JP5804894B2 - 燃料電池セル - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池セルに関する。

従来より、「ニッケル（Ｎｉ）を含み、ガス流路が長手方向に沿って内部に形成された平板状の多孔質の支持基板」と、「前記支持基板の主面に設けられ、内側電極、固体電解質膜、及び外側電極が積層されてなる発電素子部」と、「前記内側電極に供給されるガスと前記外側電極に供給されるガスとの混合を防止する緻密材料からなるガスシール部」とを備えた燃料電池セルが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この文献に記載の燃料電池セルでは、前記ガスシール部は、前記支持基板における前記長手方向に沿って延びる「外側に凸の曲面状の」側端部を覆うように形成された緻密な絶縁体を有する。

係る燃料電池セルでは、燃料電池セルの形状を扁平状（薄板状）とすることにより、１つの燃料電池セル当たりの発電部の面積を大きくすることができ、この結果、発電量を大きくすることができる。しかしながら、燃料電池セルの形状を扁平状とすると、支持基板の側端部の曲面形状の曲率が大きくなり、この側端部を覆う緻密な絶縁体の曲面形状の曲率も大きくなる。これに伴い、絶縁体に作用する応力が大きくなる。この結果、燃料電池セルの製造過程にてなされる焼成工程や燃料電池セルの発電の際、絶縁体にクラックが発生し易いという問題が発生する。

絶縁体にクラックが発生すると、燃料電池セルの内外間でのガスの遮断が達成され得なくなり、燃料電池セルの内外間での酸素分圧差が減少する。この結果、燃料電池セルの発電性能が低下する。従って、絶縁体におけるクラックの発生を抑制することが望まれていたところである。

特開２００８−２２６７８９号公報

本発明は、支持基板の側端部を覆う緻密な絶縁体におけるクラックの発生を抑制し得る燃料電池セルを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池セルは、「ニッケル（Ｎｉ）を含み、ガス流路が長手方向に沿って内部に形成された平板状の多孔質の支持基板」と、「前記支持基板の主面に設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質膜、及び外側電極が積層されてなる発電素子部」と、「前記内側電極に供給されるガスと前記外側電極に供給されるガスとの混合を防止する緻密材料からなるガスシール部」と、を備える。前記ガスシール部は、前記支持基板の主面における前記発電素子部が設けられていない部分、並びに、前記支持基板における前記長手方向に沿って延びる側端部を覆う緻密な絶縁体を有する。

本発明に係る燃料電池セルの特徴は、前記発電素子部内において前記内側電極と前記外側電極との間に位置する前記固体電解質膜が、８．１ｍｏｌ％未満のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成され、前記絶縁体における前記支持基板の側端部を覆う部分は、８．１ｍｏｌ％以上のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる部分を含むことにある。

支持基板の側端部を覆う緻密な絶縁体がＹＳＺからなる部分を含む場合を想定する。この場合、本発明者は、側端部を覆うＹＳＺからなる部分において、Ｙ_２Ｏ_３が８．１ｍｏｌ％以上含まれていると、前記ＹＳＺからなる部分（従って、絶縁体、ガスシール部）においてクラックが発生し難いことを見出した。この理由については後述する。これにより、燃料電池セルの内外間でのガスの遮断が確実に達成され得、燃料電池セルの発電性能の低下を確実に抑制することができる。

加えて、本発明に係る燃料電池セルでは、発電素子部内において内側電極と外側電極との間に位置する固体電解質膜を構成するＹＳＺが、８．１ｍｏｌ％未満のＹ_２Ｏ_３を含んでいる。これによれば、固体電解質膜を構成するＹＳＺが８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３を含んでいる場合と比べて、固体電解質膜の酸素イオン伝導性（導電率）が大きくなる。この結果、発電素子部内の電気抵抗が小さくなり、燃料電池セルの発電効率が高くなる。以上、本発明に係る燃料電池セルによれば、絶縁体における支持基板の側端部を覆う部分のクラックの発生が抑制され、且つ、発電素子部内の電気抵抗が小さくされ得る。

この場合、前記支持基板の側端部は、外側に凸となる曲面状を呈していることが好適である。これにより、この側端部を覆う緻密な絶縁体も、外側に凸となる曲面状を呈する。この結果、絶縁体に作用する（曲げ）応力の集中が緩和され得、絶縁体に作用する（曲げ）応力の最大値を小さくすることができる。従って、絶縁体におけるクラックの発生がより確実に抑制され得る。

本発明に係る燃料電池セルは、「ニッケル（Ｎｉ）を含み、ガス流路が長手方向に沿って内部に形成された平板状の多孔質の（絶縁性）支持基板」と、「前記支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質膜、及び外側電極が積層されてなる複数の発電素子部」と、「１組又は複数組の隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とを電気的に接続する１つ又は複数の電気的接続部」と、「前記内側電極に供給されるガスと前記外側電極に供給されるガスとの混合を防止する緻密材料からなるガスシール部」と、を備えた形式（所謂「横縞型」）の燃料電池セルであってもよい。

或いは、本発明に係る燃料電池セルは、「ニッケル（Ｎｉ）を含み、ガス流路が長手方向に沿って内部に形成された平板状の多孔質の（導電性）支持基板」と、「前記支持基板における一方の主面に設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質膜、及び外側電極が積層されてなる発電素子部」と、「前記支持基板における他方の主面に設けられた緻密なインターコネクタ」と、「前記内側電極に供給されるガスと前記外側電極に供給されるガスとの混合を防止する緻密材料からなるガスシール部」と、を備えた形式（所謂「縦縞型」）の燃料電池セルであってもよい。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池セルを示す斜視図である。 図１に示す燃料電池セルの２−２線に対応する断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る燃料電池セルの図１に対応する斜視図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る燃料電池セルの図１に対応する斜視図である。 図１に示す燃料電池セルの作動状態を説明するための図である。 図１に示す燃料電池セルの作動状態における電流の流れを説明するための図である。 図１に示す支持基板を示す斜視図である。 図１に示す燃料電池セルの製造過程における第１段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池セルの製造過程における第２段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池セルの製造過程における第３段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池セルの製造過程における第４段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池セルの製造過程における第５段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池セルの製造過程における第６段階における図２に対応する断面図である。 図１に示す燃料電池セルの製造過程における第７段階における図２に対応する断面図である。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る燃料電池セルの図２に対応する断面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池セルを示す斜視図である。 図１６に示した燃料電池セルの変形例を示す斜視図である。 図１６に示した燃料電池セルの他の変形例を示す斜視図である。

≪第１実施形態≫
（構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のセルを示す。このＳＯＦＣセルは、長手方向を有する平板状の支持基板１０の上下面（互いに平行な両側の主面（平面））のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数（本例では、４つ）の同形の発電素子部Ａが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。

このＳＯＦＣセルの全体を上方からみた形状は、例えば、長手方向の辺の長さが５〜５０ｃｍで長手方向に直交する幅方向の長さが１〜１０ｃｍの長方形である。このＳＯＦＣセルの全体の厚さは、１〜５ｍｍである。このＳＯＦＣセルの全体は、厚さ方向の中心を通り且つ支持基板１０の主面に平行な面に対して上下対称の形状を有することが好ましいが、この限りでない。以下、図１に加えて、このＳＯＦＣセルの図１に示す２−２線に対応する部分断面図である図２を参照しながら、このＳＯＦＣセルの詳細について説明する。図２は、代表的な１組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａのそれぞれの構成（の一部）、並びに、発電素子部Ａ，Ａ間の構成を示す部分断面図である。その他の組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａ間の構成も、図２に示す構成と同様である。

支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料からなる平板状の焼成体である。支持基板１０の側端部は、外側に（幅方向に）凸となる曲面状を呈している。支持基板１０の内部には、長手方向に延びる複数（本例では、６本）の燃料ガス流路１１（貫通孔）が幅方向において所定の間隔をおいて形成されている。

支持基板１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板１０の厚さは、１〜５ｍｍである。

支持基板１０全体の体積（気孔が占める空間の体積を除く）対する、支持基板１０に含まれるＮｉ及び／又はＮｉＯの体積の合計の割合は、Ｎｉ換算で３〜４０体積％である。以下、説明の簡便化のため、支持基板１０の上面側の構成についてのみ説明していく。支持基板１０の下面側の構成についても同様である。

図２に示すように、支持基板１０の上面（上側の主面）の上には、直方体状の燃料極２０が設けられている。燃料極２０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。燃料極２０は、後述する固体電解質膜４０に接する燃料極活性部２２と、燃料極活性部２２以外の残りの部分である燃料極集電部２１とから構成される。燃料極活性部２２を上方からみた形状は、燃料極集電部２１が存在する範囲に亘って幅方向に延びる長方形である。

燃料極活性部２２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極集電部２１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極活性部２２の厚さは、５〜３０μｍであり、燃料極集電部２１の厚さ（即ち、凹部１２の深さ）は、５０〜５００μｍである。

各燃料極２０（より具体的には、各燃料極集電部２１）の上面の所定箇所には、インターコネクタ３０が形成されている。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。インターコネクタ３０を上方からみた形状は、燃料極２０が存在する範囲に亘って幅方向に延びる長方形である。インターコネクタ３０は、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３０の厚さは、１０〜１００μｍである。

複数の燃料極２０が設けられた状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタ３０が形成された部分を除いた全面は、固体電解質膜４０により覆われている。固体電解質膜４０は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。固体電解質膜４０は、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）を含有したＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）で構成される。固体電解質膜４０の厚さは、３〜５０μｍである。

即ち、複数の燃料極２０が設けられた状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面の全面は、インターコネクタ３０と固体電解質膜４０とからなる緻密層により覆われている。この緻密層は、緻密層の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密層の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。ここで、緻密材料からなる「インターコネクタ３０及び固体電解質膜４０」が、「ガスシール部」に対応する。

固体電解質膜４０における各燃料極活性部２２と接している箇所の上面には、反応防止膜５０を介して空気極６０が形成されている。反応防止膜５０は、緻密な材料からなる焼成体であり、空気極６０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。反応防止膜５０及び空気極６０を上方からみた形状は、燃料極活性部２２と略同一の長方形である。

反応防止膜５０は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜５０の厚さは、３〜５０μｍである。空気極６０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、空気極６０は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極６０の厚さは、１０〜１００μｍである。

なお、反応防止膜５０が介装されるのは、ＳＯＦＣ作製時又は作動中のＳＯＦＣ内において固体電解質膜４０内のＹＳＺと空気極６０内のＳｒとが反応して固体電解質膜４０と空気極６０との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するためである。

ここで、燃料極２０と、固体電解質膜４０と、反応防止膜５０と、空気極６０とが積層されてなる積層体が、「発電素子部Ａ」に対応する（図２を参照）。即ち、支持基板１０の上面には、複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが、長手方向において所定の間隔をおいて配置されている。

各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａのインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極６０、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の上面に、空気極集電膜７０が形成されている。空気極集電膜７０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極集電膜７０を上方からみた形状は、長方形である。

空気極集電膜７０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜７０の厚さは、５０〜５００μｍである。

このように各空気極集電膜７０が形成されることにより、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａの燃料極２０（特に、燃料極集電部２１）とが、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」を介して電気的に接続される。この結果、支持基板１０の上面に配置されている複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが電気的に直列に接続される。ここで、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」が、「電気的接続部」に対応する。

このＳＯＦＣセルでは、固体電解質膜４０において、支持基板１０の側端部に形成された部分（前記絶縁体における前記支持基板の側端部を覆う部分に対応する）では、８．１ｍｏｌ％以上のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）が含まれている。固体電解質膜４０において、発電素子部Ａ内において燃料極２０と空気極６０との間に位置する部分では、８．１ｍｏｌ％未満（好ましくは、８．０ｍｏｌ％以下）のＹ_２Ｏ_３が含まれている。固体電解質膜４０において、支持基板１０の主面における発電素子部Ａが設けられていない部分では、８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３が含まれていても８．１ｍｏｌ％未満（好ましくは、８．０ｍｏｌ％以下）のＹ_２Ｏ_３が含まれていてもよいが、８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３が含まれていることが好適である。

なお、このような燃料電池セルでは、支持基板１０の側端部に形成される緻密な「絶縁体」は、固体電解質膜４０のみから形成される必要はない。例えば、図３に示すように、「絶縁体」として、固体電解質膜４０の外面に他の緻密な絶縁体８０が形成された積層体が用いられてもよい。また、図示はしないが、固体電解質膜４０の内面に他の緻密な絶縁体が形成された積層体が用いられてもよい。この場合、他の緻密な絶縁体としては、例えば、１０Ｓｃ１ＣｅＺｒＯ_２のような他の固体電解質であってもよいし、ガラス、ＺｒＯ_２のような固体電解質以外の物質であってもよい。

また、図４に示すように、支持基板１０の主面に形成された固体電解質膜４０とは個別に、この固体電解質膜４０に連続して、ＹＳＺからなる緻密な絶縁体８０が支持基板１０の側端部に形成されてもよい。この場合、ＹＳＺからなる緻密な絶縁体８０では、８．１ｍｏｌ％以上のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）が含まれている。一方、固体電解質膜４０は、ＹＳＺからなる必要はない。固体電解質膜４０がＹＳＺからなる場合、固体電解質膜４０において、発電素子部Ａ内で燃料極２０と空気極６０との間に位置する部分では、８．１ｍｏｌ％未満（好ましくは、８．０ｍｏｌ％以下）のＹ_２Ｏ_３が含まれている。固体電解質膜４０において、支持基板１０の主面における発電素子部Ａが設けられていない部分では、８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３が含まれていても８．１ｍｏｌ％未満（好ましくは、８．０ｍｏｌ％以下）のＹ_２Ｏ_３が含まれていてもよいが、８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３が含まれていることが好適である。

以上、説明した「横縞型」のＳＯＦＣセルに対して、図５に示すように、支持基板１０の燃料ガス流路１１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板１０の上下面（特に、各空気極集電膜７０）を「酸素を含むガス」（空気等）に曝す（或いは、支持基板１０の上下面に沿って酸素を含むガスを流す）ことにより、固体電解質膜４０の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。更に、この構造体を外部の負荷に接続すると、下記（１）、（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる(発電状態)。
（１／２）・Ｏ_２＋２^ｅ−→Ｏ^２− （於：空気極６０） …（１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２^ｅ− （於：燃料極２０） …（２）

発電状態においては、図６に示すように、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、電流が、矢印で示すように流れる。この結果、図５に示すように、このＳＯＦＣセル全体から（具体的には、図５において最も手前側の発電素子部Ａのインターコネクタ３０と最も奥側の発電素子部Ａの空気極６０とを介して）電力が取り出される。

（製造方法）
次に、図１に示した「横縞型」のＳＯＦＣセルの製造方法の一例について図７〜図１４を参照しながら簡単に説明する。図７〜図１４において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が「焼成前」であることを表す。

先ず、図７に示す形状を有する支持基板の成形体１０ｇが作製される。この支持基板の成形体１０ｇは、例えば、支持基板１０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、押し出し成形、切削等の手法を利用して作製され得る。以下、図７に示す支持基板の成形体１０ｇの部分断面を表す図８〜図１４を参照しながら説明を続ける。

図８に示すように、支持基板の成形体１０ｇが作製されると、次に、図９に示すように、支持基板の成形体１０ｇの上下面の所定位置に、燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）が形成される。各燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）は、例えば、燃料極２０の材料（例えば、ＮｉとＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

次に、図１０に示すように、各燃料極の成形体２１ｇの外側面の所定箇所に、インターコネクタの成形膜３０ｇが形成される。各インターコネクタの成形膜３０ｇは、例えば、インターコネクタ３０の材料（例えば、ＬａＣｒＯ_３）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

次に、図１１に示すように、複数の燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）が埋設・形成された状態の支持基板の成形体１０ｇにおける長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタの成形体３０ｇが形成された部分を除いた全面（支持基板の成形体１０ｇの側端部の表面を含む）に、固体電解質膜の成形膜４０ｇが形成される。固体電解質膜の成形膜４０ｇは、例えば、固体電解質膜４０の材料（例えば、ＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。図１に示した態様では、この処理によって前記「絶縁体」の成形膜の形成が完了する。

なお、例えば、図３に示した形態では、この処理の後に更に、支持基板の成形体１０ｇの側端部に形成された固体電解質膜の成形膜４０ｇの外面に、上述した「他の緻密な絶縁体８０」の成形膜が印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。また、図４に示した形態では、支持基板の成形体１０ｇの側端部を除いて固体電解質膜の成形膜４０ｇを形成し、その後、支持基板の成形体１０ｇの側端部の表面に、上述した「他の緻密な絶縁体８０」の成形膜が印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。

次に、図１２に示すように、固体電解質膜の成形体４０ｇにおける各燃料極の成形体２２ｇと接している箇所の外側面に、反応防止膜の成形膜５０ｇが形成される。各反応防止膜の成形膜５０ｇは、例えば、反応防止膜５０の材料（例えば、ＧＤＣ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体１０ｇが、空気中にて１５００℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したＳＯＦＣセルにおいて空気極６０及び空気極集電膜７０が形成されていない状態の構造体が得られる。

次に、図１３に示すように、各反応防止膜５０の外側面に、空気極の成形膜６０ｇが形成される。各空気極の成形膜６０ｇは、例えば、空気極６０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

次に、図１４に示すように、各組の隣り合う発電素子部について、一方の発電素子部の空気極の成形膜６０ｇと、他方の発電素子部のインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極の成形膜６０ｇ、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の外側面に、空気極集電膜の成形膜７０ｇが形成される。各空気極集電膜の成形膜７０ｇは、例えば、空気極集電膜７０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。

そして、このように成形膜６０ｇ、７０ｇが形成された状態の支持基板１０が、空気中にて１０５０℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したＳＯＦＣセルが得られる。以上、図１に示したＳＯＦＣセルの製造方法の一例について説明した。

（支持基板の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体におけるＹ_２Ｏ_３含有率）
次に、支持基板１０の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体（焼成体）におけるＹ_２Ｏ_３の含有率と、そのＹＳＺにおけるクラックの発生の有無との関係について考察するために行われた実験について説明する。この実験に使用された燃料電池セルは、上述した「製造方法」を利用して作製された。

支持基板１０の幅方向の寸法は２６ｍｍ、厚さ方向の寸法は３．５ｍｍ、燃料極２０の厚さは５０μｍ、固体電解質膜４０における支持基板１０の主面に形成された部分の厚さは２０μｍ、支持基板１０の側端部に形成された「ＹＳＺからなる絶縁体」（固体電解質膜４０の一部、又は絶縁体８０）の厚さは４０μｍ、空気極６０の厚さは５０μｍ、インターコネクタ３０の厚さは５０μｍ、空気極集電膜７０の厚さは５０μｍであった。

次に、この燃料電池セルの内部に、水素ガスを流し、８５０℃で、支持基板１０及び燃料極２０の還元処理が施された。支持基板１０にはＮｉが含まれている。支持基板１０全体の体積（気孔が占める空間の体積を除く）対する、支持基板１０に含まれるＮｉ及び／又はＮｉＯの体積の合計の割合は、Ｎｉ換算で３〜４０体積％である。この値は、焼成後且つ還元処理前の値である。この値は、蛍光Ｘ線を用いた周知の手法の１つを利用して算出された。

得られた燃料電池セルの燃料ガス流路１１に燃料ガスを流通させ、燃料電池セルの外側に酸素含有ガスを流通させ、燃料電池セルをガスバーナーを用いて７５０℃まで加熱して、燃料電池セルを所定時間に亘り稼働させた。

その後、燃料電池セルに対して、「燃料ガス流路１１内に還元性の燃料ガスを流通させながら、雰囲気温度を常温から７５０℃まで３０分間で上げた後に７５０℃から常温まで１２０分間で下げるパターン」を１００回繰り返す熱サイクル試験を行った。そして、支持基板１０の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体（固体電解質膜４０の一部、又は絶縁体８０、焼成体）について、クラックの有無が確認された。この確認は目視、及び顕微鏡による観察により行われた。

以上の試験が、支持基板１０の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体（焼成体）におけるＹ_２Ｏ_３の含有率が異なる種々の燃料電池セルに対してそれぞれ行われた。絶縁体（焼成体）におけるＹ_２Ｏ_３の含有率の調整は、提供されるＹＳＺ材料中（焼成前）における予め仕込まれたＹ_２Ｏ_３の含有率、並びに、燃料電池セル作製に関わるその他の条件を調整することで行われた。また、絶縁体（焼成体）における調整されたＹ_２Ｏ_３の含有率は、日本電子株式会社製の電界放射型分析電子顕微鏡（ＪＸＡ−８５００Ｆ）を用いた定量分析により計測・取得された。表１は、この絶縁体（焼成体）におけるＹ_２Ｏ_３の含有率と、クラックの有無との関係を示す。なお、各含有率について１５個のサンプルが作製され、評価された。

表１によれば、支持基板１０の側端部を覆うＹＳＺからなる絶縁体（固体電解質膜４０の一部、又は絶縁体８０）におけるＹ_２Ｏ_３の含有率が８．１ｍｏｌ％以上であると、その絶縁体においてクラックが発生せず、一方、Ｙ_２Ｏ_３の含有率が８．１ｍｏｌ％未満であると、その絶縁体においてクラックが発生し易いことが判明した。なお、表１の結果は、支持基板の材料がＮｉ−Ｙ_２Ｏ_３の場合もＮｉ−Ｙ_２Ｏ_３以外の材料、例えばＮｉ−ＹＳＺの場合も得られることが判明している。

以下、この結果について、Electrochimica Acta
54(2009)927-934（非特許文献１）、J.Am.Ceram.Soc.,84[11]2652-56
54(2001)（非特許文献２）、Solid State lonics 93(1997)255-261（非特許文献３）を参照しながら考察する。

非特許文献１，２には、「ＹＳＺとＮｉＯとが共焼結されると、ＮｉＯがＹＳＺ中に固溶すること」、並びに、「ＮｉＯが固溶したＹＳＺが還元雰囲気に曝されると、還元されたＮｉが析出すること」が記載されている。他方、非特許文献３には、「ＹＳＺ中のＹ_２Ｏ_３の含有率が大きいほど、ＮｉＯがＹＳＺ中に固溶し難いこと」が記載されている。

以上の記載内容を考慮しながら、上記実験の結果について考察する。上述したように、上記実験にて使用された燃料電池セルでは、後に支持基板１０となるＮｉＯを含む成形体１０ｇと、後に「支持基板１０の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体」となる「成形膜４０ｇ、及び／又は、後に絶縁体８０となる成形膜」とが同時焼成されている。この結果、成形体１０ｇ中のＮｉＯが、拡散により、ＹＳＺからなる「成形膜４０ｇ、及び／又は、後に絶縁体８０となる成形膜」の内部に移動し得、ＹＳＺとＮｉＯとが共焼結され得る。加えて、その後、上記還元処理等により、この焼成体が還元雰囲気に曝されている。

以上より、上記実験にて使用された燃料電池セルでは、非特許文献１，２に記載された現象、即ち、「ＹＳＺとＮｉＯとの共焼結によりＮｉＯがＹＳＺ中に固溶する現象」、並びに、「ＮｉＯが固溶したＹＳＺが還元雰囲気に曝されることにより還元されたＮｉが析出する現象」が発生していると推測され得る。そして、非特許文献３の記載内容を考慮すると、「支持基板１０の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体」におけるＹ_２Ｏ_３の含有率が大きいほど、ＮｉＯがＹＳＺ中に固溶し難い。このことは、「支持基板１０の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体」におけるＹ_２Ｏ_３の含有率が大きいほど、ＹＳＺからなる絶縁体において、還元されたＮｉが析出し難いことを意味する。

他方、ＹＳＺからなる絶縁体において、還元されたＮｉが析出することに起因して、ＹＳＺからなる絶縁体にクラックが発生し得ると考えられる。以上のことから、「支持基板１０の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体」におけるＹ_２Ｏ_３の含有率が大きいほど、その絶縁体にクラックが発生し難い、と推測され得る。即ち、クラック発生を抑制するため、ＹＳＺからなる絶縁体におけるＹ_２Ｏ_３の含有率を調整することが重要である、と推測され得る。

そして、上記実験結果によれば、「支持基板１０の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体」におけるＹ_２Ｏ_３の含有率が８．１ｍｏｌ％以上であると、その絶縁体においてクラックが発生しないことが判明した。これにより、燃料電池セルの内外間でのガスの遮断が確実に達成され得、燃料電池セルの発電性能の低下を確実に抑制することができる。

更には、上記第１実施形態では、発電素子部Ａ内において燃料極２０と空気極６０との間に位置する固体電解質膜４０を構成するＹＳＺが、８．１ｍｏｌ％未満のＹ_２Ｏ_３を含んでいる。これによれば、固体電解質膜を構成するＹＳＺが８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３を含んでいる場合と比べて、固体電解質膜の酸素イオン伝導性（導電率）が大きくなる。この結果、発電素子部Ａ内の電気抵抗が小さくなり、燃料電池セルの発電効率が高くなる。以上、上記第１実施形態によれば、絶縁体（固体電解質膜４０）における支持基板１０の側端部を覆う部分のクラックの発生が抑制され、且つ、発電素子部Ａ内の電気抵抗が小さくされ得る。

なお、本発明は上記第１実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第１実施形態では、平板状の支持基板１０の上下面のそれぞれに複数の発電素子部Ａが設けられているが、図１５に示すように、支持基板１０の片側面のみに複数の発電素子部Ａが設けられていてもよい。また、上記第１実施形態においては、燃料極２０が燃料極集電部２１と燃料極活性部２２との２層で構成されているが、燃料極２０が燃料極活性部２２に相当する１層で構成されてもよい。

≪第２実施形態≫
図１６に示すように、本発明に係る燃料電池セルの実施形態では、薄板状の多孔質の導電性支持体１１の一方の主面に、多孔質の燃料側電極１２、緻密な固体電解質１３、多孔質の導電性セラミックスからなる酸素側電極１４が順次積層されている。また、酸素側電極１４と反対側の導電性支持体１１の主面には、中間膜１５、ランタン−クロム系酸化物材料からなるインターコネクタ１６、Ｐ型半導体材料からなる集電膜１７が順次形成されている。

また、導電性支持体１１の内部には、複数のガス流路１８が長手方向に沿って形成されている。

この燃料電池セルの実施形態は、幅方向（長手方向と直角の方向）の両側にそれぞれ設けられた側端部Ｂ，Ｂと、側端部Ｂ，Ｂを連結する一対の平坦部Ａ，Ａと、から構成されている。一対の平坦部Ａ，Ａは平坦であり、ほぼ平行である。平坦部Ａ，Ａのうちの一方では、導電性支持体１１の一方の主面上に燃料側電極１２、固体電解質１３、酸素側電極１４が順に形成され、平坦部Ａ，Ａのうちの他方では、導電性支持体１１の他方の主面上に中間膜１５、インターコネクタ１６、集電膜１７が順に形成されている。

導電性支持体１１の幅方向の寸法（側端部Ｂ，Ｂ間の距離）は、１０〜１００ｍｍであり、厚さ方向の寸法（平坦部Ａ，Ａ間の距離）は、０．５〜５ｍｍであることが望ましい。なお、導電性支持体１１の形状は、「薄板状」と表現されているが、幅方向の寸法及び厚さ方向の寸法の組み合わせに応じて、「楕円柱状」、或いは、「扁平状」とも表現され得る。

この導電性支持体１１は、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ及びＰｒから選ばれた１種以上からなる希土類元素酸化物とＮｉ及び／又はＮｉＯとを主成分とする材質から構成されることが望ましい。なお、Ｎｉに加えて、ＦｅやＣｕ等が含まれていてもよい。

また、導電性支持体１１は、「ＮｉＯ（酸化ニッケル）又はＮｉ（ニッケル）」と、「絶縁性セラミックス」とを含んで構成される、と記載することもできる。絶縁性セラミックスとしては、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、又は、「ＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）の混合物」等が使用され得る。導電性支持体１１の導電率は、８００℃にて、１０〜２０００Ｓ／ｃｍである。導電性支持体１１全体の体積（気孔が占める空間の体積を除く）に対する、導電性支持体１１に含まれる「Ｎｉ及び／又はＮｉＯ」の体積の合計の割合は、Ｎｉ換算で２０〜６０体積％である。

導電性支持体１１とインターコネクタ１６の間に形成される中間膜１５は、Ｎｉ及び／又はＮｉＯと希土類元素を含有するＺｒＯ_２を主成分とする材質から構成される。中間膜１５中のＮｉ化合物のＮｉ換算量は、全量中３５〜８０体積％であることが望ましく、更には、５０〜７０体積％であることがより望ましい。Ｎｉ換算量が３５体積％以上であることで、Ｎｉによる導電パスが増加して、中間膜１５の伝導度が向上する。この結果、中間膜１５に起因する電圧降下が小さくなる。また、Ｎｉ換算量が８０体積％以下であることで、導電性支持体１１とインターコネクタ１６の間の熱膨張係数差を小さくすることができ、両者の界面における亀裂の発生が抑制され得る。

また、電圧降下の減少という観点から、中間膜１５の厚さは２０μｍ以下であることが望ましく、更には、１０μｍ以下であることが望ましい。

中希土類元素や重希土類元素の酸化物の熱膨張係数は、固体電解質１３における「Ｙ_２Ｏ_３を含有するＺｒＯ_２」の熱膨張係数より小さい。従って、Ｎｉとのサーメット材としての導電性支持体１１の熱膨張係数を固体電解質１３の熱膨張係数に近づけることができる。この結果、固体電解質１３のクラックや、固体電解質１３の燃料側電極１２からの剥離が抑制され得る。更には、熱膨張係数が小さい重希土類元素酸化物を用いることで、導電性支持体１１中のＮｉを多くでき、導電性支持体１１の電気伝導度を上げることができる。この観点からも、重希土類元素酸化物を用いることが望ましい。

なお、希土類元素酸化物の熱膨張係数の総和が固体電解質１３の熱膨張係数未満であれば、軽希土類元素のＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄの酸化物は、中希土類元素、重希土類元素に加えて含有されていても問題はない。

また、精製途中の安価な複数の希土類元素を含む複合希土類元素酸化物を用いることにより、原料コストを大幅に下げることができる。この場合も、複合希土類元素酸化物の熱膨張係数が固体電解質１３の熱膨張係数未満であることが望ましい。

また、インターコネクタ１６表面にＰ型半導体、例えば、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる集電膜１７を設けることが望ましい。インターコネクタ１６表面に直接金属の集電部材を配して集電すると、非オーム接触に起因して、電位降下が大きくなる。オーム接触を確保して電位降下を少なくするためには、インターコネクタ１６にＰ型半導体からなる集電膜１７を接続する必要がある。Ｐ型半導体としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物を用いることが望ましい。遷移金属ペロブスカイト型酸化物としては、ランタン−マンガン系酸化物、ランタン−鉄系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、又は、それらの複合酸化物の少なくとも一種を用いることが望ましい。

導電性支持体１１の主面に設けられた燃料側電極１２は、Ｎｉと希土類元素が固溶したＺｒＯ_２とから構成される。この燃料側電極１２の厚さは１〜３０μｍであることが望ましい。燃料側電極１２の厚さが１μｍ以上であることで、燃料側電極１２としての３層界面が十分に形成される。また、燃料側電極１２の厚さが３０μｍ以下であることで、固体電解質１３との熱膨張差による界面剥離が防止され得る。

この燃料側電極１２の主面に設けられた固体電解質１３は、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を含有したイットリア安定化ジルコニアＹＳＺ（緻密体なセラミックス）から構成される。固体電解質１３の厚さは、０．５〜１００μｍであることが望ましい。固体電解質１３の厚さが０．５μｍ以上であることで、ガス透過が防止され得る。また、固体電解質１３の厚さが１００μｍ以下であることで、抵抗成分の増加が抑制され得る。

また、酸素側電極１４は、遷移金属ペロブスカイト型酸化物のランタン−マンガン系酸化物、ランタン−鉄系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、又は、それらの複合酸化物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１４は、８００℃程度の中温域での電気伝導性が高いという観点から、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ_３系が望ましい。酸素側電極１４の厚さは、集電性という観点から、１０〜１００μｍであることが望ましい。

インターコネクタ１６は、導電性支持体１１の内外間の燃料ガス、酸素含有ガスの漏出を防止するため緻密体とされている。また、インターコネクタ１６の内外面は、燃料ガス、酸素含有ガスとそれぞれ接触するため、耐還元性、耐酸化性を有している。

このインターコネクタ１６の厚さは、３０〜２００μｍであることが望ましい。インターコネクタ１６の厚さが３０μｍ以上であることで、ガス透過が完全に防止され得、２００μｍ以下であることで、抵抗成分の増加が抑制され得る。

このインターコネクタ１６の端部と固体電解質１３の端部との間には、シール性を向上すべく、例えば、ＮｉとＺｒＯ_２、或いはＹ_２Ｏ_３からなる接合層を介在させても良い。

この燃料電池セルの実施形態では、緻密な固体電解質１３は、導電性支持体１１の一方の主面上のみならず、導電性支持体１１の側端部を介して他方の主面上のインターコネクタ１６の側端面まで形成されている。即ち、固体電解質１３は、両側の側端部Ｂ，Ｂを形成するように、導電性支持体１１の他方の主面まで延設され、インターコネクタ１６と接合している。

固体電解質１３において、導電性支持体１１の側端部に形成された部分（前記絶縁体における前記支持基板の側端部を覆う部分に対応する）では、８．１ｍｏｌ％以上のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）が含まれている。固体電解質１３において、燃料側電極１２と酸素側電極１４との間に位置する部分では、８．１ｍｏｌ％未満（好ましくは、８．０ｍｏｌ％以下）のＹ_２Ｏ_３が含まれている。固体電解質１３において、導電性支持体１１の主面における発電素子部（燃料側電極１２、固体電解質１３、及び酸素側電極１４が積層された部分）が設けられていない部分では、８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３が含まれていても８．１ｍｏｌ％未満（好ましくは、８．０ｍｏｌ％以下）のＹ_２Ｏ_３が含まれていてもよいが、８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３が含まれていることが好適である。

なお、側端部Ｂ，Ｂ（導電性支持体１１の側端部）は、発電に伴う加熱や冷却に伴い発生する熱応力を緩和するため、外側に凸となる曲面状となっていることが望ましい。

固体電解質１３における「導電性支持体１１の側端部に形成された部分」の厚さは、破壊を防止するため、４０μｍ以上であることが望ましい。また、導電性支持体１１の側端部は、応力を緩和するために、弧状となっていることが望ましい。

また、燃料電池セルの発電能力を向上させるため、固体電解質１３における「燃料側電極１２と酸素側電極１４とで挟持された部分」の厚さは、２０μｍ以下であることが望ましい。

なお、このような燃料電池セルでは、導電性支持体１１の側端部に形成される緻密な「絶縁体」は、固体電解質１３のみから形成される必要はない。例えば、図１７に示すように、「絶縁体」として、固体電解質１３の外面に他の緻密な絶縁体１９が形成された積層体が用いられてもよい。また、図示はしないが、固体電解質１３の内面に他の緻密な絶縁体が形成された積層体が用いられてもよい。この場合、他の緻密な絶縁体としては、例えば、１０Ｓｃ１ＣｅＺｒＯ_２のような他の固体電解質であってもよいし、ガラス、ＺｒＯ_２のような固体電解質以外の物質であってもよい。

また、図１８に示すように、「燃料側電極１２と酸素側電極１４とで挟持された部分のみに形成された固体電解質１３とは個別に、この固体電解質１３に連続して、ＹＳＺからなる緻密な絶縁体１９が導電性支持体１１の側端部に形成されてもよい。この場合、ＹＳＺからなる緻密な絶縁体１９では、８．１ｍｏｌ％以上のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）が含まれている。一方、固体電解質１３は、ＹＳＺからなる必要はない。固体電解質１３がＹＳＺからなる場合、固体電解質１３において、発電素子部内で燃料側電極１２と酸素側電極１４との間に位置する部分では、８．１ｍｏｌ％未満（好ましくは、８．０ｍｏｌ％以下）のＹ_２Ｏ_３が含まれている。固体電解質１３において、導電性支持体１１の主面における発電素子部が設けられていない部分では、８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３が含まれていても８．１ｍｏｌ％未満（好ましくは、８．０ｍｏｌ％以下）のＹ_２Ｏ_３が含まれていてもよいが、８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３が含まれていることが好適である。

次に、以上説明したような燃料電池セルの製法について説明する。先ず、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄの元素を除く希土類元素酸化物粉末とＮｉ及び／又はＮｉＯ粉末が混合される。この混合粉末に、有機バインダーと、溶媒とを混合した導電性支持体材料が押し出し成形されて、板状の導電性支持体成形体が作製される。この成形体が乾燥、脱脂される。

また、希土類元素（Ｙ）が固溶したＺｒＯ_２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が作製される。

次に、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末と、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して作製された、燃料側電極１２となるスラリーが、前記固体電解質成形体の一方側に塗布される。これにより、固体電解質成形体の一方側の面に燃料側電極成形体が形成される。

次に、導電性支持体成形体に、前記シート状の固体電解質成形体と燃料側電極成形体の積層体が、燃料側電極成形体が導電性支持体成形体に当接するように、導電性支持体成形体に巻き付けられる。

次に、この積層成形体の側端部Ｂ，Ｂを形成する位置の固体電解質成形体上に、上記のシート状の固体電解質成形体が更に数層積層され、乾燥される。また、固体電解質１３となるスラリーが固体電解質成形体上にスクリーン印刷されてもよい。なお、このとき脱脂が行われてもよい。

次に、ランタン−クロム系酸化物粉末と、有機バインダーと、溶媒と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が作製される。

また、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末と、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉と、有機バインダーと、溶媒を混合したスラリーを用いて、シート状の中間膜成形体が作製される。

次に、インターコネクタ成形体と中間膜成形体とが積層される。この積層体の中間膜成形体側が、露出した導電性支持体成形体側に当接するように、この積層体が導電性支持体成形体に積層される。

これにより、導電性支持体成形体の一方主面に、燃料側電極成形体、固体電解質成形体が順次積層されるとともに、他方主面に中間膜成形体、インターコネクタ成形体が積層された積層成形体が作製される。なお、各成形体は、ドクターブレードによるシート成形、印刷、スラリーディップ、並びにスプレーによる吹き付けなどにより作製され得る。また、各成形体は、これらの組み合わせにより作製され得る。

次に、積層成形体が脱脂処理され、酸素含有雰囲気中で１３００〜１６００℃で同時焼成される。

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と、溶媒を混合して、ペーストが作製される。前記積層体がこのペースト中に浸漬される。そして、固体電解質１３、インターコネクタ１６の表面に、酸素側電極成形体、集電膜成形体が、それぞれディッピング、或いは直接のスプレー塗布により形成される。これらの成形体が１０００〜１３００℃で焼き付けられることにより、本発明に係る燃料電池セルが作製される。

なお、この時点では、燃料電池セルでは、酸素含有雰囲気での焼成により、導電性支持体１１、燃料側電極１２、中間膜１５中のＮｉ成分が、ＮｉＯとなっている。従って、その後、導電性支持体１１側から還元性の燃料ガスが流され、ＮｉＯが８００〜１０００℃で還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。

なお、本発明は上記実施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。例えば、内側電極が酸素側電極であってもよい。また、酸素側電極１４と固体電解質１３との間に、反応防止層が形成されてもよい。

また、導電性支持体１１と内側電極１２とが同じ組成で形成されてもよい。この場合、例えば、ＮｉとＹ_２Ｏ_３を固溶したＺｒＯ_２が用いられてもよい。即ち、導電性支持体１１が内側電極１２を兼ねてもよい。この場合、内側電極１２が省略される。

また、酸素側電極１４、集電膜１７の成形法についても、種々の方法を用いてもよいことは勿論である。

（導電性支持体の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体におけるＹ_２Ｏ_３含有率）
次に、導電性支持体１１の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体（焼成体）におけるＹ_２Ｏ_３の含有率と、そのＹＳＺにおけるクラックの発生の有無との関係について考察するために行われた実験について説明する。先ず、この実験に使用された燃料電池セルの作製について説明する。

先ず、ＮｉＯ粉末がＮｉ金属換算量で４８体積％、Ｙ等の希土類元素酸化物粉末が５２体積％となるように、これらの粉末が混合された。この混合物に、ポアー剤と、ＰＶＡからなる有機バインダーと、水からなる溶媒とが加えられ、混合された導電性支持体材料が押出成形されて、板状の導電性支持体成形体が作製された。そして、これが乾燥された。

この導電性支持体成形体を用いて、焼成後に長さが２００ｍｍとなるように導電性支持体成形体が加工され、乾燥後、１０００℃で仮焼された。

次に、ＹＳＺ粉末にアクリル系バインダーとトルエンを加え、固体電解質１３となるスラリーが作製された。このスラリーを用いて、ドクターブレード法にてシート状の固体電解質成形体が作製された。

次に、ＮｉＯ粉末をＮｉＯの金属Ｎｉ換算量で４８体積％、８ＹＳＺ粉末（Ｙ２Ｏ３を８モル含有するＺｒＯ２）を５２体積％となるように混合し、アクリル系バインダーとトルエンを加え、燃料側電極１２となるスラリーが作製された。このスラリーが前記固体電解質成形体にスクリーン印刷され、固体電解質成形体と燃料側電極成形体の積層体が作製された。

次に、導電性支持体成形体に、「固体電解質成形体と燃料側電極成形体の積層体」が、導電性支持体成形体側に燃料側電極成形体が当接し、且つ、その両端間が平坦部で所定間隔をおいて離間するように、巻き付けられた。そして、これが乾燥された。

次に、固体電解質１３となるスラリー、及び／又は絶縁体１９となるスラリーが作製され、ドクターブレード法にてシート状の固体電解質成形体、及び／又は絶縁体成形体が作製された。

次に、「導電性支持体成形体に固体電解質成形体と燃料側電極成形体が積層された積層体」の端部Ｂ，Ｂに、固体電解質成形体、及び／又は絶縁体成形体が積層された。

次に、ＬａＣｒＯ３系材料と、アクリル樹脂からなる有機バインダーと、トルエンと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、インターコネクタシート状成形体が作製された。

また、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末と希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉と有機バインダーと、溶媒を混合したスラリーを用いて、シート状の中間膜成形体が作製され、先に作製したインターコネクタシート状成形体に積層された。

次に、中間膜成形体とインターコネクタ成形体の積層体が、先に作製された仮焼体である導電性支持体成形体に当接するように積層される。

次に、この積層体が脱バインダー処理され、大気中にて所定温度にて同時焼成された。

次に、Ｌａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３粉末と、ノルマルパラフィンからなる溶媒とから、酸素側電極スラリーが作製され、このスラリーが、焼成された固体電解質の表面に吹き付けられる。これにより、酸素側電極成形体が形成される。また、上記スラリーが、焼成したインターコネクタ１６の外面に塗布され、１１５０℃で焼き付けられる。これにより、酸素側電極１４が形成されるとともに、インターコネクタ１６の外面に集電膜１７が形成される。これにより、この実験に使用される燃料電池セルが作製された。

なお、導電性支持体１１の幅方向の寸法（側端部Ｂ，Ｂ間の距離）は２６ｍｍ、厚さ方向の寸法（平坦部Ａ，Ａ間の距離）は３．５ｍｍ、燃料側電極１２の厚さは１０μｍ、固体電解質１３における「燃料側電極１２と酸素側電極１４の間に挟持された部分」の厚さは２０μｍ、導電性支持体１１の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体（固体電解質１３の一部又は絶縁体１９）の厚さは４０μｍ、酸素側電極１４の厚さは５０μｍ、中間膜１５の厚さは１０μｍ、インターコネクタ１６の厚さは５０μｍ、集電膜１７の厚さは５０μｍであった。

次に、この燃料電池セルの内部に、水素ガスを流し、８５０℃で、導電性支持体１１及び燃料側電極１２の還元処理が施された。導電性支持体１１にはＮｉが含まれている。導電性支持体１１全体の体積（気孔が占める空間の体積を除く）対する、支持体１１に含まれるＮｉ及び／又はＮｉＯの体積の合計の割合は、Ｎｉ換算で２０〜６０体積％である。この値は、焼成後且つ還元処理前の値である。この値は、焼成体の断面観察から画像処理等を用いた周知の手法の１つを利用して算出された。

得られた燃料電池セルの燃料ガス流路１８に燃料ガスを流通させ、燃料電池セルの外側に酸素含有ガスを流通させ、燃料電池セルをガスバーナーを用いて７５０℃まで加熱して、燃料電池セルを所定時間に亘り稼働させた。

その後、燃料電池セルに対して、「燃料ガス流路１８内に還元性の燃料ガスを流通させながら、雰囲気温度を常温から７５０℃まで３０分間で上げた後に７５０℃から常温まで１２０分間で下げるパターン」を１００回繰り返す熱サイクル試験を行った。そして、導電性支持体１１の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体（固体電解質１３の一部又は絶縁体１９、焼成体）について、クラックの有無が確認された。この確認は目視、及び顕微鏡による観察により行われた。

以上の試験が、導電性支持体１１の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体（焼成体）におけるＹ_２Ｏ_３の含有率が異なる種々の燃料電池セルに対してそれぞれ行われた。絶縁体（焼成体）におけるＹ_２Ｏ_３の含有率の調整は、提供されるＹＳＺ材料中（焼成前）における予め仕込まれたＹ_２Ｏ_３の含有率、並びに、燃料電池セル作製に関わるその他の条件を調整することで行われた。また、絶縁体（焼成体）における調整されたＹ_２Ｏ_３の含有率は、日本電子株式会社製の電界放射型分析電子顕微鏡（ＪＸＡ−８５００Ｆ）を用いた定量分析により計測・取得された。表２は、この絶縁体（焼成体）におけるＹ_２Ｏ_３の含有率と、クラックの有無との関係を示す。なお、各含有率について１５個のサンプルが作製され、評価された。

表２によれば、導電性支持体１１の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体（固体電解質１３の一部又は絶縁体１９）におけるＹ_２Ｏ_３の含有率が８．１ｍｏｌ％以上であると、その絶縁体においてクラックが発生せず、一方、Ｙ_２Ｏ_３の含有率が８．１ｍｏｌ％未満であると、その絶縁体においてクラックが発生し易いことが判明した。なお、表２の結果は、支持体の材料がＮｉ−Ｙ_２Ｏ_３の場合もＮｉ−Ｙ_２Ｏ_３以外の材料、例えばＮｉ−ＹＳＺの場合も得られることが判明している。

この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様、「導電性支持体１１の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体」におけるＹ_２Ｏ_３の含有率が大きいほど、その絶縁体にクラックが発生し難い、と推測され得る。即ち、クラック発生を抑制するため、ＹＳＺからなる絶縁体におけるＹ_２Ｏ_３の含有率を調整することが重要である、と推測され得る。

そして、上記実験結果によれば、「導電性支持体１１の側端部に形成されたＹＳＺからなる絶縁体」におけるＹ_２Ｏ_３の含有率が８．１ｍｏｌ％以上であると、その絶縁体においてクラックが発生しないことが判明した。これにより、燃料電池セルの内外間でのガスの遮断が確実に達成され得、燃料電池セルの発電性能の低下を確実に抑制することができる。

更には、上記第２実施形態では、発電素子部内において燃料側電極１２と酸素側電極１４との間に位置する固体電解質１３を構成するＹＳＺが、８．１ｍｏｌ％未満のＹ_２Ｏ_３を含んでいる。これによれば、固体電解質を構成するＹＳＺが８．１ｍｏｌ％以上のＹ_２Ｏ_３を含んでいる場合と比べて、固体電解質の酸素イオン伝導性（導電率）が大きくなる。この結果、発電素子部内の電気抵抗が小さくなり、燃料電池セルの発電効率が高くなる。以上、上記第２実施形態によれば、絶縁体（固体電解質１３）における導電性支持体１１の側端部を覆う部分のクラックの発生が抑制され、且つ、発電素子部内の電気抵抗が小さくされ得る。

１０…支持基板、１１…燃料ガス流路、２０…燃料極、２１…燃料極集電部、２２…燃料極活性部、３０…インターコネクタ、４０…固体電解質膜、５０…反応防止膜、６０…空気極、７０…空気極集電膜、８０…絶縁体、Ａ…発電素子部、
１１…導電性支持体、１２…燃料側電極（内側電極）、１３…固体電解質、１４…酸素側電極（外側電極）、１６…インターコネクタ、１８…ガス流路、１９…絶縁体

Claims (7)

1. ニッケル（Ｎｉ）を含み、ガス流路が長手方向に沿って内部に形成された平板状の多孔質の支持基板と、
   前記支持基板の主面に設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質膜、及び外側電極が積層されてなる発電素子部と、
   前記内側電極に供給されるガスと前記外側電極に供給されるガスとの混合を防止する緻密材料からなるガスシール部と、
   を備えた燃料電池セルであって、
   前記ガスシール部は、
   前記支持基板の主面における前記発電素子部が設けられていない部分、並びに、前記支持基板における前記長手方向に沿って延びる側端部を覆う緻密な絶縁体を有し、
   前記発電素子部内において前記内側電極と前記外側電極との間に位置する前記固体電解質膜は、８．１ｍｏｌ％未満のイットリア（Ｙ _２ Ｏ _３ ）を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成され、
   前記絶縁体における前記支持基板の側端部を覆う部分は、
   ８．１ｍｏｌ％以上のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる部分を含む、燃料電池セル。
2. ニッケル（Ｎｉ）を含み、ガス流路が長手方向に沿って内部に形成された平板状の多孔質の支持基板と、
   前記支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質膜、及び外側電極が積層されてなる複数の発電素子部と、
   １組又は複数組の隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とを電気的に接続する１つ又は複数の電気的接続部と、
   前記内側電極に供給されるガスと前記外側電極に供給されるガスとの混合を防止する緻密材料からなるガスシール部と、
   を備えた燃料電池セルであって、
   前記ガスシール部は、
   前記支持基板の主面における前記発電素子部が設けられていない部分、並びに、前記支持基板における前記長手方向に沿って延びる側端部を覆う緻密な絶縁体を有し、
   前記発電素子部内において前記内側電極と前記外側電極との間に位置する前記固体電解質膜は、８．１ｍｏｌ％未満のイットリア（Ｙ _２ Ｏ _３ ）を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成され、
   前記絶縁体における前記支持基板の側端部を覆う部分は、
   ８．１ｍｏｌ％以上のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる部分を含む、燃料電池セル。
3. 請求項２に記載の燃料電池セルにおいて、
   前記支持基板の側端部は、外側に凸となる曲面状を呈している、燃料電池セル。
4. 請求項２又は請求項３に記載の燃料電池セルにおいて、
   前記支持基板中の気孔が占める空間の体積を除いた前記支持基板全体の体積に対する、前記支持基板に含まれるニッケル（Ｎｉ）及び／又は酸化ニッケル（ＮｉＯ）の体積の合計の割合が、ニッケル（Ｎｉ）換算で３〜４０体積％である、燃料電池セル。
5. ニッケル（Ｎｉ）を含み、ガス流路が長手方向に沿って内部に形成された平板状の多孔質の支持基板と、
   前記支持基板における一方の主面に設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質膜、及び外側電極が積層されてなる発電素子部と、
   前記支持基板における他方の主面に設けられた緻密なインターコネクタと、
   前記内側電極に供給されるガスと前記外側電極に供給されるガスとの混合を防止する緻密材料からなるガスシール部と、
   を備えた燃料電池セルであって、
   前記ガスシール部は、
   前記支持基板の主面における前記発電素子部及び前記インターコネクタが設けられていない部分、並びに、前記支持基板における前記長手方向に沿って延びる側端部を覆う緻密な絶縁体を有し、
   前記発電素子部内において前記内側電極と前記外側電極との間に位置する前記固体電解質膜は、８．１ｍｏｌ％未満のイットリア（Ｙ _２ Ｏ _３ ）を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成され、
   前記絶縁体における前記支持基板の側端部を覆う部分は、
   ８．１ｍｏｌ％以上のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる部分を含む、燃料電池セル。
6. 請求項５に記載の燃料電池セルにおいて、
   前記導電性支持体の側端部は、外側に凸となる曲面状を呈している、燃料電池セル。
7. 請求項５又は請求項６の何れか一項に記載の燃料電池セルにおいて、
   前記導電性支持体中の気孔が占める空間の体積を除いた前記支持体全体の体積に対する、前記支持体に含まれるニッケル（Ｎｉ）及び／又は酸化ニッケル（ＮｉＯ）の体積の合計の割合が、ニッケル（Ｎｉ）換算で２０〜６０体積％である、燃料電池セル。

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