(57)【要約】【課題】インターコネクタとシール部材とがその境界部で互いに剥離することを防止する。【解決手段】燃料電池は、支持基板２０と、燃料極集電部４１と、インターコネクタ３１と、シール部材８とを備える。インターコネクタ３１は、第１嵌合部３１３を有する。シール部材８は、第１溝部８３を有する。第１溝部８３は、インターコネクタ３１に向かって開口し、面内方向に延びる。第１嵌合部３１３は第１溝部８３と嵌合する。【選択図】図７
2017022093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタと隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有する、
燃料電池。
【請求項２】
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第２溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記第２溝部に嵌合する第２嵌合部を有する、
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記シール部材は、開口部を有し、
前記インターコネクタは、前記開口部内に配置される、
請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記シール部材は、前記第１溝部を内周面に有し、
前記インターコネクタは、前記第１嵌合部を外周面に有する、
請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記インターコネクタは、前記第１溝部を外周面に有し、
前記シール部材は、前記第１嵌合部を内周面に有する、
請求項３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記シール部材は、前記第１溝部及び前記第２嵌合部を内周面に有し、
前記インターコネクタは、前記第２溝部及び前記第１嵌合部を外周面に有する、
請求項２に従属する請求項３に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記シール部材は、第１シール層と、前記第１シール層上に配置された第２シール層とを有し、
前記インターコネクタの端部は、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間に配置される、
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記インターコネクタは、第１インターコネクタ層と、前記第１インターコネクタ層上に配置された第２インターコネクタ層と、を有する、
請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第２インターコネクタ層は、前記第１インターコネクタ層よりも緻密である、
請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記シール層の端部は、前記第１インターコネクタ層と前記第２インターコネクタ層との間に配置される、
請求項８または９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記第１電極上に配置される中間層をさらに備え、
前記インターコネクタは、前記中間層上に配置され、
前記シール部材の端部は、前記中間層の端部と前記第１電極との間に挟まれる、
請求項１から１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記第１電極は、凹部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材は、前記凹部内に配置される、
請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、支持基板と、支持基板上に支持される発電素子部と、を備える固体酸化物形燃料電池が知られている。発電素子部は、燃料極、空気極、及び電解質を有している。特許文献１に記載の燃料電池では、支持基板上に形成された燃料極集電部の凹部内にインターコネクタを埋設するとともに、このインターコネクタを囲むように電気絶縁性シール部も埋設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６９７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インターコネクタ及びシール部は、凹部内に印刷された後、焼成処理のために高温で加熱される。このようにインターコネクタ及びシール部が高温に曝されたりすると、インターコネクタとシール部材とが、その境界部で互いに剥離することがある。
【０００５】
本発明の課題は、インターコネクタとシール部材とがその境界部で互いに剥離することを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある側面に係る燃料電池は、支持基板と、第１電極と、インターコネクタと、シール部材とを備える。第１電極は、支持基板上に支持される。インターコネクタは、第１電極上に配置される。シール部材は、第１電極上に配置され、インターコネクタと隣接する。シール部材は、電気絶縁性を有する。インターコネクタ及びシール部材の一方は、第１溝部を有する。第１溝部は、インターコネクタ及びシール部材の他方に向かって開口し、面内方向に延びる。インターコネクタ及びシール部材の他方は、第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有する。
【０００７】
この構成によれば、インターコネクタとシール部材とが互いに嵌合しているため、インターコネクタとシール部材とがその境界部で互いに剥離することを防止できる。なお、第１電極は、燃料極又は空気極である。
【０００８】
好ましくは、インターコネクタ及びシール部材の他方は、第２溝部を有する。第２溝部は、インターコネクタ及びシール部材の一方に向かって開口し、面内方向に延びる。インターコネクタ及びシール部材の一方は、第２溝部に嵌合する第２嵌合部を有する。
【０００９】
好ましくは、シール部材は、開口部を有する。インターコネクタは、開口部内に配置される。
【００１０】
例えば、シール部材は、第１溝部を内周面に有する。この場合、インターコネクタは、第１嵌合部を外周面に有する。もしくは、インターコネクタは、第１溝部を外周面に有してもよい。この場合、シール部材は、第１嵌合部を内周面に有する。もしくは、シール部材は、第１溝部及び第２嵌合部を内周面に有する。この場合、インターコネクタは、第２溝部及び第１嵌合部を外周面に有する。
【００１１】
好ましくは、シール部材は、第１シール層と、第１シール層上に配置された第２シール層とを有する。インターコネクタの端部は、第１シール部材と第２シール部材との間に配置される。
【００１２】
好ましくは、インターコネクタは、第１インターコネクタ層と、第１インターコネクタ層上に配置された第２インターコネクタ層と、を有する。
【００１３】
好ましくは、第２インターコネクタ層は、第１インターコネクタ層よりも緻密である。この構成によれば、第１インターコネクタ層は、第２インターコネクタ層よりも緻密でないため、第２インターコネクタ層よりも、気孔率が大きくヤング率が小さい。このため、インターコネクタと第１電極との間に生じる熱応力を緩和することができ、界面の接続を安定したものとすることができる。
【００１４】
好ましくは、シール層の端部は、第１インターコネクタ層と第２インターコネクタ層との間に配置される。
【００１５】
好ましくは、燃料電池は、第１電極上に配置される中間層をさらに備える。インターコネクタは、中間層上に配置される。シール部材の端部は、中間層の端部と第１電極との間に挟まれる。
【００１６】
好ましくは、第１電極は、凹部を有する。インターコネクタ及びシール部材は、凹部内に配置される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、インターコネクタとシール部材とがその境界部で互いに剥離することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】スタック構造体の斜視図。
【図２】燃料マニホールドの斜視図。
【図３】燃料マニホールドと燃料電池の接合部を示す拡大図。
【図４】燃料電池の斜視図。
【図５】燃料電池の断面図。
【図６】空気極、空気極集電膜、及び反応防止膜の記載を省略した燃料電池の平面図。
【図７】燃料電池の拡大断面図。
【図８】シール部材及びインターコネクタの製造方法を示す拡大断面図。
【図９】シール部材及びインターコネクタの製造方法を示す拡大断面図。
【図１０】シール部材及びインターコネクタの製造方法を示す拡大断面図。
【図１１】シール部材及びインターコネクタの製造方法を示す拡大断面図。
【図１２】変形例に係る燃料電池の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る燃料電池の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、特に断りの無い限り、長手方向とは支持基板の長手方向を意味し、横方向は支持基板の横方向を意味し、厚さ方向は支持基板の厚さ方向を意味する。なお、各図のＸは長さ方向、Ｙは横方向、Ｚは厚さ方向を示す。また、面内方向とは、ＸＹ平面と実質的に平行な方向を示す。
【００２０】
図１は燃料電池のスタック構造を示す斜視図である。図１に示すように、スタック構造体１００は、燃料マニホールド２００と、複数の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）３００と、を備えている。
【００２１】
図２は、燃料マニホールドを示す斜視図である。図２に示すように、燃料マニホールド２００は、燃料ガスを各固体酸化物形燃料電池３００に分配するように構成されている。燃料マニホールド２００は、中空状であり内部空間を有している。燃料マニホールド２００の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド２００は、複数の挿入孔２０２を有している。各挿入孔２０２は、燃料マニホールド２００の内部空間と外部とを連通する。この各挿入孔２０２に、固体酸化物形燃料電池３００が挿入される。
【００２２】
図１に示すように、固体酸化物形燃料電池３００は、燃料マニホールド２００に取り付け可能である。詳細には、図３に示すように、固体酸化物形燃料電池３００は、燃料マニホールド２００の挿入孔２０２に挿入される。固体酸化物形燃料電池３００は、挿入孔２０２に挿入された状態で、接合材１０１によって燃料マニホールド２００に固定されている。接合材１０１は、例えば、固体酸化物形燃料電池３００と挿入孔２０２の隙間に充填される。
【００２３】
接合材１０１は、例えば、結晶化ガラスで構成される。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを指す。なお、接合材１０１の材料として、非晶質ガラス、ろう材、セラミックス等が採用されてもよい。
【００２４】
図４に示すように、固体酸化物形燃料電池３００は、複数の発電素子部１０と、支持基板２０と、電気的接続部３０（図５参照）と、シール部材８と、を備えている。発電素子部１０は、支持基板２０の両面に支持されている。各発電素子部１０は、電気的接続部３０によって互いに電気的に接続されている。
【００２５】
支持基板２０は、長手方向に延びる複数のガス流路２１を内部に有している。各ガス流路２１は、互いに実質的に平行に延びている。また、支持基板２０は、第１主面２２及び第２主面２３を有している。第１主面２２及び第２主面２３は、長手方向及び横方向に延びる面であり、互いに実質的に平行に延びている。この第１及び第２主面２２，２３と実質的に平行に延びる方向を面内方向と言う。この第１及び第２主面２２，２３上に各発電素子部１０が支持されている。
【００２６】
図５に示すように、支持基板２０は、第１主面２２に複数の第１凹部２４を有しており、第２主面２３に、複数の第２凹部２５を有している。各第１凹部２４は長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。同様に、第２凹部２５は長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。
【００２７】
支持基板２０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板２０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板２０は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板２０の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。
【００２８】
各発電素子部１０は、燃料極４（第１電極の一例）、電解質５、及び空気極６を有している。また、各発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。燃料極４は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。燃料極４は、燃料極集電部４１と燃料極活性部４２とを有する。
【００２９】
燃料極集電部４１は、支持基板２０上に支持されている。詳細には、燃料極集電部４１は、第１及び第２凹部２４，２５内に配置されている。詳細には、燃料極集電部４１は、第１及び第２凹部２４，２５内に充填されており、第１及び第２凹部２４，２５と同様の外形を有する。各燃料極集電部４１は、第３凹部４１ａ及び第４凹部４１ｂを有している。この燃料極集電部４１の第４凹部４１ｂが本発明の凹部に相当する。燃料極活性部４２は、第３凹部４１ａ内に配置されている。詳細には、燃料極活性部４２は、第３凹部４１ａ内に充填されている。
【００３０】
燃料極集電部４１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部４１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部４１の厚さ、並びに第1及び第２凹部２４，２５の深さは、５０〜５００μｍ程度である。
【００３１】
燃料極活性部４２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部４２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部４２の厚さは、５〜３０μｍである。
【００３２】
電解質５は、燃料極４と空気極６との間に配置されている。詳細には、電解質５と空気極６との間には反応防止膜７が配置されている。図６に示すように、電解質５は、燃料極４及び支持基板２０上に配置されるとともに、シール部材８の外周端部上に配置されている。電解質５は、開口部５０を有しており、この開口部５０からインターコネクタ３１が露出している。すなわち、電解質５はインターコネクタ３１と接触していない。また、電解質５の開口部５０から、シール部材８の外周端部を除く部分も露出している。
【００３３】
電解質５は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。電解質５は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質５の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００３４】
図５に示すように、反応防止膜７は、緻密な材料からなる焼成体であり、平面視において、燃料極活性部４２と略同一の形状である。反応防止膜７は、電解質５を介して、燃料極活性部４２と対応する位置に配置されている。反応防止膜７は、電解質５内のＹＳＺと空気極６内のＳｒとが反応して電解質５と空気極６との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜７は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００３５】
空気極６は、反応防止膜７上に配置されている。空気極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極６は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、空気極６は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極６の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００３６】
電気的接続部３０は、隣り合う発電素子部１０を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部３０は、インターコネクタ３１及び空気極集電膜３２を有する。インターコネクタ３１は、燃料極４上に配置されている。詳細には、インターコネクタ３１は、燃料極４の燃料極集電部４１上に配置されている。なお、インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１の第４凹部４１ｂ内に配置されている。インターコネクタ３１は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。インターコネクタ３１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００３７】
空気極集電膜３２は、隣り合う発電素子部１０のインターコネクタ３１と空気極６との間を延びるように配置される。例えば、図５の左側に配置された発電素子部１０の空気極６と、図５の右側に配置された発電素子部１０の燃料極集電部４１上に形成されたインターコネクタ３１とを電気的に接続するように、空気極集電膜３２が配置されている。空気極集電膜３２は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。
【００３８】
空気極集電膜３２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜３２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００３９】
図７は、第４凹部４１ｂ内の詳細を示す断面図である。図７において、空気極集電膜３２は記載していない。図７に示すように、シール部材８は、燃料極集電部４１上に支持されている。詳細には、シール部材８は、燃料極集電部４１の第４凹部４１ｂ内に配置されている。シール部材８は、電気絶縁性を有し、インターコネクタ３１と隣接している。詳細には、図６に示すように、シール部材８は、開口部８０を有している。この開口部８０内に、インターコネクタ３１が配置されている。そして、シール部材８の内周面と、インターコネクタ３１の外周面とが接触している。すなわち、シール部材８は、インターコネクタ３１の周囲を囲むように配置されている。
【００４０】
シール部材８は、電気絶縁性を有する緻密な材料からなる焼成体である。シール部材８は、例えば、金属酸化物を含有し、好ましくは金属酸化物を主成分とする。具体的には、上記金属酸化物として、（ＡＥ)ＺｒＯ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、及びＣｅｘＬｎ１−ｘＯ２からなる群より選択される少なくとも１種類の酸化物を含有してもよい。ここで、ＡＥは、アルカリ土類金属であり、Ｌｎは、Ｙ及びランタノイドからなる群より選択される少なくとも１種類の元素であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満たす。ＡＥに該当する元素としては、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，及びＢａが挙げられる。また、微量成分として、遷移金属酸化物（例えば、ＮｉＯ、Ｍｎ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ)が含まれても良い。これらの成分は、酸化物として存在していても良いし、上記「（ＡＥ)ＺｒＯ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、及びＣｅｘＬｎ１−ｘＯ２からなる群より選択される少なくとも１種類の酸化物」に固溶する形で存在していても良い。金属酸化物の平均粒径は０．１〜５．０μｍが好ましく、さらに好ましくは０．３〜４．０μｍである。シール部材８の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００４１】
図７に示すように、シール部材８は、第１シール層８１と、第１シール層８１上に配置された第２シール層８２と、を有している。また、インターコネクタ３１は、第１インターコネクタ層３１１と、第１インターコネクタ層３１１上に配置された第２インターコネクタ層３１２と、を有している。第１シール層８１と第２シール層８２とは、焼成処理によって一体的に形成されている。また、第１インターコネクタ層３１１と第２インターコネクタ層３１２とは、焼成処理によって一体的に形成されている。第２インターコネクタ層３１２は、第１インターコネクタ層３１１よりも緻密である。例えば、焼成前の粉末充填率を下げたり、焼結助剤の量を制御したりすることによって、第２インターコネクタ層３１２を第１インターコネクタ層３１１よりも緻密にすることができる。
【００４２】
シール部材８は、第１溝部８３を内周面に有している。第１溝部８３は、インターコネクタ３１に向かって開口している。また、第１溝部８３は、面内方向に延びている。本実施形態では、第１溝部８３は、シール部材８の内周面に沿って延びており、環状である。インターコネクタ３１は、第１嵌合部３１３を外周面に有している。第１嵌合部３１３は、シール部材８に向かって突出しており、面内方向に延びている。第１嵌合部３１３は、インターコネクタ３１の外周面に沿って延びており、環状である。
【００４３】
第１嵌合部３１３は、第１溝部８３に嵌合する。詳細には、第１シール層８１の内周端部と第２シール層８２の内周端部との間に第１インターコネクタ層３１１の外周端部が挟まれている。この第１インターコネクタ層３１１の外周端部が第１嵌合部３１３を構成する。そして、第１シール層８１の内周端部と第２シール層８２の内周端部との間で第１溝部８３が画定される。例えば、この第１溝部８３の深さは、０．０１〜０．３ｍｍ程度とすることが好ましい。同様に、第１嵌合部３１３の突出量は、０．０１〜０．３ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００４４】
インターコネクタ３１は、第２溝部３１４を外周面に有している。第２溝部３１４は、シール部材８に向かって開口している。また、第２溝部３１４は、面内方向に延びている。本実施形態では、第２溝部３１４は、インターコネクタ３１の外周面に沿って延びており、環状である。シール部材８は、第２嵌合部８４を内周面に有している。第２嵌合部８４は、インターコネクタ３１に向かって突出しており、面内方向に延びている。第２嵌合部８４は、シール部材８の内周面に沿って延びており、環状である。
【００４５】
第２嵌合部８４は、第２溝部３１４に嵌合する。詳細には、第１インターコネクタ層３１１の外周端部と第２インターコネクタ層３１２の外周端部との間に第２シール層８２の内周端部が挟まれている。この第２シール層８２の内周端部が第２嵌合部８４を構成する。そして、第１インターコネクタ層３１１の外周端部と第２インターコネクタ層３１２の外周端部との間で第２溝部３１４が画定される。例えば、この第２溝部３１４の深さは、０．０１〜０．３ｍｍ程度とすることが好ましい。同様に、第２嵌合部８４の突出量は、０．０１〜０．３ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００４６】
次に、上述したインターコネクタ３１及びシール部材８の製造方法について説明する。まず、図８に示すように、シール部材８の第１シール層８１の成形体８１ｇを燃料極集電部４１の第４凹部４１ｂ内に形成する。具体的には、上述したシール部材８の材料の粉末にバインダーなどを添加してスラリーを作成する。そして、このシール部材８用のスラリーを、燃料極集電部４１の第４凹部４１ｂ内に印刷法などによって塗布し、第１シール層８１の成形体８１ｇを作成する。なお、この第１シール層８１の成形体８１ｇは、中央に開口部を有し、第４凹部４１ｂの内壁面に沿って配置される。
【００４７】
次に、図９に示すように、インターコネクタ３１の第１インターコネクタ層３１１の成形体３１１ｇを第４凹部４１ｂ内に形成する。詳細には、第１インターコネクタ層３１１の成形体３１１ｇを、第１シール層８１の成形体８１ｇの開口部内に形成する。ここで、第１インターコネクタ層３１１の成形体３１１ｇの外周端部は、第１シール層８１の成形体８１ｇの内周端部上に配置される。この第１インターコネクタ層３１１の成形体３１１ｇの外周端部が、第１嵌合部３１３となる。なお、この成形体３１１ｇは、上述したインターコネクタ３１の材料の粉末にバインダーなどを添加してスラリーを作成し、このスラリーを印刷法などによって塗布することによって作成される。
【００４８】
次に、図１０に示すように、シール部材８の第２シール層８２の成形体８２ｇを第１シール層８１の成形体８１ｇ上に形成する。なお、第２シール層８２の成形体８２ｇの内周端部は、第１インターコネクタ層３１１の成形体３１１ｇの外周端部上に配置する。すなわち、第１シール層８１の成形体８１ｇの内周端部と第２シール層８２の成形体８２ｇの内周端部とによって、第１インターコネクタ層３１１の成形体３１１ｇの外周端部が挟まれる。なお、この第２シール層８２の成形体８２ｇは、上述した第１シール層８１の成形体８１ｇと同様に作成される。
【００４９】
次に、図１１に示すように、インターコネクタ３１の第２インターコネクタ層３１２の成形体３１２ｇを第１インターコネクタ層３１１の成形体３１１ｇ上に形成する。ここで、第２インターコネクタ層３１２の成形体３１２ｇの外周端部は、第２シール層８２の成形体８２ｇの内周端部上に配置されている。すなわち、第１インターコネクタ層３１１の成形体３１１ｇの外周端部と、第２インターコネクタ層３１２の成形体３１２ｇの外周端部とによって、第２シール層８２の成形体８２ｇの内周端部が挟まれる。なお、第２インターコネクタ層３１２の成形体３１２ｇは、上述した第１インターコネクタ層３１１の成形体３１１ｇと同様に作成される。
【００５０】
以上のように、各成形体を作成し、これらを加熱炉内に入れる。各成形体を加熱炉内に入れた状態で、加熱炉内の温度を常温から約１２００〜１５００度程度まで上昇させる。そして、この温度を０〜５時間程度保持することで、各成形体を空気中にて焼成させる。なお、昇温速度は、例えば１００度／時間程度である。このように焼成させることによって、第１シール層８１と第２シール層８２とは一体的に形成され、第１インターコネクタ層３１１と第２インターコネクタ層３１２とは一体的に形成される。
【００５１】
なお、上記では、シール部材８とインターコネクタ３１の製造方法のみを説明したが、燃料電池３００を作成する際は、燃料極４、空気極６、支持基板２０、電解質５、反応防止膜７なども同様に成形体を形成し、シール部材８及びインターコネクタ３１の成形体と一緒に加熱して焼成させる。なお、空気極６の成形体は、他の成形体を焼成した後に、形成して焼成してもよい。
【００５２】
以上、説明した固体酸化物形燃料電池３００に対して、支持基板２０の燃料ガス流路２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板２０の上下面を酸素を含むガス（空気等）に曝すことにより、電解質５の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。更に、この構造体を外部の負荷に接続すると、空気極６において下記（１）式に示す化学反応が起こり、燃料極４において下記（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−          …（２）
【００５３】
上記実施形態によれば、インターコネクタ３１とシール部材８とは互いに嵌合しているため、インターコネクタ３１とシール部材８とがその境界部で互いに剥離することを防止できる。
【００５４】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００５５】
例えば、図１２に示すように、燃料電池３００は、燃料極集電部４１上に配置される中間層９をさらに備えていてもよい。詳細には、中間層９は、燃料極集電部４１の第４凹部４１ｂ内に配置されている。この中間層９上にインターコネクタ３１が配置されている。すなわち、中間層９は、インターコネクタ３１と燃料極集電部４１との間に配置されている。中間層９とインターコネクタ３１は、シール部材８の開口部８０内に配置されている。そして、シール部材８の内周面と、中間層９の外周面及びインターコネクタ３１の外周面とが接触している。すなわち、シール部材８は、中間層９及びインターコネクタ３１の周囲を囲むように配置されている。
【００５６】
シール部材８の内周端部は、中間層９の外周端部と燃料極集電部４１とによって挟持されている。詳細には、シール部材８の第１シール層８１の内周端部は、中間層９の対周端部と燃料極集電部４１とによって挟持される。
【００５７】
また、上記実施形態では、インターコネクタ３１及びシール部材８のそれぞれが溝部及び嵌合部を有しているが、インターコネクタ３１及びシール部材８の構成はこれに限定されない。例えば、インターコネクタ３１のみが溝部を有し、シール部材８のみが嵌合部を有していてもよい。他にも、インターコネクタ３１のみが嵌合部を有し、シール部材８のみが溝部を有していてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
８    シール部材
８０    開口部
８１    第１シール層
８２    第２シール層
８３    第１溝部
８４    第２嵌合部
２０    支持基板
３１    インターコネクタ
３１１    第１インターコネクタ層
３１２    第２インターコネクタ層
３１３    第１嵌合部
３１４    第２溝部
４１    燃料極集電部
４１ｂ    第４凹部
【図１】
2017022093.tif 000003
【図２】
2017022093.tif 000004
【図３】
2017022093.tif 000005
【図４】
2017022093.tif 000006
【図５】
2017022093.tif 000007
【図６】
2017022093.tif 000008
【図７】
2017022093.tif 000009
【図８】
2017022093.tif 000010
【図９】
2017022093.tif 000011
【図１０】
2017022093.tif 000012
【図１１】
2017022093.tif 000013
【図１２】
2017022093.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月15日(2016.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路を有する支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記インターコネクタと間隔をあけて前記第１電極上に配置される電解質と、
前記インターコネクタと前記電解質との間において前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタ及び前記電解質と隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方のみに向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有する、
燃料電池。
【請求項２】
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第２溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記第２溝部に嵌合する第２嵌合部を有する、
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記シール部材は、開口部を有し、
前記インターコネクタは、前記開口部内に配置される、
請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記シール部材は、前記第１溝部を内周面に有し、
前記インターコネクタは、前記第１嵌合部を外周面に有する、
請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記インターコネクタは、前記第１溝部を外周面に有し、
前記シール部材は、前記第１嵌合部を内周面に有する、
請求項３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記シール部材は、前記第１溝部及び前記第２嵌合部を内周面に有し、
前記インターコネクタは、前記第２溝部及び前記第１嵌合部を外周面に有する、
請求項２に従属する請求項３に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記シール部材は、第１シール層と、前記第１シール層上に配置された第２シール層とを有し、
前記インターコネクタの端部は、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間に配置される、
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記インターコネクタは、第１インターコネクタ層と、前記第１インターコネクタ層上に配置された第２インターコネクタ層と、を有する、
請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第２インターコネクタ層は、前記第１インターコネクタ層よりも緻密である、
請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記シール層の端部は、前記第１インターコネクタ層と前記第２インターコネクタ層との間に配置される、
請求項８または９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記第１電極上に配置される中間層をさらに備え、
前記インターコネクタは、前記中間層上に配置され、
前記シール部材の端部は、前記中間層の端部と前記第１電極との間に挟まれる、
請求項１から１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記第１電極は、凹部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材は、前記凹部内に配置される、
請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１３】
ガス流路を有する支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記インターコネクタと間隔をあけて前記第１電極上に配置される電解質と、
前記インターコネクタと前記電解質との間において前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタ及び前記電解質と隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第２溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記第２溝部に嵌合する第２嵌合部を有する、
燃料電池。
【請求項１４】
ガス流路を有する支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記インターコネクタと間隔をあけて前記第１電極上に配置される電解質と、
前記インターコネクタと前記電解質との間において前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタ及び前記電解質と隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有し、
前記シール部材は、第１シール層と、前記第１シール層上に配置された第２シール層とを有し、
前記インターコネクタの端部は、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間に配置される、
燃料電池。
【請求項１５】
ガス流路を有する支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記インターコネクタと間隔をあけて前記第１電極上に配置される電解質と、
前記インターコネクタと前記電解質との間において前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタ及び前記電解質と隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有し、
前記インターコネクタは、第１インターコネクタ層と、前記第１インターコネクタ層上に配置された第２インターコネクタ層と、を有する、
燃料電池。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月25日(2016.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路を有する支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記インターコネクタと間隔をあけて前記第１電極上に配置される電解質と、
前記インターコネクタと前記電解質との間において前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタ及び前記電解質と隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方のみに向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有する、
燃料電池。
【請求項２】
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第２溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記第２溝部に嵌合する第２嵌合部を有する、
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記シール部材は、開口部を有し、
前記インターコネクタは、前記開口部内に配置される、
請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記シール部材は、前記第１溝部を内周面に有し、
前記インターコネクタは、前記第１嵌合部を外周面に有する、
請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記インターコネクタは、前記第１溝部を外周面に有し、
前記シール部材は、前記第１嵌合部を内周面に有する、
請求項３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記シール部材は、前記第１溝部及び前記第２嵌合部を内周面に有し、
前記インターコネクタは、前記第２溝部及び前記第１嵌合部を外周面に有する、
請求項２に従属する請求項３に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記シール部材は、第１シール層と、前記第１シール層上に配置された第２シール層とを有し、
前記インターコネクタの端部は、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間に配置される、
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記インターコネクタは、第１インターコネクタ層と、前記第１インターコネクタ層上に配置された第２インターコネクタ層と、を有する、
請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第２インターコネクタ層は、前記第１インターコネクタ層よりも緻密である、
請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記シール層の端部は、前記第１インターコネクタ層と前記第２インターコネクタ層との間に配置される、
請求項８または９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記第１電極上に配置される中間層をさらに備え、
前記インターコネクタは、前記中間層上に配置され、
前記シール部材の端部は、前記中間層の端部と前記第１電極との間に挟まれる、
請求項１から１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記第１電極は、凹部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材は、前記凹部内に配置される、
請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１３】
ガス流路を有する支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記インターコネクタと間隔をあけて前記第１電極上に配置される電解質と、
前記インターコネクタと前記電解質との間において前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタ及び前記電解質と隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第２溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記第２溝部に嵌合する第２嵌合部を有する、
燃料電池。
【請求項１４】
ガス流路を有する支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記インターコネクタと間隔をあけて前記第１電極上に配置される電解質と、
前記インターコネクタと前記電解質との間において前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタ及び前記電解質と隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有し、
前記シール部材は、第１シール層と、前記第１シール層上に配置された第２シール層とを有し、
前記インターコネクタの端部は、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間に配置される、
燃料電池。
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月10日(2016.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路を有する支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記インターコネクタと間隔をあけて前記第１電極上に配置される電解質と、
前記インターコネクタと前記電解質との間において前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタ及び前記電解質と隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方のみに向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有する、
燃料電池。
【請求項２】
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第２溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記第２溝部に嵌合する第２嵌合部を有する、
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記シール部材は、開口部を有し、
前記インターコネクタは、前記開口部内に配置される、
請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記シール部材は、前記第１溝部を内周面に有し、
前記インターコネクタは、前記第１嵌合部を外周面に有する、
請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記インターコネクタは、前記第１溝部を外周面に有し、
前記シール部材は、前記第１嵌合部を内周面に有する、
請求項３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記シール部材は、前記第１溝部及び前記第２嵌合部を内周面に有し、
前記インターコネクタは、前記第２溝部及び前記第１嵌合部を外周面に有する、
請求項２に従属する請求項３に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記シール部材は、第１シール層と、前記第１シール層上に配置された第２シール層とを有し、
前記インターコネクタの端部は、前記第１シール層と前記第２シール層との間に配置される、
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記インターコネクタは、第１インターコネクタ層と、前記第１インターコネクタ層上に配置された第２インターコネクタ層と、を有する、
請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第２インターコネクタ層は、前記第１インターコネクタ層よりも緻密である、
請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記シール部材の端部は、前記第１インターコネクタ層と前記第２インターコネクタ層との間に配置される、
請求項８または９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記第１電極上に配置される中間層をさらに備え、
前記インターコネクタは、前記中間層上に配置され、
前記シール部材の端部は、前記中間層の端部と前記第１電極との間に挟まれる、
請求項１から１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記第１電極は、凹部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材は、前記凹部内に配置される、
請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１３】
ガス流路を有する支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記インターコネクタと間隔をあけて前記第１電極上に配置される電解質と、
前記インターコネクタと前記電解質との間において前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタ及び前記電解質と隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第２溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記第２溝部に嵌合する第２嵌合部を有する、
燃料電池。
【請求項１４】
ガス流路を有する支持基板と、
前記支持基板上に支持される第１電極と、
前記第１電極上に配置されるインターコネクタと、
前記インターコネクタと間隔をあけて前記第１電極上に配置される電解質と、
前記インターコネクタと前記電解質との間において前記第１電極上に配置され、前記インターコネクタ及び前記電解質と隣接し、電気絶縁性を有するシール部材と、
を備え、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の一方は、前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方に向かって開口し且つ面内方向に延びる第１溝部を有し、
前記インターコネクタ及び前記シール部材の他方は、前記第１溝部に嵌合する第１嵌合部を有し、
前記シール部材は、第１シール層と、前記第１シール層上に配置された第２シール層とを有し、
前記インターコネクタの端部は、前記第１シール層と前記第２シール層との間に配置される、
燃料電池。