(57)【要約】【課題】高温水蒸気電解セルまたは固体酸化物型燃料電池セルの運転条件下で、ガスリークを抑制し、適切な接合強度を確保しつつ、良好なセル特性を得る。【解決手段】貫通部１２が形成された支持体１０にこの貫通部１２の縁部１４で支持される高温水蒸気電解セル２０などの反応セルに、電子絶縁性と酸素イオン導伝性を持つ材料で稠密に形成されて縁部１４に係合する端部３２およびこの端部３２と一体成型された中間部３４を備える電解質膜３０と、支持体１０の内部１６に面する側の中間部３４の面に設けられた水素極４０と、中間部３４の水素極４０と反対側の面に設けられた酸素極５０と、を備える。【選択図】図１
2009041044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体の貫通部に形成された縁部で支持されて水蒸気を電気分解する反応および水蒸気を排出する電池反応のいずれかの反応を起こさせる反応セルにおいて、
電子絶縁性と酸素イオン導伝性を持つ材料で稠密に形成されて前記縁部に係合する端部およびこの端部と一体成型された中間部を備える電解質膜と、
前記中間部に設けられた水素極と、
前記中間部の前記水素極と反対側の面に設けられた酸素極と、
を有することを特徴とする反応セル。
【請求項２】
前記端部は、前記中間部よりも厚さが厚いことを特徴とする請求項１に記載の反応セル。
【請求項３】
前記水素極および前記酸素極の少なくとも一方は、前記水素極および前記酸素極のいずれかと向かい合う対向部およびこの対向部よりも気孔率が小さい部分を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の反応セル。
【請求項４】
前記水素極および前記酸素極の少なくとも一方は、前記電解質膜と同じ材料で前記電解質膜と一体成型された多孔質の基材に触媒成分を担持させたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の反応セル。
【請求項５】
前記水素極および前記酸素極の少なくとも一方は、前記水素極および前記酸素極のいずれかの成分を備えた少なくとも１種類の材料と、電子伝導性を備えた少なくとも１種類の材料とを混合した材料で形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の反応セル。
【請求項６】
前記端部は、当該端部が延びる方向で前記縁部と重なり合う部分を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の反応セル。
【請求項７】
前記端部と前記縁部との間に形成された係合部にガラス製パッキンを有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の反応セル。
【請求項８】
前記縁部に対向する前記端部の面には、溝および凹凸の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の反応セル。
【請求項９】
前記水素極および前記酸素極のいずれかの電極と接してこの電極と接する面とこの面の反対側の面との間に連通する孔が形成された板状の補強部材を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の反応セル。
【請求項１０】
水蒸気を電気分解する反応および水蒸気を排出する電池反応のいずれかの反応を起こさせるを反応システムにおいて、
空間を２つの領域に仕切り、これらの領域に連通する縁部で囲まれた貫通部が形成された支持体と、
電子絶縁性と酸素イオン導伝性を持つ材料で稠密に形成されて前記縁部に係合する端部およびこの端部と一体成型された中間部を備える電解質膜と、
前記支持体の内部に面する側の前記中間部の面に設けられた水素極と、
前記中間部の前記水素極と反対側の面に設けられた酸素極と、
を有することを特徴とする反応システム。
【請求項１１】
支持体の貫通部に形成された縁部で支持されて水蒸気を電気分解する反応および水蒸気を排出する電池反応のいずれかの反応を起こさせる反応セルの製造方法において、
前記縁部に係合する端部およびこの端部と一体成型された中間部を備える電解質膜を電子絶縁性と酸素イオン導伝性を持つ材料で稠密に形成する電解質膜形成工程と、
前記中間部に水素極を設ける水素極形成工程と、
前記中間部の前記水素極と反対側の面に酸素極を設ける酸素極形成工程と、
を有することを特徴とする反応セルの製造方法。
【請求項１２】
前記電解質膜形成工程は、前記中間部を前記端部よりも薄くなるように削る工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の反応セルの製造方法。
【請求項１３】
前記水素極形成工程および前記酸素極形成工程の少なくとも一方は、気孔率が一様の基材を成型した後に、この基材の前記水素極および前記酸素極のいずれかと向かい合う対向部をこの対向部以外の部分よりも気孔率を高める工程を有することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の反応セルの製造方法。
【請求項１４】
前記水素極形成工程および前記酸素極形成工程の少なくとも一方は、気孔率が一様の基材を成型した後に、この基材の前記水素極および前記酸素極のいずれかと向かい合う対向部以外の部分の気孔率を高める工程を有することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の反応セルの製造方法。
【請求項１５】
多孔質性を有する基材を成型する基材工程を有し、前記電解質膜形成工程は前記基材成型工程で成型された基材の表面に電解質膜を形成する工程であることを特徴とする請求項１１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の反応セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気を電気分解する反応、または、水蒸気を排出する電池反応を起こさせる反応セル、および、その製造方法、並びに、反応システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）は、通常６００〜９００℃前後の運転条件において酸素イオン導伝性を有する電解質膜を介して、還元剤（水素もしくは炭化水素など）と酸化剤（酸素など）を反応させ、そのエネルギーを電気として取り出す装置である。一方、高温水蒸気電解法は、高温の水蒸気を電気分解することにより水素と酸素とを得る方法で、その動作原理は固体電解質燃料電池の逆反応である。これを実用化するにあたっては、約６００〜９００℃の作動温度および酸化／還元雰囲気という動作条件下で、電池もしくは電解反応を行うセル電極に均一に電流を供給する構造が必要である。また、セルへの供給ガスもしくは生成ガス（特に高温水蒸気電解法における生成水素）などを外に漏らさないためのシール構造なども必要である。
【０００３】
一般に高温水蒸気電解セルは、たとえば特許文献１に開示されているように水素極と酸素極とを有する。水素極は、供給される水蒸気分子と電子とを水素分子と酸素イオンに変化させる。酸素極は、供給される酸素イオンを酸素分子と電子とに変化させる。水蒸気分子は、電子に対しては絶縁性、酸素イオンに対しては導伝性を有する電解質膜を介して水素極に供給される。また、酸素イオンは、電解質膜を介して酸素極に供給される。
【０００４】
高温水蒸気電解反応における水蒸気は、水素極の外側から供給される。一方、酸素は、酸素極の表面から外部へ放出される。円筒型セルでは、基材と称される円筒型構造を形成する構造材料の上に、上述のセル構成材料を様々なコーティング手法により積層して高温水蒸気電解セルを形成することが多い。たとえば、水素極と同じ材料からなる多孔質基材の上に、電解質層、酸素極層をディップ法などにより、さらに積層して焼成し、円筒型セルとして使用する。
【０００５】
電解装置筐体側の接続部と、多層のセラミックスからなる高温水蒸気電解セルとの接合に際しては、膨張率の調整、シール性および接合強度の確保が求められる。特にシール性および接合強度を確保するために、たとえば接合面に運転温度（たとえば８００℃）以上で軟化・溶融する性質を有するガラス製パッキンを介在させて、溶融点以上に温めて溶かすことで両者を接合する方法がある。円筒型セルの接合に関する技術は、たとえば特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開２００６−８３４２８号公報
【特許文献２】特開２００５−１００８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高温水蒸気電解反応における円筒型セルにおいて、円筒型セルおよび接続部を、それぞれ軸方向に垂直な断面について突き合せて接合する場合は、その強度に問題があり、製造・据付時やメンテナンスの際に、水平方向の衝撃に弱い。
【０００７】
接合部の強度を向上させるためには、セル及び電解装置筐体側の接続部の接合面に、ある程度の角度を持たせて嵌め合せ接合とする方法がある。しかしこの方法では、多孔質基体上に電極・電解質を設ける高温水蒸気電解セルにおいては、基材の強度が、断面に角度を持たせる削り出し加工に耐えることができず、厚みが薄いエッジ部でひび割れを生じやすい。また、運転中にセル（基材）強度の強度が低下し、接合面の周辺、すなわち基材の厚みが薄い部分でセルが破損するなどの現象により、シール性を確保することができないという問題が生じる場合がある。
【０００８】
接合部の強度およびシール性確保については、たとえば基材を稠密な電解質層とすることで対応することもできる。しかし、十分な強度を付与するために必要な厚みを電解質層に与えると、この部分のオーム抵抗が高くなり、水素製造効率が低下するという難点がある。
【０００９】
このように、高温水蒸気電解装置または固体酸化物型燃料電池による発電装置の実用化に際しては、セルと装置筐体側の接続部との接合面におけるガスリークを防止し、接合強度を確保すること、また良好なセル特性を維持することが技術課題となっている。
【００１０】
そこで、本発明は、高温水蒸気電解セルまたは固体酸化物型燃料電池セルの運転条件下で、ガスリークを抑制し、適切な接合強度を確保しつつ、良好なセル特性を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本発明は、支持体の貫通部に形成された縁部で支持されて水蒸気を電気分解する反応および水蒸気を排出する電池反応のいずれかの反応を起こさせる反応セルにおいて、電子絶縁性と酸素イオン導伝性を持つ材料で稠密に形成されて前記縁部に係合する端部およびこの端部と一体成型された中間部を備える電解質膜と、前記中間部に設けられた水素極と、前記中間部の前記水素極と反対側の面に設けられた酸素極と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、水蒸気を電気分解する反応および水蒸気を排出する電池反応のいずれかの反応を起こさせるを反応システムにおいて、空間を２つの領域に仕切り、これらの領域に連通する縁部で囲まれた貫通部が形成された支持体と、電子絶縁性と酸素イオン導伝性を持つ材料で稠密に形成されて前記縁部に係合する端部およびこの端部と一体成型された中間部を備える電解質膜と、前記支持体の内部に面する側の前記中間部の面に設けられた水素極と、前記中間部の前記水素極と反対側の面に設けられた酸素極と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、支持体の貫通部に形成された縁部で支持されて水蒸気を電気分解する反応および水蒸気を排出する電池反応のいずれかの反応を起こさせる反応セルの製造方法において、前記縁部に係合する端部およびこの端部と一体成型された中間部を備える電解質膜を電子絶縁性と酸素イオン導伝性を持つ材料で稠密に形成する電解質膜形成工程と、前記中間部に水素極を設ける水素極形成工程と、前記中間部の前記水素極と反対側の面に酸素極を設ける酸素極形成工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高温水蒸気電解セルまたは固体酸化物型燃料電池セルの運転条件下で、ガスリークを抑制し、適切な接合強度を確保しつつ、良好なセル特性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る反応セルの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
本発明に係る反応セルの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本発明に係る反応セルは、高温水蒸気電解セルもしくは固体燃料電池セルに適用できるが、本実施の形態では、高温水蒸気電解セルに適用した場合を説明する。
【００１７】
図１は、本発明による高温水蒸気電解セルの一実施形態における断面図である。
【００１８】
まず、本発明による高温水蒸気電解セルの概要から説明する。
【００１９】
２０は、本発明による高温水蒸気電解セルであって、電気分解反応またはその逆の電池反応を行う反応部２０−１と、この反応部２０−１を支持体１０に支持させるための接続部２０−２とから構成される。
【００２０】
高温水蒸気電解セル２０の反応部２０−１は、片端を閉じた円筒形に形成されるとともに、電子に対して絶縁性を有し且つ酸素イオンに対して導伝性を有する電解質膜３０と、この円筒形の電解質膜３０の内周面側に形成された水素極４０と、円筒形の電解質膜３０の外周面に形成された酸素極５０とを有している。
【００２１】
これら、水素極４０、酸素極５０には、給電線を介して図示しない直流電源の負極、正極をそれぞれ接続するようになっている。
【００２２】
さらに、高温水蒸気電解セル２０の内部には水素極４０と同心状に水蒸気導入管１７を設けるようにしており、この水蒸気導入管１７には、矢印１８で示す方向に図示しない水蒸気供給室から高温水蒸気が供給されるようになっている。
【００２３】
このように高温水蒸気電解セル２０の反応部２０−１に水蒸気を供給した状態で、水素極４０、酸素極５０に直流電圧を印加すると、水蒸気の電気分解反応によって水素極４０に水素が、酸素極５０に酸素が生成される。水素極４０において生成された水素は矢印１９のように水蒸気導入管１７と水素極４０との間を通って図示しない生成水素排出室に排出され、最終的には系外に取り出される。一方、酸素極５０において生成された酸素は系外に取り出される。
【００２４】
次に、反応部２０−１および接続部２０−２の詳細について説明する。
【００２５】
前記円筒形に形成された電解質膜３０は、支持体１０の貫通部１２の周りに形成した突起状の縁部１４に係合する厚みの厚い円筒形の端部３２と、この円筒形の端部３２と一体成型された厚みの薄い円筒形の中間部３４とから構成されている。
【００２６】
電解質膜３０は、電子絶縁性と酸素イオン導伝性を持つ材料で稠密に形成されている。この材料は、たとえばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）である。また、ここで稠密とは、電解質膜３０でのガスリークが実質的に無視できる程度の稠密度であればよい。
【００２７】
水素極４０は、たとえばニッケルとＹＳＺのサーメットによって多孔質体として形成する。酸素極５０は、中間部３４の水素極４０と反対側の面に設けられる。酸素極５０は、たとえばランタン・ストロンチウム・マンガン系ペロブスカイト型酸化物（ＬＳＭ）によって形成する。
【００２８】
酸素極５０は、前述したように供給される酸素イオンを酸素分子と電子とに変化させる。高温水蒸気電解反応における水蒸気は、水素極４０の外側、すなわち、支持体１０の内部１６から供給される。一方、酸素は、酸素極５０の表面から外部へ放出される。
【００２９】
このような高温水蒸気電解セル２０を用いると、支持体１０の貫通部１２は、稠密な材料で形成された電解質膜３０によって全体が覆われている。このため、支持体１０の内部１６と外部との間のガスリークが抑制される。また、支持体１０に係合している電解質膜３０の端部３２は中間部３４と一体成型されているため、高温水蒸気電解セル２０と支持体１０との接合強度は高い。
【００３０】
電解質膜３０の水素極４０および酸素極５０で挟まれる部分が薄いほど、この部分のオーム抵抗を小さくできるため好ましい。そこで、電解質膜３０の水素極４０および酸素極５０で挟まれる部分の厚さを薄くして、端部３２に適切な厚みを持たせることにより、高温水蒸気電解セル２０と支持体１０との接合強度を高めることができる。高温水蒸気電解セル２０の各部の厚さは、たとえば、電解質膜３０の中間部３４が１０μｍ程度、水素極４０が１ｍｍ程度、酸素極５０が２０μｍ程度である。電解質膜３０の端部３２は、たとえば水素極４０と同程度の厚さに形成する。
【００３１】
さらに、電解質膜３０の端部３２と支持体１０の縁部１４の係合面と縁部１４が延びる方向に対して傾くように、端部３２および縁部１４を形成している。これにより電解質膜３０の端部３２は、この端部３２が延びる方向で、支持体１０の縁部１４と重なりあう部分を有することになる。端部３２を多孔質体で形成した場合には、強度が低いためこのような形状に削り出し加工することは困難である。しかし、本実施の形態では、端部３２は、中間部３４と同様に稠密の材料で形成されているため、このような形状への削り出し加工も容易である。
【００３２】
電解質膜３０の端部３２および支持体１０の縁部１４の係合面と、縁部１４が延びる方向との間の角度が小さいほど、端部３２と縁部１４との係合面積は大きくなるため、接合強度を高めることができる。しかし、この角度が小さいほど端部３２と縁部１４のそれぞれの先端部分の強度が小さくなってしまう。そこで、本実施の形態では、接合強度と、端部３２と縁部１４のそれぞれの先端部分の強度のバランスが適当になるように、この角度が２５度ないし６５度の角度を持つように形成している。
【００３３】
また、電解質膜３０の端部３２と支持体１０の縁部１４の係合部には、ガラス製パッキン６０を介在させてもよい。これにより、ガスシール性および接合強度を高めることができる。さらに、この係合部に、溝あるいは凹凸を設けることにより、係合部での接触面積を大きくして、接合強度を高めることもできる。
【００３４】
次に、本実施の形態における高温水蒸気電解セル２０の製造方法を説明する。
【００３５】
まず、ＹＳＺ基材を片端閉じの円筒形に成型し、その後、必要に応じて水素極４０と酸素極５０とに挟まれる部分を機械加工あるいは酸による化学処理などによって薄膜化して、電解質膜３０を形成する。また、水素極４０と酸素極５０とに挟まれる部分は、この基材を貫通する連通孔が形成されないように、一方の面から他方の面に向けた多孔質化処理を施してもよい。
【００３６】
この電解質膜３０の中間部３４の内周面に、水素極４０を形成し、外周面に酸素極５０を形成することにより、高温水蒸気電解セル２０が製造される。水素極４０および酸素極５０は、それぞれ、水素極４０および酸素極５０のいずれかの成分を有する少なくとも１種類の粒子と、電子導電性を持つ少なくとも１種類の粒子とを混合して形成してもよい。
【００３７】
また、基材として電解質膜３０と同じ材料または酸素イオン導伝性を有するセラミック材料と、水素極４０または酸素極５０のいずれかを形成する成分との混合物を用いてもよい。この場合、基材は水素極４０または酸素極５０のいずれかの電極として機能することとなる。なお、水素イオン導伝性は、この高温水蒸気電解セル２０の運転条件において有していればよい。
【００３８】
このような基材としては、たとえば水素極触媒材料であるニッケルと、酸素イオン導伝性材料であるＹＳＺを混合したものがある。この基材を方端閉じの円筒形に成型した後に、ディップ法あるいはスプレー法などによって、電解質膜３０および酸素極５０を順次形成する。
【００３９】
基材の酸素極５０と対向する部分以外の気孔率を、酸素極５０と対向する部分よりも高めてもよい。これにより、反応に寄与する部分の気孔率を高くして反応効率の低下を抑制したまま、ガスリークの発生を抑制することもできる。また、高温水蒸気電解セル２０の全体としての強度を高めることもできる。
【００４０】
この気孔率が場所によって異なる基材は、たとえば気孔率が異なる材料をガラスなどで接合することにより形成することができる。あるいは、稠密な材料を成型した後に、反応に寄与する部分を機械加工または酸による化学処理などによって、複数の穴を開けた後に多孔質性を付与してもよい。また、気孔率が高い材料を成型した後に、反応に寄与する部分以外にスラリー状の材料を充填して焼成することで、支持体１０との接合部近傍の稠密度を高めてもよい。
【００４１】
このように、本実施の形態の高温水蒸気電解セル、あるいは同じ形態の固体酸化物型燃料電池セルを用いると、運転条件下で、ガスリークを抑制し、適切な接合強度を確保しつつ、良好なセル特性が得られる。
【００４２】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明に係る燃料電池セルの第２の実施の形態における縦断面図である。
【００４３】
本実施の形態の反応セルは、両端が開放された円筒形のセルであり、貫通部１２が形成された一対の支持体１０間に、縁部１４で支持されるように構成されている。貫通部１２は、対向する２箇所に、たとえば円形に形成されている。また、縁部１４は、たとえば貫通部１２の周辺から支持体１０の外部に向かって延びた円筒形に形成されている。燃料電池セル２１は、電解質膜３０、水素極４０および酸素極５０を有している。
【００４４】
この燃料電池セル２１は、支持体１０の内部１６の水素と接して、この水素を用いた電池反応を起こさせる。燃料電池セル２１で発生した電流は、水素極４０および酸素極５０に接続された配電線配電線を介して外部に供給される。
【００４５】
燃料電池セル２１は、補強部材７０を基材として形成される。本実施の形態の補強部材７０は、両端開放の円筒状に形成される。この補強部材７０の外側には、水素極４０、電解質膜３０および酸素極５０が積層されている。電解質膜３０は、貫通部１２の縁部１４に係合する端部３２、および、この端部３２と一体成型された中間部３４を備える。燃料電池セル２１の各部の厚さは、たとえば、補強部材７０が１ｍｍ程度、電解質膜３０の水素極４０および酸素極５０で挟まれた部分が１０μｍ程度、水素極４０および酸素極５０が２０μｍ程度である。
【００４６】
補強部材７０には、すくなくとも水素極４０と接する部分に、内面から連通する孔が形成されている。支持体１０の内部１６の水素は、補強部材７０に形成された孔を通って水素極４０に到達できるようになっている。なお、補強部材７０の孔は、水素極４０と接する部分だけでなく、補強部材７０の全体に形成されていてもよい。補強部材７０は、たとえば金属発泡体である。
【００４７】
この燃料電池セル２１は、たとえば金属発泡体で補強部材７０を両端開放の円筒状に形成した後に、補強部材７０の外側に、水素極４０、電解質膜３０および酸素極５０を、順次、ディップ法あるいはスプレー法などによって、積層していくことにより製造することができる。
【００４８】
このような燃料電池セル２１を用いると、支持体１０の貫通部１２は、稠密な材料で形成された電解質膜３０によって全体が覆われている。このため、支持体１０の内部１６と外部との間のガスリークが抑制される。また、支持体１０に係合している電解質膜３０の端部３２は中間部３４と一体成型されているため、燃料電池セル２１と支持体１０との接合強度は高い。
【００４９】
また、本実施の形態の燃料電池セル２１は、補強部材７０を基材として形成されているため、補強部材７０の材質などを適切に選択することによって所定の強度を容易に得ることができる。さらに、補強部材７０で十分な強度を得ることにより、電解質膜３０、酸素極および水素極５０を薄くすることができるため、オーム抵抗を小さくすることが容易である。補強部材７０は、電解質膜３０によって支持体１０や酸素極５０とは電気的に絶縁されているため、本実施の形態のように金属材料を用いることもできる。
【００５０】
このように、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池セル、あるいは同じ形態の高温水蒸気電解セルを用いると、運転条件下で、ガスリークを抑制し、適切な接合強度を確保しつつ、良好なセル特性が得られる。
【００５１】
［第３の実施の形態］
図３は、本発明に係る燃料電池セルの第３の実施の形態における縦断面図である。
【００５２】
本実施の形態の反応セルは、たとえば長方形の貫通部が形成された支持体１０に、この貫通部の縁部１４で支持されるように構成されている。燃料電池セル２１は、全体として平板上に形成されていて、電解質膜３０、水素極４０および酸素極５０を有している。この燃料電池セル２１は、たとえば複数をこの燃料電池セル２１に垂直な方向に所定の間隔を置いて積層され、隣り合う燃料電池セル２１の間に水素または酸素を通す流路を形成した燃料電池スタックとして用いられる。
【００５３】
この燃料電池セル２１は、平板状の補強部材７０を基材として形成される。補強部材７０の一方の面には、酸素極５０、電解質膜３０および水素極４０が順次積層されている。電解質膜３０は、貫通部１２の縁部１４に係合する端部３２、および、この端部３２と一体成型された中間部３４を備える。燃料電池セル２１の各部の厚さは、たとえば、補強部材７０が１ｍｍ程度、電解質膜３０の水素極４０および酸素極５０で挟まれた部分が１０μｍ程度、水素極４０および酸素極５０が２０μｍ程度である。
【００５４】
補強部材７０には、すくなくとも酸素極５０と接する部分に、酸素極５０と反対側の面から連通する孔が形成されている。燃料電池セル２１の一方の面から供給される酸素は、補強部材７０に形成された孔を通って酸素極５０に到達できるようになっている。なお、補強部材７０の孔は、酸素極５０と接する部分だけでなく、補強部材７０の全体に形成されていてもよい。補強部材７０は、たとえば金属発泡体である。
【００５５】
この燃料電池セル２１は、たとえば金属発泡体で補強部材７０を長方形の平板に形成した後に、補強部材７０の一方の表面に、酸素極５０、電解質膜３０および水素極４０を、順次、ディップ法あるいはスプレー法などによって、積層していくことにより製造することができる。
【００５６】
このような燃料電池セル２１を用いると、支持体１０の貫通部は、稠密な材料で形成された電解質膜３０によって全体が覆われている。このため、支持体１０および燃料電池セル２１で仕切られた２つの空間の間のガスリークが抑制される。また、支持体１０に係合している電解質膜３０の端部３２は中間部３４と一体成型されているため、燃料電池セル２１と支持体１０との接合強度は高い。
【００５７】
また、本実施の形態の燃料電池セル２１は、補強部材７０を基材として形成されているため、補強部材７０の材質などを適切に選択することによって所定の強度を容易に得ることができる。さらに、補強部材７０で十分な強度を得ることにより、電解質膜３０、酸素極５０および水素極４０を薄くすることができるため、オーム抵抗を小さくすることが容易である。補強部材７０は、電解質膜３０によって支持体１０や酸素極５０とは電気的に絶縁されているため、本実施の形態のように金属材料を用いることもできる。
【００５８】
このように、本実施の形態の固体酸化物型燃料電池セル、あるいは同じ形態の高温水蒸気電解セルを用いると、運転条件下で、ガスリークを抑制し、適切な接合強度を確保しつつ、良好なセル特性が得られる。
【００５９】
［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る高温水蒸気電解セルの第１の実施の形態における縦断面図である。
【図２】本発明に係る燃料電池セルの第２の実施の形態における縦断面図である。
【図３】本発明に係る燃料電池セルの第３の実施の形態における縦断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…支持体、１２…貫通部、１４…縁部、１６…支持体の内部、２０…高温水蒸気電解セル、２１…燃料電池セル、３０…電解質膜、３２…端部、３４…中間部、４０…水素極、５０…酸素極、６０…ガラス製パッキン、７０…補強部材
【図１】
2009041044.tif 000003
【図２】
2009041044.tif 000004
【図３】
2009041044.tif 000005