JP2002289248A - 燃料電池用単セル及び固体電解質型燃料電池 - Google Patents
燃料電池用単セル及び固体電解質型燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気抵抗が小さく、密着力があり、且つ３相
界面を多く取り得る電極構成の単セル、セル板及び単セ
ルの製造方法、並びにこれらを備えた固体電解質型燃料
電池を提供すること。 【解決手段】 固体電解質層を空気極及び燃料極で挟持
して成り、空気極及び／又は燃料極は下部層及び上部層
を順次積層して形成され、該下部層が電解質層と上部層
とを電気的且つ機械的に接合するとともに電解質層界面
に電気化学的な反応場を形成し、該上部層が反応場に反
応ガスを供給するとともにセル間を電気的に接合しうる
燃料電池用単セルである。
界面を多く取り得る電極構成の単セル、セル板及び単セ
ルの製造方法、並びにこれらを備えた固体電解質型燃料
電池を提供すること。 【解決手段】 固体電解質層を空気極及び燃料極で挟持
して成り、空気極及び／又は燃料極は下部層及び上部層
を順次積層して形成され、該下部層が電解質層と上部層
とを電気的且つ機械的に接合するとともに電解質層界面
に電気化学的な反応場を形成し、該上部層が反応場に反
応ガスを供給するとともにセル間を電気的に接合しうる
燃料電池用単セルである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質を用
い、電気化学反応により電気エネルギーを得る固体電解
質型燃料電池（ＳＯＦＣ）に係り、更に詳細には、固体
電解質を電極で挟持して成る単セル、セル板及び単セル
の製造方法、並びにこれらを備えた固体電解質型燃料電
池に関する。
い、電気化学反応により電気エネルギーを得る固体電解
質型燃料電池（ＳＯＦＣ）に係り、更に詳細には、固体
電解質を電極で挟持して成る単セル、セル板及び単セル
の製造方法、並びにこれらを備えた固体電解質型燃料電
池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高エネルギー変換が可能で、地球
環境に優しいクリーンエネルギー源として燃料電池が注
目されている。固体酸化物燃料電池（以下、「ＳＯＦ
Ｃ」と略す）は、通常２つの電極、即ち空気極と燃料極
で固体酸化物電解質を挟持して構成される。かかる２つ
の電極は、それぞれ異なる材料で構成され、形態的には
以下のような構成が求められる。 （１）電極／電解質界面での電気化学的反応を促進させ
るため、電極材料、電解質及び反応ガスで形成される３
相界面（三相帯）が多くなるように、電極を多孔質とす
る。 （２）反応ガスを電気化学的な反応場である電極／電解
質界面に抵抗なく導くため、電極を多孔質にする。 （３）燃料電池のエネルギー変換効率を向上させるた
め、電極の電気抵抗を小さくする。
環境に優しいクリーンエネルギー源として燃料電池が注
目されている。固体酸化物燃料電池（以下、「ＳＯＦ
Ｃ」と略す）は、通常２つの電極、即ち空気極と燃料極
で固体酸化物電解質を挟持して構成される。かかる２つ
の電極は、それぞれ異なる材料で構成され、形態的には
以下のような構成が求められる。 （１）電極／電解質界面での電気化学的反応を促進させ
るため、電極材料、電解質及び反応ガスで形成される３
相界面（三相帯）が多くなるように、電極を多孔質とす
る。 （２）反応ガスを電気化学的な反応場である電極／電解
質界面に抵抗なく導くため、電極を多孔質にする。 （３）燃料電池のエネルギー変換効率を向上させるた
め、電極の電気抵抗を小さくする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような構成とす
るため、従来は電極材料の微細粉をペースト化し、これ
を印刷法、浸漬法で電解質に塗布・焼成して燃料電池を
作製していた。しかしながら、このような燃料電池の構
成や製法では、以下のような課題があった。 （１）電極と電解質との密着性を確保するために、電気
化学的に関与しない又は阻害する接着剤、具体的には、
ガラスを主成分とする無機接着剤を上記ペーストに混合
していた。 （２）電極の電気抵抗を小さくするため、電気化学的な
反応場の形成に不適切な厚さの電極を用いていた。
るため、従来は電極材料の微細粉をペースト化し、これ
を印刷法、浸漬法で電解質に塗布・焼成して燃料電池を
作製していた。しかしながら、このような燃料電池の構
成や製法では、以下のような課題があった。 （１）電極と電解質との密着性を確保するために、電気
化学的に関与しない又は阻害する接着剤、具体的には、
ガラスを主成分とする無機接着剤を上記ペーストに混合
していた。 （２）電極の電気抵抗を小さくするため、電気化学的な
反応場の形成に不適切な厚さの電極を用いていた。
【０００４】一方、低温（８００℃以下）作動用ＳＯＦ
Ｃの電極材料としては、高性能のＬＳＣ（ランタン−ス
トロンチウム−コバルト複合酸化物）などが有力である
が、ＬＳＣは１０００℃以上でＹＳＺと反応し、反応生
成物が電池性能を低下させるため、ＹＳＺを電解質とし
て用いた場合には、ＬＳＣを電極として使用できないこ
とがあった。従って、電極材料にＬＳＣ、電解質材料に
ＹＳＺを用いた低温作動ＳＯＦＣを製造するにはその製
造プロセスを１０００℃未満にする必要がある。
Ｃの電極材料としては、高性能のＬＳＣ（ランタン−ス
トロンチウム−コバルト複合酸化物）などが有力である
が、ＬＳＣは１０００℃以上でＹＳＺと反応し、反応生
成物が電池性能を低下させるため、ＹＳＺを電解質とし
て用いた場合には、ＬＳＣを電極として使用できないこ
とがあった。従って、電極材料にＬＳＣ、電解質材料に
ＹＳＺを用いた低温作動ＳＯＦＣを製造するにはその製
造プロセスを１０００℃未満にする必要がある。
【０００５】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、電気抵抗が小さく、密着力があり、且つ３相界面を
多く取り得る電極構成の単セル、セル板及び単セルの製
造方法、並びにこれらを備えた固体電解質型燃料電池を
提供することにある。
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、電気抵抗が小さく、密着力があり、且つ３相界面を
多く取り得る電極構成の単セル、セル板及び単セルの製
造方法、並びにこれらを備えた固体電解質型燃料電池を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、電極（燃料極及び
空気極）を積層構造とし、各層に機能を分担させること
により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を
完成するに至った。また、本発明者らは、所定の導電性
接着層を固体電解質層と電極との間に配設することによ
り、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成
するに至った。
を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、電極（燃料極及び
空気極）を積層構造とし、各層に機能を分担させること
により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を
完成するに至った。また、本発明者らは、所定の導電性
接着層を固体電解質層と電極との間に配設することによ
り、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成
するに至った。
【０００７】即ち、本発明の燃料電池用単セルは、固体
電解質層を空気極及び燃料極で挟持して成る固体電解質
型燃料電池用の単セルであって、上記空気極は、空気極
下部層及び空気極上部層を順次積層して形成され、上記
燃料極は、燃料極下部層及び燃料極上部層を順次積層し
て形成され、該空気極下部層又は該燃料極下部層が、上
記固体電解質層と上記空気極上部層又は燃料極上部層と
を電気的且つ機械的に接合するとともに、上記固体電解
質層界面に電気化学的な反応場を形成し、該空気極上部
層又は燃料極上部層が、上記反応場に反応ガスを供給す
るとともに、他の単セルとの間を電気的に接合しうるこ
とを特徴とする。
電解質層を空気極及び燃料極で挟持して成る固体電解質
型燃料電池用の単セルであって、上記空気極は、空気極
下部層及び空気極上部層を順次積層して形成され、上記
燃料極は、燃料極下部層及び燃料極上部層を順次積層し
て形成され、該空気極下部層又は該燃料極下部層が、上
記固体電解質層と上記空気極上部層又は燃料極上部層と
を電気的且つ機械的に接合するとともに、上記固体電解
質層界面に電気化学的な反応場を形成し、該空気極上部
層又は燃料極上部層が、上記反応場に反応ガスを供給す
るとともに、他の単セルとの間を電気的に接合しうるこ
とを特徴とする。
【０００８】また、本発明の燃料電池用単セルの好適形
態は、上記空気極下部層及び／又は燃料極下部層は粒子
径が０．５μｍ以下の材料を含んで構成され、上記空気
極上部層及び／又は燃料極上部層は粒子径が０．８μｍ
以上の材料を含んで構成されることを特徴とする。
態は、上記空気極下部層及び／又は燃料極下部層は粒子
径が０．５μｍ以下の材料を含んで構成され、上記空気
極上部層及び／又は燃料極上部層は粒子径が０．８μｍ
以上の材料を含んで構成されることを特徴とする。
【０００９】更に、本発明の燃料電池用単セルの他の好
適形態は、上記空気極下部層と上記空気極上部層との層
厚比、及び／又は上記燃料極下部層と燃料極上部層との
層厚比が、１／１０００から１／５００の範囲にあるこ
とを特徴とする。
適形態は、上記空気極下部層と上記空気極上部層との層
厚比、及び／又は上記燃料極下部層と燃料極上部層との
層厚比が、１／１０００から１／５００の範囲にあるこ
とを特徴とする。
【００１０】更にまた、本発明の燃料電池用単セルの更
に他の好適形態は、上記固体電解質層の厚さが１００μ
ｍ以下であることを特徴とする。
に他の好適形態は、上記固体電解質層の厚さが１００μ
ｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】また、本発明の燃料電池用単セルの他の好
適形態は、上記空気極上部層及び／又は燃料極上部層
が、総体積のうち３０〜７０ｖｏｌ％の割合で細孔を有
することを特徴とする。
適形態は、上記空気極上部層及び／又は燃料極上部層
が、総体積のうち３０〜７０ｖｏｌ％の割合で細孔を有
することを特徴とする。
【００１２】更に、本発明の燃料電池用単セルの更に他
の好適形態は、上記固体電解質層と上記空気極及び／又
は燃料極との間に導電性接着層を配設し、この導電性接
着層が、電子導電性及びイオン導電性を有し、該空気極
及び／又は燃料極と該固体電解質層とを電気的且つ機械
的に接合して成ることを特徴とする。
の好適形態は、上記固体電解質層と上記空気極及び／又
は燃料極との間に導電性接着層を配設し、この導電性接
着層が、電子導電性及びイオン導電性を有し、該空気極
及び／又は燃料極と該固体電解質層とを電気的且つ機械
的に接合して成ることを特徴とする。
【００１３】更にまた、本発明の燃料電池用単セルの他
の好適形態は、上記導電性接着層の膜厚ｔと、上記空気
極及び／又は燃料極の構成粒子の平均粒径ｄとが、ｔ≦
ｄの関係を満たすことを特徴とする。
の好適形態は、上記導電性接着層の膜厚ｔと、上記空気
極及び／又は燃料極の構成粒子の平均粒径ｄとが、ｔ≦
ｄの関係を満たすことを特徴とする。
【００１４】また、本発明の燃料電池用単セルの更に他
の好適形態は、上記導電性接着層が、銀又は銀を主成分
とする材料であることを特徴とする。
の好適形態は、上記導電性接着層が、銀又は銀を主成分
とする材料であることを特徴とする。
【００１５】更に、本発明の燃料電池用セル板は、上記
燃料電池用単セルを、積層方向とほぼ垂直の方向へ２次
元的に複数個連結し一体化して成ることを特徴とする。
燃料電池用単セルを、積層方向とほぼ垂直の方向へ２次
元的に複数個連結し一体化して成ることを特徴とする。
【００１６】更にまた、本発明の固体電解質型燃料電池
は、上記燃料電池用単セル、又は上記燃料電池用セル板
を用いて成ることを特徴とする。
は、上記燃料電池用単セル、又は上記燃料電池用セル板
を用いて成ることを特徴とする。
【００１７】また、本発明の燃料電池用単セルの製造方
法は、上記燃料電池用単セルを製造する方法であって、
上記固体電解質層に空気極下部層材料及び／又は燃料極
下部層材料を真空成膜法により被覆し、更に空気極上部
層材料及び／又は燃料極上部層材料を印刷法又はスプレ
塗布法により被覆した後、焼成することを特徴とする。
法は、上記燃料電池用単セルを製造する方法であって、
上記固体電解質層に空気極下部層材料及び／又は燃料極
下部層材料を真空成膜法により被覆し、更に空気極上部
層材料及び／又は燃料極上部層材料を印刷法又はスプレ
塗布法により被覆した後、焼成することを特徴とする。
【００１８】更に、本発明の燃料電池用単セルの他の製
造方法は、上記燃料電池用単セルを製造する方法であっ
て、上記固体電解質層に空気極下部層材料及び／又は燃
料極下部層材料をスプレ塗布法により被覆し焼成して上
記空気極下部層及び／又は燃料極下部層を形成した後、
空気極上部層材料及び／又は燃料極上部層材料を印刷法
又はスプレ塗布法により被覆し焼成して上記空気極上部
層及び／又は燃料極上部層を形成することを特徴とす
る。
造方法は、上記燃料電池用単セルを製造する方法であっ
て、上記固体電解質層に空気極下部層材料及び／又は燃
料極下部層材料をスプレ塗布法により被覆し焼成して上
記空気極下部層及び／又は燃料極下部層を形成した後、
空気極上部層材料及び／又は燃料極上部層材料を印刷法
又はスプレ塗布法により被覆し焼成して上記空気極上部
層及び／又は燃料極上部層を形成することを特徴とす
る。
【００１９】更にまた、本発明の燃料電池用単セルの更
に他の製造方法は、上記燃料電池用単セルを製造する方
法であって、上記固体電解質層上に導電性接着層を形成
する工程（Ｉ）と、該導電性接着層上に電極材料粉を塗
布する工程（ＩＩ）と、熱処理により該固体電解質及び
電極材料を焼成し、接合する工程（ＩＩＩ）と、を行う
ことを特徴とする。
に他の製造方法は、上記燃料電池用単セルを製造する方
法であって、上記固体電解質層上に導電性接着層を形成
する工程（Ｉ）と、該導電性接着層上に電極材料粉を塗
布する工程（ＩＩ）と、熱処理により該固体電解質及び
電極材料を焼成し、接合する工程（ＩＩＩ）と、を行う
ことを特徴とする。
【００２０】また、本発明の燃料電池用単セルの製造方
法の好適形態は、上記工程（ＩＩＩ）において、焼成温
度が上記空気極、燃料極及び固体電解質のそれぞれを形
成する焼結温度の中で最も低い温度より２００℃以上低
い温度であることを特徴とする。
法の好適形態は、上記工程（ＩＩＩ）において、焼成温
度が上記空気極、燃料極及び固体電解質のそれぞれを形
成する焼結温度の中で最も低い温度より２００℃以上低
い温度であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の固体電解質型燃料
電池用の単セル及びセル板について詳細に説明する。な
お、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百
分率を示す。また、説明の便宜上、基板や電極層など各
層の一方の面を「上面、表面」、他の面を「下面、裏
面」などと記載するが、これらは等価な要素であり、相
互に置換した構成も本発明の範囲に含まれるのは言うま
でもない。更に、セル板は、単セルの集積化を促進し
て、得られる燃料電池の高出力化を図るのに実用的な製
品形態である。
電池用の単セル及びセル板について詳細に説明する。な
お、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百
分率を示す。また、説明の便宜上、基板や電極層など各
層の一方の面を「上面、表面」、他の面を「下面、裏
面」などと記載するが、これらは等価な要素であり、相
互に置換した構成も本発明の範囲に含まれるのは言うま
でもない。更に、セル板は、単セルの集積化を促進し
て、得られる燃料電池の高出力化を図るのに実用的な製
品形態である。
【００２２】上述のように、本発明の単セル及びセル板
は、固体電解質層を空気極（カソード）及び燃料極（ア
ノード）で挟持して成り、この空気極及び／又は燃料極
を上部層及び下部層の２層に分けて形成した。言い換え
れば、固体電解質層の上面に空気極下部層及び空気極上
部層を順次積層し、固体電解質層の下面に燃料極下部層
及び燃料極上部層を順次積層して成る。
は、固体電解質層を空気極（カソード）及び燃料極（ア
ノード）で挟持して成り、この空気極及び／又は燃料極
を上部層及び下部層の２層に分けて形成した。言い換え
れば、固体電解質層の上面に空気極下部層及び空気極上
部層を順次積層し、固体電解質層の下面に燃料極下部層
及び燃料極上部層を順次積層して成る。
【００２３】また、上記空気極下部層及び／又は燃料極
下部層（以下、特記しない限り「下部層」と略す）は、
上記固体電解質層と上記空気極上部層及び／又は燃料極
上部層（以下、特記しない限り「上部層」と略す）とを
電気的且つ機械的に接合するとともに、上記固体電解質
層界面に電気化学的な反応場を形成することを特徴とす
る。これより、固体電解質層と上部層との間に接着剤が
不要となり、３相界面も多くなるので有効である。更
に、上記上部層は、上記反応場に反応ガス（燃料ガス又
は空気）を供給するとともに、他の単セルとの間を電気
的に接合しうることを特徴とする。これより、単セルや
単セル間の電気抵抗が小さくなり、セル板や燃料電池に
好適に用い得る。
下部層（以下、特記しない限り「下部層」と略す）は、
上記固体電解質層と上記空気極上部層及び／又は燃料極
上部層（以下、特記しない限り「上部層」と略す）とを
電気的且つ機械的に接合するとともに、上記固体電解質
層界面に電気化学的な反応場を形成することを特徴とす
る。これより、固体電解質層と上部層との間に接着剤が
不要となり、３相界面も多くなるので有効である。更
に、上記上部層は、上記反応場に反応ガス（燃料ガス又
は空気）を供給するとともに、他の単セルとの間を電気
的に接合しうることを特徴とする。これより、単セルや
単セル間の電気抵抗が小さくなり、セル板や燃料電池に
好適に用い得る。
【００２４】ここで、本発明の単セルでは、上記上部層
が上記下部層より厚いことが好ましい。具体的には、下
部層と上部層との層厚比は、１／１０００から１／５０
０の範囲にあることがよく、また、下部層の厚さは１μ
ｍ以下、上部層の厚さは１０μｍ以上であることが好ま
しい。下部層及び上部層がこのような層厚であると、所
望のガス透過性、電気的化学反応性、固体電解質層／下
部電極層及び下部電極層／上部電極層間の接合などを達
成し易いので有効である。また、上記固体電解質層は、
厚さが１００μｍ以下のものを使用することができ、こ
れより燃料電池に用いるときは所望のエネルギー変換効
率を得やすい。なお、１００μｍを超えると比抵抗が大
きくなり効率が低下し易い。
が上記下部層より厚いことが好ましい。具体的には、下
部層と上部層との層厚比は、１／１０００から１／５０
０の範囲にあることがよく、また、下部層の厚さは１μ
ｍ以下、上部層の厚さは１０μｍ以上であることが好ま
しい。下部層及び上部層がこのような層厚であると、所
望のガス透過性、電気的化学反応性、固体電解質層／下
部電極層及び下部電極層／上部電極層間の接合などを達
成し易いので有効である。また、上記固体電解質層は、
厚さが１００μｍ以下のものを使用することができ、こ
れより燃料電池に用いるときは所望のエネルギー変換効
率を得やすい。なお、１００μｍを超えると比抵抗が大
きくなり効率が低下し易い。
【００２５】また、上記下部層は粒子径が０．５μｍ以
下の材料で構成され、上記上部層は粒子径が０．８μｍ
以上の材料を含んで構成されることがよい。このような
粒子径を有する材料で構成することにより、電極／電解
質界面での電気化学的反応が促進され易くなる。なお、
かかる構成材料の粒子径が上記範囲外であると、３相界
面長さの減少、ガス透過性の減少となってしまうことが
ある。
下の材料で構成され、上記上部層は粒子径が０．８μｍ
以上の材料を含んで構成されることがよい。このような
粒子径を有する材料で構成することにより、電極／電解
質界面での電気化学的反応が促進され易くなる。なお、
かかる構成材料の粒子径が上記範囲外であると、３相界
面長さの減少、ガス透過性の減少となってしまうことが
ある。
【００２６】更に、上記下部層は不連続薄膜層を形成し
て成る。ここで、不連続薄膜層とは３相界面を形成でき
ない緻密均一な連続薄膜でないこと、言い換えれば、個
々の粒子が必ずしも全て接触している状態ではなく、部
分的に独立している状態をいう。また、上記上部層は個
々の構成粒子が接触し、内部に細孔を含む３次元的な網
目構造、柱状構造などを採ることがよい。これより、電
気化学反応が促進され易い。
て成る。ここで、不連続薄膜層とは３相界面を形成でき
ない緻密均一な連続薄膜でないこと、言い換えれば、個
々の粒子が必ずしも全て接触している状態ではなく、部
分的に独立している状態をいう。また、上記上部層は個
々の構成粒子が接触し、内部に細孔を含む３次元的な網
目構造、柱状構造などを採ることがよい。これより、電
気化学反応が促進され易い。
【００２７】更にまた、上記上部層は、総体積のうち３
０〜７０ｖｏｌ％の割合で細孔を有することが好まし
い。この割合で細孔を含むときは、ガス透過性が確保で
きる構造となり易いので有効である。なお、３０ｖｏｌ
％未満であるとガス透過性が阻害され、７０ｖｏｌ％を
超えると膜強度が不足することがある。また、かかる細
孔は電気化学的な反応に好適な０．１〜５μｍ程度の大
きさであることが望ましい。
０〜７０ｖｏｌ％の割合で細孔を有することが好まし
い。この割合で細孔を含むときは、ガス透過性が確保で
きる構造となり易いので有効である。なお、３０ｖｏｌ
％未満であるとガス透過性が阻害され、７０ｖｏｌ％を
超えると膜強度が不足することがある。また、かかる細
孔は電気化学的な反応に好適な０．１〜５μｍ程度の大
きさであることが望ましい。
【００２８】また、上記上部層は、上記下部層の上面に
ほぼ網目状で被覆されることがよい。このように被覆す
ることにより、熱的歪みを緩和できるので有効である。
ほぼ網目状で被覆されることがよい。このように被覆す
ることにより、熱的歪みを緩和できるので有効である。
【００２９】上記下部層の構成材料は、燃料極（アノー
ド）下部層としては、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル−ク
ロム（Ｃｒ）合金又はニッケル−鉄（Ｆｅ）合金、及び
これらの任意の組合せに係る金属やニッケル酸化物（Ｎ
ｉＯやＮｉ複合酸化物）を含むものを使用できる。ま
た、空気極（カソード）下部層としては、銀（Ａｇ）、
白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングス
テン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓ
ｒ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍ
ｎ）又はクロム（Ｃｒ）、及びこれらの任意の組合せに
係る金属や、Ｌａ０．３Ｃｏ０．７Ｏ３、Ｌａ０．７Ｓ
ｒ０．３ＣｒＯ３、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＦｅＯ３、Ｌ
ａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３又はＬａ０．７Ｓｒ０．３
ＣｒＯ３、及びこれらの任意の組合せに係るランタン複
合酸化物を含むものを使用できる。
ド）下部層としては、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル−ク
ロム（Ｃｒ）合金又はニッケル−鉄（Ｆｅ）合金、及び
これらの任意の組合せに係る金属やニッケル酸化物（Ｎ
ｉＯやＮｉ複合酸化物）を含むものを使用できる。ま
た、空気極（カソード）下部層としては、銀（Ａｇ）、
白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングス
テン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓ
ｒ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍ
ｎ）又はクロム（Ｃｒ）、及びこれらの任意の組合せに
係る金属や、Ｌａ０．３Ｃｏ０．７Ｏ３、Ｌａ０．７Ｓ
ｒ０．３ＣｒＯ３、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＦｅＯ３、Ｌ
ａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３又はＬａ０．７Ｓｒ０．３
ＣｒＯ３、及びこれらの任意の組合せに係るランタン複
合酸化物を含むものを使用できる。
【００３０】また、上記上部層の構成材料は、上記燃料
極上部層及び空気極上部層として、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ合
金、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ａｇ、Ｐｔ又はＡｕ、及びこれら
の任意の組合せに係る金属を含んで成るものを使用でき
る。例えば、燃料極として、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−
Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ｍｏ合金及びＮｉ
−Ｃｒ−Ｆｅ合金などを使用でき、これら燃料極構成材
料からＮｉ及びＮｉ−Ｆｅを除くものを空気極として使
用できる。
極上部層及び空気極上部層として、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ合
金、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ａｇ、Ｐｔ又はＡｕ、及びこれら
の任意の組合せに係る金属を含んで成るものを使用でき
る。例えば、燃料極として、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−
Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ−Ｍｏ合金及びＮｉ
−Ｃｒ−Ｆｅ合金などを使用でき、これら燃料極構成材
料からＮｉ及びＮｉ−Ｆｅを除くものを空気極として使
用できる。
【００３１】更に、上記固体電解質層は、発電機能を発
現するのに必要であり、酸素イオン伝導性などを有する
従来公知の材料、例えば、酸化ネオジウム（Ｎｄ
２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、イットリア
（Ｙ２Ｏ３）及び酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）など
を固溶した安定化ジルコニアや、セリア（ＣｅＯ２）系
固溶体、酸化ビスマス及びＬａＧａＯ３などを使用する
ことができるが、これに限定されるものではない。
現するのに必要であり、酸素イオン伝導性などを有する
従来公知の材料、例えば、酸化ネオジウム（Ｎｄ
２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、イットリア
（Ｙ２Ｏ３）及び酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）など
を固溶した安定化ジルコニアや、セリア（ＣｅＯ２）系
固溶体、酸化ビスマス及びＬａＧａＯ３などを使用する
ことができるが、これに限定されるものではない。
【００３２】更にまた、上記固体電解質層と上記空気極
及び／又は燃料極との間に導電性接着層を配設し、該空
気極及び／又は燃料極と該固体電解質層とを電気的且つ
機械的に接合させることができる。この場合は、電池性
能を保持しつつ固体電解質層と各電極との密着性を高め
ることができるので、発電性能、耐久性に優れた単セル
を得ることができる。例えば、図６に示すように、固体
電解質層（ＹＳＺ）と電極（ＬＳＣ層）との間にＡｇ膜
を配設して成る単セルが挙げられる。また、上記導電性
接着層としては、電極性能の低下を防止する面から、電
子導電性及びイオン導電性を有するイオン電子伝導膜な
どを使用することがよく、特に固体電解質層を薄膜化す
るとこの効果は大きくなる。具体的には、電気抵抗の低
い材料、言い換えれば電極活性及び導電性が高い材料で
ある銀（Ａｇ）又は銀を主成分とする材料や、ビスマス
（Ｂｉ）酸化物又はビスマス酸化物を主成分とする材料
を好適に使用できる。また、Ａｇを主成分とする材料及
びＢｉ酸化物を主成分とする材料は、上述の電極材料、
即ち低融点ガラスフリット、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケ
ル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金又はニッケル−鉄（Ｎｉ
−Ｆｅ）合金、及びこれらの任意の組合せに係る金属、
又はニッケル酸化物を含み、銀（Ａｇ）、白金（Ｐ
ｔ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン
（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、
コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）又は
クロム（Ｃｒ）、及びこれらの任意の組合せに係る金
属、又はＬａ０．３Ｃｏ０．７Ｏ３、Ｌａ０．７Ｓｒ
０．３ＣｒＯ３、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＦｅＯ３、Ｌａ
０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３又はＬａ０．７Ｓｒ０．３Ｃ
ｒＯ３、及びこれらの任意の組合せに係るランタン複合
酸化物を含んで成ることが好ましい。これら材料を用い
るときは、電極性能を低下させることなく、低温で固体
電解質層と電極とを密着させることができるので有効で
ある。なお、上記導電性接着層の抵抗は、単セルの全抵
抗の１０％以下であることが望ましい。
及び／又は燃料極との間に導電性接着層を配設し、該空
気極及び／又は燃料極と該固体電解質層とを電気的且つ
機械的に接合させることができる。この場合は、電池性
能を保持しつつ固体電解質層と各電極との密着性を高め
ることができるので、発電性能、耐久性に優れた単セル
を得ることができる。例えば、図６に示すように、固体
電解質層（ＹＳＺ）と電極（ＬＳＣ層）との間にＡｇ膜
を配設して成る単セルが挙げられる。また、上記導電性
接着層としては、電極性能の低下を防止する面から、電
子導電性及びイオン導電性を有するイオン電子伝導膜な
どを使用することがよく、特に固体電解質層を薄膜化す
るとこの効果は大きくなる。具体的には、電気抵抗の低
い材料、言い換えれば電極活性及び導電性が高い材料で
ある銀（Ａｇ）又は銀を主成分とする材料や、ビスマス
（Ｂｉ）酸化物又はビスマス酸化物を主成分とする材料
を好適に使用できる。また、Ａｇを主成分とする材料及
びＢｉ酸化物を主成分とする材料は、上述の電極材料、
即ち低融点ガラスフリット、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケ
ル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金又はニッケル−鉄（Ｎｉ
−Ｆｅ）合金、及びこれらの任意の組合せに係る金属、
又はニッケル酸化物を含み、銀（Ａｇ）、白金（Ｐ
ｔ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン
（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、
コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）又は
クロム（Ｃｒ）、及びこれらの任意の組合せに係る金
属、又はＬａ０．３Ｃｏ０．７Ｏ３、Ｌａ０．７Ｓｒ
０．３ＣｒＯ３、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＦｅＯ３、Ｌａ
０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３又はＬａ０．７Ｓｒ０．３Ｃ
ｒＯ３、及びこれらの任意の組合せに係るランタン複合
酸化物を含んで成ることが好ましい。これら材料を用い
るときは、電極性能を低下させることなく、低温で固体
電解質層と電極とを密着させることができるので有効で
ある。なお、上記導電性接着層の抵抗は、単セルの全抵
抗の１０％以下であることが望ましい。
【００３３】また、上記導電性接着層の膜厚ｔと、上記
空気極及び／又は燃料極の構成粒子の平均粒径ｄとが、
一定の関係を有するように単セルを構成することが好適
であり、この場合は電池性能を低下させることなく固体
電解質層と電極との密着性を向上させ得るので有効であ
る。例えば、上記膜厚ｔと上記電極構成粒子の平均粒径
ｄとが、ｔ≦ｄの関係を満たすような単セル構成とする
ことができる。なお、ｔ＞ｄでは電極内部のガス拡散性
が悪化し、単セルの電気出力が低下することがある。ま
た、上記膜厚ｔと上記電極構成粒子の平均粒径ｄとが、
０．０１ｄ≦ｔ≦０．５ｄの関係を満たすような単セル
構成とすることができる。なお、ｔ＞０．５ｄでは電極
内部のガス拡散性が悪化し、単セルの電気出力が低下す
ることがあり、ｔ＜０．０１ｄでは密着効果が不十分と
なることがある。更に、一般に上記電極構成粒子の平均
粒径ｄは０．５〜５０μｍ程度であることが、電極の性
能や扱いやすさの面から望ましく、上記膜厚ｔは０．１
μｍ≦ｔ≦５μｍとすることができる。なお、ｔ＞５μ
ｍでは電極内部のガス拡散性が悪化し、単セルの電気出
力が低下することがあり、ｔ＜０．１μｍでは密着効果
が不十分となることがある。
空気極及び／又は燃料極の構成粒子の平均粒径ｄとが、
一定の関係を有するように単セルを構成することが好適
であり、この場合は電池性能を低下させることなく固体
電解質層と電極との密着性を向上させ得るので有効であ
る。例えば、上記膜厚ｔと上記電極構成粒子の平均粒径
ｄとが、ｔ≦ｄの関係を満たすような単セル構成とする
ことができる。なお、ｔ＞ｄでは電極内部のガス拡散性
が悪化し、単セルの電気出力が低下することがある。ま
た、上記膜厚ｔと上記電極構成粒子の平均粒径ｄとが、
０．０１ｄ≦ｔ≦０．５ｄの関係を満たすような単セル
構成とすることができる。なお、ｔ＞０．５ｄでは電極
内部のガス拡散性が悪化し、単セルの電気出力が低下す
ることがあり、ｔ＜０．０１ｄでは密着効果が不十分と
なることがある。更に、一般に上記電極構成粒子の平均
粒径ｄは０．５〜５０μｍ程度であることが、電極の性
能や扱いやすさの面から望ましく、上記膜厚ｔは０．１
μｍ≦ｔ≦５μｍとすることができる。なお、ｔ＞５μ
ｍでは電極内部のガス拡散性が悪化し、単セルの電気出
力が低下することがあり、ｔ＜０．１μｍでは密着効果
が不十分となることがある。
【００３４】なお、本発明の燃料電池用セル板は、上述
の単セルを積層方向とほぼ垂直の方向へ２次元的に複数
個連結し一体化して成る。
の単セルを積層方向とほぼ垂直の方向へ２次元的に複数
個連結し一体化して成る。
【００３５】次に、本発明の固体電解質型燃料電池につ
いて説明する。かかる固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）は、上述の燃料電池用単セル又はセル板を用いて成
る。このとき、各単セル又は各セル板における上部層及
び下部層は、反応ガス通路（空気流路又は燃料流路）に
対応する電極層（空気極又は燃料極）が接すればよく、
燃料極（空気極）の被覆位置を変えたり、単セル又はセ
ル板の上下を変えて連結することができる。また、上述
の導電性接着層を配設した単セルを用いて成るＳＯＦＣ
は、発電性能及び耐久性が優れるので有効である。
いて説明する。かかる固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）は、上述の燃料電池用単セル又はセル板を用いて成
る。このとき、各単セル又は各セル板における上部層及
び下部層は、反応ガス通路（空気流路又は燃料流路）に
対応する電極層（空気極又は燃料極）が接すればよく、
燃料極（空気極）の被覆位置を変えたり、単セル又はセ
ル板の上下を変えて連結することができる。また、上述
の導電性接着層を配設した単セルを用いて成るＳＯＦＣ
は、発電性能及び耐久性が優れるので有効である。
【００３６】次に、本発明の燃料電池用単セルの製造方
法について説明する。かかる製造方法では、固体電解質
層の上面や下面に下部層材料を真空成膜法により被覆し
て上記下部層を形成し、更に上部層材料を印刷法又はス
プレ塗布法により被覆して上記上部層を形成した後、焼
成して、上述の燃料電池用単セルを得る。このような方
法であれば、下部層にて長い３相界面、反応場を形成で
きるとともに、セル間の電気的接続が容易で且つガス透
過性に優れる上部層を形成できるので有効である。
法について説明する。かかる製造方法では、固体電解質
層の上面や下面に下部層材料を真空成膜法により被覆し
て上記下部層を形成し、更に上部層材料を印刷法又はス
プレ塗布法により被覆して上記上部層を形成した後、焼
成して、上述の燃料電池用単セルを得る。このような方
法であれば、下部層にて長い３相界面、反応場を形成で
きるとともに、セル間の電気的接続が容易で且つガス透
過性に優れる上部層を形成できるので有効である。
【００３７】また、本発明の他の製造方法では、固体電
解質層の表面や下面に下部層材料をスプレ塗布法により
被覆・焼成して上記下部層を形成した後、更に上部層材
料を印刷法又はスプレ塗布法により被覆・焼成して上記
上部層を形成し、上述の燃料電池用単セルを得る。この
ような方法であれば、同一プロセスにて上部、下部層を
形成できるので、セルの製作が容易となるので有効であ
る。
解質層の表面や下面に下部層材料をスプレ塗布法により
被覆・焼成して上記下部層を形成した後、更に上部層材
料を印刷法又はスプレ塗布法により被覆・焼成して上記
上部層を形成し、上述の燃料電池用単セルを得る。この
ような方法であれば、同一プロセスにて上部、下部層を
形成できるので、セルの製作が容易となるので有効であ
る。
【００３８】更に、本発明の更に他の製造方法では、上
記固体電解質層上に導電性接着層を形成する工程（Ｉ）
と、該導電性接着層上に電極材料粉を塗布する工程（Ｉ
Ｉ）と、熱処理により該固体電解質及び電極材料を焼成
し、接合する工程（ＩＩＩ）と、を行い、上述の導電性
接着層を配設した燃料電池用単セルを得る。このような
製造方法を採用することで、発電性能及び耐久性に優れ
た燃料電池用単セルを得ることができる。ここで、上記
工程（Ｉ）では、ＰＶＤ法や湿式製膜法を採用すること
ができる。ＰＶＤ法としては、例えば、スパッタ法、Ｅ
Ｂ蒸着法及びレーザービームアブレーション法などがあ
り、また、湿式製膜法としては、印刷法、スプレーコー
ト法、ゾルゲル法及びメッキなどがある。また、上記工
程（ＩＩＩ）では、焼成温度、言い換えれば、導電性接
着層により固体電解質層と電極とが接着される熱処理温
度を７００℃以上１０００℃未満とすることがよい。７
００℃未満では運転中に単セルが破損することがあり、
１０００℃以上では、材料によっては導電性接着層が軟
化し過ぎて、電極が移動・凝集してしまうことがある。
更に、上記焼成は、上記空気極、燃料極及び固体電解質
のそれぞれを形成する焼結温度の中で最も低い温度より
２００℃以上低い温度で行うことができるので有効であ
る。なお、かかる温度を超えるときは、固体電解質層と
電極の拡散反応が進行し、固体電解質層と電極との界面
に反応生成物を形成し、単セルの電池出力が低下するこ
とがある。具体的には、例えば、ＹＳＺ上にＡｇを２〜
３μｍ程度のスパッタにより製膜し、このＡｇ膜上にＬ
ＳＣ粉末を被覆し、８５０℃で焼成して、図６に示すよ
うな、密着性及び電極性能がともに良好な単セルを製造
できる。
記固体電解質層上に導電性接着層を形成する工程（Ｉ）
と、該導電性接着層上に電極材料粉を塗布する工程（Ｉ
Ｉ）と、熱処理により該固体電解質及び電極材料を焼成
し、接合する工程（ＩＩＩ）と、を行い、上述の導電性
接着層を配設した燃料電池用単セルを得る。このような
製造方法を採用することで、発電性能及び耐久性に優れ
た燃料電池用単セルを得ることができる。ここで、上記
工程（Ｉ）では、ＰＶＤ法や湿式製膜法を採用すること
ができる。ＰＶＤ法としては、例えば、スパッタ法、Ｅ
Ｂ蒸着法及びレーザービームアブレーション法などがあ
り、また、湿式製膜法としては、印刷法、スプレーコー
ト法、ゾルゲル法及びメッキなどがある。また、上記工
程（ＩＩＩ）では、焼成温度、言い換えれば、導電性接
着層により固体電解質層と電極とが接着される熱処理温
度を７００℃以上１０００℃未満とすることがよい。７
００℃未満では運転中に単セルが破損することがあり、
１０００℃以上では、材料によっては導電性接着層が軟
化し過ぎて、電極が移動・凝集してしまうことがある。
更に、上記焼成は、上記空気極、燃料極及び固体電解質
のそれぞれを形成する焼結温度の中で最も低い温度より
２００℃以上低い温度で行うことができるので有効であ
る。なお、かかる温度を超えるときは、固体電解質層と
電極の拡散反応が進行し、固体電解質層と電極との界面
に反応生成物を形成し、単セルの電池出力が低下するこ
とがある。具体的には、例えば、ＹＳＺ上にＡｇを２〜
３μｍ程度のスパッタにより製膜し、このＡｇ膜上にＬ
ＳＣ粉末を被覆し、８５０℃で焼成して、図６に示すよ
うな、密着性及び電極性能がともに良好な単セルを製造
できる。
【００３９】次に、固体電解質型燃料電池の製造方法に
ついて説明する。上述の燃料電池は、代表的には、上記
単セル又はセル板を反応ガスの流通口が確保されるよう
に基板などを用いて配置し、この基板などの少なくとも
一部に無機接着剤を塗布して上記単セル又はセル板を積
層方向に複数個連結させた後、加圧・加熱により接合し
て得られる。
ついて説明する。上述の燃料電池は、代表的には、上記
単セル又はセル板を反応ガスの流通口が確保されるよう
に基板などを用いて配置し、この基板などの少なくとも
一部に無機接着剤を塗布して上記単セル又はセル板を積
層方向に複数個連結させた後、加圧・加熱により接合し
て得られる。
【００４０】
【実施例】以下、本発明を図面を参照して実施例及び比
較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施
例に限定されるものではない。
較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施
例に限定されるものではない。
【００４１】以下に示す実施例及び比較例では燃料電池
用単セルを作製し、得られた単セルについて、以下に示
す性能評価を行った。
用単セルを作製し、得られた単セルについて、以下に示
す性能評価を行った。
【００４２】［性能評価方法］ １．テープ剥離試験条件 ＳｃｏｔｃｈＴＭテープ（３Ｍ社製、型式：メンディン
グテープ８１０）を単セル表面に貼付け、テープ貼付け
面に対して４５°の角度に５００ｇの力で引張り、単セ
ル表面に剥離が発生しないときをＯＫとした。
グテープ８１０）を単セル表面に貼付け、テープ貼付け
面に対して４５°の角度に５００ｇの力で引張り、単セ
ル表面に剥離が発生しないときをＯＫとした。
【００４３】２．電池特性評価条件 各例で得られた単セルを用いて構成した燃料電池の電池
特性を、温度：７００℃、燃料ガス：水素、酸化性ガ
ス：空気、ガス圧：１気圧の条件下にて測定した。
特性を、温度：７００℃、燃料ガス：水素、酸化性ガ
ス：空気、ガス圧：１気圧の条件下にて測定した。
【００４４】［燃料電池用単セルの作製］ （実施例１）電解質層として厚さ８０μｍの８モル％の
イットリアを含むジルコニア焼結体（以下、「ＹＳＺ焼
結体」と略す）、空気極としてＡｇ、燃料極としてＮｉ
を使用した。まず、下部層として、ＹＳＺ焼結体の表裏
にスパッタ法によりＡｇ（空気極下部層）及びＮｉ（燃
料極下部層）を５０ｎｍの厚さとなるように被覆した。
次に、上部層として、粒径８μｍのＡｇ粒子を含むＡｇ
ペーストをスプレ法によりＡｇスパッタ膜の上に３０μ
ｍの厚さとなるように被覆した。また、粒径５μｍのＮ
ｉ粒子を含むＮｉペーストをスプレ法によりＮｉスパッ
タ膜の上に５０μｍの厚さとなるように被覆した。スパ
ッタ膜及びスプレ膜が成膜されたＹＳＺ焼結体を、大気
中６００℃で焼き付けた。焼き付け後の上部層の膜厚は
Ａｇ膜（空気極上部層）で１５μｍ、Ｎｉ膜（燃料極上
部層）で３５μｍであった。図１に、本例で得られた単
セル（焼付け後のＹＳＺ焼結体）を示す。また、表１に
電極の構成及び評価結果を示した。
イットリアを含むジルコニア焼結体（以下、「ＹＳＺ焼
結体」と略す）、空気極としてＡｇ、燃料極としてＮｉ
を使用した。まず、下部層として、ＹＳＺ焼結体の表裏
にスパッタ法によりＡｇ（空気極下部層）及びＮｉ（燃
料極下部層）を５０ｎｍの厚さとなるように被覆した。
次に、上部層として、粒径８μｍのＡｇ粒子を含むＡｇ
ペーストをスプレ法によりＡｇスパッタ膜の上に３０μ
ｍの厚さとなるように被覆した。また、粒径５μｍのＮ
ｉ粒子を含むＮｉペーストをスプレ法によりＮｉスパッ
タ膜の上に５０μｍの厚さとなるように被覆した。スパ
ッタ膜及びスプレ膜が成膜されたＹＳＺ焼結体を、大気
中６００℃で焼き付けた。焼き付け後の上部層の膜厚は
Ａｇ膜（空気極上部層）で１５μｍ、Ｎｉ膜（燃料極上
部層）で３５μｍであった。図１に、本例で得られた単
セル（焼付け後のＹＳＺ焼結体）を示す。また、表１に
電極の構成及び評価結果を示した。
【００４５】なお、下部層の形態は０．０５μｍの粒子
の不連続膜であり、また上部層はＡｇ膜で細孔率５０
％、Ｎｉ膜で細孔率４５％であり、粒子間が部分的に接
触する膜であった。また、スパッタ成膜条件とスプレ用
ペーストの詳細を以下に示す。 ・スパッタ成膜条件 ｒｆスパッタ方式、スパッタガスＡｒ、ガス圧０．１Ｐ
ａ、投入パワー２００Ｗ ・スプレ用ペースト ブチルカルビトール（９１．５）＋エチルセルロース
（８．５）より成るビークルにＡｇ及びＮｉ粉末を１対
２．５の重量比で混合してペーストとした。
の不連続膜であり、また上部層はＡｇ膜で細孔率５０
％、Ｎｉ膜で細孔率４５％であり、粒子間が部分的に接
触する膜であった。また、スパッタ成膜条件とスプレ用
ペーストの詳細を以下に示す。 ・スパッタ成膜条件 ｒｆスパッタ方式、スパッタガスＡｒ、ガス圧０．１Ｐ
ａ、投入パワー２００Ｗ ・スプレ用ペースト ブチルカルビトール（９１．５）＋エチルセルロース
（８．５）より成るビークルにＡｇ及びＮｉ粉末を１対
２．５の重量比で混合してペーストとした。
【００４６】本例の単セルにおいて、テープ剥離試験
は、良好な密着力を示しＯＫであった。また、電池特性
は、後述する比較例１で得られた単セルを用いた燃料電
池に比べ、約８％向上し電解質／電極界面に電池反応を
阻害する介在物が存在しないことがわかる。
は、良好な密着力を示しＯＫであった。また、電池特性
は、後述する比較例１で得られた単セルを用いた燃料電
池に比べ、約８％向上し電解質／電極界面に電池反応を
阻害する介在物が存在しないことがわかる。
【００４７】（比較例１）Ａｇ及びＮｉにガラス接着剤
を添加したペーストを用いて、単層構造の電極を形成し
た以外は、実施例１と同様の操作を繰返して、本例の単
セルを得た。具体的には、Ａｇ及びＮｉをＹＳＺ焼結体
の表裏に、Ａｇ及びＮｉのペーストをスプレ法により５
０μｍの厚さで被覆した。スプレ膜の成膜後、ＹＳＺ焼
結体を大気中６００℃で焼き付けた。焼付け後のスプレ
膜の膜厚はＡｇ膜で１５μｍ、Ｎｉ膜で３５μｍであっ
た。図２に、本例で得られた単セル（焼付け後のＹＳＺ
焼結体）を示す。また、表１に電極の構成及び評価結果
を示した。また、スプレ用ペーストの詳細を以下に示
す。 ・スプレ用ペースト ブチルカルビトール（９１．５）＋エチルセルロース
（８．５）より成るビークルにＡｇ及びＮｉ粉末を１対
２．５の重量比で混合してペーストした。更に、ホウ珪
酸ガラス（軟化点３９０℃）をＡｇ及びＮｉに対して４
％添加しペーストとした。
を添加したペーストを用いて、単層構造の電極を形成し
た以外は、実施例１と同様の操作を繰返して、本例の単
セルを得た。具体的には、Ａｇ及びＮｉをＹＳＺ焼結体
の表裏に、Ａｇ及びＮｉのペーストをスプレ法により５
０μｍの厚さで被覆した。スプレ膜の成膜後、ＹＳＺ焼
結体を大気中６００℃で焼き付けた。焼付け後のスプレ
膜の膜厚はＡｇ膜で１５μｍ、Ｎｉ膜で３５μｍであっ
た。図２に、本例で得られた単セル（焼付け後のＹＳＺ
焼結体）を示す。また、表１に電極の構成及び評価結果
を示した。また、スプレ用ペーストの詳細を以下に示
す。 ・スプレ用ペースト ブチルカルビトール（９１．５）＋エチルセルロース
（８．５）より成るビークルにＡｇ及びＮｉ粉末を１対
２．５の重量比で混合してペーストした。更に、ホウ珪
酸ガラス（軟化点３９０℃）をＡｇ及びＮｉに対して４
％添加しペーストとした。
【００４８】本例の単セルにおいて、テープ剥離試験
は、良好な密着力を示しＯＫであった。また、電池特性
は、電池出力０．１２Ｗ／ｃｍ２時（ｉ＝０．４Ａ／ｃ
ｍ２時）であった。
は、良好な密着力を示しＯＫであった。また、電池特性
は、電池出力０．１２Ｗ／ｃｍ２時（ｉ＝０．４Ａ／ｃ
ｍ２時）であった。
【００４９】（実施例２）下部層をスプレ法により形成
した以外は、実施例１と同様の操作を繰返して、本例の
単セルを得た。具体的には、まず、下部層として、ＹＳ
Ｚ焼結体の表裏にスプレ法によりＡｇ及びＮｉを０．５
μｍの厚さで被覆した。この下部層を大気中８００℃で
焼成し、厚さを０．１μｍとした。次に、上部層とし
て、粒径８μｍのＡｇ粒子を含むＡｇペーストをスプレ
法により空気極の下部層（Ａｇスプレ膜）の上に３０μ
ｍの厚さで被覆した。また、粒径５μｍのＮｉ粒子を含
むＮｉペーストをスプレ法により燃料極の下部層（Ｎｉ
スプレ膜）の上に５０μｍの厚さで被覆した。スプレ膜
が成膜されたＹＳＺ焼結体を、大気中６００℃で焼き付
けた。焼付け後の上部層の膜厚はＡｇ膜で１５μｍ、Ｎ
ｉ膜で３５μｍであった。図３に、本例で得られた単セ
ル（焼付け後のＹＳＺ焼結体）を示す。また、表１に電
極の構成及び評価結果を示した。
した以外は、実施例１と同様の操作を繰返して、本例の
単セルを得た。具体的には、まず、下部層として、ＹＳ
Ｚ焼結体の表裏にスプレ法によりＡｇ及びＮｉを０．５
μｍの厚さで被覆した。この下部層を大気中８００℃で
焼成し、厚さを０．１μｍとした。次に、上部層とし
て、粒径８μｍのＡｇ粒子を含むＡｇペーストをスプレ
法により空気極の下部層（Ａｇスプレ膜）の上に３０μ
ｍの厚さで被覆した。また、粒径５μｍのＮｉ粒子を含
むＮｉペーストをスプレ法により燃料極の下部層（Ｎｉ
スプレ膜）の上に５０μｍの厚さで被覆した。スプレ膜
が成膜されたＹＳＺ焼結体を、大気中６００℃で焼き付
けた。焼付け後の上部層の膜厚はＡｇ膜で１５μｍ、Ｎ
ｉ膜で３５μｍであった。図３に、本例で得られた単セ
ル（焼付け後のＹＳＺ焼結体）を示す。また、表１に電
極の構成及び評価結果を示した。
【００５０】なお、下部層の形態は、０．３〜０．５μ
ｍの粒子の不連続膜であり、また、上部層はＡｇ膜で細
孔率５０％、Ｎｉ膜で細孔率４５％であり、粒子間が部
分的に接触する膜であった。また、スプレ用ペースト
（下部層用）の詳細を以下に示す。 ・スプレ用ペースト ブチルカルビトール（９１．５）＋エチルセルロース
（８．５）より成るビークルにＡｇ及びＮｉ粉末を１対
５の重量比で混合してペーストとした。また、このペー
ストに使用したＡｇは０．３μｍと１μｍの粒径をも
ち、Ｎｉは０．７μｍの粒径をもつ微細粉を使用した。
ｍの粒子の不連続膜であり、また、上部層はＡｇ膜で細
孔率５０％、Ｎｉ膜で細孔率４５％であり、粒子間が部
分的に接触する膜であった。また、スプレ用ペースト
（下部層用）の詳細を以下に示す。 ・スプレ用ペースト ブチルカルビトール（９１．５）＋エチルセルロース
（８．５）より成るビークルにＡｇ及びＮｉ粉末を１対
５の重量比で混合してペーストとした。また、このペー
ストに使用したＡｇは０．３μｍと１μｍの粒径をも
ち、Ｎｉは０．７μｍの粒径をもつ微細粉を使用した。
【００５１】本例の単セルにおいて、テープ剥離試験
は、良好な密着力を示しＯＫであった。また、電池特性
は、比較例１で得られた単セルを用いた燃料電池に比べ
約６％向上し、電解質／電極界面に電池反応を阻害する
介在物が存在しないことがわかる。
は、良好な密着力を示しＯＫであった。また、電池特性
は、比較例１で得られた単セルを用いた燃料電池に比べ
約６％向上し、電解質／電極界面に電池反応を阻害する
介在物が存在しないことがわかる。
【００５２】（比較例２）単層構造の電極を形成した以
外は、実施例１と同様の操作を繰返して、本例の単セル
を得た。具体的には、ＹＳＺ焼結体の表裏に粒径８μｍ
のＡｇ粒子を含むＡｇペーストをスプレ法により３０μ
ｍの厚さで被覆した。また、粒径５μｍのＮｉ粒子を含
むＮｉペーストをスプレ法によりＹＳＺ焼結体上に５０
μｍの厚さで被覆した。スプレ膜が成膜されたＹＳＺ焼
結体を、大気中６００℃で焼き付けた。焼付け後のスプ
レ膜の膜厚はＡｇ膜で１５μｍ、Ｎｉ膜で３５μｍであ
った。図４に、本例で得られた単セル（焼付け後のＹＳ
Ｚ焼結体）を示す。また、表１に電極の構成及び評価結
果を示した。
外は、実施例１と同様の操作を繰返して、本例の単セル
を得た。具体的には、ＹＳＺ焼結体の表裏に粒径８μｍ
のＡｇ粒子を含むＡｇペーストをスプレ法により３０μ
ｍの厚さで被覆した。また、粒径５μｍのＮｉ粒子を含
むＮｉペーストをスプレ法によりＹＳＺ焼結体上に５０
μｍの厚さで被覆した。スプレ膜が成膜されたＹＳＺ焼
結体を、大気中６００℃で焼き付けた。焼付け後のスプ
レ膜の膜厚はＡｇ膜で１５μｍ、Ｎｉ膜で３５μｍであ
った。図４に、本例で得られた単セル（焼付け後のＹＳ
Ｚ焼結体）を示す。また、表１に電極の構成及び評価結
果を示した。
【００５３】なお、上記スプレ膜は、Ａｇ膜（空気極）
で細孔率５０％、Ｎｉ膜（燃料極）で細孔率４５％であ
り、粒子間が部分的に接触する膜であった。なお、スプ
レ用ペーストの詳細を以下に示す。 ・スプレ用ペースト ブチルカルビトール（９１．５）＋エチルセルロース
（８．５）より成るビークルにＡｇ及びＮｉ粉末を１対
２．５の重量比で混合してペーストした。
で細孔率５０％、Ｎｉ膜（燃料極）で細孔率４５％であ
り、粒子間が部分的に接触する膜であった。なお、スプ
レ用ペーストの詳細を以下に示す。 ・スプレ用ペースト ブチルカルビトール（９１．５）＋エチルセルロース
（８．５）より成るビークルにＡｇ及びＮｉ粉末を１対
２．５の重量比で混合してペーストした。
【００５４】本例の単セルにおいて、テープ剥離試験
は、部分的に剥離し十分な密着力を示さなかった。ま
た、電池特性は、比較例１で得られた単セルを用いた燃
料電池に比べ約３％向上し、電解質／電極界面に電池反
応を阻害する介在物が存在しないことがわかる。
は、部分的に剥離し十分な密着力を示さなかった。ま
た、電池特性は、比較例１で得られた単セルを用いた燃
料電池に比べ約３％向上し、電解質／電極界面に電池反
応を阻害する介在物が存在しないことがわかる。
【００５５】（比較例３）下部層の膜厚を２μｍとした
以外は、実施例１と同様の操作を繰返して、本例の単セ
ルを得た。具体的には、ＹＳＺ焼結体の表裏にスパッタ
法によりＡｇ及びＮｉを２μｍの厚さで被覆した。図５
に、本例の単セル（焼付け後のＹＳＺ）を示す。また、
表１に電極の構成及び評価結果を示した。
以外は、実施例１と同様の操作を繰返して、本例の単セ
ルを得た。具体的には、ＹＳＺ焼結体の表裏にスパッタ
法によりＡｇ及びＮｉを２μｍの厚さで被覆した。図５
に、本例の単セル（焼付け後のＹＳＺ）を示す。また、
表１に電極の構成及び評価結果を示した。
【００５６】なお、上部層はＡｇ膜で細孔率５０％、Ｎ
ｉ膜で細孔率４５％であり、粒子間が部分的に接触する
膜であり、下部層は０．１〜０．５μｍの粒径の連続膜
であった。また、スパッタ成膜条件の詳細を以下に示
す。 ・スパッタ成膜条件 ｒｆスパッタ方式、スパッタガスＡｒ、ガス圧０．０５
Ｐａ、投入パワー８００Ｗ
ｉ膜で細孔率４５％であり、粒子間が部分的に接触する
膜であり、下部層は０．１〜０．５μｍの粒径の連続膜
であった。また、スパッタ成膜条件の詳細を以下に示
す。 ・スパッタ成膜条件 ｒｆスパッタ方式、スパッタガスＡｒ、ガス圧０．０５
Ｐａ、投入パワー８００Ｗ
【００５７】本例の単セルにおいて、テープ剥離試験
は、部分的に剥離し良好な密着力が得られなかった。ま
た、電池特性は、比較例１で得られた単セルを用いた燃
料電池に比べ約１０％低下し、電解質／電極界面に反応
界面を形成し難くなっていることがわかる。
は、部分的に剥離し良好な密着力が得られなかった。ま
た、電池特性は、比較例１で得られた単セルを用いた燃
料電池に比べ約１０％低下し、電解質／電極界面に反応
界面を形成し難くなっていることがわかる。
【００５８】
【表１】
【００５９】次に、以下に示す実施例及び比較例では導
電性接着層を有する燃料電池用単セルを作製し、得られ
た単セルについて、以下に示す性能評価を行った。
電性接着層を有する燃料電池用単セルを作製し、得られ
た単セルについて、以下に示す性能評価を行った。
【００６０】［性能評価方法］ １．テープ剥離試験条件 ＳｃｏｔｃｈＴＭテープを単セル表面に貼付け、テープ
貼付け面に対して４５°の角度に５００ｇの力で引張
り、単セル表面に剥離が発生しないときをＯＫとした。
貼付け面に対して４５°の角度に５００ｇの力で引張
り、単セル表面に剥離が発生しないときをＯＫとした。
【００６１】２．電池特性評価条件 単セルを用いて燃料電池構成し、その電池特性を、温
度：７００℃、燃料ガス：水素、酸化性ガス：空気、ガ
ス圧：１気圧の条件下にて測定した。また、開放電圧：
０．９５Ｖ、最大出力：０．１１Ｗ／ｃｍ２とした。
度：７００℃、燃料ガス：水素、酸化性ガス：空気、ガ
ス圧：１気圧の条件下にて測定した。また、開放電圧：
０．９５Ｖ、最大出力：０．１１Ｗ／ｃｍ２とした。
【００６２】３．抵抗評価条件 単セルを用いた燃料電池について、大気中、７００℃で
交流インピーダンス測定を実施した。
交流インピーダンス測定を実施した。
【００６３】［燃料電池用単セルの作製］ （実施例３）セラミックス法により、厚さ０．５ｍｍ、
直径１５ｍｍの８ＹＳＺ焼結体板を電解質（Ａ）として
合成した。セラミックス法により、Ｌａ０．３Ｃｏ
０．７Ｏ３（ＬＳＣ）を電極（Ｃ）として合成した。こ
のとき焼成温度は１２００℃とした。その後ボールミル
により粉砕し、平均粒径５μｍとした。上記８ＹＳＺ焼
結体の片面にスパッタによりＡｇを１μｍの厚さで製膜
し、導電性接着層（Ｂ）とした。なお、焼成時に用いた
ＬＳＣ粉はテレピン油（溶媒）に分散させスラリー化
し、ＬＳＣスラリーを８ＹＳＺ焼結体板上のＡｇ製膜面
に塗布し、テレピン油を乾燥後、８００度で焼成した。
また、対極形式は８ＹＳＺ焼結体板の反対面にＮｉペー
ストを塗布し、６００℃で焼成した。図６に本実施例の
構成を示す。さらに表２にこれらの構成及び評価結果を
示す。
直径１５ｍｍの８ＹＳＺ焼結体板を電解質（Ａ）として
合成した。セラミックス法により、Ｌａ０．３Ｃｏ
０．７Ｏ３（ＬＳＣ）を電極（Ｃ）として合成した。こ
のとき焼成温度は１２００℃とした。その後ボールミル
により粉砕し、平均粒径５μｍとした。上記８ＹＳＺ焼
結体の片面にスパッタによりＡｇを１μｍの厚さで製膜
し、導電性接着層（Ｂ）とした。なお、焼成時に用いた
ＬＳＣ粉はテレピン油（溶媒）に分散させスラリー化
し、ＬＳＣスラリーを８ＹＳＺ焼結体板上のＡｇ製膜面
に塗布し、テレピン油を乾燥後、８００度で焼成した。
また、対極形式は８ＹＳＺ焼結体板の反対面にＮｉペー
ストを塗布し、６００℃で焼成した。図６に本実施例の
構成を示す。さらに表２にこれらの構成及び評価結果を
示す。
【００６４】（実施例４）導電性接着層材料（Ｂ）をビ
スマス酸化物とし、導電性接着層の形成をＥＢ蒸着法と
した以外は、実施例３とほぼ同様の操作を繰り返して、
本例の単セル及び燃料電池を得た。表２にこれらの構成
及び評価結果を示す。
スマス酸化物とし、導電性接着層の形成をＥＢ蒸着法と
した以外は、実施例３とほぼ同様の操作を繰り返して、
本例の単セル及び燃料電池を得た。表２にこれらの構成
及び評価結果を示す。
【００６５】（実施例５）導電性接着層材料（Ｂ）をＡ
ｇ及びＬＳＣとし、導電性接着層の厚さを０．１μｍと
し、焼成温度を８５０℃とした以外は、実施例３とほぼ
同様の操作を繰り返して、本例の単セル及び燃料電池を
得た。表２にこれらの構成及び評価結果を示す。
ｇ及びＬＳＣとし、導電性接着層の厚さを０．１μｍと
し、焼成温度を８５０℃とした以外は、実施例３とほぼ
同様の操作を繰り返して、本例の単セル及び燃料電池を
得た。表２にこれらの構成及び評価結果を示す。
【００６６】（実施例６）導電性接着層材料（Ｂ）をビ
スマス酸化物及びガラスフリットとし、導電性接着層の
厚さを３μｍとし、導電性接着層の形成を印刷法とし、
焼成温度を９００℃とした以外は、実施例３とほぼ同様
の操作を繰り返して、本例の単セル及び燃料電池を得
た。表２にこれらの構成及び評価結果を示す。
スマス酸化物及びガラスフリットとし、導電性接着層の
厚さを３μｍとし、導電性接着層の形成を印刷法とし、
焼成温度を９００℃とした以外は、実施例３とほぼ同様
の操作を繰り返して、本例の単セル及び燃料電池を得
た。表２にこれらの構成及び評価結果を示す。
【００６７】（比較例４）導電性接着層（Ｂ）を設け
ず、焼成温度を１１００℃とした以外は、実施例３とほ
ぼ同様の操作を繰り返して、本例の単セル及び燃料電池
を得た。表２にこれらの構成及び評価結果を示す。
ず、焼成温度を１１００℃とした以外は、実施例３とほ
ぼ同様の操作を繰り返して、本例の単セル及び燃料電池
を得た。表２にこれらの構成及び評価結果を示す。
【００６８】（比較例５）導電性接着層（Ｂ）を設けな
かった以外は、実施例３とほぼ同様の操作を繰り返し
て、本例の単セル及び燃料電池を得た。表２にこれらの
構成及び評価結果を示す。
かった以外は、実施例３とほぼ同様の操作を繰り返し
て、本例の単セル及び燃料電池を得た。表２にこれらの
構成及び評価結果を示す。
【００６９】（比較例６）導電性接着層（Ｂ）の厚さを
１０μｍとし、導電性接着層の焼成温度を８５０℃とし
た以外は、実施例３とほぼ同様の操作を繰り返して、本
例の単セル及び燃料電池を得た。表２にこれらの構成及
び評価結果を示す。
１０μｍとし、導電性接着層の焼成温度を８５０℃とし
た以外は、実施例３とほぼ同様の操作を繰り返して、本
例の単セル及び燃料電池を得た。表２にこれらの構成及
び評価結果を示す。
【００７０】（比較例７）導電性接着層材料（Ｂ）をビ
スマス酸化物及びガラスフリットとし、導電性接着層の
厚さを２μｍとし、導電性接着層の形成を印刷法とし、
焼成温度を５００℃とした以外は、実施例３とほぼ同様
の操作を繰り返して、本例の単セル及び燃料電池を得
た。表２にこれらの構成及び評価結果を示す。
スマス酸化物及びガラスフリットとし、導電性接着層の
厚さを２μｍとし、導電性接着層の形成を印刷法とし、
焼成温度を５００℃とした以外は、実施例３とほぼ同様
の操作を繰り返して、本例の単セル及び燃料電池を得
た。表２にこれらの構成及び評価結果を示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】表２より、実施例３〜６で得られた単セル
及び燃料電池は密着性やセル抵抗が優れていることがわ
かる。一方、比較例４〜７で得られた単セル及び燃料電
池は、導電性接着層がなかったり焼成温度が本発明の好
適範囲以外であるため、密着性が悪くなったりセル抵抗
が高くなっていることがわかる。
及び燃料電池は密着性やセル抵抗が優れていることがわ
かる。一方、比較例４〜７で得られた単セル及び燃料電
池は、導電性接着層がなかったり焼成温度が本発明の好
適範囲以外であるため、密着性が悪くなったりセル抵抗
が高くなっていることがわかる。
【００７３】以上、本発明を実施例により詳細に説明し
たが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発
明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例
えば、本発明において、単セル及びセル板の形状等は任
意に選択でき、目的の出力に応じた燃料電池を作製でき
る。
たが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発
明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例
えば、本発明において、単セル及びセル板の形状等は任
意に選択でき、目的の出力に応じた燃料電池を作製でき
る。
【００７４】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、電極（燃料極及び空気極）を積層構造とし、各層に
機能を分担させること、所定の導電性接着層を固体電解
質層と電極との間に配設することとしたため、電気抵抗
が小さく、密着力があり、且つ３相界面を多く取り得る
電極構成の単セル、セル板及び単セルの製造方法、並び
にこれらを備えた固体電解質型燃料電池をを提供するこ
とができる。
ば、電極（燃料極及び空気極）を積層構造とし、各層に
機能を分担させること、所定の導電性接着層を固体電解
質層と電極との間に配設することとしたため、電気抵抗
が小さく、密着力があり、且つ３相界面を多く取り得る
電極構成の単セル、セル板及び単セルの製造方法、並び
にこれらを備えた固体電解質型燃料電池をを提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で作製した単セルを示す断面図であ
る。
る。
【図２】比較例１で作製した単セルを示す断面図であ
る。
る。
【図３】実施例２で作製した単セルを示す断面図であ
る。
る。
【図４】比較例２で作製した単セルを示す断面図であ
る。
る。
【図５】比較例３で作製した単セルを示す断面図であ
る。
る。
【図６】導電性接着層を配設した単セルの一例を示す概
略図である。
略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｈ０１Ｍ 8/02 Ｋ (72)発明者 柴田 格 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 原 直樹 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 櫛引 圭子 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 佐藤 文紀 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 山中 貢 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 内山 誠 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS03 BB01 BB07 BB08 BB12 CC06 DD08 DD10 EE02 EE03 EE12 EE13 HH01 HH03 HH04 HH05 HH08 5H026 AA06 BB01 BB04 BB08 CX04 CX05 CX07 EE02 EE12 EE13 HH01 HH03 HH04 HH05 HH08
Claims (28)
- 【請求項１】 固体電解質層を空気極及び燃料極で挟持
して成る固体電解質型燃料電池用の単セルであって、 上記空気極は、空気極下部層及び空気極上部層を順次積
層して形成され、上記燃料極は、燃料極下部層及び燃料
極上部層を順次積層して形成され、 該空気極下部層及び／又は該燃料極下部層が、上記固体
電解質層と上記空気極上部層及び／又は燃料極上部層と
を電気的且つ機械的に接合するとともに、上記固体電解
質層界面に電気化学的な反応場を形成し、 該空気極上部層及び／又は燃料極上部層が、上記反応場
に反応ガスを供給するとともに、他の単セルとの間を電
気的に接合しうることを特徴とする燃料電池用単セル。 - 【請求項２】 上記空気極上部層が上記空気極下部層よ
り厚く、上記燃料極上部層が上記燃料極下部層より厚い
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項３】 上記空気極下部層及び／又は燃料極下部
層は粒子径が０．５μｍ以下の材料を含んで構成され、
上記空気極上部層及び／又は燃料極上部層は粒子径が
０．８μｍ以上の材料を含んで構成されることを特徴と
する請求項１又は２記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項４】 上記空気極下部層及び／又は燃料極下部
層が、不連続薄膜層を形成して成り、上記空気極上部層
及び／又は燃料極上部層の構成粒子が３次元的な網目構
造を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか
１つの項に記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項５】 上記空気極下部層と上記空気極上部層と
の層厚比、及び／又は上記燃料極下部層と燃料極上部層
との層厚比が、１／１０００から１／５００の範囲にあ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に
記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項６】 上記空気極下部層及び／又は燃料極下部
層の厚さが１μｍ以下であり、上記空気極上部層及び／
又は燃料極上部層の厚さが１０μｍ以上であることを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の燃料
電池用単セル。 - 【請求項７】 上記固体電解質層の厚さが１００μｍ以
下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つ
の項に記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項８】 上記空気極上部層及び／又は燃料極上部
層が、総体積のうち３０〜７０ｖｏｌ％の割合で細孔を
有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの
項に記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項９】 上記空気極上部層が上記空気極下部層の
上面にほぼ網目状に被覆され、上記燃料極上部層が上記
燃料極下部層の上面にほぼ網目状に被覆されて成ること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の
燃料電池用単セル。 - 【請求項１０】 上記燃料極下部層が、ニッケル、ニッ
ケル−クロム合金及びニッケル−鉄合金から成る群より
選ばれた少なくとも１種の金属、又はニッケル酸化物を
含み、上記空気極下部層が、銀、白金、金、チタン、タ
ングステン、ランタン、ストロンチウム、コバルト、
鉄、マンガン及びクロムから成る群より選ばれた少なく
とも１種の金属、又はＬａ０．３Ｃｏ０．７Ｏ３、Ｌａ
０．７Ｓｒ０．３ＣｒＯ３、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｆｅ
Ｏ３、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３及びＬａ０．７Ｓ
ｒ０．３ＣｒＯ３から成る群より選ばれた少なくとも１
種のランタン複合酸化物を含んで成ることを特徴とする
請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の燃料電池用単
セル。 - 【請求項１１】 上記燃料極上部層及び／又は空気極上
部層が、ニッケル、ニッケル−クロム合金、ニッケル−
鉄合金、銀、白金及び金から成る群より選ばれた少なく
とも１種の金属を含んで成ることを特徴とする請求項１
０記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項１２】 上記固体電解質層と上記空気極及び／
又は燃料極との間に導電性接着層を配設し、この導電性
接着層が、電子導電性及びイオン導電性を有し、該空気
極及び／又は燃料極と該固体電解質層とを電気的且つ機
械的に接合して成ることを特徴とする請求項１〜１１の
いずれか１つの項に記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項１３】 上記導電性接着層の膜厚ｔと、上記空
気極及び／又は燃料極の構成粒子の平均粒径ｄとが、ｔ
≦ｄの関係を満たすことを特徴とする請求項１２記載の
燃料電池用単セル。 - 【請求項１４】 上記導電性接着層の膜厚ｔと、上記空
気極及び／又は燃料極の構成粒子の平均粒径ｄとが、
０．０１ｄ≦ｔ≦０．５ｄの関係を満たすことを特徴と
する請求項１２記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項１５】 上記導電性接着層の膜厚ｔが、０．１
μｍ≦ｔ≦５μｍであることを特徴とする請求項１２記
載の燃料電池用単セル。 - 【請求項１６】 上記導電性接着層が、銀又は銀を主成
分とする材料であることを特徴とする請求項１２〜１５
のいずれか１つの項に記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項１７】 上記銀を主成分とする材料が、低融点
ガラスフリット、ニッケル、ニッケル−クロム合金及び
ニッケル−鉄合金から成る群より選ばれた少なくとも１
種の金属、又はニッケル酸化物を含み、銀、白金、金、
チタン、タングステン、ランタン、ストロンチウム、コ
バルト、鉄、マンガン及びクロムから成る群より選ばれ
た少なくとも１種の金属、又はＬａ０．３Ｃｏ０．７Ｏ
３、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＣｒＯ３、Ｌａ０．７Ｓｒ
０．３ＦｅＯ３、Ｌａ０．７Ｓｒ ０．３ＭｎＯ３及びＬ
ａ０．７Ｓｒ０．３ＣｒＯ３から成る群より選ばれた少
なくとも１種のランタン複合酸化物を含んで成ることを
特徴とする請求項１６記載の燃料電池用単セル。 - 【請求項１８】 上記導電性接着層が、ビスマス酸化物
又はビスマス酸化物を主成分とする材料であることを特
徴とする請求項１２〜１５のいずれか１つの項に記載の
燃料電池用単セル。 - 【請求項１９】 上記ビスマス酸化物を主成分とする材
料が、低融点ガラスフリット、ニッケル、ニッケル−ク
ロム合金及びニッケル−鉄合金から成る群より選ばれた
少なくとも１種の金属、又はニッケル酸化物を含み、
銀、白金、金、チタン、タングステン、ランタン、スト
ロンチウム、コバルト、鉄、マンガン及びクロムから成
る群より選ばれた少なくとも１種の金属、又はＬａ
０．３Ｃｏ０ ．７Ｏ３、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３Ｃｒ
Ｏ３、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＦｅＯ３、Ｌａ０．７Ｓｒ
０．３ＭｎＯ３及びＬａ０．７Ｓｒ０．３ＣｒＯ３から
成る群より選ばれた少なくとも１種のランタン複合酸化
物を含んで成ることを特徴とする請求項１８記載の燃料
電池用単セル。 - 【請求項２０】 請求項１〜１９のいずれか１つの項に
記載の燃料電池用単セルを、積層方向とほぼ垂直の方向
へ２次元的に複数個連結し一体化して成ることを特徴と
する燃料電池用セル板。 - 【請求項２１】 請求項１〜１１のいずれか１つの項に
記載の燃料電池用単セル、又は請求項２０記載の燃料電
池用セル板を用いて成ることを特徴とする固体電解質型
燃料電池。 - 【請求項２２】 請求項１〜１１のいずれか１つの項に
記載の燃料電池用単セルを製造する方法であって、 上記固体電解質層に空気極下部層材料及び／又は燃料極
下部層材料を真空成膜法により被覆し、更に空気極上部
層材料及び／又は燃料極上部層材料を印刷法又はスプレ
塗布法により被覆した後、焼成することを特徴とする燃
料電池用単セルの製造方法。 - 【請求項２３】 請求項１〜１１のいずれか１つの項に
記載の燃料電池用単セルを製造する方法であって、 上記固体電解質層に空気極下部層材料及び／又は燃料極
下部層材料をスプレ塗布法により被覆し焼成して上記空
気極下部層及び／又は燃料極下部層を形成した後、空気
極上部層材料及び／又は燃料極上部層材料を印刷法又は
スプレ塗布法により被覆し焼成して上記空気極上部層及
び／又は燃料極上部層を形成することを特徴とする燃料
電池用単セルの製造方法。 - 【請求項２４】 請求項１２〜１９のいずれか１つの項
に記載の燃料電池用単セルを製造する方法であって、 上記固体電解質層上に導電性接着層を形成する工程
（Ｉ）と、該導電性接着層上に電極材料粉を塗布する工
程（ＩＩ）と、熱処理により該固体電解質及び電極材料
を焼成し、接合する工程（ＩＩＩ）と、を行うことを特
徴とする燃料電池用単セルの製造方法。 - 【請求項２５】 上記工程（Ｉ）において、ＰＶＤ法を
採用することを特徴とする請求項２４記載の燃料電池用
単セルの製造方法。 - 【請求項２６】 上記工程（Ｉ）において、湿式製膜法
を採用することを特徴とする請求項２４記載の燃料電池
用単セルの製造方法。 - 【請求項２７】 上記工程（ＩＩＩ）において、焼成温
度が７００℃以上１０００℃未満であることを特徴とす
る請求項２４〜２６のいずれか１つの項に記載の燃料電
池用単セルの製造方法。 - 【請求項２８】 上記工程（ＩＩＩ）において、焼成温
度が上記空気極、燃料極及び固体電解質のそれぞれを形
成する焼結温度の中で最も低い温度より２００℃以上低
い温度であることを特徴とする請求項２４〜２７のいず
れか１つの項に記載の燃料電池用単セルの製造方法。
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