特許 6075924 燃料電池単セルおよびその製造方法

(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】6075924

(24)【登録日】2017年1月20日

(45)【発行日】2017年2月8日

(54)【発明の名称】燃料電池単セルおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/02 20160101AFI20170130BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20170130BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/02 E

   H01M8/02 Z

   H01M8/12

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-190817(P2013-190817)

(22)【出願日】2013年9月13日

(65)【公開番号】特開2015-56364(P2015-56364A)

(43)【公開日】2015年3月23日

【審査請求日】2015年12月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】寺西 真哉

(72)【発明者】

【氏名】小島 邦裕

【審査官】 太田 一平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１１５３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３８７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９３３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２１６８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７４３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６８３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９９０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１２２７６８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００ − ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８ − ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体電解質層（１０）と、該固体電解質層（１０）の一方面に積層された活性層（１１１）と該活性層（１１１）における上記固体電解質層（１０）側と反対側の面に積層された拡散層（１１２）とを備えるアノード層（１１）と、上記固体電解質層（１０）の他方面に中間層（１２）を介して積層されたカソード層（１３）とを有しており、上記アノード層（１１）を支持体とする平板形の燃料電池単セル（１）であって、
上記カソード層（１３）の外形は、固体電解質層（１０）の外形よりも小さく形成されており、
上記拡散層（１１２）は、上記活性層（１１１）における上記固体電解質層（１０）と接する面を除いた残りの面を覆っており、
上記活性層（１１１）および上記拡散層（１１２）は、いずれも、触媒と固体電解質とを含む混合物より形成されていることを特徴とする燃料電池単セル（１）。

【請求項2】

上記活性層（１１１）の気孔径は、上記拡散層（１１２）の気孔径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池単セル（１）。

【請求項3】

上記活性層（１１１）の外形は、上記カソード層（１３）の外形と同じ大きさに形成されている、または、上記カソード層（１３）の外形よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池単セル（１）。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池単セル（１）の製造方法であって、
上記活性層（１１１）、および、上記拡散層（１１２）の部分であって上記活性層（１１１）の側面を覆う側面被覆部（１１２ｂ）を、印刷法により形成する工程を含むことを特徴とする燃料電池単セル（１）の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池単セルおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、電解質として固体電解質を利用する燃料電池単セルおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電解質として安定化ジルコニア等の固体電解質を用いた燃料電池が知られている。例えば、特許文献１には、拡散層と活性層との二層からなるアノード層を備え、アノード層を支持体とする支持膜型の燃料電池単セルが開示されている。同文献では、アノード層における拡散層と固体電解質層との間における全領域に活性層を存在させる構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−９９４９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来技術は、以下の点で問題がある。すなわち、アノード層を支持体とする燃料電池単セルは、製造上の問題から、カソード層の外形が固体電解質層の外形よりも小さく形成されることがある。この場合、固体電解質層を介してカソード層と対面する活性層の部分が、アノード層における主な反応場となる。しかし、従来技術のように、拡散層と固体電解質層との間における全領域に活性層が存在すると、発電にほとんど関与しない部分が活性層の外縁に発生することになる。当該部分は、拡散層から供給される燃料ガスのガス律速場となり、活性層への燃料ガスの拡散を阻害する。その結果、燃料ガスのガス拡散抵抗が大きくなり、燃料電池単セルの発電特性が低下するという問題が生じる。

【0005】

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、燃料ガスのガス拡散性を向上させることによって発電特性を向上させることが可能な燃料電池単セルを提供しようとして得られたものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、固体電解質層と、該固体電解質層の一方面に積層された活性層と該活性層における上記固体電解質層側と反対側の面に積層された拡散層とを備えるアノード層と、上記固体電解質層の他方面に中間層を介して積層されたカソード層とを有しており、上記アノード層を支持体とする平板形の燃料電池単セルであって、
上記カソード層の外形は、固体電解質層の外形よりも小さく形成されており、
上記拡散層は、上記活性層における上記固体電解質層と接する面を除いた残りの面を覆っており、
上記活性層および上記拡散層は、いずれも、触媒と固体電解質とを含む混合物より形成されていることを特徴とする燃料電池単セルにある。

【0007】

本発明の他の態様は、上記燃料電池単セルの製造方法であって、上記活性層、および、上記拡散層の部分であって上記活性層の側面を覆う側面被覆部を、印刷法により形成する工程を含むことを特徴とする燃料電池単セルの製造方法にある。

【発明の効果】

【0008】

上記燃料電池単セルは、固体電解質層と、固体電解質層の一方面に積層された活性層と活性層における固体電解質層側と反対側の面に積層された拡散層とを備えるアノード層と、固体電解質層の他方面に中間層を介して積層されたカソード層とを有し、アノード層を支持体とする平板形の燃料電池単セルであって、カソード層の外形は、固体電解質層の外形よりも小さく形成されている。そして、拡散層は、活性層における固体電解質層と接する面を除いた残りの面を覆っている。つまり、上記燃料電池単セルは、従来構成では発電にほとんど関与することのなかった活性層部分が拡散層と同じ構成となっている。そのため、上記燃料電池単セルは、活性層の側面側に存在する拡散層の部分を通じて、活性層の主面のみならず活性層の側面からも燃料ガスを供給することができる。その結果、上記燃料電池単セルは、活性層の側面側における燃料ガスのガス拡散性が向上し、発電特性を向上させることが可能となる。

【0009】

上記燃料電池単セルの製造方法は、上記活性層、および、上記拡散層の部分であって活性層の側面を覆う側面被覆部を、印刷法により形成する工程を有している。そのため、上記燃料電池単セルの製造方法は、比較的簡単に上記構成を有する燃料電池単セルを製造することができる。

【0010】

よって、本発明によれば、燃料ガスのガス拡散性を向上させることによって発電特性を向上させることが可能な燃料電池単セルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例１の燃料電池単セルの模式的な外観斜視図である。

【図2】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図3】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

【図4】図２におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

上記燃料電池単セルは、電解質として固体電解質を利用する固体電解質型の燃料電池である。固体電解質層を構成する固体電解質には、酸素イオン導電性を示す固体酸化物セラミックス等を用いることができる。なお、固体電解質として固体酸化物セラミックスを用いる燃料電池は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）と称される。

【0013】

上記燃料電池単セルにおいて、アノード層は、アノードとして機能するばかりでなく、各層を支持する支持体としての機能を併せ持っている。アノード層を構成する活性層は、主に、アノード層側における電気化学的反応の反応場となる層である。アノード層を構成する拡散層は、主に、供給される燃料ガスを拡散させることが可能な層である。また、中間層は、主に、カソード層を構成する材料と固体電解質層を構成する材料との反応を防止するための層である。なお、拡散層は、１層または２層以上から構成することができる。また、中間層は、１層または２層以上から構成することができる。

【0014】

上記燃料電池単セルにおいて、上記カソード層の外形は、固体電解質層の外形よりも小さく形成されている。これにより、中間層の表面にカソード層を印刷法により形成する場合における印刷性を向上させることができる。また、カソード層とアノード層との短絡も抑制しやすくなる。

【0015】

上記燃料電池単セルにおいて、上記拡散層は、活性層における固体電解質層と接する面を除いた残りの面を覆っている。具体的には、拡散層は、活性層における固体電解質層側と反対側の面を覆う本体部と、本体部における固体電解質層側の面より突出し、活性層の側面を覆う側面被覆部とを有する構成とすることができる。

【0016】

上記燃料電池単セルにおいて、活性層に含まれる気孔の気孔径は、拡散層に含まれる気孔の気孔径よりも小さい構成とすることができる。

【0017】

拡散層と固体電解質層との間における全領域に活性層が存在する場合であって、かつ、活性層の気孔径が拡散層の気孔径よりも小さいときには、上述した発電にほとんど関与しない部分が、拡散層から供給される燃料ガスのガス拡散律速場となりやすく、活性層への燃料ガスの拡散が阻害されやすい。その結果、燃料ガスのガス拡散抵抗が大きくなりやすく、燃料電池単セルの発電特性が低下しやすい。これに対し、上記燃料電池単セルは、上述した構成を採用しているので、活性層の気孔径が拡散層の気孔径より小さくても、活性層の側面側における燃料ガスのガス拡散性が向上されるので、発電特性を向上させやすい。また、この場合は、アノード層側における電気化学的反応の反応場も増加するので、発電特性の向上に有利となる。

【0018】

なお、活性層の気孔径と拡散層の気孔径との大小関係は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面観察によって判断することができる。また、上記断面観察だけでは両気孔径の大小関係を明確に判断することができない場合には、活性層の平均気孔径、拡散層の平均気孔径をそれぞれ測定して比較することができる。なお、上記平均気孔径は、パームポロメータ等により測定した細孔径分布から算出した気孔径の平均値のことである。

【0019】

上記燃料電池単セルにおいて、活性層の外形は、カソード層の外形と同じ大きさに形成されている、または、カソード層の外形よりも大きく形成されている構成とすることができる。

【0020】

この場合は、固体電解質層を介してカソード層と対面する部分の全てに活性層が配置される。そのため、この場合は、活性層の外形がカソード層の外形よりも小さく形成されている場合に比べ、アノード層側における電気化学的な反応場をより多く確保することができ、発電特性の向上に有利である。

【0021】

上記燃料電池単セルにおいて、各層を構成する材料としては、以下のものを例示することができる。

【0022】

固体電解質層を構成する固体電解質としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）等の酸化ジルコニウム系酸化物；ランタンガレート系酸化物；ＣｅＯ_２、ＣｅＯ_２にＧｄ、Ｓｍ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｃａ、Ｄｒ、および、Ｈｏから選択される１種または２種以上の元素等がドープされたセリア系固溶体等の酸化セリウム系酸化物などを例示することができる。固体電解質層の厚みは、オーミック抵抗などの観点から、好ましくは３〜２０μｍ、より好ましくは３〜１０μｍとすることができる。

【0023】

活性層、拡散層の材質としては、いずれも例えば、金属ニッケル、酸化ニッケル等の触媒と上記固体電解質とを含む混合物が用いられる。また、活性層および拡散層の材質は同じ材質とすることができる。この場合は、活性層および拡散層の熱膨張を揃えやすくなるので、層間剥離の抑制等に有利である。また、活性層は、具体的には、上記触媒の粒子と上記固体電解質の粒子とを含む混合物より構成することができ、拡散層は、具体的には、上記触媒の粒子と上記固体電解質の粒子とを含む混合物より構成することができる。この場合は、活性層側における固体電解質粒子の粒子径を、拡散層側における固体電解質粒子の粒子径よりも小さくすることにより、活性層の気孔径を、拡散層の気孔径よりも小さく調整しやすい利点がある。なお、上記粒子径は、各層の作製に用いられる各固体電解質粉末について、レーザー回折・散乱法により測定した体積基準の累積度数分布が５０％を示すときの粒子径（直径）ｄ５０を用いることができる。また、活性層の気孔径、拡散層の気孔径は、造孔剤の添加量等によって調整することもできる。活性層の厚みは、電極反応抵抗などの観点から、好ましくは１０〜３０μｍ、より好ましくは１０〜２０μｍとすることができる。拡散層の厚みは、支持体としての強度確保、ガス拡散などの観点から、好ましくは２００〜８００μｍ、より好ましくは４００〜８００μｍとすることができる。

【0024】

カソード層の材質としては、例えば、ランタン−マンガン系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物、ランタン−鉄系酸化物等の導電性を有するペロブスカイト型酸化物、上記ペロブスカイト型酸化物と上記固体電解質等との混合物などを例示することができる。カソード層の厚みは、電極反応抵抗、集電性などの観点から、好ましくは１０〜５０μｍ、より好ましくは２０〜３０μｍとすることができる。

【0025】

中間層の材質としては、上記酸化セリウム系酸化物などを例示することができる。中間層の厚みは、オーミック抵抗、カソード層からの元素拡散防止などの観点から、好ましくは１〜１０μｍ、より好ましくは１〜５μｍとすることができる。

【0026】

上記燃料電池単セルの製造方法は、上述した工程以外の工程については特に限定されない。上記燃料電池単セルの製造方法は、具体的には、上述した工程以外にも、次の各工程を含むことができる。

【0027】

上記燃料電池単セルの製造方法は、具体的には、焼成により拡散層の本体部になるシート状の本体部形成用材料の表面に、焼成により活性層になるペースト状の活性層形成用材料と、焼成により拡散層の側面被覆部になるペースト状の側面被覆部形成用材料とを印刷法により塗布する工程と、上記塗布面に、焼成により固体電解質層になるシート状の固体電解質層形成用材料と、焼成により中間層になるシート状の中間層形成用材料とをこの順に積層する工程と、得られた積層体を、必要に応じて圧着や脱脂等を行った後、例えば、１３００〜１５００℃で同時焼成する工程と、得られた焼成体における中間層の表面に、焼成によりカソード層になるペースト状のカソード層形成用材料を印刷法等によって固体電解質層の外形よりも小さい範囲で塗布し、例えば、１０００〜１３００℃で焼成する工程とを含むことができる。なお、活性層形成用材、側面被覆部形成用材料は、いずれを先に印刷してもよい。

【0028】

この場合は、上述した構成を有する燃料電池単セルを比較的簡単に構成できる上、アノード層から中間層までを一度に同時焼成により焼成するため製造性に優れる。また、焼成回数を減らせるため、省エネルギーである。

【0029】

なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。

【実施例】

【0030】

以下、実施例の燃料電池単セルおよびその製造方法について、図面を用いて説明する。なお、同一部材については同一の符号を用いて説明する。

【0031】

（実施例１）
実施例１の燃料電池単セルについて、図１〜図４を用いて説明する。図１〜図４に示すように、本例の燃料電池単セル１は、固体電解質層１０と、固体電解質層１０の一方面に積層された活性層１１１と活性層１１１における固体電解質層１０側と反対側の面に積層された拡散層１１２とを備えるアノード層１１と、固体電解質層１０の他方面に中間層１２を介して積層されたカソード層１３とを有している。燃料電池単セル１は、アノード層１１を支持体とする平板形の単セルである。燃料電池単セル１において、カソード層１３の外形は、固体電解質層１０の外形よりも小さく形成されている。また、拡散層１１２は、活性層１１１における固体電解質層１０と接する面を除いた残りの面を覆っている。以下、これを詳説する。

【0032】

本例において、固体電解質層１０は、酸化ジルコニウム系酸化物である、８ｍｏｌ％のＹ_２Ｏ_３を含むイットリア安定化ジルコニア（以下、８ＹＳＺ）より形成されており、その厚みは１０μｍである。

【0033】

アノード層１１を構成する活性層１１１および拡散層１１２は、いずれも触媒粒子と固体電解質粒子との混合物である、ＮｉＯ（還元雰囲気でＮｉとなる）−８ＹＳＺサーメットより形成されている。本例では、活性層１１１に含まれる気孔の気孔径は、拡散層１１２に含まれる気孔の気孔径よりも相対的に小さくされている。活性層１１１の厚みは２０μｍであり、拡散層１１２の厚みは５００μｍである。

【0034】

カソード層１３は、ペロブスカイト型酸化物粒子と固体電解質粒子との混合物より形成されている。上記ペロブスカイト型酸化物は、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏ_１−ｙＦ_ｙＯ_３、具体的には、Ｌａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３（以下、ＬＳＣＦ）であり、上記固体電解質は、酸化セリウム系酸化物である、１０ｍｏｌ％のＧｄがドープされたセリア（以下、１０ＧＤＣ）である。カソード層１３の厚みは３０μｍである。中間層１２は、酸化セリウム系酸化物である、１０ＧＤＣより形成されており、その厚みは５μｍである。

【0035】

本例では、アノード層１１（拡散層１１２、活性層１１１）、固体電解質層１０、中間層１２、および、カソード層１３は、いずれも、平面視で、矩形状の形状を呈している。拡散層１１２、固体電解質層１０および中間層１２の外形は、同じ大きさに揃えられている。つまり、拡散層１１２、固体電解質層１０および中間層１２の側面は、同一面上に配置されている。一方、上述したように、カソード層１３の外形は、固体電解質層１０の外形よりもひと回り小さく形成されている。カソード層１３の外形における直線部分と固体電解質層１０の外形における直線部分との間隔は、具体的には、２ｍｍである。また、本例では、活性層１１１の外形は、カソード層１３の外形よりもひと回り大きく形成されている。活性層１１１の外形における直線部分と拡散層１１２の外形における直線部分との間隔は、具体的には、１．８ｍｍである。したがって、本例の燃料電池単セル１は、カソード層１３、活性層１１１および固体電解質層１０の外形の大きさが、カソード層１３の外形＜活性層１１１の外形＜固体電解質層１０の外形の関係を満たすように構成されている。拡散層１１２は、具体的には、活性層１１１における固体電解質層１０側と反対側の面を覆う本体部１１２ａと、本体部１１２ａにおける固体電解質層１０側の面より突出し、活性層１１１の側面を覆う側面被覆部１１２ｂとを有している。

【0036】

次に、本例の燃料電池単セルの作用効果について説明する。

【0037】

燃料電池単セル１は、固体電解質層１０と、固体電解質層１０の一方面に積層された活性層１１１と活性層１１１における固体電解質層１０側と反対側の面に積層された拡散層１１２とを備えるアノード層１１と、固体電解質層１０の他方面に中間層１２を介して積層されたカソード層１３とを有し、アノード層１１を支持体とする平板形の燃料電池単セル１であって、カソード層１３の外形は、固体電解質層１０の外形よりも小さく形成されている。そして、拡散層１１２は、活性層１１１における固体電解質層１０と接する面を除いた残りの面を覆っている。つまり、燃料電池単セル１は、従来構成では発電にほとんど関与することのなかった活性層部分が拡散層１１２と同じ構成となっている。そのため、燃料電池単セル１は、活性層１１１の側面側に存在する拡散層１１２の部分、つまり、拡散層１１２の側面被覆部１１２ｂを通じて、活性層１１１の主面のみならず活性層１１１の側面からも燃料ガスを供給することができる。その結果、燃料電池単セル１は、活性層１１１の側面側における燃料ガスのガス拡散性が向上し、発電特性を向上させることが可能となる。

【0038】

また、本例の燃料電池単セル１は、活性層１１１の気孔径が拡散層１１２の気孔径より小さい構成とされている。拡散層と固体電解質層との間における全領域に活性層が存在する場合であって、かつ、活性層の気孔径が拡散層の気孔径よりも小さいときには、上述した発電にほとんど関与しない部分が、拡散層から供給される燃料ガスのガス律速場となりやすく、活性層への燃料ガスの拡散が阻害されやすい。その結果、燃料ガスのガス拡散抵抗が大きくなりやすく、燃料電池単セルの発電特性が低下しやすい。これに対し、本例の燃料電池セル１は、上述した構成を採用しているので、活性層１１１の気孔径が拡散層１１２の気孔径より小さくても、活性層１１１の側面側における燃料ガスのガス拡散性が向上されるので、発電特性を向上させやすい。また、本例の燃料電池セル１は、アノード層１１側における電気化学的反応の反応場も増加するので、発電特性の向上に有利となる。

【0039】

また、本例の燃料電池単セル１は、活性層１１１の外形がカソード層１３の外形よりも大きく形成されている。そのため、固体電解質層１０を介してカソード層１３と対面する部分の全てに活性層１１１が配置される。その結果、燃料電池単セル１は、活性層１１１の外形がカソード層１３の外形よりも小さく形成されている場合に比べ、アノード層１１側における電気化学的な反応場をより多く確保することができ、発電特性の向上に有利である。

【0040】

（実施例２）
実施例２の燃料電池単セルの製造方法について説明する。本例の燃料電池単セルの製造方法は、実施例１の燃料電池単セル１を好適に製造することができる製造方法である。本例の燃料電池単セルの製造方法は、活性層１１１、および、拡散層１１２の部分であって活性層１１２の側面を覆う側面被覆部１１２ｂを、印刷法により形成する工程を含んでいる。以下、これを詳説する。

【0041】

本例の燃料電池単セルの製造方法は、具体的には、以下の第１〜第４の工程を含んでいる。
第１工程は、焼成により拡散層１１２の本体部１１２ａになるシート状の本体部形成用材料の表面に、焼成により活性層１１１になるペースト状の活性層形成用材料と、焼成により拡散層１１２の側面被覆部１１２ｂになるペースト状の側面被覆部形成用材料とを印刷法により塗布する工程である。

【0042】

本例では、具体的には、ＮｉＯ粉末（平均粒子径：０．７μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．５μｍ）と、カーボン（造孔剤）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６０：４０である。なお、上記平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定した体積基準の累積度数分布が５０％を示すときの粒子径（直径）ｄ５０である（以下、同様）。上記スラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の本体部形成用材料を準備した。

【0043】

また、ＮｉＯ粉末（平均粒子径：０．７μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．５μｍ）と、カーボン（造孔剤）と、エチルセルロース（有機材料）と、テルピネオール（溶媒）とをボールミルにて混合することにより、ペースト状の活性層形成用材料を準備した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６０：４０である。

【0044】

また、ＮｉＯ粉末（平均粒子径：０．７μｍ）と、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．５μｍ）と、カーボン（造孔剤）と、エチルセルロース（有機材料）と、テルピネオール（溶媒）とをボールミルにて混合することにより、ペースト状の側面被覆部形成用材料を準備した。ＮｉＯ粉末と８ＹＳＺ粉末の質量比は、６０：４０である。なお、上記本体部形成用材料および上記側面被覆部形成用材料におけるカーボン量は、上記活性層形成用材料と比較して多量とされている。

【0045】

なお、第１工程では、焼成後に所定の厚みとなるようにシート状の本体部形成用材料を６枚積層し、その最表面に、ペースト状の活性層形成用材料および側面被覆部形成用材料をスクリーン印刷法にて塗布した。この際、上記塗布は、上述した図２〜図４で示される構成が得られるように、本体部形成用材料の外形よりも外形が小さくされた活性層形成用材料の外周囲に側面被覆部形成用材料が配置されるように行った。

【0046】

第２工程は、上記塗布面に、焼成により固体電解質層１０になるシート状の固体電解質層形成用材料と、焼成により中間層１２になるシート状の中間層形成用材料とをこの順に積層する工程である。

【0047】

本例では、具体的には、８ＹＳＺ粉末（平均粒子径：０．５μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。このスラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の固体電解質層形成用材料を準備した。

【0048】

また、１０ＧＤＣ粉末（平均粒子径：０．３μｍ）と、ポリビニルブチラール（有機材料）と、酢酸イソアミル、２−ブタノールおよびエタノール（混合溶媒）とをボールミルにて混合することによりスラリーを調製した。このスラリーを、ドクターブレード法を用いて、プラスチック基材上に層状に塗工し、乾燥させることにより、シート状の中間層形成用材料を準備した。

【0049】

第３工程は、第１工程、第２工程を経て得られた積層体を、同時焼成する工程である。

【0050】

本例では、具体的には、第１工程、第２工程を経て得られた積層体を、ＣＩＰ成形法を用いて圧着、脱脂した後、１４００℃で２時間焼成した。なお、ＣＩＰ成形条件は、温度８０℃、加圧力５０ＭＰａ、加圧時間１０分という条件とした。

【0051】

第４工程は、第３工程にて形成された積層体（拡散層、活性層、固体電解質層、中間層がこの順に積層された同時焼成体）における中間層１２の表面に、焼成によりカソード層１３になるペースト状のカソード層形成用材料を印刷法によって固体電解質層１０の外形よりも小さい範囲で塗布し、焼成する工程である。

【0052】

本例では、ＬＳＣＦ粉末（平均粒子径：０．６μｍ）と、１０ＧＤＣ粉末（平均粒子径：０．３μｍ）と、エチルセルロース（有機材料）と、テルピネオール（溶媒）とをボールミルにて混合することにより、ペースト状のカソード層形成用材料を準備した。なお、ＬＳＣＦ粉末と１０ＧＤＣ粉末の質量比は、９０：１０とした。

【0053】

また、上記印刷法には、スクリーン印刷法を用いた。なお、上記カソード層形成用材料の塗布は、より具体的には、固体電解質層１０の外形よりも小さく、かつ、活性層１１１の外形よりも小さい範囲とした。また、第４工程における焼成条件は、１１００℃で２時間という条件とした。

【0054】

以上の工程を経ることにより、実施例１の燃料電池単セル１を得た。なお、燃料電池単セル１について、ＳＥＭによる断面観察を行ったところ、活性層１１１および拡散層１１２について平均気孔径を求めて比較するまでもなく、活性層の気孔径は拡散層の気孔径に比べて明らかに小さかった。

【0055】

次に、本例の燃料電池単セルの製造方法の作用効果について説明する。

【0056】

上記燃料電池単セルの製造方法は、上述した構成を有する燃料電池単セル１を比較的簡単に構成できる上、アノード層１１から中間層１２までを一度に同時焼成により焼成するため製造性に優れる。また、焼成回数を減らせるため、省エネルギーである。

【0057】

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0058】

１ 燃料電池単セル
１０ 固体電解質層
１１ アノード層
１１１ 活性層
１１２ 拡散層
１１２ａ 本体部
１１２ｂ 側面被覆部
１２ 中間層
１３ カソード層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】