JP4069759B2

JP4069759B2 - 平板型燃料電池セルスタック及び平板型燃料電池

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Publication number: JP4069759B2
Application number: JP2003044393A
Authority: JP
Inventors: 雄一堀; 祥二高坂; 祥二山下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: JP2004253320A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平板型燃料電池セルスタック及び平板型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルのセルスタックを収納容器内に収容した燃料電池が種々提案されている。
【０００３】
燃料電池セルは固体電解質を酸素側電極、燃料側電極で挟持して構成され、酸素側電極に酸素含有ガスを供給し、燃料側電極に水素を含むガス、もしくは水素に変化しうるガスを供給することで、固体電解質を挟んで対峙する両電極に電位差が発生し、発電するものである。
【０００４】
これらの燃料電池は燃料電池セル当たりの発電量が小さいため、複数の燃料電池セルを電気的に接続して構成されている。
【０００５】
図２は、従来の平板型燃料電池を示すもので、この平板型燃料電池では、外部からのガスを複数の燃料電池セル１に導入するための給気側ガス配管３が給気側マニホールド５に接続され、給気側マニホールド５には、複数の平板型燃料電池セル１間に配置されたセパレータ６の給気側マニホールド５側に形成されたガス導入口７にそれぞれガスを導く給気側ガス室９が形成されている。
【０００６】
セパレータ６の他方の端部には、ガスを排出するガス排出口１１が形成されており、排気されたガスを燃料電池外に排出するための排気側マニホールド１３と排気側ガス配管１５が配置されている。排気側マニホールド１３には排気ガスを集めるための排気側ガス室１７が形成されている。また、平板型燃料電池セル１間に配置されたセパレータ６には、ガス導入口７からガス排出口１１に連通するガス流路１９ａが形成されている。また、セパレータ６のガス流路１９ａと直交する方向には、他のガスを平板型燃料電池セル１に供給するガス流路１９ｂが形成されている。
【０００７】
平板型燃料電池では、平板型燃料電池セル１は一般に矩形板状の形状を有しており、図２に示した給気側マニホールド５と排気側マニホールド１３は平板型燃料電池セル１に燃料ガスを供給し、排気するためのもので、ガス流れが燃料ガスと直交する方向に、酸素含有ガスを供給、排気するための給気側マニホールド（図示せず）と排気側マニホールド（図示せず）を有している。
【０００８】
また、燃料側電極１ａ、固体電解質１ｂ及び酸素側電極１ｃを積層して構成される平板型燃料電池１はセパレータ６と交互に積層されている。また、平板型燃料電池セル１の周辺は、ガスケット２１でシールされている。
【０００９】
平板型燃料電池セルスタックの構造は、図３に示すように、燃料側電極１ａ、固体電解質１ｂ、酸素側電極１ｃから構成される平板型燃料電池セル１と、平板型燃料電池セル１に接する両面にガス流路１９ａ、１９ｂが形成されたセパレータ６とが交互に積層されて構成される。このセパレータ６の燃料側電極１ａと接する側のガス流路１９ｂには燃料ガスが供給され、酸素側電極１ｃと接する側のガス流路１９ａには酸素含有ガスが供給され、発電が行われる。
【００１０】
このような平板型燃料電池では、図２に示す給気側マニホールド５に、酸素含有ガスを供給し、給気側ガス室９を通じて、セパレータ６の一方の端部に形成されたガス導入口７にガスを導き、セパレータ６の酸素側電極１ｃと接する面に形成されたガス流路１９ａを通過させる。ガス流路１９ａを通過したガスは、セパレータ６の他方端部に形成されたガス排出口１１から、排気側マニホールド１３に形成された排気側ガス室１７に導かれ、排気側ガス配管１５を経由して、燃料電池外へと排気される。
【００１１】
同時に、燃料ガスを他方の給気側マニホールド（図示せず）に供給し、セパレータ６の燃料側電極と接する面に形成されたガス流路１９ｂを通過させる。ガス流路１９ｂを通過した燃料ガスは排気側マニホールド（図示せず）に形成された排気側ガス室（図示せず）に導かれ、排気側ガス管（図示せず）を経由して、燃料電池外へと排気される。
【００１２】
燃料ガスと酸素含有ガスは、上記の経路を辿り、平板型燃料電池セル１へ供給され、排出される。このとき、平板型燃料電池セル１の燃料側電極１ａに供給された燃料ガスと、酸素側電極１ｃに供給された酸素含有ガスとが電気化学反応を起こし、発電を行う。
【００１３】
このような平板型燃料電池セル１では、図３に示すように燃料側電極１ａ、固体電解質１ｂ、酸素側電極１ｃのうちいずれかを厚くし、構造体としての強度を確保し、支持体の機能を付与している。これらのうち、固体電解質１ｂは、厚くなると平板型燃料電池セル１の発電性能が低下するため、一般的には燃料側電極１ａあるいは、酸素側電極１ｃに支持体としての機能を持たせている（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
上述した平板型燃料電池セル１を作製する方法としては、燃料極１ａと固体電解質１ｂとを同時焼成により形成することが知られている。この同時焼成法は、非常に簡単なプロセスで製造工程数も少なく、平板型燃料電池セル１の製造時の歩留まり向上、コスト低減に有利である。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００２−３４３３７６号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、支持体として用いる酸素側電極１ｃあるいは燃料側電極１ａと、固体電解質１ｂの熱膨張係数は異なっているため、支持体として用いる酸素側電極１ｃあるいは燃料側電極１ａがあまり厚くなると、焼成時や、発電に伴う加熱や冷却時に固体電解質１ｂと支持体として用いる電極の熱膨張差に起因して、固体電解質１ｂと支持体として用いる電極の界面にクラックが発生するなどして、平板型燃料電池セル１の発電性能が低下したり、平板型燃料電池セル１が破壊するなどの問題があった。
【００１７】
そのため、このような平板型燃料電池１では発電性能は高いものの、信頼性が低く、実用化が困難であるという問題があった。
【００１８】
本発明は、平板型燃料電池セルの各部材間の接続信頼性が高く、信頼性の高い平板型燃料電池セルスタック及び平板型燃料電池を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の平板型燃料電池セルスタックは、Ｎｉ及び／又はＮｉＯをＮｉ換算で支持体全量中４２体積％以上と、希土類元素酸化物を支持体全量中４８体積％以上とを含有し、熱膨張係数が９．７４×１０ ^−６／℃〜１０．３９×１０^−６／℃である板状の支持体に、燃料側電極、固体電解質及び酸素側電極を順次、形成してなる平板型燃料電池セルと、導電性材料からなるセパレータとを交互に積層してなることを特徴とする。
【００２０】
このような平板型燃料電池セルスタックでは、燃料側電極を厚くし、支持体としての機能を付与することに代え、導電性の多孔質な支持体を用いることで、燃料側電極を厚くする必要がなくなる。
【００２１】
また、支持体をＮｉ及び／又はＮｉＯをＮｉ換算で支持体全量中４２体積％以上と、希土類元素酸化物を支持体全量中４８体積％以上とを含有して構成することで、特に同時焼結を行う場合に問題となる燃料側電極や固体電解質への元素の拡散に伴う悪影響を最小限にすることができるため、平板型燃料電池セルスタックの性能低下を防止できる。また、支持体の導電材料としてＮｉ及び／又はＮｉＯを用いているため、安価であり、また、還元雰囲気中でも安定な金属として存在することができため、平板型燃料電池セルスタックの長期信頼性を高めることができる。
【００２２】
また、本発明の平板型燃料電池セルスタックは、支持体の希土類元素が、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ及びＰｒから選ばれた１種以上からなることを特徴とする。
【００２３】
上記の希土類元素酸化物は、熱膨張係数がＹＳＺ（Ｙ_２Ｏ_３を固溶したＺｒＯ_２）よりも低く、支持体材料として用いることで支持体の熱膨張率を電解質の熱膨張率に合わせることができるため、支持体と燃料側電極、燃料側電極と固体電解質の界面に発生する応力を小さくすることができ、これらの界面のクラックの発生を抑制でき、平板型燃料電池セルスタックの信頼性を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明の平板型燃料電池セルスタックは、支持体の希土類元素酸化物がＹ_２Ｏ_３及び／又はＹｂ_２Ｏ_３であることを特徴とする。希土類元素酸化物の中でも、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３は比較的安価で、供給も安定している。また、希土類元素酸化物の中でも熱膨張係数が比較的低いため、支持体のＮｉ及び／又はＮｉＯの量を増加させることが可能となり、支持体の導電性を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明の平板型燃料電池は、上記した平板型燃料電池セルスタックを収納容器内に収納してなることを特徴とする。このような平板型燃料電池では、発電性能に優れるとともに信頼性の高い平板型燃料電池を提供できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の平板型燃料電池セルスタックは、図１に示すように、多孔質なガス透過性の導電性支持体３３ａに、多孔質な燃料側電極３３ｂ、緻密な固体電解質３３ｃ、多孔質な酸素側電極３３ｄを順次積層してなる平板型燃料電池セル３３と、セパレータ３５とを交互に積層して構成される。
【００３０】
このセパレータ３５の支持体３３ａ側と、酸素側電極３３ｄ側に形成される面には、それぞれ燃料ガス流路３７ａと酸素含有ガス流路３７ｂとが形成されている。燃料ガス流路３７ａの片方の端部には、燃料ガスを燃料電池セル３３に導入するための燃料ガス導入口３８が形成されており、他方の端部には燃料ガス排出口（図示せず）が形成されている。また、酸素含有ガス流路３７ｂの片方の端部には酸素含有ガス導入口（図示せず）が形成されており、他方の端部には酸素含有ガス排出口３９が形成されている。
【００３１】
この燃料ガス導入口３８から燃料ガス流路３７ａに導入された燃料ガスは支持体３３ａ表面から、支持体３３ａ内部に拡散し、さらに、燃料側電極３３ｂに到達する。また、酸素含有ガス導入口から酸素含有ガス流路３７ｂに導入された酸素含有ガスは酸素側電極３３ｄに供給される。このように固体電解質３３ｃを介して対向する燃料側電極３３ｂと酸素側電極３３ｄに供給された燃料ガスと酸素含有ガスとが電気化学反応を起こし発電する。余剰の燃料ガスと酸素含有ガスはそれぞれ燃料ガス排出口（図示せず）と酸素含有ガス排出口３９から排出される。
【００３２】
平板型燃料電池は、このような平板型燃料電池セルスタックを収納容器内に収納して構成される。
【００３３】
そして、本発明の平板型燃料電池セル３３の支持体３３ａは、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ（以下、Ｎｉを鉄族金属、ＮｉＯを鉄族金属の酸化物ということがある）をＮｉ換算で支持体全量中４２体積％以上と、希土類元素酸化物を支持体全量中４８体積％以上とを含有し、熱膨張係数が９．７４×１０ ^−６／℃〜１０．３９×１０^−６／℃である。例えば、支持体３３ａをＮｉと、希土類元素酸化物の中でも熱膨張係数の低いＹ_２Ｏ_３とから形成することで、支持体３３ａに高い導電性を付与することができるとともに、支持体３３ａの熱膨張係数を、例えば、ＹＳＺからなる固体電解質３３ｃに近づけることができるため、発電に伴う加熱や冷却に起因し、発生する熱応力を小さくすることができ、固体電解質３３ｃよりも熱膨張係数が大きな燃料側電極３３ｂを厚くし、支持体としての機能を持たせていた従来の燃料電池セル１よりも、高い信頼性が得られる。
【００３４】
支持体３３ａに用いる希土類元素は、例えば、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ及びＰｒから選ばれた１種以上の元素を含む希土類元素酸化物を用いることが望ましい。これらの希土類元素酸化物はＹＳＺよりも熱膨張係数が小さいため、支持体３３ａの熱膨張係数を固体電解質３３ｃに近づけることができるとともに、従来のＮｉとＹＳＺからなる燃料側電極３３ｂよりも支持体３３ａ中のＮｉの量を増やすことができるため、支持体３３ａの電気伝導度を従来の燃料側電極３３ｂよりも高くすることができ、これにより、燃料電池セル３３の信頼性を向上できることに加え、平板型燃料電池セル３３の性能を高くすることができる。
【００３５】
また、上記の希土類元素酸化物は、焼成時や発電中における鉄族金属やその酸化物との固溶、反応をほとんど生じない。
【００３６】
また、支持体３３ａを構成している鉄族金属あるいはその酸化物および上記の希土類元素酸化物はいずれも拡散しにくい。従って、支持体３３ａと燃料側電極３３ｂ及び固体電解質３３ｃとを同時焼成した場合にも、例えば、希土類元素の固体電解質３３ｃへの拡散が有効に抑制され、固体電解質３３ｃのイオン伝導度等への悪影響を回避することができる。また、仮に、希土類元素が同時焼成時に拡散したとしても、固体電解質３３ｃは、そもそもＹ_２Ｏ_３やＹｂ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ_２等から構成されており、希土類元素の固体電解質３３ｃへの拡散の影響は最小限に抑制できる。
【００３７】
なお、これらの希土類元素酸化物に加え、他の希土類元素酸化物を含んでいても、希土類元素酸化物としての熱膨張係数がＹＳＺよりも小さくなる範囲であれば、何ら支障がない。
【００３８】
また、希土類元素酸化物の熱膨張係数がＹＳＺよりも小さい範囲であれば、希土類元素酸化物として複数の希土類元素を含有する精製途中の安価な複合希土類元素酸化物原料などを用いてもよい。これらの希土類元素酸化物の中で、比較的安価であり、また、供給も安定しているため、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３を用いることが最も望ましい。
【００３９】
この支持体３３ａのＮｉ量は４２体積％以上とすることが、支持体３３ａの電気伝導度を高くできる点で重要である。また、支持体３３ａのＮｉ量は５２体積％以下とすることが望ましく、この場合には、発電時の熱による支持体３３ａの変形を防止することができる。さらに、Ｎｉ量を上記の範囲とすることで、支持体３３ａの熱膨張係数を固体電解質３３ｃに近づけることができる。なお、この支持体３３ａにおいて、鉄族金属及び希土類元素酸化物は、それぞれがほとんど反応せず、単独の形態で存在している。
【００４０】
なお、支持体３３ａは厚さを５００μｍ以上とすることで支持体３３ａとしての機能を十分発揮でき、さらに１０００μｍ以上とすることでハンドリング性も向上する。
【００４１】
支持体３３ａと固体電解質３３ｃとの間に形成される燃料側電極３３ｂは、例えば、ＮｉとＹＳＺから構成されており、この燃料側電極３３ｂの厚みは１〜３０μｍであることが望ましい。燃料側電極３３ｂの厚みを１μｍ以上とすることで、燃料側電極３３ｂとしての３層界面が十分に形成される。また、燃料側電極３３ｂの厚みを３０μｍ以下とすることで固体電解質３３ｃとの熱膨張差による界面剥離を防止できる。
【００４２】
燃料側電極３３ｂの支持体３３ａと逆の面には、Ｙ_２Ｏ_３などが固溶したＺｒＯ_２などの固体電解質３３ｃが設けられる。
【００４３】
また、固体電解質３３ｃの燃料側電極３３ｂと逆の面に設けられた酸素側電極３３ｄは、遷移金属ペロブスカイト型酸化物のランタン−マンガン系酸化物、ランタン−鉄系酸化物、ランタン−コバルト系酸化物または、それらの複合酸化物の少なくとも一種の多孔質の導電性セラミックスから構成されている。酸素側電極３３ｄは、８００℃程度の中温域での電気伝導性が高いという点から（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｆｅ，Ｃｏ）Ｏ_３が望ましい。酸素側電極３３ｄの厚さは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが望ましい。
【００４４】
以上のような平板型燃料電池セル３３の製法について説明する。先ず、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒから選ばれた１種以上の元素を含む希土類元素酸化物と、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末とを混合し、この混合粉末に、有機バインダーと、溶媒とを混合し、スラリーを作製し、ドクターブレード法にてシート状の支持体成形体を作製する。
【００４５】
次に、この支持体成形体を所定の厚みになるまで複数積層する。なお、積層の必要がない場合には、この限りでない。
【００４６】
次に、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉末と有機バインダーと溶媒とを混合した固体電解質材料を用いてシート状の固体電解質成形体を作製する。
【００４７】
次に、Ｎｉ及び／又はＮｉＯ粉末と、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合し、作製した燃料側電極となるスラリーを、前記固体電解質成形体の一方側に塗布し、固体電解質成形体の一方側の面に燃料側電極成形体を形成する。
【００４８】
導電性支持体成形体に、前記シート状の固体電解質成形体と燃料側電極成形体の積層体を、燃料側電極成形体が導電性支持体成形体に当接するように積層し、乾燥する。なお、このとき脱脂を行ってもよい。
【００４９】
次に、これらの成形体の積層体を１４００〜１５５０℃の温度範囲で焼成し、積層体を得る。
【００５０】
次に、遷移金属ペロブスカイト型酸化物粉末と、有機バインダーと溶媒とを混合し、スラリーを作製し、ドクターブレード法にてシート状の酸素側電極成形体を作製する。
【００５１】
次に、前記積層体の固体電解質３３ｃの燃料側電極３３ｂ、支持体３３ａが形成されていない側の面に、前記酸素側電極成形体を積層し、１０００〜１３００℃で焼き付けることにより、本発明の平板型燃料電池セル３３を作製できる。
【００５２】
なお、平板型燃料電池セル３３は、酸素含有雰囲気での焼成により、支持体３３ａ、燃料側電極３３ｂのＮｉ成分がＮｉＯとなっているため、その後、支持体３３ａ側から還元性の燃料ガスを流し、ＮｉＯを８００〜１０００℃で還元処理する。また、この還元処理は発電時に行ってもよい。
【００５３】
このように作製した平板型燃料電池セル３３と、両面にガス流路３７ａ、３７ｂが形成された導電性材料からなるセパレータ３５とを、交互に積層することで平板型燃料電池セルスタックを作製できる。なお、積層された端側の平板型燃料電池３３の外側には平板型燃料電池セル３３側にのみガス流路３７ａ、３７ｂが形成されたセパレータ３５が配置される。
【００５４】
また、平板型燃料電池セル３３の外周にはガスシールのためにガスケット（図示せず）が設けられる。
【００５５】
平板型燃料電池は、以上説明した平板型燃料電池セルスタックを収納容器内に収納し、ガス流路３７ａ、３７ｂに燃料ガス、酸素含有ガスをそれぞれ供給するマニホールドを形成して構成される。
【００５６】
本発明によれば、平板型燃料電池セル３３の信頼性を飛躍的に向上させることができたため、信頼性に優れ、高い発電能力を有する平板型燃料電池を容易に供給できる。
【００５７】
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記の各部材の成型法は、上記に述べた以外にも、例えば、プレス成形などの手段を用いてもよい。
【００５８】
【実施例】
先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．８〜１．０μｍのＹ_２Ｏ_３粉末、Ｙｂ_２Ｏ_３粉末及びＬｕ_２Ｏ_３粉末を、焼成、還元後の体積比率が表１になるように混合した。
【００５９】
また、比較例として、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末、平均粒径０．８〜１．０μｍのＹＳＺ粉末を、焼成、還元後の体積比率が表１になるように混合した。
【００６０】
なお、表１のＮｉＯ粉末量は、Ｎｉ換算量である。例えば、試料Ｎｏ．１ではＮｉＯ粉末とＹ_２Ｏ_３粉末とを混合し、焼成、還元後にＮｉ換算で５４体積％、Ｙ_２Ｏ_３換算で４６体積％となったことを意味する。
【００６１】
次に、これらの混合粉末に、ポアー剤、アクリル系樹脂などの有機バインダーと、有機溶剤とを混合したスラリーを作製し、ドクターブレード法で５００μｍのシート状の支持体成形体を作製した。この支持体成形体を４層に積層し、支持体成形体の積層体を作製した。この積層体を１０００℃まで昇温し、脱脂、仮焼した。
【００６２】
次に、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合した固体電解質材料を用いてシート状の固体電解質成形体を作製した。
【００６３】
次に、次に、０〜１０モル％Ｙ_２Ｏ_３を含有するＺｒＯ_２（ＹＳＺ）粉末と、ＹとＺｒの有機金属塩、上記したＮｉＯ粉末と、アクリル樹脂からなる有機バインダーと、トルエンからなる溶媒とを、Ｎｉが４８体積％、ＹＳＺが５２体積％となるように混合した燃料極材料スラリーを用いて、固体電解質成形体上にスクリーン印刷法により、燃料側電極成形体を形成した。
【００６４】
次に、仮焼した支持体成形体に、燃料側電極成形体と固体電解質成形体の積層体を、支持体成形体と燃料側電極成形体とが当接するよう積層した。
【００６５】
次に、支持体成形体、および燃料側電極成形体、固体電解質成形体を積層した積層成形体を脱脂処理し、酸素含有雰囲気中で１５００℃で同時焼成した。
【００６６】
次に、平均粒径２μｍのＬａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３粉末と、有機バインダーと、溶媒とを混合したスラリーを用いて、シート状の酸素側電極成形体を作製し、前記積層体の固体電解質３３ｃの表面に積層し、１１５０℃で焼き付け、酸素側電極３３ｄを形成し、平板型燃料電池セル３３を作製した。
【００６７】
なお、作製した平板型燃料電池セル３３の寸法は２００ｍｍ×２００ｍｍで、支持体３３ａの厚さは１６００μｍ、燃料側電極３３ｂの厚さは１０μｍ、固体電解質の厚さは３０μｍ、酸素側電極３３ｄの厚さは４０μｍであった。
【００６８】
次に、作製した平板型燃料電池３３を５つ用いて、平板型燃料電池セルスタックを作製した。平板型燃料電池セル３３間には導電性部材からなるセパレータ３５を配置し、また、最端部に配置された片方の平板型燃料電池セル３３の支持体３３ａ側と、他方の平板型燃料電池セル３３の酸素側電極３３ｄ側にもセパレータ３５を配置した。
【００６９】
次に、この平板型燃料電池セル３３の支持体３３ａ側から、水素ガスを流し、８５０℃で、支持体３３ａ及び燃料側電極３３ｂの還元処理を施した。
【００７０】
得られた平板型燃料電池セルスタックのセパレータ３５に形成されたガス流路３７ａに燃料ガスを流通させ、セパレータ３５に形成されたガス流路３７ｂに酸素含有ガスを流通させ、平板型燃料電池セルスタックをガスバーナーを用いて８５０℃まで加熱し、発電試験を行い、１時間の発電の後、室温まで冷却した。この発電試験を２０回繰り返した後、発電特性の変化と、支持体３３ａと燃料側電極３３ｂ、固体電解質３３ｃ、酸素側電極３３ｄの界面のクラックの有無を確認し、試験結果を表２に記載した。また、得られた支持体３３ａと比較例の燃料側電極１ａとを、還元処理した後、２５〜１０００℃の温度範囲の熱膨張係数を測定し、表２に記載した。なお、固体電解質３３ｃの熱膨張係数は１０．８×１０^−６／℃であった。
【００７１】
【表１】

【００７２】
【表２】

【００７３】
表２に示すように、比較例であるＮｉとＹＳＺからなる支持体を兼ねた燃料側電極１ａを用いた試料Ｎｏ．２０〜２３についてみると、支持体を兼ねた燃料側電極１ａの熱膨張係数はいずれも１２．０×１０^−６／℃を超えており、固体電解質１ｂの熱膨張係数１０．８０×１０^−６／℃とは大きな差がある。
【００７４】
これらのうち、試料Ｎｏ．２０、２１では、焼成時に固体電解質１ｂとの熱膨張差により支持体を兼ねた燃料側電極１ａが破壊された。また、試料Ｎｏ.２２は、焼成時の破壊は認められなかったが、２０回の発電試験において、燃料側電極１ａ及び固体電解質１ｂにクラックが発生するとともに、燃料側電極１ａと固体電解質１ｂの界面に剥離が生じ発電不能となった。また、試料Ｎｏ．２３は、焼成後の還元処理時に固体電解質１ｂにクラックが発生し、燃料側電極１ａと固体電解質１ｂの界面にも剥離が生じており、信頼性に問題があることがわかる。
【００７５】
以上説明したＮｉとＹＳＺからなる支持体を兼ねた燃料側電極１ａを用いた比較例では、ＮｉとＹＳＺの比率を変化させたとしても、支持体を兼ねた燃料側電極１ａと固体電解質１ｂの熱膨張差は小さくできず、十分な信頼性は得られなかった。
【００７６】
一方、本発明の試料Ｎｏ．２〜７、１０〜１９は、支持体３３ａと固体電解質３３ｃとの熱膨張差が小さくなっており、いずれも高い信頼性を示した。
【００７７】
これらの試料について詳細に分析したところ、支持体３３ａのＮｉ量が５２体積％を超える試料Ｎｏ．１では、支持体３３ａ内部に微少なクラックが確認された。
【００７８】
また、支持体３３ａのＮｉ量が４２体積％を下回る試料Ｎｏ．８、９では、固体電解質３３ｃに微少なクラックが確認された。
【００８０】
また、希土類元素酸化物として、Ｙｂ_２Ｏ_３を用いた試料Ｎｏ．１０、１１についても、２０回の発電試験の後でも発電特性は維持されており、高い信頼性を有することがわかる。
【００８１】
また、希土類元素酸化物としてＬｕ_２Ｏ_３、Ｔｍ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３及びＰｒ_２Ｏ_３を用いた試料Ｎｏ．１２〜１９も２０回の発電試験の後でも発電特性は維持されており、高い信頼性を有することがわかる。
【００８２】
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の平板型燃料電池セルスタック及び平板型燃料電池では、Ｎｉ及び／又はＮｉＯをＮｉ換算で支持体全量中４２体積％以上と、希土類元素酸化物を支持体全量中４８体積％以上とを含有し、熱膨張係数が９．７４×１０ ^−６／℃〜１０．３９×１０^−６／℃である支持体を用いることで、支持体と燃料側電極並びに固体電解質の界面のクラックの発生や剥離の発生を防止できるとともに、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平板型燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
【図２】従来の平板型燃料電池を示す断面図である。
【図３】図２の平板型燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
【符号の説明】
３３・・・燃料電池セル
３３ａ・・・支持体
３３ｂ・・・燃料側電極
３３ｃ・・・固体電解質
３３ｄ・・・酸素側電極
３５・・・セパレータ

Claims

Ｎｉ及び／又はＮｉＯをＮｉ換算で支持体全量中４２体積％以上と、希土類元素酸化物を支持体全量中４８体積％以上とを含有し、熱膨張係数が９．７４×１０ ^−６／℃〜１０．３９×１０^−６／℃である板状の支持体に、燃料側電極、固体電解質及び酸素側電極を順次、形成してなる平板型燃料電池セルと、導電性材料からなるセパレータとを交互に積層してなることを特徴とする平板型燃料電池セルスタック。
前記支持体の希土類元素が、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ及びＰｒから選ばれた１種以上からなることを特徴とする請求項１記載の平板型燃料電池セルスタック。
前記支持体の希土類元素酸化物がＹ_２Ｏ_３及び／又はＹｂ_２Ｏ_３であることを特徴とする請求項１又は２記載の平板型燃料電池セルスタック。
収納容器内に請求項１乃至３記載のうちいずれかに記載の平板型燃料電池セルスタックを収納してなることを特徴とする平板型燃料電池。