JP2004303508A - 燃料電池用単セル構造及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】接合部の信頼性が高く、燃料電池の小型化・軽量化が可能な燃料電池用単セルの構造及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池を提供すること。
【解決手段】細孔を備えた金属支持体に電池要素を配設した２つの単セルを同一の電極層が互いに対向するように、貫通孔を備える金属薄板に接合した燃料電池用単セル構造である。
上記単セル構造を単セル及び金属薄板の積層方向とほぼ同一方向及び／又はほぼ垂直方向へ複数個連結して一体化して成り、金属支持体や金属薄板に絶縁部を配設し、単セル構造ごとに且つ燃料極側及び空気極側に集電部を配設して成る固体酸化物形燃料電池である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用単セルの構造及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池に係り、更に詳細には、薄型構造を有し、熱応力による破損が抑制された燃料電池用単セルの構造及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高エネルギー変換が可能で、地球環境に優しいクリーンエネルギー源として燃料電池が注目されている。
固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」と略す）は、酸素イオンあるいはプロトンなどのイオン導電性を有する固体電解質を多孔質の空気極と燃料極とで挟むように構成され、空気極側に酸素ガスを含む酸化性ガスを供給し、燃料極側に水素や炭化ガスを含む還元性ガスを供給し、これらのガスが固体電解質を介して電気化学的に反応することにより、起電力を生じる電池である。
【０００３】
一般的に、平板積層型ＳＯＦＣは、単セル板とセパレータを交互に積層するため、全体の厚みが増し、燃料電池が大型化してしまう。
このため、平板上の複数の単セルを積層してなる平板積層型ＳＯＦＣにおいて、単セル板の燃料極同士及び空気極同士を互いに対向させて積層する構造が提案されている。また、このＳＯＦＣ用単セル板は、イットリア安定化ジルコニアなどの電解質板支持型構造や、Ｎｉ／ＹＳＺサーメットなどの電極支持型構造が採用されている。
このような構造により、セパレータが不要になるため、燃料電池を小型化できる（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−４５３５５号公報
【０００５】
また、単セル板は、電解質材料や電極材料などのセラミクス材料で構成されている。電解質材料としては、イットリア安定化ジルコニアなどの安定化ジルコニア系電解質材料が使用されている。空気極としては、ペロブスカイト型ランタン系複合酸化物、燃料極としては、Ｎｉと安定化ジルコニアのサーメット材料が使用されている。
【０００６】
しかし、このような平板積層型ＳＯＦＣにおいても、以下のような問題点が残る。
▲１▼単セル板は、電解質や電極材料基板によって支持されるが、その支持基板の薄板化は、単セル板の強度を確保する為には限界があり、単セル板が厚くなり、スタックも大きくなる。
▲２▼セラミクス材料で構成する場合は、単セル板の薄板化が困難であるとともにセラミクス材料が重いため、スタックが非常に重くなる。
▲３▼セラミクス材料は熱容量が大きく熱伝導が悪いため、かかる厚く重いスタック構成では、昇温に非常に多くの熱量と時間が必要となる。
▲４▼従来技術では、上記▲１▼〜▲３▼の問題点より、車両用などの移動体電源に要求される「軽薄短小」及び「起動性」が不十分である。
▲５▼従来技術では、全てがセラミクス材料で構成されているため、熱衝撃に弱いことが懸念される。特に、単セル構造の積層箇所は、単セル板の面積に比べて非常に狭い範囲での接着（接合）であり、且つセラミクス同士の接合であるため、スタックの昇降温に伴う熱応力による接合部の破損、そして破損箇所からのガスリークが懸念される。これは、車両用など起動性が要求される移動体電源としては致命的な問題である。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合部の信頼性が高く、燃料電池の小型化・軽量化が可能な燃料電池用単セルの構造及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、金属支持体を用いた２つの単セルを同一電極層が対向するように接合することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の単セル構造について詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を示す。また、説明の便宜上、金属支持体や電極層などの一方の面を「上面」、他の面を「下面」などと記載するが、これらは等価な要素であり、相互に置換した構成も本発明の範囲に含まれるのは言うまでもない。
【００１０】
本発明の第１の単セル構造は、２つの単セルで金属薄板を上下から挟持して成る。このとき、単セルは、燃料極層又は空気極層のいずれかが互いに対向するように、金属薄板に接合される。かかる構成により、燃料電池に採用するときは、小型化・軽量化でき、通常の平板積層型燃料電池で必要なセパレータが不要になる。
【００１１】
上記単セルは、金属支持体の上面に電池要素を配設して成る。ここで、「電池要素」とは、電解質層が空気極層及び燃料極層で挟持された構成を示す。
上記金属支持体は、上下面に開口部を有する細孔を１以上備える。細孔の平均径は、０．１〜２００μｍであることが、上記金属支持体上に形成される電池要素の耐久性の観点から望ましい。但し、細孔の平均径が０．１〜２００μｍの範囲外では、セル構造が成立しないわけではない。また、金属支持体に用いる材料としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）又は銀（Ａｇ）、及びこれらを任意に組合わせたものなどを挙げることができる。
【００１２】
また、上記電池要素の電解質層としては、例えば、Ｙ２Ｏ３やＳｃ２Ｏ３を添加した安定化ジルコニアや、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｇｄ，Ｍｇ）Ｏ３などのペロブスカイト構造を有するランタンガレートなどが使用できる。燃料極層（アノード）としては、例えば、Ｎｉと安定化ジルコニアのサーメットや、Ｓｍ２Ｏ３やＧｄ２Ｏ３などを添加したＣｅＯ２などが使用できる。空気極層（カソード）としては、例えば、（Ｌｓ，Ｓｒ）ＣｏＯ３や（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ３などのペロブスカイト構造を有する酸化物電極などが使用できる。
【００１３】
また、上記金属薄板は、上下面に通じる貫通孔を１以上備える。この貫通孔の平均径は、上述の金属支持体に形成される細孔の配置パターンによって異なるが、ガス流通性及び集電性の観点から５０μｍ〜５ｍｍ程度であることが望ましい。また、上記貫通孔は金属支持体の細孔と同一パターンで形成される必要はないが、連通するように設ける。更に、金属薄板は、金属支持体と同一材料で構成しても良いし、異なる材料（ステンレス、インコネルなど）で構成しても良い。
【００１４】
代表的には、図１に示すように、▲１▼〜▲３▼の手順で得られた単セルを、▲４▼に示すように同一電極層が対向するように接合した構造を挙げることができる。また、一方の電極層を電解質層の内側に封じ込め得ることと、金属同士の接合で燃料ガスと酸化ガスを隔離できることから、従来技術のようなセラミクス同士を接合して成る単セル構造に比べて作製プロセスが容易になり、接合部の信頼性に富んだガスシール構造を実現できる。
なお、本単セル構造の作製方法としては、電解質層及び電極層が積層された金属支持体を２枚作製し、これらを金属薄板の両面に接合する方法、金属薄板と金属支持体を一体化した基板に電解質層及び電極層を積層し、この基板２枚を接合する方法、電解質層及び電極層を積層した金属支持体と、金属薄板と金属支持体が一体化した基板に電解質層及び電極層を接合する方法などを適宜採用できる。
【００１５】
次に、本発明の第２の単セル構造は、金属支持体の上面に、電池要素の変わりに電解質層と燃料極層又は空気極層とを配設した以外は、上記第１の単セル構造と同様の構成を有する。
即ち、この場合は、該金属支持体が電極材料（空気極材料又は燃料極材料）で構成されるため、より薄型の構造が得られる。代表的には、図２に示すような構造を挙げることができ、例えば、金属支持体がＮｉやＰｔなどより成り燃料極層として機能するときは、金属支持体上に電解質層及び空気極層が順次形成される。また、金属支持体がＡｇやＰｔなどより成り、空気極層として機能するときは、金属支持体上に電解質層及び燃料極層が順次形成される。
【００１６】
次に、本発明の第３の単セル構造は、金属支持体の下面に１以上の凹部を備えこの凹部底面に微細孔を形成した以外は、上記第１の単セル構造と同様の構成を有する。
この場合は、上記第１の単セル構造に比べて、金属支持体の凹部底面では、微細孔を有する導電性薄膜が電極層に密に接触しているので、金属支持体が電池要素の破損を抑制し、集電体として優れた性能を発揮する。
なお、上記凹部底面の微細孔は、金属支持体の細孔と連通するように設ける。例えば、金属粗化エッチングなる特殊な手法などにより形成できる。
【００１７】
次に、本発明の第４の単セル構造は、金属支持体の上面に、電池要素の変わりに電解質層と燃料極層又は空気極層とを配設した以外は、上記第３の単セル構造と同様の構成を有する。この場合は、金属支持体に設けた微細孔を有する凹部底面が、導電性薄膜として電解質層に密に接触するので、燃料極としての性能がより向上する。
【００１８】
上述した第１〜４の単セル構造においては、上記単セル及び金属薄板の間隙に、ガス透過性を有し且つ少なくとも開口部又は凹部を被覆する補強層を１以上積層することが好適である。これより、例えば図６に示すように補強層を配設し、単セルと金属薄板との密着性を高めることができる。
また、上記単セル構造において、電解質層と金属支持体や電解質層と電極層の間隙には、Ｓｍ２Ｏ３置換セリア（以下、「ＳＤＣ」と記す）などの中間層を形成することもできる。
これより、開口部又は凹部の近傍に接合されている電解質層や電極層の破損を抑制できるとともに、電極層に満遍なくガスを供給できる。例えば、図３に示す単セル構造のように、金属中間層の延在方向に燃料ガス流路としての中空部を並設できる。このとき、隣接する中空部同士がガスを流通し得るように、例えば補強層の上下面や内部に溝や貫通孔などを形成できる。これより、燃料極に満遍なくガスがいきわたる。なお、補強層を設けず金属薄板と金属支持体を接合する際も、同様の構造を設けることが望ましい。また、図４に示す単セル構造のように、工程▲３▼で形成された単セルを２つ用意し、これらでガス流路有する金属中間層を上下から挟んで単セル構造を構成できる。このとき、単セルと金属中間層は電気的導通がないように接続する。
【００１９】
また、上記補強層として、触媒材料や電極材料を積層することもできる。これより、改質機能の付加や電極反応場の拡大などが達成でき、燃料電池に使用すると性能がより向上する。例えば、上記第１及び第３の単セル構造では、補強層としてＰｔやＲｕなどの炭化水素改質触媒やＰｄなどの水素分離膜層を形成できる。また、上記第２及び第４の単セル構造では、補強層として更に電極層が形成できる。なお、補強層は単一層に限定されず、例えば電極層と触媒層の２層構造であっても構わない。また、凹部を被覆する補強層を設けるときは、エッチング後にエッチング側から補強層を形成できる。
【００２０】
なお、上述の単セル構造を積層方向とほぼ垂直の方向へ２次元的に複数個連結し一体化することにより、セル板が得られる。セル板は、本単セル構造の集積化を促進して、得られる燃料電池の高出力化を図るのに実用的な製品形態である。
【００２１】
次に、本発明の固体酸化物形燃料電池について説明する。
かかる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、上述の単セル構造を単セル及び金属薄板の積層方向とほぼ同一方向及び／又はほぼ垂直方向へ複数個電気的に連結して一体化して成る。また、上記単セル構造において、金属支持体及び／又は金属薄板に絶縁部を配設し、１又は複数個の単セル構造ごとに且つ燃料極側及び空気極側に集電部を配設して成る。
これより、ガスシール性が高く、小型化・軽量化されたＳＯＦＣとなる。また、複数の単セル構造を電気的に接続するには、例えば、図８に示すように、各単セル構造の電解質層に接続された集電部同士（金属薄板、金属支持体及び中間層など）を適宜連結すれば良い。
【００２２】
また、上記ＳＯＦＣでは、単セル構造の外周部に集電部を配設することは容易であるが、上記単セル構造は開口部や凹部を有する単セルを金属薄板と接合して得られるため、内部まで集電部を配設することが困難となり易い。この対応策としては、ロウ付けや拡散接合などの熱処理を用いて、内側の隠れた箇所を接合することが考えられるが、接合のための熱処理によって、単セルが破壊されることなどもあり得る。
そこで、上記単セル構造において、対向する燃料極間又は空気極間に当該電極同士を短絡させる金属部材を配設することが好適である。例えば、単セル構造を作製する際に、一方の金属支持体の集電部と金属部材を接合し、他方の金属支持体及び金属薄板で押圧しつつ、外周部のみ接合するなどの簡便な手法で、信頼性の高いＳＯＦＣ構造が得られる。
これより、金属薄板と金属支持体、又は金属薄板の貫通孔を介して金属支持体同士が電気的に接続され、より集電性能に優れたＳＯＦＣが得られる。
【００２３】
上記金属部材としては、例えば、図９に示すように、導電性金属より成るスプリングコイルや、筒状に成形した金属箔など、金属の弾性を利用した部材を使用することが望ましい。なお、上記金属部材は、電極層へのガス拡散を阻害しないよう、電極層ではなく集電部と接触させることが良い。また、金属部材に微細孔を施すなどして、ガス透過性を付与することも望ましい。
【００２４】
また、上記単セル構造においては、金属薄板が単セル内部（中央）まで配設されているので、金属薄板の外周部又は一部を金属支持体より大きくして電極端子として利用できる。例えば、図３示すように２つの金属支持体に挟まれている金属薄板の一部を単セル及び金属支持体に対して突出させた単セル構造を用いたり、図４に示すように金属支持体と金属薄板とで単セルを包み込み、金属支持体の外周を電極端子とした単セル構造を用いることができる。なお、電極端子となり得る中間層を配設しても良い。
更に、上記対向する電極層は、燃料ガスのガスシール性をより向上させる観点から燃料極であることが好適である。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を図面を参照して実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１）
図１に示すように、φ１ｍｍの貫通穴が多数形成されたＳＵＳ４３０薄板をＮｉ支持板の一方の面に接合し、他方の面の中央に７００℃加熱スパッタによりＮｉＯ−ＹＳＺ、８ＹＳＺ、ＳＳＣを順次成膜し、セル部品を形成した（▲１▼、▲２▼）。
上記セル部品のＳＵＳ４３０のφ１ｍｍの貫通穴の底部のＮｉを（硝酸、塩酸、燐酸、酢酸）の混酸を用いてエッチングし、ＮｉＯ−ＹＳＺを露出させた（▲３▼）。
上記セル部品を同様にして更に作製し、２つの単セルのＳＵＳ４３０薄板を向かい合わせに一体化し、単セル構造を形成した。
【００２７】
（実施例２）
図３に示すように、φ５ｍｍの貫通穴が多数形成された４２Ａｌｌｏｙ薄板を４２Ａｌｌｏｙ支持板の一方の面に接合し、他方の面の中央に７００℃加熱スパッタによりＮｉＯ−ＹＳＺ、ＳＤＣ、８ＹＳＺ、ＳＤＣ、ＳＳＣを順次成膜しセル部品を形成した（▲１▼、▲２▼）。
上記セル部品の４２Ａｌｌｏｙφ５ｍｍの貫通穴の底部の４２Ａｌｌｏｙ部分にφ０．５ｍｍの開口部を複数もったマスクを設け、その複数のφ０．５ｍｍの箇所に微細孔を形成し、Ｎｉ−ＹＳＺを露出させた（▲３▼）。
上記セル部品を同様にして更に作製し、２つのセル部品を、ガス流路を形成した４２Ａｌｌｏｙ板を中央に向かい合わせ、４２Ａｌｌｏｙ同士を接合して一体化し、単セル構造を形成した（▲４▼）。
【００２８】
（実施例３）
図４に示すように、中央部φ５０ｍｍが平坦で、その周囲に幅５ｍｍの縁がついたインコネル製加工基板の中央部に、室温スパッタによりＳＳＣ、８ＹＳＺ、ＳＤＣ、ＮｉＯ−ＳＤＣを順次成膜し、セル部品を形成した（▲１▼、▲２▼）。
上記単セルを２つ作製し、ともにＡｒ雰囲気中７００℃１時間の熱処理を施した。上記セル部品の中央部φ４０ｍｍの範囲にφ１ｍｍとφ０．５ｍｍの２種類の開口部が多数分散して配置されたマスクを設け、その複数の開口部に化学的エッチング手法により微細孔を形成し、ＳＳＤを露出させた（▲３▼）。
上記２つのセル部品を、中央部φ４０ｍｍの範囲にφ０．５ｍｍの貫通穴が多数形成されているＳＵＳ４３０を中心に向かい合わせで接合した（▲４▼）。
このとき、インコネル製セル部品とＳＵＳ４３０金属薄板とは電気的絶縁接合でなければならない。また、セル部品の燃料極とＳＵＳ４３０金属薄板の間には、波型に加工されたインバー製の集電薄板が挟まれて、燃料極を集電する。集電薄板は、波型に加工されているため、熱膨張による燃料極と金属薄板との間隔の変化に追随して変形し、確実に集電できる。
【００２９】
（実施例４）
図５に示すように、φ５ｍｍの貫通穴が多数形成された４２Ａｌｌｏｙ薄板を４２Ａｌｌｏｙ支持板の一方の面に接合し、他方の面の中央に７００℃加熱スパッタによりＮｉＯ−ＹＳＺ、ＳＤＣ、８ＹＳＺ、ＳＤＣ、ＳＳＣを順次成膜し、セル部品を得た。
上記セル部品の４２Ａｌｌｏｙφ５ｍｍの貫通穴の底部の４２Ａｌｌｏｙ部位にφ１ｍｍとφ０．５ｍｍの２種類の開口部が多数分散したマスクを設け、その複数のφ１ｍｍ、０．５ｍｍの箇所に微細孔を形成し、Ｎｉ−ＹＳＺを露出させ、セル部品１とした。
上記セル部品の積層膜が形成されていない面、つまりインコネル側中央部φ４０ｍｍの範囲にφ１ｍｍとφ０．５ｍｍの２種類の開口部が多数分散して配置されたマスクを設け、その複数の開口部に化学的エッチング手法により微細孔を形成し、ＳＳＤを露出させ、セル部品２とした。
上記セル部品１のφ５ｍｍの貫通穴が形成されている４２Ａｌｌｏｙ金属薄板と、上記４で作製したセル部品２の燃料極成膜側を向かい合わせ、セル部品１の４２Ａｌｌｏｙとセル部品２のインコネル支持板の幅５ｍｍの縁を接合し、１つの単セル構造とした。
このとき、４２Ａｌｌｏｙ金属薄板とインコネル支持板は、電気的に絶縁されている。また、セル部品１の４２Ａｌｌｏｙ金属薄板とセル部品２の燃料極の間には、波型に加工されたインバー製の集電薄板が挟まれており、セル部品１の４２Ａｌｌｏｙ金属薄板とセル部品２の燃料極は短絡している。集電薄板は、波型に加工されているため、熱膨張による燃料極と金属薄板との間隔の変化に追随して変形し、確実に電気的導通を確保する。
【００３０】
【表１】

【００３１】
（実施例５）
実施例４のセル部品１において、φ５ｍｍの貫通穴が多数形成された４２Ａｌｌｏｙ薄板がＮｉ薄板であり、そのＮｉ薄板がインコネル支持板の一方に接している。また、実施例４のセル部品２におけるインコネル支持板がＡｇとした以外は、実施例４と同様の作製方法により、単セル構造を得た。
【００３２】
（実施例６）
図６に示すように、φ１ｍｍの貫通穴が多数形成されたＳＵＳ４３０薄板をＮｉ支持板の一方の面に接合し、他方の面の中央に７００℃加熱スパッタにより８ＹＳＺ、ＳＳＣを順次成膜し、セル部品を形成した（▲１▼、▲２▼）。
上記セル部品のＳＵＳ４３０のφ１ｍｍの貫通穴の底部のＮｉを（硝酸、塩酸、燐酸、酢酸）の混酸を用いてエッチングし、８ＹＳＺを露出させた（▲３▼）。
上記セル部品のＮｉエッチング面、つまりＳＵＳ４３０薄板側から、室温スパッタ成膜を用いて、露出した８ＹＳＺやＮｉ支持板にＮｉＯ−ＹＳＺ層を形成した（▲４▼）。このとき、ＮｉＯ−ＹＳＺは燃料極でもあり、ＹＳＺ層の補強層としても機能する。
上記セル部品を同様にして更に作製し、２つのセル部品のＳＵＳ４３０薄板を向かい合わせに一体化し、単セル構造を形成した（▲５▼）。
【００３３】
（実施例７）
図７に示すように、φ５ｍｍの貫通穴が多数形成された４２Ａｌｌｏｙ薄板を４２Ａｌｌｏｙ支持板の一方の面に接合し、他方の面の中央に７００℃加熱スパッタによりＳＤＣ、８ＹＳＺ、ＳＤＣ、ＳＳＣを順次成膜した（▲１▼、▲２▼）。
上記セル部品の４２Ａｌｌｏｙφ５ｍｍの貫通穴の底部の４２Ａｌｌｏｙ部分にφ０．５ｍｍの開口部を複数もったマスクを設け、その複数のφ０．５ｍｍの箇所に微細孔を形成し、ＳＤＣを露出させた（▲３▼）。
上記セル部品の４２Ａｌｌｏｙエッチング面、つまりＳＵＳ４３０薄板側から、室温スパッタ成膜を用いて、露出したＳＤＣ層や４２Ａｌｌｏｙｉ支持板にＮｉＯ−ＹＳＺ層を形成した（▲４▼）。このとき、ＮｉＯ−ＹＳＺは燃料極でもあり、ＳＤＣ層／ＹＳＺ層の補強層としても機能する。
上記セル部品を同様にして更に作製し、２つのセル部品をガス流路を形成した４２Ａｌｌｏｙ板を中央に向かい合わせ、４２Ａｌｌｏｙ同士を接合して一体化し、セル構造を形成した（▲５▼）。
【００３４】
（実施例８）
上記実施例２と同様の単セル構造を、図８に示すように、セル外表部の電極にＳＵＳ４３０製の集電層をかしめて、あるいは部分的には接合して、ＳＯＦＣを形成した。
外周部の集電体と単セル内側の集電極（図中上側セル板の支持体）が短絡しないように、両集電体が接触する場所は、セラミクス材などの介在して電気的絶縁処理を施した。集電体が形成された各単セルは、一方がアノード、他方がカソードの端子となり、いわゆる乾電池のような形態をとる。
従って、並列、直列、いろいろな配列をとることが可能になる。
【００３５】
（実施例９）
上記実施例４と同様の単セル構造を、図９に示すように、セルが意表部の電極にＳＵＳ４３０製の集電層をかしめて、あるいは部分的には接合して、ＳＯＦＣを形成した。
セラミクス電極とＳＵＳ４３０集電体との集電層は、単セル内部に用いているものと同様に、波型に加工され、貫通穴が形成したＳＵＳ４３０製薄板を用いた。
外周部の集電体と単セル内側の集電極（図中上側セル板の支持体）が短絡しないように、両集電体が接触する場所は、セラミクス材などの介在して電気的絶縁処理を施した。集電体が形成された各単セルは、一方がアノード、一方がカソードの端子となり、いわゆる乾電池のような形態をとる。
従って、並列、直列、いろいろな配列をとることが可能になる。
【００３６】
【表２】

【００３７】
以上、本発明を実施例により詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、本発明において、単セル及びＳＯＦＣの形状等は任意に選択でき、目的の出力に応じた燃料電池を作製できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、金属支持体を用いた２つの単セルを同一電極層が対向するように接合することとしたため、接合部の信頼性が高く、燃料電池の小型化・軽量化が可能な燃料電池用単セルの構造及びこれを用いた固体酸化物形燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単セル構造の一例を示す概略図である。
【図２】単セル構造の他の例を示す概略図である。
【図３】単セル構造の更に他の例を示す概略図である。
【図４】単セル構造の他の例を示す概略図である。
【図５】単セル構造の他の例を示す概略図である。
【図６】単セル構造の更に他の例を示す概略図である。
【図７】単セル構造の他の例を示す概略図である。
【図８】ＳＯＦＣの一例を示す概略図である。
【図９】ＳＯＦＣの他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 金属支持体
２ 金属薄板
３ 空気極層
４ 電解質層
５ 燃料極層
６ 中間層
７ 金属部材
８ 補強層
９ 絶縁部
１０ 集電部

Claims (10)

1. 金属薄板の上下面に２つの単セルを接合して成る燃料電池用単セル構造であって、
   上記単セルは、上下面に開口部を有する細孔を１以上備えた金属支持体の上面に電池要素を配設して成り、且つ金属薄板を介して２つの単セルの燃料極層又は空気極層が互いに対向するように該金属薄板に接合し、上記金属薄板は、上下面に通じる貫通孔を１以上備えることを特徴とする燃料電池用単セル構造。
2. 金属薄板の上下面に２つの単セルを接合して成る燃料電池用単セル構造であって、
   上記単セルは、上下面に開口部を有する細孔を１以上備えた金属支持体の上面に電解質層と燃料極層又は空気極層とを配設して成り、且つ金属薄板を介して２つの単セルの燃料極層又は空気極層が互いに対向するように該金属薄板に接合し、上記金属薄板は、上下面に通じる貫通孔を１以上備えることを特徴とする燃料電池用単セル構造。
3. 金属薄板の上下面に２つの単セルを接合して成る燃料電池用単セル構造であって、
   上記単セルは、下面に１以上の凹部を有しこの凹部底面に微細孔が形成された金属支持体の上面に電池要素を配設して成り、且つ金属薄板を介して２つの単セルの燃料極層又は空気極層が互いに対向するように該金属薄板に接合し、上記金属薄板は、上下面に通じる貫通孔を１以上備えることを特徴とする燃料電池用単セル構造。
4. 金属薄板の上下面に２つの単セルを接合して成る燃料電池用単セル構造であって、
   上記単セルは、下面に１以上の凹部を有しこの凹部底面に微細孔が形成された金属支持体の上面に電解質層と燃料極層又は空気極層とを配設して成り、且つ金属薄板を介して２つの単セルの燃料極層又は空気極層が互いに対向するように該金属薄板に接合し、上記金属薄板は、上下面に通じる貫通孔を１以上備えることを特徴とする燃料電池用単セル構造。
5. 上記単セル及び金属薄板の間隙に、ガス透過性を有し且つ少なくとも上記開口部又は上記凹部を被覆する補強層を１以上配設して成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の燃料電池用単セル構造。
6. 上記金属支持体が、鉄、ニッケル及び銅から成る群より選ばれた少なくとも１種の金属を含んで成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の燃料電池用単セル構造。
7. 請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の燃料電池用単セル構造を単セル及び金属薄板の積層方向とほぼ同一方向及び／又はほぼ垂直方向へ複数個連結して一体化して成る固体酸化物形燃料電池であって、
   上記単セル構造において、金属支持体及び／又は金属薄板に絶縁部を配設し、１又は複数個の単セル構造ごとに且つ燃料極側及び空気極側に集電部を配設して成ることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
8. 上記単セル構造において、対向する燃料極間又は空気極間に当該電極同士を短絡させる金属部材を配設したことを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物形燃料電池。
9. 上記単セル構造において、金属薄板の外周部又は一部を電極端子としたことを特徴とする請求項７又は８に記載の固体酸化物形燃料電池。
10. 単セルの内側で対向されている電極が燃料極であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池。

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