JP2012178257A

JP2012178257A - 燃料電池用多孔質導電性支持体および固体酸化物形燃料電池セル

Info

Publication number: JP2012178257A
Application number: JP2011040083A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Mori; 悠森; Tetsuaki Ozaki; 哲明尾崎; Shoji Yamashita; 祥二山下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-09-13

Abstract

【課題】安価で入手が容易なＴｉＯ_２を用いた燃料電池用多孔質導電性支持体および固体酸化物形燃料電池セルを提供する。
【解決手段】ＮｉとＴｉＯ_２とからなるとともに、Ｎｉが４０〜６０体積％、ＴｉＯ_２が６０〜４０体積％の体積比を有することを特徴とする燃料電池用多孔質導電性支持体１であり、このような燃料電池用多孔質導電性支持体１に、燃料極層３、固体電解質層４、空気極層６を順次積層してなる固体酸化物形燃料電池セルである。希土類元素を用いない燃料電池用多孔質導電性支持体１を安価に容易に得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用多孔質導電性支持体および固体酸化物形燃料電池セルに関する。

近年、次世代エネルギーとして、固体酸化物形燃料電池セルを電気的に直列に複数個接続してなる燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収容した燃料電池装置が種々提案されている。

このような固体酸化物形燃料電池セルとして、互いに平行な一対の平坦面を有し、内部に燃料ガスを流通させるための燃料ガス流路を有するとともに、Ｎｉを含有してなる導電性支持体の一方側の平坦面上に、燃料極層、固体電解質層、空気極層を順に積層し、他方側の平坦面上にインターコネクタを積層してなる固体酸化物形燃料電池セルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

そして、このような固体酸化物形燃料電池セルの導電性支持体は、ＮｉとＹ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物を含有するものであった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１１６２８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された導電性支持体は、Ｙ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物を含有しており、希土類元素は産出国が限定されており、入手が困難となりつつあり、またコストが高く、さらには、導電性支持体は、固体酸化物形燃料電池セルの中でも大きな体積割合を占めるため、希土類元素が大量に必要であり、近年では、希土類元素を使用しない他の代替材料が要求されていた。

本発明は、安価で入手が容易なＴｉＯ_２を用いた燃料電池用多孔質導電性支持体および固体酸化物形燃料電池セルを提供することを目的とする。

本発明の燃料電池用多孔質導電性支持体は、ＮｉとＴｉＯ_２とからなるとともに、Ｎｉが４０〜６０体積％、ＴｉＯ_２が６０〜４０体積％の体積比を有することを特徴とする。

本発明の固体酸化物形燃料電池セルは、多孔質導電性支持体に、燃料極層、固体電解質層、空気極層を順次積層してなる燃料電池セルであって、前記多孔質導電性支持体が、ＮｉとＴｉＯ_２とからなるとともに、Ｎｉが４０〜６０体積％、ＴｉＯ_２が６０〜４０体積％の体積比を有することを特徴とする。

本発明の燃料電池用導電性支持体は、従来の希土類元素酸化物を用いることなく、安価で容易に入手できるＴｉＯ_２を用いるため、安価な導電性支持体を得ることができる。また、ＮｉとＴｉＯ_２とからなるとともに、Ｎｉが４０〜６０体積％、ＴｉＯ_２が６０〜４０体積％の体積比を有するため、所望の導電率と気孔率を有することができ、従来のＮｉとＹ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物を含有する導電性支持体よりも、固体電解質層の熱膨張
係数に近づけることが可能となる。このような導電性支持体を用いた固体酸化物形燃料電池セルは、安価で良好な発電特性を有することができる。

固体酸化物形燃料電池セルを示す横断面図である。燃料電池セルスタック装置の一例を示し、（ａ）は燃料電池セルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）の燃料電池セルスタック装置の破線で囲った部分の一部を拡大した断面図である。燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。燃料電池装置の一部を省略して示す斜視図である。多孔質導電性支持体のＸ線回折測定結果を示す図である。開気孔率と焼成温度との関係を示すグラフである。

図１は、本発明の固体酸化物形燃料電池セル（以下、燃料電池セルと略す場合がある）の一例を示すものであり、（ａ）はその横断面図である。なお、図１において、燃料電池セル１０の一部を拡大して示している。

この燃料電池セル１０は、中空平板型の燃料電池セル１０で、断面が扁平状で、全体的に見て楕円柱状をした燃料電池用多孔質導電性支持体（以下、単に導電性支持体ということがある）１を備えている。この導電性支持体１の内部には、適当な間隔で複数の燃料ガス流路２が長手方向（紙面に対して垂直方向）に形成されており、燃料電池セル１０は、この導電性支持体１上に各種の部材が設けられた構造を有している。

導電性支持体１は、図１に示されている形状から理解されるように、互いに平行な一対の平坦面ｎと、一対の平坦面ｎをそれぞれ接続する弧状面（側面）ｍとで構成されている。平坦面ｎの両面は互いにほぼ平行に形成されており、一方の平坦面ｎ（下面）と両側の弧状面ｍを覆うように多孔質な燃料極層３が設けられており、さらに、この燃料極層３を覆うように、緻密質な固体電解質層４が積層されている。また、固体電解質層４の上には、中間層５を介して、燃料極層３と対面するように、多孔質な空気極層６が積層されている。また、燃料極層３および固体電解質層４が積層されていない他方の平坦面ｎ（上面）には、密着層７を介してインターコネクタ８が形成されている。

すなち、燃料極層３および固体電解質層４は、両端の弧状面ｍを経由して他方の平坦面ｎ（上面）まで形成されており、ＺｒＯ_２系焼結体からなる固体電解質層４の両端部に、ＬａＣｒＯ_３系焼結体からなるインターコネクタ８の両端部が中間層９を介して接合され、固体電解質層４とインターコネクタ８とで導電性支持体１を取り囲み、内部を流通する燃料ガスが外部に漏出しないように構成されている。

言い換えると、平面形状が矩形状のインターコネクタ８が導電性支持体１の長さ方向上端から下端まで形成されており、その左右両側端部が、固体電解質層４の開口した両端部の表面に、中間層９を介して接合している。

燃料電池セル１０は、燃料極層３と空気極層６とが固体電解質層４を介して対面している部分が電極として機能して発電する。即ち、空気極層６の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ導電性支持体１内の燃料ガス流路２に燃料ガス（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発電する。そして、かかる発電によって生成した電流は、導電性支持体１に取り付けられているインターコネクタ８を介して集電される。

以下に、本発明の燃料電池セル１０を構成する各部材について説明する。

導電性支持体１は、燃料ガスを燃料極層３まで透過させるためにガス透過性であること、インターコネクタ８を介して集電を行うために導電性であることが要求されることから、ＮｉとＴｉＯ_２とからなるとともに、Ｎｉが４０〜６０体積％、ＴｉＯ_２が６０〜４０体積％の組成とされている。導電性支持体１の熱膨張係数を、ジルコニア系電解質、ランタンガレード系電解質、セリア系電解質等の固体電解質層４の熱膨張係数（１０．６×１０^−６／Ｋ程度）に近づけるという観点から、Ｎｉが４５〜５５体積％、ＴｉＯ_２が５５〜４５体積％であることが望ましい。

また、導電性支持体１のＸ線回折測定によるピークは、ＮｉによるピークとＴｉＯ_２によるピークからなるもので、他のピークは実質的に存在していない。

また、Ｎｉは平均粒径０．２〜５μｍ、ＴｉＯ_２は平均粒径０．３〜１０μｍとされている。ＴｉＯ_２は不純物が２％以下の高純度のＴｉＯ_２が安価に市販されているため、これを用いることができる。ＴｉＯ_２は微粉が市販されているため、このような微粉のＴｉＯ_２原料を用いることにより、導電性支持体１の強度を向上できる。

また、導電性支持体１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１５％以上、特に３０％以上、さらには３５〜５０％の範囲にあることが好ましい。また、導電性支持体１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。

なお、導電性支持体１の平坦面ｎの長さ（導電性支持体１の幅方向の長さ）は、通常、１５〜３５ｍｍ、弧状面ｍの長さ（弧の長さ）は、２〜８ｍｍであり、導電性支持体１の厚み（平坦面ｎ間の厚み）は１．５〜５ｍｍであることが好ましい。導電性支持体１の長さは、１００〜１５０ｍｍとされている。

このような導電性支持体１は、希土類元素酸化物を用いることなく、容易に入手できるＴｉＯ_２を用いるため、安価な導電性支持体１を得ることができる。また、ＮｉとＴｉＯ_２とからなるとともに、Ｎｉが４０〜６０体積％、ＴｉＯ_２が６０〜４０体積％の組成を有するため、所望の導電率と気孔を有することができ、従来のＮｉとＹ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物を含有する導電性支持体とほぼ同等の特性を有することができる。

また、導電性支持体１の熱膨張係数を、従来のＮｉとＹ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物を含有する導電性支持体よりも、固体電解質層４の熱膨張係数（１０．６×１０^−６／Ｋ程度）に近づけることが可能となる。これにより、導電性支持体１と固体電解質層４との間の熱膨張差による剥離等を抑制することができる。

燃料極層３は、電極反応を生じさせるものであり、それ自体公知の多孔質の導電性セラミックスにより形成することが好ましい。例えば、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２または希土類元素が固溶したＣｅＯ_２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。なお、希土類元素としては、Ｙ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｇｄ、Ｓｍ等を用いることができ、例えばＹが固溶したＺｒＯ_２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。

燃料極層３中の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２または希土類元素が固溶しているＣｅＯ_２の含有量は、３５〜６５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉあるいはＮｉＯの含有量は、６５〜３５体積％であるのが好ましい。さらに、この燃料極層３の開気孔率は、１５％以上、特に２０〜４０％の範囲にあるのが好ましく、その厚みは、１〜３０μｍであるのが好ましい。

また、図１の例では、燃料極層３が、密着層７の両サイドにまで延びているが、空気極層６に対面する位置に形成されていればよいため、例えば空気極層６が設けられている側の平坦面ｎにのみ燃料極層３が形成されていてもよい。すなわち、燃料極層３は平坦面ｎにのみ設けられ、固体電解質層４が燃料極層３上、導電性支持体１の両弧状面ｍ上および燃料極層３が形成されていない他方の平坦面ｎ上に形成された構造をしたものであってもよい。

固体電解質層４は、３〜１５モル％のＹ、Ｓｃ、Ｙｂ等の希土類元素を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ_２からなる緻密質なセラミックスを用いるのが好ましい。また、希土類元素としては、安価であるという点からＹが好ましい。さらに、固体電解質層４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％以上の緻密質であることが望ましく、かつその厚みが５〜５０μｍであることが好ましい。

なお、固体電解質層４と後述する空気極層６との間に、固体電解質層４と空気極層６との接合を強固とするとともに、固体電解質層４の成分と空気極層６の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で反応防止層５を備えることもでき、図１に示した燃料電池セル１０においては反応防止層５を備えた例を示している。

ここで、反応防止層５としては、ＣｅとＣｅ以外の他の希土類元素とを含有する組成にて形成することができ、例えば、（ＣｅＯ_２）_１−ｘ（ＲＥＯ_１．５）_ｘ（式中、ＲＥはＳｍ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄの少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満足する数）で表される組成を有していることが好ましい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、ＲＥとしてＳｍやＧｄを用いることが好ましく、例えば１０〜２０モル％のＳｍＯ_１．５またはＧｄＯ_１．５が固溶したＣｅＯ_２からなることが好ましい。

空気極層６としては、いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスにより形成することが好ましい。かかるペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＳｒとＬａが共存するＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物の少なくとも１種が好ましく、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＣｏＯ_３系酸化物が特に好ましい。なお、上記ペロブスカイト型酸化物においては、Ｂサイトに、ＣｏとともにＦｅやＭｎが存在しても良い。

また、空気極層６は、ガス透過性を有する必要があり、従って、空気極層６を形成する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３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。さらに、空気極層６の厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが好ましい。

また、導電性支持体１の空気極層６側と反対側の平坦面ｎ上には、密着層７を介してインターコネクタ８が積層されている。

インターコネクタ８としては、導電性セラミックスにより形成されている。燃料ガス（水素含有ガス）およ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、耐還元性、耐酸化性を有す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、特に導電性支持体１および固体電解質層４の熱膨張係数に近づける目的から、ＢサイトにＭｇが存在するＬａＣｒＭｇＯ_３系酸化物が用いられる。

また、インターコネクタ８の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、１０〜５０μｍであることが好ましい。この範囲ならばガスのリークを防止できるとともに、電気抵抗を小さくできる。

さらに、導電性支持体１とインターコネクタ８との間には、インターコネクタ８と導電性支持体１との間の熱膨張係数差を軽減する等のために密着層７が形成されている。

このような密着層７としては、燃料極層３と類似した組成とすることができる。例えば、希土類酸化物、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２、希土類元素が固溶したＣｅＯ_２のうち少なくとも１種と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。より具体的には、例えばＹ_２Ｏ_３とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成や、Ｙが固溶したＺｒＯ_２（ＹＳＺ）とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成、Ｙ、Ｓｍ、Ｇｄ等が固溶したＣｅＯ_２とＮｉおよび／またはＮｉＯからなる組成から形成することができる。なお、希土類元素酸化物や希土類元素が固溶したＺｒＯ_２（ＣｅＯ_２）と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとは、体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲とすることが好ましい。

以上説明した本発明の燃料電池セル１０の作製方法の一例について説明する。

先ず、例えば、Ｎｉおよび／またはＮｉＯ粉末と、ＴｉＯ_２粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合して坏土を調製し、この坏土を用いて押出成形により導電性支持体成形体を作製し、これを乾燥する。なお、導電性支持体成形体として、導電性支持体成形体を９００〜１０００℃にて２〜６時間仮焼した仮焼体を用いてもよい。

ＴｉＯ_２粉末としては、純度が９８％以上のものを用いることができる。これにより、含有する不純物の拡散と、他元素との反応に起因する長期使用時の機能低下を防止することができる。また、平均粒径としては、０．３〜１０μｍのものを使用できる。

次に、例えば所定の調合組成に従いＮｉＯ、Ｙ_２Ｏ_３が固溶したＺｒＯ_２（ＹＳＺ）の素原料を秤量、混合する。この後、混合した粉体に、有機バインダーおよび溶媒を混合して燃料極層用スラリーを調製する。

さらに、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉末に、トルエン、バインダー、市販の分散剤等を加えてスラリー化したものをドクターブレード等の方法により、７〜７５μｍの厚さに成形してシート状の固体電解質層成形体を作製する。得られたシート状の固体電解質層成形体上に燃料極層用スラリーを塗布して燃料極層成形体を形成し、この燃料極層成形体側の面を導電性支持体成形体に積層する。なお、燃料極層用スラリーを導電性支持体成形体の所定位置に塗布し乾燥して、固体電解質層成形体を導電性支持体成形体（燃料極層成形体）に積層しても良い。

続いて固体電解質層４と空気極層６との間に配置する反応防止層５を形成する。

例えば、ＧｄＯ_１．５が固溶したＣｅＯ_２粉末を８００〜９００℃にて２〜６時間、熱処理を行い、反応防止層成形体用の原料粉末を調整する。

そして、反応防止層成形体の原料粉末に、溶媒としてトルエンを添加し、反応防止層用スラリーを作製し、このスラリーを固体電解質層成形体上に塗布して反応防止層の塗布膜を形成し、成形体を作製する。なお、シート状の成形体を作製し、これを固体電解質層成形体上に積層してもよい。

続いて、インターコネクタ用材料（例えば、ＬａＣｒＭｇＯ_３系酸化物粉末）、有機バ
インダー及び溶媒を混合してスラリーを調製し、インターコネクタ用シートを作製する。

続いて、導電性支持体１とインターコネクタ８との間に位置する密着層成形体を形成する。例えば、Ｙが固溶したＺｒＯ_２とＮｉＯとが体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲となるように混合して乾燥し、有機バインダー等を加えて密着層用スラリーを調整し、導電性支持体成形体に塗布して密着層成形体を形成する。

この後、例えば、ＭｇＯを５０〜６８モル％と、Ｙ_２Ｏ_３を３０〜４７モル％と、Ｌａ_２Ｏ_３を３〜５モル％とからなる中間層形成材料、有機バインダー及び溶媒を混合してスラリーを調製し、このスラリーを、固体電解質層成形体の両端部に塗布して中間層成形体を作製し、この中間層成形体の上に、インターコネクタ用シートの端部を積層し、積層成形体を作製する。

次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、酸素含有雰囲気中、１４００℃〜１４５０℃にて２〜６時間、同時焼結（同時焼成）する。

さらに、空気極層用材料（例えば、ＬａＣｏＯ_３系酸化物粉末）、溶媒および増孔剤を含有するスラリーをディッピング等により反応防止層上に塗布し、１０００〜１３００℃で、２〜６時間焼き付けることにより、図１に示す構造の本発明の燃料電池セル１０を製造できる。なお、燃料電池セル１０は、その後、内部に水素ガスを流し、導電性支持体１および燃料極層３の還元処理を行なうのが好ましい。その際、たとえば７５０〜１０００℃にて５〜２０時間還元処理を行なうのが好ましい。

図２は、上述した燃料電池セル１０の複数個を、集電部材１３を介して電気的に直列に接続して構成される燃料電池セルスタック装置の一例を示したものであり、（ａ）は燃料電池セルスタック装置１１を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）の燃料電池セルスタック装置１１の一部拡大断面図であり、（ａ）で示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、（ｂ）において（ａ）で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示しており、（ｂ）で示す燃料電池セル１０においては、上述した反応防止層５等の一部の部材を省略して示している。

なお、燃料電池セルスタック装置１１においては、各燃料電池セル１０を集電部材１３を介して配列することで燃料電池セルスタック１２を構成しており、各燃料電池セル１０の下端部が、燃料電池セル１０に燃料ガスを供給するためのガスタンク１６に、ガラスシール材等の接着剤により固定されている。また、燃料電池セル１０の配列方向の両端から集電部材１３を介して燃料電池セルスタック１２を挟持するように、ガスタンク１６に下端部が固定された弾性変形可能な導電部材１４を具備している。

また、図２に示す導電部材１４においては、燃料電池セル１０の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、燃料電池セルスタック１２（燃料電池セル１０）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部１５が設けられている。

ここで、本発明の燃料電池セルスタック装置１１においては、上述した燃料電池セル１０を用いて、燃料電池セルスタック１２を構成することにより、長期信頼性が向上した燃料電池セルスタック装置１１とすることができる。

図３は、燃料電池セルスタック装置１１を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール１８の一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器１９の内部に、図２に示した燃料電池セルスタック装置１１を収納して構成されている。

なお、燃料電池セル１０にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器２０を燃料電池セルスタック１２の上方に配置している。そして、改質器２０で生成された燃料ガスは、ガス流通管２１を介してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６を介して燃料電池セル１０の内部に設けられたガス流路２に供給される。

なお、図３においては、収納容器１９の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されている燃料電池セルスタック装置１１および改質器２０を後方に取り出した状態を示している。図３に示した燃料電池モジュール１８においては、燃料電池セルスタック装置１１を、収納容器１９内にスライドして収納することが可能である。なお、燃料電池セルスタック装置１１は、改質器２０を含むものとしても良い。

また収納容器１９の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材２２は、図３においてはガスタンク１６に並置された燃料電池セルスタック１２の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル１０の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、燃料電池セル１０の下端部に酸素含有ガスを供給する。そして、燃料電池セル１０のガス流路より排出される燃料ガスを酸素含有ガスと反応させて燃料電池セル１０の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル１０の温度を上昇させることができ、燃料電池セルスタック装置１１の起動を早めることができる。また、燃料電池セル１０の上端部側にて、燃料電池セル１０のガス流路から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、燃料電池セル１０（燃料電池セルスタック１２）の上方に配置された改質器２０を温めることができる。それにより、改質器２０で効率よく改質反応を行うことができる。

さらに、本発明の燃料電池モジュール１８においても、上述した燃料電池セルスタック装置１１を収納容器１９内に収納してなることから、長期信頼性が向上した燃料電池モジュール１８とすることができる。

図４は、外装ケース内に図３で示した燃料電池モジュール１８と、燃料電池セルスタック装置１１を動作させるための補機とを収納してなる燃料電池装置の一例を示す斜視図である。なお、図４においては一部構成を省略して示している。

図４に示す燃料電池装置２３は、支柱２４と外装板２５とから構成される外装ケース内を仕切板２６により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール１８を収納するモジュール収納室２７とし、下方側を燃料電池モジュール１８を動作させるための補機類を収納する補機収納室２８として構成されている。なお、補機収納室２８に収納する補機類は省略して示している。

また、仕切板２６には、補機収納室２８の空気をモジュール収納室２７側に流すための空気流通口２９が設けられており、モジュール収納室２７を構成する外装板２５の一部に、モジュール収納室２７内の空気を排気するための排気口３０が設けられている。

以上、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

なお、上記形態では、中空平板型の固体電解質形燃料電池セルについて説明したが、円筒型の固体電解質形燃料電池セル、平板型であっても良く、燃料電池に用いられる多孔質導電性支持体であれば適用できる。

先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．６μｍ、純度が９９％のＴｉＯ_２粉末を混合し、有機バインダーと溶媒とで作製した坏土を押出成形法にて成形し、乾燥、脱脂して導電性支持体成形体を作製し、大気中において１４８０℃で焼成した。この後、得られた焼結体を８５０℃で１０時間還元処理を行った。

還元処理後の焼結体について、Ｘ線発光分光分析（ＩＣＰ）により各元素の定量分析を行い、ＮｉとＴｉＯ_２の体積比率を求め、表１に示した。

この還元処理後の焼結体について、Ｘ線回折測定により存在する結晶相を同定したところ、ＮｉとＴｉＯ_２からなる結晶相であった。図５に、試料Ｎｏ．２（Ｎｉ：ＴｉＯ_２＝５０：５０体積％）のＸ線回折測定結果を記載した。また、アルキメデス法により、焼結体中の開気孔率を測定し、焼成温度と開気孔率との関係を図６のグラフに表した。

また、それぞれの焼結体について、８５０℃と１０００℃において、ＪＩＳＲ１６１８−１９９４に準拠し、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、加重２０ｇｆの圧縮法により空気中で平均線膨張係数を測定し、表１に記載した。

試料Ｎｏ．４に従来のＮｉとＹ_２Ｏ_３（Ｎｉ：Ｙ_２Ｏ_３＝５０：５０体積％）とからなる組成の平均線膨張係数を記載した。

表１の結果より、試料Ｎｏ．１〜３では、従来のＮｉとＹ_２Ｏ_３からなる導電性支持体よりも（試料Ｎｏ．４）、固体電解質層の熱膨張係数（１０．６×１０^−６／Ｋ程度）に近づけることができることがわかる。また、図５より、試料Ｎｏ．１〜３では、多孔質導電性支持体のＸ線回折測定によるピークが、ＮｉによるピークとＴｉＯ_２によるピークからなることがわかる。さらに、図６より、試料Ｎｏ．１〜３では、大気中において１４８０℃で焼成した場合には、開気孔率が１８％程度であるが、８５０℃で１０時間還元処理後には、４０％程度となることがわかる。

１：燃料電池用多孔質導電性支持体
２：燃料ガス流路
３：燃料極層
４：固体電解質層
５：反応防止層
６：空気極層
８：インターコネクタ
９：中間層

Claims

ＮｉとＴｉＯ_２とからなるとともに、Ｎｉが４０〜６０体積％、ＴｉＯ_２が６０〜４０体積％の体積比を有することを特徴とする燃料電池用多孔質導電性支持体。
多孔質導電性支持体に、燃料極層、固体電解質層および空気極層を順次積層してなる燃料電池セルであって、前記多孔質導電性支持体が、ＮｉとＴｉＯ_２とからなるとともに、Ｎｉが４０〜６０体積％、ＴｉＯ_２が６０〜４０体積％の体積比を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル。
前記多孔質導電性支持体のＸ線回折測定によるピークが、ＮｉによるピークとＴｉＯ_２によるピークとからなることを特徴とする請求項２記載の固体酸化物形燃料電池セル。