特許 6365001 固体電解質型燃料電池セルおよびその固体電解質型燃料電池セルの製造方法

(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】6365001

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】固体電解質型燃料電池セルおよびその固体電解質型燃料電池セルの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/86 20060101AFI20180723BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20180723BHJP

   H01M 8/0247 20160101ALI20180723BHJP

   H01M 4/88 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/86 U

   H01M8/12 101

   H01M8/0247

   H01M4/88 T

【請求項の数】10

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-131291(P2014-131291)

(22)【出願日】2014年6月26日

(65)【公開番号】特開2016-9649(P2016-9649A)

(43)【公開日】2016年1月18日

【審査請求日】2017年3月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(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】110001128

【氏名又は名称】特許業務法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】新田 高弘

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 朗

【審査官】 渡部 朋也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２２１９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−００４５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−００４４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５４９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１２１９６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ４／８６

Ｈ０１Ｍ ４／８８

Ｈ０１Ｍ ８／０２４７

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方面（１６ａ）と該一方面に対する反対側に設けられた他方面（１６ｂ）とを有する電解質層（１６）と、
前記電解質層に対し前記一方面側に積層され、酸化剤ガスが供給される空気極（１８）と、
前記電解質層に対し前記他方面側に積層され、燃料ガスが供給される燃料極（２０）とを備え、
前記空気極は、前記電解質層に沿って拡がる空気極基部（１８１）と、該空気極基部から前記電解質層側とは反対側に突き出た空気極凸部（１８２）とを有し、
前記空気極基部には、前記酸化剤ガスを空気極基部内に拡散させる拡散空隙（１８ａ）が形成されており、
前記空気極凸部には、前記空気極基部の拡散空隙よりも大きい大型空隙（１８２ａ）が形成されており、
前記空気極凸部は、複数の金属酸化物粒子が相互に結合されることによって構成されており、
前記空気極凸部の大型空隙は、相互に結合される前の前記金属酸化物粒子と比較して大きく形成されていることを特徴とする固体電解質型燃料電池セル。

【請求項2】

前記空気極凸部には、金属集電体（１２）の一部を構成し前記空気極凸部へ向かって突き出た集電体凸部（１２１）が接合されていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池セル。

【請求項3】

前記空気極凸部の大型空隙は、前記空気極凸部の中で前記集電体凸部側に開口した開口部分（１８２ｂ）を有し、該開口部分は前記集電体凸部によって塞がれていることを特徴とする請求項２に記載の固体電解質型燃料電池セル。

【請求項4】

前記空気極凸部の大型空隙は、該空気極凸部の前記集電体凸部側にある一端（１８２ｄ）から該空気極凸部の前記空気極基部側にある他端（１８２ｅ）にわたって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の固体電解質型燃料電池セル。

【請求項5】

一方面（１６ａ）と該一方面に対する反対側に設けられた他方面（１６ｂ）とを有する電解質層（１６）と、
前記電解質層に対し前記一方面側に積層され、酸化剤ガスが供給される空気極（１８）と、
前記電解質層に対し前記他方面側に積層され、燃料ガスが供給される燃料極（２０）とを備え、
前記空気極は、前記電解質層に沿って拡がる空気極基部（１８１）と、該空気極基部から前記電解質層側とは反対側に突き出た空気極凸部（１８２）とを有し、
前記空気極基部には、前記酸化剤ガスを空気極基部内に拡散させる拡散空隙（１８ａ）が形成されており、
前記空気極凸部には、前記空気極基部の拡散空隙よりも大きい大型空隙（１８２ａ）が形成されており、
また、前記空気極凸部には、金属集電体（１２）の一部を構成し前記空気極凸部へ向かって突き出た集電体凸部（１２１）が接合されており、
前記空気極凸部の大型空隙は、前記空気極凸部の中で前記集電体凸部側に開口した開口部分（１８２ｂ）を有し、該開口部分は前記集電体凸部によって塞がれていることを特徴とする固体電解質型燃料電池セル。

【請求項6】

一方面（１６ａ）と該一方面に対する反対側に設けられた他方面（１６ｂ）とを有する電解質層（１６）と、
前記電解質層に対し前記一方面側に積層され、酸化剤ガスが供給される空気極（１８）と、
前記電解質層に対し前記他方面側に積層され、燃料ガスが供給される燃料極（２０）とを備え、
前記空気極は、前記電解質層に沿って拡がる空気極基部（１８１）と、該空気極基部から前記電解質層側とは反対側に突き出た空気極凸部（１８２）とを有し、
前記空気極基部には、前記酸化剤ガスを空気極基部内に拡散させる拡散空隙（１８ａ）が形成されており、
前記空気極凸部には、前記空気極基部の拡散空隙よりも大きい大型空隙（１８２ａ）が形成されており、
また、前記空気極凸部には、金属集電体（１２）の一部を構成し前記空気極凸部へ向かって突き出た集電体凸部（１２１）が接合されており、
前記空気極凸部の大型空隙は、該空気極凸部の前記集電体凸部側にある一端（１８２ｄ）から該空気極凸部の前記空気極基部側にある他端（１８２ｅ）にわたって形成されていることを特徴とする固体電解質型燃料電池セル。

【請求項7】

前記空気極凸部の電気伝導率は前記空気極基部の電気伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の固体電解質型燃料電池セル。

【請求項8】

一方面（１６ａ）と該一方面に対する反対側に設けられた他方面（１６ｂ）とを有する電解質層（１６）と、
前記電解質層に対し前記一方面側に積層され、酸化剤ガスが供給される空気極（１８）と、
前記電解質層に対し前記他方面側に積層され、燃料ガスが供給される燃料極（２０）とを備え、
前記空気極は、前記電解質層に沿って拡がる空気極基部（１８１）と、該空気極基部から前記電解質層側とは反対側に突き出た空気極凸部（１８２）とを有し、
前記空気極基部には、前記酸化剤ガスを空気極基部内に拡散させる拡散空隙（１８ａ）が形成されており、
前記空気極凸部には、前記空気極基部の拡散空隙よりも大きい大型空隙（１８２ａ）が形成されている固体電解質型燃料電池セルの製造方法であって、
前記燃料極と前記電解質層と前記空気極基部とを含む基材に、ペースト状にされた前記空気極凸部の材料を塗布する塗布工程（Ｓ１０５）と、
前記空気極凸部の材料の塗布後に、該空気極凸部の材料に対して金属集電体（１２）を積層する積層工程（Ｓ１０６）と、
前記金属集電体が積層された状態で前記空気極凸部の材料を乾燥し、それにより前記大型空隙を形成して、前記空気極凸部を焼成する乾燥焼成工程（Ｓ１０７）とを備えていることを特徴とする固体電解質型燃料電池セルの製造方法。

【請求項9】

前記空気極凸部の材料は、金属酸化物粒子を含んで構成されており、
前記乾燥焼成工程では、前記空気極凸部の材料を乾燥することにより、前記金属酸化物粒子よりも大きい前記大型空隙を形成することを特徴とする請求項８に記載の固体電解質型燃料電池セルの製造方法。

【請求項10】

前記乾燥焼成工程において、前記大型空隙は、前記空気極凸部の成形時における材料全体の収縮に起因して形成されることを特徴とする請求項８または９に記載の固体電解質型燃料電池セルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固体電解質型燃料電池を構成する電池セルの構造、および、その電池セルの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の固体電解質型燃料電池を構成する電池セルとして、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された電池セルは、空気極と固体電解質層と燃料極とを順次積層して備えている。そして、その電池セルは、金属集電体が空気極の表面側に接触させられて使用される。

【0003】

特許文献１の電池セルでは、空気極は、平板状の基準部と、その基準部から金属集電体側へ突き出た複数の凸部とから構成されている。そして、空気極は、その凸部の先端部分において金属集電体に接触する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−５４９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の電池セルにおいて、空気極は複数の凸部を有しているので、その複数の凸部の相互間に、酸化剤ガスとしての空気が流れるガス流路が形成される。そのため、空気極の基準部のうち凸部が設けられていない部位はガス流路に面しているので、その凸部が設けられていない部位では、基準部へのガス拡散抵抗は低くなる。その一方で、基準部のうち凸部が設けられている部位は、凸部の基端に接続されているので、ガス流路には直接面していない。従って、その凸部が設けられている部位では、基準部へのガス拡散抵抗は高くなる。

【0006】

例えば、このように空気極の中にガス拡散抵抗が高い部位が存在すると、その分、電池セルの出力低下につながることになる。

【0007】

本発明は上記点に鑑み、凸部を有する空気極においてガス拡散抵抗を低減させることができる固体電解質型燃料電池セルおよびその固体電解質型燃料電池セルの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の固体電解質型燃料電池セルの発明では、一方面（１６ａ）とその一方面に対する反対側に設けられた他方面（１６ｂ）とを有する電解質層（１６）と、
電解質層に対し一方面側に積層され、酸化剤ガスが供給される空気極（１８）と、
電解質層に対し他方面側に積層され、燃料ガスが供給される燃料極（２０）とを備え、
空気極は、電解質層に沿って拡がる空気極基部（１８１）と、その空気極基部から電解質層側とは反対側に突き出た空気極凸部（１８２）とを有し、
空気極基部には、酸化剤ガスを空気極基部内に拡散させる拡散空隙（１８ａ）が形成されており、
空気極凸部には、空気極基部の拡散空隙よりも大きい大型空隙（１８２ａ）が形成されており、
空気極凸部は、複数の金属酸化物粒子が相互に結合されることによって構成されており、
空気極凸部の大型空隙は、相互に結合される前の金属酸化物粒子と比較して大きく形成されていることを特徴とする。

【0009】

上述の発明によれば、空気極凸部には、空気極基部の拡散空隙よりも大きい大型空隙が形成されているので、空気極まわりから、空気極基部のうち空気極凸部が接合されている凸部接合部位への酸化剤ガスの拡散は、ガス拡散抵抗が低い大型空隙を経由することになる。そのため、空気極まわりから上記凸部接合部位へのガス拡散抵抗が大型空隙によって低減される。すなわち、空気極凸部を有する空気極全体で見れば、大型空隙が形成されていない構成と比較して、空気極のガス拡散抵抗を低減させることができる。

【0010】

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した括弧内の各符号は、後述する実施形態に記載の具体的内容との対応関係を示す一例である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態における固体電解質型燃料電池セル１０の構造を示した断面図である。

【図2】第１実施形態において、固体電解質型燃料電池セル１０を製造する製造工程を示したフローチャートである。

【図3】第２実施形態における固体電解質型燃料電池セル１０の構造を示した断面図であり、図１に相当する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

【0013】

（第１実施形態）
図１は、本実施形態における固体電解質型燃料電池セル１０の構造を示した図であり、断面図示されている。図１に示す固体電解質型燃料電池セル１０（以下、単に電池セル１０と呼ぶ）は、特許文献１に示されているのと同様に、複数積層されることにより不図示の燃料電池スタックを構成する。そして、燃料電池スタックにおいて電池セル１０相互間には金属集電体１２がそれぞれ介装されている。すなわち、電池セル１０は、燃料電池スタックにおける発電の最小単位となっている。

【0014】

図１に示すように、電池セル１０は、電解質層１６と空気極１８と燃料極２０と中間層２２とを備えており、空気極１８、中間層２２、電解質層１６、燃料極２０の順に積層されている。そのため、電池セル１０は、それらを積層する積層方向を厚み方向とした平板形状を成している。

【0015】

電解質層１６は、固体電解質型燃料電池に用いられる周知の固体電解質層である。電解質層１６は平板形状を成している。そして、電解質層１６は、一方面１６ａとその一方面１６ａに対する反対側に設けられた他方面１６ｂとを有している。すなわち、電解質層１６において一方面１６ａおよび他方面１６ｂは互いに表裏関係にある。

【0016】

中間層２２は、電解質層１６に対しその電解質層１６の一方面１６ａ側に積層され、その一方面１６ａに接合されている。この中間層２２は、電解質層１６と空気極１８との間に介装されており、その電解質層１６と空気極１８との反応を防止する反応防止層として機能する。

【0017】

空気極１８は、中間層２２に対し電解質層１６側とは反対側に接合されている。すなわち、空気極１８は、電解質層１６に対しその電解質層１６の一方面１６ａ側に、中間層２２を介して積層されている。空気極１８には、空気極１８と空気極１８に接合された金属集電体１２との間に形成されている酸化剤ガス流路３０から、酸化剤ガスとしての空気が供給される。

【0018】

空気極１８は、空気極基部１８１と複数の空気極凸部１８２とから構成されている。空気極基部１８１は、電解質層１６に沿って拡がる平板形状を成しており、中間層２２に接合されている。空気極凸部１８２は、空気極基部１８１から電解質層１６側とは反対側に突き出ている。

【0019】

また、空気極基部１８１および空気極凸部１８２は、導電性を有する多数の微細な金属酸化物粒子が焼結することによって構成されている。これにより、空気極基部１８１および空気極凸部１８２には、供給された酸化剤ガスを空気極基部１８１内および空気極凸部１８２内に拡散させる微細な拡散空隙１８ａが形成されている。この拡散空隙１８ａは、特許文献１の燃料電池など公知の固体電解質型燃料電池の空気極にも同様に形成されている。すなわち、空気極基部１８１の拡散空隙１８ａは空気極基部１８１の全体に分布し、空気極凸部１８２の拡散空隙１８ａは空気極凸部１８２の全体に分布している。

【0020】

但し、公知の固体電解質型燃料電池とは異なり、空気極凸部１８２には、図１に示すように、大型空隙１８２ａが形成されている。大型空隙１８２ａは、空気極凸部１８２によって酸化剤ガス流路３０から隔てられた空間となっている。

【0021】

この大型空隙１８２ａは、空気極基部１８１の拡散空隙１８ａよりも大きく形成されている。これらの空隙１８ａ、１８２ａの大小を比較判断する方法には特に限定はないが、例えば、空気極１８の厚み方向（すなわち、図１の積層方向ＤＲ１）に沿った断面で各空隙１８ａ、１８２ａを切断した断面の最大断面積をそれぞれ求め、その最大断面積が大きい方の一方の空隙を他方の空隙よりも大きいと判断する。

【0022】

また、空気極基部１８１と空気極凸部１８２とは互いに同じ材料で構成されている。

【0023】

金属集電体１２は、積層された電池セル１０同士の間に介装されている。金属集電体１２は、燃料電池スタックにおいて金属集電体１２を挟む一方の電池セル１０に供給される酸化剤ガスと、他方の電池セル１０に供給される燃料ガスとを分離する役割を果たす。それと共に、金属集電体１２は、上記一方の電池セル１０が有する空気極１８と、上記他方の電池セル１０が有する燃料極２０とを電気的に接続する役割も果たす。

【0024】

図１に示すように、金属集電体１２は複数の集電体凸部１２１を備えている。その集電体凸部１２１は空気極凸部１８２に対応した位置に配置され、その空気極凸部１８２へ向かって突き出ている。この集電体凸部１２１は一定間隔を空けて並んでいるので、集電体凸部１２１同士の間には集電体凹部１２２が形成されている。この集電体凹部１２２が形成されていることによって、酸化剤ガス流路３０は、十分な流量の酸化剤ガスを流すことができる大きさに形成される。

【0025】

そして、集電体凸部１２１は空気極凸部１８２に接合されている。詳細には、金属集電体１２の表面は酸化防止層１４で覆われているので、集電体凸部１２１は、その酸化防止層１４を介して空気極凸部１８２に接合されている。

【0026】

空気極凸部１８２の大型空隙１８２ａは、空気極１８単体で見れば、空気極凸部１８２の中で集電体凸部１２１側に開口した開口部分１８２ｂを有しており、その開口部分１８２ｂで開口した凹み形状を成している。空気極凸部１８２には集電体凸部１２１が接合されているので、大型空隙１８２ａの開口部分１８２ｂは集電体凸部１２１によって塞がれている。

【0027】

酸化防止層１４は、金属集電体１２の表面にコーティングされた被膜である。そのため、酸化防止層１４は、金属集電体１２と酸化剤ガス流路３０との間、および、金属集電体１２と空気極凸部１８２との間に介装されており、酸化防止層１４は金属集電体１２と空気極凸部１８２とにそれぞれ接合されている。酸化防止層１４は、例えば、酸化剤ガス流路３０を流れる酸化剤ガスに起因して金属集電体１２が酸化されることを防止する。

【0028】

酸化防止層１４は、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）の少なくとも何れかを含む酸化物と、複数種類のペロブスカイト型材料から選択された金属酸化物粒子の材料とが組み合わされて構成されている。その複数種類のペロブスカイト型材料としては、ランタンマンガネート（ＬＳＭ）、ランタンニッケルフェライト（ＬＮＦ）、ランタンストロンチウムコバルタイトフェライト（ＬＳＣＦ）、サマリウムストロンチウムコバルタイト（ＳＳＣ）、ランタンストロンチウムコバルタイト（ＬＳＣ）などが例示される。

【0029】

燃料極２０は、電解質層１６に対しその電解質層１６の他方面１６ｂ側に積層され、その他方面１６ｂに接合されている。燃料極２０には、その燃料極２０が属する電池セル１０に対して隣接して積層された他の電池セル１０の空気極１８に接触している金属集電体１２が、電解質層１６側とは反対側から接触する。そして、燃料極２０には、燃料ガスが供給される。なお、燃料極２０には、供給された燃料ガスを燃料極２０内に拡散させる微細な空隙が、空気極１８の拡散空隙１８ａと同様に形成されている。

【0030】

次に、電池セル１０の製造方法について説明する。図２は、電池セル１０を製造する製造工程を示したフローチャートである。図２に示すように、先ずステップＳ１０１では、電解質層１６の材料である電解質層形成シートと、燃料極２０の材料である燃料極形成シートとをそれぞれ所定の外形に成形して用意する。

【0031】

また、空気極１８へ接合する金属集電体１２を用意する。このとき、金属集電体１２の表面には、酸化防止層１４が形成されている。例えば、その酸化防止層１４は、マンガン・コバルト（ＭｎＣｏ）酸化物等を含むスラリーを金属集電体１２へ予めコートした後に焼き付けることで形成される。

【0032】

続くステップＳ１０２では、電解質層形成シートと燃料極形成シートとを積層して圧着し、一体に焼成する。これにより、電解質層形成シートと燃料極形成シートとから成る基板を製作する。

【0033】

続くステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で製作した基板の電解質層１６側に中間層２２の材料をスクリーン印刷により形成する。そして、その印刷後に、中間層２２を焼成する。

【0034】

続くステップＳ１０４では、中間層２２が焼き付けられた基板の中間層２２上に、空気極基部１８１の材料をスクリーン印刷により形成する。そして、その印刷後に、空気極基部１８１を焼成する。このようにして、燃料極２０と電解質層１６と中間層２２と空気極基部１８１とを含む基材すなわち電池セル基材を製作する。

【0035】

続くステップＳ１０５では、ペースト状にされた空気極凸部１８２の材料すなわち凸部形成材料を用意する。その凸部形成材料は、例えば微細な金属酸化物粒子、溶剤、およびバインダなどから構成されている。

【0036】

そして、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で製作した電池セル基材の空気極基部１８１上にその凸部形成材料を塗布する。その塗布には、例えばディスペンサが用いられる。このステップＳ１０５の工程は、凸部形成材料を塗布する塗布工程に該当する。

【0037】

ここで、ステップＳ１０５での凸部形成材料の塗布量が少なすぎると、後のステップＳ１０７で凸部形成材料が乾燥する際に大型空隙１８２ａ（図１参照）が形成されない。そこで、その凸部形成材料の塗布量は、予め実験的に定められており、凸部形成材料の乾燥に伴う体積減少によって大型空隙１８２ａが形成される量となっている。

【0038】

続くステップＳ１０６では、電池セル基材上に塗布された凸部形成材料に対して、ステップＳ１０１で用意した金属集電体１２を積層する。詳細には、金属集電体１２の集電体凸部１２１（図１参照）を電池セル基材上の凸部形成材料に突き当てる。この金属集電体１２の積層は、凸部形成材料が乾燥する前に行う。

【0039】

金属集電体１２が凸部形成材料に積層される際には、凸部形成材料が集電体凸部１２１に潰されることにより、凸部形成材料の塗布厚みが多少減少するので、金属集電体１２は、凸部形成材料の塗布厚みが所定の目標塗布厚みになるように積層される。その目標塗布厚みは、上記ステップＳ１０５での凸部形成材料の塗布量と同様にして予め実験的に定められている。このステップＳ１０６は、金属集電体１２を積層する積層工程に該当する。

【0040】

続くステップＳ１０７では、金属集電体１２が積層された電池セル１０の材料の温度を漸増させ、それにより凸部形成材料を乾燥させ、空気極凸部１８２を焼成する。この焼成によって、凸部形成材料に含まれる多数の金属酸化物粒子が相互に結合され、これにより空気極凸部１８２は構成される。

【0041】

また、ステップＳ１０７での凸部形成材料の乾燥の際には、凸部形成材料に含まれる溶剤の一部が蒸発する過程で、大型空隙１８２ａ（図１参照）が形成される。要するに、大型空隙１８２ａは凸部形成材料が乾燥することにより形成される。

【0042】

この大型空隙１８２ａの形成に関して詳述すると、凸部形成材料の乾燥過程で、先ず、凸部形成材料に含まれる溶剤が、凸部形成材料のうち露出部分すなわち酸化剤ガス流路３０（図１参照）に面する部分から揮発し、これによりその露出部分である空気極凸部１８２の側部１８２ｃが固化する。その結果、空気極１８の積層方向ＤＲ１に直交する空気極凸部１８２の幅寸法ＬＮｗと、空気極１８の積層方向ＤＲ１に沿った空気極凸部１８２の厚み寸法ＬＮｈとが固定する。

【0043】

次に、凸部形成材料の乾燥が次第に凸部形成材料の内部に進行することになるが、このとき、上記の空気極凸部１８２の各寸法ＬＮｗ、ＬＮｈは既に固定されている一方で、凸部形成材料の内部から溶剤が揮発することに伴い凸部形成材料の体積が減少する。その結果、空気極凸部１８２に所謂ヒケが発生するようにして、大型空隙１８２ａが形成される。

【0044】

このように、大型空隙１８２ａは、空気極凸部１８２の成形時における凸部形成材料全体の成形収縮に起因して形成されるものであるので、ステップＳ１０７の焼成で相互に結合される前の金属酸化物粒子すなわち凸部形成材料の金属酸化物粒子と比較して、大きく形成される。その金属酸化物粒子と大型空隙１８２ａとの大小を比較判断する方法には特に限定はないが、例えば、上述した空隙１８ａ、１８２ａ（図１参照）の大小を比較判断する方法と同様に、それぞれの最大断面積を比較することにより判断する。

【0045】

ステップＳ１０７では、空気極凸部１８２を焼成すると、その後、金属集電体１２が接合された電池セル１０の温度を漸減させ、電池セル１０を冷却する。このステップＳ１０７は、凸部形成材料の乾燥による大型空隙１８２ａの形成と共に空気極凸部１８２の焼成を行う乾燥焼成工程に該当する。

【0046】

上述したように、本実施形態によれば、空気極凸部１８２には、図１に示すように、空気極基部１８１の拡散空隙１８ａよりも大きい大型空隙１８２ａが形成されている。そして、空気極１８での電極反応により酸化剤ガスとしての酸素が消費されると、酸化剤ガス流路３０から酸素が空気極１８へ拡散する。このとき、空気極基部１８１のうち空気極凸部１８２が接合されている凸部接合部位１８１ａは、酸化剤ガス流路３０へ露出していない。そのため、酸化剤ガス流路３０の酸素は、酸化剤ガス流路３０に面した空気極凸部１８２の側部１８２ｃから大型空隙１８２ａを経由し、その大型空隙１８２ａから空気極基部１８１の凸部接合部位１８１ａへ拡散する。

【0047】

このようにして酸化剤ガス流路３０の酸素が拡散し、大型空隙１８２ａと凸部接合部位１８１ａとの間隔が、大型空隙１８２ａが無いと仮定して酸化剤ガス流路３０の酸素が凸部接合部位１８１ａへ至る経路長さと比較して小さくなっているので、凸部接合部位１８１ａへのガス拡散抵抗が低減される。従って、空気極基部１８１の全体としてガス拡散性が向上し、電池セル１０の発電性能を向上させることができる。言い換えれば、空気極基部１８１のガス拡散性の向上により、電池セル１０の出力向上を図ることができる。

【0048】

また、本実施形態によれば、空気極凸部１８２には、金属集電体１２のうち集電体凸部１２１が接合されている。従って、空気極１８の積層方向ＤＲ１における空気極凸部１８２の厚み、すなわち空気極凸部１８２の高さと、集電体凸部１２１の高さとを利用して、酸化剤ガス流路３０を大きく形成することが可能である。

【0049】

また、本実施形態によれば、図２のステップＳ１０６では、空気極凸部１８２の材料である凸部形成材料の塗布後であって乾燥前に、凸部形成材料に対して金属集電体１２を積層する。そして、ステップＳ１０７では、金属集電体１２が積層された状態で凸部形成材料を乾燥し、それにより空気極凸部１８２の大型空隙１８２ａを形成して、その空気極凸部１８２を焼成する。従って、凸部形成材料の乾燥を利用して、大型空隙１８２ａを形成することができる。

【0050】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明し、第１実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。

【0051】

図３は、本実施形態における固体電解質型燃料電池セル１０の構造を示した断面図であり、図１に相当する図である。図３に示すように、本実施形態では、前述の第１実施形態と比較して空気極凸部１８２の大型空隙１８２ａの形状が異なっている。

【0052】

具体的に、本実施形態の大型空隙１８２ａは、空気極１８の積層方向ＤＲ１における空気極凸部１８２の集電体凸部１２１側の一端１８２ｄから空気極基部１８１側の他端１８２ｅにわたって形成されている。従って、大型空隙１８２ａは、その空気極凸部１８２の一端１８２ｄでは酸化防止層１４を介して集電体凸部１２１に接続し、空気極凸部１８２の他端１８２ｅでは空気極基部１８１に接続している。

【0053】

そのため、図３に示すように、１つの集電体凸部１２１と空気極基部１８１との間の空気極凸部１８２が大型空隙１８２ａに分断され複数部位に分かれている。すなわち、複数に分かれた空気極凸部１８２の間に大型空隙１８２ａが形成されている。

【0054】

本実施形態でも、空気極凸部１８２に大型空隙１８２ａが形成されているので、前述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0055】

（他の実施形態）
（１）上述の各実施形態において、空気極凸部１８２は空気極基部１８１と同じ材料で構成されているが、空気極基部１８１とは異なる材料で構成されていても差し支えない。

【0056】

例えば、両方の材料が互いに異なっているとすれば、空気極凸部１８２は、その空気極凸部１８２の電気伝導率が空気極基部１８１の電気伝導率よりも大きくなるように構成されているのが好ましい。ここで、図１に示すように、空気極基部１８１は空気極凸部１８２を介して金属集電体１２に接続されているので、空気極基部１８１と金属集電体１２との間の電子の流れは空気極凸部１８２を介することになり、空気極凸部１８２に集中する。従って、空気極凸部１８２では空気極基部１８１と比較すればガス拡散性よりも導電性の方が重要であり、上記のように空気極凸部１８２の電気伝導率が空気極基部１８１の電気伝導率よりも大きくなれば、電池セル１０の出力向上を図りやすくなる。

【0057】

なお、空気極凸部１８２の電気伝導率を大きくする方法としては、空気極凸部１８２を構成する金属酸化物粒子単体の電気伝導率を大きくすることであってもよいし、その金属酸化物粒子の粒子径を大きくすることであってもよい。

【0058】

（２）上述の各実施形態において、金属集電体１２の表面を覆う酸化防止層１４は、その材料をスラリーコートした後に焼き付けることで形成されるが、他の方法によって形成されても差し支えない。例えば、酸化防止層１４は溶射によって形成されても差し支えない。

【0059】

（３）上述の各実施形態において、図２のステップＳ１０５では、凸部形成材料を電池セル基材へ塗布するためにディスペンサが用いられるが、ディスペンサに替えてスクリーン印刷が用いられ、スクリーン印刷により凸部形成材料が塗布されても差し支えない。スクリーン印刷を用いる際には、凸部形成材料を十分な厚みで塗布するために、複数回の印刷を行う。

【0060】

（４）上述の各実施形態において、空気極凸部１８２の大型空隙１８２ａは、その外形形状の一部分が金属集電体１２によって画されるようにして形成されているが、その必要はなく、例えば大型空隙１８２ａは、金属集電体１２から離れて形成されていても差し支えない。

【0061】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0062】

１０ 固体電解質型燃料電池セル
１６ 電解質層
１６ａ 一方面
１６ｂ 他方面
１８ 空気極
１８ａ 拡散空隙
２０ 燃料極
１８１ 空気極基部
１８２ 空気極凸部
１８２ａ 大型空隙

【図1】

【図2】

【図3】