特許 6616148 セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置

(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】6616148

(24)【登録日】2019年11月15日

(45)【発行日】2019年12月4日

(54)【発明の名称】セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/1226 20160101AFI20191125BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20191125BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/1226

   H01M8/12 101

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-195948(P2015-195948)

(22)【出願日】2015年10月1日

(65)【公開番号】特開2017-69134(P2017-69134A)

(43)【公開日】2017年4月6日

【審査請求日】2018年6月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 健一

【審査官】 阿川 寛樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１５９０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／２０８７３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１５７１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０４５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 韓国登録特許第１０−１１８５３８０（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／０２９７， ８／０８−８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の主面を有し、内部にガス通路を有する柱状の支持体と、
該支持体の一方主面に、第１電極、希土類元素酸化物を含有する酸化物を主成分とする固体電解質層および第２電極がこの順に積層された素子部と、
前記支持体の長さ方向の一端部における前記一方主面側に設けられた、前記固体電解質層よりも強度の高い第１層と、
前記支持体の前記一方主面側であって幅方向の端部側において前記長さ方向に延びており、前記固体電解質層よりも強度が高く、前記第１層よりも幅が狭い第２層と、を有しており、
前記支持体は前記ガス通路と前記第１電極との間においてガス透過性を有し、
前記第２層は、前記第１層と離間している
セル。

【請求項2】

前記第２層は、前記第１層よりも前記幅方向における外側に位置する
請求項１に記載のセル。

【請求項3】

前記支持体は、前記一方主面と他方主面とを接続する一対の側面を有しており、
前記第２層は、前記側面まで延びている
請求項１又は請求項２に記載のセル。

【請求項4】

前記支持体の他方主面側であって幅方向の端部側において前記長さ方向に延びており、前記固体電解質層よりも強度が高く、前記第１層よりも幅が狭い第３層が設けられており、
該第３層は、前記側面まで延びており、前記第２層と前記支持体を介して対向している
請求項３に記載のセル。

【請求項5】

前記第２層および前記第３層は、前記側面に向かうに従って厚みが薄くなっている
請求項４に記載のセル。

【請求項6】

複数配列されており、互いに電気的に接続された請求項１乃至５のうちいずれかに記載されたセルを有する
セルスタック装置。

【請求項7】

請求項６に記載されたセルスタック装置と、
該セルスタック装置を収納する収納容器と、を有する
モジュール。

【請求項8】

請求項７に記載されたモジュールと、
該モジュールを動作させるための補機と、
前記モジュールおよび前記補機を収納する外装ケースと、を有する
モジュール収容装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、次世代エネルギーとして、燃料電池装置が種々提案されている。燃料電池装置は、セルスタック装置と、セルスタック装置を収容する収納容器とを有している。セルスタック装置は、電気的に直列に接続された複数個の固体酸化物形燃料電池セル（以下、単にセルということがある。）を有している。セルは、固体電解質層を燃料極と酸素極とで挟んだ構造を有している（例えば特許文献１参照）。

【0003】

また、特許文献１においては、セルの強度を向上させるために固体電解質層よりも強度の高い第１層が一方主面側の下端部に設けられている。また、固体電解質層よりも強度が高く第１層よりも幅が狭い第２層の下端部が、第１層の上端部に連結して設けられている（特許文献１の図３（ｆ）参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１４／２０８７３０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１においては、第２層の下端部が、第１層の上端部と接していることで、第１層または第２層自体の膨張・収縮により応力がかかり、特にこの接続部で破断するおそれがあった。

【0006】

本発明の目的は、長期信頼性の向上したセル、セルスタック装置、モジュール、およびモジュール収納装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のセルは、一対の主面を有し、内部にガス通路を有する柱状の支持体と、該支持体の一方主面に、第１電極、希土類元素酸化物を含有する酸化物を主成分とする固体電解質層および第２電極がこの順に積層された素子部と、前記支持体の長さ方向の一端部における前記一方主面側に設けられた、前記固体電解質層よりも強度の高い第１層と、前記支持体の前記一方主面側であって幅方向の端部側において前記長さ方向に延びており、前記固体電解質層よりも強度が高く、前記第１層よりも幅が狭い第２層と、を有しており、前記支持体は前記ガス通路と前記第１電極との間においてガス透過性を有し、前記第２層は、前記第１層と離間している。

【0008】

本発明のセルスタック装置は、複数配列されており、互いに電気的に接続された上記のセルを有する。

【0009】

本発明のモジュールは、上記のセルスタック装置と、該セルスタック装置を収納する収納容器と、を有する。

【0010】

本発明のモジュール収納装置は、上記のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機と、前記モジュールおよび前記補機を収納する外装ケースと、を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明のセルでは、長期信頼性の向上したセルとすることができる。このようなセルを用いたセルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置においても、長期信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】中空平板型のセルを示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は酸素極側から見た側面図である。

【図2】他の実施形態に係るセルの酸素極側から見た側面図である。

【図3】（ａ）〜（ｄ）は、セルの幅方向における端部側の拡大断面図である。

【図4】セルスタック装置の一例を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置の破線で囲った部分の一部を拡大して示す断面図である。

【図5】モジュールの一例を示す外観斜視図である。

【図6】モジュール収納装置の一部を省略して示す斜視図である。

【図7】本実施形態のセルの他の例を示すもので、酸素極側から見た側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１〜７を用いて、セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置について説明する。

【0014】

以下において、セルスタックを構成するセルとして固体酸化物形の燃料電池セルの例を用いて説明する。なお、同一構成については同一の符号を用いるものとする。

【0015】

図１は、中空平板型のセル１の一例を示すものであり、（ａ）はその横断面図、（ｂ）は酸素極側から見た側面図である。

【0016】

図１に示すセル１は、中空平板型で、断面が扁平状で、全体的に見て楕円筒状体（言い換えれば楕円柱状）をした導電性の支持体２を備えている。支持体２の内部には、適当な間隔で複数のガス通路２ａがセル１の長手方向Ｌに貫通しており、セル１は、この支持体２上に各種の部材が設けられた構造を有している。

【0017】

図１に示すセル１においては、図１（ａ）に示されている形状から理解されるように、支持体２は、互いに対向している一対の主面ｎと、一方主面と他方主面とを接続する一対の側面ｍとで構成されている。一方主面ｎ（下面）と両側の側面ｍを覆うように多孔質な燃料極（第１電極）３が配置されており、さらに、この燃料極３を覆うように、固体電解質層４が配置されている。固体電解質層４はガス遮断性を有するセラミックスからなり厚みは、４０μｍ以下、特には２０μｍ以下、さらには１５μｍ以下であることが発電性能向上という点から望ましい。

【0018】

図１に示すセル１においては、一方主面ｎ側であって固体電解質層４上に酸素極６が設けられている。酸素極６は燃料極３と固体電解質層４を介して対向している。

【0019】

酸素極６が積層されていない他方主面（上面）には、ガス遮断性を有する導電性セラミックスからなるインターコネクタ８が設けられている。

【0020】

すなわち、セル１においては、燃料極３、固体電解質層４は、一方主面（下面）から両端の弧状面ｍを経由して他方主面ｎ（上面）まで設けられており、固体電解質層４の左右両端部上に、インターコネクタ８の左右両端部が積層されて接合されている。

【0021】

また、ガス遮断性を有する固体電解質層４とインターコネクタ８とで支持体２を取り囲
み、内部を流通する燃料ガスが外部に漏出しないように構成されている。言い換えれば、固体電解質層４とインターコネクタ８とで、ガス遮断性を有する楕円筒状体を形成し、この楕円筒状体の内部が燃料ガス流路とされ、燃料極３に供給される燃料ガスと、酸素極６に供給される酸素含有ガスとが、楕円筒状体で遮断されている。

【0022】

具体的に説明すると、図示しないがインターコネクタ８が、支持体２の上端側から下端側に向けて延びるように設けられている。また、図１（ｂ）に示すように、平面形状が矩形状の酸素極６が、支持体２の上下端部を除いて支持体２の一方主面ｎに設けられている。

【0023】

ここで、セル１は、燃料極３と酸素極６とが固体電解質層４を介して対面している部分が発電の素子部として機能する。即ち、酸素極６の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持体２内のガス通路２ａに燃料ガス（水素含有ガス）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより発電する。そして、かかる発電によって生成した電流は、支持体２に設けられているインターコネクタ８を介して集電される。

【0024】

以下に、本実施形態のセルを構成する各部材について説明する。

【0025】

支持体２は、燃料ガスを燃料極３まで透過させるためにガス透過性であること、インターコネクタ８を介して集電を行うために導電性であることが要求されることから、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯと、無機酸化物、例えば特定の希土類元素酸化物とから成ることが好ましい。

【0026】

特定の希土類元素酸化物とは、支持体２の熱膨張係数を固体電解質層４の熱膨張係数に近づけるために使用されるものであり、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む希土類元素酸化物を、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとの組み合わせで使用することができる。このような希土類元素酸化物の具体例としては、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｔｍ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｐｒ_２Ｏ_３を例示することができ、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとの固溶、反応が殆どなく、また、熱膨張係数が固体電解質層４と同程度であり、かつ安価であるという点から、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３が好ましい。

【0027】

また、本実施形態においては、支持体２を導電性の支持体２とするにあたっては、良好な導電率を維持し、かつ熱膨張係数を固体電解質層４と近似させるという点で、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ：希土類元素酸化物＝３５：６５〜６５：３５の体積比で存在することが好ましい。

【0028】

なお、支持体２中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で、他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。

【0029】

また、支持体２は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、多孔質であり、通常、開気孔率が３０％以上、特に３５〜５０％の範囲にあることが好ましい。また、支持体２の導電率は、３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。

【0030】

なお、支持体２の平坦面ｎの長さ（支持体２の幅方向Ｗの長さ）は、例えば、１５〜３５ｍｍ、弧状面ｍの長さ（弧の長さ）は、２〜８ｍｍであり、支持体２の厚み（平坦面ｎ間の厚み）は１．５〜５ｍｍである。支持体２の長さは、例えば、１００〜３００ｍｍとされている。

【0031】

燃料極３は、電極反応を生じさせるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスにより形成することができる。例えば、希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ_２または希土類元素酸化物が固溶したＣｅＯ_２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。なお、希土類元素としては、支持体２において例示した希土類元素を用いることができ、例えばＹ_２Ｏ_３が固溶したＺｒＯ_２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。

【0032】

燃料極３中の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ_２または希土類元素酸化物が固溶しているＣｅＯ_２の含有量は、３５〜６５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉあるいはＮｉＯの含有量は、６５〜３５体積％であるのが好ましい。さらに、この燃料極３の開気孔率は、１５％以上、特に２０〜４０％の範囲にあるのが好ましく、その厚みは、１〜３０μｍであるのが好ましい。

【0033】

また、燃料極３は、酸素極６に対面する位置に設けられていればよいため、例えば酸素極６が設けられている支持体２の下側の平坦面ｎにのみ燃料極３が設けられていてもよい。すなわち、燃料極３は支持体２の下側の平坦面ｎにのみ設けられ、固体電解質層４が燃料極３表面、支持体２の両弧状面ｍ表面および燃料極３が設けられていない支持体２の上側の平坦面ｎ上に設けられた構造をしたものであってもよい。

【0034】

固体電解質層４は、上述したように、３〜１５モル％のＹ、Ｓｃ、Ｙｂ等の希土類元素酸化物が固溶した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ_２を主成分として含有することが好ましい。また、希土類元素としては、安価であるという点からＹが好ましい。固体電解質層４は、部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ_２からなるセラミックスに限定されるものではなく、従来、公知の、例えば、Ｇｄ、Ｓｍ等の希土類元素が固溶したセリア系や、ランタンガレード系の固体電解質層であっても良いことは勿論である。

【0035】

酸素極６としては、いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスにより形成することが好ましい。かかるペロブスカイト型酸化物としては、Ｌａを含有する遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＳｒとＬａが共存するＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物の少なくとも１種が好ましく、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＣｏＯ_３系酸化物が特に好ましい。なお、上記ペロブスカイト型酸化物においては、Ｂサイトに、ＣｏとともにＦｅやＭｎが存在しても良い。

【0036】

また、酸素極６は、ガス透過性を有する必要があり、従って、酸素極６を形成する導電性セラミックス（ペロブスカイト型酸化物）は、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。さらに、酸素極６の厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが好ましい。

【0037】

インターコネクタ８としては導電性セラミックスにより形成されている。燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、耐還元性、耐酸化性を有する導電性セラミックスとしては、例えば、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が使用され、特に支持体２および固体電解質層４の熱膨張係数に近づける目的から、ＢサイトにＭｇが存在するＬａＣｒＭｇＯ_３系酸化物が用いられる。インターコネクタ８材料は導電性セラミックスであればよく、特に限定されるものではない。

【0038】

また、インターコネクタ８の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、１０〜６０μｍであることが好ましい。この範囲ならばガスのリークを防止できるとともに、
電気抵抗を小さくできる。

【0039】

そして、図１に示す本実施形態のセル１では、支持体２における長さ方向の一端部（下端部）における一方主面側に第１層７ａが設けられており、固体電解質層４よりも強度が高い。セル１の一端部は、後述するように、ガスタンクに接合される根元部となる。よって、セル１の根元部を第１層７によって強化することで、ガスタンクに接合された場合において、クラック等の発生を抑制できる。

【0040】

また、図１に示すように、第２層７ｂは、支持体２の一方主面ｎ側であって幅方向の端部側において長さ方向に延びており、固体電解質層４よりも強度が高く、第１層７ａよりも幅が狭い。この第２層７ｂにより、セル１に反りの変形が生じることを抑制することができる。また、図１に示す例においては、第２層７ｂは支持体２の幅方向の両側に設けられているが、これに限らず、幅方向のいずれか一方に設けられていてもよい。また、図１に示す例においては、第２層７ｂは幅方向の端部側に単数で設けられているが、長さ方向において複数に分割されていてもよい。

【0041】

また、図１に示すように、第１層７ａおよび第２層７ｂは、双方とも固体電解質層４上に設けられている。

【0042】

第１層７ａ、第２層７ｂは、固体電解質層４の主成分と同じ酸化物であって希土類元素酸化物の含有量が異なる主成分を含んでいる。第１層７ａ、第２層７ｂを構成する材料は、例えば、希土類元素酸化物を含有するジルコニア系酸化物、希土類元素酸化物を含有するセリア系酸化物、ランタンガレード系酸化物等を用いることができる。

【0043】

ここで、例えば固体電解質層４を構成する材料が、希土類元素酸化物を含有するＺｒＯ_２を主成分とする場合には、第１層７ａ、第２層７ｂは固体電解質層４よりも希土類元素酸化物の含有量が少ないことが好ましい。一方、例えば、固体電解質層４を構成する材料が、希土類元素酸化物を含有するＣｅＯ_２を主成分とする場合には、第１層７ａ、第２層７ｂは固体電解質層４よりも希土類元素酸化物の含有量が多いことが好ましい。このような構成とすることにより、第１層７ａ、第２層７ｂの強度を、固体電解質層４よりも高くすることができる。ここで、主成分とは固体電解質層４や第１層７ａを構成する元素のうち、９０体積％以上を占める成分をいう。

【0044】

特には、固体電解質層４は部分安定化ジルコニア、例えば、７〜９モル％のＹ_２Ｏ_３が固溶したＺｒＯ_２を主成分とすることが、発電性能を向上させる点で望ましい。また、第１層７、第２の層７ｂとしては、希土類元素酸化物の含有量が、例えば、３〜５モル％のＹ_２Ｏ_３が固溶したＺｒＯ_２を主成分とすることが望ましい。

【0045】

なお、固体電解質層４と、第１層７ａおよび第２層７ｂとで、いずれの強度が高いかは、例えば、超微小硬度計を用いて、破断して鏡面出しをしたセル１において、固体電解質層４、第１層７ａおよび第２層７ｂが露出している部分に、圧子を同じ荷重で押し込み、その際の最大押し込み深さを測定して判別することができる。 ここで、第１層７ａの幅（セル１の幅方向Ｗの長さ）は、適宜設定することができるが、支持体２の一方主面ｎの幅と同じか、それより狭くてもよい。第１層７ａの長さは、セル１の長さによるが、発電領域を確保しつつ、セル１の強度を向上する観点で、例えば、支持体２の長さに対して３〜１０％程度とすることができる。

【0046】

また、第２層７ｂの幅は、第１層７ａよりも狭い。第２層７ｂの幅は、セル１の幅にもよるが、発電領域を確保しつつ、セル１の強度を向上する観点で、例えば、支持体２の幅に対して５〜１５％程度とすることができる。第２層７ｂの長さは、酸素極６の長さと同
程度であればよい。

【0047】

また、第１層７ａおよび第２層７ｂの厚みは、さらに強度を向上する観点で、固体電解質層４の厚みよりも厚くすることが好ましい。それゆえ、例えば、第１層７ａおよび第２層７ｂの厚みは、固体電解質層４の厚みが３０μｍより薄いのに対して、３０〜１００μｍとすることができる。

【0048】

ところで、第２層７ｂの下端部が、第１層７ａの上端部と接続されている場合、特には第１層７ａと第２層７ｂとが一体化されている場合には、第１層７ａまたは第２層７ｂ自体が熱膨張・熱収縮することにより、第２層７ｂの下端部における幅方向の内側の角部に応力が集中しやすくなっていた。よって、第２層７ｂの下端部において破断が生じやすかった。第２層７ｂが破断すると、固体電解質層４にも破断が伝播しやすくなるので、長期信頼性が低下するおそれがあった。

【0049】

それゆえ、本実施形態においては、第２層７ｂは、第１層７ａと離間している。この構成により、第１層７ａまたは第２層７ｂ自体が熱膨張・熱収縮した場合であっても、第２層７ｂの下端部における幅方向の内側の角部に応力が集中することを抑制できる。従って、第２層７ｂの下端部に破断が生じにくくなる。それゆえ、長期信頼性を向上させることができる。

【0050】

図２、図３を用いて、セルの他の実施形態について説明する。図２は、他の実施形態に係るセルの酸素極側から見た側面図である。

【0051】

図２に示す例においては、第２層７ｂは、第１層７ａよりも幅方向における外側に位置している。この構成により、第２層７ｂは、幅方向の外側に寄っているので、固体電解質層４上における酸素極６の形成面積を広く確保することができる。従って、セル１の発電性能を向上させることができる。

【0052】

なお、「第２層７ｂが、第１層７ａよりも幅方向における外側に位置する」とは、第２層７ｂの外側の辺が、第１層７ａの外側の辺よりも幅方向における外側に位置する、ことを意味している。

【0053】

図３（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、セルの幅方向における端部側の拡大断面図である。図３（ａ）に示す例においては、支持体２は、一方主面ｎと他方主面ｎとを接続する一対の側面ｍを有しており、第２層７ｂは、側面ｍ側まで延びている。この構成により、強度の高い第２層７ｂによって、破損しやすい固体電解質層４の側面ｍ側を部分的に覆うことができる。従って、固体電解質層４の破断を抑制することができる。

【0054】

図３（ｂ）に示す例においては、第２層７ｂは、側面ｍを経て他方主面ｎ側まで延びている。この例においては、第２層７ｂが、固体電解質層４の側面ｍ側全体を覆っている。この構成により、固体電解質層４の破断を更に抑制することができる。

【0055】

図３（ｃ）に示す例においては、支持体２の他方主面ｎ側であって幅方向の端部側において長さ方向に延びており、固体電解質層４よりも強度が高く、第１層７ａよりも幅が狭い第３層７ｃが設けられており、第３層７ｃは、側面ｍ側まで延びており、第２層７ｂと支持体２を介して対向している。この構成により、第３層７ｃによっても固体電解質層４の側面ｍ側を覆うことができるので、固体電解質層４の破断を抑制することができる。なお、第３層７ｃの材料は、第１層７ａ、第２層７ｂと同様とすればよい。

【0056】

図３（ｄ）に示す例においては、第２層７ｂおよび第３層７ｃは、側面ｍ側に向かうに
従って厚みが薄くなっている。この構成により、第２層７ｂおよび第３層７ｃが製造工程において焼成収縮する際に、厚みが薄くなっている部分に向かって、第２層７ｂおよび第３層７ｃから固体電解質層４に応力が加えられる。従って、側面ｍ上における固体電解質層４に、圧縮応力が加えられる。よって、固体電解質層４の強度が向上し、破断しにくくなる。

【0057】

以上説明した本実施形態のセル１の作製方法の一例について説明する。

【0058】

先ず、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ粉末と、Ｙ_２Ｏ_３などの希土類元素酸化物の粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して坏土を調製し、この坏土を用いて押出成形により支持体成形体を作製し、これを乾燥する。なお、支持体成形体として、支持体成形体を９００〜１０００℃にて２〜６時間仮焼した仮焼体を用いてもよい。

【0059】

次に、例えば所定の調合組成に従い、ＮｉＯと、Ｙ_２Ｏ_３が固溶したＺｒＯ_２（ＹＳＺ）との素原料を秤量、混合する。この後、混合した粉体に、有機バインダーおよび溶媒を混合して燃料極用スラリーを調製する。

【0060】

そして、希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ_２粉末に、トルエン、バインダー粉末（下記、ＺｒＯ_２粉末に付着させるバインダー粉末よりも高分子、例えばアクリル系樹脂）、市販の分散剤等を加えてスラリー化したものをドクターブレード等の方法により、成形してシート状の固体電解質層成形体を作製する。

【0061】

得られたシート状の固体電解質層成形体上に燃料極用スラリーを塗布し乾燥して燃料極成形体を形成し、シート状の積層成形体を形成する。この燃料極成形体および固体電解質層成形体が積層したシート状の積層成形体の燃料極成形体側の面を支持体成形体に積層し、成形体を形成する。

【0062】

続いて、上記の積層成形体を８００〜１２００℃で２〜６時間仮焼する。

【0063】

続いて、上述の固体電解質層成形体用のスラリーよりも希土類元素酸化物の固溶量が少ないＺｒＯ_２粉末とバインダー粉末等を用いて第１層および第２層用のスラリーを作製し、固体電解質層成形体（仮焼体）に、これらのスラリーを図１で示すような形状で塗布し、乾燥させる。

【0064】

続いて、インターコネクタ材料（例えば、ＬａＣｒＭｇＯ_３系酸化物粉末）、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを作製し、固体電解質成形体（仮焼体）の両端部上に、インターコネクタ用成形体の両端部が積層されるように、インターコネクタ用スラリーを塗布し、積層成形体を作製する。

【0065】

次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、酸素含有雰囲気中、１４００〜１４５０℃にて２〜６時間、同時焼結（同時焼成）する。

【0066】

さらに、酸素極用材料（例えば、ＬａＣｏＯ_３系酸化物粉末）、溶媒および増孔剤を含有するスラリーをディッピング等により固体電解質層上に塗布し、１０００〜１３００℃で、２〜６時間焼き付けることにより、図１に示す構造の本実施形態のセル１を製造できる。

【0067】

図４は、上述したセル１の複数個を、導電部材１３を介して電気的に直列に接続して構成されたセルスタック装置の一例を示したものであり、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置の一部拡大断面図であり、（ａ）で
示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、（ｂ）において（ａ）で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示している。

【0068】

なお、セルスタック装置においては、各セル１を、導電部材１３を介して配列することでセルスタック１２を構成しており、各セル１の下端部が、セル１に燃料ガスを供給するためのガスタンク１６に、ガラスシール材等の絶縁性の接合材１７により固定されている。また、ガスタンク１６に下端部が固定された弾性変形可能な端部導電部材１４により、セル１の配列方向の両端から、セルスタック１２を挟持している。

【0069】

また、図４に示す端部導電部材１４においては、セル１の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック１２（セル１）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部１５が設けられている。

【0070】

図５は、セルスタック装置を収納容器内に収納してなるモジュールである燃料電池モジュール１８の一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器１９の内部に、図４に示したセルスタック装置を収納して構成されている。

【0071】

なお、セル１にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器２０をセルスタック１２の上方に配置している。そして、改質器２０で生成された燃料ガスは、ガス流通管２１を介してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６を介してセル１の内部に設けられたガス通路２ａに供給される。

【0072】

なお、図５においては、収納容器１９の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置および改質器２０を後方に取り出した状態を示している。図５に示したモジュール１８においては、セルスタック装置を、収納容器１９内にスライドして収納することが可能である。なお、セルスタック装置は、改質器２０を含むものとしても良い。

【0073】

また収納容器１９の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材２２は、図５においてはガスタンク１６に並置された一対のセルスタック１２の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れに合わせて、セル１の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、セル１の下端部に酸素含有ガスを供給する。そして、セル１のガス通路２ａより排出される燃料ガスを酸素含有ガスと反応させてセル１の上端部側で燃焼させることにより、セル１の温度を上昇させることができ、セルスタック装置の起動を早めることができる。また、セル１の上端部側にて、セル１のガス通路２ａから排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、セル１（セルスタック１２）の上方に配置された改質器２０を温めることができる。それにより、改質器２０で効率よく改質反応を行うことができる。

【0074】

さらに、本実施形態のモジュール１８では、上述したセル１を用いたセルスタック装置を収納容器１９内に収納してなることから、長期信頼性が向上したモジュール１８とすることができる。

【0075】

図６は、外装ケース内に図５で示したモジュール１８と、セルスタック装置を動作させるための補機とを収納してなるモジュール収納装置である燃料電池装置の一例を示す斜視図である。なお、図６においては一部構成を省略して示している。

【0076】

図６に示すモジュール収納装置２３は、支柱２４と外装板２５とから構成される外装ケース内を仕切板２６により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール１８を収納するモジュール収納室２７とし、下方側をモジュール１８を動作させるための補機類を収納
する補機収納室２８として構成されている。なお、補機収納室２８に収納する補機類は省略して示している。

【0077】

また、仕切板２６には、補機収納室２８の空気をモジュール収納室２７側に流すための空気流通口２９が設けられており、モジュール収納室２７を構成する外装板２５の一部に、モジュール収納室２７内の空気を排気するための排気口３０が設けられている。

【0078】

このようなモジュール収納装置２３においては、上述したように、長期信頼性を向上することができるモジュール１８をモジュール収納室２７に収納して構成されることにより、長期信頼性の向上したモジュール収納装置２３とできる。

【0079】

なお、上述の例のほか、例えば、支持体上に酸素極６、固体電解質層４、燃料極３を配置したセルであっても良い。

【0080】

さらに、上記形態では燃料電池セル、セルスタック装置、燃料電池モジュールならびに燃料電池装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気（水）を電気分解することにより、水素と酸素（Ｏ_２）を生成するセル（電解セル、ＳＯＥＣ）およびこのセルを備えるセルスタック装置、モジュールならびにモジュール収納装置にも適用することができる。

【0081】

図７は、本実施形態のセルの他の例を示すもので、酸素極側から見た側面図である。図７において、支持体２における長さ方向の他端部の一方主面側に第４層７ｄが設けられている。なお、第２層７ｂは第４層７ｂとも離間していることで、第２層７ｂの他端部（上端部）が破断することを抑制できる。ここで、第４層７ｄの材料は第１層７ａと同様である。この構成によれば、セル１００の他端部側においても、一端部側と同様に、固体電解質層４を保護し長期信頼性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0082】

１、１００：セル
２：支持体
２ａ：ガス通路
３：第１電極（燃料極）
４：固体電解質層
６：第２電極（酸素極）
７ａ：第１層
７ｂ：第２層
７ｃ：第３層
７ｄ：第４層
８：インターコネクタ
１８：モジュール（燃料電池モジュール）
２３：モジュール収納装置（燃料電池装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】