JP2018152332A - 機能性セラミックス体 - Google Patents

Abstract

【課題】セッター成分の拡散が抑制された機能性セラミックス体を提供する。【解決手段】機能性セラミックス体１００は、セラミックス及び／又は金属によって構成される第１層１０１と、第１層１０１上に形成され、セラミックス及び／又は金属によって構成される第２層１０２とを備える。第２層１０２は、第１層１０１と反対側に向かって突出する第１凸部１０２ａを有する。【選択図】図２

Description

ここに開示される技術は、機能性セラミックス体に関する。

従来、セラミックスの電気的、熱的、化学的、磁気的、及び光学的特性を利用した機能性セラミックス素子が知られている（特許文献１参照）。機能性セラミックス素子としては、例えば、燃料電池、太陽電池、圧電／電歪素子、ＮＯｘセンサ、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）センサ、ＰＮ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｎｕｍｂｅｒ）センサ、セラミックスフィルタ、触媒担体、発光ダイオード、及び発熱体などが挙げられる。

このような機能性セラミックス素子は、セラミックス及び／又は金属によって構成される第１層と、セラミックス及び／又は金属によって構成される第２層とが積層された積層体を内部に備えている。

特開平１０−２８９８０８

ところで、機能性セラミックス素子の製造工程において、上述した積層体の成形体を焼成する際、成形体をセッターに接触させた状態で焼成すると、セッター成分が積層体の内部に拡散して、機能性セラミックス素子の性能に悪影響を及ぼすおそれがある。

そのため、セラミックス粉末を敷き粉としてセッターの表面に敷いたり、或いは、焼成後に積層体の表面を研削したりする必要がある。

本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、セッター成分の拡散が抑制された機能性セラミックス体を提供することを目的とする。

機能性セラミックス体は、セラミックス及び／又は金属によって構成される第１層と、第１層上に形成され、セラミックス及び／又は金属によって構成されるによって構成される第２層とを備える。第２層は、第１層と反対側に向かって突出する第１凸部を有する。

本発明によれば、セッター成分の拡散が抑制された機能性セラミックス体を提供することができる。

機能性セラミックス体の平面図 図１のＡ−Ａ断面図 機能性セラミックス体の変形例１の構成を説明するための断面図 機能性セラミックス体の変形例２の構成を説明するための断面図 機能性セラミックス体の変形例３の構成を説明するための断面図 機能性セラミックス体の変形例４の構成を説明するための断面図 機能性セラミックス体の変形例５の構成を説明するための断面図 機能性セラミックス体の変形例６の構成を説明するための断面図 機能性セラミックス体が適用された燃料電池の発電部の構成を示す断面図 機能性セラミックス体が適用された燃料電池の発電部の製造方法を説明するための模式図 機能性セラミックス体が適用された燃料電池のインターコネクタ部の構成を示す断面図 機能性セラミックス体が適用された燃料電池のインターコネクタ部の製造方法を説明するための模式図 機能性セラミックス体が適用された横縞型燃料電池の構成を示す断面図 機能性セラミックス体が適用された横縞型燃料電池の構成を示す断面図 機能性セラミックス体が適用された縦縞型燃料電池の構成を示す断面図 実施例のサンプルＮｏ．１〜１７の構成を示す断面図 実施例のサンプルＮｏ．１〜１７の構成を示す断面図 実施例のサンプルＮｏ．１〜１７の製造方法を説明するための断面図 実施例のサンプルＮｏ．１〜１７の製造方法を説明するための断面図 実施例のサンプルＮｏ．１９〜３５の構成を示す断面図 実施例のサンプルＮｏ．１９〜３５の構成を示す断面図 実施例のサンプルＮｏ．１９〜３５の製造方法を説明するための断面図 実施例のサンプルＮｏ．１９〜３５の製造方法を説明するための断面図

（機能性セラミックス体１００の構成）
機能性セラミックス体１００の構成について、図面を参照しながら説明する。

図１は、機能性セラミックス体１００の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１では、第２層１０２の表面１０２Ｓが平面視されている。図２では、第２層１０２の厚み方向に平行な断面が図示されている。

機能性セラミックス体１００は、セラミックスの電気的、熱的、化学的、磁気的、及び光学的特性のうち少なくとも１つの特性を利用した機能性セラミックス素子に利用することができる。機能性セラミックス素子としては、例えば、燃料電池、太陽電池、圧電／電歪素子、ＮＯｘセンサ、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）センサ、ＰＮ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｎｕｍｂｅｒ）センサ、セラミックスフィルタ、触媒担体、発光ダイオード、及び発熱体などが挙げられる。機能性セラミックス体１００は、それ自体が機能性セラミックス素子として機能してもよいし、機能性セラミックス素子の一部を構成していてもよい。

機能性セラミックス体１００は、第１層１０１と第２層１０２とを備える。

１．第１層１０１
本体部１０１は、板状又は層状に形成される。第１層１０１は、セラミックス及び／又は金属によって構成される。第１層１０１がセラミックスによって構成される場合、第１層１０１を構成するセラミックスとしては、構造用セラミックス及び機能性セラミックスのいずれも用いることができる。第１層１０１を構成するセラミックスは、第１層１０１に与えられる機能に応じて選択することができる。第１層１０１を構成するセラミックスの具体例としては、例えば、酸化物系セラミックス（アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、フェライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、コージライトなど）、窒化物系セラミックス（窒化アルミニウム、窒化ケイ素など）、炭化物系（炭化ケイ素など）などが挙げられるが、これに限られるものではない。

第１層１０１が金属によって構成される場合、第１層１０１を構成する金属としては、機能性セラミックス素子における電気的接続のための部材（例えば、電極層、集電層及び端子など）に用いられる周知の材料を用いることができる。第１層１０１を構成する金属の具体例としては、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、鉄、コバルト、ランタン、ストロンチウム、マンガン、及びこれらから選択される少なくとも１種以上の元素を含む合金を用いることができるが、これに限られるものではない。

また、第１層１０１がセラミックス及び金属（すなわち、いわゆるサーメット）によって構成される場合、第１層１０１を構成するサーメットは、上述した構造用セラミックス又は機能性セラミックスと上述した金属との混合物によって構成することができる。

第１層１０１の平面形状及び平面サイズは特に制限されるものではなく、機能性セラミックス素子の形状や第１層１０１の機能及び強度などを考慮して設定することができる。本実施形態において、第１層１０１の平面形状は正方形であるが、長方形、円形、楕円形、三角形、五角以上の多角形、及びその他の形状であってもよい。

第１層１０１の厚みは特に制限されるものではなく、第１層１０１の機能及び強度などを考慮して設定することができる。

第１層１０１の気孔率は特に制限されるものではなく、第１層１０１の機能及び強度などを考慮して設定することができる。第１層１０１は、多孔質であってもよいし、緻密質であってもよい。

２．第２層１０２
第２層１０２は、第１層１０１上に形成される。第２層１０２は、セラミックス及び／又は金属によって構成される。第２層１０２は、セラミックス材料及び／又は金属材料によって構成される成形体を焼成することによって形成される。成形体は、材料粉末をプレス成形することによって、材料粉末を含むスラリー又はペーストを塗布することによって、或いは、材料粉末を含むスラリーをテープ成形することによって作製することができるが、これに限られるものではない。

第２層１０２がセラミックスによって構成される場合、第２層１０２を構成するセラミックスとしては、構造用セラミックス及び機能性セラミックスのいずれも用いることができる。第２層１０２を構成するセラミックスは、機能性セラミックス素子において第２層１０２に与えられる機能に応じて選択することができる。第２層１０２を構成するセラミックスは、第１層１０１を構成するセラミックスと同種材料であってもよいし、異種材料であってもよい。第２層１０２を構成するセラミックスの具体例は、上述した第１層１０１を構成するセラミックスの具体例と同様である。

第２層１０２が金属によって構成される場合、第２層１０２を構成する金属は、第１層１０１を構成する金属と同種であってもよいし、異種であってもよい。第２層１０２を構成する金属の具体例は、上述した第１層１０１を構成する金属の具体例と同様である。

また、第２層１０２がセラミックス及び金属（すなわち、いわゆるサーメット）によって構成される場合、第２層１０２を構成するサーメットは、第１層１０１を構成するサーメットと同種であってもよいし、異種であってもよい。第２層１０２を構成するサーメットの具体例は、上述した第１層１０１を構成するサーメットの具体例と同様である。

第２層１０２の平面形状及び平面サイズは特に制限されるものではなく、機能性セラミックス素子の形状や第２層１０２の機能及び強度などを考慮して設定することができる。本実施形態において、第２層１０２平面形状は正方形であるが、長方形、円形、楕円形、三角形、五角以上の多角形、及びその他の形状であってもよい。また、本実施形態において、第２層１０２の平面形状は、第１層１０１の平面形状と同じであるが、第１層１０１の平面形状と異なっていてもよい。また、本実施形態において、第２層１０２の平面サイズは、第１層１０１の平面サイズよりも一回り小さいが、第１層１０１の平面サイズと同じであってもよいし、第１層１０１の平面サイズより大きくてもよい。

第２層１０２の厚みは特に制限されるものではなく、第２層１０２の機能及び強度などを考慮して設定することができる。

第２層１０２の気孔率は特に制限されるものではなく、第２層１０２の機能及び強度などを考慮して設定することができる。第２層１０２は、多孔質であってもよいし、緻密質であってもよい。

第２層１０２は、本体部１０２ａと凸部１０２ｂとを有する。

本体部１０２ａは、板状又は層状に形成される。本体部１０２ａは、第２層１０２のうち第２層１０２の機能を主に担う部分である。例えば、第２層１０２が、電極層として機能する場合、電流は主に本体部１０２ａ内を流れる。

凸部１０２ｂは、第１層１０１と反対側に向かって本体部１０２ａから突出する。凸部１０２ｂは、本体部１０２ａの表面１０２Ｓ上に形成されている。凸部１０２ｂは、例えば、スクリーン印刷法を用いて第２層１０２の成形体を形成する際に、部分的に印刷回数を増やすことによって形成することができる。

このように、本体部１０２ａの表面１０２Ｓに凸部１０２ｂを形成することによって、機能性セラミックス体１００の成形体を焼成する際に第２層１０２の成形体を下向きにして凸部１０２ｂをセッターに当接させると、本体部１０２ａをセッターから離すことができる。そのため、セッターの構成成分（以下、「セッター成分」という。）が本体部１０２ａに拡散することを抑制できる。また、セッター成分が凸部１０２ｂに拡散したとしても、凸部１０２ｂの内部にセッター成分を集約することができる。その結果、セッター成分が、本体部１０２ａが担う機能に悪影響を及ぼすことを抑制できる。なお、セッター成分は、セッターの構成材料によるものであるが、例えば、Ａｌ元素、Ｙ元素、Ｚｒ元素などが挙げられる。

さらに、凸部１０２ｂをセッターに当接させて本体部１０２ａをセッターから離すことによって、本体部１０２ａの構成成分（以下、「第２層成分」という。）がセッターに拡散して本体部１０２ａに組成ズレが生じることを抑制できる。

図１に示すように、凸部１０２ｂは、所定方向に沿って直線状に延びるように形成されている。ただし、凸部１０２ｂの平面形状はこれに限られるものではなく、例えば、曲線状、波線状、円形状、多角形状などであってもよい。

また、図１に示すように、凸部１０２ｂは、第２層１０２の中央からずれた位置に配置されている。ただし、凸部１０２ｂの位置はこれに限られるものではなく、第２層１０２の中央に配置されていてもよいし、第２層１０２の一端部に配置されていてもよい。特に、凸部１０２ｂが第２層１０２の外縁に配置されている場合には、本体部１０２ａの中央部にセッター成分が拡散することを抑制できるため、本体部１０２ａが担う機能に悪影響を及ぼすことをより抑制できる。

凸部１０２ｂの断面形状は特に制限されないが、図２に示すように、先端に向かってテーパ状であることが好ましい。これにより、凸部１０２ｂをセッターに当接させた状態で焼成する際に、凸部１０２ｂのうちセッターと当接する領域を狭くすることができる。そのため、凸部１０２ｂの先端が平坦である場合に比べて、セッター成分が凸部１０２ｂに拡散することをより抑制できる。

なお、凸部１０２ｂは、第２層１０２の表面１０２Ｓに形成される微小な凹凸（いわゆる、テクスチャー）とは異なるものである。例えば、スクリーン印刷法を用いて第２層１０２を形成した場合、表面１０２Ｓには１μｍ〜３μｍ程度の凹凸が形成される場合があるが、凸部１０２ｂの高さＨは、それら微小な凹凸よりも大きい。

ここで、凸部１０２ｂの高さＨに対する幅Ｗの比（Ｗ／Ｈ）は特に制限されないが、０．５以上とすることができる。凸部１０２ｂの高さＨに対する幅Ｗの比は、１以上が好ましい。これにより、凸部１０２ｂをセッターに当接させた状態で焼成する際に、凸部１０２ｂにクラックが生じることを抑制できる。

凸部１０２ｂの高さＨは特に制限されないが、例えば５μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。凸部の高さＨは、８０μｍ以下が好ましい。これにより、凸部１０２ｂをセッターに当接させた状態で焼成する際に、凸部１０２ｂにクラックが生じることをより抑制できる。また、凸部の高さＨは、８μｍ以上が好ましい。これにより、凸部１０２ｂをセッターに当接させた状態で焼成する際に、セッター成分が本体部１０２ａにまで拡散することをより抑制できる。

凸部１０２ｂの幅Ｈは特に制限されるものではなく、第２層１０２の幅Ａに応じて適宜設定することができる。凸部１０２ｂの幅Ｗは、第２層１０２の幅Ａの２０％未満が好ましい。これにより、本体部１０２ａの表面１０２Ｓにおいて凸部１０２ｂが占める面積が抑えられるため、本体部１０２ａの機能性を確保することができる。例えば、後述するように、第２層１０２が燃料電池の電解質層に相当する場合に、電解質層の酸素イオン伝導性が確保されるため、燃料電池の初期出力を向上させることがきる。

（機能性セラミックス体１００の変形例）
１．変形例１
次に、機能性セラミックス体１００の変形例１について説明する。図３は、変形例１に係る機能性セラミックス体１００ａの断面図である。

本変形例１に係る機能性セラミックス体１００ａでは、第１層１０１が、本体部１０１ａと凸部１０１ｂとを有している。本体部１０１ａは、板状又は層状に形成される。凸部１０１ｂは、本体部１０１ａ上に配置される。凸部１０１ｂは、第２層１０２側に突出している。第１層１０１の凸部１０１ｂは、第２層１０２の凸部１０２ｃの内側に位置している。

凸部１０１ｂは、例えば、スクリーン印刷法を用いて本体部１０１ａの成形体を形成する場合に、部分的に印刷回数を増やすことによって形成することができる。

このような凸部１０１ｂを予め第１層１０１に形成しておくことによって、第１層１０１の凸部１０１ｂの形状に倣って第２層１０２の凸部１０２ｃを自然に形成することができる。従って、例えば、スクリーン印刷法で第２層１０２の成形体を形成する際に、部分的に印刷回数を増やすことなく凸部１０２ｃを形成することができる。

２．変形例２
図４は、変形例２に係る機能性セラミックス体１００ｂの断面図である。本変形例２に係る機能性セラミックス体１００ｂでは、第２層１０２の幅Ａが、第１層１０１の幅Ｂの１／４程度である。このように、第２層１０２が第１層１０１よりも相当小さい場合には、凸部１０２ｄをセッターに当接させた状態で焼成する際に、第１層１０１の一端部がセッターと当接することになる。そのため、第２層１０２の本体部１０２ａへのセッター成分の拡散をより抑制できるとともに、セッターへの第２層成分の拡散をより抑制できる。

３．変形例３
図５は、変形例３に係る機能性セラミックス体１００ｃの平面図である。機能性セラミックス体１００ｃは、機能性セラミックス体１００と同様、第１層１０１と第２層１０２とを備える。ただし、第２層１０２は、平面形状が矩形環状の凸部１０２ｅを有する。凸部１０２ｅは、連続的な環状に形成されており、全体として矩形である。

凸部１０２ｅは、平面視において閉じた領域を形成している。閉じた領域とは、第２層１０２の平面視において、凸部１０２ｅによって囲まれた領域である。このように、凸部１０２ｅで閉じた領域を形成することによって、凸部１０２ｅをセッターに当接させた状態で焼成する際に、凸部１０２ｅが高台として機能するため、焼成時の安定性を向上させることができる。

また、本変形例３では、凸部１０２ｅが、第２層１０２の外縁に沿って配置されている。そのため、焼成時の安定性をより向上させることができる。ただし、凸部１０２ｅは、第２層１０２の外縁よりも内側に配置されていてもよい。

４．変形例４
図６は、変形例４に係る機能性セラミックス体１００ｄの平面図である。機能性セラミックス体１００ｄは、機能性セラミックス体１００と同様、第１層１０１と第２層１０２とを備える。ただし、第２層１０２は、平面形状がＣ字状の凸部１０２ｆを有する。凸部１０２ｆは、断続的な環状に形成されている。このように、第２層１０２の凸部は、少なくとも一部において繋がっていなくてもよい。

５．変形例５
図７は、変形例５に係る機能性セラミックス体１００ｅの平面図である。機能性セラミックス体１００ｅは、機能性セラミックス体１００と同様、第１層１０１と第２層１０２とを備える。ただし、第２層１０２は、平面形状が格子状の凸部１０２ｇを有する。このように、第２層１０２の凸部には、部分的に開口部が設けられていてもよい。

６．変形例６
図８は、変形例６に係る機能性セラミックス体１００ｆの平面図である。機能性セラミックス体１００ｆは、機能性セラミックス体１００と同様、第１層１０１と第２層１０２とを備える。ただし、第２層１０２は、点状の複数の凸部を含む凸部１０２ｈを有する。点状の凸部どうしは、互いに離れている。このように、第２層１０２の凸部は、複数の凸部の集合体であってもよい。

（燃料電池の発電部への適用例）
上述した機能性セラミックス体１００を燃料電池の発電部に適用した場合について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する発電部１０では、「固体電解質層１２」が「第１層１０１」に対応し、「バリア層１３」が「第２層１０２」に対応している。

図９は、発電部１０の断面図である。発電部１０は、燃料極１１、固体電解質層１２、バリア層１３及び空気極１４を備える。発電部１０は、横縞型、縦縞型、燃料極支持型、電解質平板型及び円筒型などの様々な燃料電池に適用可能である。

１．燃料極１１
燃料極１１は、燃料極集電層１１ａと燃料極活性層１１ｂを有する。

燃料極集電層１１ａは、燃料ガスを燃料極活性層１１ｂまで透過させるための多孔性と、集電のための電子伝導性とを有する。燃料極集電層１１ａは、遷移金属とセラミックス材料によって構成することができる。遷移金属としては、Ｎｉ（ニッケル）が好適である。Ｎｉ（ニッケル）の少なくとも一部は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）の形態であってもよい。セラミックス材料としては、例えば８ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）、ＣＳＺ（カルシウムジルコネート）などが挙げられる。

燃料極集電層１１ａの気孔率は特に制限されないが、２５％〜５０％とすることができる。燃料極集電層１１ａの導電率は特に制限されないが、３００Ｓ／ｃｍ以上とすることができる。燃料極集電層１１ａの厚みは特に制限されないが、燃料極集電層１１ａを支持基板として用いる場合には２ｍｍ〜１０ｍｍとすることができ、燃料極集電層１１ａを支持基板上に形成する場合には５０μｍ〜５００μｍとすることができる。

燃料極活性層１１ｂは、燃料極集電層１１ａと固体電解質層１２の間に配置される。燃料極活性層１１ｂは、多孔性と電子伝導性と酸素イオン伝導性とを有する。燃料極活性層１１ｂは、遷移金属とセラミックス材料によって構成することができる。遷移金属としては、Ｎｉ（ニッケル）が好適である。Ｎｉ（ニッケル）の少なくとも一部は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）の形態であってもよい。セラミックス材料としては、例えば８ＹＳＺやＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）などが挙げられる。

燃料極活性層１１ｂの気孔率は特に制限されないが、２５％〜５０％とすることができる。燃料極活性層１１ｂの厚みは特に制限されないが、１μｍ〜３０μｍとすることができる。

２．固体電解質層１２
固体電解質層１２は、燃料極１１と空気極１４の間に配置される。固体電解質層１２は、燃料極１１上に配置される。固体電解質層４は、空気極１４から燃料極１１へ酸素イオンを伝導させるためのイオン伝導性と、燃料極１１に供給される燃料ガスと空気極１４に供給される酸素含有ガスとのリークを防止するための緻密性とを有する。固体電解質層１２は、緻密質なセラミックス材料によって構成することができる。セラミックス材料としては、例えば３ＹＳＺ、８ＹＳＺ、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）などが挙げられる。

固体電解質層の気孔率は、２０％以下とすることができ、１０％以下であることが好ましい。固体電解質層１２の厚さは特に制限されないが、１μｍ〜５０μｍとすることができる。

３．バリア層１３
バリア層１３は、固体電解質層１２と空気極１４の間に配置される。バリア層１３は、固体電解質層１２上に配置される。バリア層１３は、空気極１４から固体電解質層１２に元素が拡散することを抑制する。バリア層１３は、元素拡散抑制機能を有する酸化物によって構成される。このような酸化物としては、例えばＧＤＣやＳＤＣ（サマリウムドープセリア）などが挙げられる。

バリア層１３の気孔率は、２０％以下とすることができ、１０％以下であることが好ましい。反応防止膜１３の厚さは特に制限されないが、１μｍ〜５０μｍとすることができる。

４．バリア層１３の凸部
バリア層１３は、第１凸部１３１と第２凸部１３２を有する。

第１凸部１３１は、燃料極１１と反対側に向かって突出する。第１凸部１３１は、バリア層１３の固体電解質層１２とは反対側の表面１３Ｓに形成される。バリア層１３に第１凸部１３１を形成することによって、後述するバリア層１３の焼成工程においてバリア層１３がセッターと接触しにくくなるため、セッター成分が固体電解質層１２に拡散することを抑制できるとともに、電解質成分がセッターに拡散して固体電解質層１２に組成ズレが生じることを抑制できる。

表面１３Ｓ上における第１凸部１３１の位置は特に制限されるものではないが、表面１３Ｓの中央から離れていることが好ましい。第１凸部１３１が、表面１３Ｓの一端部に形成されている。これにより、バリア層１３の焼成工程においてバリア層１３の中央部がセッターと接触しにくくなるため、発電性能に影響を与えやすい固体電解質層１２の中央部にセッター成分が拡散することを抑制しやすくなる。

バリア層１３の表面１３Ｓを平面視した場合、第１凸部１３１は、表面１３Ｓの一端辺に沿って短冊状に細長く形成されている。ただし、第１凸部１３１の平面形状は特に制限されるものではなく、例えば、円形状、矩形状、波線状などであってもよい。

第１凸部１３１は、表面１３Ｓに形成される微小な凹凸（いわゆる、テクスチャー）とは異なるものである。例えば、スクリーン印刷法によってバリア層１３を形成する場合、表面１３Ｓには１μｍ〜３μｍ程度の凹凸が形成されるが、第１凸部１３１の高さＨ１は表面１３Ｓの凹凸よりも大きい。

第２凸部１３２は、燃料極１１と反対側に向かって突出する。第２凸部１３２は、バリア層１３の表面１３Ｓに形成される。バリア層１３に第１凸部１３１だけでなく第２凸部１３２を形成することによって、バリア層１３の焼成工程においてバリア層１３がセッターと接触する領域をより狭くできるため、セッター成分が固体電解質層１２に拡散することをより抑制できる。その結果、発電部１０の発電性能が低下することをより抑制できる。

表面１３Ｓ上における第２凸部１３２の位置は特に制限されるものではないが、表面１３Ｓの中央から離れていることが好ましく、第１凸部１３１から離れていることがより好ましい。これにより、バリア層１３の焼成工程においてバリア層１３の中央部がセッターとさらに接触しにくくなるため、発電部１０の発電性能が低下することをさらに抑制できる。

バリア層１３の表面１３Ｓを平面視した場合、第２凸部１３２は、表面１３Ｓの他端辺に沿って短冊状に細長く形成されている。第２凸部１３２は、第１凸部１３１とは反対側に配置されている。ただし、第２凸部１３２の平面形状は特に制限されるものではなく、例えば、円形状、矩形状、波線状などであってもよい。第２凸部１３２は、表面１３Ｓに形成される微小な凹凸とは異なるものである。

ここで、第１凸部１３１の高さＨ１に対する幅Ｗ１の比（Ｗ１／Ｈ１）は、１以上が好ましい。同様に、第２凸部１３２の高さＨ２に対する幅Ｗ２の比（Ｗ２／Ｈ２）は特に制限されないが、１以上が好ましい。これにより、焼成時、各凸部１３１，１３２にクラックが生じることを抑制できる。

また、各凸部１３１，１３２の高さＨ１，Ｈ２は、８０μｍ以下が好ましい。これにより、焼成時、各凸部１３１，１３２にクラックが生じることをより抑制できる。また、各凸部１３１，１３２の高さＨ１，Ｈ２は、８μｍ以上が好ましい。これにより、焼成時、セッター成分がバリア層１３の内部にまで拡散することをより抑制できる。

また、第１凸部１３１の幅Ｗ１は、バリア層１３の幅Ａ１の２０％未満が好ましい。同様に、第２凸部１３２の幅Ｗ２は、バリア層１３の幅Ａ１の２０％未満が好ましい。これにより、バリア層１３の機能性（酸素イオン伝導性）を確保することができる。

なお、各凸部１３１，１３２の高さＨ１，Ｈ２は、互いに異なる値であってもよいし、各凸部１３１，１３２の幅Ｗ１，Ｗ２は、互いに異なる値であってもよい。

本実施形態において、各凸部１３１，１３２は空気極１４によって被覆されているが、これに限られるものではない。各凸部１３１，１３２の少なくとも一部は、空気極１４から露出していてもよい。

５．空気極１４
空気極１４は、空気極活性層１４ａと空気極集電層１４ｂとを有する。

空気極活性層１４ａは、バリア層１３上に配置される。空気極活性層１４ａは、混合導電性を有する多孔質材料によって構成される。空気極活性層１４ａは、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ＬＳＣＦ、ランタンストロンチウムコバルトフェライト）、（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ＬＳＦ、ランタンストロンチウムフェライト）、Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ＬＮＦ、ランタンニッケルフェライト）、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ＬＳＣ、ランタンストロンチウムコバルタイト）などによって構成することができる。

空気極活性層１４ａの気孔率は、２０％以上とすることができ、３０％以上であることが好ましい。空気極活性層１４ａの厚さは特に制限されないが、１０〜１００μｍとすることができる。

空気極集電層１４ｂは、空気極活性層１４ａ上に配置される。空気極集電層１４ｂは、電子伝導性を有する多孔質材料によって構成される。空気極集電層１４ｂは、例えば、ＬＳＣＦ、ＬＳＣ、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）などによって構成することができる。空気極集電層１４ｂの厚さは特に制限されないが、５０μｍ〜５００μｍとすることができる。

（発電部１０の製造方法）
次に、発電部１０の製造方法の一例について説明する。

まず、金型プレス成形法で燃料極集電層用材料の粉末を成形することによって、燃料極集電層１１ａの成形体を形成する。次に、燃料極活性層用材料をペースト化して、燃料極集電層１１ａの成形体上にスクリーン印刷することによって、燃料極活性層１１ｂの成形体を形成する。

次に、固体電解質用材料をペースト化して、燃料極活性層１１ｂの成形体上にスクリーン印刷することによって、固体電解質層１２の成形体を形成する。

次に、バリア層用材料をペースト化して、固体電解質層１２の成形体上にスクリーン印刷することによって、バリア層１３の成形体を形成する。この際、両端部における印刷回数を増やすことによって、第１凸部１３１及び第２凸部１３２の成形体を一体的に形成する。以上によって、燃料極集電層１１ａ、燃料極活性層１１ｂ、固体電解質層１２及びバリア層１３それぞれの成形体が積層された積層体が形成される。

次に、図１０に示すように、バリア層１３の成形体を下向きにした状態で積層体をセッター３０上に載置して焼成（１３００〜１６００℃、２〜２０時間）する。この際、バリア層１３のうち第１凸部１３１及び第２凸部１３２だけがセッター３０と接触し、バリア層１３の中央部分はセッター３０から離れている。そのため、セッター３０の構成成分は、第１凸部１３１及び第２凸部１３２だけに拡散し、バリア層１３の中央部分には拡散しない。また、第１凸部１３１及び第２凸部１３２においてバリア層１３は厚くなっているため、第１凸部１３１及び第２凸部１３２に拡散したセッター３０の構成成分は、固体電解質層１２まで到達しにくい。従って、固体電解質層１２にセッター３０の構成成分が拡散することを抑制できる。なお、セッター３０には、アルミナ、ジルコニア及びイットリアなどによって構成される板状部材を用いることができる。

次に、空気極材料をペースト化してバリア層１３上にスクリーン印刷することによって、空気極１４の成形体を形成する。次に、空気極１４の成形体を焼成（９００〜１１００℃、１〜２０時間）する。

（燃料電池のインターコネクタ部への適用例）
上述した機能性セラミックス体１００を燃料電池のインターコネクタ部に適用した場合について、図面を参照しながら説明する。以下に説明するインターコネクタ部２０では、「中間層２１」が「第１層１０１」に対応し、「インターコネクタ２２」が「第２層１０２」に対応している。

図１１は、インターコネクタ部２０の断面図である。

インターコネクタ部２０は、上述した燃料極集電層１１ａ、中間層２１及びインターコネクタ２２を備える。インターコネクタ部２０は、発電部１０とともに横縞型、縦縞型、燃料極支持型、電解質平板型及び円筒型などの様々な燃料電池に適用可能である。

１．中間層２１
中間層２１は、燃料極集電層１１ａ上に配置される。中間層２１は、燃料極集電層１１ａとインターコネクタ２２の間に介挿されている。中間層２１は、燃料極集電層１１ａとインターコネクタ２２の間の全域に形成されているが、燃料極集電層１１ａとインターコネクタ２２の間の一部の領域のみに形成されていてもよい。中間層２１は、電子伝導性と緻密性を有する。中間層２１を構成する材料としては、Ｙ_２Ｏ_３、ＧＤＣ、クロマイト系材料などを用いることができる。

中間層２１の気孔率は、２０％以下とすることができ、１０％以下であることが好ましい。中間層２１の厚さは特に制限されないが、２μｍ〜２０μｍとすることができる。

２．インターコネクタ２２
インターコネクタ２２は、中間層２１上に配置される。インターコネクタ２２は、電子伝導性と緻密性を有する。インターコネクタ２２を構成する材料としては、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）や（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）などを用いることができる。インターコネクタ２２は、Ｃａ，Ｍｇ，Ａｌ及びＳｒから選択される少なくとも１種類の元素を含んでいてもよい。

インターコネクタ２２の気孔率は、２０％以下とすることができ、１０％以下であることが好ましい。インターコネクタ２２の厚さは特に制限されないが、１０μｍ〜１００μｍとすることができる。

３．インターコネクタ２２の凸部
インターコネクタ２２は、第１凸部２２１と第２凸部２２２を有する。

第１凸部２２１は、燃料極集電部１１ａと反対側に向かって突出する。第１凸部２２１は、インターコネクタ２２の燃料極集電層１１ａとは反対側の表面２２Ｓに形成される。インターコネクタ２２に第１凸部２２１を形成することによって、後述するインターコネクタ２２の焼成工程においてインターコネクタ２２がセッターと接触しにくくなるため、セッター成分がインターコネクタ２２に拡散することを抑制できるとともに、インターコネクタ成分がセッターに拡散してインターコネクタ２２に組成ズレが生じることを抑制できる。その結果、発電部１０の発電性能が低下することを抑制できる。

表面２２Ｓ上における第１凸部２２１の位置は特に制限されるものではないが、表面２２Ｓの中央から離れていることが好ましい。第１凸部２２１は、表面２２Ｓの一端部に形成されている。これにより、インターコネクタ２２の焼成工程においてインターコネクタ２２の中央部がセッターと接触しにくくなるため、発電性能に影響を与えやすい燃料極集電層１１ａの中央部にセッター成分が拡散することを抑制しやすくなる。

インターコネクタ２２の表面２２Ｓを平面視した場合、第１凸部２２１は、表面２２Ｓの一端辺に沿って短冊状に細長く形成されている。ただし、第１凸部２２１の平面形状は特に制限されるものではなく、例えば、円形状、矩形状、波線状などであってもよい。

第１凸部２２１は、表面２２Ｓに形成される微小な凹凸（いわゆる、テクスチャー）とは異なるものである。例えば、スクリーン印刷法によってインターコネクタ２２を形成する場合、表面２２Ｓには１μｍ〜３μｍ程度の凹凸が形成されるが、第１凸部２２１の高さＨ３は表面２２Ｓの凹凸よりも大きい。

第２凸部２２２は、燃料極集電層１１ａと反対側に向かって突出する。第２凸部２２２は、インターコネクタ２２の表面２２Ｓに形成される。インターコネクタ２２に第１凸部２２１だけでなく第２凸部２２２を形成することによって、インターコネクタ２２の焼成工程においてインターコネクタ２２がセッターと接触する領域をより狭くできるため、セッター成分がインターコネクタ２２に拡散することをより抑制できる。その結果、発電部１０の発電性能が低下することをより抑制できる。

表面２２Ｓ上における第２凸部２２２の位置は特に制限されるものではないが、表面２２Ｓの中央から離れていることが好ましく、第１凸部２２１から離れていることがより好ましい。これにより、インターコネクタ２２の焼成工程においてインターコネクタ２２の中央部がセッターとさらに接触しにくくなるため、発電部１０の発電性能が低下することをさらに抑制できる。

本実施形態において、インターコネクタ２２の表面２２Ｓを平面視した場合、第２凸部２２２は、表面２２Ｓの他端辺に沿って短冊状に細長く形成されている。第２凸部２２２は、第１凸部２２１とは反対側に配置されている。ただし、第２凸部２２２の平面形状は特に制限されるものではなく、例えば、円形状、矩形状、波線状などであってもよい。第２凸部２２２は、表面２２Ｓに形成される微小な凹凸とは異なるものである。

ここで、第１凸部２２１の高さＨ３に対する幅Ｗ３の比（Ｗ３／Ｈ３）は、１以上が好ましい。同様に、第２凸部２２２の高さＨ４に対する幅Ｗ４の比（Ｗ４／Ｈ４）は特に制限されないが、１以上が好ましい。これにより、焼成時、各凸部２２１，２２２にクラックが生じることを抑制できる。

また、各凸部２２１，２２２の高さＨ３，Ｈ４は、８０μｍ以下が好ましい。これにより、焼成時、各凸部２２１，２２２にクラックが生じることをより抑制できる。また、各凸部２２１，２２２の高さＨ１，Ｈ２は、８μｍ以上が好ましい。これにより、焼成時、セッター成分がインターコネクタ２２の内部にまで拡散することをより抑制できる。

また、第１凸部２２１の幅Ｗ３は、インターコネクタ２２の幅Ａ２の２０％未満が好ましい。同様に、第２凸部１３２の幅Ｗ２は、インターコネクタ２２の幅Ａ２の２０％未満が好ましい。これにより、インターコネクタ２２の機能性（電気伝導性）を確保することができる。

各凸部２２１，２２２の高さＨ３，Ｈ４は、互いに異なる値であってもよい。また、各凸部２２１，２２２の幅Ｗ３，Ｗ４は、互いに異なる値であってもよい。

（インターコネクタ部２０の製造方法）
次に、インターコネクタ部２０の製造方法の一例について説明する。

まず、金型プレス成形法で燃料極集電層用材料の粉末を成形することによって、燃料極集電層１１ａの成形体を形成する。

次に、中間層材料をペースト化して、燃料極集電層１１ａの成形体上にスクリーン印刷することによって、中間層２１の成形体を形成する。

次に、インターコネクタ材料をペースト化して中間層２１の成形体上にスクリーン印刷することによって、インターコネクタ２２の成形体を形成する。この際、両端部における印刷回数を増やすことによって、第１凸部２２１及び第２凸部２２２の成形体を一体的に形成する。以上によって、燃料極集電層１１ａ、中間層２１及びインターコネクタ２２それぞれの成形体が積層された積層体が形成される。

次に、図１２に示すように、インターコネクタ２２の成形体を下向きにして積層体をセッター３０上に載置した状態で焼成（１３００〜１６００℃、２〜２０時間）する。この際、インターコネクタ２２のうち第１凸部２２１及び第２凸部２２２だけがセッター３０と接触し、インターコネクタ２２の中央部分はセッター３０から離れている。そのため、セッター３０の構成成分は、第１凸部２２１及び第２凸部２２２だけに拡散し、インターコネクタ２２の中央部分には拡散しない。また、第１凸部２２１及び第２凸部２２２においてインターコネクタ２２は厚くなっているため、第１凸部２２１及び第２凸部２２２に拡散したセッター３０の構成成分は、燃料極集電層１１ａまで到達しにくい。従って、燃料極集電層１１ａにセッター３０の構成成分が拡散することを抑制できる。

（横縞型燃料電池への適用例１）
次に、機能性セラミックス体１００がそれぞれ適用された発電部１０及びインターコネクタ部２０を横縞型燃料電池に適用した適用例１について、図面を参照しながら説明する。

図１３は、横縞型燃料電池１の断面図である。横縞型燃料電池１は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。横縞型燃料電池１は、支持基板２と、複数の発電部１０と、複数のインターコネクタ部２０とを備える。

支持基板２は、扁平かつ一方向に長い板状に形成されている。支持基板２は、電気絶縁性の多孔質材料を主成分として含有する。支持基板２を構成する材料としては、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）の混合物、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、８ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）、ＣＺＯ（カルシウムジルコネート）などの絶縁性セラミックスを用いることができる。

支持基板２は、燃料ガスの改質反応を促す触媒として機能する遷移金属又は当該遷移金属の酸化物を含んでいてもよい。遷移金属としては、Ｎｉ（ニッケル）が好適である。支持基板２の厚さは特に制限されないが、１ｍｍ〜５ｍｍとすることができる。支持基板２の気孔率は特に制限されないが、還元雰囲気において２０％〜６０％とすることができる。

支持基板２の内部には、ガス流路２ａが形成される。ガス流路２ａは、支持基板２の長手方向に沿って延びる。発電時、ガス流路２ａに流される燃料ガスは、支持基板２の内部を通過して発電部１０の燃料極集電層１１ａ及び燃料極活性層１１ｂに供給される。ガス流路２ａの本数は適宜設定可能である。

支持基板２の第１主面２Ｓと第２主面２Ｔそれぞれには、発電部１０とインターコネクタ部２０が、長手方向において交互に配置されている。隣接する一組の発電部１０とインターコネクタ部２０は、燃料極集電層１１ａを共有している。

各発電部１０の固体電解質層１２の両端部は、各発電部１０の両側に配置された２つのインターコネクタ部２０それぞれのインターコネクタ２２に接続されている。このように、固体電解質層１２とインターコネクタ２２が連なることによって、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するシール膜が形成されている。インターコネクタ２２は、燃料極集電層１１ａを基準として、固体電解質層１２やバリア層１３と同じ側に位置する。

各発電部１０の空気極集電層１４ｂは、燃料極集電層１１ａを共有していないインターコネクタ部２０のインターコネクタ２２に接続されている。各発電部１０のバリア層１３は、固体電解質層１２上に配置される。各発電部１０のバリア層１３は、第１凸部１３１及び第２凸部１３２を有する。

第１凸部１３１及び第２凸部１３２は、空気極１４を除いた横縞型燃料電池１の構成部材のうち最も支持基板２から離れている。すなわち、第１凸部１３１及び第２凸部１３２は、支持基板２から最も高い位置に配置されている。従って、バリア層１３を焼成する際には、第１凸部１３１及び第２凸部１３２だけがセッター３０（図１０参照）と接触するため、インターコネクタ２２にセッター３０の構成成分が拡散することを抑制できる。

なお、横縞型燃料電池１のインターコネクタ部２０のインターコネクタ２２には、第１凸部２２１及び第２凸部２２２が形成されていないが、第１凸部２２１及び第２凸部２２２の少なくとも一方が形成されていてもよい。

（横縞型燃料電池への適用例２）
次に、機能性セラミックス体１００がそれぞれ適用された発電部１０及びインターコネクタ部２０を横縞型燃料電池に適用した適用例２について、図面を参照しながら説明する。

図１４は、横縞型燃料電池１ａの構成を示す断面図である。横縞型燃料電池１ａは、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。横縞型燃料電池１ａは、支持基板２と、複数の発電部１０と、複数のインターコネクタ部２０とを備える。

１．支持基板２
支持基板２は、扁平かつ一方向に長い板状に形成されている。支持基板２は、電気絶縁性の多孔質材料を主成分として含有する。支持基板２を構成する材料としては、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）の混合物、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、８ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）、ＣＺＯ（カルシウムジルコネート）などの絶縁性セラミックスを用いることができる。

支持基板２は、燃料ガスの改質反応を促す触媒として機能する遷移金属又は当該遷移金属の酸化物を含んでいてもよい。遷移金属としては、Ｎｉ（ニッケル）が好適である。支持基板２の厚さは特に制限されないが、１ｍｍ〜５ｍｍとすることができる。支持基板２の気孔率は特に制限されないが、還元雰囲気において２０％〜６０％とすることができる。

支持基板２の内部には、ガス流路２ａが形成される。ガス流路２ａは、支持基板２の長手方向に沿って延びる。発電時、ガス流路２ａに流される燃料ガスは、支持基板２の内部を通過して発電部１０の燃料極集電層１１ａ及び燃料極活性層１１ｂに供給される。ガス流路２ａの本数は適宜設定可能である。

支持基板２の第１主面２Ｓと第２主面２Ｔそれぞれには、発電部１０とインターコネクタ部２０が、長手方向において交互に配置されている。隣接する一組の発電部１０とインターコネクタ部２０は、燃料極集電層１１ａを共有している。

２．発電部１０
次に、横縞型燃料電池１ａの発電部１０について説明する。発電部１０は、燃料極１１、固体電解質層１２、バリア層１３及び空気極１４を備える。

燃料極１１の燃料極集電層１１ａは、支持基板２の主面に形成された凹部２ｂ内に配置される。燃料極集電層１１ａは、凹部２ｂに埋設されている。燃料極集電層１１ａは、凹部２ｂと同じ外形を有する。燃料極集電層１１ａの外表面は、支持基板２の主面と面一で連なっている。燃料極集電層１１ａの外表面は、支持基板２の主面とともに一平面を構成する。なお、燃料極集電層１１ａの外表面と支持基板２の主面との間には、５０μｍ以下程度の段差が存在していてもよい。

ただし、燃料極集電層１１ａは、凹部２ｂに埋設されていなくてもよい。燃料極集電層１１ａは、支持基板２の主面上に配置されていてもよい。

燃料極１１の燃料極活性層１１ｂは、支持基板２の外部に配置される。燃料極活性層１１ｂの大部分は、燃料極集電層１１ａ上に配置される。燃料極活性層１１ｂの一端部は、後述するシール層２３上に配置される。

燃料極活性層１１ｂは、第１凸部１１１及び第２凸部１１２を有する。第１凸部１１１及び第２凸部１１２それぞれは、積層方向において燃料極集電層１１ａと反対側に向かって突出する。第１凸部１１１及び第２凸部１１２それぞれは、積層方向においてバリア層１３側に向かって突出する。燃料極活性層１１ｂの厚みは、第１凸部１１１及び第２凸部１１２において部分的に厚くなっている。

燃料極活性層１１ｂの第１凸部１１１及び第２凸部１１２は、燃料極活性層１１ｂの外縁に位置する。燃料極活性層１１ｂの第１凸部１１１は、バリア層１３の第１凸部１３１の燃料極集電層１１ａ側に位置する。燃料極活性層１１ｂの第２凸部１１２は、バリア層１３の第２凸部１３２の燃料極集電層１１ａ側に位置する。従って、焼成時にセッター３０の構成成分が、バリア層１３の第１凸部１３１及び第２凸部１３２から拡散してきたとしても、燃料極活性層１１ｂの第１凸部１１１及び第２凸部１１２に拡散成分を集積できるため、燃料極集電層１１ａにまで拡散成分が到達することを抑制できる。また、第１凸部１１１及び第２凸部１１２のアンカー効果によって、燃料極活性層１１ｂと固体電解質層１２との密着性を向上させることができる。

固体電解質層１２は、２つのシール層２３の間に配置される。固体電解質層１２は、燃料極活性層１１ｂを覆う。固体電解質層１２は、第１凸部１２１及び第２凸部１２２を有する。第１凸部１２１及び第２凸部１２２それぞれは、積層方向において燃料極１１と反対側に向かって突出する。第１凸部１２１及び第２凸部１２２それぞれは、積層方向においてバリア層１３側に向かって突出する。固体電解質層１２は、全体的に略均等な厚みで形成されている。

固体電解質層１２の第１凸部１２１は、バリア層１３の第１凸部１３１の燃料極集電層１１ａ側に位置する。固体電解質層１２の第１凸部１２１は、積層方向においてバリア層１３の第１凸部１３１と燃料極活性層１１ｂの第１凸部１１１の間に配置される。固体電解質層１２の第２凸部１２２は、バリア層１３の第２凸部１３２の燃料極集電層１１ａ側に位置する。固体電解質層１２の第２凸部１２２は、積層方向においてバリア層１３の第２凸部１３２と燃料極活性層１１ｂの第２凸部１１２の間に配置される。従って、焼成時にセッター３０の構成成分が、バリア層１３の第１凸部１３１及び第２凸部１３２から拡散してきたとしても、固体電解質層１２の第１凸部１２１及び第２凸部１２２に拡散成分を集積できるため、燃料極集電層１１ａにまで拡散成分が到達することを抑制できる。また、第１凸部１２１及び第２凸部１２２のアンカー効果によって、固体電解質層１２とバリア層１３の密着性を向上させることができる。

バリア層１３は、２つのシール層２３の間に配置される。バリア層１３は、固体電解質層１２を覆う。バリア層１３は、第１凸部１３１及び第２凸部１３２を有する。バリア層１３の第１凸部１３１は、燃料極活性層１１ｂの第１凸部１１１を基準として、燃料極集電層１１ａの反対側に位置する。バリア層１３の第２凸部１３２は、燃料極活性層１１ｂの第２凸部１１２を基準として、燃料極集電層１１ａの反対側に位置する。

空気極１４の空気極活性層１４ａは、バリア層１３上に形成される。空気極活性層１４ａは、第１凸部１４１及び第２凸部１４２を有する。空気極活性層１４ａの第１凸部１４１及び第２凸部１４２それぞれは、積層方向においてバリア層１３と反対側に向かって突出する。

空気極１４の空気極集電層１４ｂは、空気極活性層１４ａ上に形成される。空気極集電層１４ｂは、第１凸部１４３及び第２凸部１４４を有する。第１凸部１４３及び第２凸部１４４それぞれは、空気極活性層１４ａと反対側に向かって突出する。第２凸部１４４は、積層方向において空気極活性層１４ａの第２凸部１４２上に配置される。

また、空気極集電層１４ｂは、第３凸部１４５及び第４凸部１４６を有する。空気極集電層１４ｂの第３凸部１４５及び第４凸部１４６それぞれは、インターコネクタ２２と反対側に向かって突出する。第３凸部１４５は、積層方向においてインターコネクタ２２の第１凸部２２１上に配置される。第４凸部１４６は、積層方向においてインターコネクタ２２の第２凸部２２２上に配置される。

３．インターコネクタ部２０
次に、横縞型燃料電池１ａのインターコネクタ部２０について説明する。横縞型燃料電池１ａのインターコネクタ部２０は、中間層２１、インターコネクタ２２及びシール層２３を備える。

中間層２１は、支持基板２の外部に配置される。中間層２１は、燃料極集電層１１ａ上に配置される。中間層２１は、シール層２３の内側に配置される。中間層２１は、第１凸部２１１及び第２凸部２１２を有する。第１凸部２１１及び第２凸部２１２それぞれは、積層方向において燃料極集電層１１ａと反対側に向かって突出する。第１凸部２１１及び第２凸部２１２それぞれは、積層方向においてインターコネクタ２２側に向かって突出する。中間層２１は、第１凸部２１１及び第２凸部２１２において部分的に厚くなっている。

中間層２１の第１凸部２１１及び第２凸部２１２は、中間層２１の外縁に位置する。中間層２１の第１凸部２１１は、積層方向においてインターコネクタ２２の第１凸部２２１の燃料極集電層１１ａ側に位置する。中間層２１の第２凸部２１２は、積層方向においてインターコネクタ２２の第２凸部２２２の燃料極集電層１１ａ側に位置する。従って、焼成時にセッター３０の構成成分が、インターコネクタ２２の第１凸部２２１及び第２凸部２２２から拡散してきたとしても、中間層２１の第１凸部２１１及び第２凸部２１２に拡散成分を集積できるため、燃料極集電層１１ａにまで拡散成分が到達することを抑制できる。また、第１凸部２１１及び第２凸部２１２のアンカー効果によって、中間層２１とインターコネクタ２２の密着性を向上させることができる。

中間層２１は、インターコネクタ２２に接続される凹面２１Ｓを有する。凹面２１Ｓは、第１凸部２１１と第２凸部２１２の間に形成される。凹面２１Ｓの略中央部は、燃料極集電層１１ａ側に凹んでいる。これにより、中間層２１とインターコネクタ２２とが平面どうしで接触する場合に比べて、中間層２１とインターコネクタ２２との接触面積を大きくすることができるため、中間層２１とインターコネクタ２２との界面における電気抵抗を低減することができる。

シール層２３は、燃料極集電層１１ａ上に配置される。シール層２３は、中間層２１を取り囲む。本実施形態において、シール層２３は、インターコネクタ２２のうち燃料極集電層１１ａ側の部分も取り囲んでいる。シール層２３は、燃料極活性層１１ｂ、固体電解質層１２及びバリア層１３それぞれの一端部に接続される。

シール層２３は、電気絶縁性を有する。すなわち、シール層２３は、電子伝導性を有していない。シール層２３は、例えば、ＭｇＯ（マグネシア）、ＣａＺｒＯ_３（カルシウムジルコネート）、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）、又はＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）などによって構成することができる。

シール層２３は、第１凸部２３１及び第２凸部２３２を有する。第１凸部２３１及び第２凸部２３２それぞれは、積層方向において燃料極１１と反対側に向かって突出する。第１凸部２３１及び第２凸部２３２それぞれは、積層方向においてインターコネクタ２２側に向かって突出する。本実施形態において、シール層２３は、第１凸部２３１及び第２凸部２３２において部分的に厚くなっている。

シール層２３の第１凸部２３１は、インターコネクタ２２の第１凸部２２１の燃料極集電層１１ａ側に位置する。シール層２３の第１凸部２３１は、積層方向においてインターコネクタ２２の第１凸部２２１と中間層２１の第１凸部２１１の間に配置される。シール層２３の第２凸部２３２は、インターコネクタ２２の第２凸部２２２の燃料極集電層１１ａ側に位置する。シール層２３の第２凸部２３２は、積層方向においてインターコネクタ２２の第２凸部２２２と中間層２１の第２凸部２２２の間に配置される。従って、焼成時にセッター３０の構成成分が、インターコネクタ２２の第１凸部２２１及び第２凸部２２２から拡散してきたとしても、シール層２３の第１凸部２３１及び第２凸部２３２に拡散成分を集積できるため、燃料極集電層１１ａにまで拡散成分が到達することを抑制できる。また、第１凸部２３１及び第２凸部２３２のアンカー効果によって、シール層２３とインターコネクタ２２の密着性を向上させることができる。

インターコネクタ２２は、中間層２１上に配置される。インターコネクタ２２は、第１凸部２２１及び第２凸部２２２を有する。第１凸部２２１及び第２凸部２２２それぞれは、積層方向において燃料極集電層１１ａと反対側に向かって突出する。第１凸部２２１及び第２凸部２２２それぞれは、積層方向において空気極１４側に向かって突出する。本実施形態において、インターコネクタ２２は、中間層２１の凹面２１Ｓと接触する中央部において厚くなっている。そのため、燃料極側と空気極側との間でガスリークが発生することを抑制できる。

インターコネクタ２２の第１凸部２２１及び第２凸部２２２は、インターコネクタ２２の外縁に位置する。インターコネクタ２２の第１凸部２２１は、中間層２１の第１凸部２１１を基準として、燃料極集電層１１ａの反対側に位置する。インターコネクタ２２の第２凸部２２２は、中間層２１の第２凸部２１２を基準として、燃料極集電層１１ａの反対側に位置する。従って、焼成時にセッター３０の構成成分が、インターコネクタ２２の第１凸部２２１及び第２凸部２２２に拡散したとしても、燃料極集電層１１ａにまで拡散成分が到達することを抑制できる。また、第１凸部２２１及び第２凸部２２２のアンカー効果によって、インターコネクタ２２と空気極１４の密着性を向上させることができる。

なお、本実施形態において、インターコネクタ２２の第１凸部２２１及び第２凸部２２２は、バリア層１３の第１凸部１３１及び第２凸部１３２より高いが、バリア層１３の第１凸部１３１及び第２凸部１３２と同じ高さであってもよいし、バリア層１３の第１凸部１３１及び第２凸部１３２より低くてもよい。

（縦縞型燃料電池３）
次に、機能性セラミックス体１００がそれぞれ適用された発電部１０及びインターコネクタ部２０を縦縞型燃料電池に適用した適用例について、図面を参照しながら説明する。

図１５は、縦縞型燃料電池３の断面図である。縦縞型燃料電池３は、固体酸化物型燃料電池である。縦縞型燃料電池３は、一組の発電部１０とインターコネクタ部２０とによって構成される。一組の発電部１０とインターコネクタ部２０は、一つの燃料極集電層１１ａを共有している。燃料極集電層１１ａは、縦縞型燃料電池３の支持基板として機能している。

燃料極集電層１１ａは、扁平な板状に形成されている。燃料極集電層１１ａの内部には、ガス流路２ａが形成される。発電時、ガス流路２ａに流される燃料ガスは、燃料極集電層１１ａの内部を通過して発電部１０の燃料極活性層１１ｂに供給される。ガス流路２ａの本数は適宜設定可能である。

燃料極集電層１１ａの第１主面１１Ｓには、発電部１０が配置されている。燃料極集電層１１ａの第２主面１１Ｔには、インターコネクタ部２０が配置されている。発電部１０の固体電解質層１２の両端部は、燃料極集電層１１ａの側面を覆うとともに、インターコネクタ部２０のインターコネクタ２２の両端部に連結している。このように、固体電解質層１２とインターコネクタ２２が連なることによって、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するシール膜が形成されている。インターコネクタ２２は、燃料極集電層１１ａを基準として、固体電解質層１２やバリア層１３と反対側に位置する。

インターコネクタ２２は、第１凸部２２１及び第２凸部２２２を有する。従って、インターコネクタ２２を焼成する際には、第１凸部２２１及び第２凸部２２２だけがセッター３０（図１２参照）と接触するため、インターコネクタ２２及び燃料極集電層１１ａにセッター３０の構成成分が拡散することを抑制できる。

なお、縦縞型燃料電池３の発電部１０のバリア層１３には、第１凸部１３１及び第２凸部１３２が形成されていないが、第１凸部１３１及び第２凸部１３２の少なくとも一方が形成されていてもよい。

（他の実施形態）
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。

上記実施形態では、本発明にかかる機能性セラミックス体１００を横縞型燃料電池に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明にかかる機能性セラミックス体１００は、縦縞型、燃料極支持型、電解質平板型及び円筒型などの様々な燃料電池に適用可能である。また、本発明にかかる機能性セラミックス体１００は、固体酸化物型燃料電池のほか、固体酸化物型電解セルを含む固体酸化物型電気化学セルに適用可能である。

以下において、本発明に係る「機能性セラミックス体」の一例として「燃料電池の発電部」の実施例について説明するが、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。

（サンプルＮｏ．１〜１７の作製）
以下のようにして、サンプルＮｏ．１〜１７に係る燃料電池の発電部を作製した。サンプルＮｏ．１〜１７の発電部は、図１６及び図１７に示すように、燃料極、電解質及び空気極を備える。サンプルＮｏ．１〜１７では、電解質と空気極のそれぞれに凸部が設けられているが、本実施例では、電解質の凸部による効果を確認するものとする。

まず、ＮｉＯとＹ_２Ｏ_３の混合粉末を金型プレス成形することによって、燃料極の成形体を形成した。

次に、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を含むスラリーを燃料極の成形体上に塗布することによって、電解質層の本体部の成形体を形成した。続いて、同じスラリーを本体部の成形体上に短冊状に塗布することによって、凸部の成形体を形成した。この際、スラリーの塗布幅と塗布高さを調整することによって、表１に示す通り、凸部の幅Ｗと高さＨを調整した。これにより、本体部と凸部とを有する電解質の成形体が形成された。

次に、図１８に示すように、電解質の成形体を下向きにして電解質の一端部と凸部をセッターに当接させた状態で焼成（１４００℃、２時間）することによって、燃料極と電解質を形成した。

次に、ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）を含むスラリーを電解質上に塗布することによって、空気極の成形体を形成した。この際、空気極の一部が電解質の凸部に沿って盛り上がることによって、空気極にも凸部が形成された。

次に、図１９に示すように、空気極の成形体を上向きにして空気極の一端部と凸部をセッターに当接させた状態で焼成（１０００℃、１時間）することによって、空気極を形成した。空気極の成形体を上向きにしたのは、空気極から電解質へのセッター成分の拡散を抑制することによって、電解質の凸部によるセッター成分の拡散抑制効果を正確に評価するためである。

サンプルＮｏ．１〜１７において、燃料極は長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み１ｍｍであり、電解質は長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ（幅Ａ）、厚み１５μｍであり、空気極は長さ１８ｍｍ、幅１８ｍｍ、厚み５０μｍであった。また、電解質の凸部の長さは１８ｍｍであり、幅Ｗと高さＨは表１に示すとおりであった。

（サンプルＮｏ．１８の作製）
電解質に凸部を形成しなかった以外は、サンプルＮｏ．１〜１７と同じ工程にてサンプルＮｏ．１８の発電部を作製した。従って、電解質は、表面の全体がセッターに接触した状態で焼成されている。

（サンプルＮｏ．１９〜３５の作製）
以下のようにして、サンプルＮｏ．１９〜３５に係る燃料電池の発電部を作製した。サンプルＮｏ．１９〜３５の発電部は、図２０及び図２１に示すように、燃料極、電解質及び空気極を備え、空気極に凸部が設けられている。

まず、ＮｉＯとＹ_２Ｏ_３の混合粉末を金型プレス成形することによって、燃料極の成形体を形成した。

次に、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を含むスラリーを燃料極の成形体上に塗布することによって、電解質層の成形体を形成した。

次に、図２２に示すように、燃料極の成形体を下向きにしてセッターに載置した状態で焼成（１４００℃、２時間）することによって、燃料極と電解質を形成した。

次に、ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）を含むスラリーを電解質上に短冊状に塗布することによって、空気極の本体部の成形体を形成した。続いて、同じスラリーを本体部の成形体上に短冊状に塗布することによって、凸部の成形体を形成した。この際、スラリーの塗布幅と塗布高さを調整することによって、表２に示す通り、凸部の幅Ｗと高さＨを調整した。これにより、本体部と凸部とを有する空気極の成形体が形成された。

次に、図２３に示すように、空気極の成形体を下向きにして空気極の凸部と電解質の一端部とをセッターに当接させた状態で焼成（１０００℃、１時間）することによって、空気極を形成した。

サンプルＮｏ．１９〜３５において、燃料極は長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚み１ｍｍであり、電解質は長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚み１５μｍであり、空気極は長さ９０ｍｍ、幅２０ｍｍ（幅Ａ）、厚み５０μｍであった。また、空気極の凸部の長さは９０ｍｍであり、幅Ｗと高さＨは表２に示すとおりであった。

（サンプルＮｏ．３６の作製）
空気極に凸部を形成しなかった以外は、サンプルＮｏ．１９〜３５と同じ工程にてサンプルＮｏ．３６の発電部を作製した。従って、空気極は、表面全体がセッターに接触した状態で焼成されている。

（セッターからの元素拡散）
サンプルＮｏ．１〜１８について、ＳＥＭを用いたＥＤＳ法で電解質の本体部の断面を元素分析することによって、電解質の本体部におけるセッター成分（Ａｌ元素）の平均濃度を測定した。具体的には、厚み方向中央部の３視野（各視野は、１０μｍ×１０μｍ）の平均濃度を測定した。

サンプルＮｏ．１９〜３６について、サンプルＮｏ．１〜１８と同様に、ＳＥＭを用いたＥＤＳ法で空気極の本体部の断面を元素分析することによって、空気極の本体部におけるセッター成分（Ａｌ元素）の平均濃度を測定した。

表１，２では、電解質又は空気極の本体部におけるＡｌ元素の平均濃度が１００００ｐｐｍ以上のサンプルを×と評価し、平均濃度が１０００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ未満のサンプルを○と評価し、平均濃度が１０００ｐｐｍ未満のサンプルを◎と評価した。

（凸部におけるクラック）
サンプルＮｏ．１〜１７について、電解質の凸部の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することによって、凸部表面におけるクラックの有無を確認した。具体的には、無作為に選出した３箇所のＳＥＭ画像を取得して、長さ３μｍ以上のクラックの合計数を数えた。

サンプルＮｏ．１９〜３５について、空気極の凸部の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察することによって、凸部表面におけるクラックの有無を確認した。具体的には、無作為に選出した３箇所のＳＥＭ画像を取得して、３μｍ以上のクラックの合計数を数えた。

表１では、クラックの合計数が３個以上のサンプルを△と評価し、クラックの合計数が１個以上３個未満のサンプルを○と評価し、クラックが確認されなかったサンプルを◎と評価した。

（発電部の出力測定）
サンプルＮｏ．１〜１７およびサンプルＮｏ．１９〜３５について、酸化剤ガスを空気極に供給するとともに、燃料極に窒素ガスを供給しながら７５０℃まで昇温し、７５０℃に達した時点でアノードに水素ガスを供給することによって還元処理を３時間行った。続いて、酸化剤ガスの供給と水素ガスの供給を継続させながら、７５０℃における燃料電池の初期出力を測定した。

表１では、初期出力が０．２Ｗ／ｃｍ^２以上のサンプルを○と評価し、初期出力が０．２Ｗ／ｃｍ^２未満のサンプルを△と評価した。

表１に示すように、電解質の凸部をセッターに当接させて焼成したサンプルＮｏ．１〜１７では、電解質の表面全体をセッターに接触させて焼成したサンプルＮｏ．１８に比べて、セッターから電解質の本体部への元素拡散を抑制することができた。これは、セッターと電解質との接触面積を狭くすることによって、セッター成分が電解質の本体部に拡散することを抑制できたためである。

同様に、表２に示すように、空気極の凸部をセッターに当接させて焼成したサンプルＮｏ．１９〜３５では、空気極の表面全体をセッターに接触させて焼成したサンプルＮｏ．３５に比べて、セッターから空気極の本体部への元素拡散を抑制することができた。これは、セッターと空気極との接触面積を狭くすることによって、セッター成分が空気極の本体部に拡散することを抑制できたためである。

また、表１に示すように、電解質の凸部の高さＨに対する幅Ｗの比（Ｗ／Ｈ）を１以上としたサンプルＮｏ．１〜６，８，９，１１〜１３，１５〜１７では、凸部におけるクラックを抑制することができた。これは、凸部の形状が過剰に鋭利になることを抑えて、凸部の強度を確保できたためである。

同様に、表２に示すように、空気極の凸部の高さＨに対する幅Ｗの比（Ｗ／Ｈ）を１以上としたサンプルＮｏ．１９〜２４，２６，２７，２９〜３１，３３〜３５では、凸部におけるクラックを抑制することができた。これは、凸部の形状が過剰に鋭利になることを抑制できたためである。

また、表１に示すように、電解質の凸部の高さＨを８０μｍ以下としたサンプルＮｏ．１〜１３では、凸部におけるクラックをより抑制することができた。これは、凸部の形状が過剰に鋭利になることをより抑制できたためである。

同様に、表２に示すように、空気極の凸部の高さＨを８０μｍ以下としたサンプルＮｏ．１９〜３１では、凸部におけるクラックをより抑制することができた。これは、凸部の形状が過剰に鋭利になることをより抑制できたためである。

また、表１に示すように、電解質の凸部の高さＨを８μｍ以上としたサンプルＮｏ．３〜１７では、セッターから電解質の本体部への元素拡散をより抑制することができた。これは、電解質の高さを十分確保することによって、電解質の凸部から本体部への元素拡散をより抑制できたためである。

同様に、表２に示すように、空気極の凸部の高さＨを８μｍ以上としたサンプルＮｏ．２１〜３５では、セッターから空気極の本体部への元素拡散をより抑制することができた。これは、空気極の高さを十分確保することによって、空気極の凸部から本体部への元素拡散をより抑制できたためである。

また、表１に示すように、電解質の凸部の幅Ｗを本体部の全幅Ａの２０％未満としたサンプルＮｏ．１〜５，７〜１２，１４〜１６では、初期出力を向上させることができた。これは、電解質の表面において凸部が占める面積を抑えることによって、電解質の本体部の機能性（酸素イオン伝導性）を確保できたためである。

同様に、表２に示すように、空気極の凸部の幅Ｗを本体部の全幅Ａの２０％未満としたサンプルＮｏ．１９〜２３，２５〜３０，３２〜３４では、初期出力を向上させることができた。これは、空気極の表面において凸部が占める面積を抑えることによって、空気極の本体部の機能性（電気触媒性）を確保できたためである。

１００ 機能性セラミックス体
１０１ 第１層
１０２ 第２層
１０２ａ 本体部
１０２ｂ〜１０２ｆ 凸部
Ｗ 凸部の幅
Ｈ 凸部の高さ
１ 横縞型燃料電池
２ 支持基板
２ｂ 凹部
３ 縦縞型燃料電池
１０ 発電部
１１ 燃料極
１１ａ 燃料極集電層
１１ｂ 燃料極活性層
１２ 固体電解質層
１３ バリア層
１３Ｓ 表面
１３１ 第１凸部
１３２ 第２凸部
１４ 空気極
１４ａ 空気極活性層
１４ｂ 空気極集電層
２０ インターコネクタ部
２１ 中間層
２２ インターコネクタ

Claims (4)

1. セラミックス及び／又は金属によって構成される第１層と、
   前記第１層上に形成され、セラミックス及び／又は金属によって構成される第２層と、
   を備え、
   前記第２層は、前記第１層と反対側に向かって突出する凸部を有し、
   前記第２層の平面視において、前記凸部は、連続的又は断続的な環状に形成されている、
   機能性セラミックス体。
2. 前記第２層の平面視において、前記凸部は、矩形環状に形成されている、
   請求項１に記載の機能性セラミックス体。
3. 前記第２層の平面視において、前記凸部は、一つの閉じた領域を形成する、
   請求項１又は２に記載の機能性セラミックス体。
4. 前記第２層の平面視において、前記凸部は、前記第２層の外縁に沿って配置される、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の機能性セラミックス体。