JP6264733B2

JP6264733B2 - 固体酸化物形燃料電池

Info

Publication number: JP6264733B2
Application number: JP2013050057A
Authority: JP
Inventors: 岩切　保憲; 保憲岩切; 元久上條
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: JP2014175290A

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池に関する。

固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、発電効率が高く、自動車用のみならず家庭用、業務用として開発が進められている。このような固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物電解質膜の一方側に空気極を、他方側に燃料極をそれぞれ備え、空気極を備える空気流路に空気を、燃料極を備える燃料流路に燃料を供給することで、酸素イオンが燃料である水素や一酸化炭素と反応して発電する。その際、空気流路内及び燃料流路内を閉空間として密封するためにシール材を用いている（下記特許文献１参照）。

特開２００４−３１９２８６号公報

ところで、固体酸化物形燃料電池は、作動温度が８００℃前後あり、他の例えば固体高分子形燃料電池などと比較して高温で作動する。このため、前記したシール材としては、耐熱性を考慮してシリコンを含むガラス接合材を使用することが一般的に行われている。この場合には、ペースト状のガラス接合材を必要部位に塗布した後、焼成温度（９００℃〜１０００℃程度）まで温度上昇させて熱処理（焼成処理）する。

ところが、ペースト状のガラス接合材を熱処理する際には、シリコンや有機溶剤が高温でガス化し、特にガス化したシリコンが空気極側に移動して空気極の表面に付着すると、発電性能の低下を引き起こす。

そこで、本発明は、シール材としてシリコンを含む接合材を利用した場合であっても、熱処理時に発生するガス化したシリコンの空気極への移動を抑制することを目的としている。

本発明は、二つの部材間を接合しつつ空気流路を密封するシリコンを含む接合材を備え、この接合材と空気極との間の二つの部材間に設けられ、接合材を焼成処理中に発生するシリコンガスの空気極側への移動を阻止する介在部材を備えることを特徴とする。
前記接合材と前記介在部材とは、互いに接触している。

本発明によれば、シリコンを含む接合材の熱処理中に、接合材に含まれるシリコンがガス化しても、空気極との間に配置している介在部材により、ガス化したシリコンが空気極側に移動するのを阻止し、ガス化したシリコンの空気極への接触を抑制することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる燃料電池スタックの断面図である。図２は、図１の燃料電池スタックを構成する単電池ユニットの断面図である。図３は、図２の平面図である。図４は、ガラス接合材を焼成処理する際の製造工程図で、（ａ）はセルサポート上にペースト状のガラス接合材及びシリコン透過防止材を塗布した状態、（ｂ）は（ａ）のガラス接合材及びシリコン透過防止材上に単電池及びスペーサを載置した状態を示す。図５は、第１の実施形態の変形例に係わる、図２に対応する断面図である。図６は、本発明の第２の実施形態に係わる燃料電池スタックの断面図である。図７は、図６のＫ部を拡大した断面図である。図８は、本発明の第３の実施形態に係わる単電池ユニットの断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる固体酸化物形燃料電池における燃料電池スタック１を示す。燃料電池スタック１は、単電池（単セル）３を図１中で上下方向に複数積層配置して所望の電圧を確保している。

単電池３は、図２に示すように、固体酸化物電解質膜（以下、単に電解質膜という）５の一方側となる図２中の下部側に燃料極（アノード）７を配置し、他方側となる図２中の上部側に空気極（カソード）９を配置している。

電解質膜５の構成材料としては、例えばイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）や、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）などのセラミック材料がある。燃料極７の構成材料としては、例えばＮｉｏ-ＹＳＺやＮｉｏ-ＳｃＳＺなどの酸化ニッケルとセラミックの複合材料がある。空気極９の構成材料としては、例えばランタンストロンチウムマンガン（ＬＳＭ）やランタンストロンチウムコバルト（ＬＳＣ）がある。

電解質膜５と燃料極７は、図２中で上下方向から見た平面視では矩形状であって、互いに同形状である。すなわち、矩形状の燃料極７と、同じ矩形状の電解質膜５とを互いに重ね合わせている。電解質膜５上に配置される空気極９は、電解質膜５及び燃料極７に対して小さい矩形状であり、電解質膜５のほぼ中央に配置している。このため、空気極９の外周側端部９ａと電解質膜５の外周側端部５ａとの間は、全周にわたり電解質膜５の表面が露出する露出部５ｂが形成されている。なお、単電池３の製造方法としては、例えば燃料極７上に電解質膜５をスクリーン印刷等で形成して焼成し、さらに電解質膜５上に空気極９をスクリーン印刷等で形成して焼成する。

上記した電解質膜５の露出部５ｂ上には、ガラス接合材１１を介してセルサポート１３を接合固定している。セルサポート１３は、図３に示すように、中心部が開口した矩形の枠形状に形成してあり、その内側（空気極９側）部位をシール材となるガラス接合材１１により電解質膜５の露出部５ｂに接合している。セルサポート１３の中心の開口部位は、図３に示すように空気極９より大きく、このため空気極９の外周側端部９ａとセルサポート１３の内側端部１３ａとの間は、全周にわたり隙間１５が形成されて平面視（図３）で露出部５ｂの空気極９側が露出している。

ガラス接合材１１は、シリコンを含んでおり、そのガラス接合材１１の内側（空気極９側）におけるセルサポート１３と電解質膜５の露出部５ｂとの間には、電気絶縁性のある介在部材としてのシリコン透過防止材１７を全周にわたり配置している。シリコン透過防止材１７は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の水溶性ゾルで構成され、シール機能を備えるとともに接合機能も備えている。このようなシリコン透過防止材１７は、後述するようにガラス接合材１１を焼成処理中に発生するシリコンガスの空気極９側への移動を阻止する。

セルサポート１３は、金属、例えばステンレス製であって、外周側（空気極９と反対側）がガラス接合材１１と同様のガラス接合材１９により、断面ほぼ正方形状のスペーサ２１上に接合されている。ガラス接合材１９は全周にわたり形成され、その内側におけるスペーサ２１とセルサポート１３との間には、全周にわたりシリコン透過防止材１７と同様のシリコン透過防止材２３が介在している。

スペーサ２１は、図２中の上下方向から見た平面視では、単電池３の周囲を囲むような矩形の枠体となっている。このスペーサ２１は、セルサポート１３と同様に、金属、例えばステンレス製である。

ここで、図２で示すように、一つの単電池３を含み、該単電池３をセルサポート１３でスペーサ２１に支持させた構成体を一つの単電池ユニット２５とする。この一つの単電池ユニット２５を、図１のように複数積層して燃料電池スタック１を構成する。その際、互いに隣接する単電池ユニット２５相互間、つまりセルサポート１３とスペーサ２１との間には、セパレータ２７を介装する。セパレータ２７は、セルサポート１３と同様に、金属、例えばステンレス製である。

燃料電池スタック１の最下部の単電池ユニット２５の下部には端板２９を設け、最上部の単電池ユニット２５の上部には、矩形枠状の端部スペーサ３１を介して端板３３を設けている。端板２９，３３及び端部スペーサ３１は、セルサポート１３やセパレータ２７と同様に、金属、例えばステンレス製である。

上記した各単電池ユニット２５相互間のセパレータ２７と、単電池ユニット２５におけるセルサポート１３やスペーサ２１との間など、金属同士が互いに重ね合わされる部位は、外周側の溶接固定部３５にて全周にわたり溶接固定して密封する。すなわち、セルサポート１３とセパレータ２７との間、セパレータ２７とスペーサ２１との間、下部の端板２９とスペーサ２１との間、上部の端板３３と端部スペーサ３１との間、をそれぞれ溶接固定部３５にて溶接固定する。溶接固定部３５の溶接は、例えばレーザ溶接でよい。

このようにして構成した図１に示す燃料電池スタック１は、燃料極７が存在する密閉空間となる燃料流路３７と、空気極９が存在する密閉空間となる空気流路３９とが、単電池３（単電池ユニット２５）毎に形成される。その際、本実施形態では、単電池ユニット２５における燃料流路３７と空気流路３９との間を、ガラス接合材１１で接合固定して、これら相互間を密封している。また、ガラス接合材１１の空気流路３９（空気極９）側にはシリコン透過防止材１７を設けている。さらに、セルサポート１３の外周側とスペーサ２１との間には、ガラス接合材１９及びシリコン透過防止材２３を設けている。

上記した構成の燃料電池スタック１において、ガラス接合材１１は、単電池３の電解質膜５とセルサポート１３との間を接合しており、したがって、電解質膜５とセルサポート１３とが二つの部材を構成している。また、ガラス接合材１９は、セルサポート１３とスペーサ２１との間を接合しており、したがって、セルサポート１３とスペーサ２１とが二つの部材を構成している。すなわち、本実施形態では、二つの部材間を接合しつつ空気極９が存在する空気流路３９を密封するシリコンを含むガラス接合材１１，１９を備えている。また、本実施形態では、ガラス接合材１１，１９と空気極９との間の二つの部材間に設けられ、ガラス接合材１１，１９を焼成処理中に発生するシリコンガスの空気極９側への移動を阻止する介在部材であるシリコン透過防止材１７，２３を備えている。

次に、図２示す単電池ユニット２５において、単電池３の電解質膜５とセルサポート１３との接合及び、セルサポート１３とスペーサ２１との接合について、図４を用いて説明する。この接合作業は、単電池ユニット２５が図２とは上下が逆となる状態で行う。すなわち、まず図４（ａ）に示すように、セルサポート１３の内側上に、ペースト状のガラス接合材１１及び、アルミナの水溶性ゾルからなるシリコン透過防止材１７をそれぞれ塗布する。その際、ガラス接合材１１が外側のスペーサ２１側に、シリコン透過防止材１７が内側の空気極９側にそれぞれ位置し、これら二種の塗布物は互いに接触した状態となる。

さらに、セルサポート１３の外周側の上部に、ペースト状のガラス接合材１９及び、アルミナの水溶性ゾルからなるシリコン透過防止材２３をそれぞれ塗布する。その際、ガラス接合材１９が外側に、シリコン透過防止材２３が内側の単電池３側にそれぞれ位置し、これら二種の塗布物は互いに接触した状態となる。

そして、図４（ｂ）に示すように、単電池３を、図２とは上下を逆にした状態で電解質膜５の露出部５ｂがガラス接合材１１及びシリコン透過防止材１７上に接触するようセルサポート１３上に載置する。このとき、単電池３の下部側に位置する空気極９は、枠形状のセルサポート１３の内側端部１３ａより内側に位置する。また、セルサポート１３の外側のガラス接合材１９及びシリコン透過防止材２３上にはスペーサ２１を載置する。

次に、上記図４（ｂ）の状態でのガラス接合材１１，１９を固化させる熱処理として焼成処理を行う。焼成処理は、ガラス接合材１１，１９及びシリコン透過防止材１７，２３を塗布した後の図４（ｂ）に示す形状の単電池ユニット２５を、図示しない例えば電気炉内に投入して行う。その際、図４（ｂ）の単電池ユニット２５は、電気炉内の平坦な床の上に載置する。床に載置する際には、セルサポート１３を床に直接載置するか、別途用意した平坦な置台上にセルサポート１３を載置してもよい。この場合、図１における空気極９が存在する空気流路３９に対応する密閉空間４１が、セルサポート１３を電気炉内の平坦な床または置台４３に載置することで形成される。

このようにして図４（ｂ）に示す単電池ユニット２５を電気炉内に投入した状態で、９００℃〜１０００℃で２０分〜３０分間焼成処理を行う。これにより、ガラス接合材１１，１９が固化し、電解質膜５とセルサポート１３とが接合固定されるとともに、スペーサ２１とセルサポート１３とが接合固定される。

このとき、シリコン透過防止材１７，２３は、主としてシール材として機能する。すなわち、本実施形態では、焼成処理中に特に空気極９に近い位置にあるガラス接合材１１に含有するシリコンがガス化した場合に、そのシリコンが近接する空気極９側へ移動するのをシリコン透過防止材１７が阻止し、シリコンが空気極９に接触するのを抑制する。

また、空気極９が存在する側は、床または置台４３との間に形成されている密閉空間４１となっているので、ガラス接合材１１，１９から発生したシリコンが電気炉内に放出されても、シリコンが空気極９に接触するのを抑制できる。仮に、空気極９が存在する側が密閉空間４１となっていない場合であっても、シリコン透過防止材１７の外側で電気炉内に放出されたガス化したシリコンは、空気極９とは反対側に移動し、かつ電気炉内の空気に希釈されるので、シリコンの空気極９への付着を抑制できる。

上記したようにガス化したシリコンが空気極９に接触するのを抑制することで、空気極９の表面がシリコンで覆われる状態を回避でき、空気極９が正常に機能する。その結果、固体酸化物形燃料電池としての発電性能の低下を抑制でき、信頼性の高い固体酸化物形燃料電池とすることができる。

また、本実施形態では、シリコン透過防止材１７は、シリコンを含むガラス接合材１１が熱処理された後の状態で、シリコンガスの空気極９側への移動を阻止している。これにより、図１のようにスタック化した固体酸化物形燃料電池の運転中であっても、ガラス接合材１１からのシリコンが空気極９側に移動するのをシリコン透過防止材１７が抑えることができ、空気極９の表面がシリコンで覆われる状態を回避できる。

また、この場合には、外側のガラス接合材１９からのシリコンが、その内側にあるシリコン透過防止材２３によってスタック内部に侵入するのを抑制でき、結果として、シリコンが空気極９側に移動するのを抑えることができる。

図５は、上記した第１の実施形態の変形例である。本変形例は、単電池３とセルサポート１３との間のシール材として、ガラス接合材１１のほかに高温対応の特殊な金属シール４５を、ガラス接合材１１とシリコン透過防止材１７との間に設けている。また、スペーサ２１とセルサポート１３との間のシール材として、ガラス接合材１９のほかに金属シール４５と同様の金属シール４７を、ガラス接合材１９とシリコン透過防止材２３との間に設けている。

上記した各金属シール４５，４７は、セルサポート１３に形成した凹部１３ａ，１３ｂ内に収容し、単電池３の電解質膜５側及びスペーサ２１側にそれぞれ突出させて圧接させている。ガラス接合材１１，１９のほかに金属シール４５，４７を設けることで、よりシール性を高めている。

上記した金属シール４５，４７にシリコンが含まれている場合には、該シリコンがガラス接合材１１，１９の焼成処理中に、空気極９側に移動するのをシリコン透過防止材１７，２３が抑えることができる。また、燃料電池スタック１の運転中でも同様にして、シリコンが空気極９側に移動するのをシリコン透過防止材１７，２３が抑えることができる。

すなわち、本変形例は、シリコン透過防止材１７の空気極９と反対側における単電池３の電解質膜５とセルサポート１３との間に、シリコンを含む接合材が複数（ここではガラス接合材１１と金属シール４５）配置されていることになる。また、シリコン透過防止材２３の空気極９と反対側におけるセルサポート１３とスペーサ２１との間に、シリコンを含む接合材が複数（ここではガラス接合材１９と金属シール４７）配置されていることになる。

また、本実施形態では、シリコン透過防止材１７，２３は、アルミナの水溶性ゾルとしている。アルミナは高融点（２０７２℃）物質であることから、ガラス接合材１１，１９の焼成処理中に特に大きな影響を受けることなく、シール機能を確保することができる。また、アルミナは電気絶縁性を有するので、燃料電池に適用するのに好適である。

また、本実施形態では、電解質膜５の空気極９側の周縁は、電解質膜５が露出する露出部５ｂを備え、露出部５ｂにおける電解質膜５とセルサポート１３とを、ガラス接合材１１で接合し、ガラス接合材１１とその内側の空気極９側との間にシリコン透過防止材１７を配置している。ここで、セルサポート１３は支持部材を構成しており、該支持部材は、外郭部材を構成するスペーサ２１に支持されて取り付けられることになる。すなわち、単電池３は、セルサポート１３を介してスペーサ２１に支持されている。

これにより、ガラス接合材１１の焼成処理中にシリコンがガス化した場合に、該ガス化したシリコンはその内側にあるシリコン透過防止材１７により空気極９側への移動を抑制することができる。その結果、空気極９の表面がシリコンで覆われる状態を回避でき、空気極９が正常に機能し、固体酸化物形燃料電池としての発電性能の低下を抑制して、信頼性の高い固体酸化物形燃料電池とすることができる。

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係わる固体酸化物形燃料電池における燃料電池スタック１Ａを示す。燃料電池スタック１Ａは、単電池（単セル）３Ａを、セパレータ２７Ａを介して図１中で上下方向に複数積層配置して所望の電圧を確保している。セパレータ２７Ａの外周縁上には、図１に示したガラス接合材１１と同様なガラス接合材１１Ａを全周にわたり設けることで、セパレータ２７Ａと矩形枠形状のスペーサ２１Ａとを互いに接合している。また、下部の端板２９Ａ上にもガラス接合材１１Ａを設けてその上部のスペーサ２１Ａに端板２９Ａを接合している。

そして、本実施形態においても、ガラス接合材１１Ａの内側の空気極９Ａ側に、図１、図２に示したシリコン透過防止材１７と同様なシリコン透過防止材１７Ａを設けている。すなわち、本実施形態では、セパレータ２７Ａとスペーサ２１Ａとが、ガラス接合材１１Ａにより互いに接合される二つの部材を構成するとともに、下部の端板２９Ａとスペーサ２１Ａとが、ガラス接合材１１Ａにより互いに接合される二つの部材を構成している。

本実施形態の単電池３Ａは、図６のＫ部を拡大した図７に示すように、電解質膜（固体酸化物電解質膜）５Ａの一方側（図６、図７中で上部側）に燃料極７Ａを配置している。電解質膜５Ａと燃料極７Ａとは、外形形状がほぼ同等である。燃料極７Ａの電解質膜５Ａと反対側には集電電極４９を配置している。集電電極４９は、通気性を備えた導電性材料、例えば白金や金で構成してあり、したがって、燃料流路を内部に備えている。

電解質膜５Ａの他方側（図６、図７中で下部側）には空気極９Ａを配置している。空気極９Ａは、第１の実施形態と同様に、燃料極７Ａや電解質膜５Ａに対して全体的に小さく、外周側に、電解質膜５Ａの露出部５Ａｂが全周にわたり形成されている。電解質膜５Ａの露出部５Ａｂにはスペーサ２１Ａが接触している。この電解質膜５Ａの露出部５Ａｂとスペーサ２１Ａとの間は、外周側の全周にわたりレーザ溶接によって接合固定して密封している。

空気極９Ａの電解質膜５Ａと反対側には集電電極５１を配置している。集電電極５１は、通気性を備えた導電性材料、例えば白金や金で構成してあり、したがって、空気流路を内部に備えている。

また、図６に示す燃料電池スタック１Ａにおける最上部の単電池３Ａの上には端板３１Ａを配置している。この端板３１Ａと下部の端板２９Ａとの間に複数の積層した単電池３Ａを備える燃料電池スタック１Ａは、周囲側面を全周にわたりガラス接合材１１Ａと同様なシリコンを含むガラス接合材５３で覆っている。

次に、図６に示す燃料電池スタック１Ａの作製方法を説明する。ここでは、図７に示すように、単電池３Ａとその下部の端板２９Ａ（またはセパレータ２７Ａ）を一つの単電池ユニット２５Ａとして、第１の実施形態と同様に電気炉内で焼成処理を行う。単電池ユニット２５Ａは、端板２９Ａ（またはセパレータ２７Ａ）上に、ガラス接合材１１Ａ及びシリコン透過防止材１７Ａを塗布し、その上にスペーサ２１Ａを含む単電池３Ａを載せている。単電池３Ａは、電解質膜５Ａ、燃料極７Ａ、空気極９Ａ、集電電極４９，５１を含む。

上記した単電池ユニット２５Ａを第１の実施形態の単電池ユニット２５と同様の条件で焼成処理を行って、ガラス接合材１１Ａを固化させる。その際、本実施形態においても、ガラス接合材１１Ａが焼成処理中に含有するシリコンがガス化した場合に、該ガス化したシリコンが、シリコン透過防止材１７Ａによって近接する空気極９Ａ側への移動が阻止されて空気極９Ａに接触するのを抑制できる。この場合にも、空気極９Ａ及び集電電極５１が存在する領域が密閉空間となっているので、ガラス接合材１１Ａから発生したシリコンが電気炉内に放出されても、シリコンが空気極９Ａに接触するのを抑制できる。これにより、空気極９Ａが正常に機能して、固体酸化物形燃料電池としての発電性能の低下を抑制できる。

次に、上記のようにして作製した複数の単電池ユニット２５Ａを図６のように複数積層してから、その積層体の最上部に端板３１Ａを載せ、この状態でペースト状のガラス接合材５３を周囲側面の全周にわたり塗布し、スタック内部を密封する。そして、図７のような形状の焼成前（ガラス接合材５３）の燃料電池スタック１Ａを、ガラス接合材１１Ａのときの同様にして再度焼成処理を行い、ガラス接合材５３を固化させて燃料電池スタック１Ａが完成する。ガラス接合材５３によって、単電池ユニット２５を複数積層した積層体の周囲側面の全周を密封することになる。

燃料電池スタック１Ａの周囲のガラス接合材５３を焼成処理する際にも、含有するシリコンがガス化した場合に、該ガス化したシリコンが、シリコン透過防止材１７Ａによって空気極９Ａ側への移動が阻止されて空気極９Ａに接触するのを抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

例えば、第３の実施形として、第１の実施形態における図２に示す単電池ユニット２５に代えて、図８に示すような単電池３Ｂを備える単電池ユニット２５Ｂとすることもできる。図８の単電池３Ｂは、図２の単電池３に対し、燃料極と空気極との大きさが逆になっている。すなわち、単電池３Ｂは、電解質膜５Ｂと空気極９Ｂとが互いに同じ大きさの矩形状であり、燃料極７Ｂが、電解質膜５Ｂ及び空気極９Ｂに対して小さい矩形状となって、電解質膜５Ｂのほぼ中央に配置されている。このため、燃料極７Ｂの外周側端部７Ｂａと電解質膜５Ｂの外周側端部５Ｂａとの間は、全周にわたり電解質膜５Ｂの表面が露出する露出部５Ｂｂが形成されている。

上記した電解質膜５Ｂの露出部５Ｂｂとセルサポート１３Ｂの内周側の燃料極７Ｂ側との間には、ガラス接合材１１Ｂ及びシリコン透過防止材１７Ｂを介装している。この場合、図２の第１の実施形態とは逆に、ガラス接合材１１Ｂが内側でシリコン透過防止材１７Ｂが外側に位置している。すなわち、ガラス接合材１１Ｂが燃料極７Ｂ側に位置し、シリコン透過防止材１７Ｂが空気極９Ｂ側に位置することになる。

セルサポート１３Ｂの外周側の上記ガラス接合材１１Ｂ及びシリコン透過防止材１７Ｂを設けた側と同じ側（図８中で上部側）には、ガラス接合材１９Ｂ及びシリコン透過防止材２３Ｂを介してスペーサ２１Ｂを配置している。この場合、図２の第１の実施形態と同様に、ガラス接合材１９Ｂが外側でシリコン透過防止材２３Ｂが内側（空気極９Ｂ側）に位置している。これにより、ガラス接合材１９Ｂと空気極９Ｂとの間にシリコン透過防止材２３Ｂが位置することになる。

上記図８のように構成した単電池ユニット２５Ｂは、ガラス接合材１１Ｂ，１９Ｂを図２の単電池ユニット２５と同様にして熱処理する。その際、ガラス接合材１１Ｂに含有するシリコンがガス化した場合、該ガス化したシリコンが、シリコン透過防止材１７Ｂによって、近接する空気極９Ｂ側への移動が阻止されて空気極９Ｂに接触するのを抑制できる。この場合には、セルサポート１３Ｂを電気炉内の平坦な床などに載置すると、ガラス接合材１１Ｂは床と単電池３Ｂとの間の密閉空間に臨むことになる。このため、ガラス接合材１１Ｂからのシリコンは該密閉空間に閉じ込められた状態となり、空気極９Ｂへの移動は確実に阻止できる。

また、上記した熱処理時に、ガラス接合材１９Ｂに含有するシリコンがガス化した場合には、該ガス化したシリコンが、電気炉内に放出される。しかし、ガラス接合材１９Ｂは、空気極９Ｂから離れた位置にあり、かつ放出されたシリコンは電気炉内の空気に希釈されるので、シリコンの空気極９Ｂへの付着を抑制できる。

すなわち、本実施形態においても、ガラス接合材１１Ｂ，１９Ｂの熱処理中に発生するシリコンガスの空気極９Ｂ側への移動を阻止するシリコン透過防止材１７Ｂ，２３Ｂを備えているので、高温下で発生しやすいシリコンの空気極９Ｂへの接触回避に極めて有効である。よって、本実施形態においても、空気極９Ｂの表面がシリコンで覆われる状態を回避でき、空気極９Ｂが正常に機能し、固体酸化物形燃料電池としての発電性能の低下を抑制でき、信頼性の高い固体酸化物形燃料電池とすることができる。

１，１Ａ燃料電池スタック
３，３Ａ，３Ｂ単電池
５，５Ａ，５Ｂ固体酸化物電解質膜
５ｂ，５Ｂｂ固体酸化物電解質膜の露出部
７，７Ａ，７Ｂ燃料極
９，９Ａ，９Ｂ空気極
１１，１１Ａ，１１Ｂガラス接合材（シリコンを含む接合材）
１３，１３Ｂセルサポート（支持部材）
１７，１７Ａ，１７Ｂシリコン透過防止材（介在部材）
１９，１９Ｂガラス接合材（シリコンを含む接合材）
２１，２１Ｂスペーサ（外郭部材）
２３，２３Ｂシリコン透過防止材（介在部材）
３７燃料流路
３９空気流路
４５，４７金属シール（シリコンを含む接合材）

Claims

固体酸化物電解質膜と、
前記固体酸化物電解質膜の一方側に配置される燃料極と、
前記固体酸化物電解質膜の他方側に配置される空気極と、
二つの部材間を接合しつつ前記空気極が存在する空気流路を密封するシリコンを含む接合材と、
前記シリコンを含む接合材と前記空気極との間の前記二つの部材間に設けられ、前記シリコンを含む接合材を焼成処理中に発生するシリコンガスの前記空気極側への移動を阻止する介在部材と、を有し、
前記接合材と前記介在部材とは、互いに接触していることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
固体酸化物電解質膜と、
前記固体酸化物電解質膜の一方側に配置される燃料極と、
前記固体酸化物電解質膜の他方側に配置される空気極と、
二つの部材間を接合しつつ前記空気極が存在する空気流路を密封するシリコンを含む接合材と、
前記シリコンを含む接合材と前記空気極との間の前記二つの部材間に設けられ、前記シリコンを含む接合材を焼成処理中に発生するシリコンガスの前記空気極側への移動を阻止する介在部材と、を有し、
前記固体酸化物電解質膜と前記燃料極と前記空気極とを備える単電池を複数積層して燃料電池スタックとし、
前記燃料電池スタックは、前記接合材の外周側において前記複数の単電池相互間にスペーサが設けられ、前記スペーサと前記二つの部材のうちの、前記スペーサに支持される支持部材との間に、シリコンを含む第２の接合材と、前記第２の接合材を焼成処理中に発生するシリコンガスの前記空気極側への移動を阻止する第２の介在部材と、が設けられていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
前記燃料電池スタックは、周囲側面が全周にわたりシリコンを含む第３の接合材で覆われていることを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池。
固体酸化物電解質膜と、
前記固体酸化物電解質膜の一方側に配置される燃料極と、
前記固体酸化物電解質膜の他方側に配置される空気極と、
二つの部材間を接合しつつ前記空気極が存在する空気流路を密封するシリコンを含む接合材と、
前記シリコンを含む接合材と前記空気極との間の前記二つの部材間に設けられ、前記シリコンを含む接合材を焼成処理中に発生するシリコンガスの前記空気極側への移動を阻止する介在部材と、を有し、
前記介在部材は、アルミナからなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
前記介在部材は、前記シリコンを含む接合材が熱処理された後の状態でシリコンガスの前記空気極側への移動を阻止することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
前記介在部材は、電気絶縁性を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
前記介在部材は、接合機能を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
前記二つの部材間に前記シリコンを含む接合材が複数設けられ、
前記複数の接合材と前記空気極との間の前記二つの部材間に前記介在部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
前記固体酸化物電解質膜の前記空気極側の周縁は、前記固体酸化物電解質膜が露出する露出部を備え、この露出部における前記固体酸化物電解質膜と、外周側が外郭部材に支持される支持部材の内周側とを、前記シリコンを含む接合材で接合し、この接合材とその内側の前記空気極との間に前記介在部材が配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。