(57)【要約】【課題】  集電部と空気極の密着性がなく、長期発電耐久性能が低下して行くという不具合があった。【解決手段】    燃料極と、前記燃料極に配置される電解質と、前記電解質に配置される空気極と、を備える固体酸化物形燃料電池セルと、前記空気極に配置される集電部と、前記集電部と電気的に接続され、前記セルの軸方向から電流を取り出すための端子と、を備える固体酸化物形燃料電池セルユニットであり、前記集電部はAg/Pd合金であり、かつPdが０．１重量％を超え、１０重量％未満であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルユニットを提供する。【選択図】  図１
2009289657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、
前記燃料極に配置される電解質と、
前記電解質に配置される空気極と、
を備える固体酸化物形燃料電池セルと、
前記空気極に配置される集電部と、
前記集電部と電気的に接続され、
前記セルの軸方向から電流を取り出すための端子と、
を備える固体酸化物形燃料電池セルユニットであり、
前記集電部はAg/Pd合金であり、
かつPdが０．１重量％を超え、１０重量％未満であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルユニット。
【請求項２】
前記集電部のPdは、1重量％以上５重量％未満であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セルユニット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池セルユニットを備えた燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池セルユニット、及びそれを備える燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、管状の燃料電池セルを有する燃料電池セルが知られている（例えば、特許文献１参照）。まず、特許文献１に記載された従来の固体酸化物形燃料電池セルの一例を説明する。特許文献１に記載された固体酸化物形燃料電池セルユニットは、空気極に銀ペーストが塗布されている。銀は、空気に露出している。
【０００３】
また、特許文献２には、平板状の固体酸化物形燃料電池セルが記載され、この固体酸化物形燃料電池セルの内側の空気極集電体は、セパレーターと空気極に挟まれている。空気極集電体は、銀の多孔質体、表面に酸化物層を形成した銀の多孔質体、銀の素地中に酸化物が分散した分散強化形銀の多孔質体、または銀よりも高温強度の優れた合金の多孔質体の少なくとも片面に銀メッキした多孔質体の何れかからなる固体酸化物形燃料電池の空気極集電体である。
【０００４】
また、特許文献３には、扁平状の固体酸化物形燃料電池セルが記載され、この固体酸化物形燃料電池セルの酸素極は、Ag又はAgを含有する合金が分散された導電性セラミックスからなっている。
【特許文献１】特開２００７−９５４４２号公報
【特許文献２】特許３９２４７７２号公報
【特許文献３】特開２００６−１００００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜３にあるように集電部にAgやAg/Pd合金を用いることが知られていた。しかし、集電部としての機能は良いが、空気極に対して集電部が密着する性能が不十分であり、密着性を向上した集電部が望まれていた。
【０００６】
そこで本発明では、集電部と空気極の密着性が良好な固体酸化物形燃料電池セルユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る固体酸化物形燃料電池セルユニットは、燃料極と、前記燃料極に配置される電解質と、前記電解質に配置される空気極と、を備える固体酸化物形燃料電池セルと、前記空気極に配置される集電部と、前記集電部と電気的に接続され、前記セルの軸方向から電流を取り出すための端子と、を備える固体酸化物形燃料電池セルユニットであり、前記集電部はAg/Pd合金であり、かつPdが０．１重量％を超え、１０重量％未満である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、集電部と空気極の密着性が良好な固体酸化物形燃料電池セルユニットを提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態を説明するに先立って、本発明の作用効果について説明する。
【００１０】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池セルユニットは、燃料極と、前記燃料極に配置される電解質と、前記電解質に配置される空気極と、を備える固体酸化物形燃料電池セルと、
前記空気極に配置される集電部と、前記集電部と電気的に接続され、前記セルの軸方向から電流を取り出すための端子と、を備える固体酸化物形燃料電池セルユニットであり、
前記集電部はAg/Pd合金であり、かつPdが０．１重量％を超え、１０重量％未満であることを特徴としている。
【００１１】
集電部のAg/Pd合金であり、かつPdを０．１重量％を超え、１０重量％未満の割合であることにより、従来のAg100重量％の集電部に比べ大幅に空気極と集電部の密着性を向上できる。さらに長期発電耐久性能を向上させることができる。ここでいうPd０．１重量％又は１０重量％とは、集電部を100重量％としたときに含まれる金属粉（Ag、Pd）の割合を示す。
【００１２】
本発明の一形態は、集電部のPdは、1重量％以上５重量％未満であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルユニットを提供する。
【００１３】
集電部Pdを０．１重量％以上５重量％未満の割合であることにより、初期発電性能が良好であり、かつ１００時間後の劣化率１．０％未満を満足することができる。
【００１４】
また本発明に係る固体酸化物形燃料電池セルユニットを備えた燃料電池モジュールでは、上述したような作用効果を奏する燃料電池を提供することができる。
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１６】
まず、図１を参照して、本発明による固体酸化物形燃料電池セルユニットの実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池セルユニットの断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池セルユニット１は、１本の管状の固体酸化物形燃料電池セルを有している。本実施形態では、固体酸化物形燃料電池セルは、１本の固体酸化物形燃料電池セル６（管状体）からなり、固体酸化物形燃料電池セル６は、円筒形である。
【００１８】
固体酸化物形燃料電池セル６は、酸化剤ガスにさらされている面から集電部４４a、空気極２０、電解質１８、燃料極１６の積層構造になっており、燃料極１６の内側に構成される燃料ガスの通路となる貫通流路１５を有している。集電部４４aは固体酸化物形燃料電池セル６の他方の端部６ｂに固定された空気極端子２６に接続されいる。空気極２０全体又は一部は、集電部４４aで覆われており、空気極で発生した電気は、集電部４４aのセルの軸方向に流れ、空気極端子２６から電気を取り出す。
なおセルの軸方向とは、貫通流路１５に流れる燃料ガスの方向と同一方向を示す。即ち、図中の矢印Aの方向を示す。
【００１９】
一方、固体酸化物形燃料電池セル６の一方の端部６ａに固定された燃料極端子２４は、燃料極１６と接しており、燃料極１６で発生した電気を燃料極端子２４から取り出す。  
【００２０】
集電部４４ａは、導電性膜であって、より具体的には、AgとPdを備えている。集電部４４ａの厚さは、０．１〜５０μｍであることが好ましく、より好ましくは0．５〜３０μｍであることが好ましい。集電部４４ａは、空気極２０が薄くて電気を通しにくい場合や導電率の低い材料で構成されている場合に電気の通路として機能している。
【００２１】
燃料極１６は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
【００２２】
電解質１８は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
【００２３】
空気極２０は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたサマリウムコバルト、銀、などの少なくとも一種から形成される。燃料極１６の厚さは、例えば、１ｍｍであり、電解質１８の厚さは、例えば、３０μｍであり、空気極２０の厚さは、例えば、３０μｍである。
【００２４】
固体酸化物形燃料電池セル６の一方の端部６ａに、燃料極１６が電解質１８及び空気極２０に対して突出した燃料極突出周面１６ａと、電解質１８が空気極２０に対して突出した電解質突出周面１８ａとが設けられ、燃料極突出周面１６ａ及び電解質突出周面１８ａは、固体酸化物形燃料電池セル６の外周面を構成している。固体酸化物形燃料電池セル６の他方の端部６ｂを含む残部の外周面は、空気極２０が集電部４４aで覆われている。本実施形態では、燃料極突出周面１６ａは、燃料極１６と電気的に通じる燃料極外周面２１でもある。
【００２５】
燃料極端子２４は、燃料極外周面２１を全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分２４ａと、固体酸化物形燃料電池セル６から遠ざかるように固体酸化物形燃料電池セル６の長手方向に延びる管状部分２４ｂとを有している。好ましくは、本体部分２４ａ及び管状部分２４ｂは、円筒形であり且つ同心に配置され、管状部分２４ｂの管径は、本体部分２４ａの管径よりも細い。本体部分２４ａ及び管状部分２４ｂは、貫通流路１５と連通し且つ外部と通じる接続流路２４ｃを有している。本体部分２４ａと管状部分２４ｂとの間の段部２４ｄは、燃料極１６の端面１６ｂと当接している。
【００２６】
尚、本発明の一形態に用いる空気極端子２６は、空気極外周面２２を全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分２６ａと、固体酸化物形燃料電池セル６から遠ざかるように固体酸化物形燃料電池セル６の長手方向に延びる管状部分２６ｂとを有している。好ましくは、本体部分２６ａ及び管状部分２６ｂは、円筒形であり且つ同心であり、管状部分２６ｂの管径は、本体部分２６ａの管径よりも細い。本体部分２６ａ及び管状部分２６ｂは、貫通流路１５と連通し且つ外部と通じる接続流路２６ｃを有している。本体部分２６ａと管状部分２６ｂとの間の段部２６ｄは、環状の絶縁部材２８を介して集電部４４a、空気極２０、電解質１８及び燃料極１６の端面１６ｃと当接している。
【００２７】
燃料極端子２４及び空気極端子２６の管状部分２４ｂ、２６ｂは、好ましくは、それらの外輪郭断面形状が同一である。更に好ましくは、燃料極端子２４及び空気極端子２６の全体形状が同一である。燃料極端子２４及び空気極端子２６は、例えばAg、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金などの耐熱金属である。
【００２８】
燃料極端子２４と固体酸化物形燃料電池セル６、及び、空気極端子２６と燃料電池セル６とは、その全周にわたって導電性のシール材３２によってシールされ且つ固定されている。
【００２９】
一方の端部６ａにおいて、燃料極突出周面１６ａ及び電解質突出周面１８ａは、固体酸化物形燃料電池セル６の全周にわたって延び、互いに長手方向Ａに隣接している。また、燃料極突出周面１６ａは、固体酸化物形燃料電池セル６の先端部６ｃに位置している。燃料極突出周面１６ａと電解質突出周面１８ａとの間の境界３４は、燃料極端子２４の本体部分２４ａの内部にあり、電解質突出周面１８と集電部突出周面４４との間の境界３６は、本体部分２４ａの外側に位置している。また、電解質突出周面１８ａは、燃料極突出周面１６ａに向かって薄肉となるテーパ部１８ｂを有している。
【００３０】
一方の端部６ａにおいて、シール材３２は、燃料極突出周面１６ａ及び電解質突出周面１８ａに跨がって全周にわたって延び、燃料極端子２４の本体部分２４ａに充填され、電解質突出周面１８ａを介して空気極２０と間隔をおいている。また、他方の端部６ｂにおいて、シール材３２は、空気極突出周面２０ａの上を全周にわたって延び、空気極端子２６の本体部分２６ａと絶縁部材２８との間の空間に充填されている。シール材３２は、燃料極１６と作用するガスの領域、即ち、貫通流路１５及び接続流路２４ｃ、２６ｃと、空気極２０と作用するガスの領域とを仕切るように設けられている。シール材３２は、例えば、銀、銀とガラスの混合物、金、ニッケル、銅、チタンなどを含む各種ロウ材である。
【００３１】
ここで固体酸化物形燃料電池の作動原理を以下に記す。空気極側に酸化剤ガスを流し、燃料極側に燃料ガス（Ｈ2、ＣＯなど）を流すと酸化剤ガス中の酸素が、空気極と固体電解質との界面近傍で酸素イオンに変わり、この酸素イオンが固体電解質を通って燃料極に達する。そして燃料ガスと酸素イオンが反応して水および二酸化炭素になる。これらの反応は(1)、(2)および(3)式で表される。発生した電子は、空気極または燃料極へと移動し、端子に集電されるので、電流は管状セルの長軸方向を流れることになる。空気極と燃料極を外部回路で接続することによって、外部に電気を取り出すことが出来る。
H 2 ＋ O 2 - → H 2 O＋ 2 e -         （1）
C O＋ O 2 - → C O 2 ＋ 2 e -         （2）
1 / 2 O２ ＋ 2 e - → O 2 -            （3）
【００３２】
より具体的には、図１において燃料極１６と作用するガス（燃料ガス）を、貫通流路１５及び接続流路２４ｃ、２６ｃに通す。また、空気極２０と作用するガス（酸化剤ガス）を、空気極２０の周りに流す。それにより、燃料電池セルユニット１が作動する。また、燃料極１６の電気をシール材３２及び燃料極端子２４を介して取出し、空気極２０の電気をシール材３２及び空気極端子２６を介して取出す。
【００３３】
図２は、固体酸化物形燃料電池セルユニットの変形例である。このセルユニット２はセル７と2つの端子からなっている。セルの構成は、内部に貫通流路を有する燃料極支持体の外側に配置された固体電解質と、該固体電解質の外側に配置された空気極とから構成され、空気極の更に外側には集電部が配置されたものである。固体酸化物形燃料電池セル７には一方の端部５６aと他方の端部５６ｂを備え、他方の端部５６ｂの内側に燃料極端子１０４、および外側に空気極端子１０６の2つの端子が設けられている。図３は、内側の燃料極端子１０４を示す。燃料極端子１０４は、燃料極の貫通流路に挿入され、燃料極と接する。燃料極端子１０４は、中心部に固体酸化物形燃料電池セル７との接触面積を増やすため略円筒形をしている。図４は、外側の空気極端子１０６を示す。空気極端子１０６は、空気極の外側に覆われた集電部１４４aと接する。空気極端子１０６は、中心部に固体酸化物形燃料電池セル７を挿入できるように略円筒形をしている。それぞれの端子は、Ag、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金などの耐熱金属からなり、金属の持つバネ力により端子とセルが固定される。図１の仕様と同様に空気極側に酸化剤ガスを流し、燃料極側に燃料ガス（Ｈ2、ＣＯなど）を流した時、空気極と燃料極で電気が発生し、それぞれの端子に集電されるので、電流は管状セルの長軸方向を流れることになる。
【００３４】
更に、図５は、別の変形例である固体酸化物形燃料電池セルユニット３である。セルの構成は、内部に貫通流路を有する燃料極支持体の外側に配置された固体電解質と、該固体電解質の外側に配置された空気極とから構成され、空気極の更に外側には集電部が配置されたものである。固体酸化物形燃料電池セル８には一方の端部６６aと他方の端部６６ｂをもち、一方の端部６６aには電解質が空気極に対して突出した電解質突出部２１４を備える。空気極端子２０６であるAgワイヤは、集電部２４４aの外周に巻きつけられ、固体酸化物形燃料電池セル８の中心付近に形成した。外周に巻きつける位置は、中心付近に限定されず、固体酸化物形燃料電池セル８の他方の端部６６ｂでも良い。燃料極端子２０４は、貫通流路の内径より大きな円筒状のAgメッシュを備えている。燃料極端子２０４は、固体酸化物形燃料電池セル８に一方の端部６６aから10〜100mmの深さまで挿入し、Agメッシュのバネ力により燃料極と接している。図１の仕様と同様に空気極側に酸化剤ガスを流し、燃料極側に燃料ガス（Ｈ2、ＣＯなど）を流した時、空気極と燃料極で電気が発生し、それぞれの端子に集電されるので、電流は管状セルの長軸方向を流れることになる。
【００３５】
これまで説明してきたのは固体酸化物形燃料電池セルユニットであるが、周囲が断熱容器に覆われ、酸化剤ガスにさらされた固体酸化物形燃料電池セルユニットを備えた燃料電池燃料電池モジュールに適用されても良い。
【００３６】
また、これまで説明した固体酸化物形燃料電池セルは円筒形状であるが、本発明の実施形態は円筒形状に限定されず、扁平形状などに適用されても良い。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
本発明の一態様である固体酸化物形燃料電池セルユニットにおけるセルの作成方法について比較例とともに後述する。セルは燃料極支持体の外側に配置された固体電解質と、該固体電解質の外側に配置された空気極とから構成され、空気極の更に外側には集電部が配置されたものである。以下に作製手順について示した。
【００３８】
（実施例１）
N i O粉末と、(ZrO2)0.90(Y2O3)0.10(以下YSZと略称する)粉末の混合物を湿式混合法で作製後、熱処理、粉砕を行い燃料極支持体原料粉末を得た。NiO粉末とYSZ粉末の混合比は重量比で65/35とした。該粉末を押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。成形体を900℃で熱処理して仮焼体とした。仮焼体の表面に、スラリーコート法により固体電解質を成形した。この支持体を1300℃で焼成した。次に、固体電解質の表面にスラリーコート法により空気極を形成し、1100℃で焼成した。なお、燃料極支持体は、焼成後の寸法で、外径10.4mm、肉厚1.5mm、有効セル長100mmとした。空気極の面積は、25.2cm2になるようにした。
【００３９】
空気極としては表１に示すようにLa０．６Sr０．４Co０．２Fe０．８O3(略称：LSCF)を用い、その上に集電部を塗布した。
本実施例での集電部のコーティング液として、次に挙げる樹脂と溶剤と金属粉を備えている。
樹脂としてアクリル樹脂を用い、溶剤としてα―テルピネオールを用い、金属粉としてAgおよびPdを用いた。金属粉を100重量％とした時、表１に示す割合(Ag99.8重量%、 Pd0.2重量%)で秤量した。樹脂、溶剤、金属粉を調合したコーティング液は、混合攪拌した。尚、ここでいう金属粉の割合とは、集電部を100重量％としたときに含まれる金属粉（Ag、Pd）の割合を示す。
空気極上への集電部の形成方法としては、本発明における固体電解質の作製方法については、特に制限はなく、スラリーコート法、テープキャスティング法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレー法、フローコート法、ロールコート法ならびにこれらの併用など、既知の塗布手段を適宜採用することができる。
固体酸化物形燃料電池セルにスクリーン印刷法でコーティング液を塗布後、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後700℃１時間焼成し、空気極の外側に集電部を形成した固体酸化物形燃料電池セルを得た。よって、集電部は、ＡｇとＰｄを備える合金となった。より詳しくは、集電部はAg99.8重量％とPd0.2重量％のAg／Pd合金になった。
なお、得られた集電部のAgとPdを含有する合金の割合は、このセル集電部表面または断面をEPMA分析により定量値を求めることができる。この割合は、後述する表１に示す割合と等しいものであった。
【００４０】
（実施例２）
表１に示すように集電部の金属粉をAg99.5重量%、 Pd0.5重量%にした以外は、実施例１と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００４１】
（実施例３）
表１に示すように集電部の金属粉をAg99.0重量% 、Pd1.0重量%にした以外は、実施例１と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００４２】
（実施例４）
表１に示すように集電部の金属粉をAg98.5重量% 、Pd1.5重量%にした以外は、実施例１と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００４３】
（実施例５）
表１に示すように集電部の金属粉をAg98.0重量% 、Pd2.0重量%にした以外は、実施例１と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００４４】
（実施例６）
表１に示すように集電部の金属粉をAg95.0重量%、 Pd5.0重量%にした以外は、実施例１と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００４５】
（比較例１）
表１に示すように集電部の金属粉をAg100重量%にした以外は、実施例１と同様にして空気極の外側にAg100重量%である集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００４６】
（比較例２）
表１に示すように集電部の金属粉をAg99.9重量%、 Pd0.1重量%にした以外は、実施例１と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００４７】
（比較例３）
表１に示すように集電部の金属粉をAg90.0重量%、 Pd10.0重量%にした以外は、実施例１と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００４８】
（比較例４）
N i O粉末と、(ZrO2)0.90(Y2O3)0.10(以下YSZと略称する)粉末の混合物を湿式混合法で作製後、熱処理、粉砕を行い燃料極支持体原料粉末を得た。NiO粉末とYSZ粉末の混合比は重量比で65/35とした。該粉末を押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。成形体を900℃で熱処理して仮焼体とした。仮焼体の表面に、スラリーコート法により固体電解質を成形した。この支持体を1300℃で焼成した。次に、固体電解質の表面にスラリーコート法により空気極を形成し、1100℃で焼成した。なお、燃料極支持体は、焼成後の寸法で、外径10.4mm、肉厚1.5mm、有効セル長100mmとした。空気極の面積は、25.2cm2になるようにした。
なお空気極としては表２に示すようにAg4.0重量%、 Pd1.0重量%、 La０．６Sr０．４Co０．２Fe０．８O3 95重量%を用いた。またさらにその上に後述する集電部を塗布した。
本実施例での集電部のコーティング液として、次に挙げる樹脂と溶剤と金属粉を備えている。
樹脂としてアクリル樹脂を用い、溶剤としてα―テルピネオールを用い、金属粉としてAgを用いた。金属粉を100重量％とした時、表２に示す割合(Ag100重量%)で秤量した。樹脂、溶剤、金属粉を調合したコーティング液は、混合攪拌した。尚、ここでいう金属粉の割合とは、集電部を100重量％としたときに含まれる金属粉（Ag）の割合を示す。
空気極上への集電部の形成方法としては、本発明における固体電解質の作製方法については、特に制限はなく、スラリーコート法、テープキャスティング法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレー法、フローコート法、ロールコート法ならびにこれらの併用など、既知の塗布手段を適宜採用することができる。
固体酸化物形燃料電池セルにスクリーン印刷法でコーティング液を塗布後、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後700℃１時間焼成し、空気極の外側に集電部を形成した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００４９】
（実施例７）
N i O粉末と、(ZrO2)0.90(Y2O3)0.10(以下YSZと略称する)粉末の混合物を湿式混合法で作製後、熱処理、粉砕を行い燃料極支持体原料粉末を得た。NiO粉末とYSZ粉末の混合比は重量比で65/35とした。該粉末を押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。成形体を900℃で熱処理して仮焼体とした。仮焼体の表面に、スラリーコート法により固体電解質を成形した。この支持体を1300℃で焼成した。次に、固体電解質の表面にスラリーコート法により空気極を形成し、1100℃で焼成した。なお、燃料極支持体は、焼成後の寸法で、外径10.4mm、肉厚1.5mm、有効セル長100mmとした。空気極の面積は、25.2cm2になるようにした。
なお空気極としては表３に示すようにSm0.5Sr0.5CoO3(略称：SSC)を用い、その上に集電部を塗布した。
本実施例での集電部のコーティング液として、次に挙げる樹脂と溶剤と金属粉を備えている。
樹脂としてアクリル樹脂を用い、溶剤としてα―テルピネオールを用い、金属粉としてAgおよびPdを用いた。金属粉を100重量％とした時、表３に示す割合(Ag99.8重量%、 Pd0.2重量%)で秤量した。樹脂、溶剤、金属粉を調合したコーティング液は、混合攪拌した。尚、ここでいう金属粉の割合とは、集電部を100重量％としたときに含まれる金属粉（Ag、Pd）の割合を示す。
空気極上への集電部の形成方法としては、本発明における固体電解質の作製方法については、特に制限はなく、スラリーコート法、テープキャスティング法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、スピンコート法、スプレー法、フローコート法、ロールコート法ならびにこれらの併用など、既知の塗布手段を適宜採用することができる。
固体酸化物形燃料電池セルにスクリーン印刷法でコーティング液を塗布後、80℃30分乾燥し、室温にて冷却後700℃１時間焼成し、空気極の外側に集電部を形成した固体酸化物形燃料電池セルを得た。よって、集電部は、ＡｇとＰｄを備える合金となった。より詳しくは、集電部はAg99.8重量％とPd0.2重量％のAg／Pd合金になった。
なお、得られた集電部のAgとPdを含有する合金の割合は、このセル集電部表面または断面をEPMA分析により定量値を求めることができる。この割合は、後述する表３に示す割合と等しいものであった。
【００５０】
（実施例８）
表３に示すように集電部の金属粉をAg99.5重量%、 Pd0.5重量%にした以外は、実施例７と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００５１】
（実施例９）
表３に示すように集電部の金属粉をAg99.0重量%、 Pd1.0重量%にした以外は、実施例７と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００５２】
（実施例１０）
表３に示すように集電部の金属粉をAg98.5重量%、 Pd1.5重量%にした以外は、実施例７と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００５３】
（実施例１１）
表３に示すように集電部の金属粉をAg98.0重量% 、Pd2.0重量%にした以外は、実施例７と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００５４】
（実施例１２）
表３に示すように集電部の金属粉をAg95.0重量%、 Pd5.0重量%にした以外は、実施例７と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００５５】
（比較例５）
表３に示すように集電部の金属粉をAg100重量%にした以外は、実施例７と同様にして空気極の外側にAg100重量%の集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００５６】
（比較例６）
表３に示すように集電部の金属粉をAg99.9重量%、 Pd0.1重量%にした以外は、実施例７と同様にして空気極の外側に集電部を配置した固体酸化物形燃料電池セルを得た。
【００５７】
（評価方法）
集電部の密着性試験
コーティング液を塗布し、焼成した後、固体酸化物形燃料電池セルの半周に市販のセロハンテープを気泡が入らないように貼り付け、剥離させた。その際に、セル表面に集電部が残っているか否かを目視で判定した。
2． 固体酸化物形燃料電池セルユニットの発電試験
得られた固体酸化物形燃料電池セルユニット(電極有効面積：25.2cm2 )を用いて発電試験を行った。燃料極側の集電は、図１に示す燃料極端子２４にAg線を外周に巻きつけ行った。空気極側の集電も、空気極端子２６にAg線を外周に巻きつけ行った。発電条件としては、燃料は（ H2 ＋ 3%H2O）とN2の混合ガスとした。燃料利用率は80%とした。酸化剤ガスは空気とした。測定温度は700℃ とし、電流密度0.2A/cm2での発電電位を測定した。
３．固体酸化物形燃料電池セルユニットの耐久性評価試験
前記発電試験と同様の方法で耐久性評価試験を実施した。発電条件としては、燃料は（ H2 ＋ 3%H2O）とN2の混合ガスとした。燃料利用率は70%とした。酸化剤ガスは空気とした。測定温度は700℃ とし、電流密度0.2A/cm2での発電電位を測定した。初期の発電電位からの変化率を劣化率とした。耐久100時間後の劣化率は、固体酸化物形燃料電池セルの発電性能維持性能を示しており、劣化率が低い値ほど固体酸化物形燃料電池セルユニットの性能が良いことを示す。
【００５８】
表１〜３に本発明の実施例および比較例を示す。
【００５９】
【表１】
2009289657.tif 000003
【００６０】
表１を用い、空気極がＬＳＣＦであり、集電部はAg/Pd合金であり、かつPdが０．１重量％を超え、１０重量％未満であり、集電部の表面は酸化剤ガスにさらされている固体酸化物形燃料電池セルについて説明する。実施例１〜６では、集電部と空気極の密着性評価が良好であった。特に実施例３〜５は、集電部と空気極の密着性評価が良好で、かつ100時間後の発電耐久性能を示す劣化率が0.2％未満と良好な結果を示した。それに対して比較例１は、集電部と空気極の密着性をとることができず、100時間後の劣化率が2.86％と高い値を示した。比較例２は、集電部と空気極の密着性をとることができず、劣化率が実施例１〜６より高い値を示した。また比較例３は、集電部と空気極の密着性をとることができたが、発電性能が低く劣化率の数値が高い値を示し、使用には適さず、耐久性が足りないものであった。集電部に用いるPd量は、0.1重量％以下で集電部と空気極の密着性をとることができなかった。さらには0.2重量％以上では集電部と空気極の密着性をとることができた。
【００６１】
【表２】
2009289657.tif 000004
【００６２】
表２には、空気極にＬＳＣＦとAgとPdを備え、集電部にAgを備えた比較例４を示す。比較例４は、空気極と集電部との密着性がとれず、また初期発電性能は低く、劣化率の数値は高い値を示した。
【００６３】
【表３】
2009289657.tif 000005
【００６４】
表３を用い、空気極にＳＳＣを用いており、集電部はAg/Pd合金であり、かつPdが０．１重量％を超え、１０重量％未満であり、集電部の表面は酸化剤ガスにさらされている固体酸化物形燃料電池セルについて説明する。実施例７〜１２では、集電部と空気極の密着性評価が良好であった。それに対して比較例５は、空気極にＳＳＣを用い、集電部にAg100重量%を用いたが、集電部と空気極の密着性をとることができなかった。比較例６は、空気極にＳＳＣを用い、集電部にAg99.9重量%、Pd0.1重量％を用いたが、集電部と空気極の密着性をとることができなかった。集電部に用いるPd量は、0.1重量％以下で集電部と空気極の密着性をとることができなかった。さらには0.2重量％以上では集電部と空気極の密着性をとることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池セルユニットを示す図である。
【図２】本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池セルユニットの変形例を示す図である。
【図３】本実施形態に係る燃料極端子の変形例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る空気極端子の変形例を示す図である。
【図５】本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池セルユニットの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…燃料電池セルユニット、６…固体酸化物形燃料電池セル（固体酸化物形燃料電池セル体）、６ａ…一方の端部、６ｂ…他方の端部、１５…貫通流路、１６…燃料極、１６ａ…燃料極突出周面、１８…電解質、２０…空気極、２１…燃料極外周面、２２…空気極外周面、２４…燃料極端子、２４ｂ…管状部分、２４ｃ…接続流路、２６…空気極端子、２６ｂ…管状部分、２６ｃ…接続流路、３２…シール材、４４ａ…集電部、  ２…燃料電池セルユニット、７…固体酸化物形燃料電池セル、５６ａ…一方の端部、５６ｂ…他方の端部、１４４ａ…集電部、１０４…燃料極端子、１０６…空気極端子、  ３…燃料電池セルユニット、８…固体酸化物形燃料電池セル、６６ａ…一方の端部、６６ｂ…他方の端部、２４４ａ…集電部、２０４…燃料極端子、２０６…空気極端子、２１４…電解質突出部
【図１】
2009289657.tif 000006
【図２】
2009289657.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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