JP2006127973A

JP2006127973A - 燃料電池セル

Info

Publication number: JP2006127973A
Application number: JP2004316333A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Matsugami; 和人松上; Masahito Nishihara; 雅人西原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18
Also published as: EP1826284A1; EP1826284A4

Abstract

【課題】燃料ガス通路を内部に備えた導電性支持体上に、燃料極層と固体電解質層と酸素極層とからなる発電部が形成されている燃料電池セルにおいて、燃料ガスの流れ方向下流側での燃料枯れの問題が有効に抑制され、燃料枯れによるセル破損が有効に防止された固体電解質形の燃料電池セルを提供する。
【解決手段】高さ方向に延びている燃料ガス通路を内部に有する柱状の導電性支持体を有し、該導電性支持体の側面に、燃料極層と固体電解質層と酸素極層とからなる発電部が形成されている燃料電池セルにおいて、前記固体電解質層は、前記燃料ガス通路に供給される燃料ガスの流れ方向上流側に位置する端部での厚みよりも下流側に位置する端部での厚みが厚くなるように、燃料ガスの流れ方向に沿って厚みが連続的もしくは段階的に変化していることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料ガス通路を内部に備えた柱状の導電性支持体もしくは燃料極体の側面に、固体電解質層及び酸素極層が積層されて発電部が形成されている固体電解質形の燃料電池セルに関するものである。

次世代エネルギーとして、近年、燃料電池のスタックを収納容器内に収容した燃料電池組立体が種々提案されている。このような燃料電池には、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形、固体電解質形など、各種のものが知られているが、中でも固体電解質形の燃料電池は、作動温度が８００〜１０００℃と高いものの、発電効率が高く、また排熱利用ができるなどの利点を有しており、その研究開発が推し進められている。

固体電解質形の燃料電池は、固体電解質層の一方の面に、燃料極を設け、他方の面に酸素極（空気極）を設けた基本構造を有している。このような固体電解質形燃料電池セルにおいては、一般に、固体電解質の酸素イオン伝導性は６００℃程度から高くなるため、６００℃以上の温度域で、酸素極側に酸素を含むガスを、燃料極側に水素を含むガスを各々供給することで、酸素極と燃料極間の酸素濃度差に基づき、両極間で電位差が発生する。

酸素極から固体電解質を通じて燃料極へ移動した酸素イオンは、燃料極で水素イオンと結合して水となる。このとき、同時に電子の移動が起こる。従って、燃料電池では、酸素を含むガスと水素を含むガスとを供給することで、以上の反応を連続して起こし、発電する。即ち、酸素極及び燃料極で、それぞれ、下記式で表される電極反応を生じることによって発電する。
酸素極：１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻ →Ｏ^２−（固体電解質）
燃料極：Ｏ^２−（固体電解質）＋Ｈ_２ → Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻

通常、使用される固体電解質形燃料電池セルでは、例えば、上記のようなセル構造（即ち発電部）を、内部にガス通路を備えた多孔質の導電性支持体上に形成し、導電性支持体内部のガス通路に燃料ガス（水素ガス）を流すことにより、導電性支持体を介して燃料極表面に水素を供給すると同時に、酸素極の外面に空気等の酸素含有ガスを流すことにより、酸素極表面に酸素を供給し、これにより、各電極で上記のような電極反応を生じせしめ、発電した電流を、導電性支持体に設けられているインターコネクタにより取り出すようになっている（例えば特許文献１参照）。このような構造の燃料電池は、その複数を集電部材により互いに直列に接続してセルスタックとし、このようなセルスタックを複数、適当な収容容器内に収容し、各セルスタックを導電部材により接続することにより、燃料電池組立体として使用される。
特開平２００４−１４６３３４号公報

しかしながら、従来の燃料電池セルでは、導電性支持体のガス通路に燃料ガスを流し、燃料利用率が高い条件で燃料電池セルによる発電を行っていくと、燃料ガス通路内のガスの流れ方向上流側（ガス導入側）ではガス中の水素濃度は高いが、この流れ方向に沿って順次水素が消費されていくため、ガスの流れ方向下流側（ガス排出側）ではガス中の水素濃度が薄くなり、燃料枯れが発生し易くなるという問題があった。即ち、導電性支持体や燃料極層には、導電性成分として金属成分が含まれており、燃料ガス中の水素の還元作用によって、発電に使用する酸素によるこれら金属成分の酸化が防止されている。しかるに、上記のように、燃料ガスの排出ガス側で燃料枯れ（水素濃度の低下）が生じると、上記金属成分の酸化を抑制することができず、ガス排出側では酸化による体積膨張などが生じてしまい、この結果、セルの破損を生じてしまう。

また、発電部を保持している導電性支持体は、柱状であり、その高さ方向にガス通路が延びていると共に、高さ方向に垂直な横断面形状は、互いに平行なフラットな面の両端部に弧状部を有するものとなっている。横断面形状が矩形状であると、コーナー部での破損などを生じ易くなるためである。しかるに、ガス通路を流される燃料ガスのリークを防止するために、この導電性支持体の弧状部には、緻密で厚い固体電解質層が形成されており、この弧状部において固体電解質層の導電性支持体からの剥離を生じ易いという問題もある。

従って本発明の目的は、燃料ガス通路を内部に備えた導電性の柱状体の側面に固体電解質層及び酸素極層が積層されて発電部が形成されている燃料電池セルにおいて、燃料ガスの流れ方向下流側での燃料枯れの問題が有効に抑制され、燃料枯れによるセル破損が有効に防止された固体電解質形の燃料電池セルを提供することにある。
本発明の他の目的は、導電性の柱状体の弧状部での固体電解質層の剥離が有効に防止された燃料電池セルを提供することにある。

本発明によれば、高さ方向に延びている燃料ガス通路を内部に有する柱状の導電性支持体を有し、該導電性支持体の側面に、燃料極層と固体電解質層と酸素極層とからなる発電部が形成されている燃料電池セルにおいて、
前記固体電解質層は、前記高さ方向における一方側の端部での厚みよりも他方側の端部での厚みが厚くなるように、前記高さ方向に沿って厚みが連続的もしくは段階的に変化していることを特徴とする燃料電池セルが提供される。
本発明によれば、また、高さ方向に延びている燃料ガス通路を内部に有する柱状の燃料極体を有し、該導電性支持体の側面に、固体電解質層と酸素極層とが形成されて発電部が構成されている燃料電池セルにおいて、
前記固体電解質層は、前記高さ方向における一方側の端部での厚みよりも他方側の端部での厚みが厚くなるように、前記高さ方向に沿って厚みが連続的もしくは段階的に変化していることを特徴とする燃料電池セルが提供される。
本発明によれば、さらに、燃料電池セルの複数が直列に接続されてなるセルスタックが収納容器内に収納されてなり、各燃料電池セルは、前記固体電解質層の厚みの薄い側の端部が、燃料ガス通路に供給される燃料ガスの流れ方向の上流側に位置し、且つ固体電解質層の厚みの厚い側の端部が下流側に位置するように配置されていることを特徴とする燃料電池が提供される。

本発明においては、
（１）前記固体電解質層は、前記他方側の端部での厚みが５０μｍ以下であること、
（２）前記固体電解質層は、前記他方側の端部での厚みと一方側の端部での厚みとの差が５μｍ以上であること、
（３）前記固体電解質層は、前記一方側の端部での厚みが１０μm以上であること、
（４）前記導電性支持体もしくは燃料極体は、その高さ方向に垂直な横断面が、互いに平行なフラットな面の両端に弧状部を有する形状となっており、該弧状部の曲率半径Ｒが５ｍｍ以下であること、
が好ましい。

本発明の燃料電池セルでは、固体電解質層に厚みの勾配が形成されており、固体電解質層が積層される柱状の導電性支持体或いは燃料極体の高さ方向に関して、固体電解質層の一方側端部の厚みが薄く、他方側端部での厚みが厚くなるように厚みの勾配が固体電解質層に形成されている。従って、このような燃料電池セルは、燃料ガスの流れ方向に対して、厚みの薄い固体電解質層端部側が上流側（燃料ガス導入側）に位置し、厚みの厚い固体電解質層端部側が下流側（燃料ガス排出側）となるように配置することができる。即ち、このように配置される燃料電池セルにおいては、燃料ガスの導入側では、固体電解質層の厚みが薄く、その抵抗が低いため、燃料ガスの消費量（水素消費量）が多いが、燃料側ガスの排出側では、固体電解質層の厚みが厚く形成されているため、その抵抗が大きく、燃料ガスの消費量（水素消費量）が少なくなる。即ち、燃料ガスの導入側での燃料ガス中の水素濃度は低下するが、燃料ガスの排出側では、水素ガスの消費量が少なくなるため、この領域での燃料ガス中の水素濃度の低下が有効に抑制され、燃料枯れを有効に回避することができ、燃料枯れによるセルの破損を有効に防止できることとなる。例えば、固体電解質層の厚みが均一に形成されていると、水素濃度が低下している燃料ガス排出側においても、燃料ガス導入側と同様に、多量の水素が消費されてしまうため、燃料枯れが発生し、燃料枯れによる（即ち金属成分の酸化による）セルの破損が発生してしまうのである。

また、本発明においては、燃料ガスの流れ方向に対して下流側となるように配置される固体電解質層の他方側端部（厚みの薄い側の端部）は、その厚みを５０μｍ以下とすることが、適度な発電能力を確保する上で好ましく、また、他方側の端部（燃料ガスの流れ方向下流側に配置される）での厚みと一方側の端部（上流側に配置される）での厚みとの差が５μｍ以上となるように固体電解質層の厚みを調整することが、燃料ガス排出側での燃料ガス中の水素濃度の著しい低下を回避する上で好ましく、さらに、固体電解質層の他方側の端部（燃料ガスの流れ方向上流側に配置される）での固体電解質層の厚みを１０μm以上とすることが、燃料ガス導入側での水素消費を有効に抑制し、燃料ガス排出側での水素濃度を燃料枯れによるセル破損が生じない程度に保持することができる上で好ましい。

さらに、前記柱状の導電性支持体もしくは燃料極体の高さ方向に垂直な横断面は、互いに平行なフラットな面の両端に弧状部を有する形状を有しているが、この弧状部の曲率半径Ｒを５ｍｍ以下とすることにより、該弧状部での固体電解質層の導電性支持基体もしくは燃料極体からの剥離を防止し、燃料電池セルからの燃料ガスの漏れを防ぐことができる。

本発明を、以下、添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の燃料電池セルの好適例の横断面図であり、
図２は、図１の燃料電池セルの斜視図であり、
図３は、図１の燃料電池セルの縦断面（図２のＸ−Ｘ断面）の例を示す図であり、
図４は、本発明の燃料電池セルを用いて形成されたセルスタックを示す概略横断面図である。

図１及び図２を参照して、全体として１で示す本発明の燃料電池セルは、柱状形状を有しており、その横断面が扁平状で、全体的にみて楕円形状（平板棒状）の横断面を有する柱状の導電性支持体２を備えている。導電性支持体２の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス通路２ａが高さ方向（軸方向）に貫通して形成されており、この導電性支持体２の側面に、以下に述べるセル構造（発電部）が形成されており、このような燃料電池セル１の複数を、図４に示すように、集電部材２０により互いに直列に接続することにより、セルスタックが形成される。

図１から明らかな通り、導電性支持体２は、平坦部Ａと平坦部Ａの両端に形成された弧状部Ｂとを有する横断面形状を有している。平坦部Ａの両面は互いにほぼ平行に形成されており、平坦部Ａの一方の面上に、燃料極層５が設けられており、この燃料極層５を覆うように緻密質な固体電解質層７が積層されている。また、固体電解質層７の上には、燃料極層５と対面するように、平坦部Ａの一方の表面に酸素極層９が、この順に積層されている。さらに、支持体２の平坦部Ａの他方の表面には、インターコネクタ１３が形成されている。図１から明らかな通り、固体電解質層７は、インターコネクタ１３の両サイドにまで延びており、支持体２の表面が外部に露出しないように構成されている。

上記のような構造の燃料電池セル１では、固体電解質層７を間に挟んで燃料極層５と酸素極層９とが対面する部分が発電部となる。即ち、酸素極層９の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持体２内のガス通路２ａに燃料ガス（例えば都市ガスなどの天然ガスを改質して得られる水素含有ガス）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより、酸素極層９及び燃料極層５で前述した電極反応を生じることによって発電する。かかる発電によって生成した電流は、支持体２に取り付けられているインターコネクタ１３を介して集電される。

（支持体２）
本発明の燃料電池セル１において、支持体２は、燃料ガスを燃料極層５まで透過させるためにガス透過性であること、及びインターコネクタ１３を介しての集電を行うために導電性であることが要求されるが、このような要求を満たすと同時に、同時焼成により生じる不都合を回避するために、鉄属金属成分と特定の希土類酸化物とから支持体２を構成するのがよい。

鉄族金属成分は、支持体２に導電性を付与するためのものであり、鉄族金属単体であってもよいし、また鉄族金属酸化物、鉄族金属の合金もしくは合金酸化物であってもよい。鉄族金属には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｒｕがあり、本発明では、何れをも使用することができるが、安価であること及び燃料ガス中で安定であることからＮｉ及び／またはＮｉＯを鉄族成分として含有していることが好ましい。

また希土類酸化物成分は、支持体２の熱膨張係数を、固体電解質層７の熱膨張係数と近似させるために使用されるものであり、高い導電率を維持し且つ固体電解質層７等への元素拡散を防止するために、Ｙ，Ｌｕ，Ｙｂ，Ｔｍ，Ｅｒ，Ｈｏ，Ｄｙ，Ｇｄ，Ｓｍ，Ｐｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含む希土類酸化物が、上記鉄族成分と組合せで使用することが好適である。かかる希土類酸化物としては、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、特に安価であるという点で、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３が好適である。

これらの希土類酸化物は、焼成時や発電中において、鉄族金属やその酸化物との固溶、反応をほとんど生じることがなく、しかも、支持体２中の鉄族金属或いはその酸化物、及び上記希土類酸化物は、何れも拡散しにくい。従って、支持体２と固体電解質層７とが同時焼成された場合においても、希土類元素の固体電解質層７への拡散が有効に抑制され、固体電解質層７のイオン伝導度等への悪影響を回避することができる。

本発明においては、特に支持体２の熱膨張係数を固体電解質層７の熱膨張係数に近似させるという点で、上記の鉄族成分は、支持体２中に３５〜７０体積％の量で含まれ、上記の希土類酸化物は、支持体２中に３０〜６５体積％の量で含まれていることが好適である。尚、支持体２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。

上記のような鉄族金属成分と希土類酸化物とから構成される支持体２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乃至５０％の範囲にあることが好適である。また、支持体２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。

また、支持体２の平坦部Ａの長さは、通常、１５〜３５ｍｍであり、支持体２の高さは、用途に応じて適宜設定されるが、一般家庭での発電用に使用される場合には、通常、１００乃至１５０ｍｍ程度の高さに設定される。さらに、平坦部Ａの両端には、コーナー部での欠けを防止し、さらには機械的強度を高めるために弧状部Ｂが形成されるが、後述する固体電解質層７の剥離を防止するためには、弧状部Ｂの曲率半径を５ｍｍ以下、好ましくは１乃至５ｍｍ、さらに好ましくは１乃至４ｍｍの範囲とするのがよい。このように曲率半径を小さくすることにより、平坦部Ａから弧状部Ｂの境界部が滑らかになり、固体電解質層７の剥離を有効に防止する上で有利となる。また、このような曲率半径とするために、この支持体２の厚み（２つの平坦部Ａの間隔）は２〜１０ｍｍの範囲にあることが望ましい。

（燃料極層５）
本発明において、燃料極層５は、電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質のサーメットから形成される。例えば、希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２或いはＣｅＯ_２と、Ｎｉ及び／またはＮｉＯとから形成される。

燃料極層５中の上記ＺｒＯ_２或いはＣｅＯ_２含量は、３５乃至６５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉ或いはＮｉＯ含量は、６５乃至３５体積％であるのがよい。さらに、この燃料極層５の開気孔率は、１５％以上、特に２０乃至４０％の範囲にあるのがよく、その厚みは、性能低下及び熱膨張差による剥離等を防止するため、１〜３０μｍであることが望ましい。

また、ＺｒＯ_２或いはＣｅＯ_２中に固溶している希土類元素としては、支持体２で使用する希土類酸化物に関して示したものと同様のものを例示することができるが、セルの分極値を低くするという点で、ＺｒＯ_２に対してはＹが３乃至１０モル％程度、ＣｅＯ_２に対してはＳｍが５〜２０モル％程度固溶しているものが好ましい。

さらに、この燃料極層５は、少なくとも酸素極層９に対面する位置に存在していればよい。即ち、図１の例では、支持体２の一方側の平坦部Ａから他方の平坦部Ａまで延びており、インターコネクタ１３の両端まで延びているが、一方側の平坦部Ａにのみ形成されていてもよいし、更には支持体２の全周にわたって燃料極層５を形成することも可能である。

尚、図示されていないが、必要により、上記の燃料極層５上に拡散抑制層を設け、このような拡散抑制層を燃料極層５と固体電解質層７との間に介在させることもできる。この拡散抑制層は、燃料極層５や支持体２からの固体電解質層７への元素拡散を抑制し、絶縁層形成による性能低下を回避するためのものであり、Ｌａが固溶したＣｅＯ_２、又はＣｅが固溶したＬａ_２Ｏ_３、あるいはそれらの混合体（これらを元素拡散防止用複合酸化物と呼ぶ）から形成される。さらに、元素拡散を遮断または抑制する効果を高めるために、他の希土類元素の酸化物が、この反応防止層に含有されていてもよい。この希土類元素としては、Ｓｃ，Ｙ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕを例示することができる。

また、このような拡散抑制層は、固体電解質層７と共に、インターコネクタ１３の両端部まで延びていることが好ましい。これにより、支持体２や燃料極層５から固体電解質層７への元素拡散を確実に防止することができるからである。

（固体電解質層７）
固体電解質層７は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有すると同時に、燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有していることが必要である。従って、この層７の形成に用いる固体電解質としては、このような特性を備えている緻密質なセラミックス、例えば、３〜１５モル％の希土類元素が固溶した安定化ＺｒＯ_２を用いるのが好ましい。この安定化ＺｒＯ_２中の希土類元素としては、Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕを例示することができるが、安価であるという点で、Ｙ，Ｙｂが好適である。

さらには、ＬａとＧａを含むペロブスカイト型ランタンガレート系複合酸化物も固体電解質として使用することができる。この複合酸化物は、高い酸素イオン伝導性を有するものであり、これを固体電解質として使用することにより、高い発電効率を得ることができる。このランタンガレート系複合酸化物は、ＡサイトにＬａおよびＳｒ、ＢサイトにＧａおよびＭｇを有するものであり、例えば下記一般式：
（Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘ）（Ｇａ_１−ｙＭｇ_ｙ）Ｏ_３
式中、ｘは、０＜ｘ＜０．３の数であり、
ｙは、０＜ｙ＜０．３の数である、
で表される組成を有していることが望ましい。このような組成の複合酸化物を固体電解質として使用することによっても、高い発電性能を発揮させることができる。

このような固体電解質層７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％以上であることが望ましい。

また、本発明の燃料電池セルにおいては、図３の縦断面図に示されているように（図３において、下側がガス導入側であり、上側がガス排出側である）、固体電解質層７のガス導入側の端部（燃料ガスの流れ方向上流側端部）７ａの厚みが薄く、ガス排出側の端部（燃料ガスの流れ方向下流側端部）７ｂの厚みが厚くなるように、厚みに勾配が形成されていることが重要である。

既に述べたように、導電性支持体２のガス通路２ａに水素を含む燃料ガスを流すことにより発電が行われるが、このガス導入側から順次水素ガスが消費されていくため、この流れ方向に沿って燃料ガス中の水素ガス濃度は低下していく。従って、発電効率を高めるように、前述したイオン伝導性等の特性に優れた固体電解質材料を使用するほど、水素ガスの消費量が増大していく。このため、固体電解質層７の厚みが全体として均一に設定されていると、ガス排出側では、燃料ガス中の水素濃度が著しく低下してしまい、燃料枯れの問題を生じてしまう。即ち、導電性支持体２や燃料極層５には、導電性を付与するために、Ｎｉ等の導体成分が含まれており、通常の状態では、これらは燃料ガス中の水素により還元されるため、金属単体の状態で存在している。例えば、ＮｉＯ等の酸化物を用いて導電性支持体２や燃料極層５を作製したときにも、これらは発電或いは発電前の前処理による燃料ガスの導入時に水素によって還元され、Ｎｉ等の金属単体の状態で存在している。しかるに、上記のように燃料枯れ（水素濃度の著しい低下）を生じると、これらの導体成分が酸化されてしまうこととなる。このことから理解されるように、ガス導入側では、水素の還元作用により導体成分が金属単体の状態で存在しているが、ガス排出側では、導体成分の酸化が進行し、導体成分の体積がガス導入側に比して増大してしまい、この結果、セルの破損を招いてしまうのである。

しかるに本発明によれば、ガス導入側の端部７ａでの厚みが薄く、ガス排出側の端部７ｂでの厚みが厚くなるように、固体電解質層７の厚みに勾配を形成することにより、上記のような燃料枯れに起因するセルの破損を有効に防止することができる。即ち、本発明では、燃料ガスの導入側では、固体電解質層７の厚みが薄く、その抵抗が低いため、燃料ガスの消費量（水素消費量）が多いが、燃料側ガスの排出側では、固体電解質層７の厚みが厚く形成されているため、その抵抗が大きく、燃料ガスの消費量（水素消費量）が少なくなる。従って、燃料ガス導入側から排出側に流れるにしたがって燃料ガス中の水素濃度は低下するが、燃料ガスの排出側では、水素ガスの消費量が少なくなり、この結果、ガス排出側での燃料ガス中の水素濃度の低下が抑制され、この領域での水素ガスを適当な範囲に保持することができ、燃料枯れを回避し、燃料枯れによるセルの破損を有効に防止できるのである。

本発明において、上記のような固体電解質層７の厚みの勾配は、例えば図３（ａ）で示されているように連続的にテーパー状に固体電解質層７の厚みをガス排出側に向かって厚く形成してもよいし、図３（ｂ）で示されるように、ガス排出側に向かって段階的に厚みが厚くなるように固体電解質層７を形成することもできる。

また、図３（ａ）のように、テーパー状で固体電解質層７の厚みに勾配を持たせる場合には、セルスタックとしたときの接合性を考慮して、固体電解質層７上に形成される酸素極層９の外面が、支持体２の平坦部Ａと平行となるように形成すること、即ち、ガス導入側において酸素極層９の厚みが厚く、ガス排出側において、酸素極層９の厚みが薄くなるように、酸素極層９もテーパー状に形成することもできる。

さらに、図３（ｂ）のように、段階的に固体電解質層７の厚みに勾配を持たせる場合、酸素極層９の厚みを均一に設定し、酸素極層９の外面に段差が形成されるようにしてもよいし、酸素極層９の厚みを段階的に変化させ、酸素極層９の外面が、支持体２の平坦部Ａと平行となるようにすることも可能である。また、図３（ｂ）において、厚みは３段階で変化しているが、それよりも多段で厚みに変化を持たせることもできるし、２段階で厚みを変化させることもできる。

本発明においては、上記のように固体電解質層７の厚みに勾配が形成されるが、特にガス排出側端部７ｂでの固体電解質層の厚みを５０μｍ以下、特に２５μｍ以下とすることが、適度な発電能力を確保する上で好ましい。即ち、この厚みが過度に厚いと、この領域での固体電解質層７の抵抗が大きくなってしまい、ガス排出側での発電効率が大きく低下してしまい、出力低下を生じてしまうからである。

また、上記のような固体電解質層７の厚み勾配は、ガス導入側端部７ａでの厚みとガス排出側端部での厚みとの差が５μｍ以上となるようなものであることが、燃料枯れを有効に抑制する上で好ましい。この勾配があまり小さいと、ガス排出側での燃料ガス中の水素濃度の低下が大きくなり、燃料枯れ防止効果が希薄となるからである。

さらに、ガス導入側端部７ａでの固体電解質層の厚みを１０μm以上とすることが好ましい。この厚みが、あまり薄いと、燃料ガスのリークを生じてしまうおそれがあるからである。

（酸素極層９）
固体電解質層７に形成される酸素極層９は、前述した電極反応を生じせしめるものであり、図１に示されているように、固体電解質層７を間に挟んで、前述した燃料極層５と対面するような位置に配置されている。即ち、少なくとも支持体２の一方の平坦部Ａ上に位置する部分に配置される。

かかる酸素極層９は、所謂ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物の焼結体粒子からなる。このようなペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属型ペロブスカイト酸化物、特にＡサイトにＬａを有するＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物の少なくとも一種が好適であり、６００〜１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高く、酸素イオンに対して優れた表面拡散機能と体積拡散機能とを示すという点から、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３系酸化物（以下、Ｌａ−Ｓｒ−Ｃｏ系複合酸化物と呼ぶことがある）、例えば下記一般式：
Ｌａ_ｙＳｒ_１−ｙＣｏ_ＺＦｅ_１−ＺＯ_３
式中、ｙは、０．５≦ｙ≦０．７の数であり、
ｚは、０．２≦ｚ≦０．８の数である、
で表される組成を有する複合酸化物が特に好適である。

また、このような酸素極層９は、ガス透過性を有していなければならず、従って、上記の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乃至５０％の範囲にあることが望ましい。また、酸素極層９の厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが望ましい。

また、上記の酸素極層９は、固体電解質層７上に形成してもよいが、固体電解質層７上に反応防止層（図示せず）を設け、このような反応防止層を介して酸素極層９を固体電解質層７に積層することもできる。このような反応防止層は、酸素極層９から固体電解質層７への元素拡散を遮断するためのものであり、元素拡散防止機能を有する酸化物の焼結体から形成される。このような反応防止層用酸化物としては、例えば、構成元素としてＣｅを含有する酸化物を例示することができ、特にＣｅＯ_２に希土類元素酸化物が固溶したＣｅ系複合酸化物が高い元素拡散遮断性に加えて、酸素イオン導電性及び電子伝導性に優れているという点で、好適に使用される。また、かかる希土類元素酸化物としては、前述した種々の希土類元素の酸化物であってよいが、特にＳｍ酸化物であることが好ましい。例えば、ＣｅＯ_２にＳｍ_２Ｏ_３が固溶した複合酸化物であって、特に下記一般式：
（ＣｅＯ_２）_１−ｘ（ＳｍＯ_３／２）_ｘ
式中、ｘは、０＜ｘ≦０．３、特に０．１≦ｘ≦０．２の数である、
で表される組成を有するＣｅ系複合酸化物が、高い元素拡散遮断性に加えて、酸素イオン導電性及び電子伝導性に優れているという点で、反応防止層形成用材料として最も好適である。即ち、上記一般式のモル組成を満足するようなＣｅ系複合酸化物（ＳＤＣ複合酸化物）を用いて反応防止層を形成することにより、固体電解質層７との界面での電極反応を阻害させたり或いは電極間抵抗を増大することなく、酸素極層９から固体電解質層７への元素拡散を有効に遮断することが可能となる。このような反応防止層は、所定の元素拡散遮断機能を示し且つ電極反応を阻害しないため、一般に、相対密度が８０％以上の比較的緻密な焼結体で形成され、且つその厚みは、３乃至１０μｍ程度であるのがよい。

（インターコネクタ１３）
上記の酸素極層９に対面する位置において、支持体２上の平坦部Ａに設けられているインターコネクタ１３は、導電性セラミックスからなるが、燃料ガス（水素）及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、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が使用される。また、支持体２の内部を通る燃料ガス及び支持体２の外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好適である。

かかるインターコネクタ１３の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、１０〜２００μｍであることが望ましい。即ち、この範囲よりも厚みが薄いと、ガスのリークを生じやすく、またこの範囲よりも厚みが大きいと、電気抵抗が大きく、電位降下により集電機能が低下してしまうおそれがあるからである。

また、このインターコネクタ１３は、支持体２の他方の平坦部Ａ上に直接設けることもできるが、例えば、Ｙ_２Ｏ_３などからなる接合層（図１，２において１５で示す）を介して支持体２上に形成することもできる。また、先に述べたように、燃料極層５を支持体２の全周にわたって設けた場合には、このインターコネクタ１３は、燃料極層５を間に挟んで支持体２上に形成されることとなる。

さらに、インターコネクタ１３の外面（上面）には、Ｐ型半導体層１７を設けることが好ましい。即ち、この燃料電池セルから組み立てられるセルスタック（図４参照）では、インターコネクタ１３には、導電性の集電部材２０が接続されるが、集電部材２０を直接インターコネクタ１３に直接接続すると、非オーム接触により、電位降下が大きくなってしまい、集電性能が低下してしまう。しかるに、集電部材２０を、Ｐ型半導体層１７を介してインターコネクタ１３に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となり、例えば、一方の燃料電池セル１ａの酸素極層９からの電流を、他方の燃料電池セル１ｂの支持体２に効率良く伝達できる。

上記のようなＰ型半導体としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物を例示することができる。
具体的には、インターコネクタ１３を構成するＬａＣｒＯ_３系酸化物よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、ＢサイトにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどが存在するＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物などの少なくとも一種からなるＰ型半導体セラミックスを使用することができる。このようなＰ型半導体層１５の厚みは、一般に、３０乃至１００μｍの範囲にあることが好ましい。

上述した構造の本発明の燃料電池セルは、柱状の導電性支持体２を燃料極体に置き換えることができる。即ち、燃料極層５を形成する材料を用いて上記の導電性支持体２に相当する支持体を形成することもでき、この場合には、燃料極体が燃料極層として機能するため、このような柱状の燃料極体の側面に、燃料極層５を介在させることなく、上述した厚み分布を有する固体電解質層７を形成し、さらにその上に、必要により反応防止層を介して酸素極層９が形成されることとなる。

（燃料電池セルの製造）
上述した構造を有する燃料電池セルは、固体電解質層７の厚みに勾配を形成することを除けば、それ自体公知の方法で製造することができるが、特に以下に述べる同時焼成法を利用することが好適である。（以下の製造方法は、図１〜３に示した構造の燃料電池セルを例にとって説明したものである。）

例えば、前述した導電性支持体２を形成するための混合粉末（即ち、鉄族金属もしくはその酸化物粉末と希土類酸化物粉末との混合粉末）に、有機バインダーと、溶媒、及び必要によりメチルセルロース等の分散剤とを混合してスラリーを調製し、このスラリーを押出成形して、ガス通過孔を有する柱状の導電性支持体用成形体を作製し、これを乾燥、脱脂する。乾燥条件は、８０℃〜１５０℃の温度範囲で、２時間以上乾燥することが望ましい。さらに、乾燥後に、８００〜１１００℃の温度域で仮焼する。

また、上記導電性支持体用成形体を作製するにあたって、用いる混合粉末は、鉄族金属もしくは鉄族金属酸化物の粉末（以下、導体粉末と呼ぶ）と希土類酸化物粉末とを所定の体積比で混合したものであるが、特に希土類酸化物粉末としては、平均粒径が０．３〜１．０μｍの微細粉末と平均粒径が２．５〜４．５μｍの粗粉末とを併用することが好ましく、例えば、上記混合粉末中の導体粉末含量を３５〜６５体積％とし、希土類酸化物の微細粉末含量を１．５〜１３体積％とし、希土類酸化物の粗粉末含量を２２〜６３．５体積％とすることが好ましい。即ち、希土類酸化物の微粉末と粗粉末とを使用することにより、後述する同時焼成時における収縮開始温度を、固体電解質用シートの収縮開始温度と整合させ、特に支持体２と固体電解質層７との焼成収縮差を低減でき、同時焼成時における固体電解質層７の剥離や固体電解質層７でのクラックの発生等を有効に抑制できるからである。

また、上記の導電性支持体用成形体は、その横断面における弧状部の曲率半径Ｒを５ｍｍ以下に設定しておくのがよい。これにより、得られる導電性支持体２の平坦部Ａから弧状部Ｂにかけての境界領域が滑らかになり、固体電解質層７の剥離を有効に防止することができるからである。

上記のように導電性支持体用成形体を仮焼した後、所定の燃料極形成用粉末（例えばＮｉ及び／又はＮｉＯ粉末と希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉末との混合粉末）を、所定の有機バインダー及び溶媒と混合してスラリーを調製し、このスラリーを、導電性支持体用成形体の仮焼体の所定面に塗布し、前記燃料極層用のコーティング層を形成する。この塗布は、例えばメッシュ製版を用い、コーティング層の厚みが１〜３０μｍ程度となるように行われ、塗布後、８０〜１５０℃の温度で乾燥する。

一方、上記とは別個に固体電解質層用のシート（以下、固体電解質シートと呼ぶ）を作製する。即ち、Ｙを含有したＺｒＯ_２（ＹＳＺ）などの固体電解質粉末を、有機バインダー及びトルエン等の溶媒と混合して成形用スラリーを調製し、このスラリーを用いて、前述したような厚み勾配を有する固体電解質シートを成形する。厚み勾配の成形は、所定の型を用いての押出し成形により行うことができるが、均一な厚みのシートを作製した後、研削等の機械的処理により、厚み勾配を形成することも可能である。さらには、任意の方法で成形された一定厚みの固体電解質シートを、位置をずらしながら順次積層していくことにより、段階的に厚みを変化させることができ、例えば図３（ｂ）の如き固体電解質層７を形成することができる。

また、本発明においては、固体電解質層７の剥離或いはクラックの発生を抑制するために、後述する実施例で述べる手段によって測定される引張伸度が１０乃至３０ｍｍ、特に１２乃至２５ｍｍとなるように、固体電解シートを成形することが好ましい。このような引張伸度の固体電解質シートを用いるときには、以下の同時焼成時において、導電性支持体用成形体（仮焼体）の焼成収縮に固体電解質シートが追随し、特に導電性支持体２の弧状部Ｂからの固体電解質層７の剥離を有効に防止することができる。（尚、上記の引張伸度は、乾燥による溶媒除去後の値である。）

尚、上記のような引張伸度を有する固体電解質シートを作製するためには、例えば成形用スラリーの調製に用いる有機バインダーとして、（メタ）アクリル酸もしくは（メタ）アクリル酸メチル等の（メタ）アクリル酸エステルを重合して得られるアクリル系樹脂が使用され、さらに可塑剤、例えばフタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチルなどのフタル酸系の可塑剤をスラリー中に混合しておくことが好ましく、これにより、固体電解質シートの引張伸度を調整することができる。例えば、固体電解質粉末当り、アクリル系樹脂を１２〜１８重量％、特に１３〜１７重量％の量で使用し、且つ可塑剤を１．０〜３．２重量％、特に１．５〜２．７重量％の量で使用して成形用スラリーを調製するのがよい。

次いで、燃料極層形成用粉末（例えばＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との混合粉末）に有機バインダーと溶媒とを混合して調製されたスラリーを用いて、燃料極層用シートを作製し、この燃料極層用シートを、上記の固体電解質シートの一方の面に積層し、これを、前述した支持体用成形体（仮焼体）の所定位置に燃料極層シートが対面するように巻き付け、乾燥する。尚、上記の燃料極層用のスラリー中に支持体用成形体を浸漬させて燃料極層用のコーティング層を形成し、このコーティング層上に固体電解質シートを積層することもできる。また、支持体用成形体の仮焼は、上記のような固体電解質シートを巻きつけた後に行うこともできる。さらに、固体電解質シートの巻き付けは、燃料極形成用粉末を含有するスラリーなどの密着液を間に介在させて行なうことにより、上記支持体用成形体に密着させることができる。

さらに、上記の支持体用成形体の表面に、前述した元素拡散防止用複合酸化物を含むスラリーを塗布して元素拡散防止層用のコーティング層を形成しておき、このコーティング層に燃料極層用のコーティング層が対面するように、上記の固体電解質シートを積層することもできる。

この後、例えば、ＬａＣｒＯ_３系材料などのインターコネクタ用粉末を、有機バインダー及び溶媒に混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いて常法に従ってインターコネクタ用シートを作製し、このシートを、上記の固体電解質シートが巻かれた支持体用成形体の露出面に積層することにより、支持体用成形体の一部の面に燃料極層用コーティング層及び固体電解質シートが積層され、さらに残りの一部の面にインターコネクタ用シートが積層された積層成形体を作製する。さらに、必要により、この積層成形体の固体電解質シートの表面（特に支持体成形体の平坦部Ａに対面する領域）に、前述したＳＤＣ複合酸化物などの反応防止層用酸化物を含むスラリーを用いて、反応防止層用のシートを積層し或いは反応防止層用コーティング層を形成しておくこともできる。

次いで上記の積層成形体について、脱バインダー処理のための熱処理を行なった後、酸素含有雰囲気中で１３００〜１６００℃で同時焼成することにより、導電性支持体２上に燃料極層５及び固体電解質層７が積層され、さらに所定位置にインターコネクタ１３が積層され、必要により元素拡散防止層や反応防止層を備えた焼結構造体を得ることができる。このような焼結構造体においては、導電性支持体２の焼成収縮開始温度が固体電解質層７の焼成収縮開始温度に近似しており、しかも固体電解質層７（固体電解質シート）が導電性支持体２の焼成収縮に追随するように焼成収縮するため、固体電解質層７の剥離やクラックの発生（特に導電性支持体２の弧状部Ｂの部分において）が有効に抑制されている。

さらに、上記で得られた焼結構造体の固体電解質層７上（或いは反応防止層上）に、ＬａＦｅＯ_３系酸化物粉末などを溶媒に分散させた酸素極層用の塗布液をスプレー噴霧して（或いはディッピングし）酸素極層用コーティング層を形成し、さらに同様にして、ＬａＦｅＯ_３系酸化物粉末などを溶媒に分散させたペーストをインターコネクタ１３の外面に塗布し、１０００〜１３００℃で焼き付けることにより、酸素極層９及びＰ型半導体層１７を備えた本発明の燃料電池セルを得ることができる。尚、得られた燃料電池セルは、酸素含有雰囲気での焼成により、支持体２などに含まれる導体成分がＮｉＯなどの酸化物となっているが、このような酸化物は、燃料ガスを供給しての還元処理や発電によって還元されることになる。

（セルスタック）
セルスタックは、図４に示すように、上述した燃料電池セル１が複数集合して、上下に隣接する一方の燃料電池１ａと他方の燃料電池１ｂとの間に、金属フェルト及び／又は金属板からなる集電部材２０を介在させ、両者を互いに直列に接続することにより構成されている。即ち、一方の燃料電池１ａの支持体２は、インターコネクタ１３、Ｐ型半導体層１７、集電部材２０を介して、他方の燃料電池１ｂの酸素極層１１に電気的に接続されている。また、このようなセルスタックは、図３に示すように、隣接して配置されており、隣接するセルスタック同士は、導電部材２２によって直列に接続されている。

即ち、発電に供される燃料電池は、図４のセルスタックを、収納容器内に収容して構成される。この収納容器には、外部から水素等の燃料ガスを燃料電池１に導入する導入管、及び空気等の酸素含有ガスを燃料電池セル１の外部空間に導入するための導入管が設けられており、燃料電池セルが所定温度（例えば、６００乃至９００℃）に加熱されることにより発電し、余剰の燃料ガス、酸素含有ガスは、燃焼して収納容器外に排出される。

本発明を次の実験例で説明する。
尚、以下の例において、平均粒径は、レーザー回折散乱法による体積基準径（Ｄ_５０）を意味する。

（実験例１）
先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、表１に示す平均粒径のＹ_２Ｏ_３微細粉末及び表１に示す平均粒径のＹ_２Ｏ_３粗粉末とを、表１に示す体積比で混合し、さらにポリビニルアルコール（バインダー）及びメチルセルロース（分散剤）と、水（溶媒）を加えてスラリーを調製し、このスラリーを用いての押出し成形により、表１に示す曲率半径Ｒの弧状部を備えた横断面を有し、且つ内部にガス通路を有する柱状の導電性支持体用成形体を得た。その後、室温及び１３０℃での強制乾燥を行い、１０００℃での脱脂・仮焼を行った。

次に、平均粒径が１．０μｍの８ＹＳＺ（８ｍｏｌ％のＹ_２Ｏ_３を添加した安定化ＺｒＯ_２）を、アクリル系樹脂（バインダー）、トルエン（溶媒）、可塑剤（フタル酸ジブチル；ＤＢＰ）及び分散剤（メチルセルロース）と混合してスラリーを調製し、押出成形法により固体電解質シートを作成した。このとき、有機バインダー及び可塑剤の添加比率（８ＹＳＺ１００重量部当りの量）は、表１に示すように変更した。また、押出成形は、焼成後においてガス流れ方向上流側端部及び下流側端部の厚みが表１に示す厚み勾配を有するように、固体電解質シートにテーパー状の傾斜面が形成されるように行った。

上記で作成された固体電解質シートについては、乾燥して溶媒を除去したときの引張伸度を、下記の方法で測定し、その結果を表１に示した。
引張伸度：
固体電解質シートを、チャック間距離５０ｍｍ、引っ張り速度５００ｍｍ／ｍｉｎにて引っ張った際のシート切断時までの伸びを引張伸度とした。

また、平均粒径１μｍのＹＳＺ粉末と、平均粒径０．５μｍのＮｉ粉末と、有機バインダー（アクリル系バインダー）と、溶媒（トルエン）とを混合してスラリー（燃料極層形成用スラリー）を調製し、これを用いて平均厚み１０〜１５μｍになるようにメッシュ製版を用いて、固体電解質シート表面に印刷し、乾燥した。その後、密着液（燃料極層形成用スラリー）を介して支持体成形体に巻き付け、１０００℃、２ｈｒの条件で仮焼した。

上記のようにして仮焼を行なった後、平均粒径１μｍのＳｍ_２Ｏ_３粉末と、平均粒径１μｍのＣｅＯ_２粉末と、アクリル系バインダーと、トルエンとを混合してスラリーを調製し、これを用いて平均厚み１０〜２０μｍになるように、上記仮焼処理した支持体の固体電解質シート上に印刷し、乾燥し、反応防止層用のコーティング層を形成した。

さらに、ＬａＣｒＯ_３粉末と、アクリル系バインダー、トルエン、可塑剤（ＤＢＰ）、分散剤（脂肪酸系分散剤）とを所定量添加し、ドクターブレード法等により厚さ５０μｍのインターコネクタ用シートを作製した。このインターコネクタ用シートを、上記の仮焼処理された支持体用成形体の露出面の平坦部に積層して、燃料極層用コーティング層、固体電解質シート、反応防止層用コーティング層、及びインターコネクタ用シートが積層された積層成形体を作製した。

上記の積層成形体を脱バインダー処理し、大気中で１４８５℃で２時間、同時焼成を行ない、導電性支持体上の一方の平坦部に燃料極層、固体電解質層及び反応防止層が積層され、他方の平坦部にはインターコネクタが積層された焼結構造体を得た。

また、ＬａＦｅＯ_３粉末を溶媒（イソプロパノール）と混合して塗布液を調製し、これを噴霧スプレー法により、上記の焼結構造体の反応防止層上に塗布して、酸素極層コーティング層を形成した。その後、大気中で１１５０℃で加熱処理することで、厚みが１００μｍの酸素極層を反応防止層上に形成し、図１、２に示した高さが１５０ｍｍであり、導電性支持体の厚み（平坦部間隔）が３．２ｍｍで、表１に示す曲率半径の弧状部を有する楕円柱状の燃料電池セルを作製した（試料Ｎｏ．１〜１３）。

作製した燃料電池セルについて、導電性支持体の弧状部における固体電解質層でのクラック及び剥離の有無をマイクロスコープで確認した。また、支持体の内部のガス通路に内圧が２気圧のＨｅガスを導入し、燃料電池セルの表面、特に弧状部でのガス漏れの有無を確認した。これらの結果を表１に示した。

また、作製した燃料電池セルを発電評価治具に設置し、８５０℃でセルの酸素極層側に空気を、導電性支持体のガス通路に水素を流し、発電試験を行った。このときの発電特性を確認した。

さらに、燃料利用率が７０％となるような条件で１００時間発電させ、発電後のセルの支持体について燃料枯れによるクラックの有無を、マイクロスコープで確認した。これらの測定結果を表１に示す。

表１から、本発明の試料Ｎｏ．３〜１３では、ガス流路方向に固体電解質層の厚みが連続的に変化しており、ガス流路の下流側の端部での固体電解質層の厚みが５０μｍ以下、ガス流路上流側の端部での固体電解質厚みが１０μm以上であると、弧状部でのクラック等の破損やガス漏れもなく、且つ発電後のセルの支持体にクラックの発生は見られなかった。一方、本発明の範囲外である試料Ｎｏ．１，２は、固体電解質の厚みが均一であるため、支持体から固体電解質層が広範囲で剥離し、さらに発電後のセルの支持体にクラックの発生が見られた。

本発明の燃料電池セルの横断面図。本発明の燃料電池セルの斜視図。本発明の燃料電池セルの縦断面（図２のＸ−Ｘ断面）の例を示す図。本発明の燃料電池を用いて形成されたセルスタックを示す概略横断面図。

符号の説明

１：燃料電池セル
２：導電性支持体
２ａ：燃料ガス通路
５：燃料極層
７：固体電解質層
９：酸素極層
１３：インターコネクタ

Claims

高さ方向に延びている燃料ガス通路を内部に有する柱状の導電性支持体を有し、該導電性支持体の側面に、燃料極層と固体電解質層と酸素極層とからなる発電部が形成されている燃料電池セルにおいて、
前記固体電解質層は、前記高さ方向における一方側の端部での厚みよりも他方側の端部での厚みが厚くなるように、前記高さ方向に沿って厚みが連続的もしくは段階的に変化していることを特徴とする燃料電池セル。
高さ方向に延びている燃料ガス通路を内部に有する柱状の燃料極体を有し、該導電性支持体の側面に、固体電解質層と酸素極層とが形成されて発電部が構成されている燃料電池セルにおいて、
前記固体電解質層は、前記高さ方向における一方側の端部での厚みよりも他方側の端部での厚みが厚くなるように、前記高さ方向に沿って厚みが連続的もしくは段階的に変化していることを特徴とする燃料電池セル。
前記固体電解質層は、前記他方側端部での厚みが５０μｍ以下である請求項１または２に記載の燃料電池セル。
前記固体電解質層は、前記他方側端部での厚みと前記一方側端部での厚みとの差が５μｍ以上である請求項１乃至３の何れかに記載の燃料電池セル。
前記固体電解質層は、前記一方側端部での厚みが１０μm以上である請求項１乃至４の何れかに記載の燃料電池セル。
前記導電性支持体または燃料極体は、その高さ方向に垂直な横断面が、互いに平行なフラットな面の両端に弧状部を有する形状となっており、該弧状部の曲率半径Ｒが５ｍｍ以下である請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料電池セル。
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の燃料電池セルの複数が直列に接続されてなるセルスタックが収納容器内に収納されてなり、各燃料電池セルは、前記固体電解質層の厚みの薄い側の端部が、燃料ガス通路に供給される燃料ガスの流れ方向の上流側に位置し、且つ固体電解質層の厚みの厚い側の端部が下流側に位置するように配置されていることを特徴とする燃料電池。