JP2005149995A - 円筒型燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 横縞円筒型SOFCにおいて、クラック、剥離の発生しにくいインターコネクタ（ＩＣ）構造を実現し、SOFCの長寿命化を図る。セル間接続抵抗の低減。
【解決手段】 基体管１上に多孔質金属ＩＣ膜２を形成し、その一部を覆うように燃料電極３と緻密金属ＩＣ膜４を形成する。燃料電極３と緻密金属ＩＣ膜４との上に、燃料電極３を全面的に覆いかつ緻密金属ＩＣ膜４の周辺部を覆うように固体電解質膜５を形成する。固体電解質膜５上にその一部を覆うように空気電極６を形成し、その上に空気電極６上を覆いかつ緻密金属ＩＣ膜４の露出部を覆うように多孔質金属ＩＣ膜７を形成する。多孔質金属ＩＣ膜７の切れ目部分に、緻密金属ＩＣ膜４上を覆うように剥離防止膜８を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は円筒型燃料電池に関し、特に電解質にイットリア安定化ジルコニア（YSZ）を用いた円筒直列接続型（横縞円筒型）の高温固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ：solid
oxide fuel cell）に関するものである。

高温固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）は高温域で発電プロセスが可能であることから、数百ｋＷ級分散電源は勿論のこと、ガスタービンや汽力タービンを複合併置した数百ＭＷ級大容量高効率複合型のベースロード用発電プラントの実現も可能であるとされている。ＳＯＦＣによる発電方式は電気エネルギーへのエネルギー変換効率が高く、発電に伴う大気汚染物質の排出を極小化することができ、内部改質による水素の精製機能により石炭ガスや都市ガス等使用燃料の多様化にも対応が可能である。これ等の理由から、固体電解質燃料電池は、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）や溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）に続く、高温動作の燃料電池として大きな期待が寄せられ、国内はもとより海外でも研究開発が進展している。
固体電解質燃料電池は、平板型と円筒型に大別されるが、円筒型は強度的に優れまたガスの分離が比較的容易であるとされる。円筒型は、さらに縦縞型（ウエスティングハウスタイプ：高電流型）と横縞型（直列接続型：高電圧型）に分類されるが、本発明は後者に係る。

図１１は、従来の横縞円筒型固体電解質燃料電池の上半分を断面図で示す正面図である。図１１に示されるように、多孔質セラミック基体管５０の円周上に緻密セラミック膜５１を成膜し気密部（非発電部）と通気性部（発電部）とを形成する。その後、燃料電極５２、固体電解質膜５３、インターコネクタ５４、電流取り出し用の端子リード５５、緻密セラミック膜５６、空気電極５７を順次成膜すると、燃料電池スタックができあがる。これに電流取り出し用のリード線５８およびガス給排気用のセラミックエンドキャップ５９を両端に取り付けて、横縞円筒型ＳＯＦＣ２００の製作工程が完了する。このように、材料の多少の相違はあるが、横縞円筒型ＳＯＦＣは、基体管上に形成した燃料電極−固体電解質−空気電極の３層積層構造の単位セルをインターコネクタを介して直列に接続した構成を有するものである。

ここで、固体電解質燃料電池の動作について簡単に説明する。固体電解質燃料電池は、固体電解質をガス透過性の良い電極板で挟んだ構造を基本とする。固体電解質としては室温から高温まで蛍石型立方晶の結晶構造が維持されてそして化学的にも安定な複合酸化物である、例えば（Y_２O_３）_０.０８（ZrO_２）_０.９２の組成を有するイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が使用されている。イットリア安定化ジルコニアは４価のジルコニウム酸化物中に３価のイットリウム酸化物を固溶しているため、結晶内に酸化物イオン空孔を生じており、高温になると、この空孔は結晶内を自由に移動する。両面に気体透過性の電極を付け、両面に酸素濃度差を与えると、高濃度側（カソード、一般に空気電極と呼ばれる）から酸素はＯ^２−となってＹＳＺ内に入り、濃度差によって低酸素側（アノード、一般に燃料電極と呼ばれる）に移動して電子を運ぶ。アノードに到達したＯ^２−イオンは燃料と反応して電子を放出し、放出された電子は外部回路を流れ負荷に仕事をする。

固体電解質燃料電池（ＳＯＦＣ）では、高温(例えば800〜1000℃)で運転することによってその長所を最大限に活用することができることから、熱応力をいかに低く抑えるかが重大な課題となっており、ＳＯＦＣのすべての構成要素を熱膨張率のあった材料を組み合わせて構成するのが望ましいとされる。そこで、ＳＯＦＣのインターコネクタ材料としては、ランタンクロマイト系酸化物（LaCrO_３：熱膨張係数調整のためMg、CaやTiを含むものが通常良く使用されている。）などの酸化物導電材料が用いられる(例えば、特許文献１、２参照)。しかし、縦縞型（ウエスティングハウスタイプ：高電流型）ではインターコネクタ部分の導電路が短いため（本来、この導電路を短くする工夫を考えた構造であるため）LaCrO_３系材料でも特に問題とはならないが、横縞型（直列接続型：高電圧型）では構造上導電路が長いため導電性が悪い酸化物系材料を使用するとセル内部抵抗が非常に高くなり問題となる。そこで、より導電性の高いNiAlやNiCrなどの合金系材料のサーメットを用いてインターコネクタを構成することが提案されている(例えば、特許文献３、４参照)。
特開昭５２−２１７４３号公報 特開２００２−１４５６５８号公報 特開平８−１６２１３９号公報 特開平８−２２２２４６号公報

インターコネクタには、気密（ガスタイト）性を確保することと導電性が高いことが求められる。燃料電極や空気電極にも導電性材料は用いられるが、これらは多孔質膜であるため、比較的熱応力の影響は受けにくいが、インターコネクタは気密性の確保のために緻密膜で形成しなければならないため、ここに大きな内部応力が発生する。特に、横縞円筒型の場合、インターコネクタの膜厚が厚くなるため、合金系材料を用いる場合、例えサーメット化しても固体電解質との熱膨張係数差は大きく、運転−停止の繰り返しによりインターコネクタ部の劣化が進行し易い。すなわち、ここで剥離、クラックが発生し易い。一方で、インターコネクタは、その材料として合金系のものを用いる場合であっても、サーメット化して用いているため、セル接続部での抵抗値が上がり、高い変換効率の確保が難しくなる。
本願発明は、上記の問題点を解決すべくなされたものであって、その目的は、第１に、インターコネクタ部で発生する内部応力を低く抑えうるようにすることであり、第２に、インターコネクタ部での抵抗を低く抑えうるようにすることであって、これにより、剥離、クラックの発生の抑制された、信頼性の高い長寿命かつ高変換効率の高温固体電解質燃料電池を提供できるようにしようとするものである。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、セルが下層から順に積層された第１多孔質インターコネクタ膜、第１電極、固体電解質膜、第２電極、第２多孔質インターコネクタ膜を有しており、隣接するセル間の第１多孔質インターコネクタ膜と第２多孔質インターコネクタ膜とが中間インターコネクタ膜によって接続されている円筒型燃料電池であって、前記中間インターコネクタ膜が少なくとも１層の緻密導電膜を有していることを特徴とする円筒型燃料電池、が提供される。
そして、好ましくは、前記中間インターコネクタ膜は、単一緻密導電膜、または、多孔質導電膜と該多孔質を上下より挟む上層緻密導電膜および下層緻密導電膜とによって構成されている。また、好ましくは、前記中間インターコネクタ膜が、導電性酸化物、NiCrAlY、SUS（ステンレス鋼）、インコネル(inconel)またはインコロイ(incoloy)のいずれかによって形成されている。
また、好ましくは、前記第１および第２多孔質インターコネクタ膜は、NiCrAlY、SUS（ステンレス鋼）、インコネル(inconel)、インコロイ(incoloy)を主体とする材料によって形成されている。

本発明によれば、インターコネクタ構造は、燃料電極から延長された第１多孔質インターコネクタ膜と、空気電極から延長された第２多孔質インターコネクタ膜と、第1、第2多孔質インターコネクタ膜に挟まれた中間インターコネクタ膜とによって構成される。この構造によれば、中間インターコネクタ膜の電気伝導は、垂直方向となるため、気密性が確保できる範囲内で薄膜化することができる（20〜300μm程度）。薄膜化することができれば、電解質と熱膨張係数に差のある合金材料を用いても発生する内部応力を低く抑えることができる。また、中間インターコネクタ膜が薄膜化したことによりセル接続部の電気抵抗を低減させることができる。さらに、中間インターコネクタ膜が薄膜化したことにより、LaCrO_３系などの酸化物系導電材料の利用が可能になる。すなわち、中間インターコネクタ膜に酸化物系導電材料を用いてもセル接続部の抵抗値を低く抑えることができる。

また、本発明のインターコネクタ構造によれば、中間インターコネクタ膜の周辺部(すなわち、第２多孔質インターコネクタ膜との接続部を除く領域)を電解質膜にて押さえ込むようにすることができる。中間インターコネクタ膜が例えばNiCrAlYなどの合金材料により形成されている場合、熱膨張係数の大きい材料からなる中間インターコネクタ膜を熱膨張係数の小さい酸化物によって押さえ込むことになりインターコネクタ膜が剥離する可能性をより低くすることができる。

また、本発明によれば、第1、第2多孔質インターコネクタ膜間に挿入される中間インターコネクタ膜として、緻密膜、多孔質膜、緻密膜などの多層構造をとることができる。この構造によれば、緻密膜間に緩衝膜が挿入されたことになり、さらに、緻密膜が分割されたことにより応力が分散され、より耐久性の高いインターコネクタを実現することができる。また、中間インターコネクタ膜が分割されたことにより、インターコネクタ膜に課せられた機能を各膜に分散させることが可能になり、材料の選択の幅が広がる。すなわち、例えば、燃料側の緻密膜を耐還元性の高い材料により形成し、空気側の緻密膜を耐酸化性の高い材料により形成するようにすることができる。例えば、燃料側、空気側双方の緻密膜をNiCrAlYなどの合金により形成してインターコネクタ部の抵抗値の低減を図るようにすることもできるが、燃料側の緻密膜をNiCrAlYにより形成して燃料側の耐還元性を確保し、また空気側の緻密膜をLaCrO_３により形成するようにして耐酸化性をより高めるようにすることもできる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態のセル接続部の構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、基体管１上には多孔質金属IC（インターコネクタ）膜２が形成され、その上に燃料電極３と緻密金属IC膜４が形成されている。そして、燃料電極３と緻密金属IC膜４との上に、燃料電極３上を全面的に覆いかつ緻密金属IC膜４の周辺部を覆うように固体電解質膜５が形成されている。に固体電解質膜５上には空気電極６が形成され、その上には空気電極上を覆いかつ緻密金属ＩＣ膜４の露出部を覆うように多孔質金属ＩＣ膜７が形成されている。さらに、多孔質金属ＩＣ膜７の切れ目部分には、緻密金属ＩＣ膜４上を覆うように剥離防止膜８が形成されている。

基体管１としてはセラミック基体管を用いることができる。すなわち、カルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）管やアルミナ管を用いることができる。あるいは、本願発明者により特願２００３−３０３８３０号にて提案された金属膜ベースの基体管を用いてもよい。これは、例えば円筒状のＡｌ仮基体上にNiCrAlYなどを溶射して合金膜を形成し、その上にアルミナなどを溶射してセラミック膜を形成した上でＡｌ仮基体をエッチング除去して形成するものである。８００℃程度ないしそれ以上の高温で運転するのであれば、合金膜はNiCrAlYにより形成することが望ましいが、近年ＳＯＦＣは低温化の傾向にあり、６００℃〜８００℃台などのより低温での発電を目指すのであれば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、インコネル（inconel）、インコロイ（incoloy）などの他のNi-Cr系合金を用いて合金系基体管を形成することもできる。

多孔質金属ＩＣ膜２は、例えばフレーム溶射法によりNiCrAlYを溶射して形成することができる。燃料電極３は、例えばプラズマ溶射法により例えばNiOを溶射して形成することができる。緻密金属IC膜４は、例えばフレーム溶射法によりNiCrAlYを溶射して形成することができる。固体電解質膜５は、例えばプラズマ溶射法によりYSZを溶射して形成することができる。空気電極６は、例えばフレーム溶射法により例えばLaMnO_３を溶射して形成することができる。LaMnO_３にはYSZ、ZrO_２、Al_２O_３などの酸化物が添加されてもよい。これに加えて若しくはそれらを含まずに、Mg、Ca、Srなどの金属が添加されてもよい。多孔質金属ＩＣ膜７は、例えばフレーム溶射法によりNiCrAlYを溶射して形成することができる。剥離防止膜８は、例えばプラズマ溶射法によりアルミナを溶射して形成することができる。

多孔質金属ＩＣ膜２、７および緻密金属IC膜４は、ＳＯＦＣを８００℃程度ないしそれ以上の高温で運転するのであれば、NiCrAlYにより形成することが望ましいが、それ以下の温度での発電を目指すのであれば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、インコネル（inconel）、インコロイ（incoloy）などの他のNi-Cr系合金を用いて形成することもできる。
多孔質金属ＩＣ膜２、７には、アルミナ、YSZ、ZrO₂、LaCrO₃のような酸化物を添加することができる。これにより成膜時の多孔質化が容易になる。
緻密金属IC膜４は、セル間の抵抗値を低く抑えるため気密性（ガスタイト性）が確保できる範囲で出来るだけ薄く抑えることが望ましい。この観点から２０μm以上３００μm以下の膜厚に選定される。緻密金属IC膜４が薄膜化されたことにより、セル間の抵抗値の低減と内部応力の低減の２つの効果を同時に達成することができる。また、緻密金属IC膜４は、セル間接続抵抗の許容できる範囲内で極力小さくすることが望ましい。緻密金属IC膜４を微小化することにより内部応力は一層小さくなり、クラックや剥離の発生する可能性はより小さくなる。また、このように多孔質金属ＩＣ膜２−７間を接続する中間IC膜が薄膜化されたことにより、緻密金属IC膜４に代えてLaCrO_３などを用いて緻密導電性酸化物IC膜を形成することが可能になる。このように中間IC膜に固体電解質に熱膨張係数の近い材料を用いることにより、セル間の抵抗値の上昇を抑制しつつ熱応力の増大を抑制することができる。

図２（a）は、基体管上に固体電解質膜５までを形成した状態を示す斜視図であり、図１は、図２（a）のA−A線で示す個所での断面図である。図２（a）に示されるように、緻密金属IC膜４は円周上にリング状に形成されており、緻密金属IC膜４の両側端部は、固体電解質膜５により覆われている。すなわち、緻密金属IC膜４の両側端部は、固体電解質膜５により押え込まれている。
緻密金属IC膜４は円周上に連続的に形成するのではなく、図２（b）、（c）に示されるように、円形ないし短冊状に形成し、その周辺部を固体電解質膜５により覆うようにしてもよい。このように緻密金属IC膜４、固体電解質膜５を形成した場合の、図２（b）、（c）のB−B線での断面図が、図２（e）に示される。なお、図２（b）、（c）のA−A線に相当する部分での断面図は図１に示す通りである。このように、緻密金属IC膜４を小面積で非連続に形成することにより熱応力を非常に低く抑えることができる。あるいは、緻密金属IC膜４をリング状（連続的）に形成し、固体電解質膜５に円形ないし短冊状の窓を形成するようにしてもよい。このように緻密金属IC膜４、固体電解質膜５を形成した場合の、図２（b）、（c）のB−B線での断面図は、図２（ｆ）に示される。
上記の説明では、緻密金属IC膜４は溶射法などにより直接多孔質金属IC膜2上に形成するものであったが、この方法に代え、図２（ｄ）に示されるC字状のIC用緻密金属箔４Aを予め形成しておき、多孔質金属IC膜２上に燃料電極３を形成した後、多孔質金属IC膜２上にこのIC用緻密金属箔４Aを嵌め込み、その上から固体電解質溶射膜で押さえ込むようにしてもよい。

緻密金属IC膜４上には、これに被さるように剥離防止膜８が形成されている。剥離防止膜８は、緻密アルミナ膜のような絶縁酸化物で形成されており、その熱膨張係数は緻密金属IC膜のそれよりも小さい。そのため、高温時に緻密金属IC膜４は剥離防止膜８により上から押さえ込まれることとなり、緻密金属IC膜４の剥離は防止される。剥離防止膜８が、多孔質アルミナ膜によって形成されていても同様の効果を得ることができる。

図３(a)は、剥離防止膜８が形成された後のセル部の状態を示す斜視図である。図３(a)に示されるように、剥離防止膜８はリング状に形成されている。
剥離防止膜８は、図３(ｂ)に示されるように、固体電解質膜５上および多孔質金属IC膜７上を全面的に覆うように形成されてもよい。この場合、剥離防止膜８は多孔質アルミナ膜のような多孔質酸化物膜によって形成される。あるいは、図３(ｃ)に示されるように、リング状のスリットの入った剥離防止膜８を形成してもよい。また、図３(ｄ)に示されるように、剥離防止膜８の適宜個所に丸穴を設けるようにしてもよい。図３（ｃ）、（ｄ）に示されるように形成される場合には、剥離防止膜８は多孔質膜で形成されることが好ましい。
剥離防止膜８は、少なくとも異種の膜の接続部の露出部上を覆うように形成される。そして、少なくとも発電部上では多孔質膜とすることが好ましい。

［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態のセル接続部の状態を示す断面図である。図４において、図１に示される第１の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照番号が伏せられているので、重複する説明は適宜省略する。本実施の形態においては、多孔質金属IC膜２−７間に配置される中間IC膜が、緻密金属IC膜４ａ、中間多孔質金属IC膜４ｂ、緻密金属IC膜４ｃの３層構造になされる。このように、緻密金属IC膜を２層に分け、間に緩衝層となる多孔質金属IC膜４bを挿入することにより発生する内部応力をより低く抑えることができる。
３層構造の中間IC膜の全ての層をLaCrO_３などの導電性酸化物によって形成してもよい。あるいは、上２層若しくは上１層のみを導電性酸化物によって構成するようにしてもよい。NiCrAlYによって下層の緻密膜を形成しLaCrO_３によって上層の緻密膜を形成する場合には、燃料電極側を耐還元性の高い材料とし空気電極側を耐酸化性の高い材料とすることができ、より耐久性の高いインターコネクタを実現することができる。
中間IC膜の最上層をNiCrAlYなどの耐熱性合金で形成するとき、これを図２(d)に示されるIC用緻密金属箔４Aによって形成するようにしてもよい。
緻密金属IC膜４ａおよび４ｃは、セル間の抵抗値を低く抑えるため気密性が確保できる範囲で出来るだけ薄く抑えることが望ましい。この観点から１０μm以上２００μm以下の膜厚に選定される。また、中間IC膜（４ａ〜４ｃ）の大きさ(面積)は、セル間接続抵抗の許容される範囲内で極力小さく形成される。

［第３の実施の形態］
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態のセル接続部の状態を示す断面図である。図５において、図１、図４に示される第１、第２の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照番号が伏せられているので、重複する説明は適宜省略する。
本実施の形態の第１、第２の実施の形態と相違する点は、中間ＩＣ膜（４；４ａ〜４ｃ）の周辺部上を覆うように、固体電解質膜５上に補助拘束膜９が形成されていることである。補助拘束膜９は、例えば多孔質アルミナ膜などによって形成されるものであり、酸化物のような合金より熱膨張係数の小さい材料によって形成されるものである。この構造によれば、中間ＩＣ膜は、固体電解質膜５に加えて補助拘束膜９によっても上から押さえ付けられることになり、運転・休止の繰り返しにより高温・常温の温度サイクルが加えられても容易には剥離しないインターコネクタ構造を実現することができる。

図６（ａ）は、本実施の形態のＳＯＦＣを製造する工程において、補助拘束膜９の成膜工程の終了した段階での状態を示す斜視図である。同図に示されるように、本実施の形態においては、緻密金属ＩＣ膜４（４ｃ）と補助拘束膜９とはリング状に形成されている。
補助拘束膜９は、図６（ｂ）、（ｃ）に示されるように、１本の連続膜として形成し、適宜個所に、インターコネクタ接続用の円形状ないし短冊状の窓を開けるようにしてもよい。図６（ｂ）、（ｃ）に示す状態に形成する場合、緻密金属ＩＣ膜４（４ｃ）は、リング状に連続的に形成してもよいが、円形状ないし短冊状に不連続に形成してもよい。

図７は、本発明の実施例１の断面図である。図７は、本来左右に並べられるべき図が上下2段に記載されている。本来は、上段図の波線と下段図の波線とが対向するように配置さるべき図面である。基体管１は、NiCrAlYの溶射膜からなる膜厚３５０μｍの多孔質合金膜１ａとアルミナの溶射膜からなる膜厚２５０μｍの多孔質セラミック膜とにより形成されている。基体管１の外径は２０ｍｍφ、長さは２００mmである。
NiCrAlYの溶射により、基体管１の両端部に、端子多孔質膜１０ａと端子緻密膜１０ｂからなる端子１０を形成し、続いてNiCrAlYの溶射により多孔質金属IC膜２を形成し、さらにNiCrAlYの溶射によりセルと端子１０との接続部であるリード緻密膜１１と緻密金属IC膜４とを形成した。次いで、NiOの溶射により燃料電極４を形成し、続いてYSZの溶射により固体電解質膜５を形成した。さらに、LaMnO_３の溶射により空気電極６を形成し、これを覆うようにNiCrAlYの溶射により多孔質金属IC膜７を形成した。その後、アルミナ緻密膜からなる保護膜１２を溶射により形成し、最後にアルミナの溶射により、多孔質の剥離防止膜８を形成して、３セルからなる横縞円筒型ＳＯＦＣ１００を製作した。

図９は、実施例１により得られたＳＯＦＣの無負荷試験結果を示すグラフである。横軸は915℃にまで温度が上昇した後の経過時間である。温度は915℃一定に維持された。図から分かるように電圧は時間経過と共に僅かながら上昇する。これは時間経過と共に緻密金属IC膜４のガスタイト性（気密性）が上昇した結果であると推察される。単セル当りの電圧は、990時間経過後約1.047Vと高い値が得られており、ガス漏れのない優れた特性のSOFCが実現できた。
図１０は、実施例１により得られたＳＯＦＣの負荷試験結果を示すグラフである。温度は915℃一定である。
従来、高温固体燃料電池はＳＯＦＣの呼び名からも分かるように酸化物（セラミック）を主体として形成されていたが、本実施例は、セラミックより安価な材料である合金を主として用いて形成されており、従来の高温固体燃料電池がセラミック系であるのに対し、本発明に係るものは合金系高温固体燃料電池と呼ぶことができる。

図８は、本発明の実施例２の断面図である。図８は、本来左右に並べられるべき図が上下2段に記載されている。本来は、上段図の波線と下段図の波線とが対向するように配置さるべき図面である。基体管１には、外径が２０ｍｍφ、長さ２００mmのセラミック管を用いた。まず、NiCrAlYの溶射により多孔質金属IC膜２を形成し、さらに同じくNiCrAlYの溶射により緻密金属IC膜４と端子リード１３の一部となる端子リード緻密膜１３ａとを形成した。次いで、NiOの溶射により燃料電極４を形成し、続いてYSZの溶射により固体電解質膜５を形成した。さらに、LaMnO_３の溶射により空気電極６を形成し、これを覆うようにNiCrAlYの溶射により多孔質金属IC膜７を形成し、また基体管１の端部に端子リード１３の一部となる端子リード多孔質膜１３ｂを形成した。その後、アルミナ緻密膜からなる保護膜１２を溶射により形成し、最後にアルミナの溶射により、多孔質の剥離防止膜８を形成して、３セルからなる横縞円筒型ＳＯＦＣ１００を製作した。

本発明の第１の実施の形態の要部断面図。 第１の実施の形態を説明するための斜視図と断面図。 第１の実施の形態を説明するための斜視図。 本発明の第２の実施の形態の要部断面図。 本発明の第３の実施の形態の要部断面図。 第３の実施の形態を説明するための斜視図。 本発明の実施例１の断面図。 本発明の実施例２の断面図。 本発明の実施例１の無負荷試験の結果を示すグラフ。 本発明の実施例１の負荷試験の結果を示すグラフ。 従来例の上半分を断面図で示す正面図。

符号の説明

１ 基体管
１ａ 多孔質合金膜
１ｂ 多孔質セラミック膜
２、７ 多孔質金属IC膜
３ 燃料電極
４、４ａ、４ｃ 緻密金属IC膜
４Ａ IC用緻密金属箔
４ｂ 中間多孔質金属IC膜
５ 固体電解質膜
６ 空気電極
９ 補助拘束膜
１０ 端子
１０ａ 端子多孔質膜
１０ｂ 端子緻密膜
１１ リード緻密膜
１２ 保護膜
１３ 端子リード
１３ａ 端子リード緻密膜
１３ｂ 端子リード多孔質膜
５０ 多孔質セラミック基体管
５１、５６ 緻密セラミック膜
５２ 燃料電極
５３ 固体電解質膜
５４ インターコネクタ
５５ 端子リード
５７ 空気電極
５８ リード線
５９ セラミックエンドキャップ
１００、２００ 横縞円筒型ＳＯＦＣ

Claims (21)

1. セルが下層から順に積層された第１多孔質インターコネクタ膜、第１電極、固体電解質膜、第２電極、第２多孔質インターコネクタ膜を有しており、隣接するセル間の第１多孔質インターコネクタ膜と第２多孔質インターコネクタ膜とが中間インターコネクタ膜によって接続されている円筒型燃料電池であって、前記中間インターコネクタ膜が少なくとも１層の緻密導電膜を有していることを特徴とする円筒型燃料電池。
2. 前記中間インターコネクタ膜が、単一緻密導電膜、または、多孔質導電膜と該多孔質を上下より挟む上層緻密導電膜および下層緻密導電膜とによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の円筒型燃料電池。
3. 前記第１および第２多孔質インターコネクタ膜がFeよりも耐熱性および耐酸化製の高い耐熱・耐酸化性合金を主体とする材料によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の円筒型燃料電池。
4. 前記第１および第２多孔質インターコネクタ膜がNiCrAlY、SUS（ステンレス鋼）、インコネル(inconel)、インコロイ(incoloy)を主体とする材料によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の円筒型燃料電池。
5. 前記第１および第２多孔質インターコネクタ膜には酸化物が添加されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の円筒型燃料電池。
6. 前記酸化物がアルミナ、ジルコニア、LaCrO_３、YSZの中から選択された材料であることを特徴とする請求項５に記載の円筒型燃料電池。
7. 前記中間インターコネクタ膜が、導電性酸化物、NiCrAlY、SUS（ステンレス鋼）、インコネル(inconel)またはインコロイ(incoloy)のいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の円筒型燃料電池。
8. 前記導電性酸化物が、LaCrO_３を主成分とする材料であることを特徴とする請求項7に記載の円筒型燃料電池。
9. 前記導電性酸化物には、Mg、および／または、Caが添加されていることを特徴とする請求項８に記載の円筒型燃料電池。
10. 前記単一緻密導電膜が20μm以上300μm以下、または、前記上層緻密導電膜および前記下層緻密導電膜の膜厚が10μm以上150μm以下であることを特徴とする請求項２から９のいずれかに記載の円筒型燃料電池。
11. 前記固体電解質膜が、前記緻密導電膜、前記単一緻密導電膜または前記上層緻密導電膜上を、その第２の多孔質インターコネクタ膜との接続部を露出させて覆っていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の円筒型燃料電池。
12. 前記第１および第２多孔質インターコネクタ膜より熱膨張係数の小さい材料からなる補助拘束膜が、前記緻密導電膜、前記単一緻密導電膜または前記上層緻密導電膜の前記第２多孔質インターコネクタ膜との接続部を露出させつつ、前記固体電解質膜上を環状に被覆していることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の円筒型燃料電池。
13. 前記補助拘束膜が、多孔質アルミナ膜であることを特徴とする請求項１２に記載の円筒型燃料電池。
14. 少なくとも前記中間インターコネクタ膜上を覆うように、前記第２多孔質インターコネクタ膜上に、前記第１および第２多孔質インターコネクタ膜より熱膨張係数の小さい材料からなる剥離防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の円筒型燃料電池。
15. 前記剥離防止膜が、すべての前記セル上を覆うように全面的に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の円筒型燃料電池。
16. 前記剥離防止膜には、適宜個所に開口が形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の円筒型燃料電池。
17. 少なくとも発電が行われる領域上では前記剥離防止膜は多孔質膜であることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の円筒型燃料電池。
18. 前記剥離防止膜がアルミナによって形成されていることを特徴とする請求項１４から１７のいずれかに記載の円筒型燃料電池。
19. 前記セルが、セラミック基体管、または、耐熱性合金膜管体上をセラミック膜で被覆してなる合金系基体管上に形成されていることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに記載の円筒型燃料電池。
20. 前記セラミック基体管が、アルミナまたはカルシア安定化ジルコニア（CSZ）により形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の円筒型燃料電池。
21. 前記耐熱性合金膜管体が、NiCrAlY、SUS（ステンレス鋼）、インコネル(inconel)またはインコロイ(incoloy)のいずれかによって形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の円筒型燃料電池。