(57)【要約】【課題】電気化学反応単セルにおけるガス漏れや支持体の折損の発生を抑制する。【解決手段】電気化学反応単セルは、燃料極として機能する支持体と電解質層と空気極とを備える。支持体は、第１の方向に延びる両端開放の筒状であり、ガス透過性および導電性を有する多孔質部分と、第１の方向において多孔質部分と並ぶように配置され、多孔質部分より気孔率が低い緻密部分とを含む。電解質層は、支持体の内表面側に配置され、第１の方向に延びる筒状であり、多孔質部分より気孔率が低い。空気極は、電解質層の内表面側に配置され、第１の方向に延びる筒状であり、電解質層より気孔率が高い。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学反応単セルにおいて、
第１の方向に延びる両端開放の筒状であり、ガス透過性および導電性を有する多孔質部分と、前記第１の方向において前記多孔質部分と並ぶように配置され、前記多孔質部分より気孔率が低い緻密部分と、を含み、燃料極として機能する支持体と、
前記支持体の内表面側に配置され、前記第１の方向に延びる筒状であり、前記多孔質部分より気孔率が低い電解質層と、
前記電解質層の内表面側に配置され、前記第１の方向に延びる筒状であり、前記電解質層より気孔率が高い空気極と、を備えることを特徴とする、電気化学反応単セル。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学反応単セルにおいて、
前記支持体は、さらに、前記第１の方向において前記多孔質部分と前記緻密部分との間に配置され、前記多孔質部分より気孔率が低く、かつ、前記緻密部分より気孔率が高い中間部分を含むことを特徴とする、電気化学反応単セル。
【請求項３】
請求項２に記載の電気化学反応単セルにおいて、
前記多孔質部分の形成材料と前記緻密部分の形成材料と前記中間部分の形成材料とは、同一組成であることを特徴とする、電気化学反応単セル。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気化学反応単セルにおいて、
前記緻密部分は、前記第１の方向における前記支持体の少なくとも一方の端に配置されていることを特徴とする、電気化学反応単セル。
【請求項５】
請求項４に記載の電気化学反応単セルにおいて、
前記緻密部分は、導電性を有することを特徴とする、電気化学反応単セル。
【請求項６】
請求項５に記載の電気化学反応単セルにおいて、
前記第１の方向において、
前記電解質層の一端は、前記支持体の一端と同じ位置であるか、前記支持体の一端より他端側に位置しており、
前記空気極の一端は、前記電解質層の一端より他端側に位置していることを特徴とする、電気化学反応単セル。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の電気化学反応単セルにおいて、さらに、
前記電解質層の内表面側、かつ、前記空気極の外表面側に配置され、前記電解質層より気孔率が高く、前記第１の方向に延びる筒状の中間層を備えることを特徴とする、電気化学反応単セル。
【請求項８】
請求項７に記載の電気化学反応単セルにおいて、
前記中間層は、前記電解質層を構成する材料と前記空気極を構成する材料との混合材料により形成されていることを特徴とする、電気化学反応単セル。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の電気化学反応単セルにおいて、
前記電解質層は、ＹＳＺと、ＳｃＳＺと、ＧＤＣと、ＬＳＧＭと、の少なくとも１つにより形成されていることを特徴とする、電気化学反応単セル。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の電気化学反応単セルにおいて、
前記多孔質部分は、ＮｉとＹＳＺとの混合物と、ＮｉとＧＤＣとの混合物と、の少なくとも１つにより形成されていることを特徴とする、電気化学反応単セル。
【請求項１１】
第１の方向に延びる両端開放の筒状であり、ガス透過性および導電性を有する多孔質部分と、前記第１の方向において前記多孔質部分と並ぶように配置され、前記多孔質部分より気孔率が低い緻密部分と、を含み、燃料極として機能する支持体と、前記支持体の内表面側に配置され、前記第１の方向に延びる筒状であり、前記多孔質部分より気孔率が低い電解質層と、前記電解質層の内表面側に配置され、前記第１の方向に延びる筒状であり、前記電解質層より気孔率が高い空気極と、を備える電気化学反応単セルの製造方法において、
前記支持体の形成材料と前記電解質層の形成材料とを同時焼成することにより前記支持体と前記電解質層との第１の接合体を作製する第１の焼成工程と、
前記第１の接合体における内表面側に前記空気極の形成材料を配置して焼成することにより前記第１の接合体と前記空気極との第２の接合体を作製する第２の焼成工程と、
を備えることを特徴とする、電気化学反応単セルの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電気化学反応単セルの製造方法において、
前記第２の焼成工程は、ディップコート法により、前記第１の接合体における内表面側に前記空気極の形成材料を塗布する工程を含み、
前記製造方法は、さらに、
前記第２の焼成工程の後に、前記第１の方向における前記第２の接合体の端部を削除して、前記第１の方向における前記支持体の端の位置と前記空気極の端の位置とを揃える削除工程を備えることを特徴とする、電気化学反応単セルの製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の電気化学反応単セルの製造方法において、
前記第１の接合体は、前記支持体の形成材料と前記電解質層の形成材料に加えて、前記電解質層より気孔率が高い中間層の形成材料を同時焼成することにより形成される前記支持体と前記電解質層と前記中間層との接合体であり、
前記第２の焼成工程は、ディップコート法により、前記支持体と前記電解質層と前記中間層との接合体における内表面側に前記空気極の形成材料を塗布する工程を含むことを特徴とする、電気化学反応単セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣの構成単位である燃料電池単セル（以下、「単セル」という）として、燃料極として機能する筒状の支持体と、支持体の内表面側に配置された筒状の電解質層と、電解質層の内表面側に配置された筒状の空気極とを備える構成の単セル（以下、「チューブ型単セル」という）が知られている（例えば、特許文献１参照）。チューブ型単セルでは、チューブ型単セルの外側に燃料ガスが供給され、チューブ型単セルの中空空間に酸化剤ガスが供給され、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応により電気エネルギーが生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５４５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した構成のチューブ型単セルでは、チューブ型単セルの外側に供給された燃料ガスを支持体（燃料極）内に進入・拡散させるため、支持体の気孔率を高くする必要がある。そのため、チューブ型単セルの支持体の強度を十分に高くすることができないという問題がある。このような問題のため、例えば、チューブ型単セルに酸化剤ガスの供給・排出用の配管を接続するための継手が取り付けられる構成では、取り付け部分の締め付け力を十分に大きくできずにガス漏れが発生したり、継手の取り付け箇所に生ずる応力に耐えられずに支持体が折損したりするおそれがある。また、例えば、複数のチューブ型単セルをまとめてスタック構成とするため、複数の穴が形成された板状部材の各穴にチューブ型単セルが挿入された状態で板状部材と各チューブ型単セルとを接合する場合に、接合箇所に生ずる応力に耐えられずに支持体が折損するおそれがある。
【０００５】
なお、このような課題は、ＳＯＦＣの単セルに限らず、他のタイプの燃料電池（金属−空気電池システムを含む）の単セルにも共通の課題である。また、このような課題は、燃料電池単セル限らず、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う電解セルの構成単位である電解単セルにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルという。
【０００６】
本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【０００８】
（１）本明細書に開示される電気化学反応単セルは、電気化学反応単セルにおいて、第１の方向に延びる両端開放の筒状であり、ガス透過性および導電性を有する多孔質部分と、前記第１の方向において前記多孔質部分と並ぶように配置され、前記多孔質部分より気孔率が低い緻密部分と、を含み、燃料極として機能する支持体と、前記支持体の内表面側に配置され、前記第１の方向に延びる筒状であり、前記多孔質部分より気孔率が低い電解質層と、前記電解質層の内表面側に配置され、前記第１の方向に延びる筒状であり、前記電解質層より気孔率が高い空気極と、を備える。本電気化学反応単セルによれば、多孔質部分の存在により支持体のガス透過性を維持しつつ、継手等との接合を緻密部分において行うことにより、ガス漏れや支持体の折損の発生を抑制することができる。
【０００９】
（２）上記電気化学反応単セルにおいて、前記支持体は、さらに、前記第１の方向において前記多孔質部分と前記緻密部分との間に配置され、前記多孔質部分より気孔率が低く、かつ、前記緻密部分より気孔率が高い中間部分を含む構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、中間部分の存在により、多孔質部分の気孔率を高く維持したまま、多孔質部分と緻密部分との間の気孔率傾斜を緩和することができ、支持体を構成する各部分の界面での折損の発生を抑制することができる。
【００１０】
（３）上記電気化学反応単セルにおいて、前記多孔質部分の形成材料と前記緻密部分の形成材料と前記中間部分の形成材料とは、同一組成である構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、支持体を構成する各部分の熱膨張率を等しくすることができ、焼成時や運転時等における各部分間の熱膨張差による支持体の折損の発生を抑制することができる。
【００１１】
（４）上記電気化学反応単セルにおいて、前記緻密部分は、前記第１の方向における前記支持体の少なくとも一方の端に配置されている構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、継手等との接合を支持体の両端に配置された緻密部分において行うことにより、継手等の配置の最適化を実現しつつ、ガス漏れや支持体の折損の発生を抑制することができる。
【００１２】
（５）上記電気化学反応単セルにおいて、前記緻密部分は、導電性を有する構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、支持体の端部の折損の発生を抑制しつつ支持体の導通部分の面積を確保することができ、また、支持体の両端に配置された導電性を有する緻密部分から容易に端子取り出しを行うことができ、構成の簡素化、装置の小型化を実現することができる。
【００１３】
（６）上記電気化学反応単セルにおいて、前記第１の方向において、前記電解質層の一端は、前記支持体の一端と同じ位置であるか、前記支持体の一端より他端側に位置しており、前記空気極の一端は、前記電解質層の一端より他端側に位置している構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、導電性を有する緻密部分と空気極との間の距離を確保して、両者の間の短絡の発生を抑制することができる。
【００１４】
（７）上記電気化学反応単セルにおいて、さらに、前記電解質層の内表面側、かつ、前記空気極の外表面側に配置され、前記電解質層より気孔率が高く、前記第１の方向に延びる筒状の中間層を備える構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、電解質層と空気極とを多孔質な中間層を介して接合することができ、比較的緻密な電解質層と比較的多孔質な空気極とが接する構成と比較して、電解質層と空気極との接合性を向上させることができる。
【００１５】
（８）上記電気化学反応単セルにおいて、前記中間層は、前記電解質層を構成する材料と前記空気極を構成する材料との混合材料により形成されている構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、電解質層と空気極との熱膨張率差を緩和することができ、焼成時や運転時等における熱膨張差による層間剥離の発生を抑制することができる。
【００１６】
（９）上記電気化学反応単セルにおいて、前記電解質層は、ＹＳＺと、ＳｃＳＺと、ＧＤＣと、ＬＳＧＭと、の少なくとも１つにより形成されている構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、電気化学反応の反応性を向上させることができる。
【００１７】
（１０）上記電気化学反応単セルにおいて、前記多孔質部分は、ＮｉとＹＳＺとの混合物と、ＮｉとＧＤＣとの混合物と、の少なくとも１つにより形成されている構成としてもよい。本電気化学反応単セルによれば、電気化学反応の反応性を向上させることができる。
【００１８】
（１１）本明細書に開示される電気化学反応単セルの製造方法は、第１の方向に延びる両端開放の筒状であり、ガス透過性および導電性を有する多孔質部分と、前記第１の方向において前記多孔質部分と並ぶように配置され、前記多孔質部分より気孔率が低い緻密部分と、を含み、燃料極として機能する支持体と、前記支持体の内表面側に配置され、前記第１の方向に延びる筒状であり、前記多孔質部分より気孔率が低い電解質層と、前記電解質層の内表面側に配置され、前記第１の方向に延びる筒状であり、前記電解質層より気孔率が高い空気極と、を備える電気化学反応単セルの製造方法において、前記支持体の形成材料と前記電解質層の形成材料とを同時焼成することにより前記支持体と前記電解質層との第１の接合体を作製する第１の焼成工程と、前記第１の接合体における内表面側に前記空気極の形成材料を配置して焼成することにより前記第１の接合体と前記空気極との第２の接合体を作製する第２の焼成工程と、を備える。本電気化学反応単セルの製造方法によれば、空気極を、支持体と電解質層とを同時焼成する第１の焼成工程とは別の第２の焼成工程で作製することにより、空気極の気孔率が過度に低くなることを抑制することができるため、空気極におけるガス透過性の低下を抑制できると共に、三層界面の減少を抑制することができる。
【００１９】
（１２）上記電気化学反応単セルの製造方法において、前記第２の焼成工程は、ディップコート法により、前記第１の接合体における内表面側に前記空気極の形成材料を塗布する工程を含み、前記製造方法は、さらに、前記第２の焼成工程の後に、前記第１の方向における前記第２の接合体の端部を削除して、前記第１の方向における前記支持体の端の位置と前記空気極の端の位置とを揃える削除工程を備える構成としてもよい。本電気化学反応単セルの製造方法によれば、製造される単セルの容量の低下を抑制しつつ、第１の方向における単セルの寸法を小さくすることができる。
【００２０】
（１３）上記電気化学反応単セルの製造方法において、前記第１の接合体は、前記支持体の形成材料と前記電解質層の形成材料に加えて、前記電解質層より気孔率が高い中間層の形成材料を同時焼成することにより形成される前記支持体と前記電解質層と前記中間層との接合体であり、前記第２の焼成工程は、ディップコート法により、前記支持体と前記電解質層と前記中間層との接合体における内表面側に前記空気極の形成材料を塗布する工程を含むことを特徴とする構成としてもよい。本電気化学反応単セルの製造方法によれば、比較的多孔質な中間層の存在により、ディップコートの際の空気極の形成材料の塗布性を向上させることができる。
【００２１】
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単セル（燃料電池単セルまたは電解単セル）、複数の電気化学反応単セルを備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態における燃料電池単セルモジュール１０２の外観構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態における燃料電池単セルモジュール１０２の断面構成を示す説明図である。
【図３】本実施形態における燃料電池単セル１１０の断面構成を示す説明図である。
【図４】本実施形態における燃料電池単セル１１０および接続部材２００の断面構成を示す説明図である。
【図５】本実施形態における燃料電池単セルモジュール１０２の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】支持体成形体６０の作製方法を示す説明図である。
【図７】変形例における燃料電池単セルモジュール１０２の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図８】複数の燃料電池単セル１１０が燃料電池スタック１００を構成している変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．構成：
（燃料電池単セルモジュール１０２の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池単セルモジュール（以下、「単セルモジュール」という）１０２の外観構成を示す説明図であり、図２は、本実施形態における単セルモジュール１０２の断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、単セルモジュール１０２は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図３以降についても同様である。Ｚ軸方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。
【００２４】
単セルモジュール１０２は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という）１１０と、単セル１１０の両端付近に取り付けられた接続部材２００とを備える。単セルモジュール１０２は、例えば、Ｚ軸方向に互いに対向する２枚の金属板３１０の間に固定されて使用される。具体的には、単セルモジュール１０２の下側の接続部材２００が下側の金属板３１０に固定され、上側の接続部材２００が上側の金属板３１０に固定される。２枚の金属板３１０の間には、１つの単セルモジュール１０２が設置されるとしてもよいし、複数の単セルモジュール１０２が設置されるとしてもよい。なお、２枚の金属板３１０の間の空間は、燃料ガスＦＧ（例えば都市ガスを改質した水素リッチなガス）が流れる燃料ガス流路１７６を構成している。
【００２５】
（単セル１１０の構成）
図３は、本実施形態における単セル１１０の断面構成を示す説明図である。また、図４は、本実施形態における単セル１１０および接続部材２００の断面構成を示す説明図である。図３には、図２のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における単セル１１０のＸＹ断面構成が示されており、図４には、図２のＸ１部の断面構成が拡大して示されている。
【００２６】
単セル１１０は、全体として略円筒状（チューブ状）の外観構成を有しており、支持体１１６と、電解質層１１２と、中間層１１３と、空気極層１１４とを備える。支持体１１６と電解質層１１２と中間層１１３と空気極層１１４とは、いずれも、Ｚ軸方向に延びる両端開放の略円筒形状である。支持体１１６は、単セル１１０の最外側に配置され、電解質層１１２は、支持体１１６の内表面側に配置され、空気極層１１４は、電解質層１１２の内表面側に配置されている。中間層１１３は、電解質層１１２の内表面側、かつ、空気極層１１４の外表面側（すなわち、電解質層１１２と空気極層１１４との間）に配置されている。
【００２７】
支持体１１６は、単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、中間層１１３、空気極層１１４）を支持すると共に、燃料極として機能する層である。支持体１１６は、いずれも略円筒状の部分である多孔質部分１１６ａと、緻密部分１１６ｂと、中間部分１１６ｃとから構成されている。多孔質部分１１６ａは、Ｚ軸方向における支持体１１６の中央付近を構成し、緻密部分１１６ｂは、支持体１１６の両端付近を構成し、中間部分１１６ｃは、多孔質部分１１６ａと各緻密部分１１６ｂとの間の部分を構成している。すなわち、多孔質部分１１６ａと緻密部分１１６ｂと中間部分１１６ｃとは、Ｚ軸方向において互いに並ぶように配置されている。
【００２８】
本実施形態では、支持体１１６の多孔質部分１１６ａと緻密部分１１６ｂと中間部分１１６ｃとは、同一組成の材料、具体的には、ＮｉとＹＳＺとの混合物とＮｉとＧＤＣとの混合物との少なくとも１つにより形成されている。支持体１１６の多孔質部分１１６ａと緻密部分１１６ｂと中間部分１１６ｃとは、いずれもＮｉを含むため、導電性を有する。
【００２９】
支持体１１６の多孔質部分１１６ａと緻密部分１１６ｂと中間部分１１６ｃとは、気孔率が互いに異なる。多孔質部分１１６ａの気孔率は、例えば約４０〜６０％であり、緻密部分１１６ｂの気孔率は、例えば約０〜５％であり、中間部分１１６ｃの気孔率は、例えば約１０〜２０％である。すなわち、緻密部分１１６ｂの気孔率は、多孔質部分１１６ａの気孔率より低い。多孔質部分１１６ａはガス透過性を有する一方、緻密部分１１６ｂはガス透過性を有さない。また、中間部分１１６ｃの気孔率は、多孔質部分１１６ａの気孔率より低く、かつ、緻密部分１１６ｂの気孔率より高い。中間部分１１６ｃはガス透過性を有するが、ガス透過性の程度は多孔質部分１１６ａのガス透過性の程度より低い。なお、支持体１１６を構成する各部分の内、互いに隣接する２つの部分の気孔率の差は、２０％以下であることが好ましい。また、多孔質部分１１６ａの気孔率は、ある程度のガス透過性を確保するため４０％以上であることが好ましく、ある程度の構造的強度を確保するため６０％以下であることが好ましい。
【００３０】
電解質層１１２は、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）と、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）と、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）と、ＬＳＧＭ（ランタンストロンチウムガリウムマグネシウム）との少なくとも１つにより形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０は、電解質としてこれらの固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。電解質層１１２の気孔率は、支持体１１６の多孔質部分１１６ａの気孔率より低い。すなわち、電解質層１１２は、比較的緻密な層である。
【００３１】
空気極層１１４は、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄）等）により形成されている。空気極層１１４の気孔率は、電解質層１１２の気孔率より高い。すなわち、空気極層１１４は、比較的多孔質な層である。空気極層１１４の内表面が面する空間（単セル１１０の中空空間）は、酸化剤ガスＯＧ（例えば空気）が流れる酸化剤ガス流路１６６を構成している。
【００３２】
中間層１１３は、上述した電解質層１１２を構成する材料と、上述した空気極層１１４を構成する材料との混合材料（例えば、ＹＳＺとＬＳＭとの混合材料）により形成されている。中間層１１３の気孔率は、電解質層１１２の気孔率より高い。すなわち、中間層１１３は、比較的多孔質な層である。
【００３３】
図２および図４に示すように、本実施形態では、単セル１１０を構成する各層のＺ方向の長さは、支持体１１６が最も長く、電解質層１１２および中間層１１３が次に長く、空気極層１１４が最も短い。すなわち、図４に示すように、電解質層１１２および中間層１１３の下端は、支持体１１６の下端より上端側に位置しており、空気極層１１４の下端は、電解質層１１２の下端より上端側に位置している。単セル１１０の上端側の構成についても同様である。
【００３４】
（接続部材２００の構成）
図１および図２に示すように、各接続部材２００は、単セル１１０を金属板３１０に固定すると共に、単セル１１０に酸化剤ガス配管３２０（酸化剤ガス供給配管３２０ｉおよび酸化剤ガス排出配管３２０ｏ）を接続するための部材である。以下、図４を参照して、下側（酸化剤ガス供給配管３２０ｉが接続される側）の接続部材２００の構成について説明する。上側の接続部材２００の構成も同様である。
【００３５】
図４に示すように、接続部材２００は、継手金具２１０と、ガスシール複合体２４０と、押圧金具２３０と、固定金具２２０とを備えている。
【００３６】
継手金具２１０は、単セル１１０に酸化剤ガス配管３２０（酸化剤ガス供給配管３２０ｉ）を接続するための継手であり、例えばＳＵＳ３１６等の金属により形成されている。継手金具２１０は、鍔部２１３と、鍔部２１３から上方に延びる略円筒状の第１筒状部２１１と、鍔部２１３から下方に延びる略円筒状の第２筒状部２１２とを備える。第１筒状部２１１および第２筒状部２１２の外周面には、ねじが形成されている。第１筒状部２１１の中空空間には、単セル１１０の端部が鍔部２１３に当接する状態で挿入されている。なお、単セル１１０の端部が鍔部２１３に接していなくてもよい。第２筒状部２１２には、酸化剤ガス供給配管３２０ｉが螺号している。これにより、酸化剤ガス供給配管３２０ｉの内部空間は、継手金具２１０の内部空間を介して、単セル１１０の中空空間により構成される酸化剤ガス流路１６６と連通する。また、継手金具２１０は、鍔部２１３の部分において金属板３１０に固定されている。
【００３７】
ガスシール複合体２４０は、酸化剤ガスＯＧが流れる空間と燃料ガスＦＧが流れる空間との間をシールするための部材であり、単セル１１０の端部（支持体１１６が緻密部分１１６ｂにより構成された部分）の外周面と、継手金具２１０の第１筒状部２１１の内周面との間の空間に配置されている。ガスシール複合体２４０は、単セル１１０の端部の外周側に嵌められた環状の第１および第２ガスケット部材２４１，２４２と、第１および第２ガスケット部材２４１，２４２の間に配置された環状のガラスシール部２４３とから構成されている。第１および第２ガスケット部材２４１，２４２は、例えば膨張黒鉛により形成された耐熱性のガスケット部材である。第２ガスケット部材２４２は、継手金具２１０の鍔部２１３に当接するように配置され、第１ガスケット部材２４１は、ガラスシール部２４３を挟んで第２ガスケット部材２４２の上方に配置されている。また、ガラスシール部２４３は、例えばホウ珪酸ガラスにより形成されており、単セル１１０が使用される環境温度（例えば５５０〜１０００℃）において、軟化して周囲に密着し、第１および第２ガスケット部材２４１，２４２と共にガスシール機能を発揮する。
【００３８】
押圧金具２３０は、ガスシール複合体２４０を押圧するための略円筒状の部材であり、例えばＳＵＳ３１６等の金属により形成されている。押圧金具２３０は、単セル１１０の端部の外周側に嵌められ、ガスシール複合体２４０の上端（第１ガスケット部材２４１の上端）に当接している。
【００３９】
固定金具２２０は、接続部材２００を固定するための筒状部材であり、例えばＳＵＳ３１６等の金属により形成されている。固定金具２２０は、略円筒状の押圧板２２１と、押圧板２２１の外周端から下方に延びる筒状部２２２とを備えている。押圧板２２１の下面は、押圧金具２３０の上面に当接している。また、筒状部２２２の内周面には、ねじが形成されている。固定金具２２０の筒状部２２２の内周面のねじと、継手金具２１０の第１筒状部２１１の外周面のねじとを螺合させて締め付けると、押圧板２２１が押圧金具２３０を下方に押圧し、押圧金具２３０がガスシール複合体２４０を下方に押圧する。これにより、ガスシール複合体２４０を構成する第１および第２ガスケット部材２４１，２４２が圧縮され、ガスシール複合体２４０のガスシール性が確保される。
【００４０】
Ａ−２．単セルモジュール１０２の動作：
図１および図２に示すように、２枚の金属板３１０により区画された燃料ガス流路１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、供給された燃料ガスＦＧは、単セル１１０の最外側に配置された多孔質の支持体１１６（主として支持体１１６の多孔質部分１１６ａ）内に進入して拡散する。また、酸化剤ガス供給配管３２０ｉから単セル１１０の中空空間により構成される酸化剤ガス流路１６６に酸化剤ガスＯＧが供給されると、供給された酸化剤ガスＯＧは、単セル１１０の最内側に配置された多孔質の空気極層１１４（およびそれに隣接する多孔質の中間層１１３）内に進入して拡散する。このような燃料ガスＦＧおよび酸化剤ガスＯＧの供給を行いつつ、単セル１１０を所定の温度（例えば５５０℃〜１０００℃程度）まで加熱すると、燃料ガスＦＧに含まれる水素と酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素との電気化学反応により電気エネルギーが生成される。単セル１１０において生成された電気エネルギーは、支持体１１６と空気極層１１４とを接続する外部回路により取り出される。なお、酸化剤ガス流路１６６を通過した酸化剤ガスＯＧは、酸化剤ガス排出配管３２０ｏに排出される。
【００４１】
Ａ−３．単セルモジュール１０２の製造方法：
次に、単セルモジュール１０２の製造方法について説明する。図５は、本実施形態における単セルモジュール１０２の製造方法を示すフローチャートである。はじめに、支持体１１６を構成する各部分（多孔質部分１１６ａ、緻密部分１１６ｂ、中間部分１１６ｃ）を形成するための材料を準備する（Ｓ１０２）。本実施形態では、支持体１１６を構成する各部分を形成するための材料は、同一組成の材料（例えばＮｉＯとＹＳＺとの６０：４０ｗｔ％の混合物）である。ただし、支持体１１６を構成する各部分を形成するための材料は、造孔材（例えば有機ビーズ）の添加量が互いに異なる。多孔質部分１１６ａを形成するための材料には、比較的多い量の（例えば２０ｗｔ％）造孔材が添加され、中間部分１１６ｃを形成するための材料には、比較的少ない量の（例えば５ｗｔ％）造孔材が添加され、緻密部分１１６ｂを形成するための材料には、造孔材が添加されない（または、中間部分１１６ｃより少ない量の造孔材が添加される）。
【００４２】
次に、支持体１１６の各部分を形成するための材料を順にゴム型枠に充填して加圧することにより、支持体成形体６０を作製する（Ｓ１０４）。図６は、支持体成形体６０の作製方法を示す説明図である。支持体成形体６０の作製の際には、図６（ａ）に示すように、平板状の基台５１の上にゴム型５３が配置されたゴム型枠が用いられる。ゴム型５３には、支持体１１６の外形に対応した略中空円柱状の内部孔５５が形成されており、内部孔５５内には、支持体１１６の中空空間の形状に対応した略円柱状の中心ピン５７が配置されている。これにより、内部孔５５の内周面と中心ピン５７の外周面との間に、略中空円筒状の型枠孔５９が形成される。
【００４３】
支持体成形体６０の作製の際には、まず、ゴム型５３の型枠孔５９内に、支持体１１６の緻密部分１１６ｂを形成するための材料６１を充填する（図６（ａ））。次に、型枠孔５９内に、支持体１１６の中間部分１１６ｃを形成するための材料６２を充填する（図６（ｂ））。その後は、同様に、型枠孔５９内に、支持体１１６の多孔質部分１１６ａを形成するための材料６３を充填し（図６（ｃ））、次に、型枠孔５９内に、支持体１１６の中間部分１１６ｃを形成するための材料６２を再度充填し（図６（ｄ））、次に、型枠孔５９内に、支持体１１６の緻密部分１１６ｂを形成するための材料６１を再度充填する（図６（ｅ））。
【００４４】
次に、図６（ｆ）に示すように、ゴム型５３の上部に上部金型５２を設置する。上部金型５２の下面には略円筒状の凸部が形成されており、ゴム型５３の上部に上部金型５２を設置すると、上部金型５２の凸部が型枠孔５９内に挿入されて、型枠孔５９内に充填された上側の材料６１に当接する。この状態で、ゴム型５３の外側から所定の圧力Ｐ（例えば1００ＭＰａ）をかけてプレス成形する。このようなプレス成形により、図６（ｇ）に示す支持体成形体６０が作製される。
【００４５】
次に、作製された支持体成形体６０に対して、大気中で所定の条件（例えば、１１００℃、１時間）の熱処理を行うことにより、支持体成形体６０の仮焼体を作製する（Ｓ１０６）。
【００４６】
次に、ディップコート法により、支持体成形体６０の仮焼体に、電解質層１１２の形成材料（例えばＹＳＺ）のスラリーを塗布する（Ｓ１０８）。この際、支持体成形体６０の仮焼体の外周面はマスキングテープでマスクされるため、支持体成形体６０の仮焼体の内表面のみに電解質層１１２の形成材料のスラリーが塗布される。さらに、同様にマスクした状態でのディップコート法により、塗布された電解質層１１２の形成材料の内表面に、中間層１１３の形成材料（例えばＹＳＺとＬＳＭとの混合材料）のスラリーを塗布する（Ｓ１１０）。
【００４７】
次に、電解質層１１２および中間層１１３の形成材料が塗布された支持体成形体６０を、大気中で所定の条件（例えば、１４００℃、２時間）で焼成する（Ｓ１１２）。これにより、支持体１１６と電解質層１１２と中間層１１３との形成材料が同時焼成され、支持体１１６と電解質層１１２と中間層１１３とから構成される接合体（以下、「第１の接合体」という）が作製される。
【００４８】
次に、第１の接合体の外周面をマスクした状態でのディップコート法により、第１の接合体の内表面に、空気極層１１４の形成材料（例えばＬＳＭ）のスラリーを塗布する（Ｓ１１４）。次に、空気極層１１４の形成材料が塗布された第１の接合体を、大気中で所定の条件（例えば、１２００℃、２時間）で焼成する（Ｓ１１６）。これにより、空気極層１１４の形成材料が焼成され、第１の接合体と空気極層１１４とから構成される接合体（以下、「第２の接合体」という）、すなわち単セル１１０が作製される。
【００４９】
次に、単セル１１０の両端に、接続部材２００を取り付け、窒素中で所定の条件（例えば、５５０℃、５時間）でガラス熱処理を行う（Ｓ１１８）。これにより、ガスシール複合体２４０によるシール性が確保され、単セル１１０と２つの接続部材２００とから構成される単セルモジュール１０２の製造が完了する。
【００５０】
Ａ−４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の単セルモジュール１０２を構成する単セル１１０は、支持体１１６と、電解質層１１２と、空気極層１１４とを備える。支持体１１６は、Ｚ軸方向に延びる両端開放の筒状であり、ガス透過性および導電性を有する多孔質部分１１６ａと、Ｚ軸方向において多孔質部分１１６ａと並ぶように配置され、多孔質部分１１６ａより気孔率が低い緻密部分１１６ｂとを含み、燃料極として機能する。電解質層１１２は、支持体１１６の内表面側に配置され、Ｚ軸方向に延びる筒状であり、多孔質部分１１６ａより気孔率が低い。空気極層１１４は、電解質層１１２の内表面側に配置され、Ｚ軸方向に延びる筒状であり、電解質層１１２より気孔率が高い。このような構成の本実施形態の単セル１１０によれば、多孔質部分１１６ａの存在により支持体１１６のガス透過性を維持しつつ、接続部材２００との接合を緻密部分１１６ｂにおいて行うことにより、ガス漏れや支持体１１６の折損の発生を抑制することができる。
【００５１】
なお、本実施形態の単セル１１０では、電解質層１１２が支持体１１６の内表面側に配置されるため、電解質層１１２が支持体１１６の外表面側に配置される構成と比較して、電解質層１１２に傷やピンホールが発生することを抑制することができ、このような傷やピンホールを原因とするクロスリークの発生を抑制することができる。
【００５２】
また、本実施形態の単セル１１０では、支持体１１６が、さらに中間部分１１６ｃを含む。中間部分１１６ｃは、Ｚ軸方向において多孔質部分１１６ａと緻密部分１１６ｂとの間に配置され、多孔質部分１１６ａより気孔率が低く、かつ、緻密部分１１６ｂより気孔率が高い。そのため、本実施形態の単セル１１０によれば、中間部分１１６ｃの存在により、多孔質部分１１６ａの気孔率を高く維持したまま、多孔質部分１１６ａと緻密部分１１６ｂとの間の気孔率傾斜を緩和することができ、支持体１１６を構成する各部分の界面での折損の発生を抑制することができる。
【００５３】
また、本実施形態の単セル１１０では、多孔質部分１１６ａの形成材料と緻密部分１１６ｂの形成材料と中間部分１１６ｃの形成材料とが同一組成である。そのため、本実施形態の単セル１１０によれば、支持体１１６を構成する各部分の熱膨張率を等しくすることができ、焼成時や発電運転時等における各部分間の熱膨張差による支持体１１６の折損の発生を抑制することができる。
【００５４】
また、本実施形態の単セル１１０では、緻密部分１１６ｂが、Ｚ軸方向における支持体１１６の両端に配置されている。そのため、本実施形態の単セル１１０によれば、酸化剤ガス配管３２０との接続のための接続部材２００等との接合を支持体１１６の両端に配置された緻密部分１１６ｂにおいて行うことにより、接続部材２００等の配置の最適化を実現しつつ、ガス漏れや支持体１１６の折損の発生を抑制することができる。
【００５５】
また、本実施形態の単セル１１０では、多孔質部分１１６ａや中間部分１１６ｃに加えて、緻密部分１１６ｂも導電性を有する。そのため、本実施形態の単セル１１０によれば、支持体１１６の端部の折損の発生を抑制しつつ、支持体１１６の導通部分の面積を確保することができる。また、本実施形態の単セル１１０によれば、支持体１１６の両端に配置された導電性を有する緻密部分１１６ｂから容易に端子取り出しを行うことができ、構成の簡素化、装置の小型化を実現することができる。
【００５６】
また、本実施形態の単セル１１０では、Ｚ軸方向において、電解質層１１２の下端（または上端）は、支持体１１６の下端（または上端）より上端側（または下端側）に位置しており、空気極層１１４の下端（または上端）は、電解質層１１２の下端（または上端）より上端（または下端側）に位置している。そのため、本実施形態の単セル１１０によれば、導電性を有する緻密部分１１６ｂと空気極層１１４との間の距離を確保して、両者の間の短絡の発生を抑制することができる。
【００５７】
また、本実施形態の単セル１１０は、さらに中間層１１３を備える。中間層１１３は、電解質層１１２の内表面側、かつ、空気極層１１４の外表面側に配置され、電解質層１１２より気孔率が高く、Ｚ軸方向に延びる筒状である。そのため、本実施形態の単セル１１０によれば、電解質層１１２と空気極層１１４とを多孔質な中間層１１３を介して接合することができ、比較的緻密な電解質層１１２と比較的多孔質な空気極層１１４とが接する構成と比較して、電解質層１１２と空気極層１１４との接合性を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施形態の単セル１１０では、中間層１１３が、電解質層１１２を構成する材料と空気極層１１４を構成する材料との混合材料により形成されている。そのため、本実施形態の単セル１１０によれば、電解質層１１２と空気極層１１４との熱膨張率差を緩和することができ、焼成時や発電運転時等における熱膨張差による層間剥離の発生を抑制することができる。
【００５９】
また、本実施形態の単セル１１０では、電解質層１１２は、ＹＳＺと、ＳｃＳＺと、ＧＤＣと、ＬＳＧＭと、の少なくとも１つにより形成されている。そのため、本実施形態の単セル１１０によれば、発電反応性を向上させることができる。
【００６０】
また、本実施形態の単セル１１０では、多孔質部分１１６ａは、ＮｉとＹＳＺとの混合物と、ＮｉとＧＤＣとの混合物と、の少なくとも１つにより形成されている。そのため、本実施形態の単セル１１０によれば、発電反応性を向上させることができる。
【００６１】
また、本実施形態の単セルモジュール１０２（単セル１１０）の製造方法は、支持体１１６の形成材料と電解質層１１２の形成材料とを同時焼成することにより支持体１１６と電解質層１１２との第１の接合体を作製する第１の焼成工程（Ｓ１１２）と、第１の接合体における内表面側に空気極層１１４の形成材料を配置して焼成することにより第１の接合体と空気極層１１４との第２の接合体を作製する第２の焼成工程（Ｓ１１６）とを備える。そのため、本実施形態の単セルモジュール１０２（単セル１１０）の製造方法によれば、空気極層１１４を、支持体１１６と電解質層１１２とを同時焼成する第１の焼成工程とは別の第２の焼成工程で作製することにより、空気極層１１４の気孔率が過度に低くなることを抑制することができるため、空気極層１１４におけるガス透過性の低下を抑制できると共に、三層界面の減少を抑制することができる。
【００６２】
また、本実施形態の単セルモジュール１０２（単セル１１０）の製造方法では、第１の接合体は、支持体１１６の形成材料と電解質層１１２の形成材料に加えて、電解質層１１２より気孔率が高い中間層１１３の形成材料を同時焼成することにより形成される、支持体１１６と電解質層１１２と中間層１１３との接合体であり、第２の焼成工程は、ディップコート法により、上記第１の接合体における内表面側に空気極層１１４の形成材料を塗布する工程を含む。そのため、本実施形態の単セルモジュール１０２（単セル１１０）の製造方法によれば、比較的多孔質な中間層１１３の存在により、ディップコートの際の空気極層１１４の形成材料の塗布性を向上させることができる。
【００６３】
Ａ−５．性能評価：
構成が互いに異なる複数の単セルモジュールの実施例および比較例を作製し、各種性能評価を行った。以下、実施した性能評価について説明する。なお、以下の説明では、理解の容易のために、上述した実施形態と同一構成ではない構成要素に対しても同一の符号を付す場合がある。
【００６４】
Ａ−５−１．単セル１１０と接続部材２００との接合箇所でのガス漏れ抑制性能の評価：
（単セルモジュール１０２の実施例１の作製）
支持体１１６の多孔質部分１１６ａ、緻密部分１１６ｂ、中間部分１１６ｃの形成材料として、ＮｉＯとＹＳＺとの６０：４０ｗｔ％の混合物を準備した。多孔質部分１１６ａの形成材料には２０ｗｔ％の造孔材（有機ビーズ）を添加し、中間部分１１６ｃの形成材料には５ｗｔ％の造孔材を添加し、緻密部分１１６ｂの形成材料には造孔材を添加しなかった。支持体１１６の各部分の形成材料を順にゴム型枠に充填して１００ＭＰａで加圧することにより、支持体成形体６０を作製した（図６参照）。得られた支持体成形体６０に対して大気中で１１００℃１時間の熱処理を行うことにより、支持体成形体６０の仮焼体を得た。得られた支持体成形体６０の仮焼体の内表面に、電解質層１１２の形成材料であるＹＳＺのスラリーをディップコート法により塗布した。さらに、ＹＳＺのスラリーの上に、中間層１１３の形成材料であるＹＳＺとＬＳＭとの５０：５０ｖｏｌ％の混合物に造孔材としての有機ビーズを２０ｗｔ％添加した材料のスラリーをディップコート法により塗布した。その後、大気中で１４００℃、２時間の焼成を行うことにより、支持体１１６と電解質層１１２と中間層１１３とから構成される接合体（第１の接合体）を得た。さらに、第１の接合体の内表面に、空気極層１１４の形成材料であるＬＳＭのスラリーをディップコート法により塗布し、大気中で１２００℃、２時間の焼成を行うことにより、単セル１１０を得た。得られた単セル１１０の両端に、膨張黒鉛製の第１，第２ガスケット部材２４１，２４２とガラスシール部２４３とから構成されるガスシール複合体２４０とＳＵＳ３１６により形成された継手金具２１０とを備える接続部材２００を接合し、窒素中で５５０℃、５時間のガラス熱処理を行うことにより、単セルモジュール１０２の実施例１を得た。
【００６５】
（単セルモジュール１０２の比較例１の作製）
単セルモジュール１０２の比較例１は、上述した実施例１と比較して、支持体１１６全体が多孔質部分１１６ａにより構成されている点と、ガスシール複合体２４０がガラスシール部２４３を備えず、膨張黒鉛製のガスケット部材２４１のみから構成される点とが異なっている。すなわち、比較例１の作製の際には、支持体１１６の形成材料としてＮｉＯとＹＳＺとの６０：４０ｗｔ％の混合物（２０ｗｔ％の造孔材添加あり）を準備し、この材料をゴム型枠に充填して１００ＭＰａで加圧することにより支持体成形体６０を作製し、支持体成形体６０に対して大気中で１１００℃１時間の熱処理を行うことにより支持体成形体６０の仮焼体を得、支持体成形体６０の仮焼体の内表面に電解質層１１２の形成材料であるＹＳＺのスラリーをディップコート法により塗布し、さらにＹＳＺのスラリーの上に中間層１１３の形成材料であるＹＳＺとＬＳＭとの５０：５０ｖｏｌ％の混合物に造孔材としての有機ビーズを２０ｗｔ％添加した材料のスラリーをディップコート法により塗布し、大気中で１４００℃、２時間の焼成を行うことにより第１の接合体を得、第１の接合体の内表面に空気極層１１４の形成材料であるＬＳＭのスラリーをディップコート法により塗布し、大気中で１２００℃、２時間の焼成を行うことにより単セル１１０を得た。得られた単セル１１０の両端に、膨張黒鉛製のガスケット部材２４１とＳＵＳ３１６により形成された継手金具２１０とを備える接続部材２００を接合し、単セルモジュール１０２の比較例１を得た。なお、比較例１の単セル１１０の両端に、膨張黒鉛製の第１，第２ガスケット部材２４１，２４２とガラスシール部２４３とから構成されるガスシール複合体２４０を取り付けて窒素中で５５０℃、５時間のガラス熱処理を行うと、ガラスの溶融による圧縮応力によって単セル１１０（支持体１１６）が折損した。
【００６６】
（第１のガス漏れ試験）
単セルモジュール１０２の実施例１および比較例１を用いて第１のガス漏れ試験を行った。各単セルモジュール１０２の一方の端を金属ブラインドにて封止し、もう一方の端の接続部材２００の内側から約０．８ＭＰａＧの圧力でＨｅガスを供給し、単セルモジュール１０２の外側に漏れたＨｅガス量を石鹸膜流量計に計測した。単セルモジュール１０２の実施例１では、Ｈｅガス量は検出下限以下であったが、単セルモジュール１０２の比較例１では、１ｍｌ／ｍｉｎのＨｅガス漏れが検出された。この第１のガス漏れ試験の結果より、支持体１１６の緻密部分１１６ｂで接続部材２００との接合を行うことにより、ガス漏れの発生を抑制できることが確認された。
【００６７】
Ａ−５−２．クロスリーク抑制性能の評価：
（評価用モジュールの実施例２の作製）
支持体１１６の多孔質部分１１６ａ、緻密部分１１６ｂ、中間部分１１６ｃの形成材料として、ＮｉＯとＹＳＺとの６０：４０ｗｔ％の混合物を準備した。多孔質部分１１６ａの形成材料には２０ｗｔ％の造孔材（有機ビーズ）を添加し、中間部分１１６ｃの形成材料には５ｗｔ％の造孔材を添加し、緻密部分１１６ｂの形成材料には造孔材を添加しなかった。支持体１１６の各部分の形成材料を順にゴム型枠に充填して１００ＭＰａで加圧することにより、支持体成形体６０を作製した（図６参照）。得られた支持体成形体６０に対して大気中で１１００℃１時間の熱処理を行うことにより、支持体成形体６０の仮焼体を得た。得られた支持体成形体６０の仮焼体の内表面に、電解質層１１２の形成材料であるＹＳＺのスラリーをディップコート法により塗布し、焼成用セッターの上に直置きして乾燥させ、その後、大気中で１４００℃、２時間の焼成を行うことにより支持体１１６と電解質層１１２とから構成される接合体を得た。得られた接合体の両端に、膨張黒鉛製のガスケット部材２４１とＳＵＳ３１６により形成された継手金具２１０とを備える接続部材２００を接合し、評価用モジュールの実施例２を得た。
【００６８】
（評価用モジュールの比較例２の作製）
評価用モジュールの比較例２は、上述した実施例２と比較して、支持体１１６全体が多孔質部分１１６ａにより構成されている点と、支持体１１６の内表面側ではなく外表面側に電解質層１１２が形成されている点とが異なっている。すなわち、比較例２の作製の際には、支持体１１６の形成材料としてＮｉＯとＹＳＺとの６０：４０ｗｔ％の混合物（２０ｗｔ％の造孔材添加あり）を準備し、この材料をゴム型枠に充填して１００ＭＰａで加圧することにより支持体成形体６０を作製し、支持体成形体６０に対して大気中で１１００℃１時間の熱処理を行うことにより、支持体成形体６０の仮焼体を得、支持体成形体６０の仮焼体の外表面に電解質層１１２の形成材料であるＹＳＺのスラリーをディップコート法により塗布し、焼成用セッターの上に直置きして乾燥させ、その後、大気中で１４００℃、２時間の焼成を行うことにより支持体１１６と電解質層１１２とから構成される接合体を得、接合体の両端に、膨張黒鉛製のガスケット部材２４１とＳＵＳ３１６により形成された継手金具２１０とを備える接続部材２００を接合し、評価用モジュールの比較例２を得た。
【００６９】
（第２のガス漏れ試験）
評価用モジュールの実施例２および比較例２を用いて第２のガス漏れ試験を行った。各評価用モジュールの一方の端を金属ブラインドにて封止し、もう一方の端の接続部材２００の内側から約０．８ＭＰａＧの圧力でＨｅガスを供給し、評価用モジュールの外側に漏れたＨｅガス量を石鹸膜流量計に計測した。評価用モジュールの実施例２では、Ｈｅガス量は検出下限以下であったが、評価用モジュールの比較例２では、１０ｍｌ／ｍｉｎ程度のＨｅガス漏れが検出された。ガス漏れした箇所を特定するために、赤インクの入った水に評価用モジュールの比較例２を浸したところ、電解質層１１２の表面に赤インクの染み込みが数箇所確認された。評価用モジュールの比較例２では、支持体１１６の外表面側に電解質層１１２が形成されているため、電解質層１１２に傷やピンホールが発生したものと考えられる。このような電解質層１１２の傷やピンホールは、クロスリークの原因になるため好ましくない。一方、評価用モジュールの実施例２を同様に調べたところ、赤インクの染み込みが全くなく、クロスリークの原因となる電解質層１１２の傷やピンホールの発生が抑制されていることが確認された。この第２のガス漏れ試験の結果より、電解質層１１２を支持体１１６の内表面側に形成することにより、クロスリークの発生を抑制できることが確認された。
【００７０】
Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
【００７１】
上記実施形態における単セルモジュール１０２の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、支持体１１６の緻密部分１１６ｂが導電性を有するとしているが、緻密部分１１６ｂが導電性を有しないとしてもよい。また、上記実施形態では、緻密部分１１６ｂが支持体１１６の両端部に配置されているが、緻密部分１１６ｂが支持体１１６の一方の端部のみに配置されるとしてもよいし、緻密部分１１６ｂが支持体１１６の端部以外の部分に配置されるとしてもよい。また、上記実施形態では、単セル１１０を構成する各層のＺ方向の長さは、支持体１１６が最も長く、電解質層１１２および中間層１１３が次に長く、空気極層１１４が最も短いが、これらの長さの関係（これら各層の端部の位置関係）は任意に変更可能である。例えば、電解質層１１２および中間層１１３の長さが支持体１１６の長さと同じであってもよい。また、上記実施形態では、単セル１１０を構成する各層は、両端開放の略円筒形状であるとしているが、各層が片端開放形状であってもよいし、各層の断面形状が円以外の形状（例えば楕円）であってもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、支持体１１６が中間部分１１６ｃを備えるとしているが、支持体１１６が中間部分１１６ｃを備えず、多孔質部分１１６ａと緻密部分１１６ｂとから構成されているとしてもよい。また、上記実施形態では、単セル１１０が中間層１１３を備えるとしているが、単セル１１０が中間層１１３を備えず、支持体１１６と電解質層１１２と空気極層１１４とから構成されているとしてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。例えば、上記実施形態では、支持体１１６を構成する多孔質部分１１６ａの形成材料と緻密部分１１６ｂの形成材料と中間部分１１６ｃの形成材料とが同一組成であるとしているが、これらの形成材料の少なくとも１つが異なる組成であってもよい。また、上記実施形態では、中間層１１３が電解質層１１２を構成する材料と空気極層１１４を構成する材料との混合材料により形成されるとしているが、中間層１１３の形成材料は任意に変更可能である。
【００７４】
また、上記実施形態における単セルモジュール１０２の製造方法はあくまで一例であり、種々変形可能である。図７は、変形例における単セルモジュール１０２の製造方法の流れを示すフローチャートである。図７に示す変形例の製造方法では、第２の接合体の作製（Ｓ１１６）の後に、第２の接合体の端部を削除する工程（Ｓ１１７）が実行される点が、図５に示した実施形態の製造方法と異なる。この削除工程では、第２の接合体の端部を切断や研磨によって削除し、Ｚ軸方向における支持体１１６の端の位置と空気極層１１４の端の位置とを揃える工程である。このような変形例の製造方法によれば、製造される単セル１１０の発電容量の低下を抑制しつつ、Ｚ軸方向における単セル１１０の寸法を小さくすることができる。また、このような変形例の製造方法によれば、製造される複数の単セル１１０によりスタックを構成する際の配線取り回しを容易にすることができる。
【００７５】
また、上記実施形態では、単セル１１０が単セルモジュール１０２として使用されているが、単セル１１０は他の形態として使用されてもよい。図８は、複数の単セル１１０が燃料電池スタック１００を構成している変形例を示す説明図である。図８に示す燃料電池スタック１００は、複数の単セル１１０が集積された集積体１０が縦方向に３段積層された構成を有している。各集積体１０は、互いに略平行に配置された複数の単セル１１０の両端付近が、例えばセラミックスにより形成された保持部材２２により保持された構成を有している。各単セル１１０は、例えばガラスを含むシール材３１を介して保持部材２２に接合されている。最上段の保持部材２２の上面には、例えばセラミックスにより形成された板部材２８が配置されている。図８に示すような構成の燃料電池スタック１００においても、各単セル１１０の保持部材２２との接合箇所（図８の例では両端部）において支持体１１６が緻密部分１１６ｂにより構成されていれば、単セル１１０の折損の発生を抑制することができる。
【００７６】
また、上記実施形態では、燃料ガスＦＧに含まれる水素と酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、支持体１１６の外周面に金属（例えば鉄）が配置され、単セル１１０の外側に水蒸気を供給することによって金属と水蒸気との反応により水素を発生させ、発生した水素を支持体１１６に供給する構成の金属−空気電池システムにも同様に適用可能である。
【００７７】
また、上記実施形態では、燃料ガスＦＧに含まれる水素と酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の最小単位である電解単セルや、複数の電解単セルを備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解単セルの構成は、例えば特開２０１４−２０７１２０号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池単セル１１０と同様の構成である。電解単セルの運転の際には、空気極層１１４がプラス（陽極）で支持体１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解単セルにおいて水の電気分解反応が起こり、支持体１１６において水素ガスが発生する。このような構成の電解単セルにおいても、支持体１１６を上記実施形態と同様の構成とすれば、ガス漏れや支持体１１６の折損の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０：集積体  ２２：保持部材  ２８：板部材  ３１：シール材  ５１：基台  ５２：上部金型  ５３：ゴム型  ５５：内部孔  ５７：中心ピン  ５９：型枠孔  ６０：支持体成形体  ６１：材料  ６２：材料  ６３：材料  １００：燃料電池スタック  １０２：燃料電池単セルモジュール  １１０：燃料電池単セル  １１２：電解質層  １１３：中間層  １１４：空気極層  １１６：支持体  １１６ａ：多孔質部分  １１６ｂ：緻密部分  １１６ｃ：中間部分  １６６：酸化剤ガス流路  １７６：燃料ガス流路  ２００：接続部材  ２１０：継手金具  ２１１：第１筒状部  ２１２：第２筒状部  ２１３：鍔部  ２２０：固定金具  ２２１：押圧板  ２２２：筒状部  ２３０：押圧金具  ２４０：ガスシール複合体  ２４１：第１ガスケット部材  ２４２：第２ガスケット部材  ２４３：ガラスシール部  ３１０：金属板  ３２０ｉ：酸化剤ガス供給配管  ３２０ｏ：酸化剤ガス排出配管
【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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