JPH04298963A - 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型燃料電池
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、燃料電池が発電装置として注目さ
れている。これは、燃料が有する化学エネルギーを直接
電気エネルギーに変換できる装置で、カルノーサイクル
の制約を受けないため、本質的に高いエネルギー変換効
率を有し、燃料の多様化が可能で（ナフサ、天然ガス、
メタノール、石炭改質ガス、重油等）、低公害で、しか
も発電効率が設備規模によって影響されず、極めて有望
な技術である。特に、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ
）　は、１０００℃の高温で作動するため電極反応が極
めて活発で、高価な白金などの貴金属触媒を全く必要と
せず、分極が小さく、出力電圧も比較的高いため、エネ
ルギー変換効率が他の燃料電池にくらべ著しく高い。更
に、構造材は全て固体から構成されるため、安定且つ長
寿命である。

【０００３】こうしたＳＯＦＣは固体構造材から構成で
きることから、現在多種類のセル構造が提案されている
。このうち、いわゆる平板型ＳＯＦＣは、構造的にみて
単位体積当りの発電量を大きくし易いので、非常に有望
と考えられる。

【０００４】しかし、いわゆる平板型ＳＯＦＣやモノリ
シック型のＳＯＦＣは、いずれも製造技術等の点におい
て問題を有していた。まず、平板状の多孔質支持体にジ
ルコニアのイオン伝導性膜を化学的気相成長法（ＣＶＤ
）　、物理的気相成長法（ＰＶＤ）　、電気的気相成長
法（ＥＶＤ）　によって形成する方法がある。しかし、
ＣＶＤ　、ＰＶＤ　、ＥＶＤ　に使用する装置は大掛か
りであり、かつ高価である。また、膜形成速度が遅いの
で生産性が低く、量産に適さないし、膜を大面積化する
ことも困難である。しかも、燃料ガスが多孔質支持体を
透過する際の拡散抵抗のため、電池の内部抵抗が大きく
なった。

【０００５】ジルコニアのイオン伝導性膜と空気電極膜
と燃料電極膜とをそれぞれ断面波形のグリーンシートと
して成形し、これらのグリーンシートを互いに圧接し、
共焼結する方法もある。しかし、この方法では、異なる
材料からなるグリーンシートを共焼結するので、焼成収
縮の調節等が難かしく、グリーンシートを互いに圧接す
る際にクラックやグリーンシートの破壊が発生し易い。 しかも、共焼結後に、イオン伝導性膜と電極膜との界面
に絶縁層ができ易い。

【０００６】これらの問題を解決するための方法として
、特開平１−１２８３５９号公報等において、ジルコニ
アのイオン伝導性板を焼結によって形成し、その両面に
電極を形成して平板状のＳＯＦＣ素子とし、ＳＯＦＣ素
子と電気絶縁性のスペーサとを交互に積層するＳＯＦＣ
が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者がこ
の技術を検討したところ、以下の問題があった。即ち、
各平板状ＳＯＦＣ素子を並列接続するために円柱状の導
体を用いる必要がある。この円柱状の導体は、各空気電
極及び各燃料電極に対して一箇所毎接触している。従っ
て、各空気電極及び各燃料電極の全面から導体との接触
部に至る間では、電流が各空気電極及び各燃料電極の膜
に沿って膜に平行に流れるので、全体として電気抵抗、
電圧損失が非常に大きい。このため、空気電極及び燃料
電極の厚さをできる限り大きくし、円柱状の導体へと至
るまでの電気抵抗を減らす必要がある。この一方では、
燃料ガス及び酸化ガスをイオン伝導性板と電極との界面
まで導く必要があり、このためには空気電極や燃料電極
におけるガス拡散抵抗を小さくしなければならない。し
かし、上記のように空気電極や燃料電極を厚くすると、
ガスの拡散抵抗が非常に大きくなる。この結果、各電極
における電気抵抗もガス拡散抵抗も充分に小さなもので
はなかった。

【０００８】本発明の課題は、平板状ＳＯＦＣ素子の空
気電極や燃料電極における電圧損失を少なくし、同時に
これらの電極におけるガス拡散抵抗も低く抑え、両者を
最適化して平板状ＳＯＦＣ素子の出力を増大させること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、イオン伝導性
セラミックス板とこのイオン伝導性セラミックス板の一
方の面に設けられた空気電極と前記イオン伝導性セラミ
ックス板の他方の面に設けられた燃料電極とからなり、
かつ前記空気電極の表面と前記燃料電極の表面との少な
くとも一方に導電性細条が連続して設けられている平板
状固体電解質型燃料電池素子を有する、固体電解質型燃
料電池に係るものである。

【００１０】また、本発明では、上記の固体電解質型燃
料電池を作製するのに際し、イオン伝導性セラミックス
成形原料からなる平板状グリーンシート又はこれを焼結
してなるイオン伝導性セラミックス板の一方の面に空気
電極を形成し、前記グリーンシート又は前記イオン伝導
性セラミックス板の他方の面に燃料電極を形成し、前記
空気電極の表面と前記燃料電極の表面との少なくとも一
方に導電性細条を形成する。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係る平板状ＳＯＦ
Ｃ素子の平面図、図２は同じく一部拡大正面図である。 平板状ＳＯＦＣ素子４３においては、イオン伝導性セラ
ミックス板５３の一方の面（図２においては上側の面）
に空気電極２９が設けられ、他方の面に燃料電極３０が
設けられている。 空気電極２９、燃料電極３０の厚さは、製造上の不可避
的なバラツキは別として、均一である。

【００１２】空気電極２９の表面には、導電性細条２１
を碁盤目格子状に形成している。図１の例においては、
導電性細条２１を４×４列の格子状に形成する。空気電
極２９は、計９箇所で正方形状に露出する。また、図１
にカッコ付符号で示すように、燃料電極３０の表面には
、導電性細条２２を碁盤目格子状に形成している。図１
の例においては、導電性細条２２を４×４列の格子状に
形成する。燃料電極３０は、計９箇所で正方形状に露出
する。

【００１３】空気電極２９はドーピングされたか、又は
ドーピングされていないＬａＭｎＯ３，　ＣａＭｎＯ３
　，　ＬａＮｉＯ３　，　ＬａＣｏＯ３　，　ＬａＣｒ
Ｏ３　等の導電性ペロブスカイト形酸化物で製造でき、
ストロンチウムをドーピングしたＬａＭｎＯ３が好まし
い。イオン伝導性セラミックス板５３は、ジルコニアで
形成することが好ましく、イットリア、カルシア、マグ
ネシア、セリアで安定化又は部分安定化したジルコニア
で形成することが更に好ましい。燃料電極３０の材料と
しては、ニッケル−ジルコニアサーメット、コバルト−
ジルコニアサーメット、クロム−ジルコニアサーメット
等が好ましい。

【００１４】導電性細条２１，　２２は、それぞれＳＯ
ＦＣの動作温度以上で安定であり、かつ耐食性を有して
いなければならない。こうした導電性材料としては、例
えば　Ａｇ，Ａｕ，Ｐｂ，Ｐｔ　等の金属、Ａｇ−Ａｕ
，　Ａｇ−Ｐｔ，　Ａｇ−Ｐｄ，　Ｐｄ−Ｐｔ等の合金
、ニッケル−ジルコニアサーメット、クロム−ジルコニ
アサーメット、コバルト−ジルコニアサーメット等が好
ましい。

【００１５】また、空気電極２９の表面に導電性細条を
形成する場合には、導電性細条の材料を前記した空気電
極材料から選択してよい。更に、燃料電極３０の表面に
導電性細条を形成する場合には、導電性細条の材料を前
記した燃料電極材料から選択してよい。

【００１６】本実施例によれば、各電極の表面に導電性
細条２１又は２２を格子状に設けたので、この導電性細
条２１，　２２を通って電子が電極と平行に流れる。従
って、この導電性細条２１，　２２が一種の集電体とし
て働くので、各電極２９，　３０で発生した電流を各電
極と平行に全体として低抵抗で流すことができる。これ
により、電流を各電極と平行な方向に流す際の電圧損失
を低減することができる。これと同時に、空気電極２９
、燃料電極３０自体を薄くして、それぞれのガス拡散抵
抗を小さくすることができるし、このようにしても上記
した導電性細条２１，　２２の作用により電圧損失の上
昇が抑えられる。従って、平板状ＳＯＦＣ素子４３の出
力が向上する。

【００１７】次いで、こうした平板状ＳＯＦＣ素子４３
の製造法について述べる。まず、イオン伝導性セラミッ
クス成形原料によって平板状グリーンシートを作製する
。この平板状グリーンシートを焼結してイオン伝導性セ
ラミックス板５３を作製する。この一方の面に空気電極
２９を形成し、他方の面に燃料電極３０を形成する。こ
の際には、空気電極用材料の膜又は燃料電極用材料の膜
を、印刷法、浸漬法又はスラリーコート法によってイオ
ン伝導性セラミックス板５３の表面に形成し、次いで加
熱する。こうして得た空気電極２９、燃料電極３０の表
面に、導電性細条２１又は２２を印刷法、蒸着法によっ
て形成する。

【００１８】また、上記平板状グリーンシートの一方の
面に空気電極２９を形成し、他方の面に燃料電極３０を
形成することもできる。この際には、平板状グリーンシ
ートの表面に、空気電極用材料の膜又は燃料電極用材料
の膜を、印刷法、浸漬法又はスラリーコート法によって
形成し、次いで一体焼結する。

【００１９】上記の例においては、導電性細条２１，　
２２をそれぞれ４×４列の碁盤目状に形成したが、この
列数は適宜変更できる。また、導電性細条２１，　２２
によって形成される各格子形状は、正方形の他、長方形
、ひし形、三角形、六角形等としてよい。更に、導電性
細条２１，　２２が格子を形成している必要はなく、例
えば放射状に導電性細条を形成してよい。ただし、電流
を流す必要があるので、各導電性細条２１，２２は、空
気電極２９又は燃料電極３０の表面で連続して形成され
ている必要がある。

【００２０】次いで、前記したような構成の平板状ＳＯ
ＦＣ素子を使用したＳＯＦＣ　（集合電池）　について
説明する。図３は本発明の実施例に係るＳＯＦＣを示す
斜視図、図４は同じＳＯＦＣの一部を分解して示す斜視
図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。まず、このＳ
ＯＦＣの各構成部分について図３を参照しつつ説明する
。セパレータ板１は平板状であり、平面正方形の四辺に
それぞれ長方形の突出部１ａを設けた形状を有している
。セパレータ板１は耐酸化性と耐還元性と電子伝導性と
を有する材料からなる。

【００２１】このセパレータ１の下側には、一対の空気
電極側スペーサ２が積層される。空気電極側スペーサ２
の本体部分は平面略コ字形状であり、それぞれ一対の列
状突出部２ｂと、平面長方形状の突出部２ａとを有して
いる。図３の状態で、一対の空気電極側スペーサ２の列
状突出部２ｂは互いに対向しており、突出部２ａは互い
に反対方向を向いている。各空気電極側スペーサ２は、
耐酸化性と電子伝導性とを有する材料からなる。

【００２２】ＳＯＦＣ素子３は平板状であり、平面正方
形の四辺にそれぞれ長方形の突出部３ａを設けた形状を
有している。そして、図５に示すように、イオン伝導性
セラミックス板１３の上側面に空気電極９が形成され、
下側面に燃料電極１０が形成されている。空気電極９の
表面には、図３、図５に特に示すように、導電性細条３
１が、図１の場合と同様に、格子状に設けられている。 また、燃料電極１０の表面には、図５に示すように、導
電性細条３２が、図１に示した導電性細条２２と同様に
、格子状に設けられている。

【００２３】ただし、図３、図４においては、平板状Ｓ
ＯＦＣ素子３自体の積層構造は、繁雑すぎるので図示省
略する。導電性細条３１，　３２の材料、形成方法は、
前記した導電性細条２１，　２２と同様である。

【００２４】このＳＯＦＣ素子３の下側には、一対の燃
料電極側スペーサ４が積層される。燃料電極側スペーサ
４の本体部分は平面略コ字形状であり、それぞれ一対の
列状突出部４ｂと、平面長方形状の突出部４ａとを有し
ている。 図３の状態で、一対の燃料電極側スペーサ４の列状突出
部４ｂは互いに対向しており、突出部４ａは互いに反対
方向を向いている。各燃料電極側スペーサ４は、耐還元
性と電子伝導性とを有する材料からなる。

【００２５】そして、図４に示すように、これらの各部
品が積層されている。この順序は、図３に示すように、
セパレータ板１、空気電極側スペーサ２、ＳＯＦＣ素子
３、燃料電極側スペーサ４であり、更にこの下に再びセ
パレータ板１が積層される。なお、図３及び図５におい
ては、紙面の都合上、積層構造の一部のみを示してある
。 この積層の際には、かつ突出部１ａ，　２ａ，　２ｂ，
　３ａ，　４ａ，　４ｂの外側輪郭がほぼ重なるように
、各部材が位置合わせされている。

【００２６】そして、図４及び図５に示すように、セパ
レータ板１、一対のスペーサ２及び平板状ＳＯＦＣ素子
３によって酸化ガス室７が形成される。むろん、空気電
極９が酸化ガス室７に面している。また、セパレータ板
１、相対向する一対の列状突出部２ｂ及び平板状ＳＯＦ
Ｃ素子３によって、酸化ガス用開口５が形成される。本
例では、一対の酸化ガス用開口５を反対側に設けている
。　　また、セパレータ板１、一対のスペーサ４及び平
板状ＳＯＦＣ素子３によって燃料ガス室８が形成される
。むろん、燃料電極１０が燃料ガス室８に面している。 また、セパレータ板１、相対向する一対の列状突出部４
ｂ及び平板状ＳＯＦＣ素子３によって、燃料ガス用開口
６が形成される。本例では、一対の燃料ガス用開口６を
反対側に設けている。

【００２７】酸化ガス室７と燃料ガス室８とは、結果的
に交互に設けられることになり、これらはＳＯＦＣ素子
３かセパレータ板１によって分画される。このＳＯＦＣ
の動作時には、一対の酸化ガス用開口５のうち、一方の
開口５から矢印Ａのように酸化ガスを供給する。この酸
化ガスは、酸化ガス室７内を矢印Ａのように流れ、他方
の酸化ガス用開口から排出される。また、一対の燃料ガ
ス用開口６のうち、一方の開口６から燃料ガスを供給す
ると、この燃料ガスが燃料ガス室８内を流れ、他方の燃
料ガス用開口６から排出される。本実施例では、酸化ガ
スの流れと燃料ガスの流れとを直交させているが、両者
を平行で逆向きにしてもよく、平行で同じ向きにしても
よい。

【００２８】酸化ガスは空気電極９とイオン伝導性セラ
ミックス板１３との界面で酸素イオンを生じ、これらの
酸素イオンはイオン伝導性セラミックス板１３を通って
燃料電極１０へと移動し、燃料と反応すると共に電子を
燃料電極１０へと放出する。

【００２９】このように、空気電極９、燃料電極１０の
各部分で、酸素イオンの受け渡しが行われ、この電位差
が電流として取り出される。即ち、空気電極９、燃料電
極１０の膜内を図５においては左右方向に電流が流れる
。これと共に、格子状の導電性細条３１，　３２に周辺
の電流が集電され、この電流が導電性細条３１，　３２
を通って流れる。 これらの電流は、導電性スペーサ２，４に集められる。

【００３０】そして、上下方向に見て隣り合う平板状Ｓ
ＯＦＣ素子３の燃料電極１０と空気電極９とは、いずれ
も電子伝導性の燃料電極側スペーサ４、セパレータ板１
及び空気電極側スペーサ２によって電気的に接続されて
いる。 これにより、各ＳＯＦＣ素子３は図４、図５において上
下方向に直列接続される。図４に示すように、スタック
の上端と下端にはいずれもセパレータ板１が設けられて
いるので、これら一対のセパレータ板１の間に負荷を接
続することで電力を取り出すことができる。

【００３１】セパレータ板１は電子伝導性であり、かつ
ＳＯＦＣの動作時に使用する燃料ガスと酸化ガスとに対
して耐性がなければならない。こうした材料としては、
以下のものを例示できる。 （１）　ＬａＣｒＯ３セラミックス、ＬａＭｎＯ３セラ
ミックス。 （２）　Ｎｉ−Ｃｒ　，　Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ　，　Ｎｉ
−Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ　，　Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ　，　Ｆｅ
−Ｃｒ　，　Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ等の各組成の合金。Ｐｔ
、Ａｕ、Ｐｄなどの高融点貴金属。Ｎｉ金属。

【００３２】空気電極側スペーサ２は、電子伝導性と酸
化ガスに対する耐性を有していなければならない。こう
した材料として、以下のものを例示できる。 （１）　ＬａＭｎＯ３、ＬａＣ０Ｏ３、Ｌａ１−ｘ　Ｓ
ｒｘ　ＭｎＯ３、ＬａＮｉＯ３セラミックス。 （２）　Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄなどの高融点貴金属。

【００３３】燃料電極側スペーサ４は、電子伝導性と燃
料ガスに対する耐性を有していなければならない。こう
した材料としては、以下のものを例示できる。 （１）　Ｎｉ、Ｃｏ金属 （２）　ニッケルージルコニアサーメット

【００３４】
燃料ガスとしては、水素、改質水素、一酸化炭素、炭化
水素等の燃料を含むガスを用いる。酸化ガスとしては、
酸素、過酸化水素等の酸化剤を含むガスを用いる。

【００３５】なお、図４の例においては、ＳＯＦＣ　（
スタック）　の上端及び下端においても、耐還元性と耐
酸化性を有するセパレータ板１を設けた。しかし、上端
のセパレータ板は酸化ガス室７にしか面していないので
、耐還元性は必ずしも有していなくともよい。また、下
端のセパレータ板は燃料ガス室８にしか面していないの
で、耐酸化性は必ずしも有していなくともよい。

【００３６】上記したような構造のＳＯＦＣによれば、
スペーサ２，４、セパレータ板１、イオン伝導性セラミ
ックス板１３という主要構成要素が平板状であるため、
成形方法として、テープキャスト法や、プレス成形法等
、通常の成形法を使用できる。従って、ＣＶＤ　、ＥＶ
Ｄ　等の場合のような大掛りな装置は不要であり、各構
成要素を低コストで容易に製造することができる。特に
、イオン伝導性セラミックス板１３の製造にＣＶＤ　，
　ＥＶＤ　等を用いないことから、その生産性が高く、
大面積化が可能である。

【００３７】また、上記の各構成要素を積層するだけで
、複数のＳＯＦＣ素子３を簡単に直列接続することがで
きる。しかも、スペーサ２，４、セパレータ板１自体に
電流を流して集電するので、各構成要素の接触面にすべ
て電流が流れるので、接続部分での抵抗が小さく、電圧
降下を小さくすることができる。また、各空気電極９、
燃料電極１０において、各電極９，１０とスペーサ２，
４との接触面積を大きくできる。しかもこれらの接触面
が、スペーサ２，４の形状に沿って長く列状に伸びてい
るので、空気電極９、燃料電極１０の膜内において電流
がこれらの膜に沿って膜に平行に流れる距離が小さい。 しかも、導電性細条３１又は３２を格子状に設けている
ので、この導電性細条３１又は３２で電流を流せること
から、平板状ＳＯＦＣ素子３内における電圧損失が非常
に小さくなる。

【００３８】しかも、平板状ＳＯＦＣ素子３に多孔質支
持体を用いないので、その分素子３における電気抵抗を
小さくできる。また、構造的にみてセパレータ板１、空
気電極側スペーサ２、燃料電極側スペーサ４の材料を、
電子伝導性と各雰囲気への耐久性によって最適化するこ
とができるので、これによりスタック全体の内部抵抗を
低く抑えることができる。仮にセパレータ板１と空気電
極側スペーサ２及び燃料電極側スペーサ４を一体とした
場合は、全体を耐還元性、耐酸化性及び電子伝導性を有
する材質で形成しなければならないので、材料の選択範
囲が非常に狭く、スタック全体の内部抵抗を低く抑える
ことは難しくなる。

【００３９】更に、構造的にみて、セパレータ板１やス
ペーサ２，４の厚さをそれぞれ適切に変更し、スタック
の内部抵抗と構造強度を最適化することができる。

【００４０】また、セパレータ板１と空気電極側スペー
サ２と燃料電極側スペーサ４とをそれぞれ別体として焼
結によって作製した後、セパレータ板１の一方の面に空
気電極側スペーサ２を電子伝導性接着剤で接着し、セパ
レータ板１の他方の面に燃料電極側スペーサ４を電子伝
導性接着剤で接着することが好ましい。これにより、セ
パレータ板１、スペーサ２，４を、それぞれの材料に応
じた最適の条件で焼結することができるようになる。

【００４１】前記したように、図４に示すスタックの各
構成要素はいずれも平板状なので、テープキャスト法、
プレス成形法、ドクターブレード法等によって容易に成
形できる。むろん、所定形状のグリーンシートを得るた
めには、一旦成形したグリーンシートについて打抜き加
工する必要がある。

【００４２】電子伝導性接着剤としては、以下のものが
好ましい。 （１）　Ｐｔペースト、Ｐｄペースト、Ａｇ−Ｐｄペー
スト、Ａｕペースト、Ｎｉペースト （２）　ＬａＭｎＯ３ペースト、ＬａＣｒＯ３ペースト
、ＬａＣｏＯ３ペースト

【００４３】図６は、本発明の
他の実施例に係るＳＯＦＣの一部分を分解して示す斜視
図、図７は図６のＳＯＦＣを示す　ＶＩＩ−ＶＩＩ　線
断面図、図８は同じＳＯＦＣを示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ
線断面図である。まず、最上端に例えば平面正方形のセ
パレータ板１１を配置する。このセパレータ板１１は、
耐酸化性、耐還元性及び電子伝導性を有する材料から形
成する。具体的には、前記したセパレータ板１について
説明したものと同じ材料によって形成できる。また同じ
製造法によって製造できる。このセパレータ板１１には
、円形の酸化ガス用開口１１ａ　と燃料ガス用開口１１
ｂとを形成しておく。

【００４４】セパレータ板１１の下側に空気電極側スペ
ーサ１２を積層する。この空気電極側スペーサ１２には
、一隅が若干引っ込んだ平面略正方形の打ち抜き部１２
ｃ　が形成され、この一隅に燃料ガス用開口１２ｂ　が
形成されている。空気電極側スペーサ１２は、耐酸化性
及び電子伝導性を有する材料から形成する。具体的には
、前記した空気電極側スペーサ２について説明したもの
と同じ材料によって形成できる。また同じ製造法によっ
て製造できる。

【００４５】空気電極側スペーサ１２の下側に平板状Ｓ
ＯＦＣ素子２３を積層する。この素子２３には、円形の
酸化ガス用開口２３ａ　と燃料ガス用開口２３ｂ　とを
形成しておく。平板状ＳＯＦＣ素子２３を更に細かく見
ると、平板状のイオン伝導性セラミックス板３３の上側
面に空気電極１９が形成され、下側面に燃料電極２０が
形成されている。

【００４６】ただし、図６においては、こうしたＳＯＦ
Ｃ素子２３自体の積層構造は図示省略する。また、空気
電極１９の表面には、図６〜図８に示すように、導電性
細条４１が、図１の場合と同様に、格子状に設けられて
いる。また、燃料電極２０の表面には、図７，図８に示
すように、導電性細条４２が、図１に示した導電性細条
２２と同様に、格子状に設けられている。このＳＯＦＣ
素子２３の材質、製法は、図１に示した平板状ＳＯＦＣ
素子４３の材質、製造法と同様である。

【００４７】平板状ＳＯＦＣ素子２３の下側に燃料電極
側スペーサ１４を積層する。この燃料電極側スペーサ１
４には、一隅が若干引っ込んだ平面略正方形の打ち抜き
部１４ｃ　が形成され、この一隅に酸化ガス用開口１４
ａ　が形成されている。燃料電極側スペーサ１４は、耐
還元性及び電子伝導性を有する材料から形成する。具体
的には、前記した燃料電極側スペーサ４について説明し
たものと同じ材料によって形成できるし、また同じ製造
法によって製造できる。

【００４８】燃料電極側スペーサ１４の下には、更にセ
パレータ板１１、空気電極側スペーサ１２、平板状ＳＯ
ＦＣ素子２３、燃料電極側スペーサ１４が積層され、以
下も同様である。ただし、スタックの最下端にはセパレ
ータ板１１を配置し、上端及び下端のセパレータ板１１
の間に負荷を接続して電力を取り出す。

【００４９】このようにして作製した積層構造のＳＯＦ
Ｃ（スタック）においては、図７、図８に示すように、
セパレータ板１１、空気電極側スペーサ１２及び平板状
ＳＯＦＣ素子２３によって酸化ガス室１７が形成されて
いる。また、セパレータ板１１、燃料電極側スペーサ１
４及び平板状ＳＯＦＣ素子２３によって燃料ガス室１８
が形成されている。この際、酸化ガス室１７はＳＯＦＣ
を分解した状態では打ち抜き部１２ｃ　に対応し、燃料
ガス室１８は打ち抜き部１４ｃ　に対応する。 むろん、空気電極１９が酸化ガス室１７に面し、燃料電
極２０が燃料ガス室１８に面する。

【００５０】次いで、燃料ガスの流れについて説明する
。図７に示すように、セパレータ板１１、スペーサ１２
，　１４、平板状ＳＯＦＣ素子２３を積層した状態で、
燃料ガス用開口１１ｂ，　１２ｂ，　２３ｂ　が上下方
向に位置合わせされ、互いに連通する。燃料ガス用開口
１２ｂ　と酸化ガス室１７とは隔離されている。また、
図７において、各燃料ガス用開口１１ｂ，　１２ｂ，　
２３ｂ　は、上端から一巡目では右端側に設けられ、二
巡目では左端側に設けられ、三巡目では右端側に設けら
れる。以下も同様である。このＳＯＦＣの動作時には、
矢印Ｂに示すように燃料ガスを供給する。この燃料ガス
は、燃料ガス用開口１１ｂ，　１２ｂ，　２３ｂ　を通
過して燃料ガス室１８に流入し、燃料ガス室１８内を矢
印Ｃのように流れる。そして、燃料ガス室１８の左端側
に達すると、再び燃料ガス用開口１１ｂ，１２ｂ，　２
３ｂ　を通過して燃料ガス室１８に流入し、燃料ガス室
１８内を矢印Ｄのように流れる。そして、燃料ガス室１
８の右端側に達すると、再び燃料ガス用開口１１ｂ，　
１２ｂ等を矢印Ｅのように流れる。このようにして、燃
料ガスは、ＳＯＦＣの上端から下端へと流れ続ける。

【００５１】次いで、酸化ガスの流れについて説明する
。図８に示すように、セパレータ板１１、スペーサ１２
，　１４、平板状ＳＯＦＣ素子２３を積層した状態で、
酸化ガス用開口２３ａ，　１４ａ，　１１ａ　が上下方
向に位置合わせされ、互いに連通する。酸化ガス用開口
１４ａ　と燃料ガス室１８とは隔離されている。また、
図８において、最上端のセパレータ板１１においては、
酸化ガス用開口１１ａ　が右端側に設けられる。そして
、上下方向に位置合わせされた酸化ガス用開口２３ａ，
　１４ａ，　１１ａ　は、上端から一巡目では左端側に
設けられ、二巡目では右端側に設けられ、三巡目では左
端側に設けられる。以下も同様である。このＳＯＦＣの
動作時には、矢印Ｆに示すように酸化ガスを供給する。 この酸化ガスは、酸化ガス用開口１１ａ　を通過して酸
化ガス室１７に流入し、酸化ガス室１７内を矢印Ｇのよ
うに流れる。そして、酸化ガス室１７の左端側に達する
と、酸化ガス用開口２３ａ，　１４ａ，　１１ａ　を通
過して酸化ガス室１７に流入し、酸化ガス室１７内を矢
印Ｈのように流れる。そして、酸化ガス室１７の右端側
に達すると、再び酸化ガス用開口２３ａ，　１４ａ，　
１１ａ　を通過し、酸化ガス室１７を矢印Ｉのように流
れる。このようにして、酸化ガスが、ＳＯＦＣの上端か
ら下端へと流れ続ける。

【００５２】本実施例においても、セパレータ板１１、
空気電極側スペーサ１２、平板状ＳＯＦＣ素子２３、燃
料電極側スペーサ１４を順次積層した構成としているの
で、図３〜図５のＳＯＦＣにおいて説明した効果と同様
の効果を奏しうる。また、これら各構成要素の積層法に
ついても、図３〜図５に示すＳＯＦＣと同様の方法によ
る。

【００５３】しかも、これに加え、本実施例では、各燃
料ガス室１８ごとに燃料ガスを供給する必要がなく、Ｓ
ＯＦＣの上端から下端へと向って燃料ガスを流している
ので、燃料ガス供給機構を非常に単純化できるし、燃料
ガスが漏れないようにシールすることも容易である。酸
化ガスの流れについても同様の効果がある。更に、燃料
ガス、酸化ガス共に、矢印Ｃ，Ｄ，Ｇ，Ｈ，Ｉに示すよ
うに、それぞれ略正方形の燃料ガス室１８、酸化ガス室
１７をその対角線方向に横断していくので、燃料電極２
０、空気電極１９の全面にそれぞれ燃料又は酸化剤を満
遍なく供給し易い。

【００５４】図６〜図８の例において、燃料ガスの流れ
と燃料ガス用開口１１ｂ，　１２ｂ，　２３ｂ　の縁面
とが直接接触しないように構成することが更に好ましい
。具体的には、耐還元性を少なくとも有する材料で燃料
ガス導管を形成し、この燃料ガス導管を燃料ガス用開口
１１ｂ，　１２ｂ，　２３ｂ　に挿通する。燃料ガスは
燃料ガス導管の内側空間を流れる。これと同様に、酸化
ガスの流れと酸化ガス用開口２３ａ，　１４ａ，　１１
ａ　の縁面とが直接接触しないように構成することが更
に好ましい。具体的には、耐酸化性を少なくとも有する
材料で酸化ガス導管を形成し、この酸化ガス導管を酸化
ガス用開口２３ａ，　１４ａ，　１１ａ　に挿通する。 酸化ガスは酸化ガス導管の内側空間を流れる。

【００５５】上記の各例において、各ＳＯＦＣの上端と
下端とを入れ替えて逆向きにしてよい。各ＳＯＦＣを水
平方向に保持しても差し支えない。この場合には、各構
成要素が垂直方向に配向する。図３〜図５の例において
は、各スペーサ２，４をそれぞれ一層当たり２個の部分
に分割したが、３個以上に分割してもよい。上記の各例
において、ＳＯＦＣを構成する各構成要素の平面形状を
種々変更してよく、また酸化ガス用開口５，２３ａ，　
１４ａ，　１１ａ　や燃料ガス用開口６，１１ｂ，　１
２ｂ，　２３ｂ　の平面形状も円形に限らない。また、
これらの開口の個数も更に増やしてよい。 図６において、上端側からみて、一巡目のセパレータ板
１１と二巡目のセパレータ板１１とは、ちょうど　１８
０°回転した状態で配置されているが、これらを互いに
９０°回転した状態で配置してもよい。むろん、これに
つれて、他の構成要素についても、セパレータ１１に対
する位置合わせを行う。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、空気電極の表面と燃料
電極の表面との少なくとも一方に導電性細条を連続して
設けたので、この導電性細条を通って電子が電極と平行
に流れる。従って、この導電性細条が一種の集電体とし
て働くので、電流を電極と平行に全体として低抵抗で流
すことができる。これにより、電流を電極と平行な方向
に流す際の電圧損失を低減することができる。これと同
時に、導電性細条を表面に設けた方の電極自体を薄くし
て、そのガス拡散抵抗を小さくすることができるし、こ
のようにしても上記した導電性細条の作用により電圧損
失の上昇が抑えられる。従って、平板状ＳＯＦＣ素子の
出力が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る平板状ＳＯＦＣ素子を示
す平面図である。

【図２】図１の平板状ＳＯＦＣ素子の一部拡大正面図で
ある。

【図３】本発明の実施例に係るＳＯＦＣを分解して示す
斜視図である。

【図４】本発明の実施例に係るＳＯＦＣを示す斜視図で
ある。

【図５】図４のＳＯＦＣをＶ−Ｖ線に沿って切って見た
一部断面図である。

【図６】本発明の他の実施例に係るＳＯＦＣの一部を分
解して示す斜視図である。

【図７】図６に示すＳＯＦＣをＶＩＩ−ＶＩＩ　線に沿
って切って見た一部断面図である。

【図８】図６に示すＳＯＦＣをＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ　線
に沿って切って見た一部断面図である。

【符号の説明】

１，　１１　　　セパレータ板 ２，　１２　　　空気電極側スペーサ ３，　２３，　４３　　　平板状ＳＯＦＣ素子４，　１
４　　　燃料電極側スペーサ ５，　１１ａ，　１４ａ，　２３ａ　　酸化ガス用開口
６，　１１ｂ，　１２ｂ，　２３ｂ　　燃料ガス用開口
７，　１７　　　酸化ガス室 ８，　１８　　　燃料ガス室 ９，　１９，　２９　　　空気電極 １０，　２０，　３０　　燃料電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　イオン伝導性セラミックス板とこのイ
   オン伝導性セラミックス板の一方の面に設けられた空気
   電極と前記イオン伝導性セラミックス板の他方の面に設
   けられた燃料電極とからなり、かつ前記空気電極の表面
   と前記燃料電極の表面との少なくとも一方に導電性細条
   が連続して設けられている平板状固体電解質型燃料電池
   素子を有する、固体電解質型燃料電池。
2. 【請求項２】　　耐酸化性と耐還元性と電子伝導性とを
   有する材料からなるセパレータ板；耐酸化性と電子伝導
   性とを有する材料からなる空気電極側スペーサ；請求項
   １に記載の平板状固体電解質型燃料電池素子；及び耐還
   元性と電子伝導性とを有する材料からなる燃料電極側ス
   ペーサを順次積層した構造の固体電解質型燃料電池であ
   って、前記セパレータ板、前記空気電極側スペーサ及び
   前記素子によって酸化ガス室が形成され、前記セパレー
   タ板、前記燃料電極側スペーサ及び前記素子によって燃
   料ガス室が形成されている、請求項１記載の固体電解質
   型燃料電池。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載の平板状固体電解質型
   燃料電池素子を製造するのに際し、イオン伝導性セラミ
   ックス成形原料からなる平板状グリーンシート又はこれ
   を焼結してなるイオン伝導性セラミックス板の一方の面
   に空気電極を形成し、前記グリーンシート又は前記イオ
   ン伝導性セラミックス板の他方の面に燃料電極を形成し
   、前記空気電極の表面と前記燃料電極の表面との少なく
   とも一方に導電性細条を形成することを特徴とする、固
   体電解質型燃料電池の製造方法。