JP7255688B2 - 固体酸化物形燃料電池用電解質シート及び固体酸化物形燃料電池用単セル - Google Patents

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池用電解質シート及び固体酸化物形燃料電池用単セルに関する。

固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、燃料極：Ｈ_２＋Ｏ^２－→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－、空気極：（１／２）Ｏ_２＋２ｅ^－→Ｏ^２－の反応により、電気エネルギーを取り出す装置である。固体酸化物形燃料電池は、セラミック板状体からなる固体酸化物形燃料電池用電解質シート上に燃料極及び空気極が設けられた単セルを複数積み重ねて、積層構造にして使用される。

固体酸化物形燃料電池用電解質シートについては、電極とガスとの接触面積を大きくして固体酸化物形燃料電池の発電効率を向上させる観点から、その表面を粗くすることがある。

例えば、特許文献１には、球状の樹脂粉末を含む樹脂スラリーを用いて未焼結板状体の表面上に樹脂シート又は樹脂層を積層させた後に圧着することにより、未焼結板状体の表面に凹部を形成する、セラミック板状体の製造方法が開示されている。

特開２０１８－１９９５９８号公報

特許文献１に記載のセラミック板状体の製造方法では、平滑性の高いセラミック板状体が得られる、とされている。つまり、球状の樹脂粉末が未焼結板状体の表面に埋め込まれにくいため、凹部の数が多くても深さが小さく、結果的に、固体酸化物形燃料電池の発電効率が向上しにくいおそれがある。

また、固体酸化物形燃料電池は、セラミック板状体からなる電解質シート上に燃料極及び空気極が設けられた単セルを複数積み重ねて、積層構造にして使用される。そのため、このような積層構造では、電解質シートの凹部の深さが大き過ぎると、凸部に荷重が集中して破損する、つまり、電解質シートの強度が低下するおそれがある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、強度が高く、固体酸化物形燃料電池の発電効率を向上可能な固体酸化物形燃料電池用電解質シートを提供することを目的とするものである。更に、本発明は、上記固体酸化物形燃料電池用電解質シートを有する固体酸化物形燃料電池用単セルを提供することを目的とするものである。

本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シートは、一方主面及び他方主面に凹部が散在しており、上記凹部の算術平均深さが０．２５μｍ以上、４．０μｍ以下であり、上記凹部の個数密度が１００万個／ｃｍ^２以上、１億個／ｃｍ^２以下である、ことを特徴とする。

本発明の固体酸化物形燃料電池用単セルは、燃料極と、空気極と、上記燃料極と上記空気極との間に配置された本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シートと、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、強度が高く、固体酸化物形燃料電池の発電効率を向上可能な固体酸化物形燃料電池用電解質シートを提供できる。更に、本発明によれば、上記固体酸化物形燃料電池用電解質シートを有する固体酸化物形燃料電池用単セルを提供できる。

本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シートの一例を示す平面模式図である。 図１中の線分Ａ１－Ａ２に対応する部分を示す断面模式図である。 セラミックグリーンシートを作製する工程の一例を示す平面模式図である。 セラミックグリーンシートを作製する工程の一例を示す平面模式図である。 セラミックグリーンシートを作製する工程の一例を示す平面模式図である。 未焼結板状体を作製する工程の一例を示す断面模式図である。 樹脂層を設ける工程の一例を示す断面模式図である。 未焼結体を作製する工程の一例を示す断面模式図である。 セラミック板状体を作製する工程の一例を示す断面模式図である。 本発明の固体酸化物形燃料電池用単セルの一例を示す断面模式図である。

以下、本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シート（以下、電解質シートとも言う）と本発明の固体酸化物形燃料電池用単セル（以下、単セルとも言う）とについて説明する。なお、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更されてもよい。また、以下において記載する個々の好ましい構成を複数組み合わせたものもまた本発明である。

以下に示す図面は模式図であり、その寸法、縦横比の縮尺等は実際の製品とは異なる場合がある。

［固体酸化物形燃料電池用電解質シート］
本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シートの一例について、以下に説明する。図１は、本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シートの一例を示す平面模式図である。図２は、図１中の線分Ａ１－Ａ２に対応する部分を示す断面模式図である。

図１及び図２に示すような固体酸化物形燃料電池用電解質シート１０は、セラミック板状体からなる。

セラミック板状体は、例えば、スカンジア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア等の固体電解質の焼結体を含む。

厚み方向（図２での上下方向）から平面視したとき、電解質シート１０は、図１に示すような正方形である。

厚み方向から平面視したとき、電解質シート１０は、図示しないが、角部に丸みを有する略矩形状であることが好ましく、角部に丸みを有する略正方形状であることがより好ましい。この場合、すべての角部に丸みが付けられていてもよく、一部の角部に丸みが付けられていてもよい。

電解質シート１０には、図示しないが、厚み方向に貫通する貫通孔が設けられていることが好ましい。貫通孔は、固体酸化物形燃料電池において、ガスの流路として機能する。

貫通孔の数は、１つのみであってもよく、２つ以上であってもよい。

厚み方向から平面視したとき、貫通孔は、円形状であってもよく、それ以外の形状であってもよい。

貫通孔の位置は、特に限定されない。

電解質シート１０の厚みは、好ましくは２００μｍ以下であり、より好ましくは１３０μｍ以下である。また、電解質シート１０の厚みは、好ましくは３０μｍ以上であり、より好ましくは５０μｍ以上である。

電解質シート１０の厚みは、下記のようにして定められる。まず、電解質シート１０の周縁端から５ｍｍより内側の領域の任意の９箇所の厚みを、ミツトヨ社製のＵ字形鋼板マイクロメータ「ＰＭＵ－ＭＸ」で測定する。そして、９箇所の厚みの測定値から算出された平均値を、電解質シート１０の厚みと定める。

図２に示すように、電解質シート１０の一方主面及び他方主面には、凹部１０ｒが散在している。

凹部１０ｒの算術平均深さは、０．２５μｍ以上、４．０μｍ以下である。凹部１０ｒの算術平均深さは、電解質シート１０の一方主面及び他方主面の少なくとも一方において０．２５μｍ以上、４．０μｍ以下であればよく、電解質シート１０の一方主面及び他方主面の各々において０．２５μｍ以上、４．０μｍ以下であることが好ましい。凹部１０ｒの算術平均深さが０．２５μｍよりも小さい場合、固体酸化物形燃料電池の発電効率が低下する。凹部１０ｒの算術平均深さが４．０μｍよりも大きい場合、電解質シート１０の強度が低下する。凹部１０ｒの算術平均深さは、好ましくは１μｍ以上、３μｍ以下である。

凹部１０ｒの算術平均深さは、ブルカージャパン社製の「Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ｉｃｏｎ」の走査型プローブ顕微鏡（ＡＦＭモード）により、電解質シート１０の一方主面及び他方主面の少なくとも一方における中央領域の表面粗さとして測定される。測定条件としては、測定視野を３０μｍ×３０μｍ、走査速度を２４μｍ／ｓ、周波数を０．４Ｈｚとする。

凹部１０ｒの個数密度は、１００万個／ｃｍ^２以上、１億個／ｃｍ^２以下である。凹部１０ｒの個数密度は、電解質シート１０の一方主面及び他方主面の少なくとも一方において１００万個／ｃｍ^２以上、１億個／ｃｍ^２以下であればよく、電解質シート１０の一方主面及び他方主面の各々において１００万個／ｃｍ^２以上、１億個／ｃｍ^２以下であることが好ましい。凹部１０ｒの個数密度が１００万個／ｃｍ^２よりも低い場合、固体酸化物形燃料電池の発電効率が低下する。凹部１０ｒの個数密度が１億個／ｃｍ^２よりも高い場合、深さが小さい凹部１０ｒが増えて電解質シート１０の表面積が小さくなるため、固体酸化物形燃料電池の発電効率が低下する。凹部１０ｒの個数密度は、好ましくは１００万個／ｃｍ^２以上、２０００万個／ｃｍ^２以下であり、より好ましくは１００万個／ｃｍ^２以上、１０００万個／ｃｍ^２以下である。

凹部１０ｒの個数密度は、下記のようにして定められる。まず、上述したように凹部１０ｒの算術平均深さを測定する際に、測定視野（３０μｍ×３０μｍ）内で明暗差が生じている箇所に基づき、３０μｍ角における凹部１０ｒの個数を測定する。そして、この測定結果を基に算出される１ｃｍ角における凹部１０ｒの個数を、凹部１０ｒの個数密度と定める。

電解質シート１０は、凹部１０ｒの算術平均深さと凹部１０ｒの個数密度とが上述した範囲であるため、強度が高く、固体酸化物形燃料電池の発電効率を向上可能である。

［固体酸化物形燃料電池用電解質シートの製造方法］
本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シートは、例えば、以下の方法で製造される。

＜セラミックグリーンシートを作製する工程＞
図３、図４、及び、図５は、セラミックグリーンシートを作製する工程の一例を示す平面模式図である。

まず、セラミック材料粉末、バインダー、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を適宜調合し、セラミックスラリーを調製する。そして、得られたセラミックスラリーをキャリアフィルムの一方主面上に塗工することにより、図３に示すようなセラミックグリーンテープ１ｔを作製する。

セラミックグリーンテープ１ｔの作製方法としては、テープ成形法が好ましく用いられ、ドクターブレード法又はカレンダー法が特に好ましく用いられる。図３では、テープ成形法を用いた場合の、キャスティング方向をＸ、キャスティング方向と垂直な方向をＹで示している。

セラミック材料粉末としては、例えば、スカンジア安定化ジルコニア粉末、イットリア安定化ジルコニア粉末等の固体電解質粉末が用いられる。

セラミックスラリーは可塑剤を含有していることが好ましい。セラミックスラリーが可塑剤を含有していることにより、セラミックスラリーが軟らかくなり、後に得られる未焼結板状体も軟らかくなる。

次に、セラミックグリーンテープ１ｔを、図４に示すように所定の大きさになるように既知の手法により打ち抜き、キャリアフィルムを剥離することにより、図５に示すようなセラミックグリーンシート１ｇを作製する。セラミックグリーンテープ１ｔの打ち抜きとキャリアフィルムの剥離とについては、その順序を問わない。

＜未焼結板状体を作製する工程＞
図６は、未焼結板状体を作製する工程の一例を示す断面模式図である。

図６に示すように、２枚のセラミックグリーンシート１ｇを積層、圧着することにより、未焼結板状体１ｓを作製する。

未焼結板状体１ｓを作製する際のセラミックグリーンシート１ｇの枚数は、図６に示すように２枚であってもよく、３枚以上であってもよい。このような複数のセラミックグリーンシート１ｇは、圧着されていてもよく、圧着されずに単に積層されていてもよい。複数のセラミックグリーンシート１ｇから未焼結板状体１ｓを作製する場合、後に得られるセラミック板状体の厚みを適切かつ容易に制御できる。

なお、１枚のセラミックグリーンシート１ｇから未焼結板状体１ｓを作製してもよい。この場合、図６に示す工程は省略される。

＜樹脂層を設ける工程＞
図７は、樹脂層を設ける工程の一例を示す断面模式図である。

まず、樹脂粉末２ｂ、バインダー、分散剤、有機溶媒等を適宜調合し、樹脂スラリーを調製する。そして、図７に示すように、得られた樹脂スラリーを未焼結板状体１ｓの一方主面（図７では、上面）及び他方主面（図７では、下面）の両主面上に塗工することにより、未焼結板状体１ｓの一方主面及び他方主面の両主面上に樹脂層２ｅを設ける。

樹脂粉末２ｂとしては、樹脂スラリーを調製する際の有機溶媒に対して難溶な樹脂材料が用いられることが好ましい。樹脂粉末が有機溶媒に対して難溶であるとは、樹脂粉末０．１ｇと有機溶媒１００ｇとが室温（２５℃）下で２４時間混合された場合に、目視で溶け残りがあることを意味する。樹脂スラリーを調製する際の有機溶媒は、例えば、トルエン、エタノール、イソプロパノール、酢酸ブチル、酢酸エチル、テルピネオール、及び、水からなる群より選択される少なくとも１種類（単体又は混合物）である。この場合、樹脂粉末２ｂの材料としては、例えば、架橋アクリル樹脂が用いられる。

樹脂粉末２ｂは、図７に示すような球状であることが好ましい。樹脂粉末２ｂが球状である場合、そのメジアン径Ｄ_５０は、好ましくは０．５μｍよりも大きく、１０μｍよりも小さい。

樹脂粉末２ｂが球状である場合、そのメジアン径Ｄ_５０は、レーザー回折式粒度分布測定装置により樹脂粉末２ｂの粒度分布を測定し、それを粒子径スケールに対する積算％で表したものにおいて、積算値が５０％となる粒径として定められる。なお、樹脂粉末２ｂの形状は、製造工程において生じる歪み等を含んだものであり、メジアン径Ｄ_５０は等価円相当径を表す。

樹脂層２ｅを設ける際、樹脂スラリーを塗工する代わりに、樹脂シートを配置してもよい。樹脂シートは、樹脂粉末２ｂ、バインダー、分散剤、有機溶媒等を適宜調合して調製される樹脂スラリーがキャリアフィルムの一方主面上に塗工されることにより得られる。

樹脂層２ｅの厚みは、好ましくは３μｍ以上、３０μｍ以下である。樹脂層２ｅの厚みが上述した範囲である場合、後述するセラミック板状体を作製する工程における樹脂層２ｅの焼失に必要な熱エネルギーが小さくなるため、焼成時間を短縮できる。

＜未焼結体を作製する工程＞
図８は、未焼結体を作製する工程の一例を示す断面模式図である。

図８に示すように、樹脂層２ｅが一方主面及び他方主面の両主面上に設けられた未焼結板状体１ｓを加圧することにより、未焼結体１０ｇを作製する。

樹脂層２ｅが一方主面及び他方主面の両主面上に設けられた未焼結板状体１ｓを加圧すると、樹脂層２ｅが未焼結板状体１ｓの一方主面及び他方主面に押し付けられる。その結果、樹脂粉末２ｂの形状に由来する凹部が、未焼結板状体１ｓの一方主面及び他方主面に多く散在するように形成される。未焼結板状体１ｓに形成される凹部の個数密度は、樹脂粉末２ｂの大きさ（例えば、メジアン径Ｄ_５０）によって制御できる。

樹脂層２ｅが一方主面及び他方主面の両主面上に設けられた未焼結板状体１ｓを加圧する際、加熱温度を高くすることにより、未焼結板状体１ｓが軟らかくなる。未焼結板状体１ｓが軟らかくなると、樹脂層２ｅ中の樹脂粉末２ｂが未焼結板状体１ｓの一方主面及び他方主面に埋め込まれやすくなる。その結果、未焼結板状体１ｓの一方主面及び他方主面に深い凹部が散在するように形成される。このような観点から、未焼結板状体１ｓを加圧する際の加熱温度は、好ましくは７０℃以上、より好ましくは８０℃以上である。また、未焼結板状体１ｓを加圧する際の加熱温度は、好ましくは９０℃以下である。

また、上述したように、未焼結板状体１ｓを構成するセラミックグリーンシート１ｇを作製する際のセラミックスラリーに可塑剤を含有させても、未焼結板状体１ｓが軟らかくなるため、結果的に、未焼結板状体１ｓの一方主面及び他方主面に深い凹部が散在するように形成される。このような観点から、セラミックスラリー中の可塑剤の含有量は、好ましくは２重量％以上である。また、セラミックスラリー中の可塑剤の含有量は、好ましくは６重量％以下である。

未焼結板状体１ｓに形成される凹部の算術平均深さは、樹脂粉末２ｂの大きさ（例えば、メジアン径Ｄ_５０）はもちろんのこと、上述したような、未焼結板状体１ｓを加圧する際の加熱温度、セラミックグリーンシート１ｇを作製する際のセラミックスラリー中の可塑剤の含有量等によっても制御できる。

＜未焼結体に貫通孔を形成する工程＞
図示しないが、未焼結体１０ｇを積層方向に貫通する貫通孔を形成してもよい。

貫通孔は、ドリルにより形成されることが好ましい。この場合、ドリルが未焼結体１０ｇの一方主面から他方主面に向けて進行することにより、未焼結体１０ｇを積層方向に貫通する貫通孔が形成される。ドリルによる加工条件は、特に限定されない。

貫通孔の数は、１つのみであってもよく、２つ以上であってもよい。

なお、貫通孔は形成されなくてもよい。この場合、本工程は省略される。

＜セラミック板状体を作製する工程＞
図９は、セラミック板状体を作製する工程の一例を示す断面模式図である。

未焼結体１０ｇを焼成することにより、図９に示すように、樹脂層２ｅを焼失させるとともに、未焼結板状体１ｓを焼結させてセラミック板状体１０ｐを作製する。なお、未焼結体１０ｇに貫通孔を形成した場合、セラミック板状体１０ｐには、厚み方向に貫通する貫通孔が設けられることになる。

未焼結体１０ｇを焼成する際、脱脂処理及び焼結処理を行うことが好ましい。

以上により、一方主面及び他方主面に凹部が散在したセラミック板状体１０ｐが作製される。上述した電解質シートの製造方法では、樹脂層２ｅ中の樹脂粉末２ｂの大きさ（例えば、メジアン径Ｄ_５０）、未焼結板状体１ｓを加圧する際の加熱温度、セラミックグリーンシート１ｇを作製する際のセラミックスラリー中の可塑剤の含有量等を制御するため、セラミック板状体１０ｐにおいては、凹部の算術平均深さが０．２５μｍ以上、４．０μｍ以下、凹部の個数密度が１００万個／ｃｍ^２以上、１億個／ｃｍ^２以下となっている。つまり、上述した電解質シートの製造方法によれば、セラミック板状体１０ｐからなる本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シート（例えば、図１及び図２中の電解質シート１０）が得られる。

［固体酸化物形燃料電池用単セル］
本発明の固体酸化物形燃料電池用単セルの一例について、以下に説明する。図１０は、本発明の固体酸化物形燃料電池用単セルの一例を示す断面模式図である。

図１０に示すように、固体酸化物形燃料電池用単セル１００は、燃料極１１０と、空気極１２０と、電解質シート１３０と、を有している。電解質シート１３０は、燃料極１１０と空気極１２０との間に配置されている。

燃料極１１０としては、公知の固体酸化物形燃料電池用の燃料極が使用可能である。

空気極１２０としては、公知の固体酸化物形燃料電池用の空気極が使用可能である。

電解質シート１３０としては、本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シート（例えば、図１及び図２中の電解質シート１０）が用いられる。よって、単セル１００によれば、固体酸化物形燃料電池の発電効率を向上可能である。

［固体酸化物形燃料電池用単セルの製造方法］
本発明の固体酸化物形燃料電池用単セルは、例えば、以下の方法で製造される。

まず、燃料極用スラリー及び空気極用スラリーを調製する。燃料極用スラリーは、燃料極の材料の粉体にバインダー、分散剤、溶媒等を適宜添加することにより調製される。空気極用スラリーは、空気極の材料の粉体にバインダー、分散剤、溶媒等を適宜添加することにより調製される。

燃料極の材料としては、固体酸化物形燃料電池用の燃料極の公知の材料が使用可能である。

空気極の材料としては、固体酸化物形燃料電池用の空気極の公知の材料が使用可能である。

燃料極用スラリー及び空気極用スラリーに含まれるバインダー、分散剤、溶媒等としては、固体酸化物形燃料電池用の燃料極及び空気極の形成方法で公知となっているものが使用可能である。

次に、燃料極用スラリーを電解質シートの一方主面上に、空気極用スラリーを電解質シートの他方主面上に、各々所定の厚みで塗工する。そして、これらの塗膜を乾燥させることにより、燃料極用グリーン層及び空気極用グリーン層を形成する。

その後、燃料極用グリーン層及び空気極用グリーン層を焼成することにより、燃料極及び空気極を形成する。焼成温度等の焼成条件については、燃料極及び空気極の材料の種類等に応じて適宜決定すればよい。

以下、本発明の固体酸化物形燃料電池用電解質シートをより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１の電解質シートを、以下の方法で製造した。

＜セラミックグリーンシートを作製する工程＞
まず、スカンジア安定化ジルコニア粉末、バインダー、可塑剤、分散剤、及び、有機溶媒を所定の割合で調合した。有機溶媒としては、トルエン及びエタノール（重量比７：３）の混合物を用いた。そして、得られた調合物を、部分安定化ジルコニアからなるメディアとともに１０００回転／分で３時間撹拌し、セラミックスラリーを調製した。セラミックスラリー中の可塑剤の含有量は、４重量％であった。

次に、得られたセラミックスラリーを、ポリエチレンテレフタレートからなるキャリアフィルムの一方主面上に既知の手法によりテープ成形し、セラミックグリーンテープを作製した。

その後、セラミックグリーンテープを、所定の大きさになるように既知の手法により打ち抜き、キャリアフィルムを剥離することにより、セラミックグリーンシートを作製した。

＜未焼結板状体を作製する工程＞
２枚のセラミックグリーンシートを積層、圧着することにより、未焼結板状体を作製した。

＜樹脂層を設ける工程＞
まず、樹脂粉末、バインダー、分散剤、及び、有機溶媒を所定の割合で調合した。樹脂粉末としては、架橋アクリル樹脂からなる、メジアン径Ｄ_５０が１μｍの球状の樹脂粉末を用いた。有機溶媒としては、トルエン及びエタノール（重量比７：３）の混合物を用いた。そして、得られた調合物を、部分安定化ジルコニアからなるメディアとともに１０００回転／分で３時間撹拌し、樹脂スラリーを調製した。

次に、得られた樹脂スラリーを未焼結板状体の一方主面及び他方主面の両主面上に印刷し、乾燥させることにより、未焼結板状体の一方主面及び他方主面の両主面上に樹脂層を設けた。

＜未焼結体を作製する工程＞
樹脂層が一方主面及び他方主面の両主面上に設けられた未焼結板状体を加圧することにより、未焼結体を作製した。加圧条件としては、加熱温度を８０℃、押圧力を１５００ｋｇｆ／ｃｍ^２とした。

＜セラミック板状体を作製する工程＞
未焼結体を、以下のように焼成炉で焼成した。まず、未焼結体に対して、４００℃で所定の時間保持する脱脂処理を行った。そして、脱脂処理後の未焼結体に対して、１４００℃で５時間保持する焼結処理を行った。以上のように未焼結体を焼成することにより、樹脂層を焼失させるとともに、未焼結板状体を焼結させてセラミック板状体を作製した。得られたセラミック板状体の厚みは、９０μｍであった。

以上により、実施例１の電解質シート（セラミック板状体）を製造した。

［実施例２］
樹脂スラリー中の樹脂粉末のメジアン径Ｄ_５０を３μｍに変更したこと以外、実施例１の電解質シートと同様にして、実施例２の電解質シートを製造した。

［実施例３］
樹脂スラリー中の樹脂粉末のメジアン径Ｄ_５０を５μｍに変更したこと以外、実施例１の電解質シートと同様にして、実施例３の電解質シートを製造した。

［実施例４］
樹脂スラリー中の樹脂粉末のメジアン径Ｄ_５０を７μｍに変更したこと以外、実施例１の電解質シートと同様にして、実施例４の電解質シートを製造した。

［比較例１］
下記条件に変更したこと以外、実施例１の電解質シートと同様にして、比較例１の電解質シートを製造した。
・セラミックスラリー中に可塑剤を配合しなかった。
・樹脂スラリー中の樹脂粉末のメジアン径Ｄ_５０を０．３μｍとした。
・未焼結体を作製する工程における加圧時の加熱温度を５０℃とした。

［比較例２］
下記条件に変更したこと以外、実施例１の電解質シートと同様にして、比較例２の電解質シートを製造した。
・セラミックスラリー中に可塑剤を配合しなかった。
・樹脂スラリー中の樹脂粉末のメジアン径Ｄ_５０を０．５μｍとした。
・未焼結体を作製する工程における加圧時の加熱温度を５０℃とした。

［比較例３］
樹脂スラリー中の樹脂粉末のメジアン径Ｄ_５０を１０μｍに変更したこと以外、実施例１の電解質シートと同様にして、比較例３の電解質シートを製造した。

［評価］
実施例１～４及び比較例１～３の電解質シートについて、以下の評価を行った。

実施例１～４及び比較例１～３の電解質シートについて、上述した方法により、凹部の算術平均深さと凹部の個数密度とを測定した。結果を表１に示す。

実施例１～４及び比較例１～３の電解質シートについて、島津製作所製の精密万能試験機「ＡＧＳ－Ｘ」で４点曲げ試験を行い、強度を測定した。具体的には、まず、電解質シートを中心にセットし、下部の治具を３２．５ｍｍの間隔でセットし、上部の治具を６５ｍｍの間隔でセットした。そして、上部の治具を５ｍｍ／分の速度で下降させ、電解質シートの強度を測定した。結果を表１に示す。なお、判定基準は、下記の通りとした。
◎：強度が２００ＭＰａ以上であった。
○：強度が１６０ＭＰａ以上、２００ＭＰａ未満であった。
×：強度が１６０ＭＰａ未満であった。

表１に示すように、実施例１～４の電解質シートは、凹部の算術平均深さが０．２５μｍ以上、４．０μｍ以下であり、凹部の個数密度が１００万個／ｃｍ^２以上、１億個／ｃｍ^２以下であった。そのため、実施例１～４の電解質シートは、強度が高かった。また、実施例１～４の電解質シートは、固体酸化物形燃料電池に組み込まれたとき、電極とガスとの接触面積が大きくなり、結果的に、固体酸化物形燃料電池の発電効率が向上すると考えられる。

表１に示すように、比較例１、２の電解質シートは、ともに強度が高かったものの、凹部の算術平均深さが０．２５μｍよりも小さかった。そのため、比較例１、２の電解質シートは、固体酸化物形燃料電池に組み込まれたとき、電極とガスとの接触面積が小さくなり、結果的に、固体酸化物形燃料電池の発電効率が低下すると考えられる。

表１に示すように、比較例３の電解質シートは、凹部の算術平均深さが４．０μｍよりも大きく、凹部の個数密度が１００万個／ｃｍ^２よりも低かったため、強度が低かった。

１ｇ セラミックグリーンシート
１ｓ 未焼結板状体
１ｔ セラミックグリーンテープ
２ｂ 樹脂粉末
２ｅ 樹脂層
１０、１３０ 固体酸化物形燃料電池用電解質シート（電解質シート）
１０ｇ 未焼結体
１０ｐ セラミック板状体
１０ｒ 凹部
１００ 固体酸化物形燃料電池用単セル（単セル）
１１０ 燃料極
１２０ 空気極
Ｘ キャスティング方向
Ｙ キャスティング方向と垂直な方向

Claims (5)

1. 一方主面及び他方主面に凹部が散在しており、
   前記凹部の算術平均深さが０．２５μｍ以上、４．０μｍ以下であり、
   前記凹部の個数密度が１００万個／ｃｍ^２以上、１億個／ｃｍ^２以下である、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池用電解質シート。
2. 前記凹部の個数密度が１００万個／ｃｍ^２以上、２０００万個／ｃｍ^２以下である、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シート。
3. 前記凹部の個数密度が１００万個／ｃｍ^２以上、１０００万個／ｃｍ^２以下である、請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シート。
4. 厚みが２００μｍ以下である、請求項１～３のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シート。
5. 燃料極と、
   空気極と、
   前記燃料極と前記空気極との間に配置された請求項１～４のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池用電解質シートと、を備える、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池用単セル。

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