JP2012181927A - 固体酸化物形燃料電池セルおよび燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 導電性支持体とインターコネクタとの間の導通が良好で、インターコネクタの中間層への接合強度が高い固体酸化物形燃料電池セルおよび燃料電池モジュールを提供する。
【解決手段】 ＺｒＯ_２を除く無機酸化物とＮｉとを含有する導電性支持体１に、燃料極層３、固体電解質層４および空気極層６を備えた発電部が設けられているとともに、該発電部が設けられていない導電性支持体１の部分にＬａを含有するぺロブスカイト型酸化物からなるインターコネクタ８が設けられている固体酸化物形燃料電池セルであって、導電性支持体１とインターコネクタ８との間に、複数のＺｒを含有する中間層７が所定間隔をおいて形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池セルおよび燃料電池モジュールに関し、特に、導電性支持体に発電部が設けられているとともに、該発電部が設けられていない導電性支持体の部分にＬａを含有するぺロブスカイト型酸化物からなるインターコネクタが設けられている固体酸化物形燃料電池セルおよび燃料電池モジュールに関するものである。

近年、次世代エネルギーとして、固体酸化物形燃料電池セルを収納容器内に収容した燃料電池モジュールが種々提案されている。

このような固体酸化物形燃料電池セルとして、互いに平行な一対の平坦面を有し、内部に燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路を有するとともに、Ｎｉを含有してなる導電性支持体の一方側の平坦面上に、燃料極層、固体電解質層、空気極層を順に積層し、他方側の平坦面上にインターコネクタを積層してなる固体酸化物形燃料電池セルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

そして、このような固体酸化物形燃料電池セルの複数個を、集電部材を介して電気的に接続してなる燃料電池セルスタック装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

従来、固体酸化物形燃料電池セルは、導電性支持体の周囲を取り囲むように形成された緻密質なＺｒＯ_２系焼結体からなる固体電解質層と、この固体電解質層の両端部に、緻密質なＬａＣｒＯ_３系焼結体からなるインターコネクタの両端部を接合し、また、導電性支持体とインターコネクタとの間を中間層を介して接合し、固体電解質層とインターコネクタとにより導電性支持体の周囲を気密に取り囲み、導電性支持体の内部を通過する燃料ガスが、固体電解質層とインターコネクタとにより形成された空間から外部に漏出しないように構成されていた。

中間層としては、ＮｉまたはＮｉＯと、希土類元素が固溶したジルコニアもしくは希土類元素酸化物とから形成された焼結体が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００８−８４７１６号公報 特開２００８−１３５３０４号公報 特開２００４−２６５７３４号公報

しかしながら、ＮｉまたはＮｉＯと、希土類元素が固溶したジルコニアとから形成された中間層では、その上面に形成されるＬａＣｒＯ_３系焼結体からなるインターコネクタからのＬａが中間層のＺｒと反応して界面にランタンジルコネートを形成し、中間層へのインターコネクタの接合強度を向上できるものの、ランタンジルコネートの電気抵抗が大きいため、導電性支持体とインターコネクタとの間の導通を阻害し、固体酸化物形燃料電池セルの発電性能が低下するおそれがあった。

また、導電性支持体とインターコネクタとの間に、ＮｉまたはＮｉＯと、希土類元素酸化物とから形成された中間層を形成した場合には、中間層と導電性支持体との間に電気抵
抗の低いランタンジルコネート等の反応生成物が形成されないため、導電性支持体とインターコネクタとの間の導通は良好なものの、インターコネクタの中間層への接合強度が低くなるおそれがあった。

本発明は、導電性支持体とインターコネクタとの間の導通が良好で、インターコネクタの中間層への接合強度が高い固体酸化物形燃料電池セルおよび燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の固体酸化物形燃料電池セルは、ＺｒＯ_２を除く無機酸化物とＮｉとを含有する導電性支持体に、燃料極層、固体電解質層および空気極層を備えた発電部が設けられているとともに、該発電部が設けられていない前記導電性支持体の部分にＬａを含有するぺロブスカイト型酸化物からなるインターコネクタが設けられている固体酸化物形燃料電池セルであって、前記導電性支持体と前記インターコネクタとの間に、Ｚｒを含有する複数の中間層が所定間隔をおいて形成されていることを特徴とする。

本発明の燃料電池モジュールは、上記固体酸化物形燃料電池セルを収納容器内に収納してなることを特徴とする。

本発明の固体酸化物形燃料電池セルは、ＺｒＯ_２を除く無機酸化物とＮｉとを含有する導電性支持体と、Ｌａを含有するぺロブスカイト型酸化物からなるインターコネクタとの間に、Ｚｒを含有する複数の中間層が所定間隔をおいて形成されているため、中間層とインターコネクタとの間にはランタンジルコネートが生成し、中間層とインターコネクタとの接合強度を向上できるとともに、中間層が形成されていない部分では、導電性支持体とインターコネクタとの間に電気抵抗の大きいランタンジルコネートが生成しないため、導電性支持体とインターコネクタとの間で高い導通を維持できる。これにより、中間層が形成されている部分では、導電性支持体とインターコネクタとの接合強度を高く維持でき、中間層が形成されていない部分では、導電性支持体とインターコネクタとの間の電気抵抗を小さくして高い導通を維持できる。

固体酸化物形燃料電池セルを示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）はインターコネクタの記載を省略した状態の側面図である。 中間層を、導電性支持体の長さ方向の両端部に、導電性支持体の長さ方向中央部よりも高い密度で形成した状態を示すもので、インターコネクタの記載を省略した状態の側面図である。 燃料電池セルスタック装置の一例を示し、（ａ）は燃料電池セルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）の燃料電池セルスタック装置の破線で囲った部分の一部を示す断面図である。 燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。 燃料電池装置の一部を省略して示す斜視図である。

図１は、本形態の固体酸化物形燃料電池セル（以下、燃料電池セルと略す）の一例を示すものであり、（ａ）はその横断面図、（ｂ）は（ａ）において、島状に複数形成された中間層が明確になるように、インターコネクタの記載を省略した側面図である。なお、両図面において、燃料電池セル１０の各構成を一部拡大して示している。また、図１（ｂ）は、長さ方向に縮小して記載しており、実際は上下方向に長い形状とされている。

この燃料電池セル１０は、中空平板型の燃料電池セル１０で、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状をした、ＮｉとＺｒＯ_２を除く無機酸化物とを含有する多孔質の導電性支持体１を備えている。導電性支持体１の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス流路２が長手方向に形成されており、燃料電池セル１０は、この導電性支持体１上に各種の部材が設けられた構造を有している。

導電性支持体１は、図１に示されている形状から理解されるように、互いに平行な一対の平坦面ｎと、一対の平坦面ｎをそれぞれ接続する弧状面（側面）ｍとで構成されている。平坦面ｎの両面は互いにほぼ平行に形成されており、一方の平坦面ｎ（下面）と両側の弧状面ｍを覆うように多孔質な燃料極層３が設けられており、さらに、この燃料極層３を覆うように、緻密質な固体電解質層４が積層されている。また、固体電解質層４の上には、反応防止層５を介して、燃料極層３と対面するように、多孔質な空気極層６が積層されている。

燃料極層３、固体電解質層４、反応防止層５および空気極層６により発電部が構成されており、この発電部が導電性支持体１に設けられている。導電性支持体１は、内部に燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路２を有するとともに、導電性支持体１は、固体電解質層４とインターコネクタ８とで気密に囲まれている。

燃料極層３および固体電解質層４は、両端の弧状面ｍを経由して他方の平坦面ｎ（上面）まで形成されており、ＺｒＯ_２系焼結体からなる固体電解質層４の両端部に、ＬａＣｒＯ_３系焼結体からなるインターコネクタ８の両端部が焼結体からなる接合層９を介して接合され、固体電解質層４とインターコネクタ８で導電性支持体１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。

言い換えると、平面形状が矩形状のインターコネクタ８が導電性支持体１の上端から下端まで形成されており、その左右両側端部が、固体電解質層４の開口した両端部の表面に、接合層９を介して接合している。

また、燃料極層３および固体電解質層４が積層されていない他方の平坦面ｎ（上面）には、複数の中間層７が所定間隔をおいて形成され、さらにＬａを含有するインターコネクタ８が形成されており、複数の中間層７は、導電性支持体１とインターコネクタ８との間に島状に存在している。

複数の中間層７は円板状をなしており、図１（ｂ）に示すように、セルの長さ方向に５個、横方向に６個行列をなして配列され、これらの複数の中間層７は相互に所定間隔をおいて形成されている。個数や配列については、自由に設定することができる。中間層７は、主面の形状が円状でなくても、例えば三角形、四角形等の多角形であってもよく、楕円形状であっても良い。

中間層７は、Ｚｒを含有している。特に、Ｎｉと希土類元素が固溶したＺｒＯ_２とを含有していることが望ましい。例えば、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、これらの中間層７は緻密質であることが好ましく、その厚みは、７〜１３μｍであるのが好ましい。中間層７は、Ｎｉと希土類元素が固溶したＺｒＯ_２とを含有するものであるが、その他に希土類元素酸化物、例えばＹ_２Ｏ_３を含有しても良い。

また、Ｎｉは必ずしも必要ではないが、導電性支持体１との接合強度を向上するため、Ｎｉを含有することが望ましい。さらに、Ｎｉの代わりに、もしくはＮｉとともにＦｅ、Ｃｏを含有することもできる。中間層７とインターコネクタ８との間には、ランタンジル
コネート層が形成されている。

このような燃料電池セルでは、導電性支持体１とインターコネクタ８との間に、複数のＮｉと希土類元素が固溶したＺｒＯ_２とを含有する中間層７が所定間隔をおいて形成されているため、中間層７と、この中間層７が接触するインターコネクタ８表面との間にはランタンジルコネートが生成し、中間層７とインターコネクタ８との接合強度を向上できる。

一方、中間層７が形成されていない部分、すなわち、導電性支持体１の表面にインターコネクタ８が直接形成された部分は、導電性支持体１とインターコネクタ８との間に、電気抵抗の大きいランタンジルコネートが生成しないため、導電性支持体１とインターコネクタ８との間の導通を高く維持できる。

これにより、中間層７が形成されている部分では、導電性支持体１とインターコネクタ８との接合強度を向上でき、中間層７が形成されていない部分では、導電性支持体１とインターコネクタ８との間の電気抵抗を小さくして導通を向上できる。

中間層７は、インターコネクタ８側にドーム状に盛り上がった形状であることが望ましい。これにより、各素材間の熱膨張差に起因する応力を緩和することが可能となり、中間層を安定に形成することができる。

燃料電池セル１０は、燃料極層３と空気極層６とが固体電解質層４を介して対面している部分が電極として機能して発電する。即ち、空気極層６の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ導電性支持体１内の燃料ガス流路２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、導電性支持体１に取り付けられているインターコネクタ８を介して集電される。

以下に、本形態の燃料電池セル１０を構成する各部材について説明する。

導電性支持体１は、燃料ガスを燃料極層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と、ＺｒＯ_２を除く無機酸化物、例えば、特定の希土類酸化物とにより形成されることが好ましい。
ＺｒＯ_２を除く無機酸化物としては、ＺｒＯ_２以外であれば特に限定されるものではないが、下記のように熱膨張係数の観点、およびインターコネクタ８の構成元素と殆ど反応しないものである。

特定の希土類酸化物とは、導電性支持体１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酸化物が、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。

また、本形態においては、導電性支持体１の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：希土類酸化物＝３５：６５〜６５：３５の体積比で存在することが好ましい。なお、導電性支持体１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。

また、導電性支持体１は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、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、導電性支持体１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。

なお、導電性支持体１の平坦面ｎの長さ（導電性支持体１の幅方向の長さ）は、通常、１５〜３５ｍｍ、弧状面ｍの長さ（弧の長さ）は、２〜８ｍｍであり、導電性支持体１の厚み（平坦面ｎ間の厚み）は１．５〜５ｍｍであることが好ましい。導電性支持体１の長さは、１００〜１５０ｍｍとされている。

燃料極層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好ましい。例えば、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２または希土類元素が固溶した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、導電性支持体１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。

燃料極層３中の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２または希土類元素が固溶している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、この燃料極層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。

また、燃料極層３は、空気極層６に対面する位置に形成されていればよいため、例えば空気極層６が設けられている側の平坦面ｎにのみ燃料極層３が形成されていてもよい。すなわち、燃料極層３は平坦面ｎにのみ設けられ、固体電解質層４が燃料極層３上、導電性支持体１の両弧状面ｍ上および燃料極層３が形成されていない他方の平坦面ｎ上に形成された構造をしたものであってもよい。

固体電解質層４は、３〜１５モル％のＹ、Ｓｃ、Ｙｂ等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ_２からなる緻密質なセラミックスを用いるのが好ましい。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。さらに、固体電解質層４は、ガス透過を防止するという点から、相対密度（アルキメデス法による）が９３％以上、特に９５％以上の緻密質であることが望ましく、かつその厚みが５〜５０μｍであることが好ましい。

なお、固体電解質層４と後述する空気極層６との間に、固体電解質層４と空気極層６との接合を強固とするとともに、固体電解質層４の成分と空気極層６の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で反応防止層５を備えることもでき、図１に示した燃料電池セル１０においては反応防止層５を備えた例を示している。

ここで、反応防止層５としては、ＣｅとＣｅ以外の他の希土類元素とを含有する組成にて形成することができ、例えば、（ＣｅＯ_２）_１−ｘ（ＲＥＯ_１．５）_ｘ（式中、ＲＥはＳｍ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄの少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満足する数）で表される組成を有していることが好ましい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、ＲＥとしてＳｍやＧｄを用いることが好ましく、例えば１０〜２０モル％のＳｍＯ_１．５またはＧｄＯ_１．５が固溶したＣｅＯ_２からなることが好ましい。

空気極層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、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。

また、空気極層６は、ガス透過性を有する必要があり、従って、空気極層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、空気極層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。

また、導電性支持体１の空気極層６側と反対側の平坦面ｎ上には、中間層７を介してインターコネクタ８が積層されている。

インターコネクタ８としては、Ｌａを含有する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、Ｌａと、ＣｒまたはＴｉとを含有するペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物、ＬａＴｉＯ_３系酸化物）を用いることができる。導電性支持体１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系酸化物を用いることができる。

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、１０〜５０μｍ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。

上記した固体電解質層４の両端部には、インターコネクタ８の両端部が接合層９を介して接合されている。

以上説明した本形態の燃料電池セル１０の作製方法の一例について説明する。

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導電性支持体成形体を作製し、これを乾燥する。なお、導電性支持体成形体として、導電性支持体成形体を９００〜１０００℃にて２〜６時間仮焼した仮焼体を用いてもよい。

次に、例えば所定の調合組成に従いＮｉＯ、Ｙ_２Ｏ_３が固溶したＺｒＯ_２（ＹＳＺ）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層用スラリーを調製する。

さらに、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉末に、トルエン、バインダー、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、７〜７５μｍの厚さに成形してシート状の固体電解質層成形体を作製する。得られたシート状の固体電解質層成形体上に燃料極層用スラリーを塗布して燃料極層成形体を形成し、この燃料極層成形体側の面を導電性支持体成形体に積層する。なお、燃料極層用スラリーを導電性支持体成形体の所定位置に塗布し乾燥して、固体電解質層成形体を導電性支持体成形体（燃料極層成形体）に積層しても良い。

続いて固体電解質層４と空気極層６との間に配置する反応防止層５を形成する。

例えば、ＧｄＯ_１．５が固溶したＣｅＯ_２粉末を８００〜９００℃にて２〜６時間、熱処理を行い、反応防止層成形体用の原料粉末を調整する。

そして、反応防止層成形体の原料粉末に、溶媒としてトルエンを添加し、中間層用スラリーを作製し、このスラリーを固体電解質層成形体上に塗布して反応防止層の塗布膜を形成し、成形体を作製する。なお、シート状の成形体を作製し、これを固体電解質層成形体上に積層してもよい。

続いて、インターコネクタ用材料（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調製し、インターコネクタ用シートを作製する。

続いて、導電性支持体１とインターコネクタ８との間に位置する中間層成形体を形成する。例えば、Ｙが固溶したＺｒＯ_２とＮｉＯが体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲となるように混合して乾燥し、有機バインダー等を加えて中間層用スラリーを調整し、導電性支持体成形体に塗布して中間層成形体を形成する。中間層は多数の島状に形成されているため、中間層成形体を複数の島状に形成するため、例えばスクリーン印刷により、図１（ｂ）に示すように行列をなして形成する。

この後、例えば、ＭｇＯを５０〜６８モル％と、Ｙ_２Ｏ_３を３０〜４７モル％と、Ｌａ_２Ｏ_３を３〜５モル％とからなる接合層形成材料、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを調製し、このスラリーを、固体電解質層成形体の両端部に塗布して接合層成形体を作製し、この接合層成形体の上に、インターコネクタ用シートの端部を積層するように、かつ、中間層成形体が形成された導電性支持体成形体上に積層し、積層成形体を作製する。

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。

さらに、空気極層用材料（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反応防止層上に塗布し、１０００〜１３００℃で、２〜６時間焼き付けることにより、図１に示す構造の本形態の燃料電池セル１０を製造できる。なお、燃料電池セル１０は、その後、内部に水素ガスを流し、導電性支持体１および燃料極層３の還元処理を行なうのが好ましい。その際、たとえば７５０〜１０００℃にて５〜２０時間還元処理を行なうのが好ましい。

図３は、上述した燃料電池セル１０の複数個を、集電部材１３を介して電気的に直列に接続して構成される燃料電池セルスタック装置の一例を示したものであり、（ａ）は燃料電池セルスタック装置１１を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）の燃料電池セルスタック装置１１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おり、（ｂ）で示す燃料電池セル１０においては、上述した中間層７、反応防止層５等の一部の部材を省略して示している。

なお、燃料電池セルスタック装置１１においては、各燃料電池セル１０を集電部材１３を介して配列することで燃料電池セルスタック１２を構成しており、各燃料電池セル１０の下端部が、燃料電池セル１０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接着剤により固定されている。また、燃料電池セル１０の配列方向の両端から集電部材１３を介して燃料電池セルスタック１２を挟持するように、ガスタンク１６に下
端部が固定された弾性変形可能な導電部材１４を具備している。

また、図３に示す導電部材１４においては、燃料電池セル１０の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、燃料電池セルスタック１２（燃料電池セル１０）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。

ここで、本形態の燃料電池セルスタック装置１１においては、上述した燃料電池セル１０を用いて、燃料電池セルスタック１２を構成することにより、長期信頼性が向上した燃料電池セルスタック装置１１とすることができる。

図３に示す燃料電池セルスタック装置１１では、燃料電池セル１０の下端部は、燃料電池セル１０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接着剤により固定されており、接着剤と燃料電池セル１０のインターコネクタ層８とは膨張係数が異なるため、また、固定部においてはインターコネクタ層８に応力が作用しやすいため、また、燃料電池セル１０の上端部では燃料ガスが燃焼して高温となるため、導電性支持体１とインターコネクタ層８との間に強い接合強度が要求されている。

そこで、図２に示すように、中間層７を、導電性支持体１の長さ方向（図２の上下方向）の両端部に、導電性支持体１の長さ方向中央部よりも高い密度で形成されていることが望ましい。このように、導電性支持体１の長さ方向の両端部における中間層７の形成密度を高くすることにより、導電性支持体１の長さ方向の両端部おいて、導電性支持体１とインターコネクタ層８との間における接合強度を向上できる。

一方で、燃料電極層３と固体電解質層４と空気極層６とが積層された発電部は、導電性支持体１の長さ方向の中央部に形成されており、両端部には形成されていないため、導電性支持体１の長さ方向中央部では中間層７の形成密度が低いことに起因して導電性支持体１とインターコネクタ層６との電気伝導性を高くでき、発電性能を向上できる。

すなわち、導電性支持体１の長さ方向の両端部には、長さ方向中央部よりも、複数の中間層７を高い形成密度（導電性支持体１の一定面積に対する複数の中間層の面積）で形成した高密度形成部７ａを有している。これらの高密度形成部７ａの領域（面積）については適宜設定することができ、その形成密度についても適宜設定することができる。

１個の中間層の大きさは、例えば、円板状の場合には、主面の寸法が１ｍｍ以上であることが望ましいが、導電性支持体１とインターコネクタ層６との接合強度を向上するためには、小さい、例えば直径５ｍｍ以下であることが望ましい。

また、図２では、導電性支持体１の長さ方向の両端部に高密度形成部７ａを形成したが、上端部、または下端部のいずれかに形成しても良いことは勿論である。

図４は、燃料電池セルスタック装置１１を収納容器内に収納してな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３に示した燃料電池セルスタック装置１１を収納して構成されている。

なお、燃料電池セル１０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を燃料電池セルスタック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を介して燃料電池セル１０の内部に設けられたガス流路２に供給される。

なお、図４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燃料電池セルスタック装置１１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４に示した燃料電池モジュール１８においては、燃料電池セルスタック装置１１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、燃料電池セルスタック装置１１は、改質器２０を含むものとしても良い。

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４においてはガスタンク１６に並置された燃料電池セルスタック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、燃料電池セル１０の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、燃料電池セル１０の下端部に酸素含有ガスを供給する。

そして、燃料電池セル１０のガス流路より排出される燃料ガスを酸素含有ガスと反応させて燃料電池セル１０の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル１０の温度を上昇させることができ、燃料電池セルスタック装置１１の起動を早めることができる。また、燃料電池セル１０の上端部側にて、燃料電池セル１０のガス流路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、燃料電池セル１０（燃料電池セルスタック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。

さらに、本形態の燃料電池モジュール１８においても、上述した燃料電池セルスタック装置１１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燃料電池モジュール１８とすることができる。

図５は、外装ケース内に図４で示した燃料電池モジュール１８と、燃料電池セルスタック装置１１を動作させるための補機とを収納してなる燃料電池装置を示す斜視図である。なお、図５においては一部構成を省略して示している。

図５に示す燃料電池装置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燃料電池モジュール１８を収納するモジュール収納室２７とし、下方側を燃料電池モジュール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。

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。

このような燃料電池装置２３においては、上述したように、信頼性を向上することができる燃料電池モジュール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、信頼性の向上した燃料電池装置２３とすることができる。

以上、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、上記形態では、中空平板型の固体電解質形燃料電池セルについて説明したが、円筒型の固体電解質形燃料電池セルであっても良いことは勿論である。

１：導電性支持体
２：燃料ガス流路
３：燃料極層
４：固体電解質層
５：反応防止層
６：空気極層
７：中間層
８：インターコネクタ
１１：燃料電池セルスタック装置
１８：燃料電池モジュール

Claims (4)

1. ＺｒＯ_２を除く無機酸化物とＮｉとを含有する導電性支持体に、燃料極層、固体電解質層および空気極層を備えた発電部が設けられているとともに、該発電部が設けられていない前記導電性支持体の部分にＬａを含有するぺロブスカイト型酸化物からなるインターコネクタが設けられている固体酸化物形燃料電池セルであって、前記導電性支持体と前記インターコネクタとの間に、複数のＺｒを含有する中間層が所定間隔をおいて形成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル。
2. 前記導電性支持体は、内部に燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路を有するとともに、前記導電性支持体は、前記固体電解質層と前記インターコネクタとで気密に囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セル。
3. 前記導電性支持体が柱状であり、複数の前記中間層は、前記導電性支持体の長さ方向の両端部に、前記導電性支持体の長さ方向中央部よりも高い密度で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池セル。
4. 請求項１乃至３のうちいずれかに記載された固体酸化物形燃料電池セルを収納容器内に収納してなることを特徴とする燃料電池モジュール。

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