JPH04298965A - 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平板状の固体電解質型
燃料電池素子を用いて発電を行う固体電解質型燃料電池
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、燃料電池が発電装置として注目さ
れている。これは、燃料が有する化学エネルギーを直接
電気エネルギーに変換できる装置で、カルノーサイクル
の制約を受けないため、本質的に高いエネルギー変換効
率を有し、燃料の多様化が可能で（ナフサ、天然ガス、
メタノール、石炭改質ガス、重油等）、低公害で、しか
も発電効率が設備規模によって影響されず、極めて有望
な技術である。特に、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ
）　は、１０００℃の高温で作動するため電極反応が極
めて活発で、高価な白金などの貴金属触媒を全く必要と
せず、分極が小さく、出力電圧も比較的高いため、エネ
ルギー変換効率が他の燃料電池にくらべ著しく高い。更
に、構造材は全て固体から構成されるため、安定且つ長
寿命である。

【０００３】こうしたＳＯＦＣは固体構造材から構成で
きることから、現在多種類のセル構造が提案されている
。このうち、いわゆる平板状ＳＯＦＣは、構造的にみて
単位体積当りの発電量を大きくし易いので、非常に有望
と考えられる。

【０００４】しかし、いわゆる平板状ＳＯＦＣやモノリ
シック型のＳＯＦＣは、いずれも製造技術等の点におい
て問題を有していた。まず、平板状の多孔質支持体にジ
ルコニアのイオン伝導性膜を化学的気相成長法（ＣＶＤ
）　、物理的気相成長法（ＰＶＤ）　、電気的気相成長
法（ＥＶＤ）　によって形成する方法がある。しかし、
ＣＶＤ，　ＰＶＤ，　ＥＶＤ　に使用する装置は大掛り
であり、かつ高価である。また、膜形成速度が遅いので
生産性が低く、量産に適さないし、膜を大面積化するこ
とも困難である。しかも、燃料ガスが多孔質支持体を透
過する際の拡散抵抗のため、電池の内部抵抗が大きくな
った。

【０００５】ジルコニアのイオン伝導性膜と空気電極膜
と燃料電極膜とをそれぞれ断面波形のグリーンシートと
して成形し、これらのグリーンシートを互いに圧接し、
共焼結する方法もある。しかし、この方法では、異なる
材料からなるグリーンシートを共焼結するので、焼成収
縮の調節等が難しく、グリーンシートを互いに圧接する
際にクラックやグリーンシートの破壊が発生し易い。し
かも、共焼結後に、イオン伝導性膜と電極膜との界面に
絶縁層ができ易い。

【０００６】これらの問題を解決するための方法として
、特開平１−１２８３５９号公報等において、ジルコニ
アのイオン伝導性板を焼結によって形成し、その両面に
電極を形成して平板状のＳＯＦＣ素子とし、ＳＯＦＣ素
子と電気絶縁性のスペーサとを交互に積層するＳＯＦＣ
が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者がこ
の技術を検討したところ、以下の問題があった。即ち、
こうしたいわば自立型のイオン伝導性セラミックス板を
用いるＳＯＦＣでは、平板状のイオン伝導性セラミック
ス板のグリーンシートをテープキャスト法で成形してい
た。 しかし、こうした積層構造のＳＯＦＣを作動させる際、
イオン伝導性セラミックス板の両側には燃料ガス室、酸
化ガス室が存在するため、燃料ガスと酸化ガスとの差圧
がイオン伝導性セラミックス板にかかる。また、特に緊
急ガスパージに耐えられるようにするためにも、イオン
伝導性セラミックス板の厚みを大きくし、クラックや割
れが発生するのを防がなければならない。その反面、イ
オン伝導性セラミックス板におけるイオン伝導抵抗の上
昇を抑えるためには、イオン伝導性セラミックス板を薄
くしなければならない。この両方の要求を満足させるこ
とは困難であり、平板状ＳＯＦＣ素子の構造的強度も内
部抵抗も未だ充分ではなかった。

【０００８】本発明の課題は、イオン伝導性セラミック
ス板におけるイオン伝導抵抗を低く抑え、かつ平板状Ｓ
ＯＦＣ素子の構造的強度を大きくすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数列の突条
が平面的にみて互いに連続するように形成されているイ
オン伝導性セラミックス板と、このイオン伝導性セラミ
ックス板の一方の主面側に形成された空気電極と、前記
イオン伝導性セラミックス板の他方の主面側に形成され
た燃料電極とからなる平板状固体電解質型燃料電池素子
を有する固体電解質型燃料電池に係るものである。

【００１０】また、本発明では、上記の平板状固体電解
質型燃料電池素子を製造するのに際し、イオン伝導性セ
ラミックス成形原料からなる平板状グリーンシートと、
前記イオン伝導性セラミックス成形原料と同種の原料か
らなりかつ複数列の長尺成形部が互いに連続して一体を
なす形状の突条形成用グリーンシートとを圧着し、この
圧着物を焼結して前記平板状グリーンシートの部分をイ
オン伝導性セラミックス板としかつ前記突条形成用グリ
ーンシートの部分を前記複数列の突条とし、次いでこの
イオン伝導性セラミックス板の一方の主面側に空気電極
を形成し、前記イオン伝導性セラミックス板の他方の主
面側に燃料電極を形成する。

【００１１】また、本発明では、上記の平板状固体電解
質型燃料電池素子を製造するのに際し、イオン伝導性セ
ラミックス成形原料からなる平板状グリーンシートを焼
結してイオン伝導性セラミックス板を作成し、また複数
列の長尺成形部が互いに連続して一体をなす形状の突条
形成用グリーンシートを焼結して突条形成用板を作成し
、前記イオン伝導性セラミックス板と前記突条形成用板
とを接着し、次いでこのイオン伝導性セラミックス板の
一方の主面側に空気電極を形成し、前記イオン伝導性セ
ラミックス板の他方の主面側に燃料電極を形成する。

【００１２】

【実施例】図１はイオン伝導性セラミックス板の一例を
示す斜視図である。本例では、例えば平面略正方形の平
板状のイオン伝導性セラミックス板２６の主面に、複数
の突条２４を形成する。具体的には、４列の突条２４を
互いに平行に等間隔に設け、同時にこれらと直交する４
列の突条２４を設ける。これにより、縦横計８列の突条
２４は平面的にみて互いに連続するだけでなく、碁盤目
状の格子状をなす。これらの突条２４の間には、計９個
の略正方形の凹部２５が形成される。図面で示した主面
だけでなく、もう片方の主面にも同様の突条２４によっ
て同様の格子を形成してよい。

【００１３】そして、このイオン伝導性セラミックス板
２６の一方の主面側に空気電極を形成し、他方の主面側
に燃料電極を形成する。この際、突条２４によって格子
を形成した側に空気電極を設けてもよく、燃料電極を設
けてもよい。また、一方の主面と他方の主面とに双方と
も突条２４によって格子を形成してよい。

【００１４】本実施例によれば突条２４からなる格子に
よってイオン伝導性セラミックス板２６が強固に保持さ
れる。即ち、突条２４の部分が肉厚であるため凹部２５
の部分に比べて強度が大きいというだけでなく、突条２
４が縦横に交差して格子を形成しているので、構造力学
的にみて非常に機械的強度が大きいのである。その一方
、凹部２５の部分では、イオン伝導性セラミックス板２
６が露出しているので、セラミックス板２６を薄くし、
この部分でイオンを拡散させ、発電を行えばよい。上記
したように、突条２４を組み合わせた格子が機械的強度
をＳＯＦＣ素子に付与するのであるから、セラミックス
板２６をかなり薄くしてもＳＯＦＣ素子の破壊を防止で
きる。このようにイオン伝導性セラミックス板２６自体
を従来よりも薄くすることで、ＳＯＦＣ素子全体の出力
を向上させることができる。

【００１５】突条２４は、イオン伝導性のセラミックス
か、又はイオン伝導性のないセラミックスで形成する。 突条２４をイオン伝導性のセラミックスで形成すれば、
格子の部分でもある程度イオンが拡散し、発電に寄与す
るので、一層好ましい。この場合、イオン伝導性セラミ
ックス板２６と同種の材料で形成すると、界面における
適合性等の点で更に好ましい。イオン伝導性セラミック
板２６は、ジルコニアで形成することが好ましく、イッ
トリア、カルシア、マグネシア、セリアで安定化又は部
分安定化したジルコニアで形成することが更に好ましい
。

【００１６】次いで、図２を参照しつつ、図１に示すよ
うな構造体を作成する方法について説明する。第一の方
法としては、まずイオン伝導性セラミックス成形原料に
よって平板状グリーンシート２１を作成する。また、こ
れと同種の原料によって突条形成用グリーンシート２２
を作成する。この突条形成用グリーンシート２２では、
４列の互いに平行な長尺成形部２２ｂ　を等間隔に設け
、かつこれらと直交する４列の長尺成形部２２ｂ　を等
間隔に設ける。 こうして計８列の長尺成形部２２ｂ　によって、図１に
示したものと同様の形状の格子が形成される。この格子
には、縦横三列毎の打ち抜き部２２ａ　が形成されてい
る。

【００１７】次いで、平板状グリーンシート２１と突条
形成用グリーンシート２２とを圧着し、この圧着物を焼
結すると、平板状グリーンシート２１の部分はイオン伝
導性セラミックス板２６となり、突条形成用グリーンシ
ート２２は、格子状をなす突条２４となる。平板状グリ
ーンシート２１と突条形成用グリーンシート２２とは共
焼結するため、焼成収縮等の点から同種の材料による必
要がある。ただし、共焼結の許容範囲内で両者の原料の
組成比率等を若干ずらしてもよい。

【００１８】第二の方法では、前記の平板状グリーンシ
ート２１を焼結してイオン伝導性セラミックス板２６を
作成する。また、前記した突条形成用グリーンシート２
２を焼結して突条形成用板３２を作成する。なお、イオ
ン伝導性セラミックス板２６と突条形成用板３２との形
状は、焼成収縮を考慮に入れなければ、それぞれのグリ
ーンシートとほぼ同じなので、便宜上図２にカッコを付
けて示す。

【００１９】次いで、イオン伝導性セラミックス板２６
と突条形成用板３２とを接着し、図１に示すように一体
化する。この際、突条形成用板３２はイオン伝導性セラ
ミックスで形成することが好ましく、イオン伝導性セラ
ミックス板と同種の材料で形成すると更に好ましい。こ
れらの場合には、両者間の界面においてイオン伝導性を
確保するため、両者を接着する前に、その接着面にイオ
ン伝導性セラミックス成形原料からなるスラリーを塗布
し、加熱接着することが好ましい。突条形成用板３２を
、イオン伝導性のないセラミックス、例えばアルミナ、
ムライト、磁器等で形成することもできる。この場合に
は、上記の接着に際して、絶縁性セラミックス成形原料
からなるスラリーを使用してもよい。

【００２０】図１においては、突条２４を４×４列設け
たが、この列数を変更してもよい。従って、凹部２５の
個数も変更できる。また、格子を碁盤目状に設ける必要
はなく、突条４の配列を変えることで任意の格子を作る
ことができる。例えば、各凹部２５を正六角形、正三角
形、二等辺三角形、長方形等の形状にした格子を形成す
ることができる。また、図１に示したような完全な碁盤
目状の格子を形成しなくともよく、突条２４のうち一部
を除いてもよい。ただし、この場合にも、構造的強度を
ある程度大きく保つためには、複数列の突条２４が平面
的にみて互いに連続している必要がある。

【００２１】次に、上記したようにして構成した平板状
ＳＯＦＣ素子を好適に利用できるＳＯＦＣ（集合電池）
を例示する。図４は本発明の実施例に係るＳＯＦＣを示
す斜視図、図３は同じＳＯＦＣの一部を分解して示す斜
視図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。まず、この
ＳＯＦＣの各構成部分について、図３を参照しつつ説明
する。セパレータ板１は平板状であり、平面正方形の四
辺にそれぞれ長方形の突出部１ａを設けた形状を有して
いる。セパレータ１は耐酸化性と耐還元性と電子伝導性
とを有する材料からなる。

【００２２】このセパレータ１の下側には、一対の空気
電極側スペーサ２が積層される。空気電極側スペーサ２
の本体部分は平面略コの字形状であり、それぞれ一対の
列状突出部２ｂと、平面長方形状の突出部２ａとを有し
ている。図３の状態で、一対の空気電極側スペーサ２の
列状突出部２ｂは互いに対向しており、突出部２ａは互
いに反対方向を向いている。各空気電極側スペーサ２は
、耐酸化性と電子伝導性とを有する材料からなる。

【００２３】ＳＯＦＣ素子３は平板状であり、平面正方
形の四辺にそれぞれ長方形の突出部３ａを設けた形状を
有している。そして、図５に示すように、イオン伝導性
セラミックス板１３の上側面に空気電極９が形成され、
下側面に燃料電極１０が形成されている。但し、ここで
注目すべきことには、突出部３ａの部分を除き、イオン
伝導性セラミックス板１３の空気電極側では、図１に示
したイオン伝導性セラミックス板２６と同様に、４×４
列の突条３４を組合せて格子を形成した。これらの突条
３４の間には、計９個の凹部３５が形成される。なお、
図３においては、イオン伝導性セラミックス板の表面に
空気電極が設けられていることから、これらの引き出し
線を点線で示す。

【００２４】このＳＯＦＣ素子３の下側には、一対の燃
料電極側スペーサ４が積層される。燃料電極側スペーサ
４の本体部分は平面略コの字形状であり、それぞれ一対
の列状突出部４ｂと、平面長方形状の突出部４ａとを有
している。図３の状態で、一対の燃料電極側スペーサ４
の列状突出部４ｂは互いに対向しており、突出部４ａは
互いに反対方向を向いている。各燃料電極側スペーサ４
は、耐還元性と電子伝導性とを有する材料からなる。

【００２５】そして、図４に示すように、これらの各部
品が積層されている。この順序は、図３に示すように、
セパレータ板１、空気電極側スペーサ２、ＳＯＦＣ素子
３、燃料電極側スペーサ４であり、更にこの下に再びセ
パレータ板１が積層される。なお、図３及び図５におい
ては、紙面の都合上、積層構造の一部のみを示してある
。 この積層の際には、各突出部１ａ，　２ａ，　２ｂ，　
３ａ，　４ａ，　４ｂの外側輪郭がほぼ重なるように各
部材が位置合わせされている。

【００２６】そして、図４及び図５に示すように、セパ
レータ板１、一対のスペーサ２及び平板状ＳＯＦＣ素子
３によって酸化ガス室７が形成される。むろん、空気電
極９が酸化ガス室７に面している。また、セパレータ板
１、相対向する一対の列状突出部２ｂ及び平板状ＳＯＦ
Ｃ素子３によって、酸化ガス用開口５が形成される。本
例では、一対の酸化ガス用開口５を反対側に設けている
。また、セパレータ板１、一対のスペーサ４及び平板状
ＳＯＦＣ素子３によって燃料ガス室８が形成される。む
ろん、燃料電極１０が燃料ガス室８に面している。また
、セパレータ板１、相対向する一対の列状突出部４ｂ及
び平板状ＳＯＦＣ素子３によって、燃料ガス用開口６が
形成される。本例では、一対の燃料ガス用開口６を反対
側に設けている。酸化ガス室７と燃料ガス室８とは、結
果的に交互に設けられることになり、これらはＳＯＦＣ
素子３かセパレータ板１によって分画される。

【００２７】なお、図３，図４においては、ＳＯＦＣ素
子自体の積層構造は図示省略する。また、図５において
は、イオン伝導性セラミックス板１３に形成された突起
３４、凹部３５を図示すると、図面上繁雑になるので省
略する。

【００２８】このＳＯＦＣの動作時には、一対の酸化ガ
ス用開口５のうち、一方の開口５から矢印Ａのように酸
化ガスを供給する。この酸化ガスは、酸化ガス室７内を
矢印Ａのように流れ、他方の酸化ガス用開口から排出さ
れる。また、一対の燃料ガス用開口６のうち、一方の開
口６から燃料ガスを供給すると、この燃料ガスが燃料ガ
ス室８内を流れ、他方の燃料ガス用開口６から排出され
る。本実施例では、酸化ガスの流れと燃料ガスの流れと
を直交させているが、両者を平行で逆向きにしてもよく
、平行で同じ向きにしてもよい。

【００２９】酸化ガスは空気電極９とイオン伝導性セラ
ミックス板１３との界面で酸素イオンを生じ、これらの
酸素イオンはイオン伝導性セラミックス板１３を通って
燃料電極１０へと移動し、燃料と反応すると共に電子を
燃料電極１０へと放出する。そして、上下方向に見て隣
り合う平板状ＳＯＦＣ素子３の燃料電極１０と空気電極
９とは、いずれも電子伝導性の燃料電極側スペーサ４、
セパレータ板１及び空気電極側スペーサ２によって電気
的に接続されている。これにより、各ＳＯＦＣ素子３は
図４，図５において上下方向に直列接続される。図４に
示すように、スタックの上端と下端にはいずれもセパレ
ータ板１が設けられているので、これら一対のセパレー
タ板１の間に負荷を接続することで、電力を取り出すこ
とができる。

【００３０】セパレータ板１は電子伝導性であり、かつ
ＳＯＦＣの動作時に使用する燃料ガスと酸化ガスとに対
して耐性がなければならない。こうした材料としては、
以下のものを例示できる。 （１）　Ｎｉ−Ｃｒ，　Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，　Ｎｉ−Ｆ
ｅ−Ｃｒ−Ａｌ，　Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ，　Ｆｅ−Ｃｒ，
　Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ　等の各組成の合金。Ｐｔ、Ａｕ、
Ｐｄなどの高融点貴金属。Ｎｉ合金。 （２）　ＬａＣｒＯ３セラミックス、ＬａＭｎＯ３セラ
ミックス。

【００３１】空気電極側スペーサ２は、電子伝導性と酸
化ガスに対する耐性を有していなければならない。こう
した材料としては、以下のものを例示できる。 （１）　ＬａＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、Ｌａ１−ｘ　Ｓ
ｒｘＭｎＯ３　、ＬａＮｉＯ３セラミックス。 （２）　Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄなどの高融点貴金属。

【００３２】燃料電極側スペーサ４は、電子伝導性と燃
料ガスに対する耐性を有していなければならない。こう
した材料としては、以下のものを例示できる。 （１）　Ｎｉ、Ｃｏ金属 （２）　ニッケル−ジルコニアサーメット

【００３３】
空気電極９はドーピングされたか、又はドーピングされ
ていないＬａＭｎＯ３，　ＣａＭｎＯ３，　ＬａＮｉＯ
３，　ＬａＣｏＯ３，　ＬａＣｒＯ３等の導電性ペロブ
スカイト形酸化物で製造でき、ストロンチウムをドーピ
ングしたＬａＭｎＯ３が好ましい。燃料電極１０の材料
としては、ニッケル‐ジルコニアサーメット，　コバル
ト‐ジルコニアサーメット，　クロム‐ジルコニアサー
メット等が好ましい。燃料ガスとしては、水素、改質水
素、一酸化炭素、炭化水素等の燃料を含むガスを用いる
。酸化ガスとしては、酸素、過酸化水素等の酸化剤を含
むガスを用いる。

【００３４】なお、図４の例においては、ＳＯＦＣ（ス
タック）の上端及び下端においても、耐還元性と耐酸化
性を有するセパレータ板１を設けた。しかし、上端のセ
パレータ板は酸化ガス室７にしか面していないので、耐
還元性は必ずしも有していなくともよい。また、下端の
セパレータ板は燃料ガス室８にしか面していないので、
耐酸化性は必ずしも有していなくてもよい。

【００３５】上記したような構造のＳＯＦＣによれば、
図１を参照しつつ説明したように、イオン伝導性セラミ
ックス板１３の表面に突条３４で格子を形成しているの
で、ＳＯＦＣ素子３の機械的強度と出力とを最大化する
ことができる。

【００３６】また、スペーサ２，４、セバレータ板１、
イオン伝導性セラミックス板１３という主要構成要素が
平板状であるため、成形方法として、テープキャスト法
や、プレス成形法等、通常の成形法を使用できる。従っ
て、ＣＶＤ，　ＥＶＤ等の場合のような大掛りな装置は
不要であり、各構成要素を低コストで容易に製造するこ
とができる。特に、イオン伝導性セラミックス板１３の
製造にＣＶＤ，　ＥＶＤ等を用いないことから、その生
産性が高く、大面積化が可能である。イオン伝導性セラ
ミックス板１３に突条を形成するのは、前述の方法によ
ればよく、いずれにせよＣＶＤ，　ＥＶＤ等の気相法は
用いなくともよい。

【００３７】また、上記の各構成要素を積層するだけで
、複数のＳＯＦＣ素子３を簡単に直列接続することがで
きる。しかも、スペーサ２，４、セパレータ板１自体に
電流を流して集電し、他にＳＯＦＣ素子３を接続するた
めの特別な集電体を用いない。従って、各構成要素の接
触面にすべて電流が流れるので、接続部分での抵抗が小
さく、電圧降下を小さくすることができる。また、各空
気電極９、燃料電極１０において、各電極９，１０とス
ペーサ２，４との接触面積を大きくできる。しかもこれ
らの接触面が、スペーサ２，４の形状に沿って長く列状
に伸びているので、空気電極９、燃料電極１０の膜内に
おいて電流がこれらの膜に沿って膜に平行に流れる距離
が小さい。これらの相乗効果により、空気電極９、燃料
電極１０内における電圧損失が非常に小さくなる。

【００３８】しかも、平板状ＳＯＦＣ素子３に多孔質支
持体を用いないので、その分素子３における電気抵抗を
小さくできる。また、構造的にみてセパレータ板１、空
気電極側スペーサ２、燃料電極側スペーサ４の材料を、
電子伝導性と各雰囲気への耐久性によって最適化するこ
とができるので、これによりスタック全体の内部抵抗を
低く抑えることができる。仮に、セパレータ板１と空気
電極側スペーサ２及び燃料電極側スペーサ４を一体とし
た場合は、全体を耐還元性、耐酸化性及び電子伝導性を
有する材質で形成しなければならないので、材料の選択
範囲が非常に狭く、スタック全体の内部抵抗を低く抑え
ることは難しくなる。

【００３９】また、各構成要素の積層に関しては、各構
成要素が平板状であるため、後述するように接着法や共
焼結法といった簡便な方法をとりうる。更に、構造的に
みて、セパレータ板１やスペーサ２，４の厚さをそれぞ
れ適切に変更し、スタックの内部抵抗と構造強度を最適
化することができる。

【００４０】こうしたＳＯＦＣを製造するのに際しては
、突条が形成されたイオン伝導性セラミックス板を、前
記したように焼結によって作成した後、このイオン伝導
性セラミックス板の一方の面に空気電極９を形成し、イ
オン伝導性セラミックス板の他方の面に燃料電極１０を
形成することが好ましい。この場合は、セラミックス板
と電極との界面に絶縁層が生成するおそれはない。

【００４１】また、セパレータ板１と空気電極側スペー
サ２と燃料電極側スペーサ４とをそれぞれ別体として焼
結によって作成した後、セパレータ板１の一方の面に空
気電極側スペーサ２を電子伝導性接着剤で接着し、セパ
レータ板１の他方の面に燃料電極側スペーサ４を電子伝
導性接着剤で接着することが好ましい。これにより、セ
パレータ板１、スペーサ２，４を、それぞれの材料に応
じた最適の条件で焼結することができるようになる。

【００４２】前記したように、図４に示すスタックの各
構成要素はいずれも平板状なので、テープキャスト法、
プレス成形法、ドクターブレード法等によって容易に成
形できる。むろん、所定形状のグリーンシートを得るた
めには、一旦成形したグリーンシートについて打ち抜き
加工する必要がある。

【００４３】電子伝導性接着剤としては、以下のものが
好ましい。 （１）　Ｐｔペースト、Ｐｄペースト、Ａｇ−Ｐｄペー
スト、Ａｕペースト、Ｎｉペースト。 （２）　ＬａＭｎＯ３ペースト、ＬａＣｒＯ３ペースト
、ＬａＣｏＯ３ペースト。

【００４４】図６は、本発明の他の実施例に係るＳＯＦ
Ｃの一部分を分解して示す斜視図、図７は図６のＳＯＦ
Ｃを示す　ＶＩＩ−ＶＩＩ　線断面図、図８は同じＳＯ
ＦＣを示す　ＶＩＩ−ＶＩＩ　線断面図である。まず、
最上端に例えば平面正方形のセパレータ板１１を配置す
る。このセパレータ板１１は、耐酸化性、耐還元性及び
電子伝導性を有する材料から形成する。具体的には、前
記したセパレータ板１について説明したものと同じ材料
によって形成できる。また、同じ製造法によって製造で
きる。このセパレータ板１１には、円形の酸化ガス用開
口１１ａ　と燃料ガス用開口１１ｂ　とを形成しておく
。

【００４５】セパレータ板１１の下側に空気電極側スペ
ーサ１２を積層する。この空気電極側スペーサ１２には
、一隅が若干引っ込んだ平面略正方形の打ち抜き部１２
ｃ　が形成され、この一隅に燃料ガス用開口１２ｂ　が
形成されている。空気電極側スペーサ１２は、耐酸化性
及び電子伝導性を有する材料から形成する。具体的には
、前記した空気電極側スペーサ２について説明したもの
と同じ材料によって形成できるし、また同じ製造法によ
って製造できる。

【００４６】空気電極側スペーサ１２の下側に平板状Ｓ
ＯＦＣ素子２３を積層する。この素子２３には、円形の
酸化ガス用開口２３ａ　と燃料ガス用開口２３ｂ　とを
形成しておく。平板状ＳＯＦＣ素子２３を更に細かくみ
ると、平板状のイオン伝導性セラミックス板３３の上側
面に空気電極１９が形成され、下側面に燃料電極２０が
形成されている。

【００４７】但し、ここで注目すべきことには、イオン
伝導性セラミックス板３３の空気電極側では、図１に示
したイオン伝導性セラミックス板２６と同様に、４×４
列の突条４４を組み合わせて格子を形成した。これらの
突条４４の間には、計９個の凹部４５が形成される。な
お、図６においては、イオン伝導性セラミックス板の表
面に空気電極が設けられていることから、これらの引き
出し線を点線で示す。なお、図６においては、ＳＯＦＣ
素子自体の積層構造は図示省略する。また、図７，図８
においては、イオン伝導性セラミックス板３３に形成さ
れた突起４４、凹部４５を図示すると図面上繁雑になる
ので省略する。

【００４８】平板状ＳＯＦＣ素子２３の下側に燃料電極
側スペーサ１４を積層する。この燃料電極側スペーサ１
４には、一隅が若干引っ込んだ平面略正方形の打ち抜き
部１４ｃ　が形成され、この一隅に酸化ガス用開口１４
ａ　が形成されている。燃料電極側スペーサ１４は、耐
還元性及び電子伝導性を有する材料から形成する。具体
的には、前記した燃料電極側スペーサ４について説明し
たものと同じ材料によって形成できるし、また同じ製造
法によって製造できる。

【００４９】燃料電極側スペーサ１４の下には、更にセ
パレータ板１１、空気電極側スペーサ１２、平板状ＳＯ
ＦＣ素子２３、燃料電極側スペーサ１４が積層され、以
下も同様である。ただし、スタックの最下端にはセパレ
ータ板１１を配置し、上端及び下端のセパレータ板１１
の間に負荷を接続して電力を取り出す。

【００５０】このようにして作成した積層構造のＳＯＦ
Ｃ（スタック）においては、図７、図８に示すように、
セパレータ板１１、空気電極側スペーサ１２及び平板状
ＳＯＦＣ素子２３によって酸化ガス室１７が形成されて
いる。また、セパレータ板１１、燃料電極側スペーサ１
４及び平板状ＳＯＦＣ素子２３によって燃料ガス室１８
が形成されている。この際、酸化ガス室１７はＳＯＦＣ
を分解した状態では打ち抜き部１２ｃ　に対応し、燃料
ガス室１８は打ち抜き部１４ｃ　に対応する。 むろん、空気電極１９が酸化ガス室１７に面し、燃料電
極２０が燃料ガス室１８に面する。

【００５１】次いで、燃料ガスの流れについて説明する
。図７に示すように、セパレータ板１１、スペーサ１２
，　１４、平板状ＳＯＦＣ素子２３を積層した状態で、
燃料ガス用開口１１ｂ，　１２ｂ，　２３ｂ　が上下方
向に位置合わせされ、互いに連通する。燃料ガス用開口
１２ｂ　と酸化ガス室１７とは隔離されている。また、
図７において、各燃料ガス用開口１１ｂ，　１２ｂ，　
２３ｂ　は、上端から一巡目では右端側に設けられ、二
巡目では左端側に設けられ、三巡目では右端側に設けら
れる。以下も同様である。このＳＯＦＣの動作時には、
矢印Ｂに示すように燃料ガスを供給する。この燃料ガス
は、燃料ガス用開口１１ｂ，　１２ｂ，　２３ｂ　を通
過して燃料ガス室１８に流入し、燃料ガス室１８内を矢
印Ｃのように流れる。そして、燃料ガス室１８の左端側
に達すると、再び燃料ガス用開口１１ｂ，１２ｂ，　２
３ｂ　を通過して燃料ガス室１８に流入し、燃料ガス室
１８内を矢印Ｄのように流れる。そして、燃料ガス室１
８の右端側に達すると、再び燃料ガス用開口１１ｂ，　
１２ｂ等を矢印Ｅのように流れる。このようにして、燃
料ガスは、ＳＯＦＣの上端から下端へと流れ続ける。

【００５２】次いで、酸化ガスの流れについて説明する
。図８に示すように、セパレータ板１１、スペーサ１２
，　１４、平板状ＳＯＦＣ素子２３を積層した状態で、
酸化ガス用開口２３ａ，　１４ａ，　１１ａ　が上下方
向に位置合わせされ、互いに連通する。酸化ガス用開口
１４ａ　と燃料ガス室１８とは隔離されている。また、
図８において、最上端のセパレータ板１１においては、
酸化ガス用開口１１ａ　が右端側に設けられる。そして
、上下方向に位置合わせされた酸化ガス用開口２３ａ，
　１４ａ，　１１ａ　は、上端から一巡目では左端側に
設けられ、二巡目では右端側に設けられ、三巡目では左
端側に設けられる。以下も同様である。このＳＯＦＣの
動作時には、矢印Ｆに示すように酸化ガスを供給する。 この酸化ガスは、酸化ガス用開口１１ａ　を通過して酸
化ガス室１７に流入し、酸化ガス室１７内を矢印Ｇのよ
うに流れる。そして、酸化ガス室１７の左端側に達する
と、酸化ガス用開口２３ａ，　１４ａ，　１１ａ　を通
過して酸化ガス室１７に流入し、酸化ガス室１７内を矢
印Ｈのように流れる。そして、酸化ガス室１７の右端側
に達すると、再び酸化ガス用開口２３ａ，　１４ａ，　
１１ａ　を通過し、酸化ガス室１７を矢印Ｉのように流
れる。このようにして、酸化ガスは、ＳＯＦＣの上端か
ら下端へと流れ続ける。

【００５３】本実施例においても、イオン伝導性セラミ
ックス板３３の表面に突条４４で格子を形成しているの
で、ＳＯＦＣ素子２３の機械的強度と出力とを最大化す
ることができる。また、セパレータ板１１、空気電極側
スペーサ１２、平板状ＳＯＦＣ素子２３、燃料電極側ス
ペーサ１４を順次積層した構成としているので、図３〜
図５のＳＯＦＣにおいて説明した効果と同様の効果を奏
しうる。また、これら各構成要素の積層法についても、
図３〜図５に示すＳＯＦＣと同様の方法による。

【００５４】しかも、これに加え、本実施例では、各燃
料ガス室１８ごとに燃料ガスを供給する必要がなく、Ｓ
ＯＦＣの上端から下端へと向かって燃料ガスを流してい
るので、燃料ガスの供給機構を非常に単純化できるし、
燃料ガスが漏れないようにシールすることも容易である
。酸化ガスの流れについても同様の効果がある。更に、
燃料ガス、酸化ガス共に、矢印Ｃ，Ｄ，Ｇ，Ｈ，Ｉに示
すように、それぞれ略正方形の燃料ガス室１８、酸化ガ
ス室１７をその対角線方向に横断していくので、燃料電
極２０、空気電極１９の全面にそれぞれ燃料又は酸化剤
を満遍なく供給し易い。

【００５５】図６〜図８の例において、燃料ガスの流れ
と燃料ガス用開口１１ｂ，　１２ｂ，　２３ｂ　の縁面
とが直接接触しないように構成することが更に好ましい
。具体的には、耐還元性を少なくとも有する材料で燃料
ガス導管を形成し、この燃料ガス導管を燃料ガス用開口
１１ｂ，　１２ｂ，　２３ｂ　に挿通する。燃料ガスは
燃料ガス導管の内側空間を流れる。これと同様に、酸化
ガスの流れと酸化ガス用開口２３ａ，　１４ａ，　１１
ａ　の縁面とが直接接触しないように構成することが更
に好ましい。具体的には、耐酸化性を少なくとも有する
材料で酸化ガス導管を形成し、この酸化ガス導管を酸化
ガス用開口２３ａ，　１４ａ，　１１ａ　に挿通する。 酸化ガスは酸化ガス導管の内側空間を流れる。

【００５６】上記の各例において、各ＳＯＦＣの上端と
下端とを入れ替えて逆向きにしてよい。各ＳＯＦＣを水
平方向に保持しても差し支えない。この場合には、各構
成要素が垂直方向に配向する。図３〜図５の例において
は、各スペーサ２，４をそれぞれ一層当り２個の部分に
分割したが、３個以上に分割してもよい。上記の各例に
おいて、ＳＯＦＣを構成する各構成要素の平面形状を種
々変更してよく、また酸化ガス用開口５，２３ａ，　１
４ａ，　１１ａ　や燃料ガス用開口６，１１ｂ，　１２
ｂ，　２３ｂ　の平面形状も円形に限らない。また、こ
れらの開口の個数も更に増やしてよい。図６において、
上端側からみて、一巡目のセパレータ板１１と二巡目の
セパレータ板１１とは、丁度１８０　°回転した状態で
配置されているが、これらを互いに９０°回転した状態
で配置してもよい。むろん、これにつれて、他の構成要
素についても、セパレータ板１１に対する位置あわせを
行う。

【００５７】図３〜図８の例においては、イオン伝導性
セラミックス板１３，３３において、空気電極側に突条
３４，　４４を形成した。しかし、こうした本発明に係
る突条を、イオン伝導性セラミックス板１３，　３３の
燃料電極側に設けることができる。また、イオン伝導性
セラミックス板の両側の主面にそれぞれ、前記のような
突条３４，　４４を格子状に形成することができる。な
お、図１〜図８で示したような平板状ＳＯＦＣ素子は、
他のタイプのいわゆる平板型のＳＯＦＣ（スタック）の
一部として使用できる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、イオン伝導性セラミッ
クス板に、複数列の突条が平面的にみて互いに連続する
ように構成されているので、互いに連続する複数列の突
条によってイオン伝導性セラミックス板が保持される。 その他の部分では、イオン伝導性セラミックス板が露出
しているので、イオン伝導性セラミックス板自体を薄く
し、突条のない部分でイオンを拡散させ、発電を行えば
よい。そして、イオン伝導性セラミックス板自体を薄く
しても、互いに連続する複数の突条によってこの板が保
持されるので、ＳＯＦＣ素子の破壊やクラックの発生を
防止できる。このようにイオン伝導性セラミックス板自
体を薄くすることで、ＳＯＦＣ素子の出力を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】突条が格子状に形成されたイオン伝導性セラミ
ックス板を示す斜視図である。

【図２】図１に示すイオン伝導性セラミックス板の製造
過程を説明するための斜視図である。

【図３】本発明の実施例に係るＳＯＦＣを分解して示す
斜視図である。

【図４】本発明の実施例に係るＳＯＦＣを示す斜視図で
ある。

【図５】図４のＳＯＦＣを　Ｖ−Ｖ　線に沿って切って
見た一部断面図である。

【図６】本発明の他の実施例に係るＳＯＦＣの一部を分
解して示す斜視図である。

【図７】図６に示すＳＯＦＣを　ＶＩＩ−ＶＩＩ　線に
沿って切って見た一部断面図である。

【図８】図６に示すＳＯＦＣをＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に
沿って切って見た一部断面図である。

【符号の説明】

１，　１１　　セパレータ板 ２，　１２　　空気電極側スペーサ ３，　２３　　平板状ＳＯＦＣ素子 ４，　１４　　燃料電極側スペーサ ７，　１７　　酸化ガス室 ８，　１８　　燃料ガス室 ９，　１９　　空気電極 １０，　２０　　　燃料電極 １３，　２６，　３３　　　イオン伝導性セラミックス
板２１　　　平板状グリーンシート ２２　　　突条形成用グリーンシート ２２ｂ　　長尺成形部 ２４，　３４，　４４　　　突条 ２５，　３５，　４５　　　凹部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数列の突条が平面的にみて互いに連
   続するように形成されているイオン伝導性セラミックス
   板と、このイオン伝導性セラミックス板の一方の主面側
   に形成された空気電極と、前記イオン伝導セラミックス
   板の他方の主面側に形成された燃料電極とからなる平板
   状固体電解質型燃料電池素子を有する固体電解質型燃料
   電池。
2. 【請求項２】　　前記複数列の突条が格子状をなすよう
   に形成されている、請求項１記載の固体電解質型燃料電
   池。
3. 【請求項３】　　耐酸化性と耐還元性と電子伝導性とを
   有する材料からなるセパレータ板；耐酸化性と電子伝導
   性とを有する材料からなる空気電極側スペーサ；請求項
   １に記載の平板固体電解質型燃料電池素子；及び耐還元
   性と電子伝導性とを有する材料からなる燃料電極側スペ
   ーサを順次積層した構造の固体電解質型燃料電池であっ
   て、前記セパレータ板、前記空気電極側スペーサ及び前
   記素子によって酸化ガス室が形成され、前記セパレータ
   板、前記燃料電極側スペーサ及び前記素子によって燃料
   ガス室が形成されている、請求項１記載の固体電解質型
   燃料電池。
4. 【請求項４】　　請求項１記載の平板状固体電解質型燃
   料電池素子を製造するのに際し、イオン伝導性セラミッ
   クス成形原料からなる平板状グリーンシートと、前記イ
   オン伝導性セラミックス成形原料と同種の原料からなり
   かつ複数列の長尺成形部が互いに連続して一体をなす形
   状の突条形成用グリーンシートとを圧着し、この圧着物
   を焼結して前記平板状グリーンシートの部分をイオン伝
   導性セラミックス板としかつ前記突条形成用グリーンシ
   ートの部分を前記複数列の突条とし、次いでこのイオン
   伝導性セラミックス板の一方の主面側に空気電極を形成
   し、前記イオン伝導性セラミックス板の他方の主面側に
   燃料電極を形成する、固体電解質型燃料電池の製造方法
   。
5. 【請求項５】　　請求項１記載の平板状固体電解質型燃
   料電池素子を製造するのに際し、イオン伝導性セラミッ
   クス成形原料からなる平板状グリーンシートを焼結して
   イオン伝導性セラミックス板を作成し、また複数列の長
   尺成形部が互いに連続して一体をなす形状の突条形成用
   グリーンシートを焼結して突条形成用板を作成し、前記
   イオン伝導性セラミックス板と前記突条形成用板とを接
   着し、次いでこのイオン伝導性セラミックス板の一方の
   主面側に空気電極を形成し、前記イオン伝導性セラミッ
   クス板の他方の主面側に燃料電極を形成する、固体電解
   質型燃料電池の製造方法。