特許 7543699 固体酸化物形燃料電池のサポートセル

(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】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】固体酸化物形燃料電池のサポートセル

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/02 20160101AFI20240827BHJP

   H01M 8/1226 20160101ALI20240827BHJP

   H01M 8/0258 20160101ALI20240827BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20240827BHJP

   H01M 4/86 20060101ALI20240827BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

H01M8/02

H01M8/1226

H01M8/0258

H01M8/12 101

H01M8/12 102A

H01M4/86 U

H01M8/0606

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020087418

(22)【出願日】2020-05-19

(65)【公開番号】P2021182505

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-03-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】三浦 遥平

【審査官】川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０９６５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５２７０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９１８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０７６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５０４９４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／１２２６

Ｈ０１Ｍ ８／０２５８

Ｈ０１Ｍ ８／１２

Ｈ０１Ｍ ４／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質層をアノード層とカソード層とで挟持し、前記アノード層側若しくは前記カソード層側に金属支持体を備え、前記アノード層と燃料流路との間に改質触媒を設けた固体酸化物燃料電池のサポートセルであり、
前記燃料流路の上流側に位置する前記サポートセルに配置された前記金属支持体および前記アノード層の内部に設けられ、前記金属支持体の厚さ方向における中央部より前記燃料流路側を起点として前記アノード層まで前記サポートセルの厚さ方向に延設されるガイド板と、
前記金属支持体の前記燃料流路側の表面の最上流側を起点として、前記ガイド板が配設される位置に向けて延設される保湿部材と、を備え、
前記ガイド板の空隙率は１０％以下であり、
前記ガイド板の厚さは３ｍｍ以下であり、
前記金属支持体および前記保湿部材は少なくとも１つの空隙を備え、
前記保湿部材の空隙径は、前記金属支持体の空隙径より小さく、
前記保湿部材の厚さは５０μｍ以下である、固体酸化物形燃料電池のサポートセル。

【請求項2】

前記改質触媒は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含む触媒微粒子により構成されている、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池のサポートセル。

【請求項3】

前記保湿部材は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む、多孔質構造により構成されている、
請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池のサポートセル。

【請求項4】

前記保湿部材は、アルミナ、セリア、ジルコニア、セリア－ジルコニア固溶体のいずれかを含む酸化物で構成される担体に、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含む触媒微粒子が担持された、改質触媒によって構成される、請求項１～３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池のサポートセル。

【請求項5】

前記ガイド板は、前記金属支持体と同等な材料で構成され、
前記ガイド板は、前記金属支持体および前記アノード層の一部分が前記サポートセルの外部から溶接されることによって形成される、請求項１～４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池のサポートセルの製造方法。

【請求項6】

前記ガイド板は、前記金属支持体および前記アノード層に少なくとも部分的に含有される焼結助剤が前記サポートセルの外部から焼結されることによって形成される、請求項１～５のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池のサポートセルの製造方法。

【請求項7】

前記ガイド板は、前記金属支持体および前記アノード層にセラミックス材が前記サポートセルの外部から充填され、前記セラミックス材に含まれるセラミックス触媒が原子層堆積法によって前記金属支持体および前記アノード層に堆積することによって形成される、請求項１～６のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池のサポートセルの製造方法。

【請求項8】

前記セラミックス触媒は、Ｎｉ、Ｆｅ，Ｍｎ、Ｃｏ，Ｍｏ，Ｐｔ、Ｒｕ，Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含む改質触媒金属を担持する、請求項７に記載の固体酸化物形燃料電池のサポートセルの製造方法。

【請求項9】

前記保湿部材は、前記金属支持体と同等な材料で構成される、請求項１～８のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池のサポートセルの製造方法。

【請求項10】

前記保湿部材は、製造工程において、スクリーン印刷されることによって形成される、請求項１～９のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池のサポートセルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固体酸化物形燃料電池のサポートセルに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、支持基板を有するサポートセルが固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ。以下、単に「ＳＯＦＣ」という。）に適用されている。支持基板は、セラミックスまたは金属により構成され、ガス透過性を有する。金属より構成された支持基板（金属支持体）を有するメタルサポートセル（ＭＳＣ：Ｍｅｔａｌ－Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｃｅｌｌ）は、機械的強度、急速起動性等に優れている。

【0003】

ＳＯＦＣにおけるメタルサポートセルアッセンブリーは、メタルサポートセルと、メタルサポートセルの周囲を囲曉して保持するセルフレームと、を有し、サポートセルは、アノード層（燃料極）、電解質層、カソード層（空気極）、および支持基板を積層して構成される。例えば、下記特許文献１には、支持基板を多孔質金属支持体であるガス透過性金属基板と針状ニッケル材料とで構成し、金属支持体とアノード層との間に針状ニッケル材料が保持された固体酸化物形燃料電池が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－１７１７５４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に記載された固体酸化物形燃料電池の金属支持体は、ガス透過性金属基板に空隙が形成され、該空隙の各々には針状ニッケル材料が保持されている。そのため、アノード層で生成された水は、ガス透過性金属基板の内部を通過してガス透過性金属基板の燃料流路側の表面まで到達することが難しく、これにより金属支持体の燃料流路側の表面付近が水不足になる恐れがある。したがって、このような固体酸化物形燃料電池によれば、金属支持体の空隙の各々を通過する燃料が水不足に起因する炭素析出を招き、該炭素が金属支持体の空隙の各々を覆うことで該空隙が閉塞する可能性があり、発電性能が低下してしまう虞がある。

【0006】

また、アノード層で生成された水は、金属支持体の内部を流れるときに、燃料流路の上流から下流に向かう圧力勾配とアノード層から燃料流路へ向かう濃度勾配とのベクトル和にしたがって傾斜して流れる。そのため、燃料流路の上流部分は特に水が不足しやすく、水不足に起因して炭素析出が生じる可能性がある。

【0007】

そこで、本発明の目的は、水不足に起因して炭素析出が生じることを抑制することができる固体酸化物形燃料電池のサポートセルを提供することにある。

【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本発明の固体酸化物形燃料電池のサポートセルは、電解質層をアノード層とカソード層とで挟持し、アノード層側若しくはカソード層側に金属支持体を備え、アノード層と燃料流路との間に改質触媒を設けた固体酸化物形燃料電池のサポートセルであり、前記燃料流路の上流側に位置する前記サポートセルに配置された前記金属支持体および前記アノード層の内部に設けられ、前記金属支持体の厚さ方向における中央部より前記燃料流路側を起点として、前記アノード層までサポートセルの厚さ方向に延設されるガイド板と、前記金属支持体の前記燃料流路側の表面の最上流側を起点として、前記ガイド板が配設される位置に向けて延設される保湿部材と、を備える。ガイド板の空隙率は１０％以下であり、ガイド板の厚さは３ｍｍ以下である。また、保湿部材および金属支持体は少なくとも１つの空隙を備え、保湿部材の空隙径は、金属支持体の空隙径より小さく、保湿部材の厚さは５０μｍ以下である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ガイド板は、燃料流路の上流から下流に向かう圧力勾配とアノード層から燃料流路へ向かう濃度勾配とのベクトル和にしたがって金属支持体の内部を傾斜して流れる水の流れを少なくとも部分的に妨げることができる。また、保湿部材は、水を保持することができるため、保湿部材の付近を湿潤状態に保つことができる。したがって、本発明に係る固体酸化物形燃料電池のサポートセルは、燃料流路の上流側に位置する金属支持体の燃料流路側の表面の水不足を抑制することができ、水不足に起因して炭素析出が生じることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックを示す分解斜視図である。

【図2】図１に示すセルユニットの分解斜視図である。

【図3】図２に示すサポートセルアッセンブリーを示す分解斜視図である。

【図4】図２のＸ方向から視たサポートセルと燃料流路を示す部分断面図である。

【図5】図４に示す金属支持体を拡大して示す図である。

【図6A】図４に示すガイド板の製造方法を示すための概略図である。

【図6B】図４に示すガイド板の製造方法を示すためのサポートセルの断面図である。

【図7】ガイド板を形成する方法を示す図である。

【図8】ガイド板を形成する方法を示す図である。

【図9】サポートセルを形成する方法を示す図である。

【図10】サポートセルを形成する方法を示す図である。

【図11】サポートセルを形成する方法を示す図である。

【図12】サポートセルを形成する方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0012】

図１～図５を参照して、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）について説明する。

【0013】

以下の説明の便宜のため、ＸＹＺ直交座標系を図中に示す。Ｘ軸およびＹ軸は水平方向、Ｚ軸は上下方向にそれぞれ平行な軸を示す。

【0014】

図１は、本実施形態に係る燃料電池スタック１を示す分解斜視図である。燃料電池スタック１は、複数のセルユニット１Ｕを上下方向に積層して構成される。以下、図中にＺ軸で示す燃料電池スタック１の上下方向を「積層方向」とも称する。また、セルユニット１Ｕを構成する各層の面方向は、ＸＹ面方向に相当する。

【0015】

（セルユニット１Ｕ）
図２は、セルユニット１Ｕの分解斜視図である。図２に示すように、セルユニット１Ｕは、サポートセルアッセンブリー１Ａ、ガス（燃料）の流路を区画形成する流路部１２１（「燃料流路」に相当する）を備えるセパレータ１２０、および集電補助層１３０を積層して構成される。なお、サポートセルアッセンブリー１Ａと集電補助層１３０との間に両者を導通接触させる接点材を配置してもよいし、集電補助層１３０を省く構造としてもよい。

【0016】

図３は、サポートセルアッセンブリー１Ａの分解斜視図である。図３に示すように、サポートセルアッセンブリー１Ａは、サポートセル１０と、サポートセル１０の周囲を囲曉して保持するセルフレーム７０と、を有する。

【0017】

（セパレータ１２０）
図２に示すように、セパレータ１２０の流路部１２１は、凹凸形状が一方向（Ｙ方向）に延在するように略直線状に形成されている。したがって、流路部１２１に沿って流れるガス（燃料）の流れ方向は、Ｙ方向となる。

【0018】

図２に示すように、セパレータ１２０は、アノードガスが流通するアノードガス流入口１２５ａおよびアノードガス流出口１２５ｂと、カソードガスが流通するカソードガス流入口１２５ｃおよびカソードガス流出口１２５ｄと、を有している。

【0019】

（集電補助層１３０）
集電補助層１３０は、ガスを通す空間を形成しつつ面圧を均等にして、サポートセル１０とセパレータ１２０との電気的な接触を補助する。集電補助層１３０は、例えば、金網状のエキスパンドメタル等によって形成することができる。

【0020】

（セルフレーム７０）
セルフレーム７０は、サポートセル１０を周囲から保持するものである。図３に示すように、セルフレーム７０は、開口部７０Ｈを有する。セルフレーム７０の開口部７０Ｈに、サポートセル１０が配置される。

【0021】

セルフレーム７０は、ガスを透過させない緻密な金属材料、例えば、ステンレスから形成される。セルフレーム７０の緻密度は、ガス遮蔽性を有する限りにおいて特に限定されないが、９０％以上あることが好ましく、９６％以上であることがより好ましく、９８％以上であることが特に好ましい。セルフレーム７０の表面は、絶縁処理が施されている。

【0022】

セルフレーム７０は、図３に示すように、アノードガスが流通するアノードガス流入口７０ａおよびアノードガス流出口７０ｂと、カソードガスが流通するカソードガス流入口７０ｃおよびカソードガス流出口７０ｄと、を有している。

【0023】

（サポートセル１０）
図４に示すように、サポートセル１０は、金属支持体６０、アノード層３０、電解質層４０、カソード層５０を積層して構成される。

【0024】

また、サポートセル１０は、図４に示すように、ガイド板６２と保湿部材６３とを備える。ガイド板６２は、流路部１２１の上流側に位置する（重ねられる）サポートセル１０に配置された金属支持体６０の内部を起点としてアノード３０層の内部までサポートセル１０の厚さ方向（Ｚ方向）に延設される。また、保湿部材６３は、金属支持体６０の流路部１２１側の表面６０Ｓの最上流側６０ａを起点としてガイド板６２が配設される位置に向けて金属支持体６０の積層方向（Ｘ方向）に延設される。なお、ガイド板６２および保湿部材６３の構成の詳細については、後述する。

【0025】

（電解質電極接合体２０）
図３および図４に示すように、電解質電極接合体２０は、電解質層４０の一方の面にカソード層５０、他方の面にアノード層３０を積層して構成される。そのため、電解質層４０はアノード層３０とカソード層５０とで挟持される。

【0026】

（カソード層５０）
カソード層５０は、酸化剤極であって、カソードガス（例えば空気に含まれる酸素）と電子を反応させて、酸素分子を酸化物イオンに変換する。カソード層５０は、酸化雰囲気に耐性を有し、カソードガスを透過させるガス透過性および電気（電子およびイオン）伝導度が高い。さらに、カソード層５０は、酸素分子を酸素イオンに変換する触媒機能を有する。

【0027】

カソード層５０の形成材料は、例えば、ランタン、ストロンチウム、マンガン、コバルト等からなる酸化物が挙げられる。

【0028】

（電解質層４０）
電解質層４０は、アノードガスとカソードガスを分離する機能を有する。電解質層４０は、カソード層５０からアノード層３０に向かって酸化物イオンを通過させつつ、ガスと電子を通過させない。酸素イオンが発電の伝導体である場合には、電解質層４０は、酸素イオンの伝導性が高い材料から形成されることが好ましい。

【0029】

電解質層４０は、アノードガスやカソードガスを遮蔽し、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４０の緻密度は、ガス遮蔽性を有する限りにおいて特に限定されないが、９０％以上あることが好ましく、９６％以上であることがより好ましく、９８％以上であることが特に好ましい。

【0030】

電解質層４０の形成材料は、特に限定されないが、例えば、希土類酸化物（例えば、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３等から選択される１種または２種以上）をドープした安定化ジルコニア、セリア系固溶体、ペロブスカイト型酸化物（例えば、ＳｒＣｅＯ_３、ＢａＣｅＯ_３、ＣａＺｒＯ_３、ＳｒＺｒＯ_３等）等の固体酸化物セラミックスなどが挙げられる。

【0031】

（アノード層３０）
アノード層３０は、燃料極であって、アノードガス（例えば水素）と酸化物イオンを反応させて、アノードガスの酸化物を生成するとともに電子を取り出す。アノード層３０は、還元雰囲気に耐性を有し、アノードガスを透過させるガス透過性および電気（電子およびイオン）伝導度が高い。さらに、アノード層３０は、アノードガスを酸化物イオンと反応させる触媒機能を有する。アノード層３０の形成材料としては、例えば、ＮｉやＦｅ等の金属や、該金属と上記電解質層４０の形成材料として挙げたセラミックスとのサーメットなどが挙げられる。

【0032】

アノード層３０は、複数の空孔が形成された多孔体である。アノード層３０内の空孔には、触媒が含浸される。アノード層３０の触媒としては、例えば、ＮｉやＣｕ等の金属触媒を用いることができる。

【0033】

（金属支持体６０）
金属支持体６０は、アノード層３０側若しくはカソード層５０側に配置することができる。実施形態のサポートセル１０は、図４に示すように、アノード層３０側に金属支持体６０が構成されている。

【0034】

また、金属支持体６０は、ガス透過性および電子伝導性を有する多孔質の金属から形成される。金属支持体６０を形成する材料としては、高酸化性および高耐熱性を備える金属材料であれば特に限定されないが、例えば、フェライト系ステンレス鋼が挙げられる。フェライト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４０等のＳＵＳ４００系が挙げられる。特に、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）２２合金（ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐ・ＶＤＭ社製）、ＺＭＧ（登録商標）２３２Ｇ１０（日立金属株式会社製）、ＩＴＭ（Ｐｌａｎｓｅｅ社製）、ＳａｎｅｒｇｙＨＴ（Ｓａｎｄｖｉｋ社製）などが好適に用いられる。

【0035】

また、金属支持体６０には、改質反応を進行（活性）させることによって、発電による生成水を改質用の水として供給させることができる改質触媒６１の触媒微粒子が担持される。改質触媒６１としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含む触媒微粒子を用いることができ、これらの触媒微粒子は金属支持体６０を形成する金属の微粒子６０Ｐ（図５を参照）の表面に対して微細に分布して微粒子上で反応することができる。

【0036】

なお、金属支持体６０は、上記の材料から形成する場合に限られず、例えば、微小な通孔を有するエキスパンドメタルから形成することができる。

【0037】

また、金属支持体６０がアノード層３０側に設けられている場合を説明したが、金属支持体６０はカソード層５０側に設けられていてもよい。この場合、改質触媒６１はアノード層３０側に別途設けられた金属支持体６０に担持される。

【0038】

（ガイド板６２）
ガイド板６２は、流路部１２１の上流側に位置するサポートセル１０に配置された金属支持体６０およびアノード層３０の内部に設けられている。実施形態のガイド板６２は、図４に示すように、金属支持体６０の厚さ方向（Ｚ方向）における中央部より流路部１２１側を起点としてアノード層３０の内部までサポートセル１０の厚さ方向（Ｚ方向）に延設している。そのため、ガイド板６２は、流路部１２１の上流から下流に向かう圧力勾配とアノード層３０から流路部１２１へ向かう濃度勾配とのベクトル和にしたがって金属支持体６０の内部を傾斜して流れる水の流れ（図４中のｗ１を参照）を妨げることができる。なお、ガイド板６２は、サポートセル１０の幅（Ｙ方向の長さ）に対して上流側（Ｙ方向マイナス側）の端部から全幅の１／４程度の距離を離れた位置に配置されていることが好ましい。

【0039】

ガイド板６２は、金属支持体６０と同等な材料で構成される。そのため、ガイド板６２は、金属支持体６０と同様にガス透過性および電子伝導性を有することができる。また、ガイド板６２は、アノード層３０で生成された水がアノード層３０または金属支持体６０内を流れるときに流路部１２１の下流側へ流れてしまうことを防ぐために、緻密である必要がある。そのため、ガイド板６２の空隙率は１０％以下であることが好ましい。

【0040】

また、ガイド板６２自体は発電に寄与しないため、ガイド板６２の厚さは薄いほうが好ましく、３ｍｍ以下であることが好ましい。

【0041】

また、ガイド板６２は、金属支持体６０の積層方向（Ｘ方向）に対して傾斜して設けられた場合、発電に寄与することができないガイド板６２の投影面積が、ガイド板６２の傾斜部分によって増大してしまうため、金属支持体６０の積層方向（Ｘ方向）に対するガイド板６２の角度θ１（図４を参照）は、直角（９０°）に近しい角度であることが好ましい。ただし、ガイド板６２は、より多くの水を流路部１２１の上流側へ集積させるために、その先端側６２ａが流路部１２１の下流側にむかって傾斜していてもよい。この場合、ガイド板６２の角度θ１は１００°以内であることが好ましい。

【0042】

ガイド板６２を形成する工程は、緻密なガイド板６２を形成することができる工程である限り、特に限定されないが、例えば、図６Ａ、図６Ｂに示すように、ガイド板６２は、金属支持体６０およびアノード層３０の一部分がサポートセル１０の外部から溶接され（例えば、レーザー溶接）、緻密化することによって形成されてもよい。ガイド板６２をこのように形成する場合は、ガス（燃料）の流れ方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に溶接ヘッドＬを走査させることによって、金属支持体６０（サポートセル１０）の幅方向（Ｙ方向）全体を緻密化させることができる。

【0043】

また、図７に示すように、ガイド板６２は、金属支持体６０およびアノード層３０に少なくとも部分的に含有される焼結助剤が、サポートセル１０の外部から焼結されることによって形成されてもよい。ガイド板６２をこのように形成する場合は、まずガイド板６２を形成する部位をあらかじめ露出させた凹部６０Ｅを備える金属支持体６０を形成し（図７のＳ１を参照）、電解質電極接合体２０を形成した（図７のＳ２を参照）後に、金属支持体６０の流路部１２１側の表面６０Ｓからアノード層３０にかけて金属支持体６０の厚さ方向（Ｚ方向）に緻密部材を重点することによって緻密部６０Ｄを形成し（図７のＳ３を参照）、最後に緻密部６０Ｄを共焼結させる（図７のＳ４を参照）。

【0044】

また、図８に示すように、ガイド板６２は、金属支持体６０およびアノード層３０にセラミックス材がサポートセル１０の外部から充填され、該セラミックス材に含まれるセラミックス触媒が原子層堆積法（ＡＬＤ法）によって堆積することによって形成されてもよい。このとき、該セラミックス材は、金属支持体６０の流路部１２１側の表面６０Ｓに設けられたマスクＭにしたがって充填される。ＡＬＤ法は、金属支持体６０の構成（緻密質または多孔質）を限定することなく、元素を堆積させることができる。そのため、ガイド板６２をこのように形成する場合は、金属支持体６０およびアノード層３０を多孔質に構成し、ガイド板６２のみを緻密質に構成することができる。また、堆積させる元素に改質触媒金属を混ぜる場合、改質性能を向上させることができる。なお、先に述べたセラミックス触媒は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含む改質触媒金属を担持することができる。そのため、ガイド板６２は、改質触媒金属によって改質反応を進行（活性化）させることができる。

【0045】

（保湿部材６３）
保湿部材６３は、流路部１２１の上流に位置するサポートセル１０に配置された金属支持体６０の内部に配置されている。実施形態の保湿部材６３は、図４に示すように、金属支持体６０の流路部１２１側の表面６０Ｓの最上流側６０ａを起点として、ガイド板６２が配設される位置に向けて延設している。保湿部材６３は、アノード層３０で生成された水を保持することができるため、保湿部材６３の付近を湿潤状態に保つことができる。実施形態のサポートセル１０は、ガイド板６２と保湿部材６３とを備えることによって、流路部１２１の上流側に位置する金属支持体６０の流路部１２１側の表面６０Ｓの水不足を抑制することができ、水不足に起因して炭素析出が生じることを抑制することができる。

【0046】

保湿部材６３は、先に述べたように水を保持する必要があるため、空隙を備えている（多孔質である）ことが好ましく、保湿部材６３の空隙率は２０％以上であることが好ましい。なお、保湿部材６３の空隙径は、金属支持体６０の空隙径よりも小さいことが好ましい。これにより、保湿部材６３は、アノード層３０で生成された水が金属支持体６０から流路部１２１に排出されることを抑制することがきる。

【0047】

保湿部材６３の厚さは薄いほうが好ましく、５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、保湿部材６３は、金属支持体６０のガス透過性が低下することを防ぐことができる。

【0048】

保湿部材６３は、金属支持体６０と同等な材料、またはアルカリ金属またはアルカリ土類金属で構成される。保湿部材６３が金属支持体６０と同等な材料で構成される場合、保湿部材６３は、ガス透過性および電子伝導性を有することができる。また、保湿部材６３がアルカリ金属またはアルカリ土類金属で構成される場合、保湿部材６３は多孔質構造であることが好ましい。このように構成された保湿部材６３によれば、水伝導性が高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属によって、水が不足している部分に水を供給する機能を高めることができ、水不足に起因して炭素析出が生じることを抑制することができる。

【0049】

また、保湿部材６３は、アルミナ、セリア、ジルコニア、セリア－ジルコニア固溶体のいずれかを含む酸化物で構成される担体に、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含む触媒微粒子が担持された改質触媒６１で構成される。保湿部材６３を改質触媒６１としても機能させる場合、水素がより生成されるため、水不足に起因して炭素析出が生じることをより抑制することができる。特に、保湿部材６３を白金族元素で構成した場合は炭素析出に対する耐性を高めることができるため、炭素析出が生じることをより抑制することができる。

【0050】

保湿部材６３を形成する工程は特に限定されないが、例えば、保湿部材６３は、金属支持体６０の流路部１２１側の表面６０Ｓに保湿剤６３Ｄをスクリーン印刷することによって形成されてもよい。

【0051】

また、サポートセル１０の製造工程において、保湿部材６３を形成する順番は、特に限定されない。保湿部材６３は、金属支持体６０および電解質電極接合体２０を形成し、ガイド板６２を形成した後に形成してもよく、ガイド板６２を形成する前に形成してもよい。

【0052】

例えば、サポートセル１０は、以下に示す工程によって製造される。

【0053】

図９に示すＡ工程のように、ガイド板６２を形成する部位をあらかじめ露出させた金属支持体６０をテープＴ上に形成し（図９のＳ１０１を参照）、電解質電極接合体２０を形成した（図９のＳ１０２を参照）後に、金属支持体６０の流路部１２１側の表面６０Ｓからアノード層３０にかけて金属支持体６０の厚さ方向（Ｚ方向）に緻密部材を充填することによって緻密部６０Ｄを形成し（図９のＳ１０３を参照）、緻密部６０Ｄを共焼結させることによってガイド板６２を形成し（図９のＳ１０４を参照）、金属支持体６０の表面６０Ｓに保湿剤６３Ｄをスクリーン印刷し（図９のＳ１０５を参照）、保湿剤６３Ｄを焼結させることによって保湿部材６３を形成してもよい（図９のＳ１０６を参照）。

【0054】

また、図１０に示すＢ工程のように、ガイド板６２を形成する部位をあらかじめ露出させた凹部６０Ｅを備える金属支持体６０と、電解質電極接合体２０をテープＴ上に形成し（図１０のＳ２０１～Ｓ２０２を参照）、緻密部６０Ｄを形成し（図１０のＳ２０３を参照）、金属支持体６０の表面６０Ｓに保湿剤６３Ｄをスクリーン印刷し（図１０のＳ２０４を参照）、緻密部６０Ｄおよび保湿剤６３Ｄを共焼結させることによってガイド板６２と保湿部材６３を形成してもよい（図１０のＳ２０５を参照）。

【0055】

また、図１１に示すＣ工程のように、金属支持体６０と電解質電極接合体２０をテープＴ上に形成し（図１１のＳ３０１～Ｓ３０２を参照）、金属支持体６０の表面６０Ｓに保湿剤６３Ｄをスクリーン印刷し（図１１のＳ３０３を参照）、保湿剤６３Ｄを共焼結させることによって保湿部材６３を形成し（図１１のＳ３０４を参照）、金属支持体６０をレーザー溶接することによってガイド板６２を形成してもよい（図１１のＳ３０５を参照）。

【0056】

また、図１２に示すＤ工程のように、金属支持体６０と電解質電極接合体２０をテープＴ上に形成し（図１２のＳ４０１～Ｓ４０２を参照）、金属支持体６０の表面６０Ｓに保湿剤６３Ｄをスクリーン印刷し（図１２のＳ４０３を参照）、金属支持体６０をレーザー溶接することによってガイド板６２を形成し、保湿剤６３Ｄを共焼結させることによって保湿部材６３を形成してもよい（図１１のＳ３０５を参照）。

【0057】

なお、サポートセル１０の製造方法は、より少ない工程で構成されていることが好ましく、先に述べたＡ～Ｄ工程のうち、Ｂ～Ｄ工程によってサポートセル１０が製造されることが望ましい。

【0058】

以上説明したように、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池のサポートセル１０によれば、電解質層４０をアノード層３０とカソード層５０とで挟持し、アノード層３０側若しくはカソード層５０側に金属支持体６０を備え、アノード層３０と流路部１２１（燃料流路）との間に改質触媒６１を設けた固体酸化物形燃料電池のサポートセルであり、流路部１２１の上流側に位置するサポートセル１０に配置された金属支持体６０およびアノード層３０の内部に設けられ、金属支持体６０の厚さ方向（Ｚ方向）における中央部より流路部１２１側を起点として、アノード層３０までサポートセル１０の厚さ方向（Ｚ方向）に延設されるガイド板６２と、金属支持体６０の流路部１２１側の表面６０Ｓの最上流側６０ａを起点として、ガイド板６２が配設される位置に向けて金属支持体６０の積層方向（Ｘ方向）に延設される保湿部材６３と、を備える。

【0059】

このように構成した固体酸化物形燃料電池のサポートセル１０によれば、ガイド板６２は、ガイド板６２は、流路部１２１の上流から下流に向かう圧力勾配とアノード層３０から流路部１２１へ向かう濃度勾配とのベクトル和にしたがって金属支持体６０の内部を傾斜して流れる水の流れを少なくとも部分的に妨げることができる。また、保湿部材６３は、アノード層３０で生成された水を保持することができるため、保湿部材６３の付近を湿潤状態に保つことができる。したがって、サポートセル１０は、ガイド板６２と保湿部材６３とを備えることによって、流路部１２１の上流側に位置する金属支持体６０の流路部１２１側の表面６０Ｓの水不足を抑制することができ、水不足に起因して炭素析出が生じることを抑制することができる。

【0060】

また、改質触媒６１は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含む触媒微粒子により構成されている。これにより、該触媒微粒子は、金属支持体６０を形成する金属の微粒子６０Ｐの表面に対して微細に分布して微粒子上で反応することができる。

【0061】

また、ガイド板６２は、金属支持体６０と同等な材料で構成される。そのため、ガイド板６２は、ガス透過性および電子伝導性を有することができる。また、ガイド板６２は、金属支持体６０およびアノード層３０の一部分がサポートセル１０の外部から溶接されることによって形成することができる。レーザー溶接でガイド板６２を形成する場合、ガス（燃料）の流れ方向（Ｙ方向）と直交する方向に溶接ヘッドＬを走査させることによって、金属支持体６０（サポートセル１０）の幅方向（Ｙ方向）全体を緻密化させることができる。これにより、緻密なガイド板６２を形成することができ、このように形成されたガイド板６２は、アノード層３０で生成された水がアノード層３０または金属支持体６０内を流れるときに流路部１２１の下流側へ流れてしまうことを防ぐことができる。

【0062】

また、ガイド板６２は、金属支持体６０およびアノード層３０に少なくとも部分的に含有される焼結助剤がサポートセル１０の外部から焼結されることによって形成することができる。これにより、緻密なガイド板６２を形成することができる。

【0063】

また、ガイド板６２は、金属支持体６０およびアノード層３０にセラミッ材がサポートセル１０の外部から充填され、該セラミックス材に含まれるセラミックス触媒が原子層堆積法（ＡＬＤ法）によって金属支持体６０およびアノード層３０に堆積することによって形成することができる。そのため、金属支持体６０の構成（緻密質または多孔質）にかかわらず、緻密なガイド板６２を形成することができる。

【0064】

また、先に述べたセラミックス触媒は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含む改質触媒金属を担持する。そのため、ガイド板６２は、改質触媒金属によって改質反応を進行（活性化）させることができる。

【0065】

また、金属支持体６０および保湿部材６３は、少なくとも１つの空隙を備え、保湿部材６３の空隙径は、金属支持体６０の空隙径よりも小さい。これにより、保湿部材６３は、アノード層３０で生成された水を保持し、アノード層３０で生成された水が金属支持体６０から流路部１２１に排出されることを抑制することがきる。

【0066】

また、保湿部材６３は、金属支持体６０と同等な材料で構成される。そのため、保湿部材６３は、ガス透過性および電子伝導性を有することができる。

【0067】

また、保湿部材６３は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む、多孔質構造により構成されている。そのため、保湿部材６３は、水伝導性が高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属によって、水が不足している部分に水を供給する機能を高めることができ、水不足に起因して炭素析出が生じることを抑制することができる。

【0068】

また、保湿部材６３は、アルミナ、セリア、ジルコニア、セリア－ジルコニア固溶体のいずれかを含む酸化物で構成される担体に、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄのいずれかを含む触媒微粒子が担持された、改質触媒６１によって構成される。そのため、保湿部材６３は、水素を生成し、水不足に起因して炭素析出が生じることをより抑制することができる。特に、保湿部材６３を白金族元素で構成した場合は炭素析出に対する耐性を高めることができるため、炭素析出が生じることをより抑制することができる。

【0069】

また、保湿部材６３は、スクリーン印刷されることによって形成される。保湿部材６３は、金属支持体６０の流路部１２１側の表面６０Ｓに保湿剤６３Ｄをスクリーン印刷することによって形成することができるため、金属支持体６０および電解質電極接合体２０を形成し、ガイド板６２を形成した後に形成してもよく、ガイド板６２を形成する前に形成してもよい。そのため、サポートセル１０の製造工程において、保湿部材６３を形成する順番を適宜設定することができる。

【0070】

＜実施例＞
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。実施例の説明では、前述した実施形態において説明した部材名称を援用する。

【0071】

下記の実施例及び比較例について、下記評価項目１、２の評価試験を実施した。
（１）評価項目１．金属支持体表面の炭素析出の有無
（２）評価項目２．初期発電性能（６００ｄｅｇＣ， ０．８Ｖの出力密度）
実施例１～５として、ガイド板と保湿部材を有し、各構成部材が表１に示す構成であるサポートセルを準備した。なお、ガイド板は、アノード層および金属支持体の内部に配置した。実施例１～４は、アノード層３０側に改質触媒６１を含む金属支持体６０を設け、金属支持体６０にガイド板６２と保湿部材６３を配設した。一方で、実施例５は、金属支持体６０をカソード層５０側にも設け、アノード層３０側の改質触媒６１を含む金属支持体６０にガイド板６２と保湿部材６３を配設した。

【0072】

比較例１として、ガイド板と保湿部材を有さないサポートセルを準備した。

【0073】

比較例２、３として、ガイド板と保湿部材のどちらか一方を有するサポートセルを準備した。

【0074】

比較例４として、ガイド板および保湿部材を有し、各構成部材が表１に示す構成であるサポートセルを準備した。なお、ガイド板は、金属支持体の内部のみに配置した。

【0075】

【表1】

【0076】

本実施例による評価結果について説明する。

【0077】

実施例１～５または比較例４と、比較例１とを比較すると、ガイド板６２および保湿部材６３は、水不足に起因する炭素析出を抑制できることが実証された。

【0078】

また、比較例１と、比較例２または比較例３と、を比較すると、ガイド板６２および保湿部材６３のどちらか一方を備えることによって、水不足に起因する炭素析出を抑制できることが実証された。

【0079】

また、比較例２または比較例３と、実施例１を比較すると、サポートセル１０は、ガイド板６２および保湿部材６３を有していることによって、水不足に起因する炭素析出を抑制できることが実証された。

【0080】

また、比較例４と実施例１を比較すると、ガイド板６２が金属支持体６０の内部からアノード層３０の内部まで延設されていることによって、水不足に起因する炭素析出を抑制できることが実証された。

【0081】

また、実施例１と実施例２を比較すると、保湿部材６３の空隙率が１５％から３０％に増加することによって、初期発電性能が高まることが実証された。

【0082】

また、実施例２と実施例３を比較すると、保湿部材６３の厚さが６０μｍから４０μｍに減少することによって、初期発電性能が高まることが実証された。

【0083】

また、実施例３と実施例４を比較すると、金属支持体６０の積層方向（Ｘ方向）に対するガイド板６２の角度θ１が好ましくは１０５°から９５°に変更することによって初期発電性能が高まることが実証された。

【0084】

また、実施例４と実施例５を比較すると、どちらの実施例においても水不足に起因する炭素析出を抑制できることが実証され、高い初期発電性能が発揮されることが実証された。特に実施例５の場合、ガイド板６２の大きさ（長さ）を実施例１～４に係るガイド板６２の大きさ（長さ）より短く抑えることができるため、ガイド板６２の傾斜部分の投影面積を抑えることによって発電面積の増加させることを期待することができる。

【0085】

以上、実施形態を通じて固体酸化物形燃料電池のサポートセル１０を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0086】

１Ａ サポートセルアッセンブリー、
１０ サポートセル、
２０ 電解質電極接合体、
３０ アノード層、
４０ 電解質層、
５０ カソード層、
６０ 金属支持体、
６１ 改質触媒、
６２ ガイド板、
６３ 保湿部材、
１２１ 流路部（燃料流路）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】