JP2009245663A

JP2009245663A - 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法

Info

Publication number: JP2009245663A
Application number: JP2008088737A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Yoshikata; 邦聡芳片; Kazufumi Kotani; 和史小谷; Junko Watanabe; 純子渡邊
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP5217567B2

Abstract

【課題】支持基板上に複数のセルを配置し、機械的強度に優れ、燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスで発電する単室型固体酸化物形燃料電池を提供する。
【解決手段】固体酸化物形燃料電池は、少なくとも表面が絶縁性を有する複数の第１の貫通孔及び少なくとも一つの第２の貫通孔が形成された緻密な支持基板１と、前記各第１の貫通孔を塞ぐようにそれぞれ配置され、電解質５１を燃料極６１及び空気極４１で挟むことで構成された複数の単セルと、第２の貫通孔を通過し、支持基板の一方面に配置された単セルと、他方面に配置された単セルとを接続する少なくとも一つのインターコネクタ３と、を備え、各単セルは、電解質が前記第１の貫通孔を塞ぐように支持基板の一方面に配置され、電解質の一方面に一方の電極が配置されるとともに、第１の貫通孔を介して露出する電解質の他方面に他方の電極が配置されており、第２の貫通孔はインターコネクタによって塞がれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池及びその製造方法に関するものである。

燃料電池とは外部からの燃料供給と燃焼生成物の排気とを連続的に行いながら、燃料が酸化する際に発生する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる電池である。燃料電池の種類は電解質により分類され、電解質にイオン伝導性を持つ金属酸化物を用いたものを固体酸化物形燃料電池と呼んでいる。この固体酸化物形燃料電池としては、種々のものが提案されているが、例えば、特許文献１には、多孔質の円筒体の表面に、燃料極（アノード）、電解質、及び空気極（カソード）がこの順で積層された単セルを複数並べた、いわゆる横縞型の円筒形の固体酸化物形燃料電池が開示されている。この電池では、円筒体の表面に複数の単セルが配置されているので、高電圧、高出力化が可能である。
特許３１１０２３７号公報

ところで、上記電池では、支持体である円筒体が多孔質体で形成されているため、割れなどの損傷が生じるおそれがあり、機械的強度の観点からは問題があった。また、上記の電池は、円筒形であるが、支持基板によってセルを支持する平板型においても、多孔質基板を用いると同様の問題があった。また上記発明のように、従来の固体酸化物形燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスを別々に供給する二室型方式であるため、ガスシ−ル材やセパレ−タを必要とし、モジュ−ルやシステム構造を複雑化させていた。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、支持基板上に複数のセルを配置可能であるとともに、機械的強度に優れ、燃料ガスと酸化剤ガスの混合ガスで発電する単室型方式であるため、モジュ−ルやシステム構造を簡易化できる固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、上記課題を解決するためになされたものであり、少なくとも表面が絶縁性を有する複数の貫通孔が形成された緻密な支持基板と、前記各第１の貫通孔を塞ぐようにそれぞれ配置され、電解質を燃料極及び空気極で挟むことで構成された少なくとも１つの第１及び第２グループの単セルと、前記支持基板の一方面又は他方面の少なくとも一方に配置され、前記複数の単セルを接続する少なくとも一つのインターコネクタと、を備え、前記第１グループの単セルは、前記電解質が前記支持基板の一方面側から前記貫通孔を塞ぐように配置され、当該電解質の一方面に一方の電極が形成され、前記貫通孔を介して露出する電解質の他方面に他方の電極が形成されており、前記第２グループの単セルは、前記電解質が前記支持基板の他方面側から前記貫通孔を塞ぐように配置され、当該電解質の他方面に一方の電極が形成され、前記貫通孔を介して露出する電解質の一方面に一方の電極が形成されており、前記支持基板の一方面に配置されるインターコネクタは、前記第１グループの単セルの一方の電極と、第２グループの単セルの他方の電極を接続し、前記支持基板の他方面に配置されるインターコネクタは、前記第１グループの単セルの他方の電極と、第２グループの単セルの一方の電極を接続する。

この構成によれば、緻密な支持基板を用いているので、電池の機械的強度を向上することができる。また、次のようにして、複数の単セルを配置している。すなわち、支持基板に複数の貫通孔を形成し、支持基板の一方面または他方面側から貫通孔を塞ぐように、第１グループの単セル、及び第２グループの単セルをそれぞれ配置している。こうして、緻密な支持基板上に複数の単セルを形成して高出力化を図っている。このとき、各電極は、支持基板の一方面側及び他方面側のいずれにおいても露出するようになっている。したがって、支持基板の一方面側及び他方面側のいずれにも、燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスを供給することができる、簡易な構造のいわゆる単室型の電池として用いることができる。

本発明でいう緻密な支持基板とは、少なくともガスが透過しない程度に緻密な支持基板をいい、例えば、金属基板や金属酸化物基板を用いることができる。また、支持基板を絶縁性にするには、例えば、絶縁性の金属酸化物（セラミックス等）をそのまま用いたり、或いは導電性の金属で、表面に酸化被膜を形成したものを使用することができる。酸化被膜の形成方法としては、例えば、導電性金属を焼結して表面を酸化したり、或いは、絶縁膜をコーティングすることができる。

本発明に係る第１の固体酸化物形燃料電池の製造方法は、上記問題を解決するためになされたものであり、絶縁性の緻密な支持基板の一方面及び他方面のそれぞれに、支持基板を挟んで完全に重ならないように少なくとも一つの電解質を形成するステップと、前記支持基板の他方面から一方面側の電解質が露出するように貫通孔を形成するステップと、前記支持基板の一方面から他方面側の電解質が露出するように貫通孔を形成するステップと、前記各電解質において前記各貫通孔とは反対側の面に、燃料極及び空気極のいずれか一方の電極を形成するステップと、前記各電解質において前記各貫通孔を介して露出する面に、他方の電極を形成するステップと、前記支持基板の一方面において、前記電解質上にある一方の電極と前記貫通孔から露出する他方の電極とを接続するようにインターコネクタを形成するステップと、前記支持基板の他方面において、前記電解質上にある一方の電極と前記貫通孔から露出する他方の電極とを接続するようにインターコネクタを形成するステップと、を備えている。

また、本発明に係る第２の固体酸化物形燃料電池の製造方法は、上記問題を解決するためになされたものであり、絶縁性の緻密な支持基板の一方面及び他方面のそれぞれに、支持基板を挟んで完全に重ならないように少なくとも一つの電解質を形成するステップと、前記支持基板の他方面から一方面側の電解質が露出するように貫通孔を形成するステップと、前記支持基板の一方面から他方面側の電解質が露出するように貫通孔を形成するステップと、前記各貫通孔の内壁面及びその近傍に前記電解質と接触するように、絶縁膜を形成するステップと、前記各電解質において前記各貫通孔とは反対側の面に、燃料極及び空気極のいずれか一方の電極を形成するステップと、前記各電解質において前記各貫通孔を介して露出する面に、他方の電極を形成するステップと、前記支持基板の一方面において、前記絶縁膜が形成されていない部分を避けつつ、前記電解質上にある一方の電極と前記貫通孔から露出する他方の電極とを接続するようにインターコネクタを形成するステップと、前記支持基板の他方面において、前記絶縁膜が形成されていない部分を避けつつ、前記電解質上にある一方の電極と前記貫通孔から露出する他方の電極とを接続するようにインターコネクタを形成するステップと、を備えている。

また、本発明に係る第３の固体酸化物形燃料電池の製造方法は、上記問題を解決するためになされたものであり、電解質を燃料極及び空気極で挟むことで形成される複数の単セルを準備するステップと、少なくとも表面が絶縁性を有する緻密な支持基板に複数の第１及び第２の貫通孔を形成するステップと、前記各第１の貫通孔の周縁に前記電解質を接着することで、当該第１の貫通孔を前記支持基板の一方面から前記電解質で塞ぎ、前記空気極が前記支持基板の他方面へ露出するように前記単セルを配置するステップと、前記各第２の貫通孔の周縁に前記電解質を接着することで、当該第２の貫通孔を前記支持基板の他方面から前記電解質で塞ぎ、前記空気極が前記支持基板の一方面へ露出するように前記単セルを配置するステップと、前記第１の貫通孔に配置された単セルの燃料極と、前記第２の貫通孔から露出する前記空気極とをインターコネクタによって接続するステップと、前記第２の貫通孔に配置された単セルの燃料極と、前記第１の貫通孔から露出する前記空気極とをインターコネクタによって接続するステップと、を備えている。

また、本発明に係る第４の固体酸化物形燃料電池の製造方法は、上記問題を解決するためになされたものであり、電解質を燃料極及び空気極で挟むことで形成される複数の単セルを準備するステップと、少なくとも表面が絶縁性を有する緻密な支持基板に複数の第１及び第２の貫通孔を形成するステップと、前記各第１の貫通孔の周縁に前記電解質を接着することで、当該第１の貫通孔を前記支持基板の一方面から前記電解質で塞ぎ、前記燃料極が前記支持基板の他方面へ露出するように前記単セルを配置するステップと、前記各第２の貫通孔の周縁に前記電解質を接着することで、当該第２の貫通孔を前記支持基板の他方面から前記電解質で塞ぎ、前記燃料極が前記支持基板の一方面へ露出するように前記単セルを配置するステップと、前記第１の貫通孔に配置された単セルの空気極と、前記第２の貫通孔から露出する前記燃料極とをインターコネクタによって接続するステップと、前記第２の貫通孔に配置された単セルの空気極と、前記第１の貫通孔から露出する前記燃料極とをインターコネクタによって接続するステップと、を備えている。

上記のような各固体酸化物形燃料電池の製造方法によれば、緻密な支持基板を用いているので、電池の機械的強度を向上することができる。また、緻密な支持基板を用いているが、複数の貫通孔を形成し、この貫通孔を支持基板の一方面側或いは他方面側から塞ぐように単セルを配置している。そのため、燃料極が支持基板の一方面に露出する単セルと、空気極が支持基板の一方面に露出する単セルとが混在した状態になる。したがって、この製造方法により製造された固体酸化物形燃料電池は、単室型として用いることができる。

本発明によれば、支持基板上に複数のセルを配置可能であるとともに、機械的強度を向上することができる。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の正面断面図（ａ）であり、図２は図１の固体酸化物形燃料電池の平面図（ｂ）である。

図１に示すように、この固体酸化物形燃料電池は、いわゆる単室型の燃料電池であり、複数の貫通孔１１が形成された支持基板１上に、５個の単セル２が配置され、これらがインターコネクタ３で直列に接続されている。ここでは、支持基板１の上面から貫通孔１１を塞ぐ単セルを第１，第２，及び第３単セル２１〜２３と称し、支持基板１の下面から貫通孔１１を塞ぐ単セルを第４，第５単セルと称することとする。

支持基板１は、緻密な金属基板で形成されており、この基板１には、所定間隔をおいて矩形状の貫通孔１１が５個形成されている。そして、この支持基板１によって支持される各単セル２１〜２５は、薄膜状の電解質を５１〜５５、空気極４１〜４５及び燃料極６１〜６５で挟むことにより形成されている。まず、第１〜第３単セル２１〜２３について説明する。これらの単セル２１〜２５は、支持基板１の上面から貫通孔１１を塞ぐ矩形状の電解質５１〜５３を有している。そして、各電解質５１〜５３の上面には、矩形状の燃料極６１〜６３が配置されている。また、各貫通孔１１の下側から露出する電解質５１〜５３の下面には、空気極４１〜４３が配置されている。すなわち、各空気極４１〜４３は、貫通孔１１内に配置されている。

次に、第４及び第５単セル２４，２５について説明する。これらの単セル２４，２５は、支持基板１の下面から貫通孔１１を塞ぐ矩形状の電解質５４，５５を有している。そして、貫通孔１１の上側から露出する各電解質５４，５５の上面には、矩形状の空気極４４，４５が配置されている。つまり、各空気極４４，４５は、貫通孔１１内に配置されている。また、各電解質５４，５５の下面には、燃料極６４，６５が配置されている。

各インターコネクタ３は、支持基板１の上面及び下面にそれぞれ配線され、隣接する単セル同士を接続している。例えば、支持基板１の上面では、第１単セル２１の燃料極６１と、第４単セル２４の空気極４４とがインターコネクタ３によって接続されている。同様に、第２及び第５単セル２２，２５もインターコネクタ３によって接続されている。また、支持基板１の下面では、第４単セル２４の空気極４４と第２単セル２２の燃料極６２とがインターコネクタ３によって接続されているほか、第５及び第３単セル２５，２３もインターコネクタ３によって接続されている。

続いて、上記燃料電池を構成する材料について説明する。支持基板１は、緻密な材料で構成されており、金属及び金属酸化物からなる材料で構成されていれば良い。例えば、金属材料としては、Ｆｅ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇを用いることができ、１種を単独で使用してもよいし、２種以上が合金化されていてもよい。例えば、ステンレス系耐熱材料などが使用でき、具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼を用いることができる。また、本実施形態では、絶縁性の支持基板１を用いているが、上記のような金属基板を絶縁性にするには、例えば、空気中で加熱することで表面を酸化させるという方法がある。その他、真空成膜法やゾルゲル法等により、金属表面にアルミナ等の絶縁性の被膜をコ−ティングにより形成することができる。なお、この支持基板１の厚さは、５０〜５０００μｍであることが好ましい。

電解質５１〜５５の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物（ＧＤＣ）、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物（ＹＳＺ）などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。

燃料極６１〜６５及び空気極４１〜４５は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末の平均粒径は、好ましくは１０ｎｍ〜１００μｍであり、さらに好ましくは５０ｎｍ〜５０μｍであり、特に好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍである。なお、平均粒径は、例えば、ＪＩＳＺ８９０１にしたがって計測することができる。

燃料極６１〜６５は、例えば、金属触媒と酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属（白金、ルテニウム、パラジウム等）等の還元性雰囲気中で安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなるセラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾またはセラミックス材料へのニッケル修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、１種類を単独で、或いは２種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極６１〜６５は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。

空気極４１〜４５を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ又はＭｎ等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ_３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）Ｏ_３などの酸化物が挙げられ、好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ_３である。上述したセラミックス材料は、１種を単独で、或いは２種以上を混合して使用することができる。

インターコネクタ３は、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，ステンレス系材料等の導電性金属材料，又はＬａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ_３，（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ_３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ_３などのランタン・クロマイト系等の導電性金属酸化物材料によって形成することができ、これらのうちの１種を単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。

上記電解質５１〜５５、燃料極６１〜６５、空気極４１〜４５、及びインターコネクタ３は、例えば、ウエットコ−ティング法或いは、ドライコーティング法によって形成することができる。ウエットコ−ティング法としては、スクリーン印刷法、電気泳動（ＥＰＤ）法、ドクターブレード法、スプレーコート法、インクジェット法、スピンコ−ト法、ディップコート法等が例示できる。その際、これら電解質、燃料極、空気極、及びインターコネクタは、ペースト状にする必要があり、上述した材料を主成分として、さらにバインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。より詳細には、上記主成分とバインダー樹脂との混合において、上記主成分が５０〜９５重量％となるように、バインダー樹脂等を加えることが好ましい。また、ドライコーティング法としては、例えば蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、電気化学気相成長法、イオンビーム法、レーザーアブレーション法、大気圧プラズマ成膜法、減圧プラズマ成膜法等で形成することもできる。電解質５１〜５５の膜厚は、５〜５００μｍとなるように形成するが、１０〜１００μｍであることがさらに好ましい。また、燃料極６１〜６５、及び空気極４１〜４５の膜厚は、５〜１００μｍとなるように形成するが、５〜５０μｍであることがさらに好ましい。

次に上記のように構成された固体酸化物形燃料電池の製造方法について図面を参照しつつ説明する。図２及び図３は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の製造方法を示す説明図である。

まず、絶縁性の支持基板１を準備し（図２（ａ））、その上面及び下面に複数の電解質５１〜５５を所定間隔をおいて形成する（図２（ｂ））。このとき、各電解質５１〜５５は、支持基板１を挟んで千鳥状にずれるように配置される。すなわち、一部のみが重なるのはよいが、大部分で重ならないようにする。この例では、支持基板１の上面の第１から第３単セルの電解質５１〜５３が所定間隔をおいて配置され、支持基板１の下面の第４及び第５単セルの電解質５４，５５が、支持基板１の上面の電解質５１〜５３の間に配置されるようにする。その作製においては、所定の形状、間隔で電解質ペーストを塗布した後、これを所定時間、乾燥・焼結して緻密な電解質５１〜５５を形成する。或いは、板状の電解質を貼り付けることもできる。

次に、エッチングにより貫通孔を形成する。まず、支持基板１の上面から下面側の電解質５４，５５が露出するように２個の貫通孔１１を形成する。続いて、支持基板１の下面から上面側の電解質５１〜５３が露出するように３個の貫通孔１１を形成する。これに続いて、支持基板１の上面側の電解質５１〜５３の上面に燃料極ペーストを塗布し、所定時間、乾燥・焼結することで、燃料極６１〜６３を形成する。同様に、支持基板１の下面側の電解質５４，５５の下面にも燃料極ペーストを塗布し、所定時間、乾燥・焼結することで、燃料極６４，６５を形成する（図３（ａ））。次に、上面側に開口する貫通孔１１内に空気極を形成する。すなわち、貫通孔１１を介して上面側に露出する電解質５４，５５の上面に、空気極ペーストを塗布し、所定時間、乾燥・焼結して空気極４４，４５を形成する。同様に、貫通孔１１を介して下面側に露出する電解質５１〜５３の下面に、空気極ペーストを塗布し、所定時間、乾燥・焼結して空気極４１〜４３を形成する。こうして、５つの単セル２１〜２５が完成する。

続いて、支持基板１の上面の２箇所にインターコネクタ３を形成する。まず、第１単セル２１の燃料極６１と第４単セル２４の空気極４４とを接続する。この空気極４４は、貫通孔１１から露出しているものである。同様に、第２単セル２２の燃料極６２と第５単セル２５の空気極４５を接続する。これに続いて、支持基板１の下面の２箇所においてもインターコネクタ３を形成する。つまり、第４単セル２４の燃料極６４と第２単セル２２の空気極４２とを接続する。同様に、第５単セル２５の燃料極６５と第３単セル２３の空気極４３を接続する。いずれのインターコネクタ３も、インターコネクタ用ペーストを塗布した後、所定時間、乾燥・焼結することで形成する（図２（ｃ））。以上の工程により、図１に示す固体酸化物形燃料電池が完成する。

上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。まず、支持基板１の上面側及び下面側に燃料ガスと、酸化剤ガスの混合ガスを供給する。燃料ガスは、水素、又はメタン、エタンなどの炭化水素で構成され、酸化剤ガスは、空気などで構成される。こうして、燃料極６１〜６５及び空気極４１〜４５がそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスと選択的に接触するため、燃料極６１〜６５と空気極４１〜４５との間で、電解質５１〜５５を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。

以上のように、上記実施形態によれば、緻密な支持基板１を用いているので、電池の機械的強度を向上することができる。また、支持基板１に複数の貫通孔１１を形成し、支持基板１の上面または下面側から貫通孔１１を塞ぐように、単セル２１〜２５をそれぞれ配置している。こうして、緻密な支持基板上に複数の単セルを形成して高出力化を図っている。このとき、各電極は、支持基板１の上面側及び下面側のいずれにおいても露出するようになっているので、構造の簡易な単室型の電池として用いることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、絶縁性の支持基板１を用いたが、導電性の基板を用い、製造工程において、この基板に絶縁膜をコーティングして絶縁することもできる。以下、この工程について図４を参照しつつ説明する。

導電性の金属基板を用いる場合であっても、図２（ａ）〜図２（ｃ）までは、上記実施形態と同様である。続いて、図４（ａ）に示すように、貫通孔１１を形成した後、各貫通孔１１の内壁面、及びその周縁の電解質５１〜５５と接触する位置までを、アルミナなどの絶縁層７でコーティングする。この後の工程は、図３と同様であり、燃料極６１〜６５（図４（ｂ））、空気極４１〜４５（図４（ｃ））、及びインターコネクタ３をそれぞれ形成すれば（図４（ｄ））、燃料電池が完成する。但し、インターコネクタ３を形成する際には、短絡を防止するため、支持基板１において絶縁膜７がコーティングされていない部分に、ペーストが塗布されないようにする。この例においては、導電性の金属基板を用いても、後の工程で絶縁膜７によるコーティングを行えば、絶縁性の支持基板１として用いることができる。

また、上記実施形態では、貫通孔１１の中に空気極４１〜４５を形成しているが、燃料極６１〜６５を配置することもできる。すなわち、燃料極と空気極の位置を入れ替えてもよい。

さらに、図５に示すような方法で本発明に係る固体酸化物形燃料電池を形成することもできる。まず、図５（ａ）に示すように、絶縁性又は導電性の基板１を準備する。続いて、図５（ｂ）に示すように、この基板１に上述したのと同様の貫通孔１１をエッチングにより複数個形成する。その後、導電性基板を用いている場合には、絶縁処理を行う。すなわち、焼結により基板表面を酸化したり、絶縁性の被膜をコーティングする。続いて、図５（ｃ）に示すような、燃料極６を基板とする燃料極支持型の単セル２を複数個準備する。この単セルの材料及び製造方法は、上述したとおりである。このとき、電解質５及び燃料極６は同じ平面形状であるが、空気極４は、それよりも小さく且つ貫通孔１１よりも小さく形成しておく。

そして、図５（ｄ）に示すように、各単セル２１〜２３を貫通孔１１を塞ぐように、基板１の上面側及び下面側から配置する。同図においては、両端のセル２１，２３が、基板１の上面から貫通孔１１（第１の貫通孔）を塞ぎ、中央の単セル２２が基板１の下面から貫通孔（第２の貫通孔）１１を塞いでいる。両端の単セル２１，２３においては、空気極４が貫通孔１１を介して基板１の下面から露出するように配置する。一方、中央の単セル２２においては、空気極４が貫通孔１１を介して基板１の上面から露出するように配置する。このとき、いずれの単セル２１〜２３においても、電解質５の周縁を貫通孔１１の周縁に溶着材９によって接着する。このような溶着材９としては、例えば、銀や、金、白金、銅及びこれら金属を含む化合物等を用いることができる。これに続いて、図５（ｅ）に示すように、隣接する単セルを、ワイヤ状のインターコネクタ３によって接続する。インターコネクタ３は、貫通孔１１に収容されていない燃料極６と、貫通孔１１に収容されている空気極４とを接続する。つまり、例えば、左端の単セル２１の燃料極６と、中央の単セル２２の空気極４とをインターコネクタ３によって接続する。インターコネクタ３は、貫通孔１１を介して、空気極４に接続される。インターコネクタ３と各電極４，６とは、例えば、スポット溶接や接着固定用のセラミックスペーストにより接続される。このような、製造方法であっても、上述したのと同様の効果を得ることができる。

なお、この方法では、インターコネクタとしては、ワイヤ以外に、メッシュ、ペーストの印刷など種々のものを使用することができる。また、この方法で用いる単セルは、上記のように、燃料極支持型ではなく、電解質基板を用いる電解質支持型でもよい。すなわち、図６（ａ）に示すように、電解質支持型の単セル２を準備する。この単セル２は、電解質基板５の両面に燃料極６、及び空気極４がそれぞれ形成されたものであり、空気極４が貫通孔１１よりも小さくなっている。そして、図６（ｂ）に示すように、溶着材９によって、電解質５と貫通孔１１の周縁とを接着することで、単セル２を基板１に固定する。空気極４が貫通孔１１に嵌め込まれるのは、図５と同じである。この構成によっても、上記と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の実施形態を示す正面断面図及び平面図である。図１の固体酸化物形燃料電池の製造方法を示す図である。図１の固体酸化物形燃料電池の製造方法を示す図である。図１の固体酸化物形燃料電池の製造方法の他の例を示す図である。図１の固体酸化物形燃料電池の製造方法のさらに他の例を示す図である。図１の固体酸化物形燃料電池の製造方法のさらに異なる他の例を示す図である。

符号の説明

１支持基板
１１貫通孔
２１〜２３第１〜第３単セル（第１グループの単セル）
２４，２５第４、第５単セル（第２グループの単セル）
３インターコネクタ
４１〜４５空気極
５１〜５５電解質
６１〜６５燃料極
７絶縁膜

Claims

少なくとも表面が絶縁性を有する複数の貫通孔が形成された緻密な支持基板と、
前記各第１の貫通孔を塞ぐようにそれぞれ配置され、電解質を燃料極及び空気極で挟むことで構成された少なくとも１つの第１及び第２グループの単セルと、
前記支持基板の一方面又は他方面の少なくとも一方に配置され、前記複数の単セルを接続する少なくとも一つのインターコネクタと、を備え、
前記第１グループの単セルは、前記電解質が前記支持基板の一方面側から前記貫通孔を塞ぐように配置され、当該電解質の一方面に一方の電極が形成され、前記貫通孔を介して露出する電解質の他方面に他方の電極が形成されており、
前記第２グループの単セルは、前記電解質が前記支持基板の他方面側から前記貫通孔を塞ぐように配置され、当該電解質の他方面に一方の電極が形成され、前記貫通孔を介して露出する電解質の一方面に一方の電極が形成されており、
前記支持基板の一方面に配置されるインターコネクタは、前記第１グループの単セルの一方の電極と、第２グループの単セルの他方の電極を接続し、
前記支持基板の他方面に配置されるインターコネクタは、前記第１グループの単セルの他方の電極と、第２グループの単セルの一方の電極を接続する、固体酸化物形燃料電池。
前記支持基板は、導電性の基板の表面に絶縁被膜が形成されている、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
絶縁性の緻密な支持基板の一方面及び他方面のそれぞれに、支持基板を挟んで完全に重ならないように少なくとも一つの電解質を形成するステップと、
前記支持基板の他方面から一方面側の電解質が露出するように貫通孔を形成するステップと、
前記支持基板の一方面から他方面側の電解質が露出するように貫通孔を形成するステップと、
前記各電解質において前記各貫通孔とは反対側の面に、燃料極及び空気極のいずれか一方の電極を形成するステップと、
前記各電解質において前記各貫通孔を介して露出する面に、他方の電極を形成するステップと、
前記支持基板の一方面において、前記電解質上にある一方の電極と前記貫通孔から露出する他方の電極とを接続するようにインターコネクタを形成するステップと、
前記支持基板の他方面において、前記電解質上にある一方の電極と前記貫通孔から露出する他方の電極とを接続するようにインターコネクタを形成するステップと、
を備えている、固体酸化物形燃料電池の製造方法。
絶縁性の緻密な支持基板の一方面及び他方面のそれぞれに、支持基板を挟んで完全に重ならないように少なくとも一つの電解質を形成するステップと、
前記支持基板の他方面から一方面側の電解質が露出するように貫通孔を形成するステップと、
前記支持基板の一方面から他方面側の電解質が露出するように貫通孔を形成するステップと、
前記各貫通孔の内壁面及びその近傍に前記電解質と接触するように、絶縁膜を形成するステップと、
前記各電解質において前記各貫通孔とは反対側の面に、燃料極及び空気極のいずれか一方の電極を形成するステップと、
前記各電解質において前記各貫通孔を介して露出する面に、他方の電極を形成するステップと、
前記支持基板の一方面において、前記絶縁膜が形成されていない部分を避けつつ、前記電解質上にある一方の電極と前記貫通孔から露出する他方の電極とを接続するようにインターコネクタを形成するステップと、
前記支持基板の他方面において、前記絶縁膜が形成されていない部分を避けつつ、前記電解質上にある一方の電極と前記貫通孔から露出する他方の電極とを接続するようにインターコネクタを形成するステップと、
を備えている、固体酸化物形燃料電池の製造方法。
電解質を燃料極及び空気極で挟むことで形成される複数の単セルを準備するステップと、
少なくとも表面が絶縁性を有する緻密な支持基板に複数の第１及び第２の貫通孔を形成するステップと、
前記各第１の貫通孔の周縁に前記電解質を接着することで、当該第１の貫通孔を前記支持基板の一方面から前記電解質で塞ぎ、前記空気極が前記支持基板の他方面へ露出するように前記単セルを配置するステップと、
前記各第２の貫通孔の周縁に前記電解質を接着することで、当該第２の貫通孔を前記支持基板の他方面から前記電解質で塞ぎ、前記空気極が前記支持基板の一方面へ露出するように前記単セルを配置するステップと、
前記第１の貫通孔に配置された単セルの燃料極と、前記第２の貫通孔から露出する前記空気極とをインターコネクタによって接続するステップと、
前記第２の貫通孔に配置された単セルの燃料極と、前記第１の貫通孔から露出する前記空気極とをインターコネクタによって接続するステップと、
を備えている、固体酸化物形燃料電池の製造方法。