JP5221619B2 - 固体電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は固体電解質型燃料電池に関するものであって、特に一体化された多層構造型モジュールで構成される固体電解質型燃料電池に関するものである。

また、本発明はこのような固体電解質型燃料電池の製造方法に関するものである。

燃料電池は、燃料及び酸化剤のような反応物の化学的エネルギーを直接的に直流（ＤＣ）電気に変換する装置である。一般的に燃料電池技術は高分子電解質型燃料電池、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池、及び酵素型燃料電池などの多様な種類の燃料電池を含む。

特に、固体電解質型燃料電池（ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌｓ： ＳＯＦＣ）は、６００〜１０００℃の高温で作動して炭化水素燃料を直接電気に変換するので、現在まで開発されている燃料電池の中でエネルギー変換効率が最も高い。通常的に、このような固体電解質型燃料電池は酸素イオン及びプロトンなどにイオン伝導度を現わす固体電解質と、この固体電解質の一側面に形成されている多孔性空気電極、または空気極（または、負極（ｃａｔｈｏｄｅ）と、前記固体電解質の他の側面に形成されている燃料電極、または燃料極（または、正極（ａｎｏｄｅ）とで構成される。かくして、酸素ガスまたは酸素を含む空気は前記空気極に供給され、水素及び炭化水素ガスを含む燃料ガスは前記燃料極に供給される。そうすると、前記空気極では酸素の還元反応が起きて酸素イオンを生成し、これは前記固体電解質層を通じて前記燃料極に移動しここに供給されている水素と反応して水を生成する。この時、前記燃料極では電子が生成されるが前記空気極では電子が消耗するので、この燃料極と空気極とを繋げれば電気を生産することができる。

一方、固体電解質型燃料電池は、大きく二つの種類に分けられるが、その一つは電極及び固体電解質がシリンダー周辺をカバーする円筒型燃料電池であり、他の一つは固体電解質及び電極が平面形で構成される平板型燃料電池である。特に、このような平板型燃料電池は組立てが難しい反面、高密度化して単位体積当たりパワー密度を増加させるのに有利な構造を有するので、家庭用や車両用の電源への応用が有望である。

図１は、一般的な平板型の固体電解質型燃料電池１の概略的な構造を示すものである。図１を参照すると、平板型の固体電解質型燃料電池１は、以後詳しく説明されるように、下部面と上部面にそれぞれ多数の燃料流路２と空気流路３が形成されている連結材４が多数積層されている構造を有し、またこれらの各連結材４の間には上部面に燃料極５と下部面に空気極６をそれぞれ具備する電解質層７が挿入配置される。そして、電解質層７と連結材４との間の辺部には密封材８が挿入配置される。

さらに詳細に説明すると、一般的な平板型の固体電解質型燃料電池１において、連結材４の下部面には燃料が流動することのできる多数の燃料流路２が形成されており、その上部面には前記燃料流路２と９０°直交する方向に延長されて空気が流動することのできる多数の空気流路３が形成され、各燃料流路２と空気流路３は、各辺部９の間で直線型ホームに形成される。また、このような連結材４が複数積層されるにあって、各連結材４の間には上部面に形成されている燃料極５と下部面に形成されている空気極６を有する電解質層７が挿入配置され、電解質層７と連結材４の間の辺部には密封材８が挿入配置される。このように、一側面である上部面に燃料極５を具備し他側面である下部面に空気極６を具備している電解質層７と、この電解質層７の上部で燃料極５に向けて燃料流路２が配置することができるように積層する連結材４と、電解質層７の下部で空気極６に向けて空気流路３が配置することができるように積層する他の連結材４とが結合することによって、基本構成要素である単電池（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ）を構成する。実際平板型の固体電解質型燃料電池は、このような単電池の基本構成要素等が複数積層され完成される。

燃料ガス及び空気は、それぞれ壁部９によって形成される各連結材４の燃料流路２と空気流路３を通じ流入し、それぞれ二つの電極層、すなわち燃料極５と空気極６に到逹するようになる。これらの電極層である燃料極５と空気極６は電気化学反応が容易に起こるように多孔性構造を有し、電解質層７は燃料ガスと空気とがお互いに通気しないように緻密な構造を有する。また、前記密封材８は密封ガラスなどで構成され、連結材４の両面にそれぞれ形成している流路等に通して流れる二種類のガスがお互いに混じらないように機密を維持する。このような平板型の固体電解質型燃料電池に関する従来技術としては、日本特許公開公報２００７−２００７１０号、及び２００７−３１７５９４号、米国特許第６，２６５，０９５号、第６，１８３，８９７号、及び第４，９９７，７２６号、ヨーロッパ特許公開公報第２０１９４４３号、及び９９３０５９号などに開示されている。

このような典型的な平板型の固体電解質型燃料電池１においては、二つの電極層、すなわち燃料極５及び空気極６で円滑なガス供給が出来なければならないし、単電池と接触しない連結材４の残りの部分には機密性と絶縁性を持つ材料として絶縁層または絶縁板を挿入した形状にならなければならない。しかし、従来技術においてのこのような固体電解質型燃料電池の積層体を構成するためには、お互いに異なる材質の多くの構成部品を使うので、高温作動による熱膨脹差、酸化反応、腐食、及び劣化などの、多くの要因等によって信頼性を確保することができなくなり、電池の寿命が長くないという問題がある。

本発明は、上述したような従来技術の欠点を鑑みて創案したものであって、一体化された多層構造型モジュールで構成され単位体積当たりの容量を著しく向上させ、高熱運転による構成要素等の膨張率差、及び酸化による問題を排除し寿命と信頼性を大きく改善した固体電解質型燃料電池と、その製造方法を提供することにその目的がある。

前記目的を達成するために、本発明の一観点による固体電解質型燃料電池は、所定の単位モジュールが少なくとも一つ以上積層され一体化された固体電解質型燃料電池において、前記単位モジュールは、それぞれの一面に一定距離離れているストリップ形状の複数の燃料極を具備する第１及び第２固体電解質層と、これと等しいストリップ形状でできている複数のスリットをそれぞれ具備する第１及び第２支持体とを含み、第１及び第２固体電解質層は、第１支持体の複数のスリット内でその各複数の燃料極が相互対向するように第１支持体の下側及び上側にそれぞれ重畳され、第２支持体は、そのスリットが第１支持体のスリットと直交するように第１支持体の下側に重畳される第１または第２固体電解質層の下側に重畳され、第１支持体のスリットは燃料極を有する燃料流路を成し、第２支持体のスリットは空気極を有する空気流路を成す構造で構成することができる。

また、本発明の他の一観点による固体電解質型燃料電池の製造方法は、（ａ）一側面にストリップ形状の複数の燃料極が形成されている第１及び第２固体電解質テープをそれぞれ準備する段階と；（ｂ）端辺部と側辺部を具備し前記側辺部の方向へ平行に一定間隔を置いて上下に貫通し、前記燃料極と等しいストリップ形状の複数のスリットと、これらの間の複数の壁部を具備している第１及び第２支持体をそれぞれ準備する段階と；（ｃ）前記第１支持体の複数のスリット内で各複数の燃料極が相互対向するように、第１及び第２固体電解質テープを第１支持体の下側及び上側にそれぞれ重畳し、第２支持体をそのスリットが第１支持体のスリットと直交するように、第１支持体の下側に重畳している第１または第２固体電解質テープの下側に重畳して単位モジュールを構成する段階と；（ｄ）前記単位モジュールを少なくとも一つ以上積層し一体化してモジュールを製造する段階と；（ｅ）前記モジュールで前記第２支持体の端辺部を切断して前記第２支持体の複数のスリットを開放することによって、複数の空気流路を形成しこの複数の空気流路内に複数の空気極をそれぞれ形成する段階と；（ｆ）前記モジュールで前記第１支持体の端辺部を切断して前記第１支持体の複数のスリットを開放することのよって、複数の燃料極を有する燃料流路をそれぞれ形成する段階と；（ｇ）前記モジュールで前記各複数の空気極を連結する連結電極と、前記各複数の燃料極を連結する連結電極を形成し、前記モジュールの上下面にモジュール連結電極を形成して前記各モジュール連結電極に前記各連結電極を連結する段階と；（ｈ）前記モジュールを熱処理する段階と、を含んで構成することができる。この際、前記（ｄ）段階の前記単位モジュールは、バインダーにより付着しこのバインダーの軟化温度で熱接着することによって一体化されることが望ましい。また、前記（ｄ）段階は前記一体化されたモジュールを焼結して緻密化する工程をもっと含むことができる。また、前記（ｅ）段階の前記複数の空気極は、前記複数の空気流路が形成されているモジュールを電極スラーリにデイッピングすることによって前記複数の空気流路の内面全体に形成することができる。また、前記第１及び第２固体電解質テープの組成物は、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、及びランタンガレートからなる群から一つ以上選択することができる。また、前記第１及び第２支持体の組成は、ジルコニア系イットリア部分安定化ジルコニア、及びジルコニア系カルシア部分安定化ジルコニアの中の一つ以上からなることができる。また、前記燃料極の組成は、体積比６：４の酸化ニッケル、及びイットリア安定化ジルコニアと２４体積％添加した黒煙からなることができる。また、前記空気極の組成は、ランタンストロンチウムマンガナイト、及びサマリウムストロンチウムコバルタイトの中の一つ以上からなることができるし、安定化ジルコニア粉末をもっと含むことができる。また、前記（ｇ）段階の前記モジュール連結電極は、Ｘ型パターンで形成することができるし、前記連結電極及びモジュール連結電極の組成は、Ａｇ−Ｐｄ系、またはＡｇ−Ｐｔ系となることができる。また、前記（ｈ）段階の前記熱処理は、１１５０℃ないし１２５０℃の温度で遂行することが望ましい。

このような本発明の固体電解質型燃料電池は、次のような長所を持つ：
１）分離板、連結材、密封剤等の組立用部材等を使わないため、単位体積当たりの容量を著しく向上させることによって、燃料電池を小型軽量化し移動型電池として使う場合効率を大きく高めることができる。

２）分離板、連結材、密封剤等の
組立用部材等を使わず類似特性の材料を一体化させることによって、電池の信頼性と寿命を大きく高めることができる。

３）分離板、連結材、密封剤等の組立用部材等を使わないため、部品製作と組立費用が掛からないので、製作原価を大きく低めることができる。

４）一体型の固体電解質型燃料電池をモジュール化することによって、この構成と連携して電池の容量を簡便に多様化することができる。

従来技術の典型的な固体電解質型燃料電池を示した各構成要素の分離斜視図である。 本発明による固体電解質型燃料電池の基本構成要素である固体電解質テープの斜視図である。 本発明による固体電解質型燃料電池の基本構成要素である支持体の斜視図である。 支持体の下側と上側に固体電解質テープが重畳するように配置される過程を示した斜視図である。 支持体の下側と上側に固体電解質テープが重畳している平面図である。 図５のVI―VI線の断面図である。 図５に示したように支持体の下側と上側に固体電解質テープが重畳している構成にスリットの方向が９０°回転し隣接して重畳される、他の支持体のスロットと直交を成す支持体が配置され構成された基本構成要素として積層体の積層過程を説明する斜視図である。 図７に示したように積層された積層体の平面を示し、支持体のスリットが直交を成すことを説明する平面図である。 図８で矢印IXの方向から見た正面図である。 積層体を基準として単電池の構造が完成する過程を説明するもので、空気流路を開放し空気流路内に空気極の形成のために積層体で支持体の両側辺部を切断することを示した平面図である。 図１０で矢印XIの方向から見た正面図である。 空気流路内に空気極が形成されていることを示した図１１と類似の正面図である。 燃料流路の開放のために積層体で支持体の両側辺部を切断することを示した平面図である。 図１３で矢印XIVの方向から見た正面図である。 図１３で矢印XVの方向から見た正面図である。 図１３のXVI-XVI線の断面図である。 積層体の斜視図である。 多重積層構造の燃料電池積層体の構造を示した斜視図である。

以下、本発明を添付した図面を参照しながら詳しく説明する。

まず、図２は本発明による固体電解質型燃料電池の基本構成要素である固体電解質テープを、図３は本発明による固体電解質型燃料電池の基本構成要素である支持体を、それぞれ図示している。

図２及び図３を参照すると、本発明による固体電解質型燃料電池２０は、複数の電極層が形成されている固体電解質テープ２２と、燃料流路または空気流路を成して固体電解質テープ２２に対してそれぞれ上下に積層することによってこれを支持する支持体２４とで構成される所定のモジュールが複数積層した積層体の形態で構成される。

本発明の固体電解質型燃料電池を構成する固体電解質テープ２２は、一側面にのみ複数の燃料極２８がストリップ形状で一定間隔に離れて形成される。このようなストリップ形状の燃料極２６は、両側端部が固体電解質テープ２２の辺部まで延長しない形態で配置される。また、固体電解質テープ２２は、イットリア安定化ジルコニア（８ｍｏｌ％Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２；ＹＳＺ）と、カルシアまたはマグネシア安定化ジルコニア（１３％ｍｏｌＣａＯ−ＺｒＯ_２；ＣＳＺまたは１８％ｍｏｌＭｇＯ−ＺｒＯ_２；ＭＳＺ）と、ランタンガレート（ＬａＧａＯ_３；ＬＧＯ）などのイオン伝導度の良好な群から選択された一つ以上からなることができるし、特にイットリア安定化ジルコニア（８ｍｏｌ％Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２；ＹＳＺ）が望ましい。また、固体電解質テープ２２は、前記組成物にバインダー（ＰＶＢまたはアクリル系）及び/または分散剤（常用分散剤であるＢＹＫ−１１１またはＢＹＫ−１８０等）を添加して溶媒（例えば、トルエン及びエチルアルコールの混合溶液）によく分散させた後ドクターブレードなどを含む通常の方法でテープ形態に成形することができる。このようなテープ形成は、一例として５ｍ／ｍｉｎの速度でキャスティングして８０℃で乾燥することができる。また、固体電解質テープ２２の厚さは１０〜３０μm位が望ましく、厚さがこれより薄いと強度が低くなり製作と使用中に破損が憂慮されるし、厚さがこれより厚いと電気伝導度が低下し特性が劣化することがある。また、このような固体電解質テープ２２の一側面に形成される燃料極２６は、燃料ガスを還元する機能を有し、伝導性とガス浸透のための多孔性を維持しなければならない。望ましくはこの燃料極２６は体積比６：４の酸化ニッケル及びイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）と、ここに多孔性を付与するために２４体積％添加した黒煙からなる組成物であるが、本発明はここに限定されなく該当の分野の公知の電極物質の全てを使うこともできる。このような燃料極用組成物は、結合剤及び溶媒とともにペーストに製造した後固体電解質テープ２２の一側面に複数のストリップパターンで印刷することができる。この時、この複数のストリップパターンは後述するように燃料流路２８のパターンと一致しなければならない。

また、支持体２４は固体電解質テープ２２の上下にそれぞれ積層することによって後述する燃料流路または空気流路を形成するために用意する。このような支持体２４は、例えば四角形状として、複数の壁部３０によって分割することで複数の燃料流路または空気流路を形成する複数のスリット２８を含む。これらのスリット２８は、上下貫通型で両側端部がそれぞれ支持体２４の両側端辺部２４ａに隣接し終決され、それぞれの支持体２４の側辺部２４ｂと並んで配置される。ここで、本発明の“端辺部２４ａ”という用語は、板状（四角形）の支持体２４において複数のスリット２８を基準としてこれらのスリット２８の対向する端部側の二つの辺部を示し、本発明の“側辺部２４ｂ”という用語は、板状（四角形）の支持体２４において複数のスリット２８を基準としてこれらのスリット２８の側部と平行に対向する二つの辺部を示す。したがって、一定間隔を置いて並んで配置するこれらのスリット２８は、支持体２４の二つの端辺部２４ａと二つの側辺部２４ｂによって取り囲まれているが、後述するようにこれらの端辺部２４ａまたは側辺部２４ｂは、後で除去されることによって複数のスリット２８はそれぞれ燃料流路または空気流路を形成するようになる。

また、支持体２４は、固体電解質テープ２２を支持することと同時に燃料流路または空気流路を具備するので、一体型積層モジュールの製造のためには固体電解質テープ２２の組成と類似の熱膨脹係数と焼結温度を持つように、これと類似の組成になることが望ましい。したがって、支持体２４は上述した固体電解質テープ２２の組成と同様なジルコニア系イットリア部分安定化ジルコニア（３ｍｏｌ％Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２；ＰＳＺ）及びジルコニアギェカルシア部分安定化ジルコニア（１３％ｍｏｌＣａＯ−ＺｒＯ_２；ＰＳＺ）の中の一つ以上からなることが望ましいが、これに限定されるのではなく、該当分野に公知されている固体電解質テープ２２の組成と類似の熱膨脹係数と焼結温度を持つ材料なら全て可能である。また、このような組成物は固体電解質テープ２２と同じくスラーリとしてテープまたはプレートの形状に成形することができるし、この時成形する支持体２４の厚さは望ましくは５０〜２００μm位として一定の強度が維持され支持体としての役目が十分で、燃料流路または空気流路の形成が容易でなければならない。また、燃料流路または空気流路を成す複数のスリット２８は、前記形成した支持体２４を一定間隔にパンチングしてストリップ上の開口等で形成し、その幅は約０．５〜１ｍｍ程度であることが望ましく、これらのスリット２８の間隔、すなわち壁部３０の幅もやはりスリット２８の幅位になって一定強度を維持するようにすることが望ましい。

また、後述するが空気極は、固体電解質テープ２２と支持体２４の積層を通じて本発明の燃料電池を製造する一工程で形成される。

図４ないし図１９は、本発明による固体電解質型燃料電池２０の製造工程を図示しており、以下この図面等を参照しながら本発明の固体電解質型燃料電池２０の構造と、その製造方法を説明する。

まず、上述したように、図２で示した一側面に複数のストリップ形状の燃料極２６を持つ固体電解質テープ２２と、複数のスリット２８が形成されている支持体２５が用意される。これらの固体電解質テープ２２と支持体２４の個数は、燃料電池の設計内容によって決まる。

図４を参照すると、複数の燃料極２６が上側に向ける第１固体電解質テープ２２上に、これらの燃料極２６の方向と一致するように複数のスリット２８が配向し第１支持体２４を重畳して配置する。そして、第１支持体２４の上側には第１支持体２４のスリット２８の方向と一致し、燃料極２６が下向きになるように第２固体電解質テープ２２を配置する。これによって、第１支持体２４の下側及び上側には第１及び第２固体電解質テープ２２が重畳するように配置し、下側の第１固体電解質テープ２２の上部面側の燃料極２６は第１支持体２４のスリット２８の底面側に配置し、上側の第２固体電解質テープ２２の下部面側の燃料極２６は第１支持体２４のスリット２８の上面側に配置する。こういうわけで各スリット２８内では、上下側の燃料極２６が対向している。このような第１支持体２４は、その複数のスリット２８が以後の工程で燃料流路を構成するようになるので燃料流路形成用の支持体２４となる。

また、上記のように第１支持体２４の下側と上側に第１及び第２固体電解質テープ２２が重畳するように配置された構造において、第２固体電解質テープ２４上には、図７に図示するように第１支持体２４のスリット２８の方向とは９０°回転し直交する方向に、スリット２８が配置されている第２支持体２４が重畳される。このような第２支持体２４は、以後の工程で空気流路を形成するための空気流路形成用の支持体２４となる。

そして、また第２支持体２４上には第１支持体２４の下側と上側に第１及び第２固体電解質テープ２２が重畳するように配置されている構造を繰り返して積層することによって積層体３２を構成し、この際、前と同じく第２支持体２４のスリット２８と第１支持体２４のスリット２８は、９０°直交するように積層される。このように下側及び上側に第１及び第２固体電解質テープ２２が重畳する第１支持体２４と、ここに重畳する第２支持体２４、そしてまた下側及び上側に第１及び第２固体電解質テープ２２が重畳している第１支持体２４が積層した積層体３２は、所定のバインダーを使ってその各構成要素を接合させることができる。このようなバインダーは該当の分野に公知されているすべての組成が使用可能である。例えば、バインダーが軟化することができる約６０〜８０℃の温度で４０〜７０kg/cm²の圧力をかけて熱接着することで一体化することができる。そして、前記一体化した積層体３２を１３５０〜１４５０℃の温度で焼結して緻密化した固体電解質積層モジュールに製造することができるし、この際昇温及び冷却速度はなるべくゆっくり設定して（例えば、５℃／ｍｉｎ以下)積層体の亀裂と変形を防止することが望ましい。また、バインダーの揮発温度領域（例えば、４００〜６００℃の区間）は長時間（例えば、６時間以上）維持してバインダーが充分に消失するようにすることが望ましい。

また、このように緻密化した一体型固体電解質積層モジュールの製作過程で各支持体２４の各スリット２８は、端部が閉鎖された状態で維持される。しかし、その後空気流路を形成するために積層体３２において第２支持体２４の端辺部２４ａを切断することによってスリット２８の両端部が開放されるようにする。この時、第２支持体２４はそのスリット２８が第１支持体２４のスリット２８に対して９０°回転し直交状態を成しているので、積層体３２で第２支持体２４の端辺部２４ａを切断することと同時に第１支持体２４の側辺部２４ｂのみが切断され第１支持体２４のスリット２８は開放されない（図１０参照）。このように、積層体３２で第２支持体２４の端辺部２４ａを切断することによってその複数のスリット２８は開放し複数の空気流路３４を構成する。このような複数の空気流路３４は、それぞれ第２支持体２４のスリット２８でこれを形成する両側壁部３０の内面とスリット２８の上下に重畳するように配置される固体電解質テープ２２の領域に限定される。

また、空気極（図１２の符号“３６”）は後述するように、スリット２８で上記のように空気流路３４を限定する両側壁部３０の内面部分と上下の固体電解質テープ２２の領域に形成される。空気極３６はここに注入され流動する空気または酸素ガスを酸化させる電極として、燃料極２６と同じく伝導性と、ガス浸透のための多孔性を持つことが必要であり、これの組成としてランタンストロンチウムマンガナイト（ＬａＳｒＭｎＯ_３；ＬＳＭ）、及びサマリウムストロンチウムコバルタイト（ＳｍＳｒＣｏＯ_３；ＳＳＣ）の中の一つ以上からなることができるし、これに固体電解質との密着性向上のために安定化ジルコニア（ＹＳＺ）粉末を２０〜４０重量％範囲で添加するのが望ましい。また、このような組成粉末は、一例としてこれに結合剤及び/または分散剤を添加して溶媒に分散させたスラーリに製造し空気極３６として印刷することができる。また、一例として、第２支持体２４の端辺部２４ａを切断することで第２支持体２４から空気流路３４が開放した（しかし、第１支持体２４のスリット２８は開放されない）積層体３２を前記空気極スラーリにデイッピングする方法で空気流路３４の内面全体に空気極３６を形成することができる。このような空気極３６の層は、５μm以下で薄く２〜３回形成することが望ましい。こういうわけで、第２支持体２４にはスリット２８の開放で空気流路３４が形成され、またこれに空気極３６が形成される（図１２を参照）。

そして、このように形成した空気極３６は、これらの空気極３６の間を電気的に連結し集電するために連結電極に繋がれる。このような連結電極は該当の分野の公知されている電極組成からなることができるし、例えばＡｇ−Ｐｄ系またはＡｇ−Ｐｔ系の電極を一定の深さにデイッピングして形成することができる。このような連結電極は、以後図１８と関連して説明される。

上述したように、第２支持体２４でスリット２８の開放で空気流路３４を形成し、ここに空気極３６を形成した後、このような空気流路３４の方向と９０°回転し直交を成す燃料流路を形成する。これのために、積層体３２で第１支持体２４の端辺部２４ａを切断してスリット２８の両端部が開放されることで燃料流路３８を形成する（図１３を参照）。また第１支持体２４にはすでにスリット２８の下側と上側にそれぞれ第１固体電解質テープ２２と第２固体電解質テープ２２の燃料極２６が対向するように配置されているので、第１支持体２４からスリット２８の開放だけで燃料極２６を持つ燃料流路３８の形成が完了する（図１４を参照）。

以後、これらの燃料極２６の間を連結して集電するために連結電極に繋がれる。このような連結電極は、上述したように空気極３６の場合と等しい組成と製法で製造することができる。

上述したように、空気極３６を持つ空気流路３４が形成され燃料極２６を持つ燃料流路３８が形成された積層体３２は、たとえ図面を簡明に説明するために単電池の積層体で説明したが、設計内容によって多重積層構造で構成することができることは当業者なら当然理解するであろう。一例として、図１８は多重積層構造でできた固体電解質型燃料電池モジュールを図示している。ここで各空気極３６が繋がれる連結電極４０と、各燃料極２６が繋がれる連結電極４２が概略的に図示されている。このような固体電解質型燃料電池モジュールは、これらの直列または並列構成と連携して電池の容量を簡便に多様化することができるし、これのためにはモジュールの間に連結が簡便にできなければならない。したがって、固体電解質型燃料電池モジュールの上面と下面のモジュール間の接触によって電気的連結がなされるようにモジュール連結電極４４、４６がお互いに接触しないように一定間隔を置いてＸ型パターンに形成され、空気極３６が繋がている連結電極４０はモジュール連結電極４４に、燃料極２６が繋がている連結電極４２はモジュール連結電極４６にそれぞれ繋がれるようにすることができる。このようなモジュール連結電極４４、４６も、また該当の分野の公知されている電極組成からなることができるし、例Ａｇ−Ｐｄ系またはＡｇ−Ｐｔ系の組成で印刷することができる。

そして、上述したように各連結電極４０、４２がモジュール連結電極４４、４６に繋がれ完成している固体電解質型燃料電池の積層体モジュールは、１１５０〜１２５０℃の温度で熱処理し（例えば、１〜３時間）本発明の一体型の固体電解質型燃料電池を完成することができる。

上述した本発明の望ましい実施例等は、例示の目的のために開示したものであり、該当の分野で通常の知識を有する者なら誰も本発明の思想と範囲の中で多様な修正、変更、付加などが可能であろうし、このような修正、変更、付加などは特許請求の範囲に属するものと見なければならない。

２０ 固体電解質型燃料電池
２２ 固体電解質テープ
２４ 支持体
２６ 燃料極
２８ スリット
３０ 壁部
３２ 積層体
３４ 空気流路
３６ 空気極
３８ 燃料流路
４０、４２ 連結電極
４４、４６ モジュール連結電極

Claims (18)

1. （ａ）一側面にストリップ形状の複数の燃料極が形成されている第１及び第２固体電解質テープをそれぞれ準備する段階と；
   （ｂ）端辺部と側辺部を具備し前記側辺部の方向へ平行に一定間隔を置いて上下に貫通し、前記燃料極と等しいストリップ形状の複数のスリットと、これらの間の複数の壁部を具備している第１及び第２支持体をそれぞれ準備する段階と；
   （ｃ）前記第１支持体の複数のスリット内で各複数の燃料極が相互対向するように、第１及び第２固体電解質テープを第１支持体の下側及び上側にそれぞれ重畳し、第２支持体をそのスリットが第１支持体のスリットと直交するように、第１支持体の下側に重畳している第１または第２固体電解質テープの下側に重畳して単位モジュールを構成する段階と；
   （ｄ）前記単位モジュールを少なくとも一つ以上積層し一体化してモジュールを製造する段階と；
   （ｅ）前記モジュールで前記第２支持体の端辺部を切断して前記第２支持体の複数のスリットを開放することによって、複数の空気流路を形成しこの複数の空気流路内に複数の空気極をそれぞれ形成する段階と；
   （ｆ）前記モジュールで前記第１支持体の端辺部を切断して前記第１支持体の複数のスリットを開放することのよって、複数の燃料極を有する燃料流路をそれぞれ形成する段階と；
   （ｇ）前記モジュールで前記各複数の空気極を連結する連結電極と、前記各複数の燃料極を連結する連結電極を形成し、前記モジュールの上下面にモジュール連結電極を形成して前記各モジュール連結電極に前記各連結電極を連結する段階と；
   （ｈ）前記モジュールを熱処理する段階と、を含むことを特徴とする固体電解質型燃料電池の製造方法。
2. 前記（ｄ）段階の前記単位モジュールは、バインダーにより付着しこのバインダーの軟化温度で熱接着することによって一体化されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
3. 前記（ｄ）段階は、前記一体化されたモジュールを焼結して緻密化する工程をもっと含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
4. 前記焼結温度は、１３５０ないし１４５０℃の範囲になることを特徴とする請求項３に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
5. 前記（ｅ）段階の前記複数の空気極は、前記複数の空気流路が形成されているモジュールを電極スラーリにデイッピングすることによって前記複数の空気流路の内面全体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
6. 前記第１及び第２固体電解質テープの組成物は、イットリア安定化ジルコニア、カルシア安定化ジルコニア、マグネシア安定化ジルコニア、及びランタンガレートからなる群から一つ以上選択されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
7. 前記第１及び第２固体電解質テープは、ドクターブレードにキャスティングして成形されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
8. 前記第１及び第２固体電解質テープの厚さは、１０〜３０μmになることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
9. 前記第１及び第２支持体の組成は、ジルコニア系イットリア部分安定化ジルコニア、及びジルコニア系カルシア部分安定化ジルコニアの中の一つ以上からなることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
10. 前記第１及び第２支持体の厚さは、５０〜２００μmの範囲になることを特徴とする請求項１または請求項９に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
11. 前記スリットの幅は、０．５ｍｍないし１ｍｍになることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
12. 前記燃料極の組成は、体積比６：４の酸化ニッケル、及びイットリア安定化ジルコニアと２４体積％添加した黒煙からなることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
13. 前記空気極の組成は、ランタンストロンチウムマンガナイト、及びサマリウムストロンチウムコバルタイトの中の一つ以上からなることを特徴とする請求項１または請求項５に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
14. 前記空気極の組成は、安定化ジルコニア粉末をもっと含むことを特徴とする請求項１３に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
15. 前記安定化ジルコニア粉末は、２０ 重量％ないし４０重量％で含まれることを特徴とする請求項１４に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
16. 前記連結電極及びモジュール連結電極の組成は、Ａｇ−Ｐｄ系、またはＡｇ−Ｐｔ系であることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
17. 前記（ｇ）段階の前記モジュール連結電極は、Ｘ型パターンで形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
18. 前記（ｈ）段階の前記熱処理は、１１５０℃ないし１２５０℃の温度で遂行されることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型燃料電池の製造方法。
    

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