JP2009245660A

JP2009245660A - 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法

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Publication number: JP2009245660A
Application number: JP2008088705A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Yoshikata; 邦聡芳片; Kazufumi Kotani; 和史小谷; Junko Watanabe; 純子渡邊
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP5369471B2

Abstract

【課題】支持基板上に複数のセルを配置可能であるとともに、機械的強度に優れた固体酸化物形燃料電池を提供する。
【解決手段】本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、絶縁性を有し、複数の第１の貫通孔及び少なくとも一つの第２の貫通孔が形成された緻密な支持基板と、前記各第１の貫通孔を塞ぐようにそれぞれ配置され、電解質を燃料極及び空気極で挟むことで構成された複数の単セルと、第２の貫通孔を通過し、支持基板の一方面に配置された単セルと、他方面に配置された単セルとを接続する少なくとも一つのインターコネクタと、を備え、各単セルは、前記電解質が前記第１の貫通孔を塞ぐように前記支持基板の一方面に配置され、電解質の一方面に一方の電極が配置されるとともに、第１の貫通孔を介して露出する電解質の他方面に他方の電極が配置されており、第２の貫通孔は前記インターコネクタによって塞がれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池及びその製造方法に関するものである。

燃料電池とは外部からの燃料供給と燃焼生成物の排気とを連続的に行いながら、燃料が酸化する際に発生する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる電池である。燃料電池の種類は電解質により分類され、電解質にイオン伝導性を持つ金属酸化物を用いたものを固体酸化物形燃料電池と呼んでいる。この固体酸化物形燃料電池としては、種々のものが提案されているが、例えば、特許文献１には、多孔質の円筒体の表面に、燃料極（アノード）、電解質、及び空気極（カソード）がこの順で積層された単セルを複数並べた、いわゆる横縞型の円筒形の固体酸化物形燃料電池が開示されている。この電池では、円筒体の表面に複数の単セルが配置されているので、高電圧、高出力化が可能である。
特許３１１０２３７号公報

ところで、上記電池では、支持体である円筒体が多孔質体で形成されているため、割れなどの損傷が生じるおそれがあり、機械的強度の観点からは問題があった。また、上記の電池は、円筒形であるが、支持基板によってセルを支持する平板型においても、多孔質基板を用いると同様の問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、支持基板上に複数のセルを配置可能であるとともに、機械的強度に優れた固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の第１の貫通孔及び少なくとも一つの第２の貫通孔が形成され、少なくとも表面が絶縁性を有する緻密な支持基板と、前記各第１の貫通孔を塞ぐようにそれぞれ配置され、電解質を燃料極及び空気極で挟むことで構成された複数の単セルと、前記第２の貫通孔を通過し、前記支持基板の一方面に配置された前記単セルと、他方面に配置された前記単セルとを接続する少なくとも一つのインターコネクタと、を備え、前記各単セルは、前記電解質が前記第１の貫通孔を塞ぐように前記支持基板の一方面に配置され、前記電解質の一方面に一方の電極が配置されるとともに、前記第１の貫通孔を介して露出する前記電解質の他方面に他方の電極が配置されており、前記第２の貫通孔は前記インターコネクタによって塞がれている。

この構成によれば、緻密な支持基板を用いているので、電池の機械的強度を向上することができる。また、次のようにして、複数の単セルを配置している。すなわち、支持基板に複数の第１の貫通孔を形成し、この貫通孔を塞ぐように単セルを形成している。このとき、支持基板の一方面には第１の貫通孔を塞ぐ電解質が配置されている。そして、一方の電極を電解質の一方面側に配置し、他方の電極を電解質の他方面側に配置している。さらに、支持基板に形成され第２の貫通孔を塞ぐようにインターコネクタを通過させ、支持基板の各面に配置された単セルを電気的に接続している。こうして、緻密な支持基板上に複数の単セルを形成して高出力化を図っている。なお、第１及び第２の貫通孔は、単セル、インターコネクタでそれぞれ塞がれているため、支持基板の一方面及び他方面間で、ガスが流通することはなく、支持基板を挟んで、燃料ガス、酸化剤ガスをそれぞれ供給することができる。

本発明でいう緻密な支持基板とは、少なくともガスが透過しない程度に緻密な支持基板をいい、例えば、金属基板を用いることができる。また、支持基板を絶縁性にするには、例えば、絶縁性の金属酸化物（セラミックス等）をそのまま用いたり、或いは導電性の金属で、表面に酸化被膜を形成したものを使用することができる。酸化被膜の形成方法としては、例えば、導電性金属を焼結して表面を酸化したり、或いは、絶縁膜をコーティングすることができる。

本発明は、電解質を燃料極及び空気極で挟むことで形成される単セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池の第１の製造方法であって、上記問題を解決するためになされたものであり、絶縁性の緻密な支持基板の一方面に所定間隔をおいて複数の電解質を形成するステップと、前記支持基板の一方面に、導電性の第１の接続片を形成するステップと、前記支持基板において前記電解質が配置されている各箇所に、第１の貫通孔を形成し、前記電解質を前記支持基板の他方面から露出させるステップと、前記支持基板において前記第１の接続片が配置されている各箇所に、第２の貫通孔を形成し、前記第１の接続片を前記支持基板の他方面から露出させるステップと、前記各電解質の一方面に、前記第１の接続片と接触する燃料極又は空気極のいずれか一方の電極を形成するステップと、前記第１の貫通孔から露出する前記各電解質の他方面に、他方の電極を形成するステップと、前記各第２の貫通孔から露出する前記各第１の接続片と、当該第１の接続片が接続されている単セルとは異なる単セルの他方の電極とを、導電性の第２の接続片を形成して接続することでインターコネクタを形成するステップと、を備えている。

本発明は、電解質を燃料極及び空気極で挟むことで形成される単セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池の第２の製造方法であって、上記問題を解決するためになされたものであり、導電性の緻密な支持基板の一方面に所定間隔をおいて複数の電解質を形成するステップと、前記支持基板の一方面に、前記電解質の少なくとも一部と接触する導電性の第１の接続片を形成するステップと、前記支持基板において、前記電解質が配置されている各箇所に、第１の貫通孔を形成し、前記電解質を前記支持基板の他方面から露出させるステップと、前記支持基板において前記第１の接続片と接触する部分を除去することで、第２の貫通孔を形成し、前記第１の接続片を前記支持基板の他方面から露出させるステップと、前記各電解質の一方面に、前記第１の接続片と接触する燃料極又は空気極のいずれか一方の電極を形成するステップと、前記支持基板の他方面、第１及び第２の貫通孔の内壁面に、絶縁膜をコーティングするステップと、前記第１の貫通孔から露出する前記各電解質の他方面に、他方の電極を形成するステップと、前記各第２の貫通孔から露出する前記各第１の接続片と、当該第１の接続片が接続されている単セルとは異なる単セルの他方の電極とを、導電性の第２の接続片を形成して接続することでインターコネクタを形成するステップと、を備えている。

本発明は、電解質を燃料極及び空気極で挟むことで形成される単セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池の第３の製造方法であって、少なくとも表面が絶縁性を有する緻密な支持基板に複数の第１及び第２の貫通孔を形成するステップと、前記各第１の貫通孔に対し、当該貫通孔を前記電解質で塞ぎ且つ同じ電極が同じ方向を向くように、前記単セルを嵌め込むステップと、前記基板の一方面及び他方面にそれぞれ露出する異極同士を、前記第２の貫通孔を通過するインターコネクタによって接続するステップと、を備え、前記各電解質は、前記基板の一方面における前記第１の貫通孔の周縁に接着されるとともに、いずれか一方の電極が前記第１の貫通孔を介して前記基板の他方面から露出するように配置されており、前記第２の貫通孔は、前記インターコネクタまたはシール材によって、埋められている。

上記のような本発明に係る固体酸化物形燃料電池の製造方法によれば、緻密な支持基板を用いているので、電池の機械的強度を向上することができる。また、緻密な支持基板を用いているが、第１の貫通孔を形成し、この貫通孔を介して支持基板の一方面と他方面にそれぞれ電極を露出させ、其々に、燃料ガスと酸化剤ガスを供給することができる。

本発明によれば、支持基板上に複数のセルを配置可能であるとともに、機械的強度を向上することができる。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の正面断面図（ａ）であり、図２は図１の固体酸化物形燃料電池の平面図（ｂ）である。

図１に示すように、この固体酸化物形燃料電池は、支持基板１上に複数の単セル２１〜２３が配置され、これらがインターコネクタ３１，３２で接続されている。ここでは、３個の単セル２１〜２３が配置されており、図１の左側から第１，第２，及び第３単セル２１〜２３と称することとする。また、第１及び第２単セル２１，２２を接続するインターコネクタを第１インターコネクタ３１、第２及び第３単セル２２，２３を接続するインターコネクタを第２インターコネクタ３２と称することとする。

支持基板１は、緻密な金属基板で形成されており、この基板１上には、所定間隔をおいて矩形状の第１貫通孔１１が複数形成されている。また、隣接する第１貫通孔１１の間には、インターコネクタ３１，３２が挿通される第２貫通孔１２がそれぞれ形成されており、各インターコネクタ３１，３２によって隣接する単セル２１〜２３同士が接続される。各単セル２１〜２３は、薄膜状の空気極４１〜４３、電解質５１〜５３、燃料極６１〜６３がこの順で積層されたものであり、支持基板１の上面には、各第１貫通孔１１を塞ぐように、矩形状の電解質５がそれぞれ配置されている。そして、各電解質５１〜５３の上面には、矩形状の燃料極６１〜６３が配置されている。また、各第１貫通孔１１から露出する電解質５１〜５３の下面には、空気極４１〜４３が配置されている。すなわち、各空気極４１〜４３は、第１貫通孔１１内に配置されている。

各インターコネクタ３１，３２は、隣接する単セルの燃料極と空気極とを接続するものである。例えば、第１及び第２単セル２１，２２間においては、第１インターコネクタ３１の一端部が、第１単セル２１の燃料極６１に接続され、第２貫通孔１２を通過して支持基板１の下面側に延び、他端部が第２単セル２２の空気極４２に接続されている。同様に、第２単セル２２の燃料極６２と第３単セル２３の空気極４３とが第２インターコネクタ３２によって接続されている。

続いて、上記燃料電池を構成する材料について説明する。支持基板１は、緻密な材料で構成されており、金属及び金属酸化物からなる材料で構成されていれば良い。例えば、金属材料としては、Ｆｅ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇを用いることができ、１種を単独で使用してもよいし、２種以上が合金化されていてもよい。例えば、ステンレス系耐熱材料などが使用でき、具体的には、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼を用いることができる。また、本実施形態では、絶縁性の支持基板１を用いているが、上記のような金属基板を絶縁性にするには、例えば、空気中で加熱することで表面を酸化させるという方法がある。その他、真空成膜法やゾルゲル法等により、金属表面にアルミナ等の絶縁性の被膜をコ−ティングにより形成することができる。なお、この支持基板１の厚さは、５０〜５０００μｍであることが好ましい。

電解質５１〜５３の材料としては、固体酸化物形燃料電池の電解質として公知のものを使用することができ、例えば、サマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物（ＧＤＣ）、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物（ＹＳＺ）などの酸素イオン伝導性セラミックス材料を用いることができる。

燃料極６１〜６３及び空気極４１〜４３は、セラミックス粉末材料により形成することができる。このとき用いられる粉末の平均粒径は、好ましくは１０ｎｍ〜１００μｍであり、さらに好ましくは５０ｎｍ〜５０μｍであり、特に好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍである。なお、平均粒径は、例えば、ＪＩＳＺ８９０１にしたがって計測することができる。

燃料極６１〜６３は、例えば、金属触媒と酸化物イオン導電体からなるセラミックス粉末材料との混合物を用いることができる。このとき用いられる金属触媒としては、ニッケル、鉄、コバルトや、貴金属（白金、ルテニウム、パラジウム等）等の還元性雰囲気中で安定で、水素酸化活性を有する材料を用いることができる。また、酸化物イオン導電体としては、蛍石型構造又はペロブスカイト型構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型構造を有するものとしては、例えばサマリウムやガドリニウム等をドープしたセリア系酸化物、スカンジウムやイットリウムを含むジルコニア系酸化物などを挙げることができる。また、ペロブスカイト型構造を有するものとしてはストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物を挙げることができる。上記材料の中では、酸化物イオン導電体とニッケルとの混合物で、燃料極を形成することが好ましい。なお、酸化物イオン導電体からなるセラミックス材料とニッケルとの混合形態は、物理的な混合形態であってもよいし、ニッケルへの粉末修飾またはセラミックス材料へのニッケル修飾などの形態であってもよい。また、上述したセラミックス材料は、１種類を単独で、或いは２種類以上を混合して使用することができる。また、燃料極６１〜６３は、金属触媒を単体で用いて構成することもできる。

空気極４１〜４３を形成するセラミックス粉末材料としては、例えば、ペロブスカイト型構造等を有するＣｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ又はＭｎ等からなる金属酸化物を用いることができる。具体的には（Ｓｍ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ_３，（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）Ｏ_３などの酸化物が挙げられ、好ましくは、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ_３である。上述したセラミックス材料は、１種を単独で、或いは２種以上を混合して使用することができる。

インターコネクタ３１，３２は、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，ステンレス系材料等の導電性金属材料，又はＬａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ_３，（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ_３，（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ_３などのランタン・クロマイト系等の導電性金属酸化物材料によって形成することができ、これらのうちの１種を単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。

上記電解質５１〜５３、燃料極６１〜６３、空気極４１〜４３、及びインターコネクタ３１，３２は、例えば、ウエットコ−ティング法或いは、ドライコーティング法によって形成することができる。ウエットコ−ティング法としては、スクリーン印刷法、電気泳動（ＥＰＤ）法、ドクターブレード法、スプレーコート法、インクジェット法、スピンコ−ト法、ディップコート法等が例示できる。その際、これら電解質、燃料極、空気極、及びインターコネクタは、ペースト状にする必要があり、上述した材料を主成分として、さらにバインダー樹脂、有機溶媒などが適量加えられることにより形成される。より詳細には、上記主成分とバインダー樹脂との混合において、上記主成分が５０〜９５重量％となるように、バインダー樹脂等を加えることが好ましい。また、ドライコーティング法としては、例えば蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、電気化学気相成長法、イオンビーム法、レーザーアブレーション法、大気圧プラズマ成膜法、減圧プラズマ成膜法等で形成することもできる。電解質５１〜５３の膜厚は、５〜５００μｍとなるように形成するが、１０〜１００μｍであることがさらに好ましい。また、燃料極６１〜６３、及び空気極４１〜４３の膜厚は、５〜１００μｍとなるように形成するが、５〜５０μｍであることがさらに好ましい。

次に上記のように構成された固体酸化物形燃料電池の製造方法について図面を参照しつつ説明する。図２及び図３は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池の製造方法を示す説明図である。

まず、絶縁性の支持基板１を準備し（図２（ａ））、その上面に複数の電解質５１〜５３を所定間隔をおいて形成する（図２（ｂ））。この場合、電解質ペーストを支持基板１の上面に所定間隔をおいて塗布し、その後、これを所定時間、乾燥・焼結して緻密な電解質５１〜５３を形成する。或いは、板状の電解質を貼り付けることもできる。次に、隣接する電解質５１〜５３の間に、インターコネクタ用ペーストを塗布した後、所定時間、乾燥・焼結して第１接続片３１１，３２１を形成する（図２（ｃ））。これにより、隣接する電解質同士が接続される。続いて、エッチングにより支持基板１の下面から貫通孔を形成する（図２（ｄ））。すなわち、各電解質５１〜５３と対応する位置に、これらよりやや小さい矩形状の第１貫通孔１１をそれぞれ形成する。同様に、各第１接続片３１１，３１２と対応するように、２つの第２貫通孔１２を接続する。これら貫通孔１１，１２により、電解質５１〜５３及び第１接続片３１１，３１２は、支持基板１の下面側に露出する。

次に、各電解質５１〜５３の上面に燃料極ペーストを塗布し、所定時間、乾燥・焼結することで、燃料極６１〜６３を形成する（図３（ａ））。このとき、燃料極ペーストは、電解質５１〜５３上で一方の第１接続片３１１、３２１と接触するように、塗布する。続いて、各第１貫通孔１１を介して、各電解質５１〜５３の下面に空気極ペーストを塗布し、所定時間、乾燥・焼結して空気極４１〜４３を形成する（図３（ｂ））。こうして、３つの単セル２１〜２３が完成する。これに続いて、支持基板１の下面側からインターコネクタ用ペーストを塗布する。このとき、ペーストを第２貫通孔１２内に充填し、さらに隣接する単セルの空気極に接触するように塗布する。例えば、第１及び第２単セル２１，２２の間においては、第２貫通孔１２に充填したペーストをさらに延ばし、第２単セル２２の空気極４２と接触するようにする。第２及び第３単セル２２，２３の接続についても同様である。その後、所定時間、乾燥・焼結して第２接続片３２１，３２２を形成する（図３（ｃ））。こうして、第１及び第２接続片が連結され、単セル２１〜２３間を接続するインターコネクタ３１，３２となる。以上の工程により、図１に示す固体酸化物形燃料電池が完成する。

上記のように構成された燃料電池は、次のように発電が行われる。まず、支持基板１の上面側に水素、又はメタン、エタンなどの炭化水素からなる燃料ガスを燃料極６１〜６３に供給する。これと同時に、支持基板１の下面側に、空気などの酸化剤ガスを空気極４１〜４３に供給する。支持基板１は緻密であり、また第１及び第２貫通孔１１，１２は、電解質５１〜５３及びインターコネクタ３１，３２でそれぞれ塞がれているので、支持基板１の上面及び下面の間でガスが流通することはない。こうして、燃料極６１〜６３及び空気極４１〜４３がそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスと接触するため、燃料極６１〜６３と空気極４１〜４３との間で、電解質５１〜５３を介した酸素イオン伝導が起こり、発電が行われる。

以上のように、上記実施形態によれば、緻密な支持基板１を用いているので、電池の機械的強度を向上することができる。また、第１貫通孔１１を形成し、これを塞ぐように単セル２１〜２３を配置しているため、貫通孔を介して支持基板の反対側を臨む電極にガスを供給することができる。したがって、支持基板１の上面と下面とでガスが流通することなく、各電極にガスを供給することができる。また、第２貫通孔１２を介して支持基板１の上面及び下面の電極をインターコネクタ３１，３２で接続しているので、支持基板１上に複数の単セルの配置が可能であり、高電圧、高出力化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、絶縁性の支持基板１を用いたが、導電性の基板を用い、製造工程において、この基板に絶縁膜をコーティングして絶縁することもできる。以下、この工程について図４を参照しつつ説明する。

導電性の金属基板を用いる場合であっても、図２（ａ）〜図２（ｄ）、図３（ａ）までは、上記実施形態と同様である。但し、エッチングにより第２貫通孔１２を形成するときは、絶縁のため、支持基板１において第１接続片３１１，３２１と接触する部分をすべて除去する必要がある。続いて、図４（ａ）に示すように、燃料極６１〜６３を形成した後、支持基板１の下面、及び各貫通孔１１，１２の内壁面をアルミナなどの絶縁層７でコーティングする。この後の工程は、図３と同様であり、空気極４１〜４３（図４（ｂ））、第２接続片３２１，３２２をそれぞれ形成すれば（図４（ｃ））、燃料電池が完成する。この例においては、導電性の金属基板を用いても、後の工程で絶縁膜７によるコーティングを行えば、絶縁性の支持基板１として用いることができる。これにより、支持基板１の上面及び下面間における電極同士の短絡を防止することができる。

また、上記実施形態では、電解質５１〜５３の上面に燃料極６１〜６３を形成し下面に空気極４１〜４３を形成しているが、これを逆にする、すなわち、電解質の上面に空気極を、下面に燃料極を形成することもできる。

さらに、図５に示すような方法で本発明に係る固体酸化物形燃料電池を形成することもできる。まず、図５（ａ）に示すように、絶縁性又は導電性の基板１を準備する。続いて、図５（ｂ）に示すように、この基板１に上述したのと同様の第１及び第２貫通孔１１，１２をエッチングにより複数個形成する。第１及び第２貫通孔１１，１２は、交互に並ぶように形成する。その後、導電性基板を用いている場合には、絶縁処理を行う。すなわち、焼結により基板表面を酸化したり、絶縁性の被膜をコーティングする。続いて、図５（ｃ）に示すような、燃料極を基板とする燃料極支持型の単セル２を複数個準備する。この単セルの材料及び製造方法は、上述したとおりである。このとき、電解質５及び燃料極６は同じ平面形状であるが、空気極４は、それよりも小さく且つ第１貫通孔１１よりも小さく形成しておく。

そして、図５（ｄ）に示すように、各単セル２を第１貫通孔１１を塞ぐように配置する。すなわち、空気極６が第１貫通孔１１を介して基板１の下面から露出するように配置する。これにより、各単セル２の燃料極６は基板１の上面側を向くように配置され、空気極４は下面を向くように配置される。このとき、電解質５の周縁を第１貫通孔１１の上面側の周縁に緻密な溶着材９によって接着する。このような溶着材９としては、例えば、銀や、金、白金、銅及びこれら金属を含む化合物等を用いることができる。これに続いて、図５（ｅ）に示すように、隣接する単セル２を、ワイヤ状のインターコネクタ３によって接続する。インターコネクタ３は、第２貫通孔１２に挿通され、隣接する単セル２の燃料極６と空気極４とを接続する。インターコネクタ３と各電極４，６とは、例えば、スポット溶接や接着固定用のセラミックスペーストにより接続される。最後に、第２貫通孔１２の内壁面とインターコネクタ３との間の隙間をシール材で埋めて、基板１の上面と下面との間を気密に仕切る。このような、製造方法であっても、上述したのと同様の効果を得ることができる。

なお、この方法では、インターコネクタは、ワイヤ以外に、メッシュなど種々のものを使用することができる。但し、第２貫通孔１２は上記のように気密に閉じられている必要があるため、シール材で埋めるほか、インターコネクタ３自体を第２貫通孔１２に充填して気密に閉じる必要がある。また、この方法で用いる単セルは、上記のように、燃料極支持型ではなく、電解質基板を用いる電解質支持型でもよい。すなわち、図６（ａ）に示すように、電解質支持型の単セル２を準備する。この単セル２は、電解質基板５の両面に燃料極６、及び空気極４がそれぞれ形成されたものであり、空気極４が第１貫通孔１１よりも小さくなっている。そして、図６（ｂ）に示すように、溶着材９によって、電解質５と第１貫通孔１１の周縁とを接着することで、単セル２を基板１に固定する。空気極４が第１貫通孔１１に嵌め込まれるのは、図５と同じである。この構成によっても、上記と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施形態を示す正面断面図及び平面図である。図１の固体酸化物形燃料電池の製造方法を示す図である。図１の固体酸化物形燃料電池の製造方法を示す図である。図１の固体酸化物形燃料電池の製造方法の他の例を示す図である。図１の固体酸化物形燃料電池の製造方法の他の例を示す図である。図１の固体酸化物形燃料電池の単セル及び正面断面図である。

符号の説明

１支持基板
１１第１貫通孔
１２第２貫通孔
２，２１〜２３単セル
３，３１、３２インターコネクタ
４，４１〜４３空気極
５，５１〜５３電解質
６，６１〜６３燃料極
７絶縁膜

Claims

複数の第１の貫通孔及び少なくとも一つの第２の貫通孔が形成された少なくとも表面が絶縁性を有する緻密な支持基板と、
前記各第１の貫通孔を塞ぐようにそれぞれ配置され、電解質を燃料極及び空気極で挟むことで構成された複数の単セルと、
前記第２の貫通孔を通過し、前記支持基板の一方面に配置された前記単セルと、他方面に配置された前記単セルとを接続する少なくとも一つのインターコネクタと、を備え、
前記各単セルは、前記電解質が前記第１の貫通孔を塞ぐように前記支持基板の一方面に配置され、前記電解質の一方面に一方の電極が配置されるとともに、前記第１の貫通孔を介して露出する前記電解質の他方面に他方の電極が配置されており、
前記第２の貫通孔は前記インターコネクタによって塞がれている、固体酸化物形燃料電池。
前記支持基板は、導電性の基板の表面に絶縁被膜が形成されている、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
電解質を燃料極及び空気極で挟むことで形成される単セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
絶縁性の緻密な支持基板の一方面に所定間隔をおいて複数の電解質を形成するステップと、
前記支持基板の一方面に、導電性の第１の接続片を形成するステップと、
前記支持基板において前記電解質が配置されている各箇所に、第１の貫通孔を形成し、前記電解質を前記支持基板の他方面から露出させるステップと、
前記支持基板において前記第１の接続片が配置されている各箇所に、第２の貫通孔を形成し、前記第１の接続片を前記支持基板の他方面から露出させるステップと、
前記各電解質の一方面に、前記第１の接続片と接触する燃料極又は空気極のいずれか一方の電極を形成するステップと、
前記第１の貫通孔から露出する前記各電解質の他方面に、他方の電極を形成するステップと、
前記各第２の貫通孔から露出する前記各第１の接続片と、当該第１の接続片が接続されている単セルとは異なる単セルの他方の電極とを、導電性の第２の接続片を形成して接続することでインターコネクタを形成するステップと、を備えている、固体酸化物形燃料電池の製造方法。
電解質を燃料極及び空気極で挟むことで形成される単セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
導電性の緻密な支持基板の一方面に所定間隔をおいて複数の電解質を形成するステップと、
前記支持基板の一方面に、前記電解質の少なくとも一部と接触する導電性の第１の接続片を形成するステップと、
前記支持基板において、前記電解質が配置されている各箇所に、第１の貫通孔を形成し、前記電解質を前記支持基板の他方面から露出させるステップと、
前記支持基板において前記第１の接続片と接触する部分を除去することで、第２の貫通孔を形成し、前記第１の接続片を前記支持基板の他方面から露出させるステップと、
前記各電解質の一方面に、前記第１の接続片と接触する燃料極又は空気極のいずれか一方の電極を形成するステップと、
前記支持基板の他方面、第１及び第２の貫通孔の内壁面に、絶縁膜をコーティングするステップと、
前記第１の貫通孔から露出する前記各電解質の他方面に、他方の電極を形成するステップと、
前記各第２の貫通孔から露出する前記各第１の接続片と、当該第１の接続片が接続されている単セルとは異なる単セルの他方の電極とを、導電性の第２の接続片を形成して接続することでインターコネクタを形成するステップと、を備えている、固体酸化物形燃料電池の製造方法。
電解質を燃料極及び空気極で挟むことで形成される単セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池の製造方法であって、
少なくとも表面が絶縁性を有する緻密な支持基板に複数の第１及び第２の貫通孔を形成するステップと、
前記各第１の貫通孔に対し、当該貫通孔を前記電解質で塞ぎ且つ同じ電極が同じ方向を向くように、前記単セルを嵌め込むステップと、
前記基板の一方面及び他方面にそれぞれ露出する異極同士を、前記第２の貫通孔を通過するインターコネクタによって接続するステップと、を備え、
前記各電解質は、前記基板の一方面における前記第１の貫通孔の周縁に接着されるとともに、いずれか一方の電極が前記第１の貫通孔を介して前記基板の他方面から露出するように配置されており
前記第２の貫通孔は、前記インターコネクタまたはシール材によって、埋められている、固体酸化物形燃料電池の製造方法。