CN110402514A - 金属支撑型电化学元件用的带电极层基板、电化学元件、电化学模块、固体氧化物型燃料电池和制造方法 - Google Patents

金属支撑型电化学元件用的带电极层基板、电化学元件、电化学模块、固体氧化物型燃料电池和制造方法 Download PDF

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Abstract

提供可靠性/耐久性优异、且低成本的电化学元件。金属支撑型电化学元件用的带电极层基板具有：金属支撑体和形成于金属支撑体上的电极层2，电极层2具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。

Description

金属支撑型电化学元件用的带电极层基板、电化学元件、电化 学模块、固体氧化物型燃料电池和制造方法
技术领域
本发明涉及具有金属支撑体和电极层的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板等。
背景技术
就现有的金属支撑型的固体氧化物型燃料电池(SOFC)而言，在烧结Fe-Cr系合金粉末而得到的多孔金属支撑体上，形成阳极电极层，并在其上形成电解质层而得到SOFC。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Jong-Jin Choi和Dong-Soo Park, “Preparation of Metal-supportedSOFC using Low Temperature Ceramic Coating Process”, Proceedings of 11thEuropean SOFC & SOE Forum, A1502, 第09章 - 会议B15-14/117-20/117(2014年7月1-4日)。
发明内容
发明所要解决的课题
然而，如非专利文献1所示，为了在低温域形成氧化锆系电解质，需要准备在1300℃的高温下烧制处理的阳极电极层。因此，不能避免金属支撑体的损伤，另外，导致需要通过1200℃的烧制处理来设置昂贵的LST(LaSrTiO3)扩散防止层，用于防止从金属支撑体扩散毒害电池(cell)的元素，在性能或可靠性/耐久性、以及成本的方面存在问题。
本发明是鉴于上述课题而完成的发明，其目的在于提供性能/可靠性/耐久性优异、且低成本的电化学元件。
用于解决课题的手段
用于达成上述目的的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的特征构成在于以下的方面：具有金属支撑体和形成于前述金属支撑体上的电极层，前述电极层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。
根据上述的特征构成，成为适于在低温域的电解质层形成工艺的电极层，无需设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层和电解质层的电化学元件。另外，即使在电解质层为薄膜的情况下，若电极层表面的平滑度高，则也可以均匀地保持电解质层，因此可以构成性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。另外，若电极层表面的平滑度高(电极层表面的凹凸少)，则电极层与电解质层之间的空隙少，可以构成粘附性良好的、性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。需说明的是，前述电极层更优选具有表面粗糙度(Ra)为0.5μm以下的区域、进一步优选具有为0.3μm以下的区域。这是由于：电极层表面的平滑性变得越高，可以使上述效果越大。
用于达成上述目的的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的特征构成在于以下的方面：具有金属支撑体、形成于前述金属支撑体上的电极层和形成于前述电极层上的中间层，前述中间层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。
根据上述的特征构成，成为适于在低温域的电解质层形成工艺的中间层，无需设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层、中间层和电解质层的电化学元件。另外，即使在电解质层为薄膜的情况下，若中间层表面的平滑度高，则也可以均匀地保持电解质层，因此可以构成性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。另外，若中间层表面的平滑度高(中间层表面的凹凸少)，则中间层与电解质层之间的空隙少，可以构成粘附性良好的、性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。需说明的是，前述中间层更优选具有表面粗糙度(Ra)为0.5μm以下的区域、进一步优选具有为0.3μm以下的区域。这是由于：中间层表面的平滑性变得越高，可以使上述效果越大。
本发明所涉及的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的另外的特征构成在于以下的方面：前述电极层形成于前述金属支撑体的一个面上，前述金属支撑体具有从一个面向另一个面贯通的贯通孔。
根据上述的特征构成，由于可以使在电极层反应的气体等从金属支撑体的另一个面顺畅地供给，因此可以实现高性能的电化学元件。
本发明所涉及的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的另外的特征构成在于以下的方面：前述金属支撑体为施行了孔加工的金属板。
根据上述的特征构成，由于可以通过利用孔加工而生成的孔使在电极层反应的气体等从金属支撑体的另一个面顺畅地供给，因此可以实现高性能的电化学元件。此外，具有贯通孔的金属支撑体可以容易地制造，是适合的。而且，若将金属板作为基板，则可以实现强度高、可靠性/耐久性优异的电化学元件。
具有上述的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板、对电极层和配置于前述电极层与前述对电极层之间的电解质层的电化学元件，成为可靠性/耐久性优异、且低成本的电化学元件，是适合的。
本发明所涉及的电化学模块的特征构成在于以下的方面：上述的电化学元件以多个层叠的状态进行配置。
根据上述的特征构成，由于上述的电化学元件以多个层叠的状态进行配置，因此可以抑制材料成本和加工成本，同时可以得到紧凑且高性能的、强度和可靠性优异的电化学模块。
本发明所涉及的电化学装置的特征构成在于以下的方面：至少具有上述的电化学模块和改质器，且具有对前述电化学模块供给含有还原性成分的燃料气体的燃料供给部和由前述电化学模块取出电力的逆变器。
根据上述的特征构成，由于具有电化学模块和改质器，且具有对于电化学模块供给含有还原性成分的燃料气体的燃料供给部和由电化学模块取出电力的逆变器，因此使用城市燃气等的现有的原燃料供给基础设施，可以由耐久性/可靠性和性能优异的电化学模块取出电力，可以实现耐久性/可靠性和性能优异的电化学装置。另外，由于容易构建将从电化学模块排出的未利用的燃料气体进行再循环的系统，因此可以实现高效率的电化学装置。
本发明所涉及的能量系统的特征构成在于以下的方面：具有上述的电化学装置和再利用从前述电化学装置排出的热的排热利用部。
根据上述的特征构成，由于具有电化学装置和将从电化学装置排出的热进行再利用的排热利用部，因此可以实现耐久性/可靠性和性能优异、且能量效率也优异的能量系统。需说明的是，通过与利用从电化学装置排出的未利用的燃料气体的燃烧热而发电的发电系统组合，还可以实现能量效率优异的混合系统(hybrid system)。
本发明所涉及的固体氧化物型燃料电池的特征构成在于以下的方面：具备上述的电化学元件，在额定运转时于600℃以上且850℃以下的温度，在前述电化学元件中产生发电反应。
根据上述的特征构成，由于在额定运转时于600℃以上且850℃以下的温度产生发电反应，因此可发挥高的发电性能，同时可抑制金属支撑型电化学元件的劣化而长期维持燃料电池的性能。需说明的是，若在额定运转时可于650℃以上800℃以下的温度域运转，则在以城市燃气等的烃系气体为原燃料的燃料电池系统中，由于可以构建以燃料电池的排热来供应将原燃料转换为氢时所需要的热的系统，所以可以提高燃料电池系统的发电效率，因此更优选。
本发明所涉及的制造方法的特征构成在于以下的方面：是具有金属支撑体和形成于前述金属支撑体上的电极层的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的制造方法，包括使前述电极层平滑化的电极层平滑化工序。
根据上述的特征构成，通过电极层的平滑化工序，使电极层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。因此，根据上述的特征构成，成为适于在低温域的电解质层形成工艺的电极层，无需设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层和电解质层的电化学元件。另外，即使在电解质层为薄膜的情况下，若电极层表面的平滑度高，则也可以均匀地保持电解质层，因此可以形成性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。另外，若电极层表面的平滑度高(电极层表面的凹凸少)，则电极层与电解质层之间的空隙少，可以形成粘附性良好的、性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。需说明的是，前述电极层更优选具有表面粗糙度(Ra)为0.5μm以下的区域、进一步优选具有为0.3μm以下的区域。这是由于：电极层表面的平滑性变得越高，可以形成上述的效果越大的电化学元件。
本发明所涉及的制造方法的另外的特征构成在于以下的方面：包括在1100℃以下进行前述电极层的烧制的电极层烧制工序。
根据上述的特征构成，由于在1100℃以下进行电极层的烧制，因此不会将金属支撑体暴露于高温下，而可以在金属支撑体上形成电极层。因此，可以形成抑制金属支撑体的劣化、且抑制从金属支撑体扩散毒害电极层或电解质层等电化学元件的构成要素的元素的、性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。另外，由于可以在低于以往的温度下进行烧制，因此可降低制造成本。而且，在金属支撑体与电极层之间无需设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层和电解质层的电化学元件，因此可形成性能优异的电化学元件、且也可降低制造成本。需说明的是，电极层的烧制更优选在1050℃以下进行、进一步优选在1000℃以下进行。这是由于：使电极层的烧制温度越降低，越抑制金属基板的损伤/劣化、同时可以形成电化学元件。另外，若电极层的烧制在800℃以上进行，则可以确保电极层的强度，因此优选。
本发明所涉及的制造方法的另外的特征构成在于以下的方面：通过压缩成型进行前述电极层平滑化工序。
根据上述的特征构成，通过简便的压缩成型进行电极层的平滑化工序，由此使电极层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。因此，根据上述的特征构成，成为适于在低温域的电解质层形成工艺的电极层，无需设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层和电解质层的电化学元件。另外，即使在电解质层为薄膜的情况下，若电极层表面的平滑度高，则也可以均匀地保持电解质层，因此可以形成性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。另外，若电极层表面的平滑度高(电极层表面的凹凸少)，则可以形成电极层与电解质层之间的空隙少、粘附性良好的性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。并且，也可降低制造成本。
本发明所涉及的制造方法的特征构成在于以下的方面：是具有金属支撑体、形成于前述金属支撑体上的电极层和形成于前述电极层上的中间层的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的制造方法，包括将前述中间层平滑化的中间层平滑化工序。
根据上述的特征构成，通过中间层的平滑化工序，使中间层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。因此根据上述的特征构成，成为适于在低温域的电解质层形成工艺的中间层，无需设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层、中间层和电解质层的电化学元件。另外，即使在电解质层为薄膜的情况下，若中间层表面的平滑度高，则也可以均匀地保持电解质层，因此可以形成性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。另外，若中间层表面的平滑度高(中间层表面的凹凸少)，则可以形成中间层与电解质层间的空隙少、粘附性良好的性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。需说明的是，前述中间层更优选具有表面粗糙度(Ra)为0.5μm以下的区域、进一步优选具有为0.3μm以下的区域。这是由于：中间层表面的平滑性越高，可以形成上述的效果越大的电化学元件。
本发明所涉及的制造方法的另外的特征构成在于以下的方面：包括在1100℃以下进行前述中间层的烧制的中间层烧制工序。
根据上述的特征构成，由于中间层的烧制在1100℃以下进行，因此不会将金属支撑体暴露于高温下，而可以在金属支撑体上形成中间层。因此，可以形成抑制金属支撑体的劣化、且抑制从金属支撑体扩散毒害电极层、中间层或电解质层等电化学元件的构成要素的元素的、性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。另外，由于可以在低于以往的温度下进行烧制，因此可降低制造成本。而且，无需在金属支撑体与电极层或中间层之间设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层、中间层和电解质层的电化学元件，因此可以形成性能优异的电化学元件、且也可降低制造成本。需说明的是，电极层的烧制更优选在1050℃以下进行、进一步优选在1000℃以下进行。这是由于：使中间层的烧制温度越降低，越抑制金属基板的损伤/劣化、同时可以形成电化学元件。另外，若中间层的烧制在800℃以上进行，则可以确保中间层的强度，因此优选。
本发明所涉及的制造方法的另外的特征构成在于以下的方面：通过压缩成型进行前述中间层平滑化工序。
根据上述的特征构成，通过简便的压缩成型进行中间层的平滑化工序，由此使中间层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。因此，根据上述的特征构成，成为适于在低温域的电解质层形成工艺的中间层，无需设置昂贵的LST扩散防止层，即可形成在金属支撑体上具有电极层、中间层和电解质层的电化学元件。另外，即使电解质层为薄膜的情况下，若中间层表面的平滑度高，则也可以均匀地保持电解质层，因此可以形成性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。另外，若中间层表面的平滑度高(电极层表面的凹凸少)，则可以形成中间层与电解质层之间的空隙少、粘附性良好的性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。并且，也可降低制造成本。
附图说明
[图1]显示电化学元件的构成的示意图。
[图2]显示电化学元件和电化学模块的构成的示意图。
[图3]显示电化学装置和能量系统的构成的示意图。
[图4]显示电化学模块的构成的示意图。
[图5]电化学元件的截面的电子显微镜照片。
＜第1实施方式＞
以下，边参照图1边对本实施方式所涉及的电化学元件E和固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：SOFC)进行说明。电化学元件E例如用作接受含氢的燃料气体和空气的供给而发电的固体氧化物型燃料电池的构成要素。需说明的是，下文中，当表示层的位置关系等时，例如从电解质层4来看，有时将对电极层6一侧称为“上”或“上侧”，将电极层2一侧称为“下”或“下侧”。另外，有时将金属基板1的形成有电极层2一侧的面称为“表侧”、将相反侧的面称为“背侧”。
(电化学元件)
如图1所示，电化学元件E具有：金属基板1(金属支撑体)、形成于金属基板1上的电极层2、形成于电极层2上的中间层3和形成于中间层3上的电解质层4。而且，电化学元件E还具有：形成于电解质层4上的反应防止层5和形成于反应防止层5上的对电极层6。换言之，对电极层6形成于电解质层4上，反应防止层5形成于电解质层4与对电极层6之间。电极层2为多孔的，电解质层4为致密的。
(带电极层基板)
在本实施方式中，金属支撑型电化学元件用的带电极层基板B构成为：具有金属基板1(金属支撑体)、形成于金属基板1上的电极层2和形成于电极层2上的中间层3。换言之，在本实施方式中，电化学元件E构成为：具有带电极层基板B、电解质层4、反应防止层5和对电极层6。
(金属基板)
金属基板1支撑电极层2、中间层3和电解质层4等，保持电化学元件E的强度，发挥作为支撑体的作用。作为金属基板1的材料，可使用电子传导性、耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性优异的材料。例如可使用铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、镍基合金等。特别适合使用包含铬的合金。需说明的是，在本实施方式中，作为金属支撑体使用板状的金属基板1，但作为金属支撑体也可为其他形状，例如箱状、圆筒状等的形状。
需说明的是，关于金属基板1，只要作为支撑体具有足以形成电化学元件的强度即可，可以使用例如为0.1mm~2mm左右、优选为0.1mm~1mm左右、更优选为0.1mm~0.5mm左右的厚度的基板。
金属基板1具有贯通表侧的面和背侧的面而设置的多个贯通孔1a。需说明的是，例如，贯通孔1a可以通过机械的、化学的或者光学的穿孔加工等设置于金属基板1。贯通孔1a具有使气体从金属基板1背侧的面向表侧的面透过的功能。为了使金属基板1具有气体透过性，也可使用多孔金属。例如，金属基板1也可以使用烧结金属或发泡金属等。
在金属基板1的表面设置作为扩散抑制层的金属氧化物层1b。即，在金属基板1与后述的电极层2之间，形成有扩散抑制层。金属氧化物层1b不仅设置在露出于金属基板1外部的面，也设置在与电极层2的接触面(界面)和贯通孔1a内侧的面。通过该金属氧化物层1b可以抑制金属基板1与电极层2之间的元素相互扩散。例如，在作为金属基板1使用含有铬的铁素体不锈钢的情况下，金属氧化物层1b主要为铬氧化物。而且，以铬氧化物为主要成分的金属氧化物层1b抑制金属基板1的铬原子等向电极层2或电解质层4扩散。金属氧化物层1b的厚度只要是可以兼顾高扩散防止性能和低电阻的厚度即可。例如优选为亚微米级，具体而言，更优选平均的厚度为0.3μm以上且0.7μm以下左右。另外，最小厚度更优选为约0.1μm以上。
另外，最大厚度优选为约1.1μm以下。
金属氧化物层1b可通过各种手法形成，但适合利用使金属基板1的表面氧化而形成金属氧化物的手法。另外，也可在金属基板1的表面，通过溅射法或PLD法等PVD法、CVD法、喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)等来形成金属氧化物层1b，或者可通过镀敷和氧化处理来形成。而且，金属氧化物层1b可包含导电性高的尖晶石相等。
在使用铁素体不锈钢材作为金属基板1的情况下，与用作电极层2或电解质层4的材料的YSZ(氧化钇稳定化氧化锆)或GDC(钆掺杂二氧化铈、也称为CGO)等热膨胀系数接近。因此，即使在重复低温与高温的温度循环的情况下，电化学元件E也不易受损。所以，可以实现长期耐久性优异的电化学元件E，因此优选。
(电极层)
如图1所示，可以在金属基板1表侧的面的比设置有贯通孔1a的区域大的区域，以薄层的状态设置电极层2。在为薄层的情况下，可以使其厚度例如为1μm~100μm左右、优选为5μm~50μm。若为这样的厚度，则可减少昂贵的电极层材料的使用量以谋求降低成本，同时可确保充分的电极性能。设置有贯通孔1a的整个区域被电极层2覆盖。换言之，贯通孔1a形成于金属基板1的形成有电极层2的区域的内侧。换言之，所有的贯通孔1a都面向电极层2设置。
作为电极层2的材料，可以使用例如NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2、Cu-CeO2等复合材料。在这些实例中，可以将GDC、YSZ、CeO2称为复合材料的骨料。需说明的是，电极层2优选通过低温烧制法(例如不进行在高于1100℃的高温域的烧制处理而使用在低温域的烧制处理的湿式法)或喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法或脉冲激光沉积法等)、CVD法等来形成。通过这些可在低温域使用的工艺，例如不使用在高于1100℃的高温域的烧制，即可得到良好的电极层2。因此，不会损伤金属基板1，且可以抑制金属基板1与电极层2的元素相互扩散，可以实现耐久性优异的电化学元件，因此优选。而且，若使用低温烧制法，则原材料的操作变得容易，因此更优选。
电极层2为了具有气体透过性，而在其内部和表面具有多个细孔。
即，电极层2形成为多孔的层。电极层2例如按照其致密度为30%以上且小于80%的方式形成。细孔的尺寸可以适宜选择在进行电化学反应时适于使反应顺畅地进行的尺寸。需说明的是，致密度是指构成层的材料占据空间的比例，可以表示为(1-孔隙率)，且与相对密度同等。
(中间层)
如图1所示，中间层3可以以覆盖电极层2的状态，在电极层2上以薄层的状态形成。在为薄层的情况下，其厚度可以为例如1μm~100μm左右、优选为2μm~50μm左右、更优选为4μm~25μm左右。若为这样的厚度，则可减少昂贵的中间层材料的使用量以谋求降低成本，且可确保充分的性能。作为中间层3的材料，可以使用例如YSZ(氧化钇稳定化氧化锆)、SSZ(钪稳定化氧化锆)或GDC(钆掺杂二氧化铈)、YDC(钇掺杂二氧化铈)、SDC(钐掺杂二氧化铈)等。特别适合使用二氧化铈系的陶瓷。
中间层3优选通过低温烧制法(例如不进行在高于1100℃的高温域的烧制处理而使用在低温域的烧制处理的湿式法)或喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等来形成。通过这些可在低温域使用的成膜工艺，例如不使用在高于1100℃的高温域的烧制即可得到中间层3。因此，不会损伤金属基板1，可以抑制金属基板1与电极层2的元素相互扩散，可以实现耐久性优异的电化学元件E。另外，若使用低温烧制法，则原材料的操作变得容易，因此更优选。
作为中间层3，优选具有氧离子(氧化物离子)传导性。另外，进一步优选具有氧离子(氧化物离子)与电子的混合传导性。具有这些性质的中间层3适合用于电化学元件E。
(中间层的表面粗糙度(Ra))
在本实施方式中，中间层3具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。该区域可为中间层3的整个表面、也可为一部分区域。中间层3通过具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域，可以构成中间层3与电解质层4的粘附性良好的、性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件E。另外，即使在电解质层4为薄膜的情况下，也可以均匀地保持电解质层4，因此可以构成性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。需说明的是，中间层3更优选具有表面粗糙度(Ra)为0.5μm以下的区域、进一步优选具有为0.3μm以下的区域。这是由于：中间层3的表面粗糙度的平滑性越高，可以构成上述的效果越优异的电化学元件E。
(电解质层)
如图1所示，电解质层4可以以覆盖电极层2和中间层3的状态，在中间层3上以薄层的状态形成。另外，也可以以厚度为10μm以下的薄膜的状态形成。详细而言，如图1所示，电解质层4可跨越(跨)中间层3上和金属基板1上而设置。如此构成，通过将电解质层4与金属基板1接合，作为电化学元件整体可以具有优异的坚固性。
另外，如图1所示，电解质层4可在金属基板1表侧的面的比设置有贯通孔1a的区域大的区域进行设置。换言之，贯通孔1a可形成于金属基板1的形成有电解质层4的区域的内侧。
另外，在电解质层4的周围，可以抑制来自电极层2和中间层3的气体的泄漏。若进行说明，则在将电化学元件E用作SOFC的构成要素的情况下，当SOFC工作时，气体通过贯通孔1a从金属基板1的背侧向电极层2供给。在电解质层4与金属基板1接触的部位，不设置垫圈等的其他部件，即可抑制气体的泄漏。需说明的是，在本实施方式中，通过电解质层4将电极层2的周围全部覆盖，但也可为在电极层2和中间层3的上部设置电解质层4、而在周围设置垫圈等的构成。
作为电解质层4的材料，可以使用YSZ(氧化钇稳定化氧化锆)、SSZ(钪稳定化氧化锆)或GDC(钆掺杂二氧化铈)、YDC(钇掺杂二氧化铈)、SDC(钐掺杂二氧化铈)、LSGM(锶/镁添加镓酸镧)等。特别适合使用氧化锆系的陶瓷。若将电解质层4设为氧化锆系陶瓷，则使用电化学元件E的SOFC的工作温度可以高于二氧化铈系陶瓷。例如在将电化学元件E用于SOFC的情况下，如果设为以下的系统构成：作为电解质层4的材料使用YSZ之类的在650℃左右以上的高温域也可以发挥高的电解质性能的材料、系统的原燃料使用城市燃气或LPG等的烃系的原燃料、且将原燃料利用水蒸气改质等而设为SOFC的阳极气体，则可以构建将在SOFC的电池堆中产生的热用于原燃料气体的改质的高效率的SOFC系统。
电解质层4优选通过低温烧制法(例如不进行在超过1100℃的高温域的烧制处理而使用在低温域的烧制处理的湿式法)或喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等来形成。通过这些可在低温域使用的成膜工艺，例如不使用在超过1100℃的高温域的烧制，即可得到致密且气密性和阻气性高的电解质层4。因此，抑制金属基板1的损伤，且可以抑制金属基板1与电极层2的元素相互扩散，可以实现性能/耐久性优异的电化学元件E。特别是，若使用低温烧制法或喷涂法等则可以实现低成本的元件，因此优选。而且，若使用喷涂法，则易于在低温域容易地得到致密且气密性和阻气性高的电解质层，因此更优选。
电解质层4为了遮挡阳极气体或阴极气体的气体泄漏、且表现高的离子传导性而致密地构成。电解质层4的致密度优选为90%以上、更优选为95%以上、进一步优选为98%以上。在电解质层4为均匀层的情况下，其致密度优选为95%以上、更优选为98%以上。另外，在电解质层4构成为多个层状的情况下，其中的至少一部分优选包含致密度为98%以上的层(致密电解质层)、更优选包含为99%以上的层(致密电解质层)。原因在于：若在电解质层的一部分中包含这样的致密电解质层，则即使在电解质层构成为多个层状的情况下，也可以容易地形成致密且气密性和阻气性高的电解质层。
(反应防止层)
反应防止层5能够以薄层的状态形成于电解质层4上。在为薄层的情况下，其厚度可以为例如1μm~100μm左右、优选为2μm~50μm左右、更优选为4μm~25μm左右。若为这样的厚度，则可减少昂贵的反应防止层材料的使用量而谋求降低成本，同时可确保充分的性能。作为反应防止层5的材料，只要是可以防止电解质层4的成分与对电极层6的成分之间的反应的材料即可。例如可使用二氧化铈系材料等。通过将反应防止层5导入到电解质层4与对电极层6之间，可以有效地抑制对电极层6的构成材料与电解质层4的构成材料的反应，可以提高电化学元件E的性能的长期稳定性。关于反应防止层5的形成，若适当使用可以在1100℃以下的处理温度下形成的方法来进行，则抑制金属基板1的损伤，且可以抑制金属基板1与电极层2的元素相互扩散，可以实现性能/耐久性优异的电化学元件E，因此优选。例如，可以适当使用低温烧制法(例如不进行在超过1100℃的高温域的烧制处理而使用在低温域的烧制处理的湿式法)、喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等来进行。特别是，若使用低温烧制法或喷涂法等则可以实现低成本的元件，因此优选。而且，若使用低温烧制法，则原材料的操作变得容易，因此更优选。
(对电极层)
对电极层6能够以薄层的状态形成于电解质层4或反应防止层5上。在为薄层的情况下，其厚度可以为例如1μm~100μm左右、优选为5μm~50μm。若为这样的厚度，则可减少昂贵的对电极层材料的使用量而谋求降低成本，同时可确保充分的电极性能。作为对电极层6的材料，可以使用例如LSCF、LSM等的复合氧化物。使用以上的材料构成的对电极层6，作为阴极发挥功能。
需说明的是，关于对电极层6的形成，若适当使用可以在1100℃以下的处理温度下形成的方法来进行，则抑制金属基板1的损伤，且可以抑制金属基板1与电极层2的元素相互扩散，可以实现性能/耐久性优异的电化学元件E，因此优选。例如，可以适当使用低温烧制法(例如不进行在超过1100℃的高温域的烧制处理而使用在低温域的烧制处理的湿式法)、喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等来进行。特别是，若使用低温烧制法或喷涂法等则可以实现低成本的元件，因此优选。而且，若使用低温烧制法，则原材料的操作变得容易，因此更优选。
(固体氧化物型燃料电池)
通过如上所述地构成电化学元件E，可以将电化学元件E用作固体氧化物型燃料电池的发电单元。例如，通过贯通孔1a从金属基板1背侧的面向电极层2供给含氢的燃料气体，向成为电极层2的对极的对电极层6供给空气，例如，在600℃以上且850℃以下的温度下使其工作。若如此进行，则在对电极层6中，空气中所含的氧O2与电子e-反应而生成氧离子O2-。该氧离子O2-通过电解质层4向电极层2移动。在电极层2中，供给的燃料气体中所含的氢H2与氧离子O2-反应，而生成水H2O和电子e-。通过以上的反应，在电极层2与对电极层6之间产生电动势。在这种情况下，电极层2作为SOFC的燃料极(阳极)发挥功能，对电极层6作为空气极(阴极)发挥功能。
(电化学元件的制造方法)
接下来，对本实施方式所涉及的电化学元件E的制造方法进行说明。
(电极层形成步骤)
在电极层形成步骤中，在金属基板1表侧的面的比设置有贯通孔1a的区域宽的区域，使电极层2以薄膜的状态形成。金属基板1的贯通孔可以通过激光加工等进行设置。如上所述，电极层2的形成可以使用低温烧制法(在1100℃以下的低温域进行烧制处理的湿式法)、喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一种方法的情况下，为了抑制金属基板1的劣化，均希望在1100℃以下的温度下进行。
在以低温烧制法进行电极层形成步骤的情况下，具体而言按照以下的实例来进行。首先，将电极层2的材料粉末与溶剂(分散介质)混合来制作材料糊料，涂布于金属基板1表侧的面。然后，将电极层2压缩成型(电极层平滑化工序)，在1100℃以下烧制(电极层烧制工序)。电极层2的压缩成型可以通过例如CIP(Cold Isostatic Pressing，冷等静压加压)成型、辊压成型、RIP(Rubber Isostatic Pressing，橡胶等静压加压)成型等来进行。另外，电极层2的烧制适合在800℃以上且1100℃以下的温度下进行。另外，电极层平滑化工序与电极层烧制工序的顺序也可以调换。
需说明的是，在形成具有中间层的电化学元件的情况下，可省略电极层平滑化工序或电极层烧制工序，或者也可以将电极层平滑化工序或电极层烧制工序包含在后述的中间层平滑化工序或中间层烧制工序中。
需说明的是，电极层平滑化工序还可以通过实施研磨成型或整平处理、表面的切削/抛光处理等来进行。
(扩散抑制层形成步骤)
在进行上述的电极层形成步骤中的烧制工序时，于金属基板1的表面形成金属氧化物层1b(扩散抑制层)。需说明的是，若在上述烧制工序中包含使烧制气氛为氧分压低的气氛条件的烧制工序，则元素的相互扩散抑制效果高，可形成电阻值低的优质的金属氧化物层1b(扩散抑制层)，因此优选。电极层形成步骤可包含设为不进行烧制的涂布方法的情况，也可包含另外的扩散抑制层形成步骤。在任一种情形下，均期望在可抑制金属基板1的损伤的1100℃以下的处理温度下实施。另外，在进行后述的中间层形成步骤中的烧制工序时，可在金属基板1的表面形成金属氧化物层1b(扩散抑制层)。
(中间层形成步骤)
在中间层形成步骤中，以覆盖电极层2的方式，在电极层2上以薄层的状态形成中间层3。如上所述，中间层3的形成可以使用低温烧制法(在1100℃以下的低温域进行烧制处理的湿式法)、喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一种方法的情况下，为了抑制金属基板1的劣化，均希望在1100℃以下的温度下进行。
在以低温烧制法进行中间层形成步骤的情况下，具体而言按照以下的实例来进行。首先，将中间层3的材料粉末与溶剂(分散介质)混合来制作材料糊料，涂布于金属基板1表侧的面。然后，将中间层3压缩成型(中间层平滑化工序)，在1100℃以下进行烧制(中间层烧制工序)。中间层3的压延可以通过例如CIP(Cold Isostatic Pressing，冷等静压加压)成型、辊压成型、RIP(Rubber Isostatic Pressing，橡胶等静压加压)成型等来进行。另外，中间层的烧制适合在800℃以上且1100℃以下的温度下进行。原因在于：若为这样的温度，则抑制金属基板1的损伤/劣化，同时可以形成强度高的中间层3。另外，中间层3的烧制更优选为在1050℃以下进行、进一步优选为在1000℃以下进行。这是由于：越使中间层3的烧制温度降低，越能抑制金属基板1的损伤/劣化，同时可以形成电化学元件E。另外，中间层平滑化工序与中间层烧制工序的顺序也可以调换。
需说明的是，中间层平滑化工序还可以通过实施研磨成型或整平处理、表面的切削/抛光处理等来进行。
(电解质层形成步骤)
在电解质层形成步骤中，在覆盖电极层2和中间层3的状态下，电解质层4以薄层的状态形成于中间层3上。另外，也可以以厚度为10μm以下的薄膜的状态形成。如上所述，电解质层4的形成可以使用低温烧制法(在1100℃以下的低温域进行烧制处理的湿式法)、喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一种方法的情况下，为了抑制金属基板1的劣化，均希望在1100℃以下的温度下进行。
为了在1100℃以下的温度域形成致密且气密性和阻气性能高的优质的电解质层4，希望以喷涂法进行电解质层形成步骤。在这种情况下，将电解质层4的材料朝向金属基板1上的中间层3喷射，形成电解质层4。
(反应防止层形成步骤)
在反应防止层形成步骤中，反应防止层5以薄层的状态形成于电解质层4上。如上所述，反应防止层5的形成可以使用低温烧制法、喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一种方法的情况下，为了抑制金属基板1的劣化，均希望在1100℃以下的温度下进行。需说明的是，为了使反应防止层5上侧的面平坦，例如可在反应防止层5形成后实施整平处理或对表面实施切削/抛光处理，或者可在湿式形成后烧制前实施压制加工。
(对电极层形成步骤)
在对电极层形成步骤中，对电极层6以薄层的状态形成于反应防止层5上。如上所述，对电极层6的形成可以使用低温烧制法、喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一种方法的情况下，为了抑制金属基板1的劣化，均希望在1100℃以下的温度下进行。
如上操作，可以制造电化学元件E。需说明的是，进行以上所述的电极层形成步骤和中间层形成步骤，可以制造金属支撑型电化学元件用的带电极层基板B。即，本实施方式所涉及的制造方法是具有金属基板1(金属支撑体)、形成于金属基板1上的电极层2和形成于电极层2上的中间层3的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板B的制造方法，包括将中间层3的表面平滑化的中间层平滑化工序，且包括将中间层3的烧制在1100℃以下进行的中间层烧制工序。
需说明的是，也可为在电化学元件E中不具备中间层3和反应防止层5中任一者或二者的方式。即，也可为将电极层2与电解质层4接触而形成的方式、或者将电解质层4与对电极层6接触而形成的方式。这种情况下在上述的制造方法中，省略中间层形成步骤、反应防止层形成步骤。需说明的是，也可追加形成其他层的步骤、或者将多个同种的层进行层叠，但在任一种的情况下，均希望在1100℃以下的温度下进行。
＜实施例＞
对厚度0.3mm、直径25mm的圆形的crofer22APU的金属板，在从中心起半径2.5mm的区域通过激光加工设置多个贯通孔1a，从而制作了金属基板1。需说明的是，此时，金属基板1的表面的贯通孔1a通过激光加工进行设置。
接下来，将60重量%的NiO粉末与40重量%的GDC粉末混合，加入有机粘合剂和有机溶剂(分散介质)，制作了糊料。使用该糊料，在金属基板1的从中心起半径3mm的区域层叠了电极层2。需说明的是，电极层2的形成使用了丝网印刷。然后，对层叠有电极层2的金属基板1，在950℃下进行了烧制处理(电极层形成步骤、扩散抑制层形成步骤)。
接下来，在GDC的微粉末中加入有机粘合剂和有机溶剂(分散介质)，制作了糊料。使用该糊料，通过丝网印刷，在层叠有电极层2的金属基板1的从中心起半径5mm的区域层叠了中间层3。接下来，对层叠有中间层3的金属基板1，以300MPa的压力进行CIP成型之后，在1000℃下进行烧制处理，由此形成了表面平坦的中间层3(中间层形成步骤)。
通过以上的步骤所得的电极层2的厚度为约20μm，中间层3的厚度为约10μm。另外，如此层叠有电极层2和中间层3的状态下的金属基板1的He泄漏量是在0.2MPa的压力下为11.5mL/分钟・cm2。由此可知，层叠有电极层2和中间层3的金属基板1成为具有气体流通性的带电极层基板。
接着，将众数径(mode diameter)为约0.7μm的8YSZ(氧化钇稳定化氧化锆)成分以4.1g/分钟的供给速度，在金属基板1的中间层3上、以覆盖中间层3的方式在15mm×15mm的范围以5mm/秒的扫描速度，边移动基板边喷射，形成了电解质层4(喷涂)。需说明的是，此时，金属基板1不加热(电解质层形成步骤)。
通过以上的步骤所得的电解质层4的厚度为3~4μm左右。将如此层叠有电极层2、中间层3和电解质层4的状态下的金属基板1的He泄漏量在0.2MPa的压力下测定时，He泄漏量未达到检测下限(1.0mL/分钟・cm2)。因此，可知所形成的电解质层4具有阻气性。
接下来，在GDC的微粉末中加入有机粘合剂和有机溶剂(分散介质)，制作了糊料。使用该糊料，通过丝网印刷，在电化学元件E的电解质层4上形成了反应防止层5。
之后，对形成有反应防止层5的电化学元件E，以300MPa的压力进行CIP成型之后，在1000℃下进行烧制处理，由此形成了表面平坦的反应防止层5(反应防止层形成步骤)。
而且，将GDC粉末与LSCF粉末混合，加入有机粘合剂和有机溶剂(分散介质)，制作了糊料。使用该糊料，通过丝网印刷，在反应防止层5上形成了对电极层6。最后，将形成有对电极层6的电化学元件E在900℃下进行烧制(对电极层形成步骤)，得到了电化学元件E。
对于所得的电化学元件E，将氢气供给到电极层2、将空气供给到对电极层6，测定了作为固体氧化物型燃料电池单元的开路电压(OCV)。结果是在750℃下为1.07V。
另外，将该电化学元件E的截面的电子显微镜照片示于图5中。由电子显微镜照片可知，在中间层3的面向电解质层一侧的表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的平滑表面上，形成了致密的电解质层4，得到了性能良好的固体氧化物型燃料电池单元(电化学元件E)。
对同样制作的5个样品，通过激光显微镜测定了中间层3的表面粗糙度(Ra)。将结果示于表1中。
[表1]
无论哪一种样品，中间层3的表面粗糙度(Ra)均为1.0μm以下，均为可在中间层3上形成良好的电解质层4、反应防止层5、对电极层6的样品。
接下来，对无法在中间层3上形成良好的电解质层4、反应防止层5、对电极层6而在750℃下不能得到1V以上的开路电压(OCV)的样品，通过激光显微镜测定了中间层3的表面粗糙度(Ra)。将结果示于表2中。
[表2]
无论哪一种样品，中间层3的表面粗糙度(Ra)均为大于1.0μm的值。
以上的结果显示出：通过使中间层3的表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下，可以制作良好的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板。
＜第2实施方式＞
本实施方式所涉及的电化学元件E为不具备中间层3的方式、即为将电极层2与电解质层4接触而形成的方式。因此，在电化学元件E的制造方法中，省略中间层形成步骤。
本实施方式所涉及的电化学元件E具有金属基板1(金属支撑体)、形成于金属基板1上的电极层2和形成于电极层2上的电解质层4。而且，电化学元件E还具有形成于电解质层4上的反应防止层5和形成于反应防止层5上的对电极层6。换言之，对电极层6形成于电解质层4上，反应防止层5形成于电解质层4与对电极层6之间。电极层2是多孔的，电解质层4是致密的。
(带电极层基板)
在本实施方式中，金属支撑型电化学元件用的带电极层基板B的构成为：具有金属基板1(金属支撑体)和形成于金属基板1上的电极层2。换言之，在本实施方式中，电化学元件E的构成为：具有带电极层基板B、电解质层4、反应防止层5和对电极层6。
在本实施方式中，电极层2具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。该区域可为电极层2的整个表面、也可为一部分的区域。电极层2具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域，由此，可以构成电极层2与电解质层4的粘附性良好的、性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件E。另外，即使在电解质层4为薄膜的情况下，也可以均匀地保持电解质层4，因此可以构成性能/可靠性/耐久性优异的电化学元件。需说明的是，电极层2更优选具有表面粗糙度(Ra)为0.5μm以下的区域、进一步优选具有为0.3μm以下的区域。这是由于：电极层2的表面粗糙度的平滑性越高，可以构成上述的效果越优异的电化学元件E。
(电化学元件的制造方法)
接下来，对本实施方式所涉及的电化学元件E的制造方法进行说明。本实施方式所涉及的电化学元件E不具有中间层3。因此，在本实施方式所涉及的电化学元件E的制造法中，依次进行电极层形成步骤(扩散抑制层形成步骤)、电解质层形成步骤、反应防止层形成步骤、对电极层形成步骤。
(电极层形成步骤)
在电极层形成步骤中，在金属基板1表侧的面的比设置有贯通孔1a的区域宽的区域，使电极层2以薄膜的状态形成。金属基板1的贯通孔可以通过激光加工等进行设置。如上所述，电极层2的形成可以使用低温烧制法(在1100℃以下的低温域进行烧制处理的湿式法)、喷涂法(熔喷法或气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷涂法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一种方法的情况下，为了抑制金属基板1的劣化，均希望在1100℃以下的温度下进行。
在以低温烧制法进行电极层形成步骤的情况下，具体而言按照以下的实例来进行。首先，将电极层2的材料粉末与溶剂(分散介质)混合来制作材料糊料，涂布于金属基板1表侧的面。然后，将电极层2压缩成型(电极层平滑化工序)，在1100℃以下烧制(电极层烧制工序)。电极层2的压缩成型可以通过例如CIP(Cold Isostatic Pressing，冷等静压加压)成型、辊压成型、RIP(Rubber Isostatic Pressing，橡胶等静压加压)成型等来进行。另外，电极层2的烧制适合在800℃以上且1100℃以下的温度下进行。原因在于：若为这样的温度，则抑制金属基板1的损伤/劣化，同时可以形成强度高的电极层2。另外，电极层2的烧制更优选为在1050℃以下进行、进一步优选为在1000℃以下进行。这是由于：越使电极层2的烧制温度降低，越能抑制金属基板1的损伤/劣化，同时可以形成电化学元件E。
需说明的是，电极层平滑化工序也可以通过实施研磨成型或整平处理、表面的切削/抛光处理等来进行。
如上操作，可以制造电化学元件E。需说明的是，进行以上所述的电极层形成步骤，可以制造金属支撑型电化学元件用的带电极层基板B。即，本实施方式所涉及的制造方法是具有金属基板1(金属支撑体)和形成于金属基板1上的电极层2的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板B的制造方法，包括将电极层2的表面平滑化的电极层平滑化工序，且包括将电极层2的烧制在1100℃以下进行的低温烧制工序。
＜实施例＞
对厚度0.3mm、直径25mm的圆形的crofer22APU的金属板，在从中心起半径2.5mm的区域通过激光加工设置多个贯通孔1a，从而制作了金属基板1。需说明的是，此时，金属基板1的表面的贯通孔1a通过激光加工进行设置。
接下来，将60重量%的NiO粉末与40重量%的YSZ粉末混合，加入有机粘合剂和有机溶剂(分散介质)，制作了糊料。使用该糊料，在金属基板1的从中心起半径3mm的区域层叠了电极层2。需说明的是，电极层2的形成使用了丝网印刷。
接下来，对层叠有电极层2的金属基板1，以300MPa的压力进行CIP成型之后，在1050℃下进行了烧制处理(电极层形成步骤、扩散抑制层形成步骤)。
通过以上的步骤所得的电极层2的厚度为约20μm。另外，如此层叠有电极层2的状态下的金属基板1的He泄漏量是在0.1MPa的压力下为4.3mL/分钟・cm2。由此可知，层叠有电极层2的金属基板1成为具有气体流通性的带电极层基板。
接着，将众数径为约0.7μm的8YSZ(氧化钇稳定化氧化锆)成分以6.0g/分钟的供给速度，在金属基板1的电极层2上、以覆盖电极层2的方式在15mm×15mm的范围以5mm/秒的扫描速度，边移动基板边喷射，形成了电解质层4(喷涂)。需说明的是，此时，金属基板1不加热(电解质层形成步骤)。
通过以上的步骤所得的电解质层4的厚度为5~6μm左右。将如此层叠有电极层2和电解质层4的状态下的金属基板1的He泄漏量在0.2MPa的压力下测定时，He泄漏量未到达检测下限(1.0mL/分钟・cm2)。因此，可知所形成的电解质层4具有阻气性。
接下来，在GDC的微粉末中加入有机粘合剂和有机溶剂(分散介质)，制作了糊料。使用该糊料，通过丝网印刷，在电化学元件E的电解质层4上形成了反应防止层5。
之后，对形成有反应防止层5的电化学元件E，以300MPa的压力进行CIP成型之后，在1000℃下进行烧制处理，由此形成了表面平坦的反应防止层5(反应防止层形成步骤)。
而且，将GDC粉末与LSCF粉末混合，加入有机粘合剂和有机溶剂，制作了糊料。使用该糊料，通过丝网印刷，在反应防止层5上形成了对电极层6。最后，将形成有对电极层6的电化学元件E在900℃下进行烧制(对电极层形成步骤)，得到了电化学元件E。
对于所得的电化学元件E，将氢气供给到电极层2、将空气供给到对电极层6，测定了作为固体氧化物型燃料电池单元的开路电压(OCV)。结果是在750℃下为1.05V。
对于同样制作的其他样品，通过激光显微镜测定了电极层2的表面粗糙度(Ra)。将结果示于表2中。
[表3]
样品6的电极层2的表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下，是可在电极层2上形成良好的电解质层4、反应防止层5、对电极层6的样品。
以上的结果显示出：通过使电极层2的表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下，可以制成良好的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板。
＜第3实施方式＞
使用图2、图3，对本实施方式所涉及的电化学元件E、电化学模块M、电化学装置Y和能量系统Z进行说明。
如图2所示，本实施方式所涉及的电化学元件E中，在金属基板1的背面安装有U字部件7，由金属基板1和U字部件7形成筒状支撑体。
然后，以其间夹有集电部件26的方式，层叠多个电化学元件E，由此构成电化学模块M。集电部件26与电化学元件E的对电极层6和U字部件7接合，使两者电连接。
电化学模块M具有气体歧管17、集电部件26、终端部件和电流导出部。多个层叠的电化学元件E中，筒状支撑体一侧的开口端部与气体歧管17连接，接受来自气体歧管17的气体的供给。所供给的气体流过筒状支撑体的内部，通过金属基板1的贯通孔1a供给到电极层2。
图3中显示能量系统Z和电化学装置Y的概要。
能量系统Z具有：电化学装置Y，和作为再利用从电化学装置Y排出的热的排热利用部的热交换器53。
电化学装置Y具有电化学模块M、脱硫器31和改质器34，且具有对电化学模块M供给含有还原性成分的燃料气体的燃料供给部和从电化学模块M取出电力的逆变器38。
详细而言，电化学装置Y具有：脱硫器31、改质水槽32、气化器33、改质器34、鼓风机35、燃烧部36、逆变器38、控制部39、收纳容器40和电化学模块M。
脱硫器31除去城市燃气等的烃系的原燃料中所含的硫化合物成分(脱硫)。在原燃料中含有硫化合物的情况下，通过具备脱硫器31，可以抑制硫化合物所导致的对改质器34或者电化学元件E的影响。气化器33中，由从改质水槽32供给的改质水生成水蒸气。改质器34使用在气化器33中生成的水蒸气，将在脱硫器31中脱硫了的原燃料进行水蒸气改质，生成含氢的改质气体。
电化学模块M使用从改质器34供给的改质气体和从鼓风机35供给的空气，使之进行电化学反应而发电。燃烧部36使从电化学模块M排出的反应废气与空气混合，使反应废气中的可燃成分燃烧。
电化学模块M具有多个电化学元件E和气体歧管17。多个电化学元件E以彼此电连接的状态并列地配置，电化学元件E的一侧的端部(下端部)与气体歧管17固定。电化学元件E使通过气体歧管17而供给的改质气体与从鼓风机35供给的空气进行电化学反应而发电。
逆变器38调节电化学模块M的输出电力，使其与从商用系统(省略图示)接受的电力为相同电压和相同频率。控制部39控制电化学装置Y和能量系统Z的运转。
气化器33、改质器34、电化学模块M和燃烧部36收纳在收纳容器40内。而且，改质器34使用通过燃烧部36中的反应废气的燃烧产生的燃烧热，来进行原燃料的改质处理。
原燃料由于升压泵41的工作通过原燃料供给路42而供给到脱硫器31。改质水槽32的改质水由于改质水泵43的工作通过改质水供给路44而供给到气化器33。而且，原燃料供给路42在脱硫器31的下游侧的部位，与改质水供给路44合流，在收纳容器40外合流的改质水和原燃料被供给到收纳容器40内所具备的气化器33。
改质水在气化器33中气化而成为水蒸气。包含在气化器33中生成的水蒸气的原燃料，通过含有水蒸气的原燃料供给路45而供给到改质器34。在改质器34中使原燃料进行水蒸气改质，生成以氢气为主要成分的改质气体(具有还原性成分的第1气体)。在改质器34中生成的改质气体，通过改质气体供给路46被供给到电化学模块M的气体歧管17。
被供给到气体歧管17的改质气体相对于多个电化学元件E进行分配，由作为电化学元件E与气体歧管17的连接部的下端供给到电化学元件E。改质气体中的主要的氢(还原性成分)在电化学元件E中用于电化学反应。包含未用于反应的残留的氢气的反应废气，由电化学元件E的上端排出到燃烧部36。
反应废气在燃烧部36燃烧，成为燃烧废气，由燃烧废气排出口50排出到收纳容器40的外部。在燃烧废气排出口50中配置有燃烧催化剂部51(例如，铂系催化剂)，燃烧除去燃烧废气中所含的一氧化碳、氢等的还原性成分。由燃烧废气排出口50排出的燃烧废气通过燃烧废气排出路52送到热交换器53。
热交换器53使在燃烧部36中的燃烧所产生的燃烧废气与供给的冷水进行热交换，生成温水。即，热交换器53作为再利用从电化学装置Y排出的热的排热利用部而工作。
需说明的是，代替排热利用部，可设置将从电化学模块M(未经燃烧)排出的反应废气进行利用的反应废气利用部。反应废气中包含在电化学元件E中未用于反应的残留的氢气。在反应废气利用部中，利用残留的氢气，进行基于燃烧的热利用或基于燃料电池等的发电，而实现能量的有效利用。
＜第4实施方式＞
图4中显示电化学模块M的其他实施方式。就本实施方式所涉及的电化学模块M而言，以其间夹有单元间连接部件71的方式层叠上述的电化学元件E，由此构成电化学模块M。
单元间连接部件71是具有导电性、且不具有气体透过性的板状部件，在表面和背面上形成有彼此正交的沟72。单元间连接部件71可以使用不锈钢等的金属或金属氧化物。
如图4所示，若以其间夹有该单元间连接部件71的方式层叠电化学元件E，则可以通过沟72将气体供给到电化学元件E。详细而言，一侧的沟72成为第1气体流路72a，将气体供给到电化学元件E的表侧、即对电极层6。另一侧的沟72成为第2气体流路72b，从电化学元件E的背侧、即金属基板1背侧的面通过贯通孔1a向电极层2供给气体。
在使该电化学模块M作为燃料电池工作的情况下，将氧供给到第1气体流路72a、将氢供给到第2气体流路72b。若如此操作，则在电化学元件E中进行作为燃料电池的反应，而产生电动势/电流。产生的电力由所层叠的电化学元件E的两端的单元间连接部件71取出到电化学模块M的外部。
需说明的是，在本实施方式中，在单元间连接部件71的表面和背面上形成有彼此正交的沟72，但在单元间连接部件71的表面和背面上也可以形成彼此平行的沟72。
(其他实施方式)
(1) 在上述的实施方式中，将电化学元件E用于固体氧化物型燃料电池，但电化学元件E也可以用于固体氧化物型电解单元或利用了固体氧化物的氧传感器等。
(2) 在上述的实施方式中，用于将金属基板1作为支撑体的金属支撑型的固体氧化物型燃料电池，但本申请也可以用于将电极层2或对电极层6作为支撑体的电极支撑型的固体氧化物型燃料电池、或者用于将电解质层4作为支撑体的电解质支撑型的固体氧化物型燃料电池。在这些情况下，可以使电极层2或对电极层6、或者电解质层4为必要的厚度，以得到作为支撑体的功能。
(3) 在上述的实施方式中，作为电极层2的材料，使用例如NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2、Cu-CeO2等复合材料，作为对电极层6的材料，使用例如LSCF、LSM等的复合氧化物。如此构成的电化学元件E中，向电极层2供给氢气而作为燃料极(阳极)，向对电极层6供给空气而作为空气极(阴极)，可以用作固体氧化物型燃料电池单元。也可变更该构成，以能够将电极层2作为空气极、将对电极层6作为燃料极的方式，来构成电化学元件E。即，作为电极层2的材料，使用例如LSCF、LSM等的复合氧化物，作为对电极层6的材料，使用例如NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2、Cu-CeO2等复合材料。如果是如此构成的电化学元件E，则向电极层2供给空气而作为空气极，向对电极层6供给氢气而作为燃料极，可以将电化学元件E用作固体氧化物型燃料电池单元。
需说明的是，上述的实施方式中所公开的构成，只要不产生矛盾，即可与其他实施方式中所公开的构成组合应用。另外，在本说明书中所公开的实施方式仅为示例，且本发明的实施方式不限于此，在不脱离本发明目的的范围内可以适当改变。
工业实用性
可作为电化学元件和固体氧化物型燃料电池单元利用。
符号说明
1：金属基板(金属支撑体)
1a：贯通孔
2：电极层
3：中间层
4：电解质层
4a：电解质层上侧面
5：反应防止层
6：对电极层
B：带电极层基板
E：电化学元件
M：电化学模块
Y：电化学装置
Z：能量系统。

Claims (13)

1.金属支撑型电化学元件用的带电极层基板，其具有金属支撑体和形成于前述金属支撑体上的电极层，前述电极层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。
2.金属支撑型电化学元件用的带电极层基板，其具有金属支撑体、形成于前述金属支撑体上的电极层和形成于前述电极层上的中间层，前述中间层具有表面粗糙度(Ra)为1.0μm以下的区域。
3.权利要求1或2所述的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板，其中，在前述金属支撑体的一个面上形成有前述电极层，前述金属支撑体具有从一个面向另一个面贯通的贯通孔。
4.权利要求1~3中任一项所述的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板，其中，前述金属支撑体为实施了孔加工的金属板。
5.电化学元件，其具有：权利要求1~4中任一项所述的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板、对电极层和配置于前述电极层与前述对电极层之间的电解质层。
6.电化学模块，其中，权利要求5所述的电化学元件以多个层叠的状态进行配置。
7.固体氧化物型燃料电池，其具备权利要求5所述的电化学元件，在额定运转时于600℃以上且850℃以下的温度，在前述电化学元件中产生发电反应。
8.具有金属支撑体和形成于前述金属支撑体上的电极层的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的制造方法，
所述制造方法包括：使前述电极层平滑化的电极层平滑化工序。
9.权利要求8所述的制造方法，其包括：在1100℃以下进行前述电极层的烧制的电极层烧制工序。
10.权利要求8或权利要求9所述的制造方法，其中，通过压缩成型进行前述电极层平滑化工序。
11.具有金属支撑体、形成于前述金属支撑体上的电极层和形成于前述电极层上的中间层的金属支撑型电化学元件用的带电极层基板的制造方法，
所述制造方法包括：使前述中间层平滑化的中间层平滑化工序。
12.权利要求11所述的制造方法，其包括：在1100℃以下进行前述中间层的烧制的中间层烧制工序。
13.权利要求11或权利要求12所述的制造方法，其中，通过压缩成型进行前述中间层平滑化工序。
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