特開 2024-131815 電気化学素子の製造方法、電気化学素子、電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置およびエネルギーシステム

(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】P2024131815

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】電気化学素子の製造方法、電気化学素子、電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置およびエネルギーシステム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/124 20160101AFI20240920BHJP

   H01M 8/1226 20160101ALI20240920BHJP

   H01M 8/1213 20160101ALI20240920BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240920BHJP

   H01M 4/86 20060101ALI20240920BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20240920BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20240920BHJP

   C25B 11/031 20210101ALI20240920BHJP

   C25B 1/042 20210101ALI20240920BHJP

   C25B 9/00 20210101ALI20240920BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20240920BHJP

   C25B 9/63 20210101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01M8/124

H01M8/1226

H01M8/1213

H01M8/04 Z

H01M4/86 T

H01M4/86 U

H01M8/00 Z

H01M8/12 101

H01M8/12 102C

H01M8/12 102B

C25B11/031

C25B1/042

C25B9/00 A

C25B9/23

C25B9/63

【審査請求】未請求

【請求項の数】23

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023042288

(22)【出願日】2023-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】國松 美里

(72)【発明者】

【氏名】中尾 孝之

(72)【発明者】

【氏名】山▲崎▼ 修

(72)【発明者】

【氏名】木下 清佳

(72)【発明者】

【氏名】佐脇 航平

【テーマコード（参考）】

4K011

4K021

5H018

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

4K011AA11

4K011AA15

4K011BA03

4K011DA01

4K011DA11

4K021AA01

4K021AA09

4K021BA02

4K021CA02

4K021DB16

4K021DB36

4K021DB43

4K021DB50

4K021DB53

4K021DC01

4K021DC03

4K021EA05

5H018AA06

5H018HH04

5H126AA02

5H126AA15

5H126BB06

5H126EE13

5H126GG02

5H126HH01

5H126HH02

5H126HH04

5H126JJ03

5H126JJ08

5H126JJ09

5H127AA07

5H127AB22

5H127AC06

(57)【要約】

【課題】耐久性を向上した電気化学素子、電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置、エネルギーシステム、及び耐久性を向上した電気化学素子の製造方法の提供。
【解決手段】貫通孔１ａを有する金属支持体１の上に電極層２を形成して電気化学素子Ｅを製造する製造方法であって、電極層２の材料と造孔材とを含有するペーストを準備する準備ステップと、電極層ペーストが貫通孔１ａに入り込むようなペーストを金属支持体１の表面に塗布する塗布ステップと、塗布ステップを終えた金属支持体１を焼成する焼成ステップと、塗布されたペーストの層又は焼成された電極層２を圧縮する圧縮ステップと、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

貫通孔を有する金属支持体の上に電極層を形成して電気化学素子を製造する製造方法であって、
前記電極層の材料と造孔材とを含有するペーストを準備する準備ステップと、
前記ペーストが前記貫通孔に入り込むように前記ペーストを前記金属支持体の表面に塗布する塗布ステップと、
前記ペーストが塗布された前記金属支持体を焼成する焼成ステップと、
塗布された前記ペーストの層又は焼成された前記電極層を圧縮する圧縮ステップと、を含む電気化学素子の製造方法。

【請求項2】

前記準備ステップにおいて、前記ペーストの粘度が、前記塗布ステップの実行時に前記ペーストが前記貫通孔に入り込む程度に低く調整される請求項１に記載の電気化学素子の製造方法。

【請求項3】

前記焼成ステップは、酸素の分圧が４．０×１０^－８ｂａｒ以上４．０×１０^－６ｂａｒ以下の雰囲気下で行う、請求項１に記載の電気化学素子の製造方法。

【請求項4】

前記焼成ステップは、加湿した不活性ガス雰囲気下で行う請求項３に記載の電気化学素子の製造方法。

【請求項5】

前記不活性ガスが窒素である請求項４に記載の電気化学素子の製造方法。

【請求項6】

前記焼成ステップは、８００℃以上１１００℃以下の温度で行う請求項１に記載の電気化学素子の製造方法。

【請求項7】

前記焼成ステップを行う前に、油分を除去する脱脂ステップを行う請求項１に記載の電気化学素子の製造方法。

【請求項8】

前記脱脂ステップは、１５０℃以上６５０℃以下の温度で行う請求項７に記載の電気化学素子の製造方法。

【請求項9】

貫通孔を有する金属支持体と、
前記金属支持体の上に形成された電極層と、を備え、
前記電極層は、
前記貫通孔を覆う層状の部位である第一部位と、
前記第一部位と連続する部位であって前記第一部位から前記貫通孔の内部へ進入している第二部位と、を備え、
前記第二部位の気孔率は前記第一部位の気孔率よりも大きい電気化学素子。

【請求項10】

前記第二部位が、前記貫通孔の深さの半分を超えて前記貫通孔の内部へ進入している請求項９に記載の電気化学素子。

【請求項11】

前記第二部位が、前記金属支持体における前記第一部位が形成された面と反対側の面まで到達している請求項９に記載の電気化学素子。

【請求項12】

前記第一部位の気孔率が５％以上であり、前記第二部位の気孔率が２０％以上である請求項９に記載の電気化学素子。

【請求項13】

前記電極層が、前記金属支持体上に形成された拡散防止層上に形成される請求項９に記載の電気化学素子。

【請求項14】

前記拡散防止層の厚さが３μｍ以下である請求項１３に記載の電気化学素子。

【請求項15】

前記電極層の上に配置された電解質層と、
前記電解質層の上に配置された対極電極層と、を備える請求項９から１４のいずれか１項に記載の電気化学素子。

【請求項16】

前記電極層と前記電解質層との間に配置された中間層を更に備える請求項１５に記載の電気化学素子。

【請求項17】

請求項９に記載の電気化学素子が複数集合した状態で配置される電気化学モジュール。

【請求項18】

請求項９に記載の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池。

【請求項19】

請求項９に記載の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で電解反応を生じさせる固体酸化物形電解セル。

【請求項20】

請求項９に記載の電気化学素子又は請求項１７に記載の電気化学モジュールと、
前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールに供給する還元性成分を生成する、或いは、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールで生成する還元性成分を含有するガスを変換する燃料変換器と、を少なくとも有する電気化学装置。

【請求項21】

請求項９に記載の電気化学素子又は請求項１７に記載の電気化学モジュールと、
前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールから電力を取り出す、或いは、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールに電力を流通する電力変換器と、を少なくとも有する電気化学装置。

【請求項22】

請求項２０に記載の電気化学装置と、
前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部と、を少なくとも有するエネルギーシステム。

【請求項23】

請求項２１に記載の電気化学装置と、
前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部と、を少なくとも有するエネルギーシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気化学素子の製造方法、電気化学素子、電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置およびエネルギーシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の電解質支持型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）や電極支持型のＳＯＦＣでは、層間の十分な密着強度や良質な電極層や電解質層を得るために、高温（例えば１４００℃程度）での焼成が行われる。

【0003】

近年では、堅牢性向上のため、金属基板上に燃料極、空気極及び電解質層を支持させる金属支持型のＳＯＦＣが開発されている。

【0004】

特許文献１には、金属支持型固体酸化物燃料電池が開示されている。図１には、中心領域を通る数千もの孔をレーザードリル加工することによって、部分的に多孔質にしたフェライトステンレススチール基材が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６７９４５０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

金属製の基板に孔開けの加工を施すと、孔の内面に金属の素地が露出する可能性がある。そのため、電気化学素子が燃料電池や電解セルとして用いられた場合に、基板が劣化する可能性がある。

【0007】

本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、耐久性を向上した電気化学素子、電気化学モジュール、固体酸化物形燃料電池、固体酸化物形電解セル、電気化学装置、エネルギーシステム、及び耐久性を向上した電気化学素子製造方法の提供を、その目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するための電気化学素子の製造方法の特徴構成は、貫通孔を有する金属支持体の上に電極層を形成して電気化学素子を製造する製造方法であって、前記電極層の材料と造孔材とを含有するペーストを準備する準備ステップと、前記ペーストが前記貫通孔に入り込むように前記ペーストを前記金属支持体の表面に塗布する塗布ステップと、前記ペーストが塗布された前記金属支持体を焼成する焼成ステップと、塗布された前記ペーストの層又は焼成された前記電極層を圧縮する圧縮ステップと、を含む点にある。

【0009】

上記の特徴構成によれば、塗布ステップにおいてペーストが貫通孔に入り込む。焼成ステップにおいて金属支持体が焼成される。そうすると、焼成後の金属支持体において貫通孔の内部に電極層が入り込んだ状態となり、貫通孔の内面が電極層に覆われる。従って、製造された電気化学素子の耐久性が向上する。加えて、圧縮ステップの実行によってペースト層内の造孔材（又は焼成時に造孔材の消失で生じた細孔）は小さくなる一方、貫通孔に入り込んだペースト内の造孔材（又は焼成時に造孔材の消失で生じた細孔）は大きいままである。そのため、貫通孔に入り込んだ電極層の気孔率が比較的大きくなるから、貫通孔の気体透過性の低下が抑制される。従って、製造された電気化学素子の性能の低下が抑制される。

【0010】

本発明に係る電気化学素子の製造方法の別の特徴構成は、前記焼成ステップは、酸素の分圧が４．０×１０^－８ｂａｒ以上４．０×１０^－６ｂａｒ以下の雰囲気下で行う点にある。

【0011】

上記特徴構成によれば、焼成時に水素の供給が不要であり、製造に必要な設備コストを抑えられる。

【0012】

本発明に係る電気化学素子の製造方法の更なる特徴構成は、前記焼成ステップは、加湿した不活性ガス雰囲気下で行う点にある。

【0013】

上記特徴構成によれば、水素を供給することなく、加湿した不活性ガスのみで酸素分圧４．０×１０^－８ｂａｒ以上４．０×１０^－６ｂａｒ以下の雰囲気を実現できる。

【0014】

本発明の電極層形成方法の更なる特徴構成は、前記不活性ガスが窒素である点にある。

【0015】

窒素は、比較的安価であり、取り扱いに特殊な設備が不要である。したがって、上記特徴構成によれば、電極層の形成に掛かるコストを抑えられる。

【0016】

本発明に係る電気化学素子の製造方法の別の特徴構成は、前記準備ステップにおいて、前記ペーストの粘度が、前記塗布ステップの実行時に前記ペーストが前記貫通孔に入り込む程度に低く調整される点にある。

【0017】

上記の特徴構成によれば、塗布ステップの実行が容易になり、作業効率を高められる。

【0018】

本発明に係る電気化学素子の製造方法の別の特徴構成は、前記焼成ステップは、８００℃以上１１００℃以下の温度で行う点にある。

【0019】

焼成時の温度が低すぎると良質な電極層が形成されない虞がある一方、焼成時の温度が高すぎると金属支持体が損傷する可能性がある。しかしながら、上記の特徴構成によれば、良質な電極層を形成でき、且つ、金属支持体の損傷も抑制できる。

【0020】

本発明に係る電気化学素子の製造方法の別の特徴構成は、前記焼成ステップを行う前に、油分を除去する脱脂ステップを行う点にある。

【0021】

上記の特徴構成によれば、油脂などの汚れに起因する電極層の成膜不良を抑えられ、電気化学素子などの良好な品質を確保することができる。

【0022】

本発明に係る電気化学素子の製造方法の別の特徴構成は、前記脱脂ステップは、１５０℃以上６５０℃以下の温度で行う点にある。

【0023】

脱脂時の温度が低すぎると油脂などの汚れの除去が不十分になる虞がある一方、脱脂時の温度が高すぎると金属支持体が損傷する可能性や良質な電極層が形成されない可能性がある。しかしながら上記の特徴構成によれば、油脂などの汚れを適切に除去しつつ、且つ、金属支持体の損傷も抑制でき、良質な電極層を形成できる。

【0024】

上記目的を達成するための電気化学素子の特徴構成は、貫通孔を有する金属支持体と、前記金属支持体の上に形成された電極層と、を備え、前記電極層は、前記貫通孔を覆う層状の部位である第一部位と、前記第一部位と連続する部位であって前記第一部位から前記貫通孔の内部へ進入している第二部位と、を備え、前記第二部位の気孔率は前記第一部位の気孔率よりも大きい点にある。

【0025】

上記の特徴構成によれば、貫通孔の内面が電極層の第二部位に覆われるので、電気化学素子の耐久性が向上する。また第二部位の気孔率が比較的大きくなるから、貫通孔の気体透過性の低下が抑制される。従って、電気化学素子の性能の低下が抑制される。

【0026】

本発明に係る電気化学素子の別の特徴構成は、前記第二部位が、前記貫通孔の深さの半分を超えて前記貫通孔の内部へ進入している点にある。

【0027】

上記の特徴構成によれば、電気化学素子の耐久性が更に向上する。

【0028】

本発明に係る電気化学素子の別の特徴構成は、前記第二部位が、前記金属支持体における前記第一部位が形成された面と反対側の面まで到達している点にある。

【0029】

上記の特徴構成によれば、電気化学素子の耐久性が更に向上する。

【0030】

本発明に係る電気化学素子の別の特徴構成は、前記第一部位の気孔率が５％以上であり、前記第二部位の気孔率が２０％以上である点にある。

【0031】

上記の特徴構成によれば、貫通孔の気体透過性の低下が更に抑制され、電気化学素子の性能の低下が更に抑制される。

【0032】

本発明に係る電気化学素子の別の特徴構成は、前記電極層が、前記金属支持体上に形成された拡散防止層上に形成される点にある。

【0033】

上記の特徴構成によれば、例えばＣｒを含む金属支持体から電極層へのＣｒなどの拡散を抑制できる。

【0034】

本発明に係る電気化学素子の別の特徴構成は、前記拡散防止層の厚さが３μｍ以下である点にある。

【0035】

拡散防止層が厚すぎると電気抵抗が高くなり過ぎる虞がある。しかしながら、上記の特徴構成によれば、Ｃｒなどの拡散抑制と電気抵抗の低さとを両立させることができる。

【0036】

本発明に係る電気化学素子の別の特徴構成は、前記電極層の上に配置された電解質層と、前記電解質層の上に配置された対極電極層と、を備える点にある。

【0037】

上記の特徴構成によれば、金属支持体と電極層の密着強度が高く、電気化学素子が耐久性及び性能に優れたものとなる。

【0038】

本発明に係る電気化学素子の別の特徴構成は、前記電極層と前記電解質層との間に配置された中間層を更に備える点にある。

【0039】

上記の特徴構成によれば、電極層の構成材料と電解質層の構成材料との反応を効果的に抑制でき、電気化学素子の性能の長期安定性を向上できる。

【0040】

上記目的を達成するための電気化学モジュールの特徴構成は、上記の電気化学素子が複数集合した状態で配置される点にある。

【0041】

上記の特徴構成によれば、電気化学素子が複数集合した状態で配置されることで、材料コストと加工コストを抑制しつつ、コンパクトで高性能な、耐久性及び性能に優れた電気化学モジュールが実現できる。そして、例えば、電気化学モジュールを燃料電池として動作させる場合には、大きな発電出力を得ることも可能となる。

【0042】

上記目的を達成するための固体酸化物形燃料電池の特徴構成は、上記の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で発電反応を生じさせる点にある。

【0043】

上記の特徴構成によれば、耐久性及び性能に優れた電気化学素子を備えた固体酸化物形燃料電池として発電反応を行うことができるので、高耐久性・高性能な固体酸化物形燃料電池を得ることができる。

【0044】

上記目的を達成するための固体酸化物形電解セルの特徴構成は、上記の電気化学素子を備え、前記電気化学素子で電解反応を生じさせる点にある。

【0045】

上記の特徴構成によれば、耐久性及び性能に優れた電気化学素子を備えた固体酸化物形電解セルとして電解反応によるガスの生成を行うことができるので、高耐久性・高性能な固体酸化物形電解セルを得ることができる。

【0046】

上記目的を達成するための電気化学装置の特徴構成は、上記の電気化学素子と、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールに供給する還元性成分を生成する、或いは、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールで生成する還元性成分を含有するガスを変換する燃料変換器と、を少なくとも有する点にある。

【0047】

上記の特徴構成によれば、電気化学素子又は電気化学モジュールを燃料電池として動作させる場合、都市ガス等の既存の原燃料供給インフラを用いて供給される天然ガス等を基に、改質器などの燃料変換器により水素を生成するように構成でき、耐久性及び性能に優れた電気化学素子又は電気化学モジュールを備えた電気化学装置を実現できる。また、電気化学モジュールから流通される未利用の燃料ガスをリサイクルするシステムを構築し易くなるため、高効率な電気化学装置を実現できる。
一方、電気化学素子又は電気化学モジュールを電解セルとして動作させる場合は、電極層に水蒸気や二酸化炭素を含有するガスが流通され、電極層と対極電極層との間に電圧が印加される。そうすると、電極層において電子ｅ^－と水Ｈ_２Ｏや二酸化炭素分子ＣＯ_２が反応して、水素Ｈ_２や一酸化炭素ＣＯと酸素イオンＯ^２－となる。発生した酸素イオンＯ^２－は、電解質層を通って対極電極層へ移動する。そして、対極電極層において、酸素イオンＯ^２－が電子を放出して酸素Ｏ_２となる。以上の反応により、水蒸気を含有するガスが流通する場合には、水Ｈ_２Ｏが水素Ｈ_２と酸素Ｏ_２とに分解され、二酸化炭素分子ＣＯ_２を含有するガスが流通する場合には、一酸化炭素ＣＯと酸素Ｏ_２とに電気分解される。
したがって、水蒸気と二酸化炭素分子ＣＯ_２とを含有するガスが流通される場合は、上記電気分解により電気化学素子又は電気化学モジュールで生成した水素及び一酸化炭素等から炭化水素などの種々の化合物を合成する燃料変換器を設けることができる。これにより、燃料変換器が生成した炭化水素等を電気化学素子又は電気化学モジュールに流通する、或いは本システム・装置外に取り出して別途燃料や化学原料として利用することが可能となる。

【0048】

上記目的を達成するための電気化学装置の特徴構成は、上記の電気化学素子と、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールから電力を取り出す、或いは、前記電気化学素子又は前記電気化学モジュールに電力を流通する電力変換器と、を少なくとも有する点にある。

【0049】

上記の特徴構成によれば、電力変換器は、電気化学素子又は電気化学モジュールが発電した電力を取り出し、或いは、電気化学素子又は電気化学モジュールに電力を流通することができる。これにより、上記のように電気化学素子又は電気化学モジュールは、燃料電池として作用し、或いは、電解セルとして作用する。したがって、上記の特徴構成によれば、燃料等の化学的エネルギーを電気エネルギーに変換する、或いは、電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率が向上した電気化学装置を実現できる。尚、例えば、電力変換器としてインバータを用いる場合、燃料電池として動作させる際は、インバータによって昇圧したり、直流を交流に変換したりすることができるため、電気化学素子又は電気化学モジュールで得られる電気出力を利用しやすくなるので好ましい。また、電解セルとして動作させる際は、交流電源から直流を得て、電気化学素子又は電気化学モジュールへ直流の電力供給できる電気化学装置を構築できるので好ましい。

【0050】

上記目的を達成するためのエネルギーシステムの特徴構成は、上記の電気化学装置と、前記電気化学装置から排出される熱を再利用する排熱利用部と、を少なくとも有する点にある。

【0051】

上記の特徴構成によれば、耐久性及び性能に優れ、かつエネルギー効率にも優れたエネルギーシステムを実現できる。また、電気化学装置から排出される未利用の燃料ガスの燃焼熱を利用して発電する発電システムと組み合わせてエネルギー効率に優れたハイブリッドシステムを実現することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【0052】

【図1】一実施形態に係る金属支持型電気化学素子の概略構成を示す図である。

【図2】一実施形態に係る電気化学モジュールの概略構成を示す図である。

【図3】一実施形態に係る電気化学装置及びエネルギーシステムの概略構成を示す図である。

【図4】実施例に係る金属支持型電気化学素子の電子顕微鏡写真である。

【図5】別実施形態に係る金属支持型電気化学素子の概略構成を示す図である。

【図6】別実施形態に係る電気化学装置及びエネルギーシステムの概略構成を示す図である。

【図7】別実施形態に係る電気化学モジュールの概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0053】

以下、実施形態に係る金属支持型電気化学素子Ｅの製造方法、金属支持型電気化学素子Ｅ、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）、電気化学モジュールＭ、電気化学装置Ｙ及びエネルギーシステムＺについて説明する。本実施形態において、金属支持型電気化学素子Ｅは、水素を含む燃料ガスと空気（酸化剤ガス）の供給を受けて発電する固体酸化物形燃料電池の構成要素として用いる。尚、以下、層の位置関係などを表す際、例えば電解質層４から見て対極電極層６の側を「上」又は「上側」、電極層２の側を「下」又は「下側」という場合がある。また、金属支持体１における電極層２が形成されている側の面を「表側の面」、反対側の面を「裏側の面」という場合がある。

【0054】

（電気化学素子）
図１に示すように、金属支持型電気化学素子Ｅは、金属支持体１と、電極層２と、電極層２の上に形成された中間層３と、中間層３の上に形成された電解質層４と、電解質層４の上に形成された反応防止層５と、反応防止層５の上に形成された対極電極層６とを有した金属支持型の電気化学素子である。つまり、対極電極層６は電解質層４の上に形成され、反応防止層５は電解質層４と対極電極層６との間に形成されている。電極層２は多孔質であり、電解質層４は緻密である。

【0055】

（金属支持体）
金属支持体１は、電極層２、中間層３、電解質層４、反応防止層５及び対極電極層６を支持して金属支持型電気化学素子Ｅの強度を保つ。つまり、金属支持体１は、電気化学素子の構成要素を支持する支持体としての役割を担う。

【0056】

金属支持体１の材料としては、電子伝導性、耐熱性、耐酸化性及び耐腐食性に優れた材料が用いられる。例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金などが用いられる。特に、クロムを含む合金が好適に用いられる。本実施形態では、金属支持体１は、Ｃｒを１８質量％以上２５質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金を用いているが、Ｍｎを０．０５質量％以上含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｔｉを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｚｒを０．１５質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｔｉ及びＺｒを含有しＴｉとＺｒとの合計の含有量が０．１５質量％以上１．０質量％以下であるＦｅ－Ｃｒ系合金、Ｃｕを０．１０質量％以上１．０質量％以下含有するＦｅ－Ｃｒ系合金であると特に好適である。
尚、金属支持体１がフェライト系ステンレス材から構成されると、安価で強度が高い金属支持型電気化学素子を実現できるので好ましい。

【0057】

金属支持体１は全体として板状である。金属支持体１は、支持体として金属支持型電気化学素子Ｅを形成するのに充分な強度を有すれば良く、その厚さは、強度を確保するという観点で、例えば、０．１ｍｍ以上であると好ましく、０．１５ｍｍ以上であるとより好ましく、０．２ｍｍ以上であると更に好ましい。また、その厚さは、コストを抑制するという観点で、例えば、２ｍｍ以下であると好ましく、１ｍｍ以下であるとより好ましく、０．５ｍｍ以下であると更に好ましい。そして、金属支持体１は、電極層２が設けられる面（表側の面）から裏側の面へ貫通する複数の貫通孔１ａを有する。本実施形態において、金属支持体１は、金属板の表側の面と裏側の面とを貫通するように、パンチング加工やエッチング加工、レーザー加工などの、機械的、化学的あるいは光学的穿孔加工（孔加工）などにより、複数の貫通孔１ａを設けた金属板である。これにより、金属支持体１の裏側の面から電極層２側への燃料ガス及び空気の供給をスムーズにできるので高性能な金属支持型電気化学素子を実現できる。
尚、板状の金属支持体１を曲げたりして、例えば箱状、円筒状などの形状に変形させて使用することも可能である。

【0058】

金属支持体１の表面には、拡散防止層としての金属酸化物層１ｂが設けられる。即ち、金属支持体１と後述する電極層２との間に、拡散防止層が形成されている。金属酸化物層１ｂは、金属支持体１の外部に露出した面だけでなく、電極層２との接触面（界面）及び貫通孔１ａの内側の面にも設けられる。この金属酸化物層１ｂにより、金属支持体１と電極層２との間の元素相互拡散を抑制できる。例えば、金属支持体１としてクロムを含有するフェライト系ステンレスを用いた場合は、金属酸化物層１ｂが主にクロム酸化物となる。そして、金属支持体１のクロム原子等が電極層２や電解質層４へ拡散することを、クロム酸化物を主成分とする金属酸化物層１ｂが抑制する。金属酸化物層１ｂの厚さは、拡散防止性能の高さと電気抵抗の低さを両立させることのできる厚みであれば良く、最大厚さが３μｍ以下であることが好ましい。尚、サブミクロンオーダーであることがより好ましく、具体的には、平均的な厚さが０．３μｍ以上０．７μｍ以下程度であることがより好ましい。また、最小厚さは約０．１μｍ以上であることがより好ましい。また、最大厚さが約１．１μｍ以下であることが好ましい。

【0059】

尚、金属酸化物層１ｂは、種々の手法により形成され得るが、金属支持体１の表面を酸化させて金属酸化物とする手法が好適に利用される。また、金属支持体１の表面に、金属酸化物層１ｂをスパッタリング法やＰＬＤ法等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジション法、パウダージェットデポジション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）などにより形成しても良いし、メッキと酸化処理によって形成しても良い。更に、金属酸化物層１ｂは導電性の高いスピネル相などを含んでも良い。

【0060】

（電極層）
電極層２は、図１に示すように、金属支持体１の貫通孔１ａが形成された領域を覆うように金属支持体１の表面に薄層の状態で設けることができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。また、金属支持体１における貫通孔１ａが設けられた領域は、その全体が電極層２に覆われている。つまり、貫通孔１ａは、金属支持体１における電極層２が形成された領域の内側に形成されている。換言すれば、全ての貫通孔１ａは、電極層２に面して設けられている。

【0061】

電極層２の材料としては、ニッケル系化合物、セリア系酸化物、ジルコニア系酸化物、ペロブスカイト系複合酸化物から選択される少なくとも１つ又はこれらを組み合わせて用いることができる。例えば、ＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ_２、Ｃｕ－ＣｅＯ_２などの複合材を用いることができる。これらの例では、ＧＤＣ、ＹＳＺ、ＣｅＯ_２を複合材の骨材と呼ぶことができる。以上の材料を用いて構成される電極層２は、アノードとして機能する。これらの材料を用いることで、ナノ複合構造が形成され、電極層２が十分な電極性能を備えたものとなる。

【0062】

尚、電極層２は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジション法、パウダージェットデポジション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法やパルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能なプロセスにより、例えば、１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに、良好な電極層２が得られる。そのため、金属支持体１を傷めることなく、また、金属支持体１と電極層２との元素拡散を抑制することができ、耐久性に優れた金属支持型電気化学素子を実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。

【0063】

本実施形態では、電極層２は、貫通孔１ａを覆う層状の部位である第一部位２ａと、第一部位２ａと連続する部位であって第一部位２ａから貫通孔１ａの内部へ進入している第二部位２ｂと、を備える。図１の例では、第二部位２ｂが、金属支持体１における第一部位２ａが形成された面（表側の面）と反対側の面（裏側の面）まで到達している。貫通孔１ａの内面が、電極層２の第二部位２ｂによって覆われている。従って、金属支持体１の耐久性が向上し、金属支持型電気化学素子Ｅの耐久性が向上する。

【0064】

電極層２は、気体透過性を持たせるため、その内部及び表面に複数の細孔を有する。即ち、電極層２は、多孔質な層として形成される。電極層２の気孔率は、三次元的なガスの拡散パスを形成するという観点から、５％以上であることが好ましく、５％以上６０％以下であることがより好ましい。また、電極層２は、例えば、その緻密度が４０％より大きく９５％未満となるように形成される。細孔のサイズは、電気化学反応を行う際に円滑な反応が進行するのに適したサイズを適宜選ぶことができる。尚、緻密度とは、層を構成する材料の空間に占める割合であって、（１－気孔率）と表すことができ、また、相対密度と同等である。

【0065】

本実施形態では、第二部位２ｂの気孔率が第一部位２ａの気孔率よりも大きくなるように、電極層２が形成される。第一部位２ａの気孔率が５％以上であり、第二部位２ｂの気孔率が２０％以上であると好ましい。換言すれば、第一部位２ａの緻密度が９５％より小さく、第二部位２ｂの緻密度が８０％より小さいと好ましい。なお、第二部位２ｂの細孔のサイズ（太さ）は、１５μｍ以下であると好ましく、１０μｍ以下であると更に好ましく、５μｍ以下であると更に好ましい。

【0066】

（中間層）
中間層３は、図１に示すように、電極層２を覆った状態で、電極層２の上に薄層の状態で形成することができる。このように、中間層３は、多孔質である電極層２の上に緻密な電解質層４を形成するために、両者を連続的に接続させ、金属支持型電気化学素子Ｅの製造時や運転時にかかる各種の応力を緩和する緩衝効果を有する層として、両者の間に配置される。そのため、中間層３は、あえて緻密度が電解質層４に比べて小さくなるように形成される。また、中間層３は、あえて緻密度が電極層２に比べて大きくなるように形成される。これによって中間層３は、金属支持体１上に多孔質な電極層２と緻密な電解質層４が形成された場合であっても、各層間で、各種の応力を吸収・緩和して、金属支持型電気化学素子Ｅの性能・信頼性・安定性を高める効果をも有する。尚、薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは４μｍ～２５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な中間層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。

【0067】

中間層３の材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリニウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）等を用いることができる。特にセリア系のセラミックスが好適に用いられる。

【0068】

中間層３は、低温焼成法（例えば１１００℃より高い高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジション法、パウダージェットデポジション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば、１１００℃より高い高温域での焼成を用いずに中間層３が得られる。そのため、金属支持体１を傷めることなく、金属支持体１と電極層２との元素相互拡散を抑制することができ、耐久性に優れた金属支持型電気化学素子Ｅを実現できる。また、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。

【0069】

尚、本実施形態において、中間層３は、酸素イオン（酸化物イオン）伝導体や、酸素イオン（酸化物イオン）及び電子の双方の伝導性を有する混合伝導体であると好ましい。このような性質を有する中間層３は、金属支持型電気化学素子Ｅへの適用に適している。

【0070】

（電解質層）
電解質層４は、図１に示すように、中間層３の上に薄層の状態で形成される。また、厚さが１０μｍ以下の薄膜の状態で形成することもできる。本実施形態において、電解質層４は、中間層３の上と金属支持体１の上とにわたって（跨って）設けられる。このように構成し、電解質層４を金属支持体１に接合することで、金属支持型電気化学素子Ｅを全体として堅牢性に優れたものとすることができる。

【0071】

また、電解質層４は、金属支持体１の表側の面であって貫通孔１ａが設けられた領域よりも大きな領域に設けられる。つまり、貫通孔１ａは、金属支持体１における電解質層４が形成された領域の内側に形成されている。これにより、電解質層４の周囲において、電極層２及び中間層３からのガスのリークを抑制することができる。説明すると、金属支持型電気化学素子ＥをＳＯＦＣの構成要素として用いる場合、ＳＯＦＣの作動時には、金属支持体１の裏側から貫通孔１ａを通じて電極層２へガスが供給される。電解質層４が金属支持体１に接している部位においては、ガスケット等の別部材を設けることなく、ガスのリークを抑制することができる。尚、本実施形態では、電解質層４によって電極層２の周囲を全て覆っているが、電極層２及び中間層３の上部に電解質層４を設け、周囲にガスケット等を設ける構成としてもよい。

【0072】

電解質層４の材料としては、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳＳＺ（スカンジウム安定化ジルコニア）やＧＤＣ（ガドリニウム・ドープ・セリア）、ＹＤＣ（イットリウム・ドープ・セリア）、ＳＤＣ（サマリウム・ドープ・セリア）、ＬＳＧＭ（ストロンチウム・マグネシウム添加ランタンガレート）等の酸素イオンを伝導する電解質材料や、ペロブスカイト型酸化物等の水素イオンを伝導する電解質材料を用いることができる。
特に、ジルコニア系のセラミックスが好適に用いられる。電解質層４をジルコニア系セラミックスとすると、金属支持型電気化学素子Ｅを用いたＳＯＦＣの稼働温度をセリア系セラミックスや種々の水素イオン伝導性材料に比べて高くすることができる。例えば、本実施形態のように、金属支持型電気化学素子ＥをＳＯＦＣに用いる場合、電解質層４の材料としてＹＳＺのような６５０℃程度以上の高温域でも高い電解質性能を発揮できる材料を用い、システムの原燃料に都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系の原燃料を用い、原燃料を水蒸気改質等によってＳＯＦＣのアノードガスとするシステム構成とすると、ＳＯＦＣのセルスタックで生じる熱を原燃料ガスの改質に用いる高効率なＳＯＦＣシステムを構築することができる。尚、本実施形態において、電解質層４は安定化ジルコニアを含有している。

【0073】

電解質層４は、低温焼成法（例えば１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）やスプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジション法、パウダージェットデポジション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などにより形成することが好ましい。これらの、低温域で使用可能な成膜プロセスにより、例えば、１１００℃を越える高温域での焼成を用いずに、緻密で気密性及びガスバリア性の高い電解質層４が得られる。そのため、金属支持体１の損傷を抑制し、また、金属支持体１と電極層２との元素拡散を抑制することができ、性能・耐久性に優れた金属支持型電気化学素子Ｅを実現できる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、スプレーコーティング法を用いると、緻密で気密性及びガスバリア性の高い電解質層４が低温域で容易に得られやすいので更に好ましい。

【0074】

電解質層４は、アノードガスやカソードガスのガスリークを遮蔽し、且つ、高いイオン伝導性を発現するために、緻密に構成される。電解質層４の緻密度は９０％以上が好ましく、９５％以上であるとより好ましく、９８％以上であると更に好ましい。電解質層４は、均一な層である場合は、その緻密度が９５％以上であると好ましく、９８％以上であるとより好ましい。また、電解質層４が、複数の層状に構成されているような場合は、そのうちの少なくとも一部が、緻密度が９８％以上である層（緻密電解質層）を含んでいると好ましく、９９％以上である層（緻密電解質層）を含んでいるとより好ましい。このような緻密電解質層が電解質層の一部に含まれていると、電解質層が複数の層状に構成されている場合であっても、緻密で気密性及びガスバリア性の高い電解質層を形成しやすくできるからである。

【0075】

（反応防止層）
反応防止層５は、電解質層４の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは２μｍ～５０μｍ程度、より好ましくは３μｍ～１５μｍ程度とすることができる。このような厚さにすると、高価な反応防止層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な性能を確保することが可能となる。

【0076】

反応防止層５の材料としては、電解質層４の成分と対極電極層６の成分との間の反応を防止できる材料であれば良いが、例えばセリア系材料等が用いられる。また、反応防止層５の材料として、Ｓｍ、Ｇｄ及びＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有する材料が好適に用いられる。尚、Ｓｍ、Ｇｄ及びＹからなる群から選ばれる元素のうち少なくとも１つを含有し、これら元素の含有率の合計が１．０質量％以上１０質量％以下であるとよい。反応防止層５を電解質層４と対極電極層６との間に導入することにより、対極電極層６の構成材料と電解質層４の構成材料との反応が効果的に抑制され、金属支持型電気化学素子Ｅの性能の長期安定性を向上できる。

【0077】

反応防止層５は、酸素イオン（酸化物イオン）伝導性を有することが好ましい。また、酸素イオン（酸化物イオン）及び電子の双方の伝導性を有する混合伝導体であると更に好ましい。このような性質を有する反応防止層５は、金属支持型電気化学素子Ｅへの適用に適している。

【0078】

反応防止層５の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、金属支持体１の損傷を抑制し、また、金属支持体１と電極層２との元素拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた金属支持型電気化学素子Ｅを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば、１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジション法、パウダージェットデポジション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＶＤ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。

【0079】

（対極電極層）
対極電極層６は、反応防止層５の上に薄層の状態で形成することができる。薄層とする場合は、その厚さを、例えば、１μｍ～１００μｍ程度、好ましくは、５μｍ～５０μｍとすることができる。このような厚さにすると、高価な対極電極層材料の使用量を低減してコストダウンを図りつつ、十分な電極性能を確保することが可能となる。

【0080】

対極電極層６の材料としては、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物、セリア系酸化物及びこれらの混合物を用いることができる。特に、対極電極層６が、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｍ、Ｍｎ、Ｃｏ及びＦｅからなる群から選ばれる２種類以上の元素を含有するペロブスカイト型酸化物を含むことが好ましい。以上の材料を用いて構成される対極電極層６は、カソードとして機能する。

【0081】

尚、対極電極層６の形成は、１１００℃以下の処理温度で形成できる方法を適宜用いて行うと、金属支持体１の損傷を抑制し、また、金属支持体１と電極層２との元素拡散を抑制でき、性能・耐久性に優れた金属支持型電気化学素子Ｅを実現できるので好ましい。例えば、低温焼成法（例えば、１１００℃を越える高温域での焼成処理をしない低温域での焼成処理を用いる湿式法）、スプレーコーティング法（溶射法やエアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジション法、パウダージェットデポジション法、パーティクルジェットデポジション法、コールドスプレー法などの方法）、ＰＤＶ法（スパッタリング法、パルスレーザーデポジション法など）、ＣＶＤ法などを適宜用いて行うことができる。
特に、低温焼成法やスプレーコーティング法などを用いると低コストな素子が実現できるので好ましい。更に、低温焼成法を用いると、原材料のハンドリングが容易になるので更に好ましい。

【0082】

（金属支持型電気化学素子の製造方法）
次に、金属支持型電気化学素子Ｅの製造方法について説明する。本実施形態に係る金属支持型電気化学素子Ｅの製造方法は、電極層形成ステップ、中間層形成ステップ、電解質層形成ステップ、反応防止層形成ステップ及び対極電極層形成ステップを含み、電極層形成ステップが準備ステップ、塗布ステップ、焼成ステップ、及び圧縮ステップを含む。

【0083】

（電極層形成ステップ）
電極層形成ステップでは、金属支持体１上に電極層２が薄膜の状態で形成される。電極層２の形成は、上述した成膜方法を用いることができるが、金属支持体１の劣化を抑制すべく、１１００℃以下の低温域で使用可能な成膜方法を用いることが好ましい。

【0084】

電極層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。

【0085】

まず、電極層２の材料と造孔材とを含有するペーストを準備する（準備ステップ）。具体的には、電極層２の材料粉末、造孔材、及び溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作成する。造孔材は、例えば球状高分子や樹脂粉末であり、例えばアクリル樹脂である。準備ステップにおいて、ペーストの粘度が、塗布ステップの実行時にペーストが貫通孔１ａに入り込む程度に低く調整される。ペーストの粘度は、溶媒の増減により調整される。最適な粘度は、電極層２の材料や、貫通孔１ａの大きさ、間隔などに応じて決定される。

【0086】

次に、準備されたペーストが貫通孔１ａに入り込むようにペーストを金属支持体１の表面（表側の面）に塗布する（塗布ステップ）。ペーストの塗布は、ペーストが貫通孔１ａへ十分に入り込むように、複数回に渡って行われてもよい。

【0087】

続いて、塗布されたペーストの層を圧縮する（圧縮ステップ）。ペーストの層の圧縮（圧縮成型）は、例えば、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ ；冷間静水圧加圧）成形、ロール加圧成形、ＲＩＰ（Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ；ゴム型等方圧加圧）成形などにより行うことができる。このステップは省略されてもよい。すなわち、塗布されたペーストの層の圧縮が行われず、焼成ステップにて焼成された電極層２が後で圧縮されてもよい。

【0088】

油分を除去する脱脂ステップが行われる。脱脂ステップは、１５０℃以上６５０℃以下の温度で金属支持体１加熱する工程であることが好ましい。脱脂ステップを行うことによって、油脂などの汚れに起因する電極層２の成膜不良を抑えられる。なお脱脂ステップは省略が可能である。

【0089】

ペーストが塗布された金属支持体１を焼成する（焼成ステップ）。焼成ステップは、金属支持体１の劣化を抑制すべく、８００℃以上１１００℃以下で行う。特に、１０５０℃以下で行うことが好ましく、１０００℃以下で行うことがより好ましい。焼成ステップは、酸素の分圧が４．０×１０^－８ｂａｒ以上４．０×１０^－６ｂａｒ以下となるように調整した雰囲気下で行う。このように、焼成ステップを酸素の分圧が４．０×１０^－８ｂａｒ以上４．０×１０^－６ｂａｒ以下の雰囲気下で行うことで、水素を用いずに強固な電極層を形成できる。酸素の分圧は、７．５×１０^－８ｂａｒ以上３．０×１０^－６ｂａｒ以下であることが好ましく、２．９×１０^－７ｂａｒ以上１．５×１０^－６ｂａｒ以下であることがより好ましい。

【0090】

焼成ステップの前または後に、電極層２の表面を平滑化する平滑化ステップが行われてもよい。平滑化ステップは、ラップ成形やレベリング処理、表面の切削・研磨処理などを施すことによって行うことでもできる。なお電極層２の表面の平滑化が、圧縮ステップによって実現されてもよい。

【0091】

焼成ステップを行った際に、金属支持体１の表面に金属酸化物層１ｂ（拡散防止層）が形成されてもよい。焼成ステップを行う前に、別途、拡散防止層を形成する工程を行うようにしてもよい。

【0092】

焼成ステップの前に圧縮ステップが行われた場合、ペースト層内の造孔材は圧力を受ける。これにより、ペースト層内の造孔材は破壊や変形により小さくなる。一方、貫通孔１ａに入り込んだペーストは圧力を受けないため、造孔材は大きいままである。この状態で焼成ステップが実行されると、第二部位２ｂ（貫通孔１ａの内部に進入している部位）の気孔率が、第一部位２ａ（層状の部位）の気孔率よりも大きくなる。

【0093】

（中間層形成ステップ）
中間層形成ステップでは、電極層２を覆う形態で、電極層２の上に中間層３が薄層の状態で形成される。中間層３の形成は、上述した成膜方法を用いることができるが、金属支持体１の劣化を抑制すべく、１１００℃以下の低温域で使用可能な成膜方法を用いることが好ましい。

【0094】

中間層形成ステップを低温焼成法で行う場合には、具体的には以下の例のように行う。まず、中間層３の材料粉末と溶媒（分散媒）とを混合して材料ペーストを作製し、電極層２の表側の面に塗布する。そして中間層３を圧縮成形し（中間層平滑化工程、圧縮ステップ）、１１００℃以下で焼成する（中間層焼成工程）。中間層３の圧縮成形は、例えば、ＣＩＰ成形、ロール加圧成形、ＲＩＰ成形などにより行うことができる。また、中間層３の焼成は、８００℃以上１１００℃以下の温度で行うと好適である。このような温度であると、金属支持体１の損傷・劣化を抑制しつつ、強度の高い中間層３を形成できるためである。また、中間層３の焼成を１０５０℃以下で行うとより好ましく、１０００℃以下で行うと更に好ましい。これは、中間層３の焼成温度を低下させる程に、金属支持体１の損傷・劣化をより抑制しつつ、金属支持型電気化学素子Ｅを形成できるからである。尚、中間層平滑化工程と中間層焼成工程の順序を入れ替えることもできる。また、中間層平滑化工程は、ラップ成形やレベリング処理、表面の切削・研磨処理などを施すことによって行うことでもできる。

【0095】

（電解質層形成ステップ）
電解質層形成ステップでは、電極層２及び中間層３を覆った状態で、電解質層４が中間層３の上に薄層の状態で形成される。電解質層４の形成は、上述した低温域で使用可能な成膜方法を用いることができるが、スプレーコーティング法を用いることが好ましい。特に、緻密で気密性及びガスバリア性能の高い、良質な電解質層４を１１００℃以下の温度域で形成する上では、エアロゾルデポジション法、エアロゾルガスデポジション法、パウダージェットデポジション法、パーティクルジェットデポジション法のいずれかを用いることがより好ましい。本実施形態では、エアロゾルデポジション法を用いて電解質層４を形成する。具体的には、エアロゾル化した電解質層４の材料粉末（本実施形態ではＹＳＺやＳＳＺなどの安定化ジルコニアの微粉末）を金属支持体１上の中間層３に向けて噴射し、電解質層４を形成する。

【0096】

（反応防止層形成ステップ）
反応防止層形成ステップでは、電解質層４の上に反応防止層５が薄層の状態で形成される。反応防止層５の形成は、上述した成膜方法を用いることができるが、金属支持体１の劣化を抑制すべく、１１００℃以下の低温域で使用可能な成膜方法を用いることが好ましい。

【0097】

（対極電極層形成ステップ）
対極電極層形成ステップでは、対極電極層６が反応防止層５の上に薄層の状態で形成される。対極電極層６の形成は、上述した成膜方法を用いることができるが、金属支持体１の劣化を抑制すべく、１１００℃以下の低温域で使用可能な成膜方法を用いることが好ましい。

【0098】

中間層形成ステップにおいて中間層平滑化工程（圧縮ステップ）が行われると、金属支持体１を覆う電極層２の第一部位２ａは大きな圧力を受ける。一方、貫通孔１ａに入り込んだ電極層２（第二部位２ｂ）は受ける圧力が少ない。これにより、第二部位２ｂ（貫通孔１ａの内部に進入している部位）の気孔率が、第一部位２ａ（層状の部位）の気孔率よりも大きくなる。なお、圧縮ステップ（焼成された電極層２を圧縮するステップ）が、電解質層形成ステップや、対極電極層形成ステップにおいて行われてもよい。

【0099】

（固体酸化物形燃料電池）
金属支持型電気化学素子Ｅを上記のような構成とすることで、当該金属支持型電気化学素子Ｅを固体酸化物形燃料電池の発電セルとして用いることができる。つまり、金属支持型電気化学素子Ｅで発電反応を生じさせる固体酸化物形燃料電池を実現できる。

【0100】

例えば、金属支持体１の裏側の面から貫通孔１ａを通じて第一ガスとしての水素を含む燃料ガスを電極層２へ流通し、対極電極層６へ第二ガスとしての空気を流通し、所定の作動温度（例えば、５００℃以上９００℃以下）に維持する。そうすると、電解質層４に酸素イオンを伝導する電解質材料を用いた場合には、対極電極層６において空気に含まれる酸素Ｏ_２が電子ｅ^－と反応して酸素イオンＯ^２－が生成される。その酸素イオンＯ^２－が電解質層４を通って電極層２へ移動する。電極層２においては、流通された燃料ガスに含まれる水素Ｈ_２が酸素イオンＯ^２－と反応し、水Ｈ_２Ｏと電子ｅ^－が生成される。

【0101】

電解質層４に水素イオンを伝導する電解質材料を用いた場合には、電極層２において流通された燃料ガスに含まれる水素Ｈ_２が電子ｅ^－を放出して水素イオンＨ^＋が生成される。その水素イオンＨ^＋が電解質層４を通って対極電極層６へ移動する。対極電極層６において空気に含まれる酸素Ｏ_２と水素イオンＨ^＋、電子ｅ^－が反応し水Ｈ_２Ｏが生成される。

【0102】

以上の反応により、電極層２と対極電極層６との間に電気化学出力として起電力が発生する。この場合、電極層２は燃料電池の燃料極（アノード）として機能し、対極電極層６は空気極（カソード）として機能する。

【0103】

尚、定格運転時に６５０℃以上の温度域で運転可能な固体酸化物形燃料電池であると、都市ガス等の炭化水素系ガスを原燃料とする燃料システムにおいて、原燃料を水素に変換する際に必要となる熱を燃料電池の排熱で賄うことが可能なシステムを構築できるため、燃料電池システムの発電効率を高めることができるので、より好ましい。また、定格運転時に９００℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、金属支持型電気化学素子ＥからのＣｒ揮発の抑制効果が高められるのでより好ましく、定格運転時に８５０℃以下の温度域で運転される固体酸化物形燃料電池であると、Ｃｒ揮発の抑制効果を更に高められるので更に好ましい。

【0104】

（電気化学モジュール）
次に、図２を参照して電気化学モジュールＭについて説明する。電気化学モジュールＭは、金属支持体１と金属支持体１の裏面に取り付けられたＵ字部材９とで筒状支持体が形成された状態の金属支持型電気化学素子Ｅを備えている。そして、この金属支持型電気化学素子Ｅが集電部材２６を挟んで複数積層（複数集合）されて電気化学モジュールＭが構成されている。尚、本実施形態では、集電部材２６が、金属支持型電気化学素子Ｅの対極電極層６とＵ字部材９とに接合され、両者を電気的に接続しているが、金属支持型電気化学素子Ｅの対極電極層６とＵ字部材９とを直接電気的に接続する構成としてもよい。

【0105】

また、電気化学モジュールＭは、ガスマニホールド１７、終端部材及び電流引出し部を有する。複数積層された金属支持型電気化学素子Ｅは、筒状支持体の一方の開口端部がガスマニホールド１７に接続されて、ガスマニホールド１７から気体の供給を受ける。供給された気体は、筒状支持体の内部を通流し、金属支持体１の貫通孔１ａを通って電極層２に供給される。

【0106】

（電気化学装置及びエネルギーシステム）
次に、図３を参照して、上記電気化学モジュールＭを用いて構築した電気化学装置Ｙ及びエネルギーシステムＺについて説明する。

【0107】

図３に示すように、エネルギーシステムＺは、電気化学装置Ｙと、電気化学装置Ｙから流通される熱を再利用する排熱利用部としての熱交換器５３とを有する。

【0108】

本実施形態において、電気化学装置Ｙは、電気化学モジュールＭと、脱硫器３１及び改質器３４からなる燃料変換器と、電気化学モジュールＭに対して燃料変換器で生成された還元成分を含有する燃料ガスを供給する燃料供給部４６と、電気化学モジュールＭから電力を取り出す出力部としての電力変換器の一種であるインバータ３８とを有する。

【0109】

より具体的に言えば、電気化学装置Ｙは、脱硫器３１や改質水タンク３２、気化器３３、改質器３４、ブロア３５、燃焼部３６、インバータ３８、制御部３９、電気化学モジュールＭ、収納容器４０等を有する。

【0110】

脱硫器３１は、都市ガス等の炭化水素系の原燃料に含まれる硫黄化合物成分を除去（脱硫）する。原燃料中に硫黄化合物が含有される場合、脱硫器３１を備えることにより、硫黄化合物による改質器３４あるいは金属支持型電気化学素子Ｅに対する影響を抑制することができる。気化器３３は、改質水タンク３２から供給される改質水から水蒸気を生成する。改質器３４は、気化器３３にて生成された水蒸気を用いて脱硫器３１にて脱硫された原燃料を水蒸気改質して、水素を含む改質ガスを生成する。

【0111】

電気化学モジュールＭは、改質器３４から供給された改質ガスと、ブロア３５から供給された空気とを用いて、電気化学反応させて発電する。燃焼部３６は、電気化学モジュールＭから排出される反応排ガスと空気とを混合させて、反応排ガス中の可燃成分を燃焼させる。

【0112】

電気化学モジュールＭは、複数の金属支持型電気化学素子Ｅとガスマニホールド１７とを有する。複数の金属支持型電気化学素子Ｅは互いに電気的に接続された状態で並列して配置され、金属支持型電気化学素子Ｅの一方の端部（下端部）がガスマニホールド１７に固定されている。金属支持型電気化学素子Ｅは、ガスマニホールド１７を通じて供給される改質ガスと、ブロア３５から供給された空気とを電気化学反応させて発電する。

【0113】

インバータ３８は、電気化学モジュールＭの出力電力を調整して、商用系統（図示省略）から受電する電力と同じ電圧及び同じ周波数にする。制御部３９は電気化学装置Ｙ及びエネルギーシステムＺの運転を制御する。

【0114】

気化器３３、改質器３４、電気化学モジュールＭ及び燃焼部３６は、収納容器４０内に収納される。そして、改質器３４は、燃焼部３６での反応排ガスの燃焼により発生する燃焼熱を用いて原燃料の改質処理を行う。

【0115】

原燃料は、昇圧ポンプ４１の作動により原燃料供給路４２を通して脱硫器３１に供給される。改質水タンク３２の改質水は、改質水ポンプ４３の作動により改質水供給路４４を通して気化器３３に供給される。そして、原燃料供給路４２は脱硫器３１よりも下流側の部位で、改質水供給路４４に合流されており、収納容器４０外にて合流された改質水と原燃料とが収納容器４０内に備えられた気化器３３に供給される。

【0116】

改質水は気化器３３にて気化され水蒸気となる。気化器３３にて生成された水蒸気を含む原燃料は、水蒸気含有原燃料供給路４５を通して改質器３４に供給される。改質器３４にて原燃料が水蒸気改質され、水素ガスを主成分とする改質ガス（還元性成分を有する第一ガス）が生成される。改質器３４にて生成された改質ガスは、燃料供給部４６を通して電気化学モジュールＭのガスマニホールド１７に供給される。

【0117】

ガスマニホールド１７に供給された改質ガスは、複数の金属支持型電気化学素子Ｅに対して分配され、金属支持型電気化学素子Ｅとガスマニホールド１７との接続部である下端から金属支持型電気化学素子Ｅに供給される。改質ガス中の主に水素（還元性成分）が、金属支持型電気化学素子Ｅにて電気化学反応に使用される。反応に用いられなかった残余の水素ガスを含む反応排ガスが、金属支持型電気化学素子Ｅの上端から燃焼部３６に排出される。

【0118】

反応排ガスは、燃焼部３６で燃焼され、燃焼排ガスとなって燃焼排ガス排出口５０から収納容器４０の外部に排出される。燃焼排ガス排出口５０には、燃焼触媒部５１（例えば、白金系触媒）が配置され、燃焼排ガスに含有される一酸化炭素や水素等の還元性成分を燃焼除去される。燃焼排ガス排出口５０から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出路５２により熱交換器５３に送られる。

【0119】

熱交換器５３は、燃焼部３６における燃焼で生じた燃焼排ガスと、供給される冷水とを熱交換させ、温水を生成する。即ち、熱交換器５３は、電気化学装置Ｙから排出される熱を再利用する排熱利用部として動作する。

【0120】

尚、排熱利用部の代わりに、電気化学モジュールＭから（燃焼されずに）排出される反応排ガスを利用する反応排ガス利用部を設けてもよい。反応排ガスには、金属支持型電気化学素子Ｅにて反応に用いられなかった残余の水素ガスが含まれる。反応排ガス利用部では、残余の水素ガスを利用して、燃焼による熱利用や、燃料電池等による発電が行われ、エネルギーの有効利用がなされる。

【0121】

〔実施例・比較例〕
以下、実施例及び比較例について説明する。

【0122】

〔電極層の形成〕
実施例として、厚さ０．３ｍｍ、直径２５ｍｍの円形の金属板に対して、中心から半径２．５ｍｍの領域にレーザー加工により貫通孔１ａを複数設けて、金属支持体１を作製した。

【0123】

次に、６０質量％のＮｉＯ粉末と４０質量％のＧＤＣ粉末とを混合し、有機バインダー、有機溶媒（分散媒）、及び造孔材を加えてペーストを作製した（準備ステップ）。ペーストの粘度は、スクリーン印刷によって塗布ステップを行う際に貫通孔１ａにペーストが入り込む程度に低い粘度に調整した。

【0124】

準備したペーストを用いて、金属支持体１の中心から半径５ｍｍの領域に電極層２を積層した（塗布ステップ）。尚、電極層２の形成にはスクリーン印刷を用いた。

【0125】

その後、電極層２を積層した金属支持体１に対して、空気中にて４５０度で脱脂処理を行った（脱脂ステップ）。

【0126】

しかる後、脱脂処理後の金属支持体１に対して、焼成温度１０００℃で酸素分圧が５．５７×１０^－７ｂａｒとなるように調整した加湿窒素雰囲気下で１時間焼成処理を行った（焼成ステップ）。

【0127】

電極層２を形成した後、当該電極層２上に中間層３を形成した。具体的には、まず、ＧＤＣの微粉末に有機バインダーと有機溶媒（分散媒）を加えてペーストを作製した。そのペーストを用いて、スクリーン印刷により、電極層２を形成した金属支持体１の中心から半径６ｍｍの領域に中間層３を積層した。その後、中間層３を積層した金属支持体１に対して、圧縮成形した後、焼成処理を行うことで、表面が平坦な中間層３を形成した（中間層形成ステップ、圧縮ステップ）。

【0128】

その後、電解質層形成ステップ、反応防止層形成ステップ、及び対極電極層形成ステップを実行し、実施例の金属支持型電気化学素子Ｅを製造した。

【0129】

比較例の金属支持型電気化学素子Ｅを製造した。製造は、以下述べる点を除いて実施例と同様に行った。比較例の製造では、準備ステップにおいてペーストに造孔材を加えていない。また、ペーストの粘度は、スクリーン印刷によって塗布ステップを行う際に貫通孔１ａにペーストが入り込まない程度に、比較的高い粘度に調整した。比較例の製造に用いたペーストの粘度は、実施例の製造に用いたペーストの粘度よりも高い。

【0130】

図４は、実施例の金属支持型電気化学素子Ｅの断面の電子顕微鏡による写真である。この写真が示すとおり、実施例では、金属支持体１の貫通孔１ａに電極層２が進入している。すなわち実施例では、電極層２が、貫通孔１ａを覆う層状の部位である第一部位２ａと、第一部位２ａと連続する部位であって第一部位２ａから貫通孔１ａの内部へ進入している第二部位２ｂと、を備えている。

【0131】

また、図４の写真が示すとおり、実施例の第二部位２ｂには、比較的大きい多数の細孔（写真で黒く写った部分）が存在する。第二部位２ｂの細孔は、第一部位２ａの細孔よりも大きく、且つ、多数である。すなわち、実施例の電極層２において、第二部位２ｂの気孔率が第一部位２ａの気孔率よりも多くなっている。

【0132】

なお、図中の気孔率は、以下の手順で算出した。図中のＳＥＭ画像から電極層２の第一部位２ａ及び第二部位２ｂを解析部分として選択し、選択した解析部分に関する画像について、空隙とそれ以外の部分とを可能な限り区別し得る画像となるように、画像処理ソフト「Ｉｍａｇｅ Ｊ」を使用してコントラストを調整し、空隙と認識できるコントラストが濃い黒い部分が全て選択されるコントラスト値を閾値として２値化処理し、空隙を特定した。そして、解析部分に関する画像について、空隙に対応する総ピクセル数を各解析部分に関する画像全体の総ピクセル数で除することで得られる値をそれぞれ電極層２の第一部位２ａ及び第二部位２ｂの気孔率とした。

【0133】

実施例及び比較例の金属支持型電気化学素子Ｅに対して、電気化学測定（発電電圧及び拡散抵抗）を行った。結果を表１に示す。

【0134】

【表1】

【0135】

実施例の金属支持型電気化学素子Ｅでは、貫通孔１ａの内部に電極層２の第二部位２ｂが存在する。そのため、第二部位２ｂによって貫通孔１ａの気体（例えば、燃料ガス）の通流が阻害されて、金属支持型電気化学素子Ｅの発電性能が悪化する可能性がある。しかし、表１が示す電気化学測定の結果は、発電電圧及び拡散抵抗の両方において実施例の発電性能が比較例の発電性能と同程度である旨を示している。これは、第二部位２ｂの気孔率が十分に高く、貫通孔１ａの気体の通流が阻害されていないことを示している。

【0136】

〔別実施形態〕
〔１〕上記実施形態では、図１に示されるように、第二部位２ｂが、金属支持体１における第一部位２ａが形成された面（表側の面）と反対側の面（裏側の面）まで到達している。図５に示されるように、第二部位２ｂが裏側の面まで到達していない態様であってもよい。図５の例では、第二部位が、貫通孔１ａの深さの半分（図中の一点鎖線）を超えて貫通孔１ａの内部へ進入している。貫通孔１ａの内面の一部が、電極層２の第二部位２ｂによって覆われている。貫通孔１ａの内面が覆われない場合（第二部位２ｂが存在しない場合）に比べ、金属支持体１の耐久性が向上し、金属支持型電気化学素子Ｅの耐久性が向上する。

【0137】

〔２〕上記実施形態では、金属支持型電気化学素子Ｅを製造する際に、中間層形成ステップや反応防止層形成ステップを行い、金属支持型電気化学素子Ｅが中間層３や反応防止層５を備える態様としたが、これに限られるものではなく、中間層３や反応防止層５を備えていない態様であってもよい。尚、中間層３を備えていない態様である場合、電極層２の上に電解質層４が形成された状態となり、反応防止層５を備えていない態様である場合、電解質層４の上に対極電極層６が形成された状態となる。

【0138】

〔３〕上記実施形態では、金属支持型電気化学素子Ｅを固体酸化物形燃料電池に用いたが、この金属支持型電気化学素子Ｅは、固体酸化物形電解セルや、固体酸化物を利用した酸素センサ等に利用することもできる。
金属支持型電気化学素子Ｅを電解セルとして動作させる場合、電極層２に水蒸気や二酸化炭素を含有するガスを流通し、電極層２と対極電極層６との間に電圧を印加する。そうすると、電極層２において電子ｅ^－と水Ｈ_２Ｏや二酸化炭素分子ＣＯ_２とが反応し、水素Ｈ_２や一酸化炭素ＣＯと酸素イオンＯ^２－となる。酸素イオンＯ^２－は、電解質層４を通って対極電極層６へ移動する。そして、対極電極層６において酸素イオンＯ^２－が電子を放出して酸素Ｏ_２となる。以上の反応により、水Ｈ_２Ｏが水素Ｈ_２と酸素Ｏ_２とに電気分解される。二酸化炭素分子ＣＯ_２を含有するガスが流通される場合は一酸化炭素ＣＯと酸素Ｏ_２とに電気分解される。
図６には、金属支持型電気化学素子Ｅを上述した電解反応によるガスの生成を行う電解セルとして動作させる場合の電気化学装置Ｙ１及びエネルギーシステムＺ１の一例を示した。同図に示すように、エネルギーシステムＺ１は、電気化学装置Ｙ１と、電気化学装置Ｙ１から流通される熱を再利用する排熱利用部としての２つの熱交換器９０，９２とを有する。
この実施形態において、電気化学装置Ｙ１は、電気化学モジュールＭと、電気化学モジュールＭで生成された水素などを基に炭化水素を合成する燃料変換器９１と、電気化学モジュールＭに電力を流通する電力変換器９３とを有する。
この電気化学装置Ｙ１において、電気化学モジュールＭは、複数の金属支持型電気化学素子Ｅと２つのガスマニホールド１７，１７１とを有する。複数の金属支持型電気化学素子Ｅは、互いに電気的に接続された状態で並列して配置される。金属支持型電気化学素子Ｅは、一方の端部（下端部）がガスマニホールド１７に固定されており、他方の端部（上端部）がガスマニホールド１７１に固定されている。金属支持型電気化学素子Ｅの一方の端部におけるガスマニホールド１７は、水蒸気及び二酸化炭素の供給を受ける。そして、金属支持型電気化学素子Ｅで上述の反応により生成した水素及び一酸化炭素等が、他方の端部と連通するガスマニホールド１７１によって収集される。
また、この実施形態においては、熱交換器９０を、燃料変換器９１で起きる反応によって生ずる反応熱と水とを熱交換させ気化する排熱利用部として動作させるとともに、熱交換器９２を、金属支持型電気化学素子Ｅによって生ずる排熱と水蒸気及び二酸化炭素とを熱交換させ予熱する排熱利用部として動作させる構成とすることで、エネルギー効率を高められるようになっている。
また、電力変換器９３は、電気化学モジュールＭの金属支持型電気化学素子Ｅに電力を流通する。これにより、金属支持型電気化学素子Ｅは、電解セルとして作用する。
よって、上記構成によれば、電気エネルギーを燃料等の化学的エネルギーに変換する効率を向上できる電気化学装置Ｙ１及びエネルギーシステムＺ１を実現できる。

【0139】

〔４〕上記実施形態では、金属支持型電気化学素子Ｅを電気化学モジュールＭとして複数組み合わせて用いる態様としたが、これに限られるものではなく、単独で用いることも可能である。

【0140】

〔５〕上記実施形態では、エネルギーシステムＺ，Ｚ１が、電気化学装置Ｙ，Ｙ１から排出される熱を再利用する排熱利用部を備える態様としたが、これに限られるものではなく、排熱利用部を備えていない態様であってもよい。

【0141】

〔６〕上記実施形態では、電極層２の材料として例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ_２、Ｃｕ－ＣｅＯ_２などの複合材を用い、対極電極層６の材料として例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用い、電極層２に水素ガスを流通して燃料極（アノード）とし、対極電極層６に空気を流通して空気極（カソード）とし、固体酸化物形燃料電池の発電セルとして用いる態様としたが、これに限られるものではない。このような構成を変更して、電極層２を空気極とし、対極電極層６を燃料極とすることが可能なように、金属支持型電気化学素子Ｅを構成する態様であってもよい。即ち、電極層２の材料として、例えばＬＳＣＦ、ＬＳＭ等の複合酸化物を用い、対極電極層６の材料として、例えばＮｉＯ－ＧＤＣ、Ｎｉ－ＧＤＣ、ＮｉＯ－ＹＳＺ、Ｎｉ－ＹＳＺ、ＣｕＯ－ＣｅＯ_２、Ｃｕ－ＣｅＯ_２などの複合材を用いる。このように構成した金属支持型電気化学素子Ｅであれば、電極層２に空気を流通して空気極とし、対極電極層６に水素ガスを流通して燃料極とし、金属支持型電気化学素子Ｅを固体酸化物形燃料電池の発電セルとして用いることができる。

【0142】

〔７〕上記実施形態では、電気化学モジュールＭが、金属支持体１と金属支持体１の裏面に取り付けられたＵ字部材９とで筒状支持体が形成された状態の金属支持型電気化学素子Ｅを備える態様としたが、これに限られるものではない。例えば、図７に示すように、金属支持型電気化学素子Ｅを、セル間接続部材７１を間に挟んで積層することで、電気化学モジュールＭを構成する態様であってもよい。
この場合、セル間接続部材７１は、導電性を有し、且つ気体透過性を有さない板状の部材であり、表面と裏面とに互いに直交する溝７２が形成されている。尚、セル間接続部材７１は、ステンレス等の金属や、金属酸化物を用いることができる。
そして、このセル間接続部材７１を間に挟んで金属支持型電気化学素子Ｅを積層すると、溝７２を通じて気体を金属支持型電気化学素子Ｅに供給できる。詳しくは、一方の面に形成された溝７２が第一気体流路７２ａとなり、金属支持型電気化学素子Ｅの表側、即ち、対極電極層６に気体を供給する。また、他方の面に形成された溝７２が第二気体流路７２ｂとなり、金属支持型電気化学素子Ｅの裏側、即ち、金属支持体１の裏側の面から貫通孔１ａを通じて電極層２へ気体を供給する。
このように構成した電気化学モジュールＭを固体酸化物形燃料電池の発電セルとして動作させる場合は、第一気体流路７２ａに空気を供給し、第二気体流路７２ｂに水素を供給する。そうすると金属支持型電気化学素子Ｅにて発電反応が進行し、起電力・電流が発生する。発生した電力は、積層された金属支持型電気化学素子Ｅの両端のセル間接続部材７１から、電気化学モジュールＭの外部に取り出される。
尚、溝７２は、セル間接続部材７１の表面に形成されるものと裏面に形成されるものとが互いに並行であってもよい。

【0143】

〔８〕上記実施形態では、金属支持型電気化学素子Ｅを主に平板型や円筒平板型の固体酸化物形燃料電池に用いる態様としたが、これに限られるものではなく、円筒型の固体酸化物形燃料電池などの素子に利用することもできる。

【0144】

〔９〕上記実施形態では、電気化学装置Ｙが、複数の金属支持型電気化学素子Ｅを有する電気化学モジュールＭを備える態様としたが、これに限られるものではない。例えば、電気化学装置が一つの金属支持型電気化学素子Ｅを備える態様であってもよい。

【0145】

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【符号の説明】

【0146】

１ ：金属支持体
１ａ ：貫通孔
１ｂ ：金属酸化物膜（拡散防止層）
２ ：電極層
３ ：中間層
４ ：電解質層
５ ：反応防止層
６ ：対極電極層
３１ ：脱硫器（燃料変換器）
３４ ：改質器（燃料変換器）
３８ ：インバータ（電力変換器）
５３ ：熱交換器（排熱利用部）
９０，９２：熱交換器（排熱利用部）
９１ ：燃料変換器
９３ ：電力変換器
Ｅ ：金属支持型電気化学素子
Ｍ ：電気化学モジュール
Ｙ，Ｙ１：電気化学装置
Ｚ，Ｚ１：エネルギーシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】