特開 2023-127629 粉末ペースト

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023127629

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】粉末ペースト

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/86 20060101AFI20230907BHJP

   H01M 8/0202 20160101ALI20230907BHJP

   H01M 8/0271 20160101ALI20230907BHJP

   H01M 8/124 20160101ALI20230907BHJP

   B22F 9/00 20060101ALI20230907BHJP

   B22F 1/10 20220101ALI20230907BHJP

   B22F 1/12 20220101ALI20230907BHJP

   C22C 1/05 20230101ALI20230907BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20230907BHJP

【ＦＩ】

H01M4/86 T

H01M8/0202

H01M8/0271

H01M8/124

B22F9/00 B

B22F1/10

B22F1/12

C22C1/05 A

H01M8/12 102A

H01M8/12 101

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022031429

(22)【出願日】2022-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】519322392

【氏名又は名称】森村ＳＯＦＣテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001911

【氏名又は名称】弁理士法人アルファ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 千栄

(72)【発明者】

【氏名】西脇 英樹

(72)【発明者】

【氏名】和田 匡央

【テーマコード（参考）】

4K017

4K018

5H018

5H126

【Ｆターム（参考）】

4K017AA08

4K017BA02

4K017BA03

4K018AA02

4K018AA11

4K018AB01

4K018BA01

4K018BA05

4K018BD04

4K018KA38

5H018AA06

5H018BB06

5H018BB08

5H018EE13

5H018HH01

5H018HH05

5H126AA06

5H126AA13

5H126AA14

5H126DD05

5H126EE11

(57)【要約】

【課題】粉末ペーストの経時的な粘度変化を制する。
【解決手段】粉末ペーストは、粉末と、有機高分子と、有機溶媒とを含む。粉末ペーストに含まれる粉末のＤ１０は、０．０１μｍ以上、２．０μｍ以下である。粉末ペーストに含まれる有機溶媒は、異性体混合物を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末と、有機高分子と、有機溶媒と、を含む粉末ペーストにおいて、
前記粉末のＤ１０は、０．０１μｍ以上、２．０μｍ以下であり、
前記有機溶媒は、異性体混合物を含む、
ことを特徴とする粉末ペースト。

【請求項2】

請求項１に記載の粉末ペーストにおいて、
前記有機溶媒は、１０質量％以上の含有量で前記異性体混合物を含む、
ことを特徴とする粉末ペースト。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の粉末ペーストにおいて、さらに、
０．１質量％以上、５．０質量％以下の含有量で水分を含む、
ことを特徴とする粉末ペースト。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の粉末ペーストにおいて、
前記粉末ペーストは、電気化学セルの作製に用いられる粉末ペーストである、
ことを特徴とする粉末ペースト。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の粉末ペーストにおいて、
前記異性体混合物は、テルピネオールの異性体混合物と、ブタノールの異性体混合物と、キシレンの異性体混合物と、の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする粉末ペースト。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の粉末ペーストにおいて、
前記有機高分子は、セルロース系樹脂と、ブチラール系樹脂と、アクリル系樹脂と、エポキシ系樹脂と、フェノール系樹脂と、エチレン系樹脂と、アミド系樹脂と、の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする粉末ペースト。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の粉末ペーストにおいて、
前記粉末は、導電性粉末と、絶縁性粉末と、イオン伝導性粉末と、の少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする粉末ペースト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書によって開示される技術は、粉末ペーストに関する。

【背景技術】

【0002】

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という。）が知られている。ＳＯＦＣは、一般に、所定の方向に並べて配置された複数の発電単位を備える燃料電池スタックの形態で利用される。

【0003】

発電単位は、発電の最小単位であり、単セルと、セパレータと、インターコネクタとを備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで互いに対向する空気極および燃料極とを含む。電解質層と空気極との間には、高抵抗物質の生成を抑制するための中間層が設けられることがある。セパレータは、空気極に面する空気室と燃料極に面する燃料室とを区画するための部材であり、例えば単セルの周縁部にロウ付けにより接合される。セパレータと単セルとの接合箇所には、空気室と燃料室との間のガスのリーク（クロスリーク）を抑制するために、ガラスシール部が設けられることがある。インターコネクタは、発電単位間の電気的導通を確保すると共に、発電単位間での反応ガスの混合を防止するための部材であり、例えば空気極の表面に、導電性酸化物である接合部を介して接合される。

【0004】

燃料電池スタックを構成する各部材が、粉末と有機高分子と有機溶媒とを含む粉末ペーストを用いて形成されることがある（例えば、特許文献１参照）。例えば、空気極および燃料極は、導電性粉末（例えば、それぞれＬＳＣＦ粉末およびＮｉとＹＳＺとの混合粉末）を含む粉末ペーストを焼成した焼成体により形成されることがあり、電解質層および中間層は、イオン伝導性粉末（例えば、それぞれＹＳＺ粉末およびＧＤＣ粉末）を含む粉末ペーストを焼成した焼成体により形成されることがあり、インターコネクタと空気極とを接合する接合部は、導電性粉末（例えば、ＭｎＣｏ系スピネル型酸化物粉末）を含む粉末ペーストを焼成した焼成体により形成されることがある。また、単セルとセパレータとをロウ付け接合する接合部は、導電性粉末（例えば、Ａｇ粉末）を含む粉末ペーストに対する熱処理により形成されることがある。また、ガラスシール部は、絶縁性粉末（ガラス）を含む粉末ペーストを溶融させた後に硬化させることにより形成されることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－７８０３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

粉末ペーストは、作製後、使用されるまでの間、常温（例えば、５℃超、３５℃以下）または低温（例えば、－３０℃超、５℃以下）で保管されることがある。従来の粉末ペーストは、常温または低温で保管される際に、経時的に粘度が変化するという課題がある。粉末ペーストの経時的な粘度変化が大きいと、粉末ペーストを使用する際の成膜条件や熱処理条件等の管理が難しくなり、粉末ペーストを用いて一定の品質の部材を形成することが難しくなる。また、粉末ペーストの経時的な粘度変化が過大となると、該粉末ペーストを廃棄せざるを得ないことがあり、資源の有効活用やコスト低減の観点で問題がある。

【0007】

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という。）を構成する各部材の形成に用いられる粉末ペーストにも共通の課題である。また、このような課題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの燃料電池または電解セル（以下、燃料電池および電解セルをまとめて「電気化学セル」という。）を構成する各部材の形成に用いられる粉末ペーストにも共通の課題である。さらに、このような課題は、電気化学セルを構成する部材の形成に用いられる粉末ペーストに限らず、粉末と有機高分子と有機溶媒とを含む粉末ペースト一般に共通の課題である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

【0009】

（１）本明細書に開示される粉末ペーストは、粉末と、有機高分子と、有機溶媒とを含み、前記粉末のＤ１０は、０．０１μｍ以上、２．０μｍ以下であり、前記有機溶媒は、異性体混合物を含む。

【0010】

本粉末ペーストに含まれる粉末は、Ｄ１０の値が過度に小さくないため、粒径の小さい粒子が比較的少ない粉末である。そのため、粉末ペーストを保管する際に、粒径の小さい粒子の凝集や沈降に起因する粉末ペーストの粘度変化を抑制することができる。

【0011】

また、粉末ペーストを常温保管する際には、粉末ペースト表面から溶媒が徐々に蒸発し、溶媒中に分散していた粒子や溶媒中に溶解していた固形物が析出する。また、粉末ペーストを冷蔵保管または冷凍保管するために冷却する際には、粉末ペースト中の溶媒が固化し、溶媒中に分散していた粒子や溶媒中に溶解していた固形物が析出する。また、冷蔵保管または冷凍保管後、粉末ペーストを使用するために常温に戻す際には、粉末ペースト中の溶媒が融解し、析出していた粒子や固形物が再度、溶媒中に分散または溶解する。本粉末ペーストは、異性体混合物を含む有機溶媒を含むため、異性体混合物を含まない有機溶媒と比較して、溶媒が蒸発する温度範囲が広く、かつ、溶媒が固化する温度範囲が広い。そのため、粉末ペーストを保管する際に、溶媒の蒸発速度が低下し、あるいは、溶媒の固化速度が低下し、溶媒の蒸発や固化に伴う粒子や固形物の析出速度が低下して、該粒子や固形物の沈降や凝集に起因する粉末ペーストの粘度変化を抑制することができる。また、本粉末ペーストは、異性体混合物を含む有機溶媒を含むため、異性体混合物を含まない有機溶媒と比較して、溶媒が融解する温度範囲が広い。そのため、冷蔵保管または冷凍保管後、粉末ペーストを使用するために常温に戻す際に、溶媒の融解速度が低下し、溶媒の融解に伴う粒子や固形物の分散または溶解速度が低下して、該粒子や固形物が沈降または凝集したまま残ることに起因する粉末ペーストの粘度変化を抑制できる。

【0012】

以上のことから、本粉末ペーストによれば、粉末ペーストの経時的な粘度変化を抑制することができる。

【0013】

（２）上記粉末ペーストにおいて、前記有機溶媒は、１０質量％以上の含有量で前記異性体混合物を含む構成としてもよい。このような構成を採用すれば、有機溶媒に含まれる異性体混合物の存在により、粒子や固形物の析出速度等を効果的に低下させることができ、該粒子や固形物の沈降や凝集に起因する粉末ペーストの経時的な粘度変化を効果的に抑制することができる。

【0014】

（３）上記粉末ペーストにおいて、さらに、０．１質量％以上、５．０質量％以下の含有量で水分を含む構成としてもよい。このような構成を採用すれば、粉末ペースト中の水分が粉末や有機重合体と水和することによって粉末ペーストの分散性が向上し、粉末ペースト中の粒子の凝集や沈降による粉末ペーストの経時的な粘度変化を効果的に抑制することができる。

【0015】

（４）上記粉末ペーストにおいて、前記粉末ペーストは、電気化学セルの作製に用いられる粉末ペーストである構成としてもよい。このような構成を採用すれば、電気化学セルの作製用の粉末ペーストについて、経時的な粘度変化を抑制することができる。

【0016】

（５）上記粉末ペーストにおいて、前記異性体混合物は、テルピネオールの異性体混合物と、ブタノールの異性体混合物と、キシレンの異性体混合物と、の少なくとも１つを含む構成としてもよい。このような構成を採用すれば、粉末ペーストの経時的な粘度変化を効果的に抑制することができる。

【0017】

（６）上記粉末ペーストにおいて、前記有機高分子は、セルロース系樹脂と、ブチラール系樹脂と、アクリル系樹脂と、エポキシ系樹脂と、フェノール系樹脂と、エチレン系樹脂と、アミド系樹脂と、の少なくとも１つを含む構成としてもよい。このような構成を採用すれば、粉末ペーストの経時的な粘度変化を効果的に抑制することができる。

【0018】

（７）上記粉末ペーストにおいて、前記粉末は、導電性粉末と、絶縁性粉末と、イオン伝導性粉末と、の少なくとも１つを含む構成としてもよい。このような構成を採用すれば、導電性粉末ペースト、絶縁性粉末ペーストまたはイオン伝導性粉末ペーストについて、経時的な粘度変化を抑制することができる。

【0019】

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、粉末ペースト、粉末ペーストの製造方法等の形態で実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図

【図2】図１のＩＩ－ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図

【図3】図１のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図

【図4】図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図

【図5】図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図

【図6】性能評価結果を示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0021】

Ａ．実施形態：
Ａ－１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。

【0022】

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。

【0023】

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ軸方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。

【0024】

各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿通されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。

【0025】

各ボルト２２の軸部の外径は各連通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｂ）と、そのボルト２２Ｂが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。

【0026】

また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２に供給する燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿通された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。

【0027】

燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図２に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス導入マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。

【0028】

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。

【0029】

（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。

【0030】

図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ軸方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。

【0031】

インターコネクタ１５０は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。

【0032】

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。単セル１１０は、さらに、電解質層１１２と空気極１１４との間に配置された中間層１８０を備える。本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４、中間層１８０）を支持する燃料極支持形の単セルである。

【0033】

電解質層１１２は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等のイオン伝導性を有する固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、導電性のペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）とセラミック粒子からなるサーメットにより形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。

【0034】

中間層１８０は略矩形の平板形状部材であり、例えば、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ＬＤＣ（ランタンドープセリア）、ＹＤＣ（イットリウムドープセリア）等のイオン伝導性を有する固体酸化物により形成されている。中間層１８０は、空気極１１４から拡散した元素（例えば、Ｓｒ）が電解質層１１２に含まれる元素（例えば、Ｚｒ）と反応して高抵抗な物質（例えば、ＳｒＺｒＯ_３）の層が生成されることを抑制する。

【0035】

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画される。

【0036】

セパレータ１２０における孔１２１付近には、ガラスを含む絶縁性のガラスシール部１２５が配置されている。ガラスシール部１２５は、接合部１２４に対して空気室１６６側に位置しており、セパレータ１２０の貫通孔周囲部の表面と、単セル１１０（本実施形態では電解質層１１２）の表面とにわたって配置されている。ガラスシール部１２５により、単セル１１０とセパレータ１２０との間がシールされ、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリーク（クロスリーク）が効果的に抑制される。

【0037】

空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３とが形成されている。

【0038】

燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３とが形成されている。

【0039】

燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。

【0040】

空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形状の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形状の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の集電体要素１３５が空気極側集電体１３４として機能する。

【0041】

空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）の表面は、導電性のコート１３６によって覆われている。コート１３６は、例えば、スピネル型酸化物（例えば、Ｍｎ_１．５Ｃｏ_１．５Ｏ_４やＭｎＣｏ_２Ｏ_４、ＺｎＣｏ_２Ｏ_４、ＺｎＭｎ_２Ｏ_４、ＺｎＭｎＣｏＯ_４、ＣｕＭｎ_２Ｏ_４）により形成されている。なお、上述したように、本実施形態では、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）とインターコネクタ１５０とが一体の部材として形成されているため、実際には、空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）の表面の内、インターコネクタ１５０との境界面はコート１３６により覆われていない一方、インターコネクタ１５０の表面の内、少なくとも酸化剤ガスＯＧが流れるガス流路に面する表面（例えば、インターコネクタ１５０における空気極１１４側の表面）はコート１３６により覆われている。

【0042】

空気極１１４と空気極側集電体１３４（集電体要素１３５）とは、導電性を有する接合部１３８により接合されている。接合部１３８は、例えば、スピネル型酸化物（例えば、Ｍｎ_１．５Ｃｏ_１．５Ｏ_４やＭｎＣｏ_２Ｏ_４、ＺｎＣｏ_２Ｏ_４、ＺｎＭｎ_２Ｏ_４、ＺｎＭｎＣｏＯ_４、ＣｕＭｎ_２Ｏ_４）により形成されている。接合部１３８により、空気極１１４と空気極側集電体１３４とが電気的に接続される。

【0043】

Ａ－２．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図４に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３および図５に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。

【0044】

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。

【0045】

各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２および図４に示すように、酸化剤ガス排出連通孔１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３および図５に示すように、燃料ガス排出連通孔１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。

【0046】

Ａ－３．燃料電池スタック１００の構成部材の形成のための粉末ペースト：
次に、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各部材の形成に用いられる粉末ペーストについて説明する。本実施形態の燃料電池スタック１００の構成部材の少なくとも１つである特定部材は、粉末ペーストを用いて形成されている。特定部材は、空気極１１４と、燃料極１１６と、電解質層１１２と、中間層１８０と、インターコネクタ１５０と空気極１１４とを接合する接合部１３８と、セパレータ１２０と単セル１１０とをロウ付け接合する接合部１２４と、ガラスシール部１２５との少なくとも１つである。

【0047】

例えば、空気極１１４が特定部材である場合、空気極１１４の原料である導電性粉末を含む粉末ペースト（導電性ペースト）を作製し、該導電性ペーストを電解質層１１２の表面に例えばスクリーン印刷によって塗布することによって塗膜を形成し、該塗膜を乾燥させた後、所定の温度（例えば、１１００℃程度）で焼成することにより、空気極１１４が形成される。また、燃料極１１６が特定部材である場合、燃料極１１６の原料である導電性粉末を含む粉末ペースト（導電性ペースト）を作製し、該導電性ペーストを例えばドクターブレード法により薄膜化して所定の厚さの燃料極用グリーンシートを作製し、該グリーンシートを脱脂した後、所定の温度（例えば１３５０℃程度）で焼成することにより、燃料極１１６が形成される。また、電解質層１１２が特定部材である場合、電解質層１１２の原料であるイオン伝導性粉末を含む粉末ペースト（イオン伝導性ペースト）を作製し、該イオン伝導性ペーストを例えばドクターブレード法により薄膜化して所定の厚さの電解質層用グリーンシートを作製し、該グリーンシートを脱脂した後、所定の温度（例えば１３５０℃程度）で焼成することにより、電解質層１１２が形成される。また、中間層１８０が特定部材である場合、中間層１８０の原料であるイオン伝導性粉末を含む粉末ペースト（イオン伝導性ペースト）を作製し、該イオン伝導性ペーストを例えばドクターブレード法により薄膜化して所定の厚さの中間層用グリーンシートを作製し、該グリーンシートを脱脂した後、所定の温度（例えば１２００℃程度）で焼成することにより、中間層１８０が形成される。また、インターコネクタ１５０と空気極１１４とを接合する接合部１３８が特定部材である場合、接合部１３８の原料である導電性粉末を含む粉末ペースト（導電性ペースト）を作製し、該導電性ペーストをインターコネクタ１５０および／または空気極１１４の表面に塗布することによって塗膜を形成し、該塗膜を乾燥させた後、所定の温度（例えば、８５０℃程度）で焼成することにより、接合部１３８が形成される。

【0048】

また、セパレータ１２０と単セル１１０とをロウ付け接合する接合部１２４が特定部材である場合、接合部１２４の原料である導電性粉末を含む粉末ペースト（導電性ペースト）を作製し、該導電性ペーストを接合箇所に塗布することによって塗膜を形成し、該塗膜を所定の温度（例えば、１１００℃程度）で加熱することにより、ロウ付け部としての接合部１２４が形成される。

【0049】

また、ガラスシール部１２５が特定部材である場合、ガラスシール部１２５の原料である絶縁性粉末を含む粉末ペースト（絶縁性ペースト）を作製し、該絶縁性ペーストをシール箇所に塗布することによって塗膜を形成し、該塗膜を所定の温度（例えば、８００℃程度）で加熱して溶融させた後、硬化させることにより、ガラスシール部１２５が形成される。

【0050】

なお、粉末ペーストは、作製後、使用されるまでの間、常温保管（例えば、５℃超、３５℃以下）、冷蔵保管（例えば、－１５℃超、５℃以下）、または冷凍保管（例えば、－３０℃超、－１５℃以下）されることがある。

【0051】

本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各部材の形成に用いられる粉末ペーストは、粉末と、ビヒクルとを含む。

【0052】

粉末ペーストに含まれる粉末は、該粉末ペーストにより形成される部材の原料粉末であり、例えば、導電性粉末、絶縁性粉末、イオン伝導性粉末が挙げられる。空気極１１４の形成に用いられる粉末ペーストは、例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ、ＬＮＦ等の導電性粉末を含み、燃料極１１６の形成に用いられる粉末ペーストは、例えばＮｉとＹＳＺとの混合粉末等の導電性粉末を含み、電解質層１１２の形成に用いられる粉末ペーストは、例えばＹＳＺ等のイオン伝導性粉末を含み、中間層１８０の形成に用いられる粉末ペーストは、例えばＧＤＣ等のイオン伝導性粉末を含み、ガラスシール部１２５の形成に用いられる粉末ペーストは、ガラス等の絶縁性粉末を含み、セパレータ１２０と単セル１１０とをロウ付け接合する接合部１２４の形成に用いられる粉末ペーストは、例えばＡｇ等の導電性粉末を含み、インターコネクタ１５０と空気極１１４とを接合する接合部１３８の形成に用いられる粉末ペーストは、例えばＭｎＣｏ系のスピネル型酸化物等の導電性粉末を含む。

【0053】

粉末ペーストに含まれる粉末のＤ１０は、０．０１μｍ以上、２．０μｍ以下である。すなわち、粉末ペーストに含まれる粉末は、粒径が比較的小さい粒子の割合が少ない粉末である。粉末のＤ１０は、０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下であることがより好ましい。また、粉末のＤ９０は、０．１μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。すなわち、粉末ペーストに含まれる粉末は、粒径が比較的大きい粒子の割合が少ない粉末であることが好ましい。

【0054】

なお、粉末ペーストに含まれる粉末の粒度分布（Ｄ１０、Ｄ９０等）は、以下の方法により測定することができる。まず、粉末ペーストを溶媒(アセトン等)により希釈する。溶剤で希釈した粉末ペーストに粒度分布測定装置のレーザーを照射し、回折・散乱光の強度分布パターンが得られるようになるまで、適宜希釈する。その後、粒度分布測定装置により、希釈した粉末ペーストにおける粉末の粒度分布を測定する。

【0055】

粉末ペーストに含まれるビヒクルは、有機高分子を有機溶媒に溶解させたものである。そのため、粉末ペーストは、粉末と、有機高分子と、有機溶媒とを含む、と換言することができる。なお、本実施形態の粉末ペーストは、粉末とビヒクルとを含む結果、有機高分子および有機溶媒を含んでいるが、必ずしも粉末ペーストに含まれる有機高分子および有機溶媒がビヒクル由来である必要はない。

【0056】

粉末ペーストに含まれる有機高分子は、いわゆるバインダであり、例えば、セルロース系樹脂と、ブチラール系樹脂と、アクリル系樹脂と、エポキシ系樹脂と、フェノール系樹脂と、エチレン系樹脂と、アミド系樹脂と、の少なくとも１つを含む。

【0057】

粉末ペーストに含まれる有機溶媒は、異性体混合物を含む。異性体混合物は、例えば、テルピネオールの異性体混合物と、ブタノールの異性体混合物と、キシレンの異性体混合物と、の少なくとも１つを含む。例えば、テルピネオールとしては、α（アルファ）、β（ベータ）、γ（ガンマ）、δ（デルタ）の４つの異性体が存在する。テルピネオールの異性体混合物は、これら４つの異性体のうちの少なくとも２つの異性体から構成される混合物である。他の材料の異性体混合物についても同様である。有機溶媒における異性体混合物の含有量は、１０質量％以上であることが好ましい。

【0058】

なお、各種クロマトグラフを用いた分離分析、定量分析と、赤外線分光分析・核磁気共鳴分析・質量分析・元素分析等による構造解析により、粉末ペースト中の有機化合物（有機高分子や有機溶媒）を同定することができる。

【0059】

粉末ペーストは、さらに水分を含んでいてもよい。粉末ペーストが水分を含む場合、その含有量は、０．１質量％以上、５．０質量％以下であることが好ましい。粉末ペーストに含まれる水分は、粉末ペーストに含まれる粉末の表面に吸着した水分であってもよいし、粉末ペーストの作製時に添加された水であってもよい。なお、粉末ペースト中の水分量は、カールフィッシャー測定法（加熱温度３００℃）により測定することができる。

【0060】

粉末ペーストは、必要に応じて、他の成分、例えば、分散剤、可塑剤、増粘剤、界面活性剤等を含んでいてもよい。

【0061】

Ａ－４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の粉末ペーストは、粉末と、有機高分子と、有機溶媒とを含む。粉末ペーストに含まれる粉末のＤ１０は、０．０１μｍ以上、２．０μｍ以下である。粉末ペーストに含まれる有機溶媒は、異性体混合物を含む。

【0062】

このように、本実施形態の粉末ペーストに含まれる粉末は、Ｄ１０の値が過度に小さくないため、粒径の小さい粒子が比較的少ない粉末である。そのため、粉末ペーストを保管する際に、粒径の小さい粒子の凝集や沈降に起因する粉末ペーストの粘度変化を抑制することができる。

【0063】

また、粉末ペーストを常温保管する際には、粉末ペースト表面から溶媒が徐々に蒸発し、溶媒中に分散していた粒子や溶媒中に溶解していた固形物が析出する。また、粉末ペーストを冷蔵保管または冷凍保管するために冷却する際には、粉末ペースト中の溶媒が固化し、溶媒中に分散していた粒子や溶媒中に溶解していた固形物が析出する。また、冷蔵保管または冷凍保管後、粉末ペーストを使用するために常温に戻す際には、粉末ペースト中の溶媒が融解し、析出していた粒子や固形物が再度、溶媒中に分散または溶解する。本実施形態の粉末ペーストは、異性体混合物を含む有機溶媒を含むため、異性体混合物を含まない有機溶媒と比較して、溶媒が蒸発する温度範囲が広く、かつ、溶媒が固化する温度範囲が広い。そのため、粉末ペーストを保管する際に、溶媒の蒸発速度が低下し、あるいは、溶媒の固化速度が低下し、溶媒の蒸発や固化に伴う粒子や固形物の析出速度が低下して、該粒子や固形物の沈降や凝集に起因する粉末ペーストの粘度変化を抑制することができる。また、本実施形態の粉末ペーストは、異性体混合物を含む有機溶媒を含むため、異性体混合物を含まない有機溶媒と比較して、溶媒が融解する温度範囲が広い。そのため、冷蔵保管または冷凍保管後、粉末ペーストを使用するために常温に戻す際に、溶媒の融解速度が低下し、溶媒の融解に伴う粒子や固形物の分散または溶解速度が低下して、該粒子や固形物が沈降または凝集したまま残ることに起因する粉末ペーストの粘度変化を抑制できる。

【0064】

以上のことから、本実施形態の粉末ペーストによれば、粉末ペーストの経時的な粘度変化を抑制することができる。

【0065】

また、本実施形態の粉末ペーストにおいて、有機溶媒は、１０質量％以上の含有量で異性体混合物を含むことが好ましい。このような構成とすれば、有機溶媒に含まれる異性体混合物の存在により、上述した粒子や固形物の析出速度等を効果的に低下させることができ、該粒子や固形物の沈降や凝集に起因する粉末ペーストの経時的な粘度変化を効果的に抑制することができる。

【0066】

また、本実施形態の粉末ペーストは、さらに、０．１質量％以上、５．０質量％以下の含有量で水分を含むことが好ましい。このような構成とすれば、粉末ペースト中の水分が粉末や有機重合体と水和することによって粉末ペーストの分散性が向上し、粉末ペースト中の粒子の凝集や沈降による粉末ペーストの経時的な粘度変化を効果的に抑制することができる。

【0067】

また、本実施形態の粉末ペーストにおいて、粉末のＤ９０は、０．１μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。このような構成では、粉末ペーストに含まれる粉末は、Ｄ９０の値が過度に大きくないため、粒径の大きい粒子が比較的少ない粉末である。そのため、粒径の大きい粒子の存在による混練不十分に起因する粉末ペーストの印刷性の低下を抑制することができる。

【0068】

また、本実施形態の粉末ペーストは、電気化学セル（より具体的には燃料電池スタック１００）の作製に用いられる粉末ペーストである。本実施形態の粉末ペーストによれば、電気化学セルの作製用の粉末ペーストについて、経時的な粘度変化を抑制することができる。

【0069】

また、本実施形態の粉末ペーストにおいて、異性体混合物は、テルピネオールの異性体混合物と、ブタノールの異性体混合物と、キシレンの異性体混合物と、の少なくとも１つを含むことが好ましい。このような構成とすれば、粉末ペーストの経時的な粘度変化を効果的に抑制することができる。

【0070】

また、本実施形態の粉末ペーストにおいて、有機高分子は、セルロース系樹脂と、ブチラール系樹脂と、アクリル系樹脂と、エポキシ系樹脂と、フェノール系樹脂と、エチレン系樹脂と、アミド系樹脂と、の少なくとも１つを含むことが好ましい。このような構成とすれば、粉末ペーストの経時的な粘度変化を効果的に抑制することができる。

【0071】

また、本実施形態の粉末ペーストにおいて、粉末は、導電性粉末と、絶縁性粉末と、イオン伝導性粉末と、の少なくとも１つを含む。本実施形態の粉末ペーストによれば、導電性粉末ペースト、絶縁性粉末ペーストまたはイオン伝導性粉末ペーストについて、経時的な粘度変化を抑制することができる。

【0072】

なお、本実施形態の粉末ペーストは、低温（－３０℃超、５℃以下）で保管されることが好ましい。粉末ペーストを５℃以下で保管すれば、粉末ペーストの粘度変化の原因となり得る溶媒の蒸発を抑制することができ、また、粉末ペーストを－３０℃超で保管すれば、保管後に使用するために常温に戻す際に、粉末ペーストの成分が分離して元に戻らないという事態の発生を回避することができる。

【0073】

Ａ－５．性能評価：
複数の粉末ペーストのサンプルを用いて性能評価を行った。図６は、性能評価結果を示す説明図である。図６に示すように、性能評価には、２１個の粉末ペーストのサンプル（Ｓ１～Ｓ２１）が用いられた。各サンプルは、粉末（ＬＳＣＦ粉末）と、有機高分子（エチルセルロース）と、有機溶媒（テルピネオール）とを含む粉末ペーストである。粉末と有機高分子と有機溶媒とが、質量比で５：１：４になるように配合して混練し、各サンプルの粉末ペーストを得た。異性体混合物を含む有機溶媒で適宜粘度調整した。各サンプルの粉末ペーストの初期粘度は、１０～３００Ｐａ・ｓであった。

【0074】

図６に示すように、各サンプルは、ＬＳＣＦ粉末のＤ１０の値と、有機溶媒が単体から構成されているか／異性体混合物を含むかの別とが互いに異なっている。

【0075】

また、サンプルＳ１～Ｓ１４については、常温（２５℃）で１４日間保管し、保管前後で粉末ペーストの粘度を測定し、粘度変化率を算出した。同様に、サンプルＳ１５～Ｓ２１については、低温で１４日間保管し、保管前後で粉末ペーストの粘度を測定し、粘度変化率を算出した。低温保管は、－１８℃に設定した冷凍庫中に保管するものとし、常温に戻す際には１～２４時間、常温雰囲気に放置した。粘度測定は、常温において、回転粘度計を用いて回転速度：２０ｒｐｍで測定した。粘度変化率は、以下の算出式に従い算出した。粘度変化率の絶対値が３０％超であるときに不可「×」と判定し、粘度変化率の絶対値が２０％超、３０％以下であるときに可「△」と判定し、粘度変化率の絶対値が１０％超、２０％以下であるときに優良「〇」と判定し、粘度変化率の絶対値が１０％以下であるときに極めて優良「◎」と判定した。
粘度変化率＝（（保管後の粘度－初期粘度）／初期粘度）×１００

【0076】

また、各サンプルについて、保管後の印刷性について評価を行った。より詳細には、被印刷物として１０ｃｍ×１０ｃｍの平板状のＹＳＺ基板を準備し、常温においてＹＳＺ基板上に各サンプルの粉末ペーストをスクリーン印刷により９ｃｍ×９ｃｍ、厚さ２０μｍで塗布して乾燥させ、塗膜を形成した。このとき、形成された塗膜において、かすれ、剥離、形状不良（意図した形状からの外れ）の３つの不良の有無を確認し、３つの不良がすべて確認されたときに不可「×」と判定し、２つの不良が確認されたときに可「△」と判定し、１つの不良が確認されたときに優良「〇」と判定し、不良が確認されなかったときに極めて優良「◎」と判定した。なお、剥離の有無については、塗膜の表面に市販のセロハン粘着テープを貼り、該テープを剥がしたときに塗膜が基板から剥離したか否かの試験により判定を行った。

【0077】

総合評価として、粘度変化率および印刷性の２つの評価項目のうちの少なくとも一方で不可「×」と判定されたときに総合的に不可「×」と判定し、２つの評価項目のうちの少なくとも一方で可「△」と判定され、かつ、不可「×」と判定された評価項目が無いときに総合的に可「△」と判定し、２つの評価項目のうちの少なくとも一方で優良「〇」と判定され、かつ、不可「×」または可「△」と判定された評価項目が無いときに総合的に優良「〇」と判定し、２つの評価項目の両方で極めて優良「◎」と判定されたときに総合的に極めて優良「◎」と判定した。

【0078】

図６に示すように、サンプルＳ１～Ｓ７では、粘度変化率および印刷性がともに不可「×」と判定され、総合的に不可「×」と判定された。これらのサンプルでは、有機溶媒が単体から構成されているため、常温保管の際に溶媒が蒸発する温度範囲が狭く、その結果溶媒の蒸発速度が速くなり（溶媒が集中して蒸発し）、溶媒の蒸発に伴う粒子や固形物の析出速度が速くなって、該粒子や固形物の沈降や凝集に起因する粉末ペーストの粘度変化が大きくなったものと考えられる。また、これらのサンプルでは、粉末ペーストの粘度変化（粘度増大または粘度低下）が大きいため、粘度の大きな増大に起因して粉末ペーストが印刷機のスキージ上で流動しなくなってスクリーンに粉末ペーストが入らず、結果的に印刷後の膜がかすれたりまだらになって剥離したりしたため、あるいは、粘度の大きな低下に起因してスクリーン印刷時にスクリーンパターンよりも広く膜が形成されて、狙いの寸法の膜が得られなくなったため、印刷性が低下したものと考えられる。

【0079】

また、サンプルＳ８，Ｓ１５では、粘度変化率が可「△」と判定される一方、印刷性が不可「×」と判定され、総合的に不可「×」と判定された。これらのサンプルでは、粉末のＤ１０の値が過度に小さく、粒径の小さい粒子が比較的多いため、粉末ペーストを常温または低温で保管した際に、粒径の小さい粒子の凝集や沈降に起因する粉末ペーストの粘度変化が大きくなり、その結果、印刷性が低下したものと考えられる。

【0080】

また、サンプルＳ１４，Ｓ２１では、粘度変化率が可「△」と判定される一方、印刷性が不可「×」と判定され、総合的に不可「×」と判定された。これらのサンプルでは、粉末のＤ１０の値が過度に大きく、粒径の大きい粒子が比較的多いため、粒径の大きい粒子の存在による混練不十分に起因して粉末ペーストの印刷性が低下したものと考えられる。

【0081】

これに対し、サンプルＳ９～Ｓ１３，Ｓ１６～Ｓ２０では、粘度変化率および印刷性がともに可「△」以上と判定され、総合的に可「△」以上と判定された。これらのサンプルでは、粉末のＤ１０が０．０１μｍ以上、２．０μｍ以下と過度に小さくも大きくもないため、粉末ペーストを保管する際に、粒径の小さい粒子の凝集や沈降に起因する粉末ペーストの粘度変化を抑制することができたものと考えられる。また、これらのサンプルのうち、常温保管されたサンプルＳ９～Ｓ１３では、有機溶媒が異性体混合物を含むため、常温保管の際の溶媒の蒸発速度が遅く、溶媒の蒸発に伴う粒子や固形物の析出速度が遅くなって、該粒子や固形物の沈降や凝集に起因する粉末ペーストの粘度変化が抑制されたものと考えられる。また、これらのサンプルのうち、低温保管されたサンプルＳ１６～Ｓ２０では、有機溶媒が異性体混合物を含むため、低温保管のために冷却する際の溶媒の固化速度が遅く、溶媒の固化に伴う粒子や固形物の析出速度が遅くなって、該粒子や固形物の沈降や凝集に起因する粉末ペーストの粘度変化が抑制され、かつ、粉末ペーストを使用するために常温に戻す際の溶媒の融解速度が遅く、溶媒の融解に伴う粒子や固形物の分散または溶解速度が遅くなって、該粒子や固形物が沈降または凝集したまま残ることに起因する粉末ペーストの粘度変化が抑制されたものと考えられる。また、これらのサンプルでは、粉末ペーストの経時的な粘度変化が抑制された結果、印刷性の低下も抑制されたものと考えられる。

【0082】

以上の性能評価結果から、粉末と有機高分子と有機溶媒とを含む粉末ペーストにおいて、粉末のＤ１０が０．０１μｍ以上、２．０μｍ以下であり、かつ、有機溶媒が異性体混合物を含むと、粉末ペーストの経時的な粘度変化を抑制できることが確認された。

【0083】

なお、サンプルＳ９～Ｓ１３のうち、粉末のＤ１０が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下であるサンプルＳ１０～Ｓ１２では、粘度変化率および印刷性がともに優良「〇」以上と判定され、総合的に優良「〇」以上と判定された。同様に、サンプルＳ１６～Ｓ２０のうち、粉末のＤ１０が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下であるサンプルＳ１７～Ｓ１９では、粘度変化率および印刷性がともに非常に優良「◎」と判定され、総合的に非常に優良「◎」と判定された。これらの結果から、粉末ペーストに含まれる粉末のＤ１０が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下であると、粉末ペーストの経時的な粘度変化を効果的に抑制でき、より好ましいと言える。

【0084】

また、常温保管されたサンプルＳ９～Ｓ１３と低温保管されたサンプルＳ１６～Ｓ２０とを比較すると、粉末のＤ１０が同じであれば、常温保管より低温保管の方が粉末ペーストの経時的な粘度変化を効果的に抑制できると言える。これは、常温保管では、粉末ペーストの粘度変化の原因となり得る溶媒の蒸発が発生するのに対し、低温保管では溶媒の蒸発を抑制することができるためであると考えられる。

【0085】

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

【0086】

上記実施形態における燃料電池スタック１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。

【0087】

また、上記実施形態では、空気極１１４と、燃料極１１６と、電解質層１１２と、中間層１８０と、インターコネクタ１５０と空気極１１４とを接合する接合部１３８と、セパレータ１２０と単セル１１０とをロウ付け接合する接合部１２４と、ガラスシール部１２５との少なくとも１つが、本実施形態の粉末ペーストを用いて形成されているが、燃料電池スタック１００における他の部材が本実施形態の粉末ペーストを用いて形成されていてもよい。

【0088】

また、本明細書に開示される技術は、燃料電池スタック１００を構成する各部材の形成用の粉末ペーストに限らず、他の用途のための粉末ペーストにも同様に適用可能である。他の用途としては、例えば、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の利用形態である電解セルスタックを構成する各部材の形成用が挙げられる。

【符号の説明】

【0089】

２２：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 １００：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０４，１０６：エンドプレート １０８：連通孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 １２５：ガラスシール部 １３０：空気極側フレーム １３１：孔 １３２：酸化剤ガス供給連通孔 １３３：酸化剤ガス排出連通孔 １３４：空気極側集電体 １３５：集電体要素 １３６：コート １３８：接合部 １４０：燃料極側フレーム １４１：孔 １４２：燃料ガス供給連通孔 １４３：燃料ガス排出連通孔 １４４：燃料極側集電体 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４９：スペーサー １５０：インターコネクタ １６１：酸化剤ガス導入マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス導入マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 １８０：中間層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】