特許 5941587 燃料電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5941587

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/24 20160101AFI20160616BHJP

   H01M 8/0271 20160101ALI20160616BHJP

   H01M 8/0202 20160101ALI20160616BHJP

   H01M 8/02 20160101ALI20160616BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20160616BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/24 E

   H01M8/02 S

   H01M8/02 Y

   H01M8/02 E

   !H01M8/12

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-156327(P2015-156327)

(22)【出願日】2015年8月6日

(65)【公開番号】特開2016-39149(P2016-39149A)

(43)【公開日】2016年3月22日

【審査請求日】2015年10月2日

(31)【優先権主張番号】特願2014-160524(P2014-160524)

(32)【優先日】2014年8月6日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大森 誠

(72)【発明者】

【氏名】龍 崇

(72)【発明者】

【氏名】三浦 遥平

【審査官】 太田 一平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０７８４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０７８４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３０８０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００ − ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／０８ − ８／２４

Ｈ０１Ｍ ８／０２０２

Ｈ０１Ｍ ８／０２７１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス流路が内部に形成された多孔質の支持基板と、
前記支持基板の表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、それぞれが燃料極、固体電解質膜、及び空気極がこの順で積層された複数の発電素子部と、
隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、それぞれが隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気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、
前記支持基板の表面における前記発電素子部が設けられた領域を除いた部分を覆うように設けられ、前記ガス流路を経て前記燃料極に供給されるガスと前記空気極に供給されるガスとの混合を防止する、緻密質材料からなるシール膜と、
を備えた燃料電池であって、
前記各電気的接続部は、対応する前記空気極と接続するとともに前記シール膜の表面を覆うように設けられた第１部分であって、ストロンチウム又はランタンを含む導電性セラミックス材料からなる第１部分を有し、
前記各電気的接続部の前記第１部分は、複数の細隙を内部に含み、
前記複数の細隙のそれぞれは、前記電気的接続部の前記第１部分を構成する粒子間の粒界に沿って形成されており、
前記複数の細隙のうち少なくとも１つの細隙が、前記電気的接続部の前記第１部分の断面における任意の２０視野（各視野サイズは、横４．２μｍ×縦３．３μｍ）を３万倍率の電子顕微鏡で観察した場合、前記２０視野のうち少なくとも１視野に位置する、燃料電池。

【請求項2】

ガス流路が内部に形成された多孔質の支持基板と、
前記支持基板の表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、それぞれが燃料極、固体電解質膜、及び空気極がこの順で積層された複数の発電素子部と、
隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、それぞれが隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気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、
前記支持基板の表面における前記発電素子部が設けられた領域を除いた部分を覆うように設けられ、前記ガス流路を経て前記燃料極に供給されるガスと前記空気極に供給されるガスとの混合を防止する、緻密質材料からなるシール膜と、
を備えた燃料電池であって、
前記各電気的接続部は、対応する前記空気極と接続するとともに前記シール膜の表面を覆うように設けられた第１部分であって、ストロンチウム又はランタンを含む導電性セラミックス材料からなる第１部分を有し、
前記各電気的接続部の前記第１部分は、複数の細隙を内部に含み、
前記複数の細隙のそれぞれは、前記電気的接続部の前記第１部分を構成する粒子内を割くように形成されており、
前記複数の細隙のうち少なくとも１つの細隙が、前記電気的接続部の前記第１部分の断面における任意の２０視野（各視野サイズは、横４．２μｍ×縦３．３μｍ）を３万倍率の電子顕微鏡で観察した場合、前記２０視野のうち少なくとも１視野に位置する、燃料電池。

【請求項3】

ガス流路が内部に形成された多孔質の支持基板と、
前記支持基板の表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、それぞれが燃料極、固体電解質膜、及び空気極がこの順で積層された複数の発電素子部と、
隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、それぞれが隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気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、
前記支持基板の表面における前記発電素子部が設けられた領域を除いた部分を覆うように設けられ、前記ガス流路を経て前記燃料極に供給されるガスと前記空気極に供給されるガスとの混合を防止する、緻密質材料からなるシール膜と、
を備えた燃料電池であって、
前記各電気的接続部は、対応する前記空気極と接続するとともに前記シール膜の表面を覆うように設けられた第１部分であって、ストロンチウム又はランタンを含む導電性セラミックス材料からなる第１部分を有し、
前記各電気的接続部の前記第１部分は、複数の細隙を内部に含み、
前記複数の細隙のそれぞれは、前記電気的接続部の前記第１部分を構成する粒子間の粒界に沿った部分と前記粒子内を割く部分とが連なるように形成されており、
前記複数の細隙のうち少なくとも１つの細隙が、前記電気的接続部の前記第１部分の断面における任意の２０視野（各視野サイズは、横４．２μｍ×縦３．３μｍ）を３万倍率の電子顕微鏡で観察した場合、前記２０視野のうち少なくとも１視野に位置する、燃料電池。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか一項に記載の燃料電池において、
前記複数の細隙のうち少なくとも１つの細隙が、前記電気的接続部の第１部分の断面における任意の２０視野を３万倍率の電子顕微鏡で観察した場合、前記２０視野のうち少なくとも２視野のそれぞれに位置する、燃料電池。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の燃料電池において、
前記複数の細隙の平均幅は、１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下である、燃料電池。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の燃料電池において、
前記複数の細隙の平均長さは、１００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下である、燃料電池。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の燃料電池において、
前記電気的接続部の前記第１部分は、Ｌａ（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ）Ｏ_３系材料を主成分として含有する、燃料電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、「ガス流路が内部に形成された多孔質の支持基板」と、「前記支持基板の表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、それぞれが燃料極、固体電解質膜、及び空気極がこの順に積層された複数の発電素子部」と、「隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、それぞれが隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気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、「前記支持基板の表面における前記発電素子部が設けられた領域を除いた部分を覆うように設けられ、前記ガス流路を経て前記燃料極に供給されるガスと前記空気極に供給されるガスとの混合を防止する、緻密質材料からなるシール膜」と、を備えた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような構成は、「横縞型」とも呼ばれる。

【0003】

前記文献に記載の燃料電池では、前記シール膜は、「前記発電素子部の固体電解質膜から前記支持基板の表面を覆うように延びる前記固体電解質膜と同じ材料（ＹＳＺ）からなる緻密質膜」に対応する。また、各電気的接続部が、「対応する前記空気極と接続するとともに前記シール膜の表面を覆うように（より正確には、前記シール膜の表面に形成された反応防止膜の表面に接触するように）設けられた第１部分」（所謂、空気極集電部）を備えている（後述する図２のＺ部を参照）。この空気極集電部は、ストロンチウム又はランタンを含む導電性セラミックス材料からなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４８２８６６３号公報

【発明の概要】

【0005】

ところで、上記文献に記載の燃料電池では、空気極集電部（焼成体）は、既に焼成されたシール膜（又は反応防止膜）上に配置された成形体を焼成することによって形成される。この空気極集電部の焼成後において、空気極集電部とシール膜（又は反応防止膜）との界面に剥離が発生し易い、という問題があった。これは、空気極集電部の焼成後の降温時において、空気極集電部にて過大な歪みが発生することに起因する、と考えられる。

【0006】

本発明は、以上の問題に対処するためのものであり、「横縞型」の燃料電池であって、「電気的接続部の第１部分」（空気極集電部）とシール膜（又は反応防止膜）との界面にて剥離が発生する可能性を低減できるものを提供することを目的とする。

【0007】

本発明に係る燃料電池は、「背景技術」の欄で記載した燃料電池と同様に、「支持基板」と、「複数の発電素子部」と、「１つ又は複数の電気的接続部」と、「シール膜」と、を備えた「横縞型」の燃料電池である。前記シール膜は、対応する前記発電素子部の固体電解質膜から前記支持基板の表面を覆うように延びる、前記固体電解質と同じ組成又は異なる組成を有する材料からなる緻密質膜で構成され得る。前記各電気的接続部は、「対応する前記空気極と接続するとともに前記シール膜の表面を覆うように設けられた第１部分であって、Ｓｒ又はＬａを含む導電性セラミックス材料からなる第１部分」（空気極集電部）を有する。前記電気的接続部の前記第１部分は、Ｌａ（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ）Ｏ_３系材料を主成分として含有することが好適である。

【0008】

本発明に係る燃料電池の特徴は、前記各電気的接続部の第１部分が複数の細隙を内部に含むことにある。ここで、前記複数の細隙のそれぞれは、前記電気的接続部の第１部分を構成する粒子間の粒界に沿って形成され得る。或いは、前記複数の細隙のそれぞれは、前記電気的接続部の第１部分を構成する粒子内を割くように形成され得る。或いは、前記複数の細隙のそれぞれは、前記電気的接続部の第１部分を構成する粒子間の粒界に沿った部分と前記粒子内を割く部分とが連なるように形成され得る。複数の細隙のうち少なくとも１つの細隙は、電気的接続部の第１部分の断面における任意の２０視野（各視野サイズは、横４．２μｍ×縦３．３μｍ）を３万倍率の電子顕微鏡で観察した場合、２０視野のうち少なくとも１視野に位置する。

【0009】

本発明者は、上記のような複数の細隙が電気的接続部の第１部分の内部に含まれると、「電気的接続部の第１部分」の焼成後において、「電気的接続部の第１部分」とシール膜（又は反応防止膜）との界面にて剥離が発生する可能性を低減できることを見出した（詳細は後述する）。

【0010】

本発明に係る燃料電池では、前記複数の細隙の平均幅は、１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好適である。また、前記複数の細隙の平均長さは、１００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下であることが好適である。これらによれば、熱的により過酷な条件下においても、前記剥離が発生する可能性を低減できることが判明した（詳細は後述する）。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る燃料電池を示す斜視図である。

【図2】図１に示す燃料電池の２−２線に対応する断面図である。

【図3】図１に示す支持基板の凹部に埋設された燃料極及びインターコネクタの状態を示した平面図である。

【図4】図１に示す燃料電池の作動状態を説明するための図である。

【図5】図１に示す燃料電池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6】図１に示す支持基板を示す斜視図である。

【図7】図１に示す燃料電池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8】図１に示す燃料電池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9】図１に示す燃料電池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10】図１に示す燃料電池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11】図１に示す燃料電池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12】図１に示す燃料電池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13】図１に示す燃料電池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。

【図14】図１に示す燃料電池の製造過程における第８段階における図２に対応する断面図である。

【図15】本発明に係る燃料電池における固体電解質膜、反応防止膜、及び空気極集電部からなる積層体を模式的に示した図である。

【図16】本発明に係る燃料電池の空気極集電部の断面を３万倍に拡大して示したＳＥＭ画像である。

【図17】本発明に係る燃料電池の空気極集電部の断面を１０万倍に拡大して示したＳＥＭ画像である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（構成）
図１は、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を示す。このＳＯＦＣは、長手方向（ｘ軸方向）を有する平板状の支持基板１０の第１及び第２主面１０Ｐ，１０Ｑ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。

【0013】

このＳＯＦＣ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（ｙ軸方向）の長さが１〜１０ｃｍの長方形である。このＳＯＦＣの全体の厚さは、１〜５ｍｍである。このＳＯＦＣ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。以下、図１に加えて、このＳＯＦＣ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。

【0014】

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。後述する図６に示すように、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。

【0015】

また、支持基板１０は、図１及び６に示すように、第１主面１０Ｐと第２主面１０Ｑを有する。第１主面１０Ｐと第２主面１０Ｑは、支持基板１０の上下面である。第１主面１０Ｐと第２主面１０Ｑは、互いに対向する。第１主面１０Ｐと第２主面１０Ｑのそれぞれは、燃料ガス流路１１に沿って形成される。本実施形態において、第１主面１０Ｐと第２主面１０Ｑのそれぞれは、長手方向と平行に形成される。第１及び第２主面１０Ｐ，１０Ｑのそれぞれには、各発電素子部Ａに対応する箇所に凹部１２がそれぞれ形成されている。本例では、各凹部１２は、支持基板１０の材料からなる底壁と、全周に亘って支持基板１０の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。

【0016】

支持基板１０は、図１及び６に示すように、第１側端面１０Ｓと第２側端面１０Ｔを有する。第１側端面１０Ｓと第２側端面１０Ｔのそれぞれは、第１及び第２主面１０Ｐ，１０Ｑに連なる。第１側端面１０Ｓと第２側端面１０Ｔは、互いに対向する。第１側端面１０Ｓと第２側端面１０Ｔのそれぞれは、燃料ガス流路１１に沿って形成される。本実施形態において、第１側端面１０Ｓと第２側端面１０Ｔのそれぞれは、長手方向と平行に形成される。第１側端面１０Ｓと第２側端面１０Ｔは、支持基板１０の幅方向（ｙ軸方向）の両端面である。

【0017】

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。

【0018】

支持基板１０は、「遷移金属酸化物又は遷移金属」と、絶縁性セラミックスとを含んで構成され得る。「遷移金属酸化物又は遷移金属」としては、ＮｉＯ（酸化ニッケル）又はＮｉ（ニッケル）が好適である。遷移金属は、燃料ガスの改質反応を促す触媒（炭化水素系のガスの改質触媒）として機能し得る。

【0019】

また、絶縁性セラミックスとしては、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」が好適である。また、絶縁性セラミックスとして、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）が使用されてもよい。

【0020】

このように、支持基板１０が「遷移金属酸化物又は遷移金属」を含むことによって、改質前の残存ガス成分を含んだガスが多孔質の支持基板１０の内部の多数の気孔を介して燃料ガス流路１１から燃料極に供給される過程において、上記触媒作用によって改質前の残存ガス成分の改質を促すことができる。加えて、支持基板１０が絶縁性セラミックスを含むことによって、支持基板１０の絶縁性を確保することができる。この結果、隣り合う燃料極間における絶縁性が確保され得る。

【0021】

支持基板１０の厚さは、１〜５ｍｍである。以下、この構造体の形状が上下対称となっていることを考慮し、説明の簡便化のため、支持基板１０の第１主面１０Ｐ側の構成についてのみ説明していく。支持基板１０の第２主面１０Ｑ側の構成についても同様である。

【0022】

図２及び図３に示すように、支持基板１０の第１主面１０Ｐに形成された各凹部１２には、燃料極集電部２１の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極集電部２１は直方体状を呈している。各燃料極集電部２１の上面（外側面）には、凹部２１ａが形成されている。各凹部２１ａは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。

【0023】

各凹部２１ａには、燃料極活性部２２の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極活性部２２は直方体状を呈している。燃料極集電部２１と燃料極活性部２２とにより燃料極２０が構成される。燃料極２０（燃料極集電部２１＋燃料極活性部２２）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。各燃料極活性部２２の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ａ内で燃料極集電部２１と接触している。

【0024】

各燃料極集電部２１の上面（外側面）における凹部２１ａを除いた部分には、凹部２１ｂが形成されている。各凹部２１ｂは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。

【0025】

各凹部２１ｂには、インターコネクタ３０が埋設（充填）されている。従って、各インターコネクタ３０は直方体状を呈している。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密質材料からなる焼成体である。各インターコネクタ３０の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。

【0026】

燃料極２０（燃料極集電部２１及び燃料極活性部２２）の上面（外側面）と、インターコネクタ３０の上面（外側面）と、支持基板１０の第１主面１０Ｐ又は第２主面１０Ｑとにより、１つの平面（凹部１２が形成されていない場合の支持基板１０の第１主面１０Ｐ又は第２主面１０Ｑと同じ平面）が構成されている。即ち、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の第１主面１０Ｐ又は第２主面１０Ｑとの間で、段差が形成されていない。

【0027】

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。燃料極集電部２１及び燃料極活性部２２の気孔率は２０〜６０％である。

【0028】

このように、燃料極集電部２１は、電子伝導性を有する物質を含んで構成される。燃料極活性部２２は、電子伝導性を有する物質と酸素イオン伝導性を有する物質とを含んで構成される。燃料極活性部２２における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」は、燃料極集電部２１における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」よりも大きい。

【0029】

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。

【0030】

燃料極２０及びインターコネクタ３０がそれぞれの凹部１２に埋設さ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が形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面は、固体電解質膜４０により覆われている。即ち、固体電解質膜４０は、発電素子部Ａの内部から支持基板１０の表面を覆うように発電素子部Ａの外部へ延びている。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、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。即ち、固体電解質膜４０は、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を含む。固体電解質膜４０の厚さは、３〜５０μｍである。

【0031】

即ち、燃料極２０がそれぞれの凹部１２に埋設さ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とからなる緻密質膜により覆われている。この緻密質膜は、緻密質膜の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密質膜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。このガスシール機能を発揮するため、この緻密質膜（インターコネクタ３０＋固体電解質膜４０）の気孔率は、１０％以下である。この緻密質膜のうち「固体電解質膜４０における発電素子部Ａの外部に形成された部分」が、前記「シール膜」に対応する。即ち、図２に示す構成では、前記「シール膜」は、発電素子部Ａ内の固体電解質膜４０から支持基板１０の表面を覆うように延びる、固体電解質膜４０と同じ組成を有する材料からなる緻密質膜で構成されている。なお、後述する反応防止膜５０（固体電解質膜４０の上に形成される緻密質膜）も前記「シール膜」の一部と考えても良い。

【0032】

なお、図２に示すように、本例では、固体電解質膜４０が、燃料極２０（集電部２１＋活性部２２）の上面、インターコネクタ３０の上面における長手方向の両側端部、及び支持基板１０の第１及び第２主面１０Ｐ，１０Ｑを覆っている。ここで、上述したように、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の第１主面１０Ｐ又は第２主面１０Ｑとの間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜４０が平坦化されている。この結果、固体電解質膜４０に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜４０でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜４０が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。

【0033】

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（空気極活性部）６０が形成されている。反応防止膜５０は、緻密質材料からなる焼成体であり、空気極６０は、電子伝導性、及び酸素イオン伝導性を有する多孔質材料からなる焼成体である。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。

【0034】

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）、及び、ＳＤＣ＝（Ｃｅ，Ｓｍ）Ｏ_２（サマリウムドープセリア）等の希土類元素を含むセリアから構成され得る。即ち、反応防止膜５０は、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を含まない。ここで、「反応防止膜５０がジルコニア（ＺｒＯ_２）を含まない」とは、反応防止膜５０と前記シール膜との積層体について、反応防止膜５０における前記シール膜との界面からの距離が２μｍ以内の領域内において、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、酸素（Ｏ）のうち、ジルコニウム濃度が、５ａｔ．％（原子分率、原子パーセント）以下（更に好ましくは、１ａｔ．％以下）であることを指す。反応防止膜５０の厚さは、３〜５０μｍである。反応防止膜５０の気孔率は１５％以下である。

【0035】

空気極（空気極活性部）６０は、ペロブスカイト型複合酸化物を主成分として含む材料で構成される。ペロブスカイト型複合酸化物を主成分として含む材料としては、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）、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）等が挙げられる。なお、本実施形態において、組成物Ｘが物質Ｙを「主成分として含む」とは、組成物Ｘ全体のうち、物質Ｙが好ましくは６０重量％以上を占め、より好ましくは７０重量％以上を占め、さらに好ましくは９０重量％以上を占めること、を意味する。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。空気極６０の気孔率は２５〜５０％である。

【0036】

なお、固体電解質膜４０と空気極６０との間に反応防止膜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（ＳｒＺｒＯ_３、又は、Ｌａ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）が形成される現象の発生を抑制するためである。

【0037】

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の第１主面１０Ｐ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。

【0038】

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、空気極集電部７０が形成されている。空気極集電部７０は、電子伝導性を有する材料からなる焼成体である。空気極集電部７０を上方からみた形状は、長方形である。

【0039】

空気極集電部７０は、空気極（空気極活性部）６０より高い電子伝導性を有していることが好適である。空気極集電部７０は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、酸素イオン伝導性を有していなくてもよい。空気極集電部７０は空気極６０と共焼成されている。空気極集電部７０は、ストロンチウム（Ｓｒ）又はランタン（Ｌａ）を含む導電性セラミックスによって構成される。例えば、空気極集電部７０は、ストロンチウム（Ｓｒ）又はランタン（Ｌａ）を含むペロブスカイト型複合酸化物を主成分として含む材料で構成することができる。このようなペロブスカイト型複合酸化物を主成分として含む材料としては、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）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等が挙げられる。

【0040】

また、空気極集電部７０は、下記（１）式で表される酸化物で構成され得る。
Ｌａ_ｍ（Ｎｉ_{１−ｘ−ｙ}Ｆｅ_ｘＣｕ_ｙ）_ｎＯ_３−δ …（１）
ただし、（１）式において、ｍ及びｎは０．９５以上１．０５以下であり、ｘは０．０３以上０．３以下であり、ｙは０．０５以上０．５以下であり、δは０以上０．８以下である。以下、（１）式に記載の酸化物を、Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｕ）Ｏ_３と表記する。

【0041】

空気極集電部７０の熱膨張係数は、空気極６０の熱膨張係数より小さくてもよい。例えば、ＬＳＣＦの熱膨張係数は１４〜１６ｐｐｍ／Ｋであるのに対し、上記（１）式で表されるペロブスカイト型複合酸化物の熱膨張係数は、１３〜１４ｐｐｍ／Ｋである。なお、空気極集電部７０の内部に含まれる「細隙」については後に詳述する。

【0042】

このように各空気極集電部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「空気極集電部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の第１主面１０Ｐ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「空気極集電部７０及びインターコネクタ３０」が、前記「電気的接続部」に対応する。

【0043】

なお、空気極集電部７０は、前記「電気的接続部」における前記「導電性セラミックス材料で構成された第１部分」に対応し、気孔率は２０〜６０％である。インターコネクタ３０は、前記「電気的接続部」における前記「緻密質材料で構成された第２部分」に対応し、気孔率は１０％以下である。

【0044】

図２に示す構成では、反応防止膜５０が、発電素子部Ａの内部（即ち、固体電解質膜４０と空気極６０との間の部分）から前記シール膜（＝固体電解質膜４０における発電素子部Ａの外部に形成された部分）の表面を覆うように（表面に接触するように）発電素子部Ａの外部へ延びている。空気極集電部７０が、反応防止膜５０（より具体的には、反応防止膜５０における発電素子部Ａの外部に形成された部分）の表面を覆うように（表面に接触するように）形成されている。空気極集電部７０における前記シール膜の表面を覆うように形成された部分（より具体的には、反応防止膜５０の表面に形成された部分）の厚さは、５０〜５００μｍである。空気極集電部７０と前記シール膜とが向かい合う全ての部分において、反応防止膜５０（より具体的には、反応防止膜５０における発電素子部Ａの外部に形成された部分）が介装されている。

【0045】

以上、説明した「横縞型」のＳＯＦＣに対して、図４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の第１及び第２主面１０Ｐ，１０Ｑ（特に、各空気極集電部７０）を「酸素を含むガス」（空気等）に曝す（或いは、支持基板１０の第１及び第２主面１０Ｐ，１０Ｑ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（２）、（３）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＋２ｅ⁻→Ｏ^２− （於：空気極６０） …（２）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ （於：燃料極２０） …（３）

【0046】

発電状態においては、図５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４に示すように、このＳＯＦＣ全体から（具体的には、図４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。

【0047】

（製造方法）
次に、図１に示した「横縞型」のＳＯＦＣの製造方法の一例について図６〜図１４を参照しながら簡単に説明する。図６〜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。

【0048】

先ず、図６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６に示す７−７線に対応する部分断面を表す図７〜図１４を参照しながら説明を続ける。

【0049】

図７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８に示すように、支持基板の成形体１０ｇの上下面に形成された各凹部に、燃料極集電部の成形体２１ｇがそれぞれ埋設・形成される。次いで、図９に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面に形成された各凹部に、燃料極活性部の成形体２２ｇがそれぞれ埋設・形成される。各燃料極集電部の成形体２１ｇ、及び各燃料極活性部の成形体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埋設・形成される。

【0050】

続いて、図１０に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面における「燃料極活性部の成形体２２ｇが埋設された部分を除いた部分」に形成された各凹部に、インターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成される。各インターコネクタの成形体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埋設・形成される。

【0051】

次に、図１１に示すように、複数の燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）及び複数のインターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・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が形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面に、固体電解質膜の成形体４０ｇが形成される。固体電解質膜の成形体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。

【0052】

次に、図１２に示すように、固体電解質膜の成形体４０ｇの外側面の全域に、反応防止膜の成形体５０ｇが形成される。各反応防止膜の成形体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。

【0053】

そして、このように種々の成形体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において空気極６０及び空気極集電部７０が形成されていない状態の構造体が得られる。

【0054】

次に、図１３に示すように、各反応防止膜５０の外側面に、空気極の成形体６０ｇが形成される。各空気極の成形体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。

【0055】

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体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、空気極の成形体６０ｇ、反応防止膜５０、及び、インターコネクタ３０の外側面に、空気極集電部の成形体７０ｇが形成される。各空気極集電部の成形体７０ｇは、例えば、空気極集電部７０の材料（例えば、ＬＳＣＦ、Ｌａ（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ）Ｏ_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、塗布等を利用して形成される。なお、空気極集電部７０の内部に含まれる「細隙」の本数、長さ、及び幅の調整については後に詳述する。

【0056】

そして、このように成形体６０ｇ、７０ｇが形成された状態の支持基板１０が、空気中にて９００〜１１００℃で１〜２０時間焼成される。これにより、図１に示したＳＯＦＣが得られる。このように、空気極集電部７０（焼成体）は、既に焼成されたシール膜（より具体的には反応防止膜５０）上に配置された成形体７０ｇを焼成することによって形成される。なお、この時点では、酸素含有雰囲気での焼成により、燃料極２０（集電部２１＋活性部２２）中のＮｉ成分が、ＮｉＯとなっている。従って、燃料極２０（集電部２１＋活性部２２）の電子伝導性を獲得するため、その後、支持基板１０側から還元性の燃料ガスが流され、ＮｉＯが８００〜１０００℃で１〜１０時間に亘って還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。以上、図１に示したＳＯＦＣの製造方法の一例について説明した。

【0057】

（空気極集電部に含まれる細隙）
図１５は、図２のＺ部に含まれる固体電解質膜４０（＝シール膜）、反応防止膜５０、及び空気極集電部７０の積層体を模式的に示す。以下、説明の便宜上、図１５に示すように、空気極集電部７０の内部領域７０ａを定義する。内部領域７０ａは、空気極集電部７０と反応防止膜５０との界面Ｐ１、及び、空気極集電部７０の上表面Ｐ２のそれぞれから離間した領域である。換言すれば、内部領域７０ａは、空気極集電部７０における厚さ方向の両端部に挟まれた領域である。内部領域７０ａの厚さＤａは、１μｍ〜５０μｍとすることができる。また、内部領域７０ａと界面Ｐ１及び界面Ｐ２とのそれぞれとの距離は、１μｍ〜５０μｍとすることができる。

【0058】

空気極集電部７０は、内部領域７０ａにて、複数の細隙（割れ目）ＳＬを含んでいる。図１６及び図１７はそれぞれ、空気極集電部７０（焼成体）の内部領域７０ａの厚さ方向に沿う断面を３万倍及び１０万倍に拡大して示したＳＥＭ画像(走査型電子顕微鏡を用いて得られた画像)の一例である。図１６及び図１７では、内部領域７０ａに含まれる複数の細隙ＳＬのうちの一つ（同じ一つの細隙ＳＬ）が示されている。これらのＳＥＭ画像は、日本電子（株）製のＪＥＭ−２０１０Ｆ（電界放出形透過電子顕微鏡）を用いて、加速電圧が２００ｋＶの条件下にて得られた。図１６に示す画像（３万倍）の視野サイズは横４．２μｍ×縦３．３μｍであり、図１７に示す画像（１０万倍）の視野サイズは横１．３μｍ×縦１．０μｍである。

【0059】

複数の細隙ＳＬのうちの一部の細隙ＳＬは、内部領域７０ａの側表面に露呈していてもよい。また、複数の細隙ＳＬのうちの一部の細隙ＳＬは、空気極集電部７０における内部領域７０ａ以外の領域（内部領域７０ａに対して反応防止膜５０に近い側の領域、及び、内部領域７０ａに対して反応防止膜５０から遠い側の領域）に形成されていてもよい。内部領域７０ａに対して反応防止膜５０から遠い側に形成される場合、前記一部の細隙ＳＬは、空気極集電部７０の上表面Ｐ２に露呈していてもよい。

【0060】

細隙ＳＬは、空気極集電部７０を構成する粒子間の粒界に沿って形成されていてもよいし、空気極集電部７０を構成する粒子内を割くように形成されていてもよい。更には、細隙ＳＬは、空気極集電部７０を構成する粒子間の粒界に沿った部分と前記粒子内を割く部分とが連なるように形成されていてもよい。即ち、細隙ＳＬは、粒界及び／又は粒子内に形成されるマイクロクラックであり、導電性セラミックス材料で構成される空気極の内部の所謂「気孔」とは全く異なる。図１６及び図１７に示すＳＥＭ画像では、粒界に沿って形成された細隙ＳＬが示されている。

【0061】

複数の細隙ＳＬが形成される頻度は、内部領域７０ａの断面における任意の２０視野を３万倍率のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した場合、２０視野のうち１視野において少なくとも１つの細隙ＳＬが発見される程度であることが好ましく、２０視野のうち２視野それぞれにおいて少なくとも１つの細隙ＳＬが発見される程度であることが好ましい。なお、日本電子（株）製のＪＥＭ−２０１０Ｆを用いて得られた１０万倍のＳＥＭ画像中で観察された全ての細隙が、３万倍のＳＥＭ画像中でも観察することができた。従って、３万倍のＳＥＭ画像を用いれば、１０万倍のＳＥＭ画像中で観察されるような極めて小さい細隙も発見することができる。また、日本電子（株）製のＪＥＭ−２０１０Ｆを用いた場合には、観察条件や装置の状態に関わらず３万倍のＳＥＭ画像を良好な画質で取得できることが確認されている。

【0062】

なお、図１６に示すＳＥＭ画像（３万倍）では、１つの視野に１つの細隙ＳＬが観察された様子が示されているが、上述の通り、少なくとも内部領域７０ａ内には複数の細隙ＳＬが存在している。このような頻度で形成された複数の細隙ＳＬのそれぞれが狭まったり広がったりすることによって、空気極集電部７０の焼成後の降温時において、空気極集電部７０に過大な歪みが発生し難くなる。この結果、空気極集電部７０の焼成後において、空気極集電部７０とシール膜（より具体的には、反応防止膜５０）との界面にて剥離が発生する可能性が低減され得る。

【0063】

複数の細隙ＳＬの平均長さは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。本実施形態において、平均長さとは、ＳＥＭ画像において細隙ＳＬの両端を結ぶ線分の長さの平均値である。また、複数の細隙ＳＬの平均幅は、１．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。本実施形態において、平均幅とは、ＳＥＭ画像における細隙ＳＬの最大幅の平均値である。なお、細隙ＳＬの平均長さ及び平均幅は、少なくとも１０個以上の細隙ＳＬの実測値に基づいて算出することが好ましい。

【0064】

細隙ＳＬの本数の調整は、空気極集電部７０を構成する材料の粉末の物性を調整することによってなされ得る。具体的には、その粉末の平均粒径及び最大粒径が大きければ大きいほど、或いは、その粉末の粒度分布が広ければ広いほど、細隙ＳＬの本数が大きくなる。従って、例えば、厚さ方向に関して細隙ＳＬが形成される頻度が異なる空気極集電部７０を得るためには、空気極集電部７０の成形体として、上記物性が異なる粉末を含む複数層の成形体を作成し、この複数層の成形体を焼成すればよい。

【0065】

また、細隙ＳＬの長さ及び幅の調整は、空気極集電部７０の焼成条件を調整することによってなされ得る。具体的には、焼成温度が高ければ高いほど、或いは、昇温速度又は降温速度が速ければ速いほど、細隙ＳＬの長さ及び幅が大きくなる。

【0066】

本発明は上記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、上記実施形態では、平板状の支持基板１０の第１及び第２主面１０Ｐ，１０Ｑのそれぞれに複数の発電素子部Ａが設けられているが、平板状の支持基板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、支持基板１０が円筒状を呈していてもよい。

【0067】

また、上記実施形態においては、固体電解質膜４０における「発電素子部Ａの内側の部分」（燃料極活性部２２と空気極活性部６０との間の部分）と「発電素子部Ａの外側の部分」（＝前記シール膜）とが同じ組成で構成されているが、異なる組成で構成されてもよい。同様に、反応防止膜５０における「発電素子部Ａの内側の部分」（固体電解質膜４０と空気極活性部６０との間の部分）と「発電素子部Ａの外側の部分」とが同じ組成で構成されているが、異なる組成で構成されてもよい。また、反応防止膜５０が介装されなくてもよい。この場合、空気極集電部７０は、固体電解質膜４０（＝前記シール膜）の上に直接形成される。

【0068】

なお、本発明は、「焼成体の上に配置される成形体を焼成して得られる空気極集電部７０」が剥離する可能性を低減することを目的としている。従って、空気極集電部７０が前記焼成体とは別の焼成工程を経て形成される限りにおいて、空気極集電部7０が多孔質膜上に形成されていてもよい。即ち、空気極集電部７０と前記シール膜との間に多孔質の焼成膜が介装されていてもよい。

【0069】

（空気極集電部に含まれる細隙による剥離抑制効果の確認）
以下、空気極集電部７０の内部に細隙ＳＬが含まれることによって空気極集電部７０の剥離が抑制されること、を確認するために行った試験について、表１を参照しながら説明する。

【0070】

【表1】

【0071】

表１に示すように、この試験では、２４種類のサンプルが作製された。各サンプルは、上述した実施形態（図１及び図２を参照）と同様の形態を有する。各サンプルは、上述した製造方法を利用して作製された。なお、サンプルＮｏ．１〜１４では、シール膜（固体電解質膜４０）と空気極集電部７０との間に反応防止膜５０が介装されている。即ち、空気極集電部７０が反応防止膜５０の上に直接形成されている。一方、サンプルＮｏ．１５〜２４では、シール膜（固体電解質膜４０）と空気極集電部７０との間に反応防止膜５０が介装されていない。即ち、空気極集電部７０が固体電解質膜４０の上に直接形成されている。

【0072】

表１に示すように、サンプル毎に、空気極集電部７０の材料及び厚さ、並びに、細隙ＳＬの本数、平均幅、平均長さの組み合わせが異なる。空気極集電部７０の成形体は、反応防止膜５０又は固体電解質膜４０（焼成膜）の上にスラリーを複数回塗布することによって形成された。空気極集電部７０の厚さの調整は、スラリーの塗布回数を変更することによってなされた。

【0073】

細隙ＳＬの本数の調整は、スラリーに含まれる粉末（セラミック粉末）の平均粒径及び最大粒径を変更することによってなされた。細隙ＳＬの長さ及び幅の調整は、焼成温度、並びに、昇温速度及び降温速度を変更することによってなされた。

【0074】

具体的には、サンプルＮｏ．１、１１、１５、２２（細隙ＳＬが確認された視野数：ゼロ）では、平均粒径が０．２〜０．５μｍとされ、最大粒径が１．０〜１．５μｍとされ、焼成温度が９５０〜１０００℃（１〜２０時間）とされ、昇温速度が１００℃／ｈｒとされ、降温速度が１００℃／ｈｒとされた。

【0075】

サンプルＮｏ．２、５、１０、１３、１７、２１（細隙ＳＬが確認された視野数：１）では、平均粒径が０．２〜０．５μｍとされ、最大粒径が１．０〜１．５μｍとされ、焼成温度が９５０〜１０００℃（１〜２０時間）とされ、昇温速度が１００〜１５０℃／ｈｒとされ、降温速度が１００〜１５０℃／ｈｒとされた。

【0076】

上記以外の各サンプル（細隙ＳＬが確認された視野数：２以上）では、平均粒径が０．５〜１．４μｍとされ、最大粒径が２．０〜２．８μｍとされ、焼成温度が１０００〜１１００℃（１〜２０時間）とされ、昇温速度が２００〜４００℃／ｈｒとされ、降温速度が２００〜２５０℃／ｈｒとされた。ただし、サンプルＮｏ．９、２０（特に、平均幅及び平均長さが大きい）については、平均粒径及び最大粒径は上記と同じ範囲とされたが、焼成温度が１０５０〜１１００℃（１〜２０時間）とされ、昇温速度が３００〜４００℃／ｈｒとされ、降温速度が２３０〜２５０℃／ｈｒとされた。

【0077】

この試験では、各サンプルについて、空気極集電部７０の断面（図１６を参照）を３万倍率のＳＥＭで観察することによって、空気極集電部７０の内部における細隙の有無が観察された。各サンプルについて、任意の２０視野が観察された。

【0078】

焼成後の各サンプルについて、発見された全ての細隙について幅と長さを実測することによって細隙の平均幅及び平均長さが算出された。発見された細隙の数（頻度）、平均幅、及び平均長さは、表１に示すとおりである。なお、平均幅は、細隙の最大幅の平均値であり、平均長さは、細隙の両端を結ぶ線分の長さの平均値である。

【0079】

この試験では、焼成後の各サンプルについて、空気極集電部７０と反応防止膜５０（又は固体電解質膜４０）との界面を含む断面を顕微鏡で観察することによって、前記界面における剥離の有無が確認された。その結果が表１に示されている。表１では、明らかに大きな剥離が確認されたサンプルが“×”と評価され、軽微な剥離のみが確認されたサンプルが“○”と評価され、剥離が確認されなかったサンプルが“◎”と評価された。

【0080】

この試験では、次に、焼成後にて剥離が確認されなかったサンプル（評価：◎）についてのみ、還元雰囲気を維持しながら、常温から８００℃まで３０分で昇温し、その後１時間で常温まで降温させるサイクルを１０回繰り返した（熱サイクル試験）。その後、各サンプルについて、空気極集電部７０と反応防止膜５０（又は固体電解質膜４０）との界面を含む断面を顕微鏡で観察することによって、前記界面における剥離の有無が再度確認された。その結果も表１に示されている。表１では、軽微な剥離が確認されたサンプルが“○”と評価され、剥離が確認されなかったサンプルが“◎”と評価された。

【0081】

表１から理解できるように、２０視野のうち少なくとも１視野において細隙が観察されたサンプルでは、焼成後において、空気極集電部７０と反応防止膜５０（又は固体電解質膜４０）との界面における剥離の発生を抑えることができた（焼成後の剥離の欄で、判定が“×”以外のサンプルを参照）。特に、２０視野のうち少なくとも２視野それぞれで少なくとも１つの細隙が観察されたサンプルでは、焼成後において、軽微な剥離の発生も抑えることができた（焼成後の剥離の欄で、判定が“◎”のサンプルを参照）。これは、空気極集電部７０の内部に形成された複数の細隙のそれぞれが狭まったり広がったりすることによって、空気極集電部７０の焼成後の降温時において、空気極集電部７０に過大な歪みが発生し難くなったことに起因する、と考えられる。

【0082】

更には、表１から理解できるように、細隙の平均幅が１．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、且つ、平均長さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のサンプルでは、熱サイクル試験後における軽微な剥離の発生も抑えることができた（熱サイクル試験後の剥離の欄で、判定が“◎”のサンプルを参照）。

【0083】

なお、この試験では、各サンプルについて、空気極集電部７０用に複数回塗布されるそれぞれのスラリーに含まれる粉末の平均粒径及び最大粒径が同じとされた。換言すれば、各サンプルでは、空気極集電部７０の内部にて細隙ＳＬが形成される頻度が厚さ方向の全域に亘って均一となっている。これに対し、例えば、空気極集電部７０の内部領域７０ａのみに細隙ＳＬを形成し、それ以外の領域には細隙ＳＬを形成しなくてもよい。この場合、複数回塗布されるスラリーのうち内部領域７０ａに対応するスラリーに含まれる粉末の平均粒径及び最大粒径を、それ以外の領域に対応するスラリーに含まれる粉末の平均粒径及び最大粒径に対して相対的に大きくすればよい。

【符号の説明】

【0084】

１０…支持基板、１０Ｐ、１０Ｑ・・・主面、１０Ｓ，１０Ｔ・・・側端面、１１…燃料ガス流路、２０…燃料極、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（空気極活性部）、７０…空気極集電部、Ａ…発電素子部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】