JP5418722B2

JP5418722B2 - 燃料電池

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Publication number: JP5418722B2
Application number: JP2013507359A
Authority: JP
Inventors: 直哉森; 和英高田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: WO2012132893A1; JPWO2012132893A1

Description

本発明は、燃料電池に関する。特に、本発明は、固体酸化物形燃料電池に関する。

近年、新たなエネルギー源として、燃料電池に対する注目が大きくなってきている。燃料電池には、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）、溶融炭酸塩形燃料電池、リン酸形燃料電池、固体高分子形燃料電池等がある。これらの燃料電池の中でも、固体酸化物形燃料電池では、液体の構成要素を用いる必要が必ずしもなく、炭化水素燃料を用いるときに内部での改質も可能である。このため、固体酸化物形燃料電池に対する研究開発が盛んに行われている。

固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物電解質層と、固体酸化物電解質層を挟持している燃料極及び空気極とを有する発電要素を備えている。燃料極の上には、燃料ガスを供給するための流路を区画形成しているセパレータが配置されている。このセパレータ内には、燃料極を外部に引き出すためのインターコネクタが設けられている。一方、空気極の上には、酸化剤ガスを供給するための流路を区画形成しているセパレータが配置されている。このセパレータ内には、空気極を外部に引き出すためのインターコネクタが設けられている。

例えば下記の特許文献１には、燃料極の構成材料として、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｒｕ及びＰｄから選ばれた少なくとも一種の金属を含むイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ：ＹｔｔｒｉａＳｔａｂｉｌｉｚｅｄＺｉｒｃｏｎｉａ）が記載されている。

また、特許文献１には、インターコネクタの構成材料として、Ａｇ−Ｐｄ合金を含むガラスが記載されている。

ＷＯ２００４／０８８７８３Ａ１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のように、燃料極がＮｉを含むイットリア安定化ジルコニアからなり、インターコネクタがＡｇ−Ｐｄ合金を含む場合、燃料極とインターコネクタとの電気的接続が経時劣化することがあり、燃料電池の製品寿命を十分に長くできないという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みて成されたものであり、その目的は、製品寿命が長い燃料電池を提供することにある。

本発明に係る燃料電池は、発電要素と、セパレータと、インターコネクタとを備えている。発電要素は、固体酸化物電解質層と、第１の電極と、第２の電極とを有する。第１の電極は、固体酸化物電解質層の一主面の上に配されている。第２の電極は、固体酸化物電解質層の他主面の上に配されている。セパレータは、第１の電極の上に配されている。セパレータは、第１の電極に臨む流路を区画形成している。インターコネクタは、第１の電極に接続されている。第１の電極は、Ｎｉを含む。インターコネクタは、ＡｇまたはＡｇ合金からなる部分を有する。本発明に係る燃料電池は、中間膜をさらに備えている。中間膜は、ＡｇまたはＡｇ合金からなる部分と、第１の電極との間に配されている。中間膜は、ＣｏとＴｉとを含む酸化物からなる。

本発明に係る燃料電池のある特定の局面では、中間膜は、燃料電池作製時において、ＣｏＴｉＯ_３結晶相を含む。

本発明に係る燃料電池の別の特定の局面では、中間膜は、燃料電池作製時において、Ｃｏ_３Ｏ_４結晶相をさらに含む。

本発明に係る燃料電池の他の特定の局面では、中間膜におけるＣｏとＴｉとのモル比（Ｃｏ：Ｔｉ）が、４０：６０〜８０：２０の範囲内にある。

本発明に係る燃料電池のさらに他の特定の局面では、第１の電極は、Ｎｉを含むイットリア安定化ジルコニア、Ｎｉを含むスカンジア安定化ジルコニア、Ｎｉを含むＳｍをドープしたセリアまたはＮｉを含むＧｄをドープしたセリアからなる。

本発明に係る燃料電池のさらに別の特定の局面では、インターコネクタは、Ａｇ−Ｐｄ合金からなる部分を有する。

本発明によれば、製品寿命が長い燃料電池を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る燃料電池の略図的分解斜視図である。図２は、第１の実施形態における第１のセパレータ本体の略図的平面図である。図３は、第１の実施形態における第１の流路形成部材の略図的平面図である。図４は、第１の実施形態における空気極層の略図的平面図である。図５は、第１の実施形態における固体酸化物電解質層の略図的平面図である。図６は、第１の実施形態における燃料極層の略図的平面図である。図７は、第１の実施形態における第２の流路形成部材の略図的平面図である。図８は、第１の実施形態における第２のセパレータ本体の略図的平面図である。図９は、図３の線ＩＸ−ＩＸにおける略図的断面図である。図１０は、図７の線Ｘ−Ｘにおける略図的断面図である。図１１は、第２の実施形態に係る燃料電池の略図的断面図である。図１２は、第３の実施形態に係る燃料電池の略図的断面図である。図１３は、第４の実施形態に係る燃料電池の略図的断面図である。図１４は、実施例及び比較例のそれぞれにおいて作製した燃料電池の通電試験の結果を表すグラフである。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る燃料電池の略図的分解斜視図である。図２は、第１の実施形態における第１のセパレータ本体の略図的平面図である。図３は、第１の実施形態における第１の流路形成部材の略図的平面図である。図４は、第１の実施形態における空気極層の略図的平面図である。図５は、第１の実施形態における固体酸化物電解質層の略図的平面図である。図６は、第１の実施形態における燃料極層の略図的平面図である。図７は、第１の実施形態における第２の流路形成部材の略図的平面図である。図８は、第１の実施形態における第２のセパレータ本体の略図的平面図である。図９は、図３の線ＩＸ−ＩＸにおける略図的断面図である。図１０は、図７の線Ｘ−Ｘにおける略図的断面図である。

図１、図９及び図１０に示すように、本実施形態の燃料電池１は、第１のセパレータ１０と、発電要素３０と、第２のセパレータ５０とを有する。燃料電池１では、第１のセパレータ１０と、発電要素３０と、第２のセパレータ５０とがこの順番で積層されている。

なお、本実施形態の燃料電池１は、発電要素３０をひとつのみ有している。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明の燃料電池は、例えば、発電要素を複数有していてもよい。その場合、隣り合う発電要素は、セパレータにより隔離される。

（発電要素３０）
発電要素３０は、酸化剤ガス流路（酸化剤ガス用マニホールド）６１から供給される酸化剤ガスと、燃料ガス流路（燃料ガス用マニホールド）６２から供給される燃料ガスとが反応し、発電が行われる部分である。酸化剤ガスは、例えば空気や酸素ガス等の有酸素ガスにより構成することができる。また、燃料ガスは、水素ガスや、一酸化炭素ガスなどの炭化水素ガス等を含むガスとすることができる。

（固体酸化物電解質層３１）
発電要素３０は、固体酸化物電解質層３１を備えている。固体酸化物電解質層３１は、イオン導電性が高いものであることが好ましい。固体酸化物電解質層３１は、例えば、安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニアなどにより形成することができる。安定化ジルコニアの具体例としは、１０ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア（１０ＹＳＺ）、１１ｍｏｌ％スカンジア安定化ジルコニア（１１ＳｃＳＺ）等が挙げられる。部分安定化ジルコニアの具体例としは、３ｍｏｌ％イットリア部分安定化ジルコニア（３ＹＳＺ）、等が挙げられる。また、固体酸化物電解質層３１は、例えば、ＳｍやＧｄ等がドープされたセリア系酸化物や、ＬａＧａＯ_３を母体とし、ＬａとＧａとの一部をそれぞれＳｒ及びＭｇで置換したＬａ_０．８Ｓｒ_０．２Ｇａ_０．８Ｍｇ_０．２Ｏ_{（３−δ）}などのペロブスカイト型酸化物などにより形成することもできる。

なお、固体酸化物電解質層３１には、図５に示すように、流路６１，６２の一部を構成している貫通孔３１ａ、３１ｂが形成されている。

固体酸化物電解質層３１は、空気極層３２と燃料極層３３とにより挟持されている。すなわち、固体酸化物電解質層３１の一主面の上に空気極層３２が形成されており、他主面の上に燃料極層３３が形成されている。

（空気極層３２）
図４に示すように、空気極層３２は、空気極３２ａと、周辺部３２ｂとを有する。周辺部３２ｂには、流路６１，６２の一部を構成している貫通孔３２ｃ、３２ｄが形成されている。

空気極３２ａは、カソードである。空気極３２ａにおいては、酸素が電子を取り込んで、酸素イオンが形成される。空気極３２ａは、多孔質で、電子伝導性が高く、かつ、高温において固体酸化物電解質層３１等と固体間反応を起こしにくいものであることが好ましい。空気極３２ａは、例えば、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、Ｇｄをドープしたセリア、Ｓｎをドープした酸化インジウム、ＰｒＣｏＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＭｎＯ_３系酸化物などにより形成することができる。ＬａＭｎＯ_３系酸化物の具体例としては、例えば、Ｌａ_０．８Ｓｒ_０．２ＭｎＯ_３（通称：ＬＳＭ）や、Ｌａ_０．６Ｃａ_０．４ＭｎＯ_３（通称：ＬＣＭ）等が挙げられる。

周辺部３２ｂは、例えば、下記の第１及び第２のセパレータ本体１１，５１と同様の材料により形成することができる。

（燃料極層３３）
図６に示すように、燃料極層３３は、燃料極３３ａと、周辺部３３ｂとを有する。周辺部３３ｂには、流路６１，６２の一部を構成している貫通孔３３ｃ、３３ｄが形成されている。

燃料極３３ａは、アノードである。燃料極３３ａにおいては、酸素イオンと燃料ガスとが反応して電子を放出する。燃料極３３ａは、多孔質で、電子伝導性が高く、かつ、高温において固体酸化物電解質層３１等と固体間反応を起こしにくいものであることが好ましい。

燃料極３３ａは、Ｎｉを含む。具体的には、燃料極３３ａは、例えば、Ｎｉを含むイットリア安定化ジルコニア、Ｎｉを含むスカンジア安定化ジルコニア（サーメットであってもよい）等により構成することができる。

なお、燃料極３３ａにおけるＮｉの含有率は、例えば、４０質量％〜８０質量％程度とすることができる。

（第１のセパレータ１０）
図１、図９及び図１０に示すように、発電要素３０の空気極層３２の上には、第１のセパレータ１０が配置されている。この第１のセパレータ１０は、酸化剤ガス流路６１から供給される酸化剤ガスを空気極３２ａに供給するための流路１２ａを形成する機能を有している。また、複数の発電要素を備える燃料電池においては、第１のセパレータは、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する機能も兼ね備えている。

第１のセパレータ１０は、第１のセパレータ本体１１と、第１の流路形成部材１２とを有する。第１のセパレータ本体１１は、空気極３２ａの上に配されている。第１のセパレータ本体１１には、流路６１，６２の一部を構成している貫通孔１１ａ、１１ｂが形成されている。

第１の流路形成部材１２は、第１のセパレータ本体１１と空気極層３２との間に配されている。第１の流路形成部材１２は、周辺部１２ｂと、複数の線状凸部１２ｃとを有する。周辺部１２ｂには、燃料ガス流路６２の一部を構成している貫通孔１２ｄが形成されている。

複数の線状凸部１２ｃのそれぞれは、第１のセパレータ本体１１の空気極層３２側の表面から、空気極層３２側に向かって突出するように設けられている。複数の線状凸部１２ｃのそれぞれは、ｘ方向に沿って設けられている。複数の線状凸部１２ｃは、ｙ方向に沿って相互に間隔をおいて配置されている。隣接する線状凸部１２ｃの間と、線状凸部１２ｃと周辺部１２ｂとの間に、上記流路１２ａが区画形成されている。

第１のセパレータ本体１１及び第１の流路形成部材１２の材料は、特に限定されない。第１のセパレータ本体１１及び第１の流路形成部材１２のそれぞれは、例えば、安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニア等により形成することができる。また、第１のセパレータ本体１１及び第１の流路形成部材１２のそれぞれは、例えば、希土類金属が添加されたランタンクロマイトなどの導電性セラミックスやＭｇＯ／ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＳｒＴｉＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３などの絶縁性セラミックスなどによっても形成することができる。

複数の線状凸部１２ｃのそれぞれには、複数のビアホール電極１２ｃ１が埋設されている。複数のビアホール電極１２ｃ１は、複数の線状凸部１２ｃをｚ方向に貫通するように形成されている。また、第１のセパレータ本体１１には、複数のビアホール電極１２ｃ１の位置に対応して複数のビアホール電極１１ｃが形成されている。複数のビアホール電極１１ｃは、第１のセパレータ本体１１を貫通するように形成されている。これら複数のビアホール電極１１ｃ及び複数のビアホール電極１２ｃ１により、線状凸部１２ｃの第１のセパレータ本体１１とは反対側の表面から第１のセパレータ本体１１の線状凸部１２ｃとは反対側の表面にまで至る複数のインターコネクタ１３が構成されている。

なお、インターコネクタ１３は、第１のセパレータ１０と一体に形成されていてもよい。すなわち、第１のセパレータ１０は、インターコネクタとしての機能を兼ね備えたものであってもよい。

ビアホール電極１１ｃ及びビアホール電極１２ｃ１の材質は、特に限定されない。ビアホール電極１１ｃ及びビアホール電極１２ｃ１のそれぞれは、例えば、ＬＳＭ等により形成することができる。

（第２のセパレータ５０）
発電要素３０の燃料極層３３の上には、第２のセパレータ５０が配置されている。この第２のセパレータ５０は、燃料ガス流路６２から供給される燃料ガスを燃料極３３ａに供給するための流路５２ａを形成する機能を有している。また、複数の発電要素を備える燃料電池においては、第２のセパレータは、燃料ガスと酸化剤ガスとを分離する機能も兼ね備えている。

第２のセパレータ５０は、第２のセパレータ本体５１と、第２の流路形成部材５２とを有する。第２のセパレータ本体５１は、燃料極３３ａの上に配されている。第２のセパレータ本体５１には、流路６１，６２の一部を構成している貫通孔５１ａ、５１ｂが形成されている。

第２の流路形成部材５２は、第２のセパレータ本体５１と燃料極層３３との間に配されている。第２の流路形成部材５２は、周辺部５２ｂと、複数の線状凸部５２ｃとを有する。周辺部５２ｂには、燃料ガス流路６２の一部を構成している貫通孔５２ｄが形成されている。

複数の線状凸部５２ｃのそれぞれは、第２のセパレータ本体５１の燃料極層３３側の表面から、燃料極層３３側に向かって突出するように設けられている。複数の線状凸部５２ｃのそれぞれは、線状凸部５２ｃの延びる方向に対して垂直なｙ方向に沿って設けられている。複数の線状凸部５２ｃは、ｘ方向に沿って相互に間隔をおいて配置されている。隣接する線状凸部５２ｃの間と、線状凸部５２ｃと周辺部５２ｂとの間に、上記流路５２ａが区画形成されている。このため、流路５２ａの延びる方向と、流路１２ａの延びる方向とは直交している。

第２のセパレータ本体５１及び第２の流路形成部材５２の材料は、特に限定されない。第２のセパレータ本体５１及び第２の流路形成部材５２のそれぞれは、例えば、安定化ジルコニアや、部分安定化ジルコニア等により形成することができる。また、第２のセパレータ本体５１及び第２の流路形成部材５２のそれぞれは、例えば、希土類金属が添加されたランタンクロマイトなどの導電性セラミックスやＭｇＯ／ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＳｒＴｉＯ_３／Ａｌ_２Ｏ_３などの絶縁性セラミックスなどによっても形成することができる。

図９及び図１０に示すように、複数の線状凸部５２ｃのそれぞれには、複数のビアホール電極５２ｃ１が埋設されている。また、第２のセパレータ本体５１には、複数のビアホール電極５２ｃ１の位置に対応して複数のビアホール電極５１ｃが形成されている。複数のビアホール電極５１ｃは、複数のビアホール電極５２ｃ１と電気的に接続されている。複数のビアホール電極５１ｃは、第２のセパレータ本体５１を貫通するように形成されている。これら複数のビアホール電極５１ｃ及び複数のビアホール電極５２ｃ１により、燃料極３３ａを外部に引き出すインターコネクタ１４が構成されている。

なお、インターコネクタ１４は、第２のセパレータ５０と一体に形成されていてもよい。すなわち、第２のセパレータ５０は、インターコネクタとしての機能を兼ね備えたものであってもよい。

インターコネクタ１４は、ＡｇまたはＡｇ合金からなる部分を有する。本実施形態では、具体的には、インターコネクタ１４は、Ａｇ合金からなる部分を有する。より具体的には、インターコネクタ１４の全体が、Ａｇ−Ｐｄ合金からなる。このため、インターコネクタ１４のガスバリア性が高い。

（中間膜５３）
本実施形態では、インターコネクタ１４と燃料極３３ａとの間に中間膜５３が配置されている。具体的には、中間膜５３は、線状凸部５２ｃに形成されたビアホール５２ｃ２の燃料極３３ａ側端部に配されている。インターコネクタ１４と燃料極３３ａとは、この中間膜５３によって隔離されている。

中間膜５３は、ＣｏとＴｉとを含む酸化物からなる。中間膜５３におけるＣｏとＴｉとのモル比（Ｃｏ：Ｔｉ）は、４０：６０〜８０：２０であることが好ましく、５０：５０〜７０：３０であることがより好ましい。

本実施形態においては、中間膜５３は、発電を行っていない状態と、発電を行っている状態とにおいて、性状が異なる。中間膜５３は、燃料電池１の作製時においては、ＣｏＴｉＯ_３結晶相を含む。中間膜５３は、燃料電池１の作製時においては、Ｃｏ_３Ｏ_４結晶相をさらに含む。

一方、高温になり、燃料ガスが供給されている発電中においては、ＣｏＯは金属Ｃｏに還元される。このため、発電中においては、中間膜５３は、金属Ｃｏと酸化チタンとの混合物により構成された状態となる。

中間膜５３は、Ｃｏ_３Ｏ_４粉末等の酸化コバルト粉末と、ＴｉＯ_２粉末等の酸化チタン粉末とを焼結させることにより形成することができる。Ｃｏ_３Ｏ_４粉末とＴｉＯ_２粉末との混合比（Ｃｏ_３Ｏ_４：ＴｉＯ_２）は、質量％で、４０：６０〜８０：２０であることが好ましく、５０：５０〜７０：３０であることがより好ましい。

ところで、Ｎｉを含む燃料極と、ＡｇまたはＡｇ合金を含むインターコネクタとを直接接触させることにより燃料極とインターコネクタとを電気的に接続した場合、燃料電池の製品寿命が短くなる。具体的には、発電中に、急激に電圧が低下してしまう。

それに対して、本実施形態では、燃料極３３ａとインターコネクタ１４との間に、ＣｏとＴｉとを含む酸化物からなる中間膜５３が配されている。このため、発電中における急激な電圧低下を抑制できる。その結果、長い製品寿命を実現することができる。この理由は、定かではないが、燃料極３３ａとインターコネクタ１４との間にＣｏとＴｉとを含む酸化物からなる中間膜を介在させることで、燃料電池の動作環境において燃料極３３ａとインターコネクタ１４との接合が安定化されるためであると考えられる。

また、本実施形態では、中間膜５３におけるＣｏとＴｉとのモル比（Ｃｏ：Ｔｉ）は、４０：６０〜８０：２０である。このため、中間膜５３の電気抵抗を実用上問題ないレベルに小さくすることができる。よって、中間膜５３を設けることによる電圧降下を抑制することができる。中間膜５３を設けることによる電圧降下をより効果的に抑制する観点からは、中間膜５３におけるＣｏとＴｉとのモル比（Ｃｏ：Ｔｉ）は、５０：５０〜７０：３０であることが好ましい。

以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２〜第４の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に係る燃料電池の略図的断面図である。図１２は、第３の実施形態に係る燃料電池の略図的断面図である。

上記第１の実施形態では、中間膜５３がビアホール５２ｃ２の燃料極３３ａ側端部に配されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図１１に示すように、中間膜５３は、燃料極３３ａのインターコネクタ１４側の表面を覆うように設けられていてもよい。具体的には、第２の実施形態では、中間膜５３は、燃料極層３３のインターコネクタ１４側の表面を覆うように設けられている。第２の実施形態では、中間膜５３は、多孔質体からなる。このため、燃料ガスは、中間膜５３を透過して燃料極３３ａに供給される。

また、第２の線状凸部と燃料極との間に中間膜を配し、燃料極の流路に臨んでいる部分の上には中間膜を配さないようにしてもよい。

また、図１２に示すように、中間膜５３は、ビアホール５２ｃ２の中央部に配されていてもよい。図１３に示すように、中間膜５３は、ビアホール５２ｃ２のセパレータ本体５１側端部に配されていてもよい。第３及び第４の実施形態のそれぞれにおいては、インターコネクタ１４の中間膜５３よりもセパレータ５０側の部分５２ｃ１１が、ＡｇまたはＡｇ合金を含んでいる。燃料極３３ａ側の部分５２ｃ１２が燃料極３３ａと同じ材料により構成されている。

（実施例）
下記に示す条件で、上記第２の実施形態に係る燃料電池と実質的に同様の構成を有する燃料電池を作製した。

セパレータの構成材料：ＹＳＺ
固体酸化物電解質層の構成材料：ＹＳＺ
空気極の構成材料：ＬＳＭ／ＹＳＺ
燃料極の構成材料：Ｎｉ／ＹＳＺ（Ｎｉの含有率：６０質量％）
インターコネクタ：Ａｇ−Ｐｄ合金
中間膜の構成材料：Ｃｏ及びＴｉを含む酸化物（モル比Ｃｏ：Ｔｉ＝５０：５０）
（比較例）
中間膜を設けなかったこと以外は、上記実施例と同様にして燃料電池を作製した。

（評価）
上記実施例及び比較例のそれぞれにおいて作製した燃料電池に対して、９００℃において、９６％Ｈ_２−４％Ｈ_２Ｏガスと、酸化剤ガスを流して発電させた。その結果を図１４に示す。

図１４に示す結果から、実施例において作製した燃料電池では、０．６Ａ／ｃｍ^２の電流密度における通電試験を８０時間実施しても急激に電圧が低下することはなかった。

一方、比較例において作製した燃料電池では、０．３Ａ／ｃｍ^２の電流密度における通電試験を行った結果、約３０時間で急激に電圧が低下した。

（実験例）
表１に示す条件１〜５に従って酸化コバルト及び酸化チタンを、水を溶媒として混合・粉砕した。その後、乾燥させ、９５０℃で仮焼成した。得られた焼成物に有機バインダーを加え、スラリーを作製した。そのスラリーをドクターブレード法によりシート状に成形した。

次に、得られたシートを複数枚積層し、圧着させることにより、長さ２０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ１ｍｍの角柱を作製した。これを焼成し、導電率測定用のサンプルを得た。得られた各条件のサンプルにつき、４端子法を用いて、９００℃、９６％Ｈ_２−４％Ｈ_２Ｏ雰囲気中において、導電率を測定した。結果を下記の表１に示す。

表１に示す結果から、Ｃｏ_３Ｏ_４：ＴｉＯ_２を４０質量％：６０質量％〜８０質量％：２０質量％とし、Ｃｏ：Ｔｉを４０モル：６０モル〜８０モル：２０モルとすることにより実用上問題の無い導電率が得られることが分かる。なお、Ｃｏの割合が多すぎると、Ｃｏ_３Ｏ_４からＣｏへと還元される際の体積変化量が大きくなりすぎるため、クラックが発生しやすくなる傾向にある。従って、ＣｏＯは、８０質量％以下であることが好ましく、モル比Ｃｏ／Ｔｉは、７０／３０以下であることが好ましい。

１…燃料電池
１０…第１のセパレータ
１１…第１のセパレータ本体
１１ａ、１１ｂ…貫通孔
１１ｃ…ビアホール電極
１２…第１の流路形成部材
１２ａ…第１の流路
１２ｂ…周辺部
１２ｃ…第１の線状凸部
１２ｃ１…ビアホール電極
１２ｄ…貫通孔
１３，１４…インターコネクタ
３０…発電要素
３１…固体酸化物電解質層
３１ａ、３１ｂ…貫通孔
３２…空気極層
３２ａ…空気極
３２ｂ…周辺部
３２ｃ、３２ｄ…貫通孔
３３…燃料極層
３３ａ…燃料極
３３ｂ…周辺部
３３ｃ、３３ｄ…貫通孔
５０…第２のセパレータ
５１…第２のセパレータ本体
５１ａ、５１ｂ…貫通孔
５１ｃ…ビアホール電極
５２…第２の流路形成部材
５２ａ…流路
５２ｂ…周辺部
５２ｃ１，５２ｃ２…ビアホール電極
５２ｃ…第２の線状凸部
５２ｄ…貫通孔
６１…酸化剤ガス流路
６２…燃料ガス流路

Claims

固体酸化物電解質層と、前記固体酸化物電解質層の一主面の上に配された第１の電極と、前記固体酸化物電解質層の他主面の上に配された第２の電極とを有する発電要素と、
前記第１の電極の上に配されており、前記第１の電極に臨む流路を区画形成しているセパレータと、
前記第１の電極に接続されているインターコネクタと、
を備え、
前記第１の電極は、Ｎｉを含み、
前記インターコネクタは、ＡｇまたはＡｇ合金からなる部分を有し、
前記ＡｇまたはＡｇ合金からなる部分と、第１の電極との間に配されており、ＣｏとＴｉとを含む酸化物からなる中間膜をさらに備える、燃料電池。
前記中間膜は、燃料電池作製時において、ＣｏＴｉＯ_３結晶相を含む、請求項１に記載の燃料電池。
前記中間膜は、燃料電池作製時において、Ｃｏ_３Ｏ_４結晶相をさらに含む、請求項２に記載の燃料電池。
前記中間膜におけるＣｏとＴｉとのモル比（Ｃｏ：Ｔｉ）が、４０：６０〜８０：２０の範囲内にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池。
前記第１の電極は、Ｎｉを含むイットリア安定化ジルコニア、Ｎｉを含むスカンジア安定化ジルコニア、Ｎｉを含むＧｄをドープしたセリアまたはＮｉを含むＳｍをドープしたセリアである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池。
前記インターコネクタは、Ａｇ−Ｐｄ合金からなる部分を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池。