(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質の一方側に導電性セラミックスからなる酸素側電極、他方側に金属又は金属酸化物を含有する燃料側電極を設け、前記燃料側電極に導電性セラミックスからなるインターコネクタを設け、該インターコネクタに、セル同士の電気的接続用の集電部材に接続されるＰ型半導体を設けたことを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
燃料側電極は内部に１又は２以上の燃料ガス通路が設けられており、該燃料側電極の外面に固体電解質、酸素側電極が順次設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
【請求項３】
燃料側電極が板状であり、該燃料側電極の一方側主面に、固体電解質、酸素側電極が順次設けられており、他方側主面に、インターコネクタ、Ｐ型半導体が順次設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池セル。
【請求項４】
Ｐ型半導体は、インターコネクタ表面に、燃料側電極を介して酸素側電極に対向するように面状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の燃料電池セル。
【請求項５】
Ｐ型半導体は、酸素側電極と同一成分からなることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
【請求項６】
Ｐ型半導体は、酸素側電極と同時に形成されること特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
【請求項７】
Ｐ型半導体の厚みは１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の燃料電池セル。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちいずれかに記載の燃料電池セルが複数集合してなるとともに、一方の燃料電池セルと他方の燃料電池セルとの間に金属を含有する集電部材を介在させ、前記一方の燃料電池セルの燃料側電極を、該燃料側電極に設けられたインターコネクタ、Ｐ型半導体、前記集電部材を介して前記他方の燃料電池セルの酸素側電極に電気的に接続してなることを特徴とするセルスタック。
【請求項９】
請求項８記載のセルスタックを収納容器内に収容してなることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池に関し、集電効果が良好な燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
次世代エネルギーとして、近年、複数の燃料電池セルからなるセルスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。
【０００３】
図５は、従来の固体電解質型燃料電池のセルスタックを示すもので、このセルスタックは、複数の燃料電池セル１（１ａ、１ｂ）を集合させ、一方の燃料電池セル１ａと他方の燃料電池セル１ｂとの間に金属フェルトからなる集電部材５を介在させ、一方の燃料電池セル１ａの燃料側電極７と他方の燃料電池セル１ｂの酸素側電極１１とを電気的に接続して構成されていた。
【０００４】
燃料電池セル１（１ａ、１ｂ）は、円筒状の金属を主成分とする燃料側電極７の外周面に、固体電解質９、導電性セラミックスからなる酸素側電極１１を順次設けて構成されており、固体電解質９、酸素側電極１１から露出した燃料側電極７には、酸素側電極１１に接続しないようにインターコネクタ１３が設けられ、燃料側電極７と電気的に接続している。
【０００５】
このインターコネクタ１３は、燃料側電極７の内部を流れる燃料ガスと、酸素側電極１１の外側を流れる酸素含有ガスとを確実に遮断するため、また、燃料ガス及び酸素含有ガスで変質しにくい緻密な導電性セラミックスが用いられている。
【０００６】
一方の燃料電池セル１ａと他方の燃料電池セル１ｂとの電気的接続は、一方の燃料電池セル１ａの燃料側電極７を、該燃料側電極７に設けられたインターコネクタ１３、集電部材５を介して、他方の燃料電池セル１ｂの酸素側電極１１に接続することにより行われていた。
【０００７】
燃料電池は、上記セルスタックを収納容器内に収容して構成され、燃料側電極７内部に燃料（水素）を流し、酸素側電極１１に空気（酸素）を流して６００〜１０００℃で発電される。
【０００８】
そして、近年においては、固体電解質と燃料側電極の熱膨張係数を近づけるため、燃料側電極を、Ｎｉと、ＺｒＯ２よりも熱膨張係数の低いムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）やスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＣａＡｌ２Ｏ４）とから形成することが行われている（特許文献１参照）。
【０００９】
このような燃料電池セルでは、燃料側電極の熱膨張係数を固体電解質の熱膨張係数に近づけることができるため、固体電解質のクラックや、固体電解質の燃料側電極からの剥離を抑制できる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−０２９５７４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した燃料電池セル１は、金属を主成分とする燃料側電極７に導電性セラミックスからなるインターコネクタ１３を設け、このインターコネクタ１３を金属からなる集電部材５に接続していたため、集電部材５から燃料側電極７に至る電子伝導度が低く、発電効率が低いという問題があった。
【００１２】
この理由は明確ではないが、以下のような理由によるものと考えられる。即ち、一般に、円筒状の導電性セラミックスからなる酸素側電極を支持管し、この支持管の外面に固体電解質、金属からなる燃料側電極を形成し、酸素側電極にセラミックスからなるインターコネクタを接続し、金属からなる集電部材を介して他の燃料電池セルの燃料側電極と電気的に接続する場合には、図６（ａ）に示すように、一方の燃料電池セルの酸素側電極から他方の燃料電池セルの燃料側電極に電流が流れるため、インターコネクタと集電部材との間には電位障壁は生ぜず、一方の燃料電池セルの酸素側電極からの電流を集電部材を介して他方の燃料電池セルに効率良く伝達できる。
【００１３】
ところが、上記図５に示したように、燃料側電極７を支持管とし、この支持管の外面に固体電解質９、酸素側電極１１を形成した場合には、燃料側電極７にインターコネクタ１３が接続され、このインターコネクタ１３に集電部材５が接続されることになるため、図６（ｂ）に示すように、電流は他方の燃料電池セルの酸素側電極から一方の燃料電池セルの燃料側電極に流れるため、集電部材とインターコネクタの間で電位障壁が生じ、整流性が生じ、接触が非オーム性となり、他方の燃料電池セルの酸素側電極からの電流を集電部材を介して一方の燃料電池セルの燃料側電極に十分に伝達できないという問題があった。表現注意・・
本発明は、集電効果を向上できる燃料電池セル及びセルスタック並びに燃料電池を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池セルは、固体電解質の一方側に導電性セラミックスからなる酸素側電極、他方側に金属又は金属酸化物を含有する燃料側電極を設け、前記燃料側電極に導電性セラミックスからなるインターコネクタを設け、該インターコネクタに、セル同士の電気的接続用の集電部材に接続されるＰ型半導体を設けたことを特徴とする。
【００１５】
このような燃料電池セルでは、理由は明確ではないが、他方の燃料電池セルの酸素側電極からの電流を、集電部材、Ｐ型半導体、インターコネクタを介して一方の燃料電池セルの燃料側電極に効率良く伝達できる。即ち、本発明では、燃料側電極にインターコネクタ、Ｐ型半導体を順次設け、他方のセルの酸素側電極との電気的接続を行う集電部材に接続可能としたので、集電部材からＰ型半導体に電流が流れた時、電位障壁は有るが、接触はオーム性であり、整流効果は無く、他方の燃料電池セルの酸素側電極から、一方の燃料電池セルのＰ型半導体、インターコネクタを介して燃料側電極への電流の流れを促進し、集電効果を向上することができる。これにより、発電性能の優れた燃料電池セルを提供できる。
【００１６】
本発明の燃料電池セルは、燃料側電極は内部に１又は２以上の燃料ガス通路が設けられており、該燃料側電極の外面に固体電解質、酸素側電極が順次設けられていることが望ましい。このような燃料電池セルとしては、例えば、燃料側電極が板状であり、該燃料側電極の一方側主面に、固体電解質、酸素側電極が順次設けられており、他方側主面に、インターコネクタ、Ｐ型半導体が順次設けられたものがある。このような燃料電池セルでは、上記したように、理由は明確ではないが、他方の燃料電池セルの酸素側電極からの電流を、集電部材、燃料側電極の他方側主面に設けられたＰ型半導体、インターコネクタを介して燃料側電極に効率良く伝達できる。
【００１７】
Ｐ型半導体は、インターコネクタ表面に、燃料側電極を介して酸素側電極に対向するように面状に形成されていることを特徴とする。このような燃料電池セルでは、他方の燃料電池セルの酸素側電極からＰ型半導体に流れてきた電流が燃料側電極に最短距離で流れ、しかもＰ型半導体と酸素側電極が対向しているため、固体電解質を燃料側電極と酸素側電極で挟持した複数の発電部を最短距離で連結したセルスタックを形成でき、電流ロスを最小限に抑制することができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池セルでは、Ｐ型半導体は、酸素側電極と同一成分からなることが望ましい。これにより、燃料電池セルを構成する材料の種類を少なくできるとともに、例えば、燃料側電極の外側に固体電解質を形成し、燃料側電極にインターコネクタを設けた積層体を一体焼成で形成した後、固体電解質表面への酸素側電極の形成と、インターコネクタ表面へのＰ型半導体の形成を同時に行うことができる。
【００１９】
さらに、本発明の燃料電池セルでは、Ｐ型半導体の厚みは１０μｍ以上であることを特徴とする。Ｐ型半導体の厚みを１０μｍ以上とすることにより、例えば、集電部材の一部がＰ型半導体に当接する場合でも、集電部材からの電流がＰ型半導体との当接部分から多方向に流れ、例えば、上記した板状の燃料側電極の場合、電流が燃料側電極を厚み方向に最短距離で流れ、電流ロスを最小限に抑制することができる。
【００２０】
本発明のセルスタックは、上記した燃料電池セルが複数集合してなるとともに、一方の燃料電池セルと他方の燃料電池セルとの間に金属を含有する集電部材を介在させ、前記一方の燃料電池セルの燃料側電極を、該燃料側電極に設けられたインターコネクタ、Ｐ型半導体、前記集電部材を介して前記他方の燃料電池セルの酸素側電極に電気的に接続してなることが望ましい。
【００２１】
本発明のセルスタックでは、一方の燃料電池セルの燃料側電極を、該燃料側電極に設けられたインターコネクタ、Ｐ型半導体、集電部材を介して他方の燃料電池セルの酸素側電極に電気的に接続されるため、電流は、他方の燃料電池セルのセラミックスからなる酸素側電極から、金属からなる集電部材を介して一方の燃料電池セルのＰ型半導体、導電性セラミックスからなるインターコネクタ、金属を主成分とする燃料側電極に効率良く流れ、セル間の電子伝導度を向上でき、燃料電池の発電効率を向上できる。
【００２２】
本発明の燃料電池は、上記セルスタックを収納容器内に収容してなるものである。このような燃料電池では、上記したようにセル間の電子伝導度を向上できるため、燃料電池の発電特性を向上できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
形態１
図１は本発明の燃料電池セルの横断面を示すもので、燃料電池セルは円筒形状とされている。この燃料電池セルは、円筒状の多孔質な金属を主成分とする燃料側電極３１の外面に、緻密質な固体電解質３３、多孔質な導電性セラミックスからなる酸素側電極３５を順次積層し、燃料側電極３１の外面にインターコネクタ３７、Ｐ型半導体３９を順次形成して構成されており、燃料側電極３１が支持体となっている。
【００２４】
燃料側電極３１は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｒｕのうちいずれか一種の金属又は金属酸化物、もしくはこれらの合金又は合金酸化物を主成分とするものであり、これら以外に、外面の固体電解質３３への接合強度を向上し、固体電解質３３の熱膨張係数に近似させるため、固体電解質材料を含有することが望ましい。金属又は金属酸化物としては、コストの観点からＮｉ又はＮｉＯが望ましい。
【００２５】
この燃料側電極３１の内部には、燃料側電極３１の軸長方向に同心円状に形成された一つの燃料ガス通路３１ａが形成されている。円筒状の燃料側電極３１の外径は、体積あたりの出力密度の向上という点から３〜３０ｍｍ、肉厚は、セル強度向上という点から０．５〜５ｍｍであることが望ましい。尚、燃料側電極３１は円筒状である必要はなく、楕円筒状であっても良く、四角筒状であっても良い。
【００２６】
この燃料側電極３１の外面に設けられた固体電解質３３は、３〜１５モル％のＹ、希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ２からなる緻密質なセラミックスが用いられている。燃料側電極３１と固体電解質３３との間には、燃料側電極３１との接合強度を向上するため、緻密層からなる接合層を介在させても良い。この固体電解質３３の厚みは、ガス透過を防止するという点から１０〜１００μｍであることが望ましい。
【００２７】
また、酸素側電極３５は、ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料の少なくとも一種の多孔質の導電性セラミックスから構成されている。酸素側電極３５は、６００〜１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高いという点からＬａＦｅＯ３系材料が望ましい。酸素側電極３５の厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが望ましい。
【００２８】
そして、燃料側電極３１外面の一部には、その軸長方向に固体電解質３３及び酸素側電極３５が形成されていない部分を有しており、この固体電解質３３及び酸素側電極３５から露出した燃料側電極３１の外面には、導電性セラミックスからなるインターコネクタ３７が形成されている。
【００２９】
このインターコネクタ３７の厚みは、緻密性と電気抵抗という点から３０〜２００μｍであることが望ましい。インターコネクタ３７は、ＬａＣｒＯ３系材料の導電性セラミックスから構成されている。インターコネクタ３７は、燃料側電極３１の内外の燃料ガス、酸素含有ガスの漏出を防止するため緻密質とされており、また、インターコネクタ３７の内外面は、燃料ガス、酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有している。
【００３０】
このインターコネクタ３７の端面と固体電解質３３の端面との間には、シール性を向上すべく接合層を介在させても良い。
【００３１】
そして、本発明の燃料電池セルでは、インターコネクタ３７の外面には、多孔質のＰ型半導体３９が全面に設けられている。このＰ型半導体３９としては、使用環境下で作動させるために、一般の不純物半導体ではなく、インターコネクタ３７を構成するＬａＣｒＯ３系材料よりも電子伝導性が大きいセラミック製のＰ型半導体である酸素側電極３５と同一成分、即ち、ＬａＭｎＯ３系材料、ＬａＦｅＯ３系材料、ＬａＣｏＯ３系材料の少なくとも一種からなることが望ましい。特に酸素側電極３５と同一成分であることが望ましく、さらには同一組成であることが望ましい。
【００３２】
Ｐ型半導体３９の厚みは集電性という点から１０μｍ以上、特には５０μｍ以上であることが望ましく、他の部材（固体電解質等）との熱膨張差を小さくするという点から、１００μｍ以下であることが望ましい。さらに、他の部材との熱膨張差を小さくするという点から、多孔質であることが望ましい。
【００３３】
以上のような燃料電池セルの製造方法について説明する。先ず、例えば、ＮｉＯ粉末と、Ｙを含有したＺｒＯ２（ＹＳＺ）粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合した燃料側電極材料を押出成形して、円筒状の燃料側電極成形体を作製し、これを乾燥する。
【００３４】
次に、例えば、ＹＳＺ粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合した、固体電解質材料を用いてシート状成形体を作製し、このシート状成形体を、燃料側電極成形体上に、その両端間が所定間隔をおいて離間するように巻き付け、乾燥する。
【００３５】
この後、例えば、ＬａＣｒＯ３系材料と、有機バインダーと、溶媒とを混合した、インターコネクタ材料を用いてシート状成形体を作製し、このシート状成形体を、露出した燃料側電極成形体の外面に積層し、円筒状の燃料側電極成形体に固体電解質のシート状成形体、インターコネクタのシート状成形体が積層された積層成形体を作製する。
【００３６】
次に、積層成形体を脱バインダ処理し、酸素含有雰囲気中で１３００〜１６００℃で同時焼成し、この積層体を、例えば、ＬａＦｅＯ３系材料と、溶媒を含有するペースト中に浸漬し、固体電解質の表面に酸素側電極成形体をディッピングにより形成し、また、ＬａＦｅＯ３系材料を含有する上記ペーストを、インターコネクタの外面に塗布し、１０００〜１３００℃で焼き付けることにより、多孔質な酸素側電極３５とＰ型半導体３９を同時に形成し、本発明の燃料電池セルを作製できる。
【００３７】
本発明のセルスタックは、図２に示すように、複数の燃料電池セル４０（４０ａ、４０ｂ）が複数集合してなり、一方の燃料電池セル４０ａと他方の燃料電池セル４０ｂとの間に、金属フェルト及び／又は金属板からなる集電部材４１を介在させ、一方の燃料電池セル４０ａの燃料側電極３１を、該燃料側電極３１に設けられたインターコネクタ３７、Ｐ型半導体３９、集電部材４１を介して他方の燃料電池セル４０ｂの酸素側電極３５に電気的に接続して構成されている。集電部材４１は、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という点から、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｃｒ鋼合金の少なくとも一種からなることが望ましい。
【００３８】
本発明の燃料電池は、図２のセルスタックが、収納容器内に収容されて燃料電池が構成される。そして、発電時には、図２に矢印で示すように、他方の燃料電池セル４０ｂの酸素側電極３５からの電流を、集電部材４１、一方の燃料電池セル４０ａのＰ型半導体３９、インターコネクタ３７を介して燃料側電極３１に伝達されることになる。
【００３９】
従って、電流は、図６（ｂ）に示すように流れるが、集電部材４１とインターコネクタ３７の間にＰ型半導体３９を設けたので、効率よく電流を流すことができる。
【００４０】
形態２
図３は、本発明の燃料電池セルの他の形態を示すもので、図３の燃料電池セルは断面が扁平状で、全体的に見て平板状であり、その内部には複数の燃料ガス通路５１が形成されている。
【００４１】
この燃料電池セルは、断面が扁平状で、全体的に見て板状の多孔質な燃料側電極５３の外面に、緻密質な固体電解質５５、多孔質な導電性セラミックスからなる酸素側電極５７を順次積層し、酸素側電極５７と反対側の燃料側電極５３の外面にインターコネクタ５９を形成して構成されている。燃料側電極５３には、複数の燃料ガス通路５１が形成されている。
【００４２】
即ち、燃料電池セルは、断面形状が、幅方向両端に設けられた弧状部ｍと、これらの弧状部ｍを連結する一対の平坦部ｎとから構成されており、一対の平坦部ｎは平坦であり、ほぼ平行に形成されている。これらの一対の平坦部ｎのうち一方は、板状の燃料側電５３の一方側主面にインターコネクタ５９を形成して構成され、他方の平坦部ｎは、板状の燃料側電極５３の他方側主面に、固体電解質５５、酸素側電極５７を形成して構成されている。
【００４３】
燃料電池セル３３の弧状部ｍ−ｍ間の距離は、所望発電量を得るための燃料電池セルの小型化を図れるという点から１０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲が望ましく、さらに、１５ｍｍ〜４０ｍｍの範囲が望ましい。また、平坦部ｎ−ｎ間の距離は、燃料側電極５３における電位降下（電流ロス）を小さくするという点から、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲とすることが望ましく、さらに、３ｍｍ〜５ｍｍの範囲が望ましい。
【００４４】
そして、Ｐ型半導体６１が、インターコネクタ５９表面に、燃料側電極５３を介して酸素側電極５７に対向するように面状に形成されている。即ち、板状の燃料側電極５３の一方側主面に、固体電解質５５、酸素側電極５７が設けられており、インターコネクタ５９、Ｐ型半導体６１が、板状の燃料側電極５３の他方側主面に面状に設けられており、他方の燃料電池セルの酸素側電極からＰ型半導体６１に流れてきた電流が、図３に矢印で示したように、板状の燃料側電極５３を厚み方向に最短距離で流れ、しかもＰ型半導体６１と酸素側電極５７が対向しているため、固体電解質５５を燃料側電極５３と酸素側電極５７で挟持した発電部同士を最短距離で連結することができ、セルスタックにおける電流ロスを最小限に抑制することができる。尚、固体電解質５５は弧状部ｍまで形成され、燃料側電極５３の他方側主面にのみ形成されたインターコネクタ５９の端部と接合している。
【００４５】
Ｐ型半導体６１の厚みは１０μｍ以上とされている。これにより、例えば、集電部材６３がＰ型半導体６１に点接触（線状に当接する場合も含む）する場合でも、集電部材６３からの電流がＰ型半導体６１との当接部分から多方向に分散して、電流が板状の燃料側電極５３間を厚み方向に最短距離で流れ、燃料側電極５３での電流ロスを最小限に抑制することができる。Ｐ型半導体６１との当接部分から電流を多方向に分散するという点から５０μｍ以上であることが望ましい。一方、他の部材との熱膨張差による剥離を抑制するという点から、Ｐ型半導体６１の厚みは１００μｍ以下が望ましく、さらには多孔質であることが望ましい。
【００４６】
このような燃料電池セルは、先ず、例えば、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末と、希土類元素、例えばＹを含有するＺｒＯ２（ＹＳＺ）、有機バインダー、溶媒とを混合し、これを押し出し成形して、平板状の燃料側電極成形体を作製し、これを乾燥、脱脂する。
【００４７】
次に、希土類元素を固溶したＺｒＯ２粉末と、有機バインダーと、溶媒を混合した固体電解質材料を用いて、シート状の固体電解質成形体を作製し、該シート状の固体電解質成形体を、燃料側電極成形体の一方主面上で両端部が所定距離をおいて離間するように積層巻き付けし、乾燥する。
【００４８】
次に、ランタン−クロム系酸化物粉末と、有機バインダーと、溶媒を混合したインターコネクタ材料を用いて、シート状のインターコネクタ成形体を作製し、このインターコネクタ成形体を固体電解質成形体の両端部から露出した燃料側電極成形体上に積層する。
【００４９】
これにより、平板状の燃料側電極成形体の一方側主面に、固体電解質成形体を積層するとともに、他方の平坦部の表面にインターコネクタ成形体が積層された積層成形体を作製する。尚、各成形体はドクターブレードによるシート成形や印刷、スラリーディップ、スプレーによる吹き付けなどにより作製することができ、または、これらの組み合わせにより作製してもよい。
【００５０】
次に、積層成形体を脱脂処理し、酸素含有雰囲気中で１３００〜１６００℃で同時焼成する。
【００５１】
次に、Ｐ型半導体である遷移金属ペロブスカイト型酸化物粉末、例えば、ＬａＦｅＯ３系粉末と、溶媒を混合し、ペーストを作製し、前記積層体をこのペースト中に浸漬し、または直接スプレー塗布し、１０００〜１３００℃で焼き付けることにより、固体電解質５５、インターコネクタ６１の表面にそれぞれ多孔質の酸素側電極５７、Ｐ型半導体６１を同時に形成し、本発明の燃料電池セルを作製する。
【００５２】
尚、酸素側電極５７、Ｐ型半導体６１を異なる材料から構成してもよいが、作製が容易であるという点から、酸素側電極５７、Ｐ型半導体６１を同一成分から、特には同一組成から構成することが望ましい。
【００５３】
このような平板状の燃料電池セルのセルスタックは、一方の燃料電池セルと他方の燃料電池セルとの間に、金属フェルト及び／又は金属板からなる集電部材６３を介在させ、一方の燃料電池セルの燃料側電極５３を、該燃料側電極５３に設けられたインターコネクタ５９、Ｐ型半導体６１、集電部材６３を介して他方の燃料電池セルの酸素側電極に電気的に接続して構成される。
【００５４】
集電部材６３は、耐熱性、耐酸化性、電気伝導性という点から、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｃｒ鋼合金の少なくとも一種からなることが望ましい。
【００５５】
本発明の燃料電池は、複数の図３の燃料電池セルからなるセルスタックを、収納容器内に収納して構成されている。この収納容器には、外部から水素等の燃料ガス及び空気等の酸素含有ガスを燃料電池セルに導入する導入管が設けられており、燃料電池セルが所定温度に加熱されることにより発電し、余剰の燃料ガス、酸素含有ガスは燃焼させられ、燃焼ガスとして収納容器外に排出される。
【００５６】
尚、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５７】
【実施例】
先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．５μｍのＹを８モル％含有したＺｒＯ２（ＹＳＺ）粉末と、ポアー剤、ＰＶＡからなる有機バインダーと、水からなる溶媒とを混合した燃料側電極材料を押出成形して、円筒状の燃料側電極成形体を作製し、これを乾燥した。
【００５８】
次に、上記ＹＳＺ粉末と、アクリル樹脂からなる有機バインダーと、トルエンからなる溶媒とを混合した、固体電解質材料を用いてシート状成形体を作製し、このシート状成形体を、燃料側電極成形体上に、その両端間が所定間隔をおいて離間するように巻き付け、乾燥した。
【００５９】
この後、平均粒径２μｍのＬａＣｒＯ３系材料と、アクリル樹脂からなる有機バインダーと、トルエンからなる溶媒とを混合した、インターコネクタ材料を用いてシート状成形体を作製し、このシート状成形体を、露出した燃料側電極成形体の外面に積層し、円筒状の燃料側電極成形体に固体電解質のシート状成形体、インターコネクタのシート状成形体が積層された積層成形体を作製した。
【００６０】
次に、この積層成形体を脱バインダー処理し、大気中にて１５００℃で同時焼成した。この積層体を、平均粒径２μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３粉末と、ノルマルパラフィンからなる溶媒を含有するペースト中に浸漬し、固体電解質の表面に酸素側電極成形体をディッピングにより作製し、また、上記ペーストをインターコネクタの外面に塗布し、１１５０℃で焼き付け、多孔質の酸素側電極を形成するとともに、インターコネクタの外面に多孔質のＰ型半導体を形成し、図１に示すような本発明の燃料電池セルを作製した。
【００６１】
この燃料電池セルの酸素側電極とＰ型半導体にＰｔペーストを塗布して、これにＰｔメッシュ（集電部材）を押しつけ、酸素側電極とＰ型半導体間に所定の電流密度を有する電流を流したときの燃料側電極とＰ型半導体間の電圧降下を測定し、図４に実線で記載した。
【００６２】
尚、燃料側電極の外径は１５ｍｍ、内径は１２ｍｍであり、固体電解質の厚みは４０μｍ、酸素側電極の厚みは５０μｍ、インターコネクタの厚みは５０μｍ、Ｐ型半導体の厚みは５０μｍであった。
【００６３】
また、Ｐ型半導体を形成しない以外は、上記と同様にして比較例の燃料電池セルを作製し、インターコネクタにＰｔメッシュ（集電部材）を押しつけ、上記と同様電圧降下を測定し、図４に破線で記載した。
【００６４】
この図４から、インターコネクタの外面にＰ型半導体を形成した本発明の燃料電池セルでは、比較例の燃料電池セルよりも電圧降下が小さく、集電特性を大きくでき、高出力が得られることが判る。
【００６５】
実施例２
実施例１と同一材料、製法を用いて、図３に示すような平板状の燃料電池セルを作製した。この際、燃料電池セルのｍ−ｍ間の距離（幅）を２６ｍｍ、ｎ−ｎ間の距離（厚み）を３．５ｍｍ、長さを２００ｍｍとし、緻密な固体電解質５５の厚みを３０μｍ、多孔質な酸素側電極５７の厚みを５０μｍ、緻密なインターコネクタ５９の厚みを５０μｍ、多孔質なＰ型半導体６１の厚みを５０μｍとした。また、比較例として、Ｐ型半導体を形成しない燃料電池セルも作製した。
【００６６】
これらの燃料電池セルの電圧降下を、上記実施例１と同様にして求めたところ、電流密度が１．２５Ａ／ｃｍ２の時、本発明の燃料電池セルでは電圧降下が０．６Ｖであったのに対して、比較例の燃料電池セルでは１．４Ｖと大きかった。また、本発明の燃料電池セルでは、熱膨張差に基づくＰ型半導体の剥離も見られなかった。
【００６７】
また、本発明者等は、Ｐ型半導体６１の厚みを１０μｍ、７０μｍ、１００μｍと変更させた以外は、上記と同様にして図３に示すような燃料電池セルを作製し、電圧降下を評価した。
【００６８】
その結果、電流密度を１．２５Ａ／ｃｍ２とし、Ｐ型半導体６１の厚みを１０μｍ、７０μｍ、１００μｍとした場合には、それぞれ電圧降下が０．６２Ｖ、０．５９Ｖ、０．５８Ｖであった。また、本発明の燃料電池セルでは、熱膨張差に基づくＰ型半導体の剥離も見られなかった。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の燃料電池セルでは、固体電解質の一方側に導電性セラミックスからなる酸素側電極、他方側に金属又は金属酸化物を含有する燃料側電極を設け、燃料側電極に導電性セラミックスからなるインターコネクタを設け、該インターコネクタに、セル同士の電気的接続用の集電部材に接続されるＰ型半導体を設けたので、他方の燃料電池セルの酸素側電極からの電流を、集電部材を介して、一方の燃料電池セルのＰ型半導体、インターコネクタ、燃料側電極に効率良く伝達でき、集電性能を向上でき、これにより発電性能の優れた燃料電池セルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池セルを示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図２】本発明のセルスタックを示す横断面図である。
【図３】燃料側電極に複数の燃料ガス通路を形成した本発明の他の燃料電池セルを示す横断面図である。
【図４】Ｐ型半導体と燃料側電極間の電圧降下を示すグラフである。
【図５】従来のセルスタックを示す横断面図である。
【図６】セル間の接続構造及び電流の流れを示すもので、（ａ）は酸素側電極を支持管とした場合、（ｂ）は燃料側電極を支持管とした場合を示す説明図である。
【符号の説明】
３１、５３・・・燃料側電極
３３、５５・・・固体電解質
３５、５７・・・酸素側電極
３７、５９・・・インターコネクタ
３９、６１・・・Ｐ型半導体
４０（４０ａ、４０ｂ）・・・燃料電池セル
４１、６３・・・集電部材
【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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