極側に設けられた緻密膜と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料極または前記複数のセルを支持する基体の少なくとも一方は、Ｎｉを含有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記緻密膜は、１０％以下の気孔率を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記空気極と前記燃料極とが前記固体電解質又は前記インターコネクタを挟んで対向する領域への前記緻密膜のはみ出し面積Ｓは、前記緻密膜が形成されている領域の総面積をＳｔｏｔａｌとしたとき、Ｓ／Ｓｔｏｔａｌ≦０．５の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記緻密膜は、前記インターコネクタの主成分である材料、ジルコニア、又は、アルミナの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記緻密膜は、酸化状態に比べて還元状態において融点が低くなる第１材料を含み、
前記緻密膜は、前記重なり部分を覆うように該重なり部分に対して前記空気極側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１材料は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物であることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記緻密膜は、還元状態に比べて酸化状態において融点が低くなる第２材料を含み、
前記緻密膜は、前記重なり部分を覆うように該重なり部分に対して前記燃料極側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第２材料は、酸化バナジウムであることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
燃料極、空気極および固体電解質をそれぞれ含む複数のセルを形成するステップと、
隣接する前記セル間を電気的に接続する少なくとも一つのインターコネクタを形成するステップと、
前記インターコネクタ及び前記固体電解質の重なり部分を覆うように、該重なり部分に対して前記燃料極側又は前記空気極側に緻密膜を形成するステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。
【請求項１１】
前記燃料極又は前記空気極の一方を成膜し、
前記燃料極又は前記空気極の前記一方の上に前記固体電解質及び前記インターコネクタを成膜し、該固体電解質及び前記インターコネクタを一体焼成した後、
前記緻密膜を形成する
ことを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１２】
前記緻密膜を形成するステップでは、
前記緻密膜の構成材料を塗布した後、
前記燃料極又は前記空気極とともに前記緻密膜を焼成する
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料極、空気極および電解質を含む複数のセルをインターコネクタにより電気的に接続した燃料電池が知られている。
例えば、特許文献１〜６には、基体上に複数のセルが特定方向に沿って配列され、隣接するセル間をインターコネクタで接続した横縞型の燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３６８８５０号明細書
【特許文献２】特開２０１１−１８１４１２号公報
【特許文献３】特開平４−３５５０５８号公報
【特許文献４】特開平７−１１４９３２号公報
【特許文献５】特開平１０−７９２５９号公報
【特許文献６】実開平６−７７１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池では、電解質およびインターコネクタは緻密膜として形成されており、空気極側のガスと燃料極側のガスとを分離している。しかし、電解質およびインターコネクタの重なり部分において、例えば電解質とインターコネクタの一体焼結時における収縮差に起因して欠陥が生じることがある。仮に、電解質やインターコネクタに欠陥が存在すると、燃料電池セルのガス分離性が損なわれる。電解質やインターコネクタの欠陥を介して燃料極側に酸素が漏洩すると、燃料極や基体を構成する材料の酸化に起因して体積膨張が起こることがある。燃料極や基体の体積膨張は、燃料電池セルの損傷の原因となり得る。
この点、特許文献１〜６には、電解質とインターコネクタの重なり部分における欠陥に起因した燃料電池セルの損傷を抑制するための具体的構成が開示されていない。
【０００５】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態の目的は、燃料極や基体の体積膨張に起因した損傷発生を抑制可能な燃料電池及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る燃料電池は、
燃料極、空気極および固体電解質をそれぞれ含む複数のセルと、
前記セル間を電気的に接続する少なくとも一つのインターコネクタと、
前記インターコネクタ及び前記固体電解質の重なり部分を覆うように、該重なり部分に対して前記燃料極側又は前記空気極側に設けられた緻密膜と、
を備える。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、仮にインターコネクタ及び固体電解質の重なり部分に欠陥が生じても、重なり部分に対して燃料極側又は空気極側に設けた緻密膜によって、重なり部分の欠陥を介した燃料極側への酸素の漏洩を阻止できる。これにより、燃料極や基体を構成する材料の酸化に起因した体積膨張を抑制し、燃料電池セルの信頼性を高めることができる。
また、緻密膜の形成により、燃料電池の強度が増加し、燃料極又は基体の体積膨張に起因して発生する応力に対する尤度が増加することによっても、燃料電池セルの信頼性を高めることができる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記燃料極または前記複数のセルを支持する基体の少なくとも一方は、Ｎｉを含有する。
【０００９】
上記（２）の構成のように、基体又は燃料極の少なくとも一方がＮｉを含有する場合、空気極側からの酸素の漏洩が発生すると、Ｎｉを含む基体又は燃料極の酸化に伴う体積膨張によって燃料電池セルの損傷に至る可能性がある。
この点、上記（１）で述べたように、欠陥が生じやすいインターコネクタ及び固体電解質の重なり部分を覆うように緻密膜を設けることで、基体又は燃料極がＮｉを含有する場合であっても、信頼性が高い燃料電池セルを実現できる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記緻密膜は、１０％以下の気孔率を有する。
なお、本明細書において、ある部材の「気孔率」とは、当該部材の全体積に占める気孔体積の割合を意味する。
【００１１】
上記（３）の構成によれば、インターコネクタ及び前記固体電解質の重なり部分を覆う緻密膜の気孔率を１０％以下にすることで、仮にインターコネクタ及び固体電解質の重なり部分に欠陥が生じても、欠陥を介した燃料極側への酸素の漏洩を効果的に阻止することができる。よって、燃料極や基体を構成する材料の酸化に起因した体積膨張を効果的に抑制し、燃料電池セルの信頼性をより一層高めることができる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記空気極と前記燃料極とが前記固体電解質又は前記インターコネクタを挟んで対向する領域への前記緻密膜のはみ出し面積Ｓは、前記緻密膜が形成されている領域の総面積をＳｔｏｔａｌとしたとき、Ｓ／Ｓｔｏｔａｌ≦０．５の関係を満たす。
【００１３】
燃料電池における反応は次のようにして起こる。燃料電池の運転時に空気極側に供給される酸素含有ガス（例えば空気）が、空気極と固体電解質との界面において解離して、酸素イオンが生成される。固体電解質中を空気極側から燃料極側に向かって移動した酸素イオンは、燃料極と固体電解質との界面において燃料（例えば水素や一酸化炭素）と反応する。このように、固体電解質が酸素イオンを燃料極側に移動させることで、固体電解質と燃料極との界面における反応が実現されるようになっている。
上記（４）の構成によれば、空気極と燃料極とが固体電解質又はインターコネクタを挟んで対向する領域への緻密膜のはみ出し率（Ｓ／Ｓｔｏｔａｌ）を０．５以下としたので、緻密膜が電子及び酸素イオンの移動の妨げとなりにくい。よって、緻密膜に起因した燃料電池の発電性能低下を抑制しつつ、緻密膜によって、インターコネクタと固体電解質との重なり部分における欠陥を介した酸素の漏洩を抑制し、燃料電池セルの信頼性を確保することができる。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記緻密膜は、前記インターコネクタの主成分である材料、ジルコニア、又は、アルミナの少なくとも一つを含む。
【００１５】
上記（５）の構成によれば、耐熱性や、燃料電池セル内における安定性（周辺材と反応性なし）や、緻密性に優れた緻密膜を実現することができ、燃料電池セルの信頼性をより一層高めることができる。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記緻密膜は、酸化状態に比べて還元状態において融点が低くなる第１材料を含み、
前記緻密膜は、前記重なり部分を覆うように該重なり部分に対して前記空気極側に設けられる。
【００１７】
固体電解質又はインターコネクタに欠陥が存在すると、当該欠陥を介して空気極側に供給される燃料と酸素とが反応し、欠陥近傍において局所的に温度が上昇する。また、上記（６）の構成では、固体電解質とインターコネクタとの重なり部分を覆うように空気極側に第１材料を含む緻密膜が設けられており、該欠陥の存在により燃料雰囲気下（還元条件下）に曝された空気極側の緻密膜は、第１材料の特性により融点が低下する。このため、欠陥近傍における局所的な温度上昇と、緻密膜を構成する第１材料の融点低下とがあいまって、固体電解質又はインターコネクタの欠陥の近傍において、第１材料が軟化又は溶融し、第１材料によってガスのリーク経路を閉塞することができる。固体電解質又はインターコネクタの欠陥が閉塞されると、燃料と酸素との反応が抑制されるために温度が低下し、第１材料は固体に戻る。こうして、固体電解質又はインターコネクタの欠陥を自動的に修復可能となり、燃料電池セルの自己修復機能を実現することができる。
【００１８】
（７）一実施形態では、上記（６）の構成において、
前記第１材料は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物である。
【００１９】
上記（７）の構成によれば、酸化状態では融点１４００℃以上であるが還元状態において融点が１１００℃程度（最低１０８６℃）となる性質を有するＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物を第１材料として用いることで、固体電解質又はインターコネクタの欠陥を効果的に修復できる。
すなわち、固体電解質又はインターコネクタの欠陥の存在により第１材料（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物）が燃料雰囲気下（還元条件下）に曝されると、融点が１１００℃程度（最低１０８６℃）まで低下する。燃料電池の通常運転温度が９００℃程度であっても、欠陥近傍における局所的な温度上昇により、第１材料（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物）の還元状態における融点に欠陥近傍の温度が到達することが考えられる。欠陥近傍の温度が第１材料の還元状態における融点を超えると、第１材料が溶融し、ガスのリーク経路（欠陥）が閉塞される。固体電解質又はインターコネクタの欠陥が閉塞されると、燃料と酸素との反応が抑制されるために温度が低下し、第１材料は固体に戻る。この過程で、第１材料の溶融物が液相焼結により固化されるので、第１材料は非常に緻密なガスタイト層となり、ガスのリーク経路（欠陥）が効果的に閉塞される。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記緻密膜は、還元状態に比べて酸化状態において融点が低くなる第２材料を含み、
前記緻密膜は、前記重なり部分を覆うように該重なり部分に対して前記燃料極側に設けられる。
【００２１】
上記（８）の構成によれば、固体電解質又はインターコネクタの表面を覆うように燃料極側に第２材料を含む緻密膜が設けられており、該欠陥の存在により酸化雰囲気下に曝された燃料極側の緻密膜は、第２材料の特性により融点が低下する。このため、欠陥近傍における局所的な温度上昇と、緻密膜を構成する第２材料の融点低下とがあいまって、固体電解質又はインターコネクタの欠陥の近傍において、第２材料が軟化又は溶融し、第２材料によってガスのリーク経路を閉塞することができる。固体電解質又はインターコネクタの欠陥が閉塞されると、燃料と酸素との反応が抑制されるために温度が低下し、第２材料は固体に戻る。こうして、固体電解質又はインターコネクタの欠陥を自動的に修復可能となり、燃料電池セルの自己修復機能を実現することができる。
【００２２】
（９）一実施形態では、上記（８）の構成において、
前記第２材料は、酸化バナジウムである。
【００２３】
上記（９）の構成によれば、還元状態（Ｖ２Ｏ４）において融点が約１４５０℃であるが酸化状態（Ｖ２Ｏ５）となると融点が６８０℃程度となる性質を有する酸化バナジウムを第２材料として用いることで、固体電解質又はインターコネクタの欠陥を効果的に修復できる。
すなわち、固体電解質又はインターコネクタの欠陥の存在により第２材料（酸化バナジウム）が酸化条件下に曝されると、融点が６８０℃程度まで低下する。こうして、欠陥近傍の温度が第２材料の酸化状態における融点を超えると、第２材料が溶融し、ガスのリーク経路（欠陥）が閉塞される。固体電解質又はインターコネクタの欠陥が閉塞されると、燃料と酸素との反応が抑制されるために温度が低下し、第２材料は固体に戻る。この過程で、第２材料の溶融物が液相焼結により固化されるので、第２材料は非常に緻密なガスタイト層となり、ガスのリーク経路（欠陥）が効果的に閉塞される。
【００２４】
（１０）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る燃料電池の製造方法は、
燃料極、空気極および固体電解質をそれぞれ含む複数のセルを形成するステップと、
隣接する前記セル間を電気的に接続する少なくとも一つのインターコネクタを形成するステップと、
前記インターコネクタ及び前記固体電解質の重なり部分を覆うように、該重なり部分に対して前記燃料極側又は前記空気極側に緻密膜を形成するステップと、
を備える。
【００２５】
上記（１０）の方法によれば、インターコネクタと固体電解質の重なり部分を覆う緻密膜を該重なり部分に対して燃料極側又は空気極側に設けるため、信頼性が高い燃料電池を得ることができる。
すなわち、上記（１０）の方法により得られた燃料電池では、仮にインターコネクタ及び固体電解質の重なり部分に欠陥が生じても、重なり部分に対して燃料極側又は空気極側に設けた緻密膜によって、重なり部分の欠陥を介した燃料極側への酸素の漏洩を阻止できる。これにより、燃料極や基体を構成する材料の酸化に起因した体積膨張を抑制し、燃料電池セルの信頼性を高めることができる。また、緻密膜の形成により、燃料電池の強度が増加し、燃料極又は基体の体積膨張に起因して発生する応力に対する尤度が増加することによっても、燃料電池セルの信頼性が向上する。
【００２６】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の方法において、
前記燃料極又は前記空気極の一方を成膜し、
前記燃料極又は前記空気極の前記一方の上に前記固体電解質及び前記インターコネクタを成膜し、該固体電解質及び前記インターコネクタを一体焼成した後、
前記緻密膜を形成する。
【００２７】
上記（１１）の方法によれば、固体電解質及びインターコネクタを一体焼成時に収縮差に起因して重なり部分に欠陥が生じても、当該重なり部分を覆うように緻密膜を後から形成することで、燃料電池の信頼性を効果的に向上させることができる。
また、固体電解質とインターコネクタの一体焼成後に緻密膜を形成することで、一体焼成時における収縮率の制約が存在しないため、緻密膜の膜厚の設定自由度が向上する。
【００２８】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１０）又は（１１）の方法において、
前記緻密膜を形成するステップでは、
前記緻密膜の構成材料を塗布した後、
前記燃料極又は前記空気極とともに前記緻密膜を焼成する。
【００２９】
上記（１２）の方法によれば、燃料極又は空気極とともに緻密膜を焼成するようにしたので、緻密膜の形成のための工程の増加を抑制できる。これにより、製造コストの増加を抑制しながら、緻密膜の形成により信頼性が向上した燃料電池を得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、仮にインターコネクタ及び固体電解質の重なり部分に欠陥が生じても、重なり部分に対して燃料極側又は空気極側に設けた緻密膜によって、重なり部分の欠陥を介した燃料極側への酸素の漏洩を阻止できる。これにより、燃料極や基体を構成する材料の酸化に起因した体積膨張を抑制し、燃料電池セルの信頼性を高めることができる。
また、緻密膜の形成により、燃料電池の強度が増加し、燃料極又は基体の体積膨張に起因して発生する応力に対する尤度が増加することによっても、燃料電池セルの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】一実施形態に係る燃料電池の断面図である。
【図２】基体のＮｉが再酸化された様子を示す図である。
【図３】緻密膜の形成範囲の一例を説明するための図である。
【図４】一実施形態に係る欠陥修復機能を有する機能膜を緻密膜として用いた構成を示す断面図である。
【図５】図４に示す機能膜の構成材料の一例としてのＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系化合物の酸化状態における三元系状態図である。
【図６】図４に示す機能膜の構成材料の一例としてのＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系化合物の還元状態における三元系状態図である。
【図７】他の実施形態に係る欠陥修復機能を有する機能膜を緻密膜として用いた構成を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る燃料電池の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】一実施形態に係る燃料電池の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３３】
図１は、一実施形態に係る燃料電池１００の断面図である。
図１に示すように、幾つかの実施形態では、燃料電池１００は、基体１０３と、基体１０３上に設けられた複数のセル（燃料電池セル）１０５と、隣り合うセル１０５間を電気的に接続するインターコネクタ１０７と、を備える。
【００３４】
基体１０３は、円筒形状の基体管であってもよいし、平板形状の基体板であってもよい。
基体１０３は、多孔質材により構成されていてもよい。基体１０３の材料としては、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４を挙げることができる。
【００３５】
基体１０３上に形成される各々のセル１０５は、燃料極１０９、空気極１１３および固体電解質１１１を含む。
図１に示す例示的な実施形態では、セル１０５において、基体１０３上に燃料極１０９、固体電解質１１１、空気極１１３がこの順で積層されている。この場合、基体１０３を挟んでセル１０５とは反対側の空間１に燃料ガスが供給される一方で、セル１０５及び基体１０３を挟んで空間１とは反対側の空間２に空気等の酸素含有ガスが供給される。そして、基体１０３内を燃料ガスが拡散し、燃料極１０９に燃料ガスが供給されるようになっている。なお、図１に示す例では、燃料ガスと酸素含有ガスとが対向流となっているが、燃料ガスと酸素含有ガスが同一方向に流れるようになっていてもよい。
他の実施形態では、セル１０５は、空気極１１３、固体電解質１１１、燃料極１０９の順で基体１０３上に積層される。この場合、図１に示した実施形態とは異なり、基体１０３を挟んでセル１０５とは反対側の空間１に酸素含有ガスが供給される一方で、セル１０５及び基体１０３を挟んで空間１とは反対側の空間２に燃料ガスが供給される。そして、基体１０３内を酸素含有ガスが拡散し、空気極１１３に酸素含有ガスが供給されるようになっている。
【００３６】
燃料電池１００における反応は次のようにして起こる。
すなわち、燃料電池１００の運転時に空気極１１３側に供給される酸素含有ガスが、空気極１１３と固体電解質１１１との界面において解離して、酸素イオン（Ｏ２−）が生成される。固体電解質１１１中を空気極１１３側から燃料極１０９側に向かって移動した酸素イオンは、燃料極１０９と固体電解質１１１との界面において燃料（例えば水素や一酸化炭素）と反応する。
【００３７】
燃料極１０９の材料として、例えば、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。この場合、燃料極１０９に含まれるＮｉは、燃料ガスに対して触媒作用を有する。
この触媒作用は、燃料極１０９に供給される燃料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成する。
【００３８】
空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成される。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される空気等の酸素含有ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成する。酸素から放出される電子により、燃料電池セル１０５に起電力が発生する。
【００３９】
固体電解質１１１は、燃料極１０９と空気極１１３との間に設けられ、ガスを通しにくい気密性を有する緻密膜として形成される。固体電解質１１１の材料は、例えば、高温で高い酸素イオン導電性を有するＹＳＺである。この固体電解質１１１は、空気極１１３で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極１０９に移動させる一方、燃料ガスと酸素含有ガスを透過させないように気密性を有する。
【００４０】
また、インターコネクタ１０７は、固体電解質１１１と同様に、ガスを通しにくい気密性を有する緻密膜として形成される。インターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１０９とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続する。
インターコネクタ１０７の材料としては、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有するものを用いることができ、例えば、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物を用いることができる。
【００４１】
このように、各々の燃料電池セル１０５において、緻密膜としての固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７によって、酸素含有ガスと燃料ガスとが分離されるようになっている。
ところが、固体電解質１１１およびインターコネクタ１０７の重なり部分１０８において、燃料電池の製造時に欠陥が発生することがある。仮に、固体電解質１１１やインターコネクタ１０７に欠陥が存在すると、燃料電池セル１０５のガス分離性が損なわれる。この場合、燃料電池の運転中又は停止時において、固体電解質１１１やインターコネクタ１０７の欠陥を介して燃料極１０９側に酸素含有ガスが漏洩する。そうすると、燃料極１０９や基体１０３に含まれるＮｉが酸素含有ガスによって再酸化され、体積膨張が起こる。燃料極１０９や基体１０３の体積膨張は、燃料電池セル１０５の損傷の原因となり得る。
【００４２】
図２は、基体１０３のＮｉが再酸化された様子を示す図である。
同図に示すように、固体電解質１１１とインターコネクタ１０７の重なり部分１０８において欠陥１１５が存在する。この欠陥１１５は、例えば固体電解質１１１とインターコネクタ１０７の一体焼結時における収縮差に起因して欠陥が発生する。すなわち、固体電解質１１１とインターコネクタ１０７とは、一体焼結時における収縮率は互いに異なるので、一体焼結時における収縮差によって重なり部分１０８に欠陥１１５が発生するのである。
燃料電池の製造時において重なり部分１０８に発生した欠陥１１５は、燃料電池の運転中および停止時において、基体１０３（又は燃料極１０９）側と空気極１１３側との酸素濃度差により酸素が拡散して基体１０３（又は燃料極１０９）側に酸素が侵入するためのリーク経路となり得る。基体１０３（又は燃料極１０９）に侵入した酸素は、基体１０３（又は燃料極１０９）に含まれるＮｉと反応し、ＮｉＯに変化する（Ｎｉの再酸化）。このため、基体１０３（又は燃料極１０９）は部分的に体積膨張する。図２には、Ｎｉが再酸化された領域（再酸化領域）を符号１１７で模式的に示している。なお、図２に示す例では、基体１０３に再酸化領域１１７が形成されているが、再酸化領域１１７は燃料極１０９にも形成され得る。
基体１０３（又は燃料極１０９）に再酸化領域１１７が形成されると、基体１０３（又は燃料極１０９）の部分的な体積膨張により、燃料電池セル１０５の各部に応力が生じ、欠陥１１５が成長し、基体１０３（又は燃料極１０９）への酸素漏洩量が増えて、Ｎｉの再酸化が助長される。Ｎｉの再酸化に起因した基体１０３（又は燃料極１０９）の体積膨張が顕著になり、該体積膨張に起因した応力が、燃料電池１００の破壊応力に達した時点で燃料電池１００が損傷してしまう。
【００４３】
そこで、幾つかの実施形態では、図１に示すように、燃料電池１００は、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆うように重なり部分１０８に対して燃料極１０９側又は空気極１１３側に設けられた緻密膜（酸素侵入抑制膜）１２０をさらに備える。
これにより、仮にインターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８に欠陥１１５（図２参照）が生じても、重なり部分１０８に対して燃料極１０９側又は空気極１１３側に設けた緻密膜１２０によって、重なり部分１０８の欠陥１１５（図２参照）を介した燃料極１０９側への酸素の漏洩を阻止できる。よって、燃料極１０９や基体１０３に含まれる成分（例えばＮｉ）の酸化に起因した体積膨張を抑制し、燃料電池セル１０５の信頼性を高めることができる。
また、緻密膜１２０の形成により、燃料電池１００の強度が増加し、燃料極１０９又は基体１０３の体積膨張に起因して発生する応力に対する尤度が増加することによっても、燃料電池セル１０５の信頼性を高めることができる。
【００４４】
図１に示す例示的な実施形態では、緻密膜１２０は、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８に対して、空気極１１３側（すなわち、重なり部分１０８を挟んで基体１０３とは反対側）に設けられている。他の実施形態では、図１とは異なり、空気極１１３、固体電解質１１１、燃料極１０９の順で基体１０３上に積層されており、重なり部分１０８を覆う緻密膜１２０は、燃料極１０９側（すなわち、重なり部分１０８を挟んで基体１０３とは反対側）に設けられている。
このように、重なり部分１０８を挟んで基体１０３とは反対側に緻密膜１２０を設けることで、燃料電池１００の製造工程において、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の焼結後に緻密膜１２０を形成することが可能になる。この場合、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１を挟んで基体１０３とは反対側に位置する電極（図１に示す例では空気極１１３）とともに緻密膜１２０を一体焼成することで、製造工程を複雑化することなく、緻密膜１２０の形成が可能になる。また、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の一体焼成後に、緻密膜１２０の構成材料を塗布して焼成することで、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の一体焼成時における収縮率の制約を受けることがないため、緻密膜１２０の膜厚の設定自由度が向上する。
【００４５】
上述のように、欠陥１１５（図２参照）が生じやすいインターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆うように緻密膜１２０を設けることで、基体１０３又は燃料極１０９がＮｉを含有する場合であっても、信頼性が高い燃料電池セル１０５を実現できる。
【００４６】
なお、緻密膜１２０は、１０％以下の気孔率を有していてもよい。
インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆う緻密膜１２０の気孔率を１０％以下にすることで、仮にインターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８に欠陥１１５（図２参照）が生じても、欠陥１１５を介した燃料極１０９側への酸素の漏洩を効果的に阻止することができる。よって、燃料極１０９や基体１０３を構成する材料（例えばＮｉ）の酸化に起因した体積膨張を効果的に抑制し、燃料電池セル１０５の信頼性をより一層高めることができる。
【００４７】
また、緻密膜１２０は、インターコネクタ１０７の主成分である材料、ジルコニア、又は、アルミナの少なくとも一つを含んで構成されてもよい。
この場合、耐熱性や、燃料電池セル１０５内における安定性（周辺材と反応性なし）や、緻密性に優れた緻密膜１２０を実現することができ、燃料電池セル１０５の信頼性をより一層高めることができる。
【００４８】
ここで、図３を参照して、緻密膜１２０の形成範囲について説明する。図３は、緻密膜１２０の形成範囲の一例を説明するための図である。
【００４９】
図３に示すように、緻密膜１２０は、少なくとも、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８の全体を覆うように設けられてもよい。
これにより、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８に発生した欠陥１１５（図２参照）を緻密膜１２０によって確実に閉塞することができる。
【００５０】
ところで、燃料電池１００では、固体電解質１１１が酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極側に移動させることで、固体電解質１１１と燃料極１０９との界面における反応が実現されるようになっている。このため、緻密膜１２０の形成範囲が過大であり、例えば、空気極１１３と燃料極１０９とが固体電解質１１１を挟んで対向する領域２００に緻密膜１２０が大きくはみ出してしまうと、緻密膜１２０が、固体電解質１１１を介した酸素イオンの移動の妨げとなり、燃料電池１００の発電性能が低下することがある。
そこで、幾つかの実施形態では、緻密膜１２０の形成範囲は、空気極１１３と燃料極１０９とが固体電解質１１１を挟んで対向する領域２００と緻密膜１２０の形成範囲とがオーバラップする領域３００、および、空気極１１３と燃料極１０９とがインターコネクタ１０７を挟んで対向する領域と緻密膜１２０の形成範囲とがオーバラップする領域３００＊の総面積Ｓ（＝上記２つの領域への緻密膜１２０のはみ出し面積）が、Ｓ／Ｓｔｏｔａｌ≦０．５の関係を満たすように設定される。ここで、Ｓｔｏｔａｌは、緻密膜１２０が形成されている領域４００の総面積である。
さらに、緻密膜１２０の形成範囲は、空気極１１３と燃料極１０９とが固体電解質１１１を挟んで対向する領域２００の総面積をＳ＊としたとき、緻密膜１２０のはみ出し面積ＳがＳ／Ｓ＊≦０．２の関係を満たすように設定されてもよい。
【００５１】
上述したように、Ｓ／Ｓｔｏｔａｌ≦０．５の関係またはＳ／Ｓ＊≦０．２の関係の少なくとも一方を満たすように緻密膜１２０の形成範囲を設定することで、空気極１１３と燃料極１０９とが固体電解質１１１又はインターコネクタ１０７を挟んで対向する領域への緻密膜１２０の過大なはみ出しを抑制できる。このため、緻密膜１２０が、電子及び酸素イオンの移動の妨げとなりにくい。よって、緻密膜１２０に起因した燃料電池１００の発電性能低下を抑制しつつ、緻密膜１２０によって、インターコネクタ１０７と固体電解質１１１との重なり部分１０８における欠陥１１５（図２参照）を介した酸素の漏洩を抑制し、燃料電池セル１０５の信頼性を確保することができる。
【００５２】
次に、図４〜図７を参照して、緻密膜１２０として、欠陥修復機能を有する機能膜を用いた構成について説明する。
図４は、一実施形態に係る欠陥修復機能を有する機能膜を緻密膜１２０として用いた構成を示す断面図である。図５は、図４に示す機能膜の構成材料の一例としてのＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系化合物の酸化状態における三元系状態図である。図６は、図４に示す機能膜の構成材料の一例としてのＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系化合物の還元状態における三元系状態図である。図７は、他の実施形態に係る欠陥修復機能を有する機能膜を緻密膜１２０として用いた構成を示す断面図である。
【００５３】
幾つかの実施形態では、図４（Ａ）に示すように、欠陥修復機能を有する緻密膜１２０Ａは、インターコネクタ１０７と固体電解質１１１との重なり部分１０８を覆うように、重なり部分１０８に対して空気極１１３側に設けられる。この場合、緻密膜１２０Ａは、酸化状態に比べて還元状態において融点が低くなる第１材料を含む。
【００５４】
図４（Ａ）に示す実施形態によれば、重なり部分１０８において、固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７に欠陥１１５が存在すると、当該欠陥１１５を介して空気極１１３側に供給される燃料と酸素とが反応し、欠陥１１５近傍において局所的に温度が上昇する。また、固体電解質１１１とインターコネクタ１０７の重なり部分１０８を覆うように空気極１１３側に第１材料を含む緻密膜１２０Ａが設けられており、欠陥１１５の存在により燃料雰囲気下（還元条件下）に曝された空気極１１３側の緻密膜１２０Ａは、第１材料の特性により融点が低下する。このため、欠陥１１５近傍における局所的な温度上昇と、緻密膜１２０Ａを構成する第１材料の融点低下とがあいまって、固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥１１５の近傍において、第１材料が軟化又は溶融し、図４（Ｂ）に示すように、第１材料によってガスのリーク経路が閉塞された閉塞領域１２２Ａが形成される。固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥１１５が閉塞領域１２２Ａにおいて閉塞されると、燃料と酸素との反応が抑制されるために温度が低下し、第１材料は固体に戻る。こうして、固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥を自動的に修復可能となり、燃料電池セル１０５の自己修復機能を実現することができる。
【００５５】
一実施形態では、図４に示す緻密膜１２０Ａに含まれる第１材料は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物である。
図５に示すように、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物は、酸化状態（Ｆｅ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３）において、最低融点が１３８７℃（≒１６６０Ｋ）であり、相図中の殆どの組成において１４００℃（≒１６７３Ｋ）以上の融点を有する。例えば、Ａ点の組成例では約１４００℃（≒１６７３Ｋ）の融点を有する。ここで、Ａ点の組成例は、質量分率として、Ｆｅ２Ｏ３＝５０％、ＳｉＯ２＝３９％、Ａｌ２Ｏ３＝１１％である。
一方、図６に示すように、還元状態では、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物（ＦｅＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３）では、各成分の比率に応じて低融点化合物が形成される。例えば、図５中のＡ点に対応する組成例（図６に示すＢ点）において、１０８３℃の融点を有する。ここで、Ｂ点の組成例は、質量分率として、ＦｅＯ＝４７％、ＳｉＯ２＝４１％、Ａｌ２Ｏ３＝１２％である。なお、図６に示したＢ点以外の組成であっても、例えば、Ａｌの含有率が極めて低い場合に形成されるＦｅ−ＳｉＯ２系化合物も１０８３〜１１４０℃程度の低融点を示す（ＦｅＯ・ＳｉＯ２では融点１１４０℃、２ＦｅＯ・ＳｉＯ２では融点１０８３℃）。また、３ＦｅＯ・３ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３の場合にも、１０８６℃の低融点を示す。
このように、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物では、酸化状態に比べて還元状態において融点が低くなる性質を有するため、欠陥修復機能を有する緻密膜１２０Ａの第１材料として用いることができる。
【００５６】
このように、酸化状態では融点が概ね１４００℃以上であるが還元状態において融点が１１００℃程度（最低１０８６℃）となる性質を有するＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物を第１材料として用いることで、固体電解質１１１又はインターコネクタ１０７の欠陥を効果的に修復できる。
すなわち、固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥１１５の存在により第１材料（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物）が燃料雰囲気下（還元条件下）に曝されると、融点が１１００℃程度（最低１０８６℃）まで低下する。燃料電池の通常運転温度が９００℃程度であっても、欠陥１１５近傍における局所的な温度上昇により、第１材料（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物）の還元状態における融点に欠陥１１５近傍の温度が到達することが考えられる。欠陥１１５近傍の温度が第１材料の還元状態における融点を超えると、第１材料が溶融し、ガスのリーク経路（欠陥）が閉塞領域１２２Ａにて閉塞される。固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥１１５が閉塞されると、燃料と酸素との反応が抑制されるために温度が低下し、第１材料は固体に戻る。この過程で、第１材料の溶融物が液相焼結により固化されるので、第１材料は非常に緻密なガスタイト層となり、ガスのリーク経路（欠陥）が閉塞領域１２２Ａにて効果的に閉塞される。
【００５７】
他の実施形態では、図７（Ａ）に示すように、欠陥修復機能を有する緻密膜１２０Ｂは、インターコネクタ１０７と固体電解質１１１との重なり部分１０８を覆うように、重なり部分１０８に対して燃料極１０９側に設けられる。この場合、緻密膜１２０Ｂは、還元状態に比べて酸化状態において融点が低くなる第２材料を含む。
なお、図７に示す例示的な実施形態では、基体１０３側に空気極１１３が設けられており、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１を挟んで基体１０３とは反対側に燃料極１０９が設けられている。これにより、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の一体焼成後に緻密膜１２０Ｂを成膜し、燃料極１０９とともに緻密膜１２０Ｂを一体焼成することが可能になる。なお、図７に示すセルスタック構造を備えた燃料電池１００の製造方法については、図９を参照して後で詳述する。
【００５８】
図７（Ａ）に示す実施形態によれば、固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の表面を覆うように燃料極１０９側に第２材料を含む緻密膜１２０Ｂが設けられており、欠陥１１５の存在により酸化雰囲気下に曝された燃料極１０９側の緻密膜１２０Ｂは、第２材料の特性により融点が低下する。このため、欠陥１１５近傍における局所的な温度上昇と、緻密膜１２０Ｂを構成する第２材料の融点低下とがあいまって、固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥の近傍において、第２材料が軟化又は溶融し、第２材料によってガスのリーク経路が閉塞された閉塞領域１２２Ｂが形成される。固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥１１５が閉塞領域１２２Ｂにて閉塞されると、燃料と酸素との反応が抑制されるために温度が低下し、第２材料は固体に戻る。こうして、固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥１１５を自動的に修復可能となり、燃料電池セル１０５の自己修復機能を実現することができる。
【００５９】
一実施形態では、図７に示す緻密膜１２０Ｂに含まれる第２材料は、酸化バナジウムである。
【００６０】
このように、還元状態（Ｖ２Ｏ４）において融点が約１４５０℃であるが酸化状態（Ｖ２Ｏ５）となると融点が６８０℃程度となる性質を有する酸化バナジウムを第２材料として用いることで、固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥１１５を効果的に修復できる。
すなわち、固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥１１５の存在により第２材料（酸化バナジウム）が酸化条件下に曝されると、融点が６８０℃程度まで低下する。こうして、欠陥１１５近傍の温度が第２材料の酸化状態における融点を超えると、第２材料が溶融し、ガスのリーク経路（欠陥）が閉塞領域１２２Ｂにて閉塞される。固体電解質１１１及び／又はインターコネクタ１０７の欠陥が閉塞されると、燃料と酸素との反応が抑制されるために温度が低下し、第２材料は固体に戻る。この過程で、第２材料の溶融物が液相焼結により固化されるので、第２材料は非常に緻密なガスタイト層となり、ガスのリーク経路（欠陥）が閉塞領域１２２Ｂにて効果的に閉塞される。
【００６１】
続いて、図８〜図９を参照して、幾つかの実施形態に係る燃料電池１００の製造方法について説明する。図８は、一実施形態に係る燃料電池の製造方法を示すフローチャートである。図９は、他の実施形態に係る燃料電池の製造方法を示すフローチャートである。
【００６２】
図８に示すように、まず基体１０３を作製する（ステップＳ１０）。基体１０３は、円筒形状の基体管であってもよいし、平板形状の基体板であってもよい。また、基体１０３は、多孔質材により構成されていてもよい。基体１０３の材料としては、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４を挙げることができる。
【００６３】
続いて、燃料極１０９、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を基体１０３上に成膜する（ステップＳ１２）。この際、基体１０３上に燃料極１０９を成膜した後、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７の成膜を行う。各部材の成膜は、ペースト状の構成材料を印刷により基体１０３上に塗布することで行ってもよい。
燃料極１０９の構成材料として、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物（例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ）を挙げることができる。固体電解質１１１の構成材料として、高温で高い酸素イオン導電性を有するＹＳＺを用いることができる。また、インターコネクタ１０７の構成材料は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物を用いることができる。
【００６４】
次に、基体１０３上に成膜された燃料極１０９、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を一体焼成する（ステップＳ１４）。この際の焼成温度は、例えば１４００℃程度としてもよい。
【００６５】
続いて、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆うように緻密膜１２０の構成材料を塗布により成膜する（ステップＳ１６）。
緻密膜１２０の構成材料は、インターコネクタ１０７の主成分である材料、ジルコニア、アルミナを含んでいてもよい。また、緻密膜１２０に欠陥修復機能を持たせたい場合、緻密膜１２０Ａ（図４参照）の構成材料は、酸化状態に比べて還元状態において融点が低くなる第１材料を含んでいてもよい。この場合、第１材料は、酸化状態では融点１４００℃以上であるが還元状態において融点が１１００℃程度（最低１０８６℃）となる性質を有するＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系化合物であってもよい。
【００６６】
緻密膜１２０を成膜した後、空気極１１３を成膜する（ステップＳ１８）。
空気極１１３の構成材料としては、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物を用いることができる。空気極１１３の成膜は、ペースト状の構成材料を印刷により塗布することで行ってもよい。
【００６７】
次に、空気極１１３とともに緻密膜１２０を一体焼成する（ステップＳ２０）。この際、欠陥修復機能を有する緻密膜１２０Ａの場合、酸化状態における第１材料の比較的高い融点（例えば、Ｆｅ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３では１３８７℃以上の融点）よりも低い温度でステップＳ２０の一体焼成を行ってもよい。これにより、酸化条件下でステップＳ２０の焼成を行えば、緻密膜１２０Ａを構成する第１材料が溶融状態とならないため、緻密膜１２０Ａの所望の形状を保持したまま焼結させることができる。
なお、ステップＳ２０における一体焼成温度は、例えば１０００〜１３００℃の範囲内で設定してもよい。
【００６８】
ステップＳ１０〜Ｓ２０により、基体１０３と、基体１０３上に設けられた複数のセル（燃料電池セル）１０５と、隣り合うセル１０５間を電気的に接続するインターコネクタ１０７と、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆う緻密膜１２０と、を備えるセルスタックが得られる。
【００６９】
こうして得られたセルスタックを還元させる（ステップＳ２２）。最後に、燃料電池１００が複数のセルスタックの集合からなる場合には、複数のセルスタックを組み立てることで、最終製品としての燃料電池１００を得る（ステップＳ２４）。
【００７０】
図８に示す実施形態では、燃料極１０９、空気極１１３および固体電解質１１１をそれぞれ含む複数のセル１０５を基体１０３上に形成し（ステップＳ１２〜Ｓ１４、ステップＳ１８〜Ｓ２０）、隣接するセル１０５間を電気的に接続する少なくとも一つのインターコネクタ１０を形成するとともに（ステップＳ１２〜Ｓ１４）、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆うように、該重なり部分１０８に対して空気極１１３側に緻密膜１２０を形成している（ステップＳ１６及びＳ２０）。
この方法によれば、インターコネクタ１０７と固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆う緻密膜１２０を該重なり部分１０８に対して空気極１１３側に設けるため、信頼性が高い燃料電池１００を得ることができる。
すなわち、上記方法により得られた燃料電池１００では、仮にインターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８に欠陥が生じても、重なり部分１０８に対して空気極１１３側に設けた緻密膜１２０によって、重なり部分１０８の欠陥１１５を介した燃料極１０９側への酸素の漏洩を阻止できる。これにより、燃料極１０９や基体１０３を構成する材料の酸化に起因した体積膨張を抑制し、燃料電池セル１０５の信頼性を高めることができる。また、緻密膜１２０の形成により、燃料電池１００の強度が増加し、燃料極１０９又は基体１０３の体積膨張に起因して発生する応力に対する尤度が増加することによっても、燃料電池セル１０５の信頼性が向上する。
【００７１】
また、図８に示す実施形態では、基体１０３上に燃料極１０９を成膜し（ステップＳ１２）、この燃料極１０９の上に固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を成膜し（ステップＳ１２）、該固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を一体焼成した後（ステップＳ１４）、緻密膜１２０を形成するようにしている（ステップＳ１６及びＳ２０）。
これにより、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を一体焼成時に収縮差に起因して重なり部分１０８に欠陥１１５が生じても、当該重なり部分１０８を覆うように緻密膜１２０を後から形成することで、燃料電池１００の信頼性を効果的に向上させることができる。
また、固体電解質１１１とインターコネクタ１０７の一体焼成後に緻密膜１２０を形成することで、一体焼成時における収縮率の制約が存在しないため、緻密膜１２０の膜厚の設定自由度が向上する。
【００７２】
さらに、図８に示す実施形態では、緻密膜１２０を形成するに際して、緻密膜１２０の構成材料を塗布した後、空気極１１３とともに緻密膜１２０を焼成するようになっている（ステップＳ１６及びＳ２０）。
これにより、空気極１１３とともに緻密膜１２０を焼成可能となり、緻密膜１２０の形成のための工程の増加を抑制できる。これにより、製造コストの増加を抑制しながら、緻密膜１２０の形成により信頼性が向上した燃料電池１００を得ることができる。
【００７３】
他の幾つかの実施形態では、図９に示すように、まず基体１０３を作製する（ステップＳ１１０）。
【００７４】
続いて、空気極１１３、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を基体１０３上に成膜する（ステップＳ１１２）。この際、基体１０３上に空気極１１３を成膜した後、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７の成膜を行う。各部材の成膜は、ペースト状の構成材料を印刷により基体１０３上に塗布することで行ってもよい。
【００７５】
次に、基体１０３上に成膜された空気極１１３、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を一体焼成する（ステップＳ１１４）。この際の焼成温度は、例えば１４００℃程度としてもよい。
【００７６】
続いて、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆うように緻密膜１２０の構成材料を塗布により成膜する（ステップＳ１６）。
緻密膜１２０の構成材料は、インターコネクタ１０７の主成分である材料、ジルコニア、アルミナを含んでいてもよい。また、緻密膜１２０に欠陥修復機能を持たせたい場合、緻密膜１２０Ｂ（図７参照）の構成材料は、還元状態に比べて酸化状態において融点が低くなる第２材料を含んでいてもよい。この場合、第２材料は、還元状態（Ｖ２Ｏ４）において融点が約１４５０℃であるが酸化状態（Ｖ２Ｏ５）となると融点が６８０℃程度となる性質を有する酸化バナジウムであってもよい。
【００７７】
緻密膜１２０を成膜した後、燃料極１０９を成膜する（ステップＳ１１８）。
【００７８】
次に、燃料極１０９とともに緻密膜１２０を一体焼成する（ステップＳ１２０）。この際、欠陥修復機能を有する緻密膜１２０Ｂの場合、還元状態における第２材料の比較的高い融点（例えば、Ｖ２Ｏ４では約１４５０℃の融点）よりも低い温度でステップＳ１２０の一体焼成を行ってもよい。これにより、還元条件下でステップＳ１２０の焼成を行えば、緻密膜１２０Ｂを構成する第２材料が溶融状態とならないため、緻密膜１２０Ｂの所望の形状を保持したまま焼結させることができる。
なお、ステップＳ１２０における一体焼成温度は、例えば１０００〜１３００℃の範囲内で設定してもよい。
【００７９】
ステップＳ１１０〜Ｓ１２０により、基体１０３と、基体１０３上に設けられた複数のセル（燃料電池セル）１０５と、隣り合うセル１０５間を電気的に接続するインターコネクタ１０７と、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆う緻密膜１２０と、を備えるセルスタックが得られる。
【００８０】
こうして得られたセルスタックを還元させる（ステップＳ１２２）。最後に、燃料電池１００が複数のセルスタックの集合からなる場合には、複数のセルスタックを組み立てることで、最終製品としての燃料電池１００を得る（ステップＳ１２４）。
【００８１】
図９に示す実施形態では、燃料極１０９、空気極１１３および固体電解質１１１をそれぞれ含む複数のセル１０５を基体１０３上に形成し（ステップＳ１１２〜Ｓ１１４、ステップＳ１１８〜Ｓ１２０）、隣接するセル１０５間を電気的に接続する少なくとも一つのインターコネクタ１０を形成するとともに（ステップＳ１１２〜Ｓ１１４）、インターコネクタ１０７及び固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆うように、該重なり部分１０８に対して燃料極１０９側に緻密膜１２０を形成している（ステップＳ１１６及びＳ１２０）。
この方法によれば、インターコネクタ１０７と固体電解質１１１の重なり部分１０８を覆う緻密膜１２０を該重なり部分１０８に対して燃料極１０９側に設けるため、信頼性が高い燃料電池１００を得ることができる。
【００８２】
また、図９に示す実施形態では、基体１０３上に空気極１１３を成膜し（ステップＳ１１２）、この空気極１１３の上に固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を成膜し（ステップＳ１１２）、該固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を一体焼成した後（ステップＳ１１４）、緻密膜１２０を形成するようにしている（ステップＳ１１６及びＳ１２０）。
これにより、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を一体焼成時に収縮差に起因して重なり部分１０８に欠陥１１５が生じても、当該重なり部分１０８を覆うように緻密膜１２０を後から形成することで、燃料電池１００の信頼性を効果的に向上させることができる。
また、固体電解質１１１とインターコネクタ１０７の一体焼成後に緻密膜１２０を形成することで、一体焼成時における収縮率の制約が存在しないため、緻密膜１２０の膜厚の設定自由度が向上する。
【００８３】
さらに、図９に示す実施形態では、緻密膜１２０を形成するに際して、緻密膜１２０の構成材料を塗布した後、燃料極１０９とともに緻密膜１２０を焼成するようにした（ステップＳ１１６及びＳ１２０）。
これにより、燃料極１０９とともに緻密膜１２０を焼成可能となり、緻密膜１２０の形成のための工程の増加を抑制できる。これにより、製造コストの増加を抑制しながら、緻密膜１２０の形成により信頼性が向上した燃料電池１００を得ることができる。
【００８４】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００８５】
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００８６】
１，２  空間
１００  燃料電池
１０３  基体
１０５  セル（燃料電池セル）
１０７  インターコネクタ
１０８  重なり部分
１０９  燃料極
１１１  固体電解質
１１３  空気極
１１５  欠陥
１１７  再酸化領域
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ  緻密膜
１２２Ａ，１２２Ｂ  閉塞領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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