JP2016095922A - 固体酸化物形燃料電池セル、及びその製造方法、製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多孔質支持体の寸法精度が低い場合でも均一な膜厚を得ることができ、効率的な固体酸化物形燃料電池セルの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、固体酸化物形燃料電池セル(16)の製造方法であって、多孔質支持体(97)を形成する支持体形成工程(S1)と、複数の発電素子を構成する機能層を多孔質支持体上に積層させ、形成する成膜工程と、機能層が形成された多孔質支持体を焼成する焼成工程(S12,S14)と、を有し、成膜工程は、成膜が不要な部分にマスキング層を形成し、マスキング層の上から第１の機能層形成用スラリーを接触させることにより、複数の発電素子の第１の機能層を同時に形成する面成膜工程(S4,S9)、及び第２の機能層形成用スラリーを液滴状にして噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により第２の機能層を形成するドット成膜工程(S13)を含むことを特徴としている。
【選択図】図９

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池セルに関し、特に、多孔質支持体上に複数の発電素子を形成し、これらの発電素子をインターコネクタにより接続した固体酸化物形燃料電池セル、及びその製造方法、製造装置に関する。

固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤ガス（空気、酸素等）を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。

特開２０１３−１７５３０５号公報（特許文献１）には、固体酸化物形燃料電池の製造方法が記載されている。ここに記載されている固体酸化物形燃料電池は、基体管上に、燃料極、固体電解質膜、及び空気極を備えた複数の発電素子が形成され、これらの発電素子がインターコネクタにより電気的に接続されたものである。この燃料電池の製造方法においては、基体管上に、燃料極がスクリーン印刷法により形成され、次いで、固体電解質膜、インターコネクタが順次スクリーン印刷法により形成される。このように各層が形成された基体管が、大気中で共焼結され、次に、焼結された固体電解質膜の上に、ディスペンサを用いて空気極が形成される。即ち、空気極を形成する材料の粉末が懸濁されたスラリーが、固体電解質膜及びインターコネクタ上に吐出され、空気極を形成すべき位置に空気極用スラリーの膜が成膜される。最後に、空気極が形成された基体管が、大気中で焼結される。

特開２０１３−１７５３０５号公報

しかしながら、特開２０１３−１７５３０５号公報記載の固体酸化物形燃料電池の製造方法においては、燃料極層等、各層の膜厚を十分に管理することができないという問題がある。即ち、燃料極層をスクリーン印刷法で基体管上に形成する場合、燃料極を形成すべき部分が切り抜かれたマスクを基体管に当接させ、その上に燃料極用のスラリーを供給し、供給されたスラリーがスキージにより基体管に塗りつけられる。しかしながら、円筒形の基体管に撓みがあると、基体管の各部においてスキージと基体管の間の隙間が異なることとなり、塗りつけられるスラリーの膜厚を均一にすることが困難になる。形成された燃料極層等の膜厚が不均一になると、気体の透過性、イオンの透過性にムラができるため、構成された燃料電池素子の性能が低下する。

また、基体管等の支持体は、一般に、押し出し成形等により形成された成形体を焼成した多孔質体であるため、高い寸法精度で形成することは困難である。支持体の寸法精度を確保するために支持体に機械加工を施すと、製造コストが著しく上昇するという問題がある。

一方、ディスペンサを使用してスラリーを吐出させ、これにより基体管等の支持体上に燃料極層等を形成した場合には、支持体に撓みがある場合でも、概ね均一な膜厚の燃料極層を形成することが可能になる。ところが、ディスペンサを使用したスラリーの塗布では、単位時間当たりに成膜可能な面積が非常に小さく、製造に膨大な時間を要するという問題がある。成膜時間を短縮するために、吐出させるスラリーの粘性を低下させた場合、多孔質体である支持体にスラリーが浸透してムラが発生すると共に、成膜が不要な部分にまでスラリーが浸透してしまうという問題がある。逆に、吐出させるスラリーの粘性を高くした場合、支持体へのスラリーの浸透は防止されるが、形成された燃料極層等の表面の平滑度が低下すると共に、付着されたスラリーの間に隙間ができ、気密性不良を生じる虞がある。

従って、本発明は、多孔質支持体の寸法精度が低い場合でも概ね均一な膜厚を得ることができると共に、効率的に製造することができる固体酸化物形燃料電池セル、及びその製造方法、製造装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、多孔質支持体上に複数の発電素子を形成し、これらの発電素子をインターコネクタにより接続した固体酸化物形燃料電池セルの製造方法であって、多孔質支持体を形成する支持体形成工程と、複数の発電素子を構成する機能層である燃料極層、電解質層、及び空気極層を多孔質支持体上に所定の順序で積層させ、形成する成膜工程と、この成膜工程により機能層が形成された多孔質支持体を加熱し、焼成する焼成工程と、を有し、成膜工程は、成膜が不要な部分にマスキング層を形成し、このマスキング層の上から機能層のうちの第１の機能層を形成するためのスラリーを接触させることにより、マスキング層のない部分に、複数の発電素子の第１の機能層を同時に形成する面成膜工程、及び機能層のうちの第２の機能層を形成するためのスラリーを、第２の機能層を形成すべき領域に液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により第２の機能層を形成するドット成膜工程を含むことを特徴としている。

このように構成された本発明においては、支持体形成工程において多孔質支持体を形成し、成膜工程において発電素子を構成する機能層が積層され、これが焼成工程において焼成される。成膜工程には、複数の発電素子の機能層を同時に形成する面成膜工程、及びドットの集積により機能層を形成するドット成膜工程が含まれる。

多孔質支持体に各機能層を形成する成膜方法として、支持体にマスクを当て、機能層を形成するスラリーを、スキージでマスクの開口部内に塗りつけるスクリーン印刷法が知られている。また、別の方法として、ジェットディスペンサーを使用して、支持体上の成膜すべき部分にスラリーの液滴を噴射し、液滴によるドットの集積により機能層を形成するドット成膜法が知られている。

しかしながら、一般に、機能層を形成する支持体には製造誤差があり、成膜の下地となる表面の平面性、直線性を確保することが困難である。従って、スキージでスラリーを塗布するスクリーン印刷法では、成膜する下地面とスキージの間の隙間を一定に維持することが困難であり、成膜された機能層の厚さが不均一になることが避けられず、製造された燃料電池セルの歩留まりが低下する。また、歩留まりを向上させるために、支持体の寸法精度を向上させるべく、支持体に機械加工を施すと、製造コストが著しく上昇してしまう。さらに、近年、燃料電池セルの小型化が望まれており、燃料電池セル上に形成する発電素子を小型化すると、成膜により形成される機能層に要求される寸法精度は益々高くなり、製造が困難になる。即ち、支持体上に小型の発電素子を複数形成するには、支持体上に順次積層される各機能層を正確に位置合わせする必要があり、形成される各機能層には高い位置精度が要求される。

一方、ドット成膜法では、液滴状のスラリーを噴射して成膜を行うため、形成される機能層は、下地面の精度の影響は受けにくい。しかしながら、ドット成膜法では、単位時間当たりに成膜可能な面積が非常に小さく、全ての機能層をドット成膜法により成膜すると、製造に要する時間が極めて長くなってしまう。また、時間当たりに成膜可能な面積を広くするために、噴射するスラリーの粘性を低くすると、多孔質の支持体内部にスラリーが浸透してしまい、成膜にムラができる。さらに、スラリーの粘性が低い場合には、十分な厚さの層を得るために同一部分に重ねてドット成膜を行う必要があり、却って成膜に要する時間が長くなる。また、支持体内部にスラリーが浸透すると、形成された層の大きさ及び位置精度が低下する。逆に、噴射するスラリーの粘性を高くすると、液滴により形成されたドットの痕が機能層に残ってしまい、機能層表面の平滑度が低下してしまう。表面の平滑度が低下すると、機能層各部で発生する発電反応にムラができ、電流集中等により発電反応が不安定になる。

上記のように構成された本発明の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法によれば、機能層を形成する成膜工程が、成膜が不要な部分にマスキング層を形成し、このマスキング層の上から機能層を形成するためのスラリーを接触させる面成膜工程、及びスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により機能層を形成するドット成膜工程の両方を含むので、多孔質支持体に製造誤差がある場合でも、安定した性能の燃料電池セルを短時間で製造することができる。

本発明において、好ましくは、多孔質支持体に隣接して形成される機能層は、面成膜工程により形成され、ドット成膜工程によって形成される機能層は、面成膜工程により形成された機能層に隣接して形成される。

このように構成された本発明によれば、多孔質支持体に隣接して形成される機能層が面成膜により形成されるので、ドット成膜の場合のように、多孔質支持体にスラリーが浸透して、ムラが発生したり、製造時間が増大するのを防止することができる。また、面成膜は、マスキング層を形成し、マスキング層の上からスラリーを接触させるので、多孔質支持体の平面性、直線性等が機能層の厚さに直接悪影響を与えることがなく、機能層の表面を平滑に形成することができる。また、面成膜により形成された機能層に隣接して、ドット成膜により機能層が形成されるので、ドット成膜により形成される機能層の位置精度を高くすることができると共に、ドット抜けやドット剥離防止することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、多孔質支持体に隣接して形成された機能層に接続されるように、インターコネクタを形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により第１インターコネクタ層を形成する第１インターコネクタ形成工程を有する。

このように構成された本発明によれば、第１インターコネクタ層がドット成膜により形成されるので、効率的に第１インターコネクタ層を形成することができる。即ち、第１インターコネクタ層は、機能層に比べ面積が小さいため、これを面成膜で実施したとすれば、マスキングを施す部分が多くなり、製造効率が低下する。また、所定の機能層同士を電気的に導通させるインターコネクタ層は、高い位置精度が要求されるが、このように位置精度が要求される微少な部分を残してマスキングを施すことは困難である。第１インターコネクタ層をドット成膜で形成することにより、位置精度を向上させることができる。

本発明において、好ましくは、多孔質支持体に隣接して形成された機能層に隣接して、電解質層が面成膜工程により形成される。
このように構成された本発明によれば、多孔質支持体に隣接した機能層及びこれに隣接した電解質層が面成膜工程により形成されるので、平滑性の低いドット成膜による機能層の上に機能層が形成されることがなく、隣接して形成される機能層に悪影響を与えることがない。また、多孔質支持体に隣接した機能層及び電解質層は、一般に面積が広いため、面成膜に必要なマスキング層の面積を小さくすることができ、効率的に燃料電池セルを製造することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、電解質層を形成する面成膜工程の後、第１インターコネクタ形成工程により形成された第１インターコネクタ層と接続される第２インターコネクタ層を、ドットの集積により形成する第２インターコネクタ形成工程を有する。

このように構成された本発明によれば、第１インターコネクタ層と接続される第２インターコネクタ層がドット成膜により形成されるので、小面積で、位置精度の要求される第２インターコネクタ層を効率的に製造することができる。

本発明において、好ましくは、電解質層を形成する面成膜工程の後、第２インターコネクタ形成工程を行う前に、電解質層を加熱して硬化させる仮焼成工程を行う。
面成膜により形成された電解質層は、下地にスラリーが浸透しにくく固着強度が低くなる。上記のように構成された本発明によれば、電解質層を面成膜した後、仮焼成工程が実施されるので、少量の収縮により固着力が高められ、電解質層の剥離や割れを防止することができる。

本発明において、好ましくは、仮焼成工程により硬化された電解質層に隣接するように、ドット成膜工程により最外層の機能層が形成される。
電解質層に隣接する最外層の機能層は、強度が必要であるため厚く形成する必要がある。上記のように構成された本発明によれば、最外層の機能層をドット成膜により形成するので、最外層を、熱収縮を吸収することができる形状に形成することができる。

また、本発明は、本発明の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法を実施するための製造システムであって、機能層を形成するためのスラリーを接触させることにより、機能層を形成する面成膜装置と、機能層を形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することにより機能層を形成するドット成膜装置と、機能層が形成された多孔質支持体を、加熱する加熱炉と、を有することを特徴としている。
さらに、本発明は、本発明の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法により製造された固体酸化物形燃料電池セルである。

本発明の固体酸化物形燃料電池セル、及びその製造方法、製造装置によれば、多孔質支持体の寸法精度が低い場合でも概ね均一な膜厚を得ることができると共に、効率的に製造することができる。

本発明の第１実施形態による固体酸化物形燃料電池セルが内蔵されている固体酸化物形燃料電池システムを示す全体構成図である。 本発明の第１実施形態による固体酸化物形燃料電池セルの収容容器の断面図である。 本発明の第１実施形態による固体酸化物形燃料電池セル全体を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による固体酸化物形燃料電池セルの多孔質支持体表面に形成された機能層を拡大して示した断面図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池セルの製造装置であるドット成膜装置全体を示す概略的な正面図である。 ドット成膜装置に備えられたジェットディスペンサの先端部を示す概略的な断面図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池セルの製造装置である面成膜装置全体を示す概略的な正面図である。 面成膜装置の作動手順を示すフローである。 本発明の第１実施形態による燃料電池セルの製造方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態による燃料電池セルにおいて、多孔質支持体上への機能層等の積層手順を示す模式図である。 第２焼成工程終了後の空気極層の表面状態を示す図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池セル各部の電子顕微鏡写真である。 本発明の第２実施形態による燃料電池セルの多孔質支持体表面に形成された機能層を拡大して示した断面図である。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態の固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ）を説明する。
まず、図１乃至図１２を参照して、本発明の第１実施形態による固体酸化物形燃料電池セルを説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による固体酸化物形燃料電池セルが内蔵されている固体酸化物形燃料電池システムを示す全体構成図である。この図１に示すように、固体酸化物形燃料電池システム１は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。

燃料電池モジュール２は、ハウジング６を備え、このハウジング６内部には、断熱材７を介して燃料電池セル収容容器８が配置されている。この燃料電池セル収容容器８内の内部には発電室１０が構成され、この発電室１０の中には複数の燃料電池セル１６（固体酸化物形燃料電池セル）が同心円状に配置されており、これらの燃料電池セル１６により、燃料ガスと酸化剤ガスである空気の発電反応が行われる。

各燃料電池セル１６の上端部には、排気集約室１８が取り付けられている。各燃料電池セル１６において発電反応に使用されずに残った残余の燃料（オフガス）は、上端部に取り付けられた排気集約室１８に集められ、この排気集約室１８の天井面に設けられた複数の噴出口から流出される。流出した燃料は、発電室１０内で発電に使用されずに残った空気により燃焼され、排気ガスが生成されるようになっている。

次に、補機ユニット４は、水道等の水供給源２４からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク２６と、この純水タンクから供給される水の流量を調整する水供給装置である水流量調整ユニット２８（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。また、補機ユニット４は、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された炭化水素系の原燃料ガスの流量を調整する燃料供給装置である燃料ブロア３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。

なお、燃料ブロア３８を通過した原燃料ガスは、燃料電池モジュール２内に配置された脱硫器３６と、熱交換器３４、電磁弁３５を介して燃料電池セル収容容器８の内部に導入される。脱硫器３６は、燃料電池セル収容容器８の周囲に環状に配置されており、原燃料ガスから硫黄を除去するようになっている。また、熱交換器３４は、脱硫器３６において温度上昇した高温の原燃料ガスが直接電磁弁３５に流入し、電磁弁３５が劣化されるのを防止するために設けられている。電磁弁３５は、燃料電池セル収容容器８内への原燃料ガスの供給を停止するために設けられている。

補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される空気の流量を調整する酸化剤ガス供給装置である空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）を備えている。

さらに、補機ユニット４には、燃料電池モジュール２からの排気ガスの熱を回収するための温水製造装置５０が備えられている。この温水製造装置５０には、水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュール２により発電された電力を外部に供給するための電力取出部（電力変換部）であるインバータ５４が接続されている。

次に、図２により、燃料電池セル収容容器８の内部構造を説明する。図２は燃料電池セル収容容器の断面図である。
図２に示すように、燃料電池セル収容容器８内の空間には、複数の燃料電池セル１６が同心円状に配列され、その周囲を取り囲むように燃料流路である燃料ガス供給流路２０、排ガス排出流路２１、酸化剤ガス供給流路２２が順に同心円状に形成されている。

まず、図２に示すように、燃料電池セル収容容器８は、概ね円筒状の密閉容器であり、その側面には、発電用の空気を供給する酸化剤ガス流入口である酸化剤ガス導入パイプ５６、及び排気ガスを排出する排ガス排出パイプ５８が接続されている。さらに、燃料電池セル収容容器８の上端面からは、排気集約室１８から流出した残余燃料に点火するための点火ヒーター６２が突出している。

図２に示すように、燃料電池セル収容容器８の内部には、燃料電池セル１６の周囲を取り囲むように、内側から順に、発電室構成部材である内側円筒部材６４、外側円筒部材６６、内側円筒容器６８、外側円筒容器７０が配置されている。上述した燃料ガス供給流路２０、排ガス排出流路２１、及び酸化剤ガス供給流路２２は、これらの円筒部材及び円筒容器の間に夫々構成される流路であり、隣り合う流路の間で熱交換が行われる。また、燃料電池セル収容容器８の下端側の開放空間は、燃料を各燃料電池セル１６に分散させる燃料ガス分散室７６の底面を構成する概ね円形の分散室底部材７２により塞がれている。

排ガス排出流路２１の下部には、燃焼触媒６０及びこれを加熱するためのシースヒーター６１が配置されている。
燃焼触媒６０は、排ガス排出パイプ５８よりも上方に、外側円筒部材６６の外周面と内側円筒容器６８の内周面の間の円環状の空間に充填された触媒である。排ガス排出流路２１を下降した排気ガスは、燃焼触媒６０を通過することにより一酸化炭素が除去され、排ガス排出パイプ５８から排出される。
シースヒーター６１は、燃焼触媒６０の下方の、外側円筒部材６６の外周面を取り囲むように取り付けられた電気ヒーターである。固体酸化物形燃料電池装置１の起動時において、シースヒーター６１に通電することにより、燃焼触媒６０が活性温度まで加熱される。

内側円筒容器６８の外周面と、外側円筒容器７０の内周面の間の円環状の空間は、酸化剤ガス供給流路２２として機能する。また、外側円筒容器７０の下部側面には、酸化剤ガス導入パイプ５６が接続されており、酸化剤ガス供給流路２２が酸化剤ガス導入パイプ５６に連通される。

第１固定部材６３と分散室底部材７２の間には、燃料ガス分散室７６が構成される。また、分散室底部材７２の中央には、バスバー８０（図２）を挿通させるための挿通管７２ａが設けられている。各燃料電池セル１６に電気的に接続されたバスバー８０は、この挿通管７２ａを通して燃料電池セル収容容器８の外部に引き出される。

内側円筒容器６８の天井面から垂下するように、発電用の空気を噴射するための、円形断面の酸化剤ガス噴射用パイプ７４が取り付けられている。この酸化剤ガス噴射用パイプ７４は、内側円筒容器６８の中心軸線上を鉛直方向に延び、その周囲の同心円上に各燃料電池セル１６が配置される。酸化剤ガス供給流路２２を介して供給された空気は、酸化剤ガス噴射用パイプ７４の先端から下方に噴射され、第１固定部材６３の上面に当たって、発電室１０内全体に広がる。

燃料ガス分散室７６は、第１固定部材６３と分散室底部材７２の間に構成される円筒形の気密性のあるチャンバーであり、その上面に各燃料電池セル１６が林立されている。第１固定部材６３の上面に取り付けられた各燃料電池セル１６は、その内側の燃料極が、燃料ガス分散室７６の内部と連通されている。各燃料電池セル１６の下端部は、第１固定部材６３の挿通穴を貫通して燃料ガス分散室７６の内部に突出し、各燃料電池セル１６は第１固定部材６３に、接着により固定されている。

図２に示すように、供給された燃料は、外側円筒部材６６の内周と中間円筒部材６５の外周の間の空間を一旦上昇した後、内側円筒部材６４の外周と中間円筒部材６５の内周の間の空間を下降し、複数の小穴６４ｂを通って燃料ガス分散室７６内に流入する。燃料ガス分散室７６に流入した燃料は、燃料ガス分散室７６の天井面（第１固定部材６３）に取り付けられた各燃料電池セル１６の燃料極に分配される。

さらに、燃料ガス分散室７６内に突出している各燃料電池セル１６の下端部は、燃料ガス分散室７６内でバスバー８０に電気的に接続され、挿通管７２ａを通して電力が外部に引き出される。バスバー８０は、燃料ガス分散室７６の内部において、各燃料電池セル１６に取り付けられた集電体８２と電気的に接続されている。また、バスバー８０は、燃料電池セル収容容器８の外部において、インバータ５４（図１）に接続される。なお、集電体８２は、排気集約室１８内に突出している各燃料電池セル１６の上端部にも取り付けられている。これら上端部及び下端部の集電体８２により、複数の燃料電池セル１６が電気的に並列に接続されると共に、並列に接続された複数組の燃料電池セル１６が電気的に直列に接続され、この直列接続の両端が夫々バスバー８０に接続される。

次に、排気集約室１８の構成を説明する。排気集約室１８は、各燃料電池セル１６の上端部に取り付けられたドーナツ型断面のチャンバーであり、この排気集約室１８の中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４が貫通して延びている。集約室１８の底面には複数の円形の挿通穴が設けられている。各挿通穴には燃料電池セル１６の上端部が夫々挿通されている。一方、排気集約室１８の天井面には、集約された燃料ガスを噴出させるための複数の噴出口が設けられている。発電に使用されずに残った燃料は、各燃料電池セル１６の上端から排気集約室１８内に流出し、排気集約室１８内で集約された燃料は各噴出口から流出し、そこで燃焼される。

次に、図２を参照して、燃料供給源３０から供給される原燃料ガスを改質するための構成について説明する。
まず、燃料ガス供給流路２０の下部には、水蒸気改質用の水を蒸発させるための蒸発部８６が設けられている。蒸発部８６は、外側円筒部材６６の下部内周に取り付けられたリング状の傾斜板８６ａ及び水供給パイプ８８から構成されている。傾斜板８６ａは、リング状に形成された金属の薄板であり、その外周縁が外側円筒部材６６の内壁面に取り付けられる。一方、傾斜板８６ａの内周縁は外周縁よりも上方に位置し、傾斜板８６ａの内周縁と、内側円筒部材６４の外壁面との間には隙間が設けられている。

水供給パイプ８８は内側円筒部材６４の下端から燃料ガス供給流路２０内に鉛直方向に延びるパイプであり、傾斜板８６ａの上面側に供給された水は、傾斜板８６ａの上面と外側円筒部材６６の内壁面の間に留まる。傾斜板８６ａの上面側に供給された水は、そこで蒸発され水蒸気が生成される。

また、蒸発部８６の下方には、原燃料ガスを燃料ガス供給流路２０内に導入するための燃料ガス導入部が設けられている。燃料ブロア３８から送られた原燃料ガスは、燃料ガス供給パイプ９０を介して燃料ガス供給流路２０に導入される。燃料ブロア３８から送られた原燃料ガスは、傾斜板８６ａの下側に導入され、傾斜板８６ａの傾斜により流路を絞られながら傾斜板８６ａの上側へ上昇する。傾斜板８６ａの上側へ上昇した原燃料ガスは、蒸発部８６で生成された水蒸気と共に上昇する。

燃料ガス供給流路２０内の蒸発部８６上方には、燃料ガス供給流路隔壁９２が設けられている。この燃料ガス供給流路隔壁９２の円周上には等間隔に複数の噴射口９２ａが設けられている。燃料ガス供給パイプ９０から導入された原燃料ガス及び蒸発部８６で生成された水蒸気は、一旦、燃料ガス供給流路隔壁９２の下側の空間に滞留した後、各噴射口９２ａを通って燃料ガス供給流路隔壁９２の上側の空間に噴射され、ここで十分に混合される。

さらに、中間円筒部材６５の内周と内側円筒部材６４の外周の間の、円環状の空間の上部には、改質部９４が設けられている。改質部９４は、内側円筒部材６４の外壁面に取り付けられた触媒保持板（図示せず）と、これにより保持された改質触媒９６によって構成されている。改質触媒９６に、燃料ガス供給流路隔壁９２の上側の空間で混合された原燃料ガス及び水蒸気が接触すると、改質部９４内においては、式（１）に示す水蒸気改質反応ＳＲが進行する。
Ｃ_mＨ_n＋ｘＨ₂Ｏ → aＣＯ₂＋ｂＣＯ＋ｃＨ₂ （１）

改質部９４において改質された燃料ガスは、中間円筒部材６５の内周と内側円筒部材６４の外周の間の空間を下方に流れ、燃料ガス分散室７６に流入して、各燃料電池セル１６に供給される。水蒸気改質反応ＳＲは吸熱反応であるが、反応に要する熱は、排気集約室１８から流出するオフガスの燃焼熱、及び各燃料電池セル１６において発生する発熱により供給される。

次に、図３及び図４を参照して、本発明の第１実施形態による燃料電池セルの構造を説明する。
図３は燃料電池セル全体を示す斜視図であり、図４は燃料電池セルの多孔質支持体表面に形成された機能層を拡大して示した断面図である。
図３に示すように、本実施形態の燃料電池セル１６（固体酸化物形燃料電池セル）は、固体酸化物を用いた円筒横縞型セルである。各燃料電池セル１６上には、複数の発電素子１６ａが横縞状に形成されており、これらが電気的に直列に接続されることにより１本の燃料電池セル１６が構成されている。各燃料電池セル１６は、その一端がアノード（陽極）、他端がカソード（陰極）となるように構成され、複数の燃料電池セル１６のうちの半数は上端がアノード、下端がカソードとなるように配置され、残りの半数は上端がカソード、下端がアノードとなるように配置されている。

図４に示すように、本実施形態の燃料電池セル１６は、円筒形の多孔質支持体９７と、その上に形成された３つの機能層である燃料極層９８、電解質層１００、及び空気極層１０１を有する。燃料電池セル１６には、多孔質支持体９７上に燃料極層９８、電解質層１００、及び空気極層１０１を順次形成することにより複数の発電素子１６ａが形成されている。各発電素子１６ａの燃料極層９８はアノードとして、空気極層１０１はカソードとして機能する。これらの各発電素子１６ａはインターコネクタ層１０２により電気的に直列に接続されている。本実施形態においては、１本の燃料電池セル１６上に１２個の発電素子１６ａが形成され、これらがインターコネクタ層１０２により接続されている。

具体的には、図４に示すように、各発電素子１６ａを構成する燃料極層９８の一方の端部、及び空気極層１０１の反対側の端部が延長されている。発電素子１６ａの陽極である燃料極層９８の延長された端部が、隣接して配置された発電素子１６ａの陰極である空気極層１０１の延長された端部とインターコネクタ層１０２により接続されている。

次に、多孔質支持体９７及び各機能層の構成を説明する。
多孔質支持体９７は、本実施形態においては、電気絶縁性材料であるフォルステライト粉末を主成分として、バインダーを添加した混合物を円筒形に押し出し成形し、焼結することにより形成されている。
燃料極層９８は、本実施形態においては、ＮｉＯ粉末及び１０ＹＳＺ（１０ｍｏｌ％Ｙ₂Ｏ₃−９０ｍｏｌ％ＺｒＯ₂）粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。

固体電解質層１００は、本実施形態においては、Ｌａ_0.9Ｓｒ_0.1Ｇａ_0.8Ｍｇ_0.2Ｏ₃の組成のＬＳＧＭ粉末により構成された薄膜である。この固体電解質層１００を介して酸化物イオンと水素又は一酸化炭素が反応することにより電気エネルギーが生成される。

空気極層１０１は、本実施形態においては、Ｌａ_0.6Ｓｒ_0.4Ｃｏ_0.8Ｆｅ_0.2Ｏ₃の組成のＬＳＣＦ粉末により構成された導電性の薄膜である。
インターコネクタ層１０２は、本実施形態においては、ＳＬＴ（ランタンドープストロンチウムチタネート）及びＬａ_1-xＳｒ_xＴｉ_1-y-zＮｂ_yＦｅ_zＯ₃（ＬＳＴＮＦ、0.1≦ｘ≦0.8、0.05≦ｙ≦0.2、0.2≦ｚ≦0.5）により構成された導電性の薄膜である。

次に、本発明の第１実施形態による燃料電池セルの製造装置を説明する。
まず、図５及び図６を参照して、機能層等を形成するドット成膜工程において使用されるドット成膜装置を説明する。図５はドット成膜装置全体を示す概略的な正面図であり、図６はドット成膜装置に備えられたジェットディスペンサの先端部を示す概略的な断面図である。

上述した各機能層は、各機能層を構成する材料の粉末を懸濁させたスラリーを多孔質支持体９７上に付着させ、これを焼成することにより形成されている。
ドット成膜装置１１０は、燃料電池セル１６の各製造工程において、インターコネクタ及び空気極層を夫々形成するための各スラリーを液滴状にして、ドット成膜すべき部分のみに選択的に、連続的に噴射するように構成されている。また、ドット成膜装置１１０は、所定の位置にインターコネクタ又は空気極層を形成するための位置出し機能を備えている。

図５に示すように、ドット成膜装置１１０は、台座１１２と、ドット成膜すべき多孔質支持体９７を回転させるモーター１１４と、多孔質支持体９７を回転可能に保持する固定治具１１６と、液滴を噴射するヘッド部１１８と、このヘッド部１１８を案内するガイドレール１２０と、を有する。

台座１１２には、モーター１１４及び固定治具１１６が設置されている。
固定治具１１６は、ドット成膜すべき多孔質支持体９７を回転可能に保持するように構成されている。即ち、固定治具１１６は、円筒形の多孔質支持体９７の両端に円錐形状の心押し棒１１６ａを夫々挿入することにより、多孔質支持体９７を両端から挟むようにして水平に保持する。各心押し棒１１６ａは水平な回転中心線Ａを中心に回転可能に構成されており、これにより保持された多孔質支持体９７は回転中心線Ａを中心に回転可能に保持される。モーター１１４は、各心押し棒１１６ａによって保持された多孔質支持体９７を、回転中心線Ａを中心に回転させるように構成されている。

ここで、円筒形の多孔質支持体９７を円錐形状の心押し棒１１６ａによって両側から挟んで支持することにより、多孔質支持体９７は、その中心軸線と心押し棒１１６ａの回転中心線Ａが一致するように保持される。しかしながら、多孔質支持体９７は製作誤差により完全な円筒形ではないため、実際には、回転中心線Ａと多孔質支持体９７の中心軸線は、僅かにずれている。

ヘッド部１１８は、スラリー等を液滴状にして噴射するジェットディスペンサー１２２と、このジェットディスペンサー１２２にスラリー等を供給するスラリー容器１２４と、ドット成膜すべき多孔質支持体９７を撮像するカメラ１２６と、を有する。
ガイドレール１２０は、ヘッド部１１８を、回転中心線Ａと平行に移動させるように構成されている。ドット成膜時においては、ジェットディスペンサー１２２から液滴状のスラリーを噴射させながら、多孔質支持体９７を回転させると共に、ヘッド部１１８をガイドレール１２０に沿って所定速度で送ることにより、多孔質支持体９７の周囲に帯状のスラリーの膜を形成することができる。

ジェットディスペンサー１２２は、図６に示すように、スラリー等を噴射するノズル部１２８と、噴射を制御する噴射アクチュエータ１２９と、を有する。
ノズル部１２８には、鉛直方向に向けられた噴射ノズル穴１２８ａが設けられ、この噴射ノズル穴１２８ａの上端には、噴射ノズル穴１２８ａよりも広くなった凹部１２８ｂが形成されている。さらに、ノズル部１２８には、噴射ノズル穴１２８ａに連通するように設けられた水平方向のスラリー供給通路１２８ｃが形成されている。スラリー供給通路１２８ｃには、噴射すべきスラリー等がスラリー容器１２４から注入されている。スラリー供給通路１２８ｃから供給されたスラリー等は噴射ノズル穴１２８ａに流入し、噴射ノズル穴１２８ａの先端（下端）から噴射される。

噴射アクチュエータ１２９は、可撓性プレート１２９ａと、この可撓性プレート１２９ａに取り付けられた突起部１２９ｂと、を有する。
可撓性プレート１２９ａは、可撓性のあるゴム製の板であり、ノズル部１２８に設けられた凹部１２８ｂを覆うように取り付けられている。突起部１２９ｂは、可撓性プレート１２９ａの中央部に取り付けられた金属製の突起であり、ノズル部１２８の凹部１２８ｂに受け入れられている。可撓性プレート１２９ａの背面側（凹部１２８ｂの反対側）には脈動する空気圧が作用されており、この空気圧の変動により可撓性プレート１２９ａが撓み、可撓性プレート１２９ａに取り付けられた突起部１２９ｂが上下動する。

突起部１２９ｂが下方に移動されると、これを収容している凹部１２８ｂ内の容積が減少するため、噴射ノズル穴１２８ａ及び凹部１２８ｂ内に充填されているスラリー等が、液滴状にされて噴射ノズル穴１２８ａの先端から噴射される。可撓性プレート１２９ａの背面側の空気圧が所定周期で脈動することにより、突起部１２９ｂが上下動し、液滴状になったスラリー等が所定周期で連続的に噴射される。噴射されたスラリーの液滴は多孔質支持体９７上にドットを形成し、このドットの集積によりスラリーの膜が形成される。

モーター１１４駆動により多孔質支持体９７を回転させると共に、ジェットディスペンサー１２２をガイドレール１２０に沿って所定速度で送ることにより、多孔質支持体９７上の所望の位置にスラリーのドットを横縞状に集積させることができる。なお、ドット成膜により形成される層の厚さは、モーター１１４の回転数、ジェットディスペンサー１２２の送り速度、ジェットディスペンサー１２２から噴射される液滴の大きさ、及び噴射されるスラリーの粘性等により制御することができる。

カメラ１２６は、多孔質支持体９７上に形成された燃料極層やインターコネクタ層等を撮像し、画像解析によりそれらの境界線の位置を特定するように構成されている。また、カメラ１２６により撮像された画像上の位置と、液滴が噴射される噴射ノズル穴１２８ａとの間の水平距離Ｌはメモリ（図示せず）に予め記憶されている。このため、撮像された画像上で特定された位置から、ヘッド部１１８をガイドレール１２０に沿って距離Ｌだけ送ることにより、画像上で特定された位置に噴射ノズル穴１２８ａを移動させることができる。

次に、図７及び図８を参照して、機能層を形成する面成膜工程において使用される面成膜装置を説明する。図７は面成膜装置全体を示す概略的な正面図であり、図８は面成膜装置の作動手順を示すフローである。
図７に示すように、面成膜装置１３０は、台座１３１と、この台座１３１の上に設けられた固定治具１３２と、固定治具１３２を回転させるモーター１３４と、スラリーを吐出させる面成膜ノズル１３６と、この面成膜ノズル１３６にスラリーを圧送するポンプ１３８と、供給すべきスラリーを収容したスラリー容器１３９と、を有する。

台座１３１には固定治具１３２が設けられている。固定治具１３２は、多孔質支持体９７を水平方向に向けて、その両端部を回転可能に支持する。モーター１３４は固定治具１３２に連結されており、固定治具１３２及びそれによって支持された多孔質支持体９７を、多孔質支持体９７の中心軸線を中心に、所定の回転数で回転させるように構成されている。

面成膜ノズル１３６は、固定治具１３２によって支持されている多孔質支持体９７の直下に配置されており、スラリーを多孔質支持体９７に向けて上方に吐出するように構成されている。
ポンプ１３８は、スラリー容器１３９内のスラリーを吸い上げ、スラリーを所定の流量で面成膜ノズル１３６から吐出させるように構成されている。

面成膜ノズル１３６には、スリット状の細長いノズル穴（図示せず）が設けられており、多孔質支持体９７の面成膜すべき領域全体にスラリーが均一に吐出されるように構成されている。面成膜ノズル１３６から吐出したスラリーは、すぐ上方に水平方向に配置された多孔質支持体９７に付着され、多孔質支持体９７上に形成される複数の発電素子１６ａの各機能層が同時に成膜される。なお、多孔質支持体９７上の面成膜不要な部分には、後述するように、ドット成膜装置１１０により予めマスキングが施されている。多孔質支持体９７に付着せずに残ったスラリーは、面成膜ノズル１３６の周囲に流れ落ち、回収される。

次に、図８を参照して、面成膜の手順を説明する。
まず、図８のステップＳ１０１において、面成膜すべき多孔質支持体９７を固定治具１３２に固定する。なお、多孔質支持体９７上の面成膜が不要な部分には、予めマスキングを施しておく。次いで、ステップＳ１０２において、モーター１３４を起動し、多孔質支持体９７をその中心軸線を中心に所定の回転数で回転させる。さらに、ステップＳ１０３において、ポンプ１３８を作動させる。これにより、スラリー容器１３９からスラリーが吸い上げられ、スラリーは面成膜ノズル１３６に向けて圧送される（ステップＳ１０４）。圧送されたスラリーは、面成膜ノズル１３６から上方に向けて吐出される（ステップＳ１０５）。面成膜ノズル１３６から吐出されたスラリーは、面成膜ノズル１３６の上方で回転している多孔質支持体９７の表面に塗布される（ステップＳ１０６）。

多孔質支持体９７に付着せずに残ったスラリーは、面成膜ノズル１３６の周囲に流れ落ちる。また、多孔質支持体９７に付着した余分なスラリーは、回転している多孔質支持体９７の遠心力により流れ落ち、多孔質支持体９７上には所定厚さのスラリーの膜が成膜される。従って、多孔質支持体９７上に形成される層の厚さは、多孔質支持体９７の回転数、面成膜ノズル１３６からの吐出流量、スラリーの粘性等によって制御することができる。
次に、ステップＳ１０７においてポンプ１３８を停止させ、ステップＳ１０８においてモーター１３４を停止させる。さらに、ステップＳ１０９において、成膜された多孔質支持体９７を固定治具１３２から取り外し、面成膜工程を完了する。

以上説明したドット成膜装置１１０、面成膜装置１３０、及び成膜された機能層を焼成する加熱炉は、固体酸化物形燃料電池製造システムを構成する。

次に、図９及び図１０を参照して、本発明の第１実施形態による固体酸化物形燃料電池セルの製造方法を説明する。
図９は本実施形態の製造方法の手順を示すフローチャートであり、図１０は多孔質支持体上への機能層等の積層手順を示す模式図である。なお、図１０は、各機能層等の重なりを模式的に示したものであり、各層の具体的な断面形状及び寸法を示すものではない。

まず、図９のステップＳ１においては、支持体形成工程として、フォルステライト製の多孔質支持体９７が形成される。具体的には、フォルステライト粉末にバインダーを添加した粘土状の材料が、押出成型機（図示せず）によって円筒形に押し出し成形される。
次に、ステップＳ２においては仮焼成工程として、ステップＳ１において押し出し成形された多孔質支持体９７が加熱炉（図示せず）により加熱され、仮焼成される。本実施形態においては、多孔質支持体９７の成形体は、加熱炉により約１０００℃で約２時間加熱され、仮焼成される。この仮焼成されたフォルステライト製の多孔質支持体９７は概ね白色の電気絶縁体である。

次に、ステップＳ３においては第１マスキング形成工程として、ステップＳ２において仮焼成された多孔質支持体９７にマスキング形成剤が塗布され、マスキング層１０４が形成される。具体的には、この第１マスキング形成工程では、ドット成膜装置１１０によりマスキング層１０４がドット成膜される。即ち、第１マスキング形成工程では、ドット成膜装置１１０のジェットディスペンサー１２２（図５）により、マスキング形成剤を、マスキング層１０４を形成すべき領域に液滴状にして連続的に噴射することにより、多孔質支持体９７上にマスキング形成剤のドットを形成し、このドットの集積によりマスキング層１０４をドット成膜する工程である。従って、第１マスキング形成工程においては、ドット成膜装置１１０はマスキング層形成装置として機能する。

図１０（ａ）に示すように、マスキング層１０４は、多孔質支持体９７上の、燃料極層９８の成膜が不要な部分に形成される。マスキング形成剤は、その粘性が低すぎる場合、超多孔質体である多孔質支持体９７の内部に深く浸透してしまうので、所定の膜厚のマスキング層１０４を形成するために多数回の成膜が必要となり、製造効率が低下する。また、マスキング形成剤が浸透することにより、マスキング層１０４が形成される領域が不正確になる。一方、マスキング形成剤の粘性が高すぎる場合、形成されたマスキング層１０４の表面の平滑性が不十分になる。この場合、次工程で面成膜を行った際に、スラリーがマスキング層１０４の上に溜まってしまい、このスラリーが成膜の不要な部分に残ってしまう。本実施形態においては、マスキング形成剤は、適度な粘性に調整されている。

また、ドット成膜されたマスキング層１０４は、マスキング形成剤塗布後、自然乾燥される。本実施形態においては、マスキング形成剤として、（株）フロロテクノロジー製のフロロサーフ（商標）ＦＳ−１０００シリーズ又はＦＧ−３０２０シリーズを使用している。

この第１マスキング形成工程においてマスキング層１０４を形成する部位の位置出しは、ドット成膜装置１１０に備えられた固定治具１１６を基準にして行われる。即ち、ドット成膜装置１１０は、予め記憶されている固定治具１１６の位置から所定距離ヘッド部１１８を移動させ、その位置から、多孔質支持体９７を回転させながらマスキング層１０４のドット成膜を開始する。第１マスキング形成工程において形成される全てのマスキング層１０４は、固定治具１１６の位置を基準として、ヘッド部１１８の送り量により位置出しを行い、その位置からのヘッド部１１８の移動距離によってマスキング層１０４の幅が設定される。

このため、第１マスキング形成工程において形成されるマスキング層１０４は、ドット成膜装置１１０の回転軸線Ａに直交した環状に形成される。従って、多孔質支持体９７に製造誤差等による撓みがある場合、マスキング層１０４は、多孔質支持体９７の中心軸線に対しては、正確には直交しないこととなる。しかしながら、このような誤差は燃料電池セル１６においては問題とならず、ドット成膜装置１１０の回転軸線Ａに直交してマスキング層１０４を形成することにより、多孔質支持体９７の撓みに応じた位置補正等を行う必要がなく、容易に成膜を行うことができる。また、ドット成膜によれば、噴射された液滴のドットの集積によりマスキング層１０４を形成しているので、多孔質支持体９７の撓みにより、ジェットディスペンサー１２２と多孔質支持体９７表面の間の距離が変化した場合でも、形成される層の厚さが直接影響を受けることがない。このため、多孔質支持体９７に製造誤差がある場合でも、正確な厚さに層を形成することができる。

また、第１マスキング層形成工程においては、マスキング層１０４の中央部が高くなった凸状に形成されるように、ドット成膜装置１１０の送りが調整される。即ち、各マスキング層１０４の形成開始時において、ドット成膜装置１１０のジェットディスペンサー１２２の軸線方向の送り量を大きくすることにより、形成されるドットの軸線方向の重なり量を小さくして、形成されるマスキング層１０４を薄くする。その後、ジェットディスペンサー１２２の送り量を次第に小さくすることにより、形成されるドットの重なり量を大きくし、マスキング層１０４を厚くする。１つのマスキング層１０４の形成終了時においては、ジェットディスペンサー１２２の軸線方向の送り量を次第に大きくすることによりドットの軸線方向の重なり量を小さくしてマスキング層１０４を薄くする。このように、マスキング層１０４の中央部を高く、凸状に形成することにより、次の燃料極層形成工程においてマスキング層１０４の上から接触されたスラリーが速やかにマスキング層１０４の外に流れ落ちる。これにより、マスキング層１０４上に多くのスラリーが堆積し、不要な部分に燃料極層が形成されるのを抑制することができる。

次に、ステップＳ４においては、燃料極層形成工程として、ステップＳ３においてマスキング層１０４が形成された多孔質支持体９７に、発電素子１６ａの機能層のうちの１つである燃料極層９８が成膜される。具体的には、第１面成膜工程である燃料極層形成工程においては、燃料極を形成するためのスラリーが、マスキング層１０４の上から多孔質支持体９７に接触され、マスキング層１０４のない部分に燃料極層９８が面成膜される。即ち、ステップＳ３においてマスキング層１０４が形成された多孔質支持体９７を面成膜装置１３０の固定治具１３２に固定し、多孔質支持体９７を回転させながら下方の面成膜ノズル１３６から吐出されるスラリーをマスキング層１０４の上から塗布する。従って、燃料極層形成工程においては、面成膜装置１３０は燃料極層形成装置として機能する。

この燃料極層形成工程は、最も下側に面成膜を行う下層面成膜工程であり、１本の多孔質支持体９７上に形成される全ての発電素子１６ａの各燃料極層９８が同時に面成膜される面成膜工程である。このように、燃料極層形成工程においては、面成膜により燃料極層９８が形成されるため、ドット成膜におけるドット痕が残ることはなく、燃料極層９８の表面を平滑に形成することができる。

本実施形態においては、燃料極層形成工程において使用されるスラリーは、ＮｉＯ粉末及び１０ＹＳＺ粉末の混合物がアルコール系溶剤に懸濁された液体であり、一方、マスキング層１０４を形成しているマスキング形成剤は撥油性のものである。このため、スラリーはマスキング層１０４の上から多孔質支持体９７全体に接触されるが、マスキング層１０４上のスラリーはマスキング形成剤により撥かれ（はじかれ）、マスキング層１０４の上には堆積しない。この結果、図１０（ｂ）に示すように、燃料極層の膜は、マスキング層１０４のない部分にのみ形成される。さらに、図４に示すように、多孔質支持体９７上に堆積するスラリーは撥油性のマスキング形成剤により撥かれ、マスキング層１０４に付着しないため、スラリーの表面張力により縁部が丸くなるように堆積される。また、本実施形態においては、マスキング形成剤として撥油性の材料が使用されているが、使用されるスラリーによっては、撥水性のマスキング形成剤を使用することもできる。

さらに、燃料極層形成工程においては、多孔質支持体９７上に燃料極層の膜が形成された後、堆積されたスラリーを乾燥させる乾燥工程（図示せず）が実施される。本実施形態においては、乾燥工程において、約１００℃で約５分間スラリーを乾燥させる。なお、多孔質支持体９７上に形成されているマスキング層１０４は、乾燥工程後もそのまま維持される。

次に、ステップＳ５においては、仮焼成工程が実施される。仮焼成工程においては、ステップＳ４において燃料極層の膜が形成された多孔質支持体９７が加熱炉（図示せず）により加熱され、仮焼成される。図１０（ｃ）に示すように、仮焼成工程により、多孔質支持体９７上に形成されているマスキング層１０４は、蒸発して消失し、マスキング層１０４の下の多孔質支持体９７が露出される。本実施形態においては、燃料極層９８は、加熱炉により約１０００℃で約２時間加熱され、硬化される。この仮焼成されたＮｉＯ／ＹＳＺ製の燃料極層９８の色は、概ね薄緑色である。

次に、ステップＳ６においては第１インターコネクタ形成工程として、ステップＳ５において仮焼成された燃料極層９８の上に、ドット成膜装置１１０によりインターコネクタ層が形成される。具体的には、第１インターコネクタ形成工程においては、インターコネクタ層１０２の一部である第１インターコネクタ層１０２ａがドット成膜により形成される。即ち、第１インターコネクタ形成工程は、第１インターコネクタ層１０２ａを形成するためのスラリーを、第１インターコネクタ層１０２ａを形成すべき領域に、液滴状にして連続的に噴射することにより、燃料極層９８上の所定の領域にスラリーのドットを形成し、このドットの集積により第１インターコネクタ層１０２ａを形成するドット成膜工程である。従って、第１インターコネクタ形成工程においては、ドット成膜装置１１０はインターコネクタ形成装置として機能する。なお、本実施形態においては、第１インターコネクタ層１０２ａを形成するためのスラリーとして、ＬＳＴＮＦの粉末がアルコール系溶剤に懸濁された液体を使用することができる。

図１０（ｄ）に示すように、第１インターコネクタ層１０２ａは、各燃料極層９８上の、一方の端部に形成される。この第１インターコネクタ層１０２ａを形成する部位の位置出しは、画像解析に基づいて実行される。即ち、ドット成膜装置１１０の固定治具１１６に固定された多孔質支持体９７をカメラ１２６で撮像し、多孔質支持体９７上の燃料極層９８が形成されている部分と、形成されていない部分の境界線が画像解析により特定される。この特定された境界線の位置に基づいて、燃料極層９８上の所定の領域に第１インターコネクタ層１０２ａがドット成膜される。この境界線の特定は、多孔質支持体９７上に形成されている各燃料極層９８毎に実行される。

図９のステップＳ３の第１マスキング形成工程においては、固定治具１１６を基準に位置出しが行われているが、第１インターコネクタ形成工程においては、第１位置出し工程として、画像解析を使用して各燃料極層９８の位置に基づいて位置出しを行っている。このため、仮焼成による多孔質支持体９７の収縮や、多孔質支持体９７の取り付け位置の変化に関わらず、第１インターコネクタ層１０２ａを正確に各燃料極層９８に位置合わせすることができる。また、燃料極層９８を形成するためのマスキング層１０４は、多孔質支持体９７の回転中心線Ａに直交するように形成されていた。このため、燃料極層９８の縁は回転中心線Ａに直交するように形成されており、多孔質支持体９７をどの回転位置で撮像しても、燃料極層９８と多孔質支持体９７の境界線の位置は一定となり、第１インターコネクタ層１０２ａの形成位置を一意的に位置決めすることができる。また、本実施形態においては、多孔質支持体９７は概ね白色であり、燃料極層９８は薄緑色であるため、明度のコントラストが高く、モノクロの撮像画像によっても正確に画像解析を行うことができる。また、画像解析をモノクロ画像に基づいて行うことにより、画像解析に要する処理時間を短縮することができる。

さらに、第１インターコネクタ形成工程においては、第１インターコネクタ層１０２ａの膜が形成された後、堆積されたスラリーを乾燥させる乾燥工程（図示せず）が実施される。本実施形態においては、乾燥工程において、約１００℃で約１０分間スラリーを乾燥させる。

次に、ステップＳ７においては仮焼成工程が実施される。仮焼成工程においては、ステップＳ６において第１インターコネクタ層１０２ａの膜を形成した多孔質支持体９７が、加熱炉（図示せず）により加熱され、仮焼成される。この仮焼成工程により、各燃料極層９８上に形成されている第１インターコネクタ層１０２ａの膜が硬化される。本実施形態においては、第１インターコネクタ層１０２ａは、加熱炉により約１０００℃で約２時間加熱される。この仮焼成されたＬＳＴＮＦ製の第１インターコネクタ層１０２ａの色は、概ね茶色である。

次に、ステップＳ８においては第２マスキング形成工程として、ステップＳ７において仮焼成された第１インターコネクタ層１０２ａに、ドット成膜装置１１０によりマスキング形成剤が塗布され、マスキング層１０６が形成される。即ち、第２マスキング形成工程は、マスキング形成剤を、マスキング層１０６を形成すべき領域に、液滴状にして連続的に噴射することにより、第１インターコネクタ層１０２ａ上にマスキング形成剤のドットを形成し、このドットの集積によりマスキング層１０６を形成するドット成膜工程である。

図１０（ｅ）に示すように、マスキング層１０６は、第１インターコネクタ層１０２ａ上に、その両側の端部を残して第１インターコネクタ層１０２ａを覆うように形成される。このマスキング層１０６を形成する位置の位置出しは、第２位置出し工程として、ドット成膜装置１１０のカメラ１２６を使用して、画像解析により実行される。第１インターコネクタ層１０２ａは茶色であり、多孔質支持体９７は概ね白色であり、燃料極層９８は薄緑色であるため、明度のコントラストが高く、撮像画像によって正確に位置決めすることができる。このドット成膜されたマスキング層１０６は、マスキング形成剤塗布後、自然乾燥される。第２マスキング形成工程において使用されるマスキング形成剤は、第１マスキング形成工程において使用されたマスキング形成剤と同一である。

次に、ステップＳ９においては、電解質層形成工程として、ステップＳ８においてマスキング層１０６が形成された多孔質支持体９７に、発電素子１６ａの機能層のうちの１つである電解質層１００が成膜される。具体的には、第２面成膜工程である電解質層形成工程においては、面成膜装置１３０によって、電解質層を形成するためのスラリーがマスキング層１０６の上から多孔質支持体９７に接触され、マスキング層１０６のない部分に電解質層１００が面成膜される。従って、電解質層形成工程においては、面成膜装置１３０は電解質層形成装置として機能する。この電解質層形成工程は、面成膜された燃料極層９８の上に面成膜を行う上層面成膜工程であり、１本の多孔質支持体９７上に形成される全ての発電素子１６ａの各電解質層１００が同時に面成膜される面成膜工程である。

本実施形態においては、電解質層形成工程において使用されるスラリーは、ＬＳＧＭ粉末がアルコール系溶剤に懸濁された液体である。このスラリーはマスキング層１０６の上から多孔質支持体９７全体に接触されるが、スラリーはマスキング層１０６により撥かれ、マスキング層１０６の上には堆積しない。この結果、図１０（ｆ）に示すように、電解質層１００の膜は、マスキング層１０６のない部分にのみ形成される。即ち、多孔質支持体９７及び燃料極層９８の全ての露出部分、及び第１インターコネクタ層１０２ａのマスキング層１０６に覆われていない両側の縁部分が、電解質層１００の膜により覆われる。

また、図４に示すように、燃料極層９８の縁部は丸く形成されているため、その上に積層される電解質層１００のスラリーは、燃料極層９８と多孔質支持体９７の境界部に隙間なく入り込み、電解質層１００の下の空隙の発生を防止することができる。さらに、電解質層１００を形成すべきスラリーは、マスキング層１０６によって撥かれ、マスキング層１０６に付着しないため、表面張力によって縁部が丸く堆積される。電解質層形成工程においては、面成膜により電解質層１００が形成されるため、ドット痕の発生がなく、平滑な表面を得ることができる。また、電解質層１００は、面成膜された燃料極層９８の上に形成されるため、下層の表面の凹凸により平滑性が損なわれることもない。

さらに、電解質層形成工程においては、多孔質支持体９７上に電解質層１００の膜が形成された後、堆積されたスラリーを乾燥させる乾燥工程（図示せず）が実施される。本実施形態においては、乾燥工程において、約１００℃で約５分間スラリーを乾燥させる。なお、多孔質支持体９７上に形成されているマスキング層１０６は、乾燥工程後もそのまま維持される。

次に、ステップＳ１０においては、仮焼成工程が実施される。仮焼成工程においては、ステップＳ１０において電解質層１００の膜が形成された多孔質支持体９７が加熱炉（図示せず）により加熱され、仮焼成される。図１０（ｇ）に示すように、仮焼成工程により、第１インターコネクタ層１０２ａ上に形成されているマスキング層１０６は、蒸発して消失する。これにより、第１インターコネクタ層１０２ａの、マスキング層１０６に覆われていた部分が露出する。本実施形態においては、電解質層１００は、加熱炉により約１０００℃で約２時間加熱され、硬化される。この仮焼成されたＬＳＧＭ製の電解質層１００の色は、概ね肌色である。

次に、ステップＳ１１においては、第２インターコネクタ形成工程として、ステップＳ１０における仮焼成により露出した第１インターコネクタ層１０２ａと電気的に接続されるように、第２インターコネクタ層が形成される。具体的には、図１０（ｈ）に示すように、第２インターコネクタ形成工程においては、露出した第１インターコネクタ層１０２ａ、及び露出部分に隣接する電解質層１００の縁部を覆うように、第２インターコネクタ層１０２ｂがドット成膜装置１１０により形成される。即ち、第２インターコネクタ形成工程は、第２インターコネクタ層１０２ｂを形成するためのスラリーを、第２インターコネクタ層１０２ｂを形成すべき領域に、液滴状にして連続的に噴射することにより、所定の領域にスラリーのドットを形成し、このドットの集積により第２インターコネクタ層１０２ｂを形成するドット成膜工程である。従って、第２インターコネクタ形成工程においては、ドット成膜装置１１０はインターコネクタ形成装置として機能する。

本実施形態においては、第２インターコネクタ層１０２ｂを形成するためのスラリーとして、ＳＬＴの粉末がアルコール系溶剤に懸濁された液体を使用することができる。このように、本実施形態では、第１インターコネクタ層１０２ａと第２インターコネクタ層１０２ｂは異なる材料で形成されている。さらに、第２インターコネクタ形成工程においては、第２インターコネクタ層１０２ｂの膜が形成された後、堆積されたスラリーを乾燥させる乾燥工程（図示せず）が実施される。本実施形態においては、乾燥工程において、約１００℃で約１０分間スラリーを乾燥させる。なお、第２インターコネクタ形成工程における、第２インターコネクタ層１０２ｂを形成する部分の位置出しは、第３位置出し工程として、画像解析を使用して実行される。第３位置出し工程においては、仮焼成された第１インターコネクタ層１０２ａと電解質層１００の色の相違に基づいて、それらの境界線が特定される。

次に、ステップＳ１２においては、第１焼成工程が実施される。第１焼成工程においては、ステップＳ１１までに形成された多孔質支持体９７、燃料極層９８、電解質層１００、第１インターコネクタ層１０２ａ、及び第２インターコネクタ層１０２ｂが加熱炉（図示せず）により加熱され、焼成される。これにより、多孔質支持体９７、及びその上に形成された各機能層が一体化される。本実施形態においては、第１焼成工程において、約１３００℃で約２時間、加熱炉により加熱される。なお、本実施形態において、第１焼成工程後では電解質層１００は概ね黒色であり、第２インターコネクタ層１０２ｂも黒色であるが、電解質層１００上に重なる第２インターコネクタ層１０２ｂ端部は概ね白色である。

次に、ステップＳ１３においては、空気極層形成工程として、ステップＳ１２において焼成された電解質層１００の上に、最外機能層である空気極層が形成される。具体的には、図１０（ｉ）に示すように、最外層成膜工程である空気極層形成工程においては、第２インターコネクタ層１０２ｂ及び電解質層１００の一部を覆うように、ドット成膜装置１１０により空気極層１０１が形成される。即ち、空気極層形成工程は、空気極層１０１を形成するためのスラリーを、空気極層１０１を形成すべき領域に、液滴状にして連続的に噴射することにより、所定の領域にスラリーのドットを形成し、このドットの集積により空気極層１０１を形成するドット成膜工程である。従って、空気極層形成工程においては、ドット成膜装置１１０は空気極層形成装置として機能する。

また、空気極層形成工程においては、図４に示すように、空気極層１０１の縁部の厚さが中央部の厚さよりも薄くなるように、ドット成膜装置１１０の送りが調整される。即ち、各空気極層１０１の形成開始時において、ドット成膜装置１１０のジェットディスペンサー１２２の軸線方向の送り量を大きくすることにより、形成されるドットの軸線方向の重なり量を小さくして、形成される空気極層１０１を薄くする。その後、ジェットディスペンサー１２２の送り量を次第に小さくすることにより、形成されるドットの重なり量を大きくし、空気極層１０１を厚くする。１つの空気極層１０１の形成終了時においては、ジェットディスペンサー１２２の軸線方向の送り量を次第に大きくすることによりドットの軸線方向の重なり量を小さくして空気極層１０１を薄くする。このように、空気極層１０１の縁部を薄く形成することにより、最外機能層である空気極層１０１の焼成後における剥離を防止することができる。

本実施形態においては、空気極層１０１を形成するためのスラリーとして、ＬＳＣＦの粉末がアルコール系溶剤に懸濁された液体を使用することができる。なお、空気極層形成工程における、空気極層１０１を形成する部分の位置出しは、第４位置出し工程として、画像解析を使用して実行される。第４位置出し工程においては、第１焼成工程後の第２インターコネクタ層１０２ｂ端部と電解質層１００の色の相違に基づいて、それらの境界線が特定される。さらに、空気極層形成工程においては、空気極層１０１の膜が形成された後、堆積されたスラリーを乾燥させる乾燥工程（図示せず）が実施される。本実施形態においては、乾燥工程において、約１００℃で約１０分間スラリーを乾燥させる。

次に、ステップＳ１４においては、第２焼成工程が実施される。第２焼成工程においては、ステップＳ１３において形成された空気極層１０１が加熱炉（図示せず）により加熱され、焼成される。これにより、空気極層１０１が、その下側に形成されている電解質層１００及び第２インターコネクタ層１０２ｂと一体化される。本実施形態においては、第２焼成工程において、約１０００℃で約２時間、加熱炉により加熱される。

この第２焼成工程により、本実施形態の燃料電池セル１６が完成される。
図１１は第２焼成工程終了後の空気極層１０１の表面状態を示す図であり、図１１（ａ）は空気極層１０１表面の拡大写真であり、図１１（ｂ）は拡大写真に対応する部分に形成された各ドットを模式的に示す図である。

図１１（ａ）に示すように、焼成された空気極層１０１の表面にはドットの縁に対応する位置に微少な亀裂が発生している。これは、ドット成膜された空気極層１０１が、第２焼成工程において収縮されることにより、表面に微少な亀裂が発生したものである。ここで、空気極層形成工程（ステップＳ１３）においては、第２インターコネクタ層１０２ｂまでが形成された多孔質支持体９７を回転させると同時に、ジェットディスペンサー１２２をガイドレール１２０に沿って移動させながら、スラリーの液滴が連続的に噴射される。このため、各液滴が付着することにより形成される各ドットは、円周方向及び軸線方向に互いに重なり合いながら螺旋を描くように配列される。

なお、本実施形態においては、ジェットディスペンサー１２２から吐出される１つの液滴によって形成されるドットは、直径約５００μｍの概ね円形であり、そのドット痕が適度に表面に残っている。このように空気極層１０１を形成することにより、空気極層１０１の表面には微小な亀裂が発生し、焼成による収縮を吸収可能な表面形状となる。好ましくは、直径約２００μｍ〜１０００μｍのドットが形成されるように、ジェットディスペンサー１２２の噴射ノズル穴１２８ａの直径、スラリーの粘性等を調整する。
また、変形例として概ね長円形のドットが形成されるように、ドット成膜装置１１０を構成することもでき、この場合には、ドットの長軸の長さを約２００μｍ〜１０００μｍとするのが良い。ドットの形状は、噴射ノズル穴１２８ａの形状、多孔質支持体９７の回転数（ｒｐｍ）、液滴を噴射する間隔、スラリーの粘性等により適宜設定することができる。このように、空気極層形成工程において集積されるスラリーの各ドットを長円形とすることにより、集積された際の重なりを大きくすることができ、剥離の抑制効果を高めることができる。また、長円形のドットの長軸の長さを、約２００μｍ〜１０００μｍとすることにより、空気極層１０１の熱膨張の影響を十分に吸収して、剥離を防止することができると共に、空気極層形成工程に要する時間も短縮することができる。

このようにして形成されたドットの配列を模式的に示したものが、図１１（ｂ）である。図１１（ｂ）においては、まず、ドットIが形成され、次いで、僅かに多孔質支持体９７が回転された状態で、ドットIIが部分的にドットIと重なるように形成される。続いて、ドットIII、ドットIVが、部分的に重なるように順次形成されていく。このように、ドットが順次配列され、多孔質支持体９７が１回転してドットIの位置に戻ったときには、ジェットディスペンサー１２２は軸線方向にドットVの位置まで送られており、ドットVは軸線方向にドットIと部分的に重なるように形成される。続いて、ドットVI、ドットVIIが部分的に重なるように順次形成される。

このようにドットが配列されているため、例えば、ドットIIにおいて空気極層１０１の表面に露出している境界線は、図１１（ｂ）中のＢで示す部分のみであり、境界線の他の部分は他のドットにより覆われて表面に露出していない。このため、露出した境界線に亀裂が生じたとしても、境界線の他の部分は他のドットにより押さえられているので、亀裂が生じたことによりドットが脱落することはない。また、空気極層１０１の表面に微小な亀裂を生じさせることにより、焼成時の熱膨張率差によって生じる歪みが分散され、応力を吸収することができる。このため、空気極層１０１に大きな剥離が生じることはない。

このようにして完成された燃料電池セル１６各部の電子顕微鏡写真を、図１２に示す。図１２（ａ）は多孔質支持体９７の電子顕微鏡写真を示し、（ｂ）は燃料極層９８、（ｃ）は電解質層１００、（ｄ）は空気極層１０１の電子顕微鏡写真を示す。

図１２（ａ）に示すように、多孔質支持体９７は、各機能層を支持するための構成であり、燃料ガスの透過性が高いほど好ましく、超多孔体構造にされている。図１２（ｂ）に示すように、燃料極層９８は、燃料ガスの水素分子を透過させる機能と共に、発電反応により生成された電荷を運ぶ導電体として機能させるため、多孔質支持体９７よりも空隙の少ない多孔質とされている。同様に、図１２（ｄ）に示すように、空気極層１０１も、空気中の酸素分子を透過させる機能と共に、発電反応により生成された電荷を運ぶ導電体として機能させるため、多孔質支持体９７よりも空隙の少ない多孔質とされている。また、図１２（ｃ）に示すように、電解質層１００は、発電反応を発生させると共に、燃料極側と空気極側の気密性を確保するために、緻密に構成されている。

また、図１０（ｉ）において、多孔質支持体９７上に、燃料極層９８、電解質層１００及び空気極層１０１が順に積層されている部分は、燃料電池セル１６上に形成された発電部である各発電素子１６ａとして機能する。これらの発電素子１６ａにおいて生成された電荷は、集電部（多孔質支持体９７上に電解質層１００及び空気極層１０１のみが積層されている部分）の空気極層１０１を介して運搬され、接続部（多孔質支持体９７上に燃料極層９８、第１インターコネクタ層１０２ａ、第２インターコネクタ層１０２ｂ、電解質層１００及び空気極層１０１が順に積層されている部分）を介して、隣接する発電素子１６ａのアノードに接続される。また、電解質層１００上の、第２インターコネクタ層１０２ｂ及び空気極層１０１が形成されていない部分（電解質層１００が露出した部分）は、隣接する発電素子１６ａの各空気極層１０１の間を絶縁する絶縁部として機能する。

本発明の第１実施形態の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法によれば、機能層を形成する成膜工程が、成膜が不要な部分にマスキング層を形成し、このマスキング層の上から機能層である燃料極層９８及び電解質層１００を形成するためのスラリーを接触させる面成膜工程（図９のステップＳ４及びＳ９）、及びスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により機能層である空気極層１０１を形成するドット成膜工程（図９のステップＳ１３）の両方を含むので、多孔質支持体９７に製造誤差がある場合でも、安定した性能の燃料電池セルを短時間で製造することができる。

また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法によれば、多孔質支持体９７に隣接して形成される燃料極層９８が面成膜により形成（図９のステップＳ４）されるので、ドット成膜の場合のように、多孔質支持体９７にスラリーが浸透して、ムラが発生したり、製造時間が増大するのを防止することができる。また、面成膜（図９のステップＳ４、Ｓ９）は、マスキング層１０４、１０６を形成し、マスキング層の上からスラリーを接触させるので、多孔質支持体９７の平面性、直線性等が燃料極層９８、及び電解質層１００の厚さに直接悪影響を与えることがなく、これらの機能層の表面を平滑に形成することができる。また、面成膜により形成された電解質層１００に隣接して、ドット成膜により空気極層１０１が形成されるので、ドット成膜により形成される空気極層１０１の位置精度を高くすることができると共に、ドット抜けやドット剥離防止することができる。

さらに、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法によれば、第１インターコネクタ層１０２ａがドット成膜（図９のステップＳ６）により形成されるので、効率的に第１インターコネクタ層１０２ａを形成することができる。即ち、第１インターコネクタ層１０２ａは、燃料極層９８や電解質層１００に比べ面積が小さいため、これを面成膜で実施したとすれば、マスキングを施す部分が多くなり、製造効率が低下する。また、隣接する発電素子の燃料極層９８と空気極層１０１を電気的に導通させるインターコネクタ層１０２は、高い位置精度が要求されるが、このように位置精度が要求される微少な部分を残してマスキングを施すことは困難である。第１インターコネクタ層１０２ａをドット成膜で形成することにより、位置精度を向上させることができる。

また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法によれば、多孔質支持体９７に隣接した燃料極層９８及びこれに隣接した電解質層１００が面成膜工程（図９のステップＳ４、Ｓ９）により形成されるので、燃料極層９８の平滑性が高く、隣接して形成される電解質層１００に悪影響を与えることがない。また、多孔質支持体９７に隣接した燃料極層９８及び電解質層１００は、面積が広いため、面成膜に必要なマスキング層１０４、１０６の面積を小さくすることができ、効率的に燃料電池セルを製造することができる。

さらに、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法によれば、第１インターコネクタ層１０２ａと接続される第２インターコネクタ層１０２ｂがドット成膜（図９のステップＳ６、Ｓ１１）により形成されるので、小面積で、位置精度の要求される第２インターコネクタ層１０２ａを効率的に製造することができる。

また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法によれば、電解質層１００を面成膜した後、仮焼成工程（図９のステップＳ１０）が実施されるので、少量の収縮により固着力が高められ、電解質層１００の剥離や割れを防止することができる。このため、スクリーン印刷やドット成膜でない面成膜により、良好な電解質層１００を効率良く製造することができる。

さらに、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法によれば、最外層である空気極層１０１をドット成膜（図９のステップＳ１３）により形成するので、最外層を、熱収縮を吸収することができる形状に形成することができる。即ち、電解質層１００に隣接する最外層の空気極層１０１は、強度が必要であるため厚く形成する必要がある。空気極層１０１を適度なドット痕が残るように形成することにより、図１１（ａ）に示すような微小なクラックがドット痕に沿って形成され、これにより空気極層１０１の収縮が吸収され、剥離や割れを回避することができる。

次に、図１３を参照して、本発明の第２実施形態による固体酸化物形燃料電池セルを説明する。
本発明の第２実施形態による燃料電池セルは、３つの機能層である燃料極層、電解質層、及び空気極層が夫々２つの層から形成されている点が、上述した第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本発明の第２実施形態の、第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。

図１３は、本発明の第２実施形態による燃料電池セルの多孔質支持体表面に形成された機能層を拡大して示した断面図である。
図１３に示すように、本実施形態の燃料電池セル２００は、円筒形の多孔質支持体２０２と、その上に形成された３つの機能層である燃料極層２０４、電解質層２０６、及び空気極層２０８を有する。燃料電池セル２００には、多孔質支持体２０２上に燃料極層２０４、電解質層２０６、及び空気極層２０８を順次形成することにより複数の発電素子２００ａが形成されている。これらの各発電素子２００ａはインターコネクタ層２１０により電気的に直列に接続されている。本実施形態においては、１本の燃料電池セル２００上に１２個の発電素子２００ａが形成され、これらがインターコネクタ層２１０により接続されている。

次に、多孔質支持体２０２及び各機能層の構成を説明する。
多孔質支持体２０２は、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、フォルステライト粉末を主成分として、バインダーを添加した混合物を円筒形に押し出し成形し、焼結することにより形成されている。
燃料極層２０４は、本実施形態においては、下層燃料極層２０４ａと、その上に形成された上層燃料極層２０４ｂの２つの層から形成されている。これら２つの層のうちの下層燃料極層２０４ａは、第１実施形態と同様に、ＮｉＯ粉末及び１０ＹＳＺ（１０ｍｏｌ％Ｙ₂Ｏ₃−９０ｍｏｌ％ＺｒＯ₂）粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。一方、上層燃料極層２０４ｂは、ＮｉＯ粉末と、ＧＤＣ（１０ｍｏｌ％Ｇｄ₂Ｏ₃−９０ｍｏｌ％ＣｅＯ₂）粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。

ここで燃料極層は、一般に、水素と酸素イオンを反応させる触媒機能と、反応により生じた電荷（電子）を運搬する機能とを備える必要がある。本実施形態の燃料電池セル２００においては、下層燃料極層２０４ａを上層燃料極層２０４ｂよりも導電性の高い材料で構成する一方、上層燃料極層２０４ｂを下層燃料極層２０４ａよりも触媒活性の高い材料で形成している。これにより、電解質層２０６直下の上層燃料極層２０４ｂにおいて発生した電荷を、下層燃料極層２０４ａにより効率的に運ぶことが可能になり、高性能な燃料極層２０４を構成することができる。

固体電解質層２０６は、本実施形態においては、下層電解質層２０６ａと、その上に形成された上層電解質層２０６ｂから構成されている。これら２つの層のうちの下層電解質層２０６ａは、セリウム系複合酸化物（ＬＤＣ４０。すなわち、４０ｍｏｌ％のＬａ₂Ｏ₃−６０ｍｏｌ％のＣｅＯ₂）の粉末等により構成された薄膜である。一方、上層電解質層２０６ｂは、第１実施形態と同様に、Ｌａ_0.9Ｓｒ_0.1Ｇａ_0.8Ｍｇ_0.2Ｏ₃の組成のＬＳＧＭ粉末により構成された薄膜である。

下層電解質層２０６ａは反応抑制層として機能し、下層電解質層２０６ａにより、上層燃料極層２０４ｂと上層電解質層２０６ｂの間の化学反応が抑制されている。
上層電解質層２０６ｂは、第１実施形態における電解質層と同様に、これを介して酸化物イオンと水素又は一酸化炭素が反応することにより電気エネルギーを生成する。

空気極層２０８は、本実施形態においては、下層空気極層２０８ａと、その上に形成された上層空気極層２０８ｂから構成されている。これら２つの層のうちの下層空気極層２０８ａは、Ｌａ_0.6Ｓｒ_0.4Ｃｏ_0.2Ｆｅ_0.2Ｏ₃の組成のＬＳＣＦ粉末により構成された導電性の薄膜である。上層空気極層２０８ｂは、Ｌａ_0.6Ｓｒ_0.4Ｃｏ_0.8Ｆｅ_0.2Ｏ₃の組成のＬＳＣＦ粉末により構成された導電性の薄膜である。

ここで空気極層は、一般に、空気中の酸素をイオン化する触媒機能と、酸素と反応すべき電子を運搬する機能とを備える必要がある。本実施形態の燃料電池セル２００においては、下層空気極層２０８ａを上層空気極層２０８ｂよりも触媒活性の高い材料（酸素イオン変換性能が高い材料）で構成する一方、上層空気極層２０８ｂを下層空気極層２０８ａよりも電子伝導性の高い材料で形成している。これにより、上層空気極層２０８ｂにより運ばれた電子によって、酸素を電解質層２０６に隣接する下層空気極層２０８ａにおいて効率的にイオン化することが可能になり、高性能な空気極層２０８を構成することができる。

インターコネクタ層２１０は、第１実施形態と同様に、第１インターコネクタ層２１０ａと、その上に設けられた第２インターコネクタ層２１０ｂから構成されている。

本発明の第２実施形態による燃料電池セルの製造方法を説明する。
ここでは、図９を用いて説明した、第１実施形態における製造工程に対する変更点のみを説明する。
まず、図９のステップＳ１〜Ｓ３は、第１実施形態と同様である。

次に、第１実施形態では、図９のステップＳ４において、面成膜装置１３０により燃料極層を面成膜した後、堆積されたスラリーを乾燥工程により乾燥させている。第２実施形態においては、まず、面成膜装置１３０により下層燃料極層２０４ａを成膜し、乾燥工程により乾燥させた後、再び面成膜装置１３０により上層燃料極層２０４ｂを成膜し、乾燥させる。これにより、多孔質支持体２０２上のマスキング層が形成されていない部分に下層燃料極層２０４ａが形成され、この下層燃料極層２０４ａの上に上層燃料極層２０４ｂが形成される。

ここで、下層燃料極層２０４ａを形成するために使用するスラリーの粘性は、上層燃料極層２０４ｂを形成するために使用するスラリーの粘性よりも高くされている。即ち、多孔質支持体２０２上に直接成膜される下層燃料極層２０４ａ用のスラリーの粘性を高くしておくことにより、スラリーの多孔質支持体２０２内への過度の浸透を防止することができる。また、上層燃料極層２０４ｂ用のスラリーの粘性を低くすることにより、堆積されたスラリーが容易に広がり、堆積された上層燃料極層２０４ｂ表面の平滑度を高くすることができる。なお、スラリーの粘性は、燃料極層を構成する材料の粉末と、これを懸濁させる溶剤の比率、懸濁される粉末の粒径、懸濁させる溶剤の種類等により、適宜設定することができる。

上層燃料極層２０４ｂの平滑度が低く層の厚さが不均一になると、燃料極層において発生する発電反応が燃料極層上の各部で不均一になる。発電反応が不均一となると、発電反応が強い部分に電流が集中し、燃料電池セル２００における発電作用が不安定になる。本実施形態によれば、このような電流集中を抑制することができる。さらに、上層燃料極層２０４ｂ表面の平滑度を高くすることにより、上層燃料極層２０４ｂの上に堆積される電解質層２０６、及び空気極層２０８の平滑度に悪影響を与えるのを防止することができる。

さらに、図９のステップＳ５〜Ｓ８は、第１実施形態と同様である。
次に、第１実施形態では、図９のステップＳ９において、面成膜装置１３０により電解質層を面成膜した後、堆積されたスラリーを乾燥工程により乾燥させている。第２実施形態においては、まず、面成膜装置１３０により下層電解質層２０６ａを成膜し、乾燥工程により乾燥させた後、再び面成膜装置１３０により上層電解質層２０６ｂを成膜し、乾燥させる。これにより、第１インターコネクタ層２１０ａ上のマスキング層が形成されていない部分に下層電解質層２０６ａが形成され、この下層電解質層２０６ａの上に上層電解質層２０６ｂが形成される。

さらに、図９のステップＳ１０〜Ｓ１２は、第１実施形態と同様である。
次に、第１実施形態では、図９のステップＳ１３において、ドット成膜装置１１０により空気極層を成膜した後、堆積されたスラリーを乾燥工程により乾燥させている。第２実施形態においては、まず、ドット成膜装置１１０により下層空気極層２０８ａを成膜し、乾燥工程により乾燥させた後、再びドット成膜装置１１０により上層空気極層２０８ｂを成膜し、乾燥させる。これにより、第２インターコネクタ層２１０ｂ及び上層電解質層２０６ｂの一部を覆うように下層空気極層２０８ａ及び上層空気極層２０８ｂが形成される。

ここで、下層空気極層２０８ａを形成するために使用するスラリーの粘性は、上層空気極層２０８ｂを形成するために使用するスラリーの粘性よりも低くされている。即ち、下層空気極層２０８ａ用のスラリーの粘性を低くしておくことにより、ジェットディスペンサー１２２により噴射され上層電解質層２０６ｂに付着したスラリーの液滴は薄く広がるので、ドット痕が残りにくく、平滑な下層空気極層２０８ａを形成することができる。一方、上層空気極層２０８ｂ用のスラリーの粘性を高くしておくことにより、噴射され下層空気極層２０８ａに付着したスラリーの液滴はあまり広がらず、形成される上層空気極層２０８ｂは厚くなる。このように、触媒活性の高い下層空気極層２０８ａを平滑に構成しておくことにより、空気極層における触媒反応を均一にすることができ、触媒反応の不均一性による電流集中を抑制することができる。また、上層空気極層２０８ｂは厚く形成されるので、空気極層の電気抵抗を低下させることができると共に、最も剥離が発生しやすい最外機能層である上層空気極層２０８ｂを強化することができる。
最後に、第１実施形態と同様の図９のステップＳ１４の第２焼成工程により、本実施形態の固体酸化物形燃料電池セル２００が完成する。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、図７記載の面成膜装置を使用して、マスキングを施した多孔質支持体に、スラリーを下方から吐出させることにより接触させ、面成膜を行っていたが、変形例として、種々の方向でスラリーを接触させることができる。例えば、マスキングを施した多孔質支持体の上からスラリーを流下させることにより、スラリーを接触させることもできる。また、マスキングを施した多孔質支持体に、スラリーを噴霧することにより、スラリーを接触させることもできる。さらに、マスキングを施した多孔質支持体を、スラリーを収容した槽内に漬けることにより、スラリーを接触させることもできる。

また、上述した実施形態においては、多孔質支持体上に、燃料極層、電解質層、空気極層の順に機能層が積層されていたが、空気極層、電解質層、燃料極層の順に機能層を形成することもできる。この場合には、多孔質支持体の内側に空気を流入させ、外側に燃料ガスを流すことにより発電を行う。
さらに、上述した実施形態においては、多孔質支持体は円筒形であったが、楕円型、平板型等種々の形態の固体酸化物形燃料電池セルに本発明を適用することができる。

１ 固体酸化物形燃料電池システム
２ 燃料電池モジュール
４ 補機ユニット
６ ハウジング
８ 燃料電池セル収容容器
１０ 発電室
１６ 本発明の実施形態の燃料電池セル（固体酸化物形燃料電池セル）
１６ａ 発電素子
１８ 排気集約室
２０ 燃料ガス供給流路
２１ 排ガス排出流路
２２ 酸化剤ガス供給流路
２４ 水供給源
２６ 純水タンク
２８ 水流量調整ユニット
３０ 燃料供給源
３４ 熱交換器
３５ 電磁弁
３６ 脱硫器
３８ 燃料ブロア
４０ 空気供給源
４５ 空気流量調整ユニット
５０ 温水製造装置
５４ インバータ
５６ 酸化剤ガス導入パイプ
５８ 排ガス排出パイプ
６０ 燃焼触媒
６１ シースヒーター
６２ 点火ヒーター
６３ 第１固定部材
６４ 内側円筒部材
６４ｂ 小穴
６５ 中間円筒部材
６６ 外側円筒部材
６８ 内側円筒容器
７０ 外側円筒容器
７２ 分散室底部材
７２ａ 挿通管
７４ 酸化剤ガス噴射用パイプ
７６ 燃料ガス分散室
８０ バスバー
８２ 集電体
８６ 蒸発部
８６ａ 傾斜板
８８ 水供給パイプ
９０ 燃料ガス供給パイプ
９２ 燃料ガス供給流路隔壁
９２ａ 噴射口
９４ 改質部
９６ 改質触媒
９７ 多孔質支持体
９８ 燃料極層
１００ 電解質層
１０１ 空気極層
１０２ インターコネクタ層
１０２ａ 第１インターコネクタ層
１０２ｂ 第２インターコネクタ層
１０４ マスキング層
１０６ マスキング層
１１０ ドット成膜装置
１１２ 台座
１１４ モーター
１１６ 固定治具
１１６ａ 心押し棒
１１８ ヘッド部
１２０ ガイドレール
１２２ ジェットディスペンサー
１２４ スラリー容器
１２６ カメラ
１２８ ノズル部
１２８ａ 噴射ノズル穴
１２８ｂ 凹部
１２８ｃ スラリー供給通路
１２９ 噴射アクチュエータ
１２９ａ 可撓性プレート
１２９ｂ 突起部
１３０ 面成膜装置
１３１ 台座
１３２ 固定治具
１３４ モーター
１３６ 面成膜ノズル
１３８ ポンプ
１３９ スラリー容器
２００ 本発明の第２実施形態の燃料電池セル（固体酸化物形燃料電池セル）
２００ａ 発電素子
２０２ 多孔質支持体
２０４ 燃料極層
２０４ａ 下層燃料極層
２０４ｂ 上層燃料極層
２０６ 電解質層
２０６ａ 下層電解質層
２０６ｂ 上層電解質層
２０８ 空気極層
２０８ａ 下層空気極層
２０８ｂ 上層空気極層
２１０ インターコネクタ層
２１０ａ 第１インターコネクタ層
２１０ｂ 第２インターコネクタ層

Claims (9)

1. 多孔質支持体上に複数の発電素子を形成し、これらの発電素子をインターコネクタにより接続した固体酸化物形燃料電池セルの製造方法であって、
   上記多孔質支持体を形成する支持体形成工程と、
   上記複数の発電素子を構成する機能層である燃料極層、電解質層、及び空気極層を上記多孔質支持体上に所定の順序で積層させ、形成する成膜工程と、
   この成膜工程により上記機能層が形成された上記多孔質支持体を加熱し、焼成する焼成工程と、を有し、
   上記成膜工程は、
   成膜が不要な部分にマスキング層を形成し、このマスキング層の上から上記機能層のうちの第１の機能層を形成するためのスラリーを接触させることにより、上記マスキング層のない部分に、上記複数の発電素子の第１の機能層を同時に形成する面成膜工程、及び
   上記機能層のうちの第２の機能層を形成するためのスラリーを、第２の機能層を形成すべき領域に液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により上記第２の機能層を形成するドット成膜工程を含むことを特徴とする固体酸化物形燃料電池セルの製造方法。
2. 上記多孔質支持体に隣接して形成される機能層は、上記面成膜工程により形成され、上記ドット成膜工程によって形成される機能層は、上記面成膜工程により形成された機能層に隣接して形成される請求項１記載の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法。
3. さらに、上記多孔質支持体に隣接して形成された機能層に接続されるように、上記インターコネクタを形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することによりスラリーのドットを形成し、このドットの集積により第１インターコネクタ層を形成する第１インターコネクタ形成工程を有する請求項２記載の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法。
4. 上記多孔質支持体に隣接して形成された機能層に隣接して、上記電解質層が上記面成膜工程により形成される請求項３記載の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法。
5. さらに、上記電解質層を形成する上記面成膜工程の後、上記第１インターコネクタ形成工程により形成された上記第１インターコネクタ層と接続される第２インターコネクタ層を、ドットの集積により形成する第２インターコネクタ形成工程を有する請求項４記載の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法。
6. 上記電解質層を形成する上記面成膜工程の後、上記第２インターコネクタ形成工程を行う前に、上記電解質層を加熱して硬化させる仮焼成工程を行う請求項５記載の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法。
7. 上記仮焼成工程により硬化された上記電解質層に隣接するように、上記ドット成膜工程により最外層の機能層が形成される請求項６記載の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法を実施するための製造システムであって、
   上記機能層を形成するためのスラリーを接触させることにより、上記機能層を形成する面成膜装置と、
   上記機能層を形成するためのスラリーを液滴状にして連続的に噴射することにより上記機能層を形成するドット成膜装置と、
   上記機能層が形成された上記多孔質支持体を、加熱する加熱炉と、
   を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池セル製造システム。
9. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の固体酸化物形燃料電池セルの製造方法により製造された固体酸化物形燃料電池セル。