JPH0945347A

JPH0945347A - 固体電解質型燃料電池およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0945347A
Application number: JP7191385A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Matsukaze; 紀之松風
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】発電性能，信頼性の向上を図ることが可能な固
体電解質型燃料電池およびその製造方法を提供する。【構成】固体電解質型燃料電池の単位燃料電池（単電
池）１は、従来例に対して、燃料電池セル６と、セパレ
ータ８との間に、セラミック繊維製のフェルト体４を介
挿するようにしている。フェルト体４には、ジルコニア
セラミック繊維４２を用いて製作されたセラミック繊維
製のフェルト４１が採用され、ジルコニアセラミック繊
維４２の周囲にはランタンマンガナイト粉末が焼成され
たランタンマンガナイト層４３が形成されており、セラ
ミック繊維製フェルト４１が骨材となって多孔質のおフ
ェルト体４の形状を保持し、ランタンマンガナイト層４
３によってバルク体として電気伝導性を得ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は固体電解質型燃料電池
に係わり、特に、平板形の固体電解質型燃料電池におい
て、その発電性能，信頼性に優れる改良されたその構
成、および、その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ジルコニアなどの酸化物固体電解質を用
いる燃料電池である固体電解質型燃料電池は、その動作
温度が８００〜１１００℃程度と高温であるため、他の
型式の燃料電池と比較して幾多の特徴を持っている。す
なわち、メタン等の内部改質ができるため発電装置とし
ての構成の簡素化が可能、排熱利用による高効率化が可
能、電解質の散逸の問題が無いので取扱が容易、また、
水素と共に一酸化炭素も燃料として使用できるため石炭
ガスとの組合せに適するなどの特徴を持つ。これ等に加
えて、ガスタービン等との複合発電も期待されるなど、
次世代型の燃料電池として有望視されている。

【０００３】しかしながら、固体電解質型燃料電池は、
電解質をはじめとして燃料電池の主な構成材料がセラミ
ックスであるために熱的に破損し易く、また燃料ガスお
よび酸化剤ガス（例えば空気である。）に対する適切な
シール方法が無いため、その実現が困難であった。この
ため、これらの問題の解決を図るべく、燃料電池として
は特殊な形状の部類に属する円筒形の固体電解質型燃料
電池が考えだされたが、円筒形では平板形と比較して、
原理的に単位体積あたりの出力値、すなわち、出力密度
値が低くなることが指摘されている。そこで近年になっ
て、高出力密度が期待される平板形の固体電解質型燃料
電池の開発が、国内・国外，官民を問わずに広く進めら
れるようになってきている。しかし平板形では、前記の
反応ガス（以降、燃料ガスと酸化剤ガスとを総称する場
合には、このように言うことがある。）のシール方法の
他に、燃料電池セルの大面積化も課題になっている。こ
の燃料電池セルの大面積化については、セル基板に燃料
電極，酸化剤電極と固体電解質体とを一体に形成する支
持膜方式が提案されてきている。そうして、このセル基
板として、多孔質の金属材製として高い機械的強度を持
つセル基板を得ることができるようになったことで、平
板形の固体電解質型燃料電池は、その開発の前進を図る
ことが可能になってきている。

【０００４】このような基本構成を持つ従来例の固体電
解質型燃料電池を図４，図５を用いて説明することとす
る。ここで図４は、従来例の固体電解質型燃料電池の単
位燃料電池を模式的に示すその分解斜視図であり、図５
は、図４中に示した酸化剤ガス側のセパレータの縦断面
図である。図４，図５において、９は、燃料電池セル６
と、燃料ガス側のセパレータ７と、酸化剤ガス側のセパ
レータ８とを備えた平板形の固体電解質型燃料電池の単
位燃料電池（以降、単電池と略称することがある。）で
ある。燃料電池セル６は、この事例の場合には円形平板
状をなしたセル基板６１と、燃料電極（アノードでもあ
る。）である燃料電極層６２と、固体電解質体である固
体電解質層６３と、酸化剤電極（カソードでもある。）
である酸化剤電極層６４とで構成されている。固体電解
質型燃料電池は、このような構成を持つ単電池９の複数
が互いに積層されて形成されている。

【０００５】そうして、セル基板６１は、Ｎｉ−Ｃｒ合
金などの公知の耐熱金属材料を用いて焼結法などによっ
て製作された多孔質の金属材で製作されている。このセ
ル基板６１の一方の側面に、公知のＮｉ−ＹＳＺである
燃料電極層６２と、公知のＹＳＺである固体電解質層６
３とが、公知のプラズマ大気溶射法などを用いて順次形
成されている。この固体電解質層６３の反セル基板６１
側には、ランタンマンガナイトからなる酸化剤電極層６
４が形成されている。

【０００６】セパレータ７とセパレータ８とは共に耐熱
金属材料を用いて、燃料電池セル６の外形とほぼ同形の
外形に形成され、燃料電池セル６と対向される側の面に
燃料電池セル６に供給される燃料ガス９１または酸化剤
ガス９２が通流される反応ガスの通流部が、またその中
心部には、円柱状をなした反応ガスの供給部７１，８１
がそれぞれ形成されている。そうして、セパレータ８に
対してのみ、ランタンマンガナイトが溶射されている。
セパレータ７，８はそれぞれに持つ供給部７１，供給部
８１には、燃料ガス９１を供給するための貫通穴９１
１，酸化剤ガス９２を供給するための貫通穴９２１と、
供給部７１，供給部８１の側面にのぞませて、貫通穴９
１１，貫通穴９２１と連通する小さな径を持つ複数の貫
通穴９１２，９２２が例えば放射状に、それぞれ形成さ
れている。

【０００７】セパレータ７，８の反応ガスの通流部は、
燃料電池セル６と対向される側の面から燃料電池セル６
に向かって突出させて同心円状に配置された、複数のリ
ブ７２，８２を主体にして形成されている。それぞれの
リブ７２，８２と，セパレータ７，８の外周側壁とに
は、例えば貫通穴９１２，９２２とほぼ対向する部位
に、それぞれ複数の小さな径の貫通穴が形成されてい
る。そうして、燃料電池セル６に供給される反応ガス
は、酸化剤ガス９２を例にとると、貫通穴９２１から貫
通穴９２２に分岐されて、供給部８１の側面からリブ８
２などによって形成された最内側の空間に吐出される。
酸化剤ガス９２は、まず、この空間内を拡がって通流
し、続いて、最内側のリブ８２に形成された前記の貫通
穴を介して、次の空間に吐出される。酸化剤ガス９２
は、以降、このようにして、リブ８２などによって形成
された空間を順次通流し、セパレータ８の外周側壁に形
成された前記の貫通穴から、単電池９の外部に排出され
ることになる（図５を参照。）。反応ガスは、このよう
にして反応ガスの通流部を通流することで、燃料電極層
と酸化剤電極層のそれぞれの端面に沿ってほぼ均一に通
流されることになるのである。

【０００８】ところで、固体電解質型燃料電池の分野に
おいては、燃料電極，酸化剤電極の作製方法などに関し
ては、各種の方法が提案されてきている。特に、酸化剤
電極に対しては、高温のうえに酸化性雰囲気に晒される
という使用材料にとって極めて厳しい使用条件に置かれ
ることになるために、材料開発の対象とされてきてい
る。ここで酸化剤電極に求められる特性は、次記のよう
に示すことができる。

【０００９】電気伝導性を有すること。ガスの透過性に優れること。熱膨張係数が、固体電解質体のそれに一致すること。電解質であるジルコニアと、高温においても両立性が
保たれることによって、酸化剤電極とジルコニアとの界
面に電気絶縁性の反応化合物が生成されないこと。

【００１０】酸化剤電極に求められる上記の特性から、
現時点では、ペロブスカイト型構造を持つランタンマン
ガナイト系のセラミックスが酸化剤電極系の材料として
有望視されている。このランタンマンガナイト系のセラ
ミックスの作製方法についてもまた各種の方法が検討さ
れており、その主な方法を次記に例示する。スクリーン印刷法などによって固体電解質層に直接塗
布したうえで焼付けする方法。

【００１１】燃料電極層，固体電解質層と共に共焼結
法によって燃料電池セルを作製する方法。｛例えば、
「平型固体電解質燃料電池積層セルの共焼結法による作
製」，川田達也（化学技術研究所〔発表当時〕）他，Ｊ
ｏｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅ
ｔｙｏｆＪａｐａｎ，１００〔６〕８４７−８５０
（１９９２）による。｝プラズマ溶射法によって作製する方法。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来技術によるランタンマンガナイト系のセラミック
スの作製方法にあっては次記する諸問題を有している。
すなわち、，項による作製方法の場合では、１２０
０〔℃〕以上の高温下において焼成する工程が含まれる
ために、金属材製のセル基板を持つ固体電解質型燃料電
池に適用するのは困難であるとされている。また項の
場合では、プラズマ溶射法によって作製された酸化剤電
極層は、緻密で，しかも，高い機械的強度を有するた
め、ガスの透過性が悪く、かつ、燃料電池セルのセパレ
ータに対向する側面となる酸化剤電極層の端面におい
て、その平坦度が悪いという問題点を有している。この
ため、この作製法による燃料電池セルでは、リブを含む
セパレータとの間でいわゆる片当たり状態を生じて、局
部的に大きな加圧応力値が発生したり、また、片当たり
状態となることで浮き上がった状態となった部位では接
触電気抵抗値などが増大されることなどで、良好な発電
特性を得ることができていないのが現状である。

【００１３】固体電解質型燃料電池ではすでに、電極層
の端面の平坦度が悪い場合に対応する技術として、局部
的な加圧応力値を緩和する方策がとられている。すなわ
ち、単電池を積層する際にセパレータが持つリブなどに
よって電極層に加わる局部的な加圧応力値を緩和するた
めに、燃料電極側に対しては、燃料電極層と燃料電極側
のセパレータとの間に、Ｎｉ製フェルトなどの金属繊維
質体を介挿することが行われている。しかし、酸化性雰
囲気下である酸化剤電極側に対しては、この方法をとる
ことは不可能なのである。

【００１４】さらに、電極層のガスの透過性の改善を図
るものとして、例えば、前記の項中に記載した文献内
に記述されている，電極層にポリウレタンフォームを混
入して電極層を多孔質化する技術が検討されている。し
かしながらこの技術は、共焼結法を用いる技術であり、
金属材製のセル基板を持つ燃料電池セルには適用でき
ず、また、燃料電池セルの大面積化にも対応できていな
いのが現状である。

【００１５】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、発電性能，信頼性
の向上を図ることが可能な固体電解質型燃料電池および
その製造方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、１）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する平板状の燃料電池セルと、燃料電池セルの両
主面のそれぞれに対向させて配置されて，燃料電池セル
と対向される側に燃料電池セルに供給される燃料ガスま
たは酸化剤ガスが通流されるセパレータとを備え、燃料
電池セルは、多孔質の金属材製の平板状をなしたセル基
板と、セル基板の一方の側面に設けられた燃料電極と、
燃料電極の反セル基板側に設けられた固体電解質体と、
固体電解質体の反セル基板側に設けられた酸化剤電極と
を有する、固体電解質型燃料電池において、酸化剤電極
側のセパレータと燃料電池セルとの間に、ランタンマン
ガナイトが含浸・焼成された多孔質のセラミック繊維製
のフェルト体を備える構成とすること、または、２）前記１項に記載の手段において、ランタンマンガナ
イトが含浸・焼成された多孔質のセラミック繊維製のフ
ェルト体は、ジルコニアセラミック繊維を用いたセラミ
ック製フェルトに、粉末状のランタンマンガナイトをバ
インダー中に分散させて得たスラリーを含浸させ、この
ランタンマンガナイトを酸化性雰囲気中で焼成すること
で得られたジルコニア・ランタンマンガナイトフェルト
を用いてなる構成とすること、または、３）前記２項に記載の手段において、ジルコニア・ラン
タンマンガナイトフェルトのセラミック繊維製フェルト
に用いるジルコニアセラミック繊維は、安定化剤として
イットリア，カルシア，マグネシア，セリアからなる群
の中の少なくとも一つが添加された完全安定化ジルコニ
アまたは部分安定化ジルコニアの繊維である構成とする
こと、または、４）前記１項から３項までのいずれかに記載の手段にお
いて、酸化剤電極側のセパレータは、酸化剤ガスを通流
させるために用いているリブを省き、ランタンマンガナ
イトが含浸されたセラミック繊維製のフェルト体に酸化
剤ガスを通流させる役目を兼ねさせてなる構成とするこ
と、さらにまたは、５）前記１項から３項までのいずれかに記載の手段にお
いて、燃料電池セルは酸化剤電極を省き、ランタンマン
ガナイトが含浸されたセラミック繊維製のフェルト体に
酸化剤電極を兼ねさせてなる構成とすること、により達
成される。

【００１７】また、この発明では前述の目的は、６）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発生する平板状の燃料電池セルと、燃料電池セルの両
主面のそれぞれに対向させて配置されて，燃料電池セル
と対向される側に燃料電池セルに供給される燃料ガスま
たは酸化剤ガスが通流されるセパレータと、酸化剤電極
側のセパレータと燃料電池セルとの間に介挿されたジル
コニア・ランタンマンガナイトフェルトを用いた多孔質
のセラミック繊維製のフェルト体とを備え、燃料電池セ
ルは、多孔質の金属材製の平板状をなしたセル基板と、
セル基板の一方の側面に設けられた燃料電極と、燃料電
極の反セル基板側に設けられた固体電解質体と、固体電
解質体の反セル基板側に設けられた酸化剤電極とを有す
る固体電解質型燃料電池の製造方法であって、ジルコ
ニア・ランタンマンガナイトフェルトは、ジルコニアセ
ラミック繊維を用いたセラミックフェルトに、粉末状の
ランタンマンガナイトをバインダー中に分散させて得た
スラリーを含浸させ、スラリーの含浸後に酸化性雰囲気
中で焼成することで得る製造方法とすること、または、７）前記６項に記載の手段において、ジルコニア・ラン
タンマンガナイトフェルトの製造に用いられるスラリー
は、ランタンマンガナイト粉末に対して、バインダーと
してエチルセルロースを１〜１０〔ｍａｓｓ％〕添加
し、溶剤としてトルエン，ジエチレングリコールモノエ
チルエーテルを混合し、前記の粉末とバインダーと溶剤
とをボールミルを用いて分散させてスラリー状になすこ
とで得る製造方法とすること、さらにまたは、８）前記６項または７項に記載の手段において、ジルコ
ニア・ランタンマンガナイトフェルトは、ジルコニアセ
ラミック繊維を用いたセラミックフェルトを収容した収
容容器を、ランタンマンガナイト粉末をバインダー中に
分散させて得たスラリーを流し込んだうえで真空容器内
に保持し、真空ポンプを用いて−８×１０³〔Ｐａ〕の
負圧に減圧して真空脱泡処理を行ってセラミックフェル
トにスラリーを含浸し、スラリーの含浸後に１００
〔℃〕程度で乾燥し、乾燥後に１２００〜１２５０
〔℃〕程度の温度条件において５〜６〔ｈ〕程度空気中
に保持して焼成してなる製造方法とすること、により達
成される。

【００１８】

【作用】この発明の特徴は、ジルコニア・ランタンマン
ガナイトフェルトなどの、ランタンマンガナイトがセラ
ミック繊維に固着されたセラミック繊維製のフェルト体
を、燃料電池セルと酸化剤ガス側のセパレータとの間に
介挿することに有る。このセラミック繊維製のフェルト
体は、例えばジルコニア・ランタンマンガナイトフェル
トの場合には、ジルコニアセラミック繊維製フェルト
に、粉末状のランタンマンガナイトをバインダー中に分
散させて得たスラリーを含浸させ、このランタンマンガ
ナイトを酸化性雰囲気中で焼成し、ジルコニアセラミッ
ク繊維製フェルトに固着させることで得ることができ
る。

【００１９】これ等の、ランタンマンガナイトがセラミ
ック繊維に固着されたセラミック繊維製のフェルト体
は、酸化性雰囲気中における耐熱性に優れているので、
燃料電池セルと酸化剤ガス側のセパレータとの間に配置
されて、長時間使用することが可能である。また、この
セラミック繊維製のフェルト体は、多孔質であり、大き
なガスの透過性を有しているので、固体電解質体への酸
化剤ガスの供給能を向上させることができる。これによ
り、酸化剤ガス側のセパレータへのリブの形成を不要と
することが可能となる。また、このセラミック繊維製の
フェルト体は、公知の一般のフェルトと同様に弾力性を
有しているので、単電池を積層する際の前述の局部的な
加圧応力値を緩和するための、局部応力緩和体として使
用して有用である。

【００２０】さらに、ランタンマンガナイトがセラミッ
ク繊維に固着されたセラミック繊維製のフェルト体とし
て、ジルコニア・ランタンマンガナイトフェルトを用い
た場合には、このセラミック繊維製のフェルト体では、
ジルコニアとランタンマンガナイトとが隣接されて焼成
された微細構造を持つため、燃料電池において発電反応
が行われる公知の三相界面を、より多く得ることができ
ることになる。したがって、ジルコニア・ランタンマン
ガナイトフェルトは、酸化剤電極層と同様の機能を発揮
できるものであり、このため、ジルコニア・ランタンマ
ンガナイトフェルトを酸化剤電極として使用することも
可能となるのである。

【００２１】

【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。実施例１；図１は、この発明の一実施例による固体電解
質型燃料電池の単位燃料電池を模式的に示すその分解斜
視図である。図１において、図４，図５に示した従来例
による固体電解質型燃料電池の単位燃料電池と同一部分
には同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図１
中には、図４，図５で付した符号については、代表的な
符号のみを記した。

【００２２】図１において、１は、図４，図５に示した
従来例による固体電解質型燃料電池の単位燃料電池９に
対して、燃料電池セル６と、セパレータ８との間に、セ
ラミック繊維製のフェルト体４を介挿するようにした固
体電解質型燃料電池の単位燃料電池（以降、単電池と略
称することがある。）である。このフェルト体４は、単
電池１に組み込まれた後に、酸化剤電極層６４へ焼き付
けるために、９５０〔℃〕程度付近で熱処理が施され
る。

【００２３】このフェルト体４に用いられる，ランタン
マンガナイトが含浸・焼成された多孔質のセラミック繊
維製のフェルト材は、次記するようにして得ることがで
きる。すなわち、まず、安定化剤としてイットリア，カ
ルシア，マグネシア，セリアからなる群の中の少なくと
も一つを添加した、完全安定化ジルコニアまたは部分安
定化ジルコニアのいずれかの繊維が用いられたジルコニ
アセラミック繊維を用いて、例えば、機械的に圧縮する
などの公知の方法で作製されたセラミックフェルト材を
用意する。

【００２４】別途、ランタンマンガナイト粉末を用意
し、これにバインダーとしてエチルセルロースを１〜１
０〔ｍａｓｓ％〕添加し、溶剤としてトルエン，ジエチ
レングリコールモノエチルエーテルを混合し、前記の粉
末とバインダーと溶剤とをボールミルを用いて分散させ
てランタンマンガナイトのスラリーを得る。次に、前記
のセラミックフェルト材を収容容器に収容し、これに、
前記のスラリーを流し込んだうえで真空容器内に保持す
る。

【００２５】その後、真空容器内を真空ポンプを用いて
−８×１０³〔Ｐａ〕の負圧に減圧することで真空脱泡
処理を行い、セラミックフェルト材にスラリーを十分に
含浸させる。セラミックフェルト材内に残留している余
分のスラリーが有れば、スラリーの含浸処理の終了後に
適宜の方法で除去する。その後、スラリーが含浸された
セラミックフェルト材は、１００〔℃〕程度での乾燥処
理の後に、１２００〜１２５０〔℃〕程度の温度条件に
おいて５〜６〔ｈ〕程度空気中に保持させて焼成し、ラ
ンタンマンガナイトをセラミック繊維に固着させる。

【００２６】以上の工程によって得られたジルコニア・
ランタンマンガナイトフェルト材が、フェルト体４に用
いられるフェルト材である。このフェルト材が持つ構成
は、図１中にフェルト体４の断面構成として示したよう
に、前記のジルコニアセラミック繊維４２で製作された
セラミック繊維製のフェルト４１が骨材となって、多孔
質のフェルト材の形状を保持し、その一方で、ジルコニ
アセラミック繊維４２の周囲にはランタンマンガナイト
粉末が焼成されたランタンマンガナイト層４３が形成さ
れているため、バルク体として電気伝導性を有すること
になる。

【００２７】このジルコニア・ランタンマンガナイトフ
ェルト材について各種の評価試験を実施した。その結果
の一例を以下に示す。まず、導電率に関しては、３０
〔ｍｍ〕×１０〔ｍｍ〕×１〔ｍｍ〕の試料を用いて、
９５０〔℃〕の温度に保持して四端子法で測定し、１
〔Ｓ・ｃｍ^-1〕との結果が得られている。この値は、通
電方向の寸法が１〔ｍｍ〕である場合に、０．３〔Ａ・
ｃｍ^-2〕の電流密度値において発生する電圧降下値は３
０〔ｍＶ〕ですむことになり、固体電解質型燃料電池用
の集電材として十分に適用できることを示すものであ
る。

【００２８】また、ガスの透過性に関しては、そのガス
透過係数は約１×１０^-2〔ｃｍ⁴・ｇ^-1・ｓ^-1〕であ
り、酸化剤電極層に酸素を供給するのに十分な値であっ
た。これは、セラミック繊維で製作されたセラミック繊
維製フェルトが骨材となってフェルト体の形状の保持に
寄与し、セラミック繊維で形成された間隙を、ガスが容
易に透過できていることによると考えられる。

【００２９】前記による構成を備える単電池１に対して
評価試験を実施した。主な試験条件としては、運転温度
が９５０〔℃〕、燃料利用率および酸化剤利用率がそれ
ぞれ１５〔％〕である。評価試験の結果の一例を示す
と、発電電圧値については、０．３〔Ａ・ｃｍ^-2〕の電
流密度値において７００〔ｍＶ〕であり、ヒートサイク
ル試験においても、各サイクルにおいて発電電圧値の低
下は認められず、いずれもヒートサイクル試験開始当初
の値と同等値を得ることができた。また、単電池１の性
能と比較するために、図４，図５に示した従来例の単電
池９を、前記の単電池１の場合と同一の試験条件で、比
較試験を実施した。比較試験の結果の一例を示すと、発
電電圧値については、０．３〔Ａ・ｃｍ^-2〕の電流密度
値において６００〔ｍＶ〕であった。

【００３０】図１に示す実施例では前述の構成とし、フ
ェルト体４に用いられるフェルト材に前記の工程によっ
て得られたジルコニア・ランタンマンガナイトフェルト
材を用いているので、単電池１は、その集電性能，ガス
の透過性などを改善することができ、また，作用の項で
説明したところによる三相界面の増加により発電能力を
改善できることで、前記のように発電性能を向上するこ
とができているのである。そうして、フェルト体４は、
酸化性雰囲気中における耐熱性に優れているので、単電
池１の性能を前記のように長期間にわたり安定にするこ
とができ、信頼性を向上することができている。また、
このフェルト体４は弾力性を有しているので、局部応力
緩和体として有効であり、このことによっても、単電池
１の信頼性を向上することができているのである。

【００３１】なお、図１に示した構成による単電池１で
は、その面積として、従来技術の場合の数倍にあたる５
００〔ｃｍ²〕級の大面積のものが得られている。実施例２；図２は、この発明の異なる実施例による固体
電解質型燃料電池の単位燃料電池を模式的に示すその分
解斜視図である。図２において、図１に示したこの発明
の一実施例による固体電解質型燃料電池の単位燃料電
池、および、図４，図５に示した従来例による固体電解
質型燃料電池の単位燃料電池と同一部分には同じ符号を
付し、その説明を省略する。なお、図２中には、図１，
図４，図５で付した符号については、代表的な符号のみ
を記した。

【００３２】図２において、２は、図１に示したこの発
明による固体電解質型燃料電池の単位燃料電池１に対し
て、セパレータ８に替えてセパレータ５を用いるように
した単電池である。セパレータ５は、セパレータ８に対
して、リブ８１が形成されていないことのみが異なって
いる。単電池２が持つ構成は、フェルト体４が持つ優れ
たガス透過性を利用するものであって、貫通穴９２２か
ら吐出された酸化剤ガス９２は、フェルト体４中を通過
しつつ、酸化剤電極層６４の面積方向に対して均等に配
分されることになるのである。

【００３３】図２に示す単電池２では前述の構成とした
ので、図１に示した単電池１が持つ作用・効果を有しな
がら、これに加えて、酸化剤ガス側のセパレータの構成
の簡単化を実現できることで、その製造原価を低減する
ことが可能となる。実施例３；図３は、この発明のさらに異なる実施例によ
る固体電解質型燃料電池の単位燃料電池を模式的に示す
その分解斜視図である。図３において、図１に示したこ
の発明の一実施例による固体電解質型燃料電池の単位燃
料電池、図２に示したこの発明の異なる実施例による固
体電解質型燃料電池の単位燃料電池、および、図４，図
５に示した従来例による固体電解質型燃料電池の単位燃
料電池と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略
する。なお、図３中には、図１，図２，図４，図５で付
した符号については、代表的な符号のみを記した。

【００３４】図３において、３は、図２に示したこの発
明による固体電解質型燃料電池の単位燃料電池２に対し
て、燃料電池セル６に替えて燃料電池セル６Ａを用いる
ようにした単電池である。燃料電池セル６Ａは、燃料電
池セル６に対して、酸化剤電極層６４が形成されていな
いことのみが異なっている。フェルト体４は、作用の項
で説明したように、それを構成するジルコニアセラミッ
ク繊維４２とランタンマンガナイト層４３とによって三
相界面が形成されるので、酸化剤電極層と同様の機能を
発揮できるものである。単電池３が持つ構成は、フェル
ト体４が持つこの特長も利用するものであって、フェル
ト体４は、直接、固体電解質層６３と接触され、単電池
３における発電作用に寄与するのである。

【００３５】図３に示す単電池３では前述の構成とした
ので、図１，図２に示した単電池１，単電池２が持つ作
用・効果を有しながら、これに加えて、燃料電池セルの
構成の一層の簡単化を実現できることで、その製造原価
を一層低減することが可能となるのである。実施例３に
おける今までの説明では、単電池３では酸化剤ガス側の
セパレータとしてセパレータ５を用いるとしてきたが、
これに限定されるものではなく、例えば、セパレータ８
を用いてもよいものである。

【００３６】

【発明の効果】この発明においては、前記の課題を解決
するための手段の項で述べた構成および製造方法とする
ことにより、次記する効果を奏する。ランタンマンガナイトが含浸・焼成された多孔質のセ
ラミック繊維製のフェルト体が持つ優れた性質によっ
て、固体電解質型燃料電池の発電特性，信頼性を向上す
ることが可能となる。また、ランタンマンガナイトが含浸・焼成された多孔質のセ
ラミック繊維製のフェルト体が持つ優れた性質と、この
フェルト体が大面積のものを容易に得ることができるこ
とから、すでに、従来技術の場合の数倍にあたる大面積
の固体電解質型燃料電池が得ることができている。

【００３７】ランタンマンガナイトが含浸・焼成され
た多孔質のセラミック繊維製のフェルト体に、ジルコニ
ア・ランタンマンガナイトフェルト材を用いることによ
って、三相界面をより多く得ることができることにな
り、固体電解質型燃料電池の発電電圧値を約１７〔％〕
高めることができるなど、発電特性をさらに向上するこ
とが可能となる。また、燃料電池セルから酸化剤電極層を省いたり、酸化剤ガ
ス側のセパレータからリブを省いたりすることが可能と
なることにより、固体電解質型燃料電池の製造原価を低
減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による固体電解質型燃料電
池の単位燃料電池を模式的に示すその分解斜視図

【図２】この発明の異なる実施例による固体電解質型燃
料電池の単位燃料電池を模式的に示すその分解斜視図

【図３】この発明のさらに異なる実施例による固体電解
質型燃料電池の単位燃料電池を模式的に示すその分解斜
視図

【図４】従来例の固体電解質型燃料電池の単位燃料電池
を模式的に示すその分解斜視図

【図５】図４中に示した酸化剤ガス側のセパレータの縦
断面図

【符号の説明】

１単位燃料電池（単電池）４フェルト体４１フェルト４２ジルコニアセラミック繊維４３ランタンマンガナイト層６燃料電池セル８セパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて
直流電力を発生する平板状の燃料電池セルと、燃料電池
セルの両主面のそれぞれに対向させて配置されて，燃料
電池セルと対向される側に燃料電池セルに供給される燃
料ガスまたは酸化剤ガスが通流されるセパレータとを備
え、燃料電池セルは、多孔質の金属材製の平板状をなしたセ
ル基板と、セル基板の一方の側面に設けられた燃料電極
と、燃料電極の反セル基板側に設けられた固体電解質体
と、固体電解質体の反セル基板側に設けられた酸化剤電
極とを有する、固体電解質型燃料電池において、酸化剤電極側のセパレータと燃料電池セルとの間に、ラ
ンタンマンガナイトが含浸・焼成された多孔質のセラミ
ック繊維製のフェルト体を備えることを特徴とする固体
電解質型燃料電池。
【請求項２】請求項１に記載の固体電解質型燃料電池に
おいて、ランタンマンガナイトが含浸・焼成された多孔質のセラ
ミック繊維製のフェルト体は、ジルコニアセラミック繊
維を用いたセラミック製フェルトに、粉末状のランタン
マンガナイトをバインダー中に分散させて得たスラリー
を含浸させ、このランタンマンガナイトを酸化性雰囲気
中で焼成することで得られたジルコニア・ランタンマン
ガナイトフェルトを用いてなることを特徴とする固体電
解質型燃料電池。
【請求項３】請求項２に記載の固体電解質型燃料電池に
おいて、ジルコニア・ランタンマンガナイトフェルトのセラミッ
ク繊維製フェルトに用いるジルコニアセラミック繊維
は、安定化剤としてイットリア，カルシア，マグネシ
ア，セリアからなる群の中の少なくとも一つが添加され
た完全安定化ジルコニアまたは部分安定化ジルコニアの
繊維であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項４】請求項１から３までのいずれかに記載の固
体電解質型燃料電池において、酸化剤電極側のセパレータは、酸化剤ガスを通流させる
ために用いているリブを省き、ランタンマンガナイトが
含浸されたセラミック繊維製のフェルト体に酸化剤ガス
を通流させる役目を兼ねさせてなることを特徴とする固
体電解質型燃料電池。
【請求項５】請求項１から３までのいずれかに記載の固
体電解質型燃料電池において、燃料電池セルは酸化剤電極を省き、ランタンマンガナイ
トが含浸されたセラミック繊維製のフェルト体に酸化剤
電極を兼ねさせてなることを特徴とする固体電解質型燃
料電池。
【請求項６】燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて
直流電力を発生する平板状の燃料電池セルと、燃料電池
セルの両主面のそれぞれに対向させて配置されて，燃料
電池セルと対向される側に燃料電池セルに供給される燃
料ガスまたは酸化剤ガスが通流されるセパレータと、酸
化剤電極側のセパレータと燃料電池セルとの間に介挿さ
れたジルコニア・ランタンマンガナイトフェルトを用い
た多孔質のセラミック繊維製のフェルト体とを備え、燃
料電池セルは、多孔質の金属材製の平板状をなしたセル
基板と、セル基板の一方の側面に設けられた燃料電極
と、燃料電極の反セル基板側に設けられた固体電解質体
と、固体電解質体の反セル基板側に設けられた酸化剤電
極とを有する固体電解質型燃料電池の製造方法であっ
て、ジルコニア・ランタンマンガナイトフェルトは、ジルコ
ニアセラミック繊維を用いたセラミックフェルトに、粉
末状のランタンマンガナイトをバインダー中に分散させ
て得たスラリーを含浸させ、スラリーの含浸後に酸化性
雰囲気中で焼成することで得ることを特徴とする固体電
解質型燃料電池の製造方法。
【請求項７】請求項６に記載の固体電解質型燃料電池の
製造方法において、ジルコニア・ランタンマンガナイトフェルトの製造に用
いられるスラリーは、ランタンマンガナイト粉末に対し
て、バインダーとしてエチルセルロースを１〜１０〔ｍ
ａｓｓ％〕添加し、溶剤としてトルエン，ジエチレング
リコールモノエチルエーテルを混合し、前記の粉末とバ
インダーと溶剤とをボールミルを用いて分散させてスラ
リー状になすことで得ることを特徴とする固体電解質型
燃料電池の製造方法。
【請求項８】請求項６または７に記載の固体電解質型燃
料電池の製造方法において、ジルコニア・ランタンマンガナイトフェルトは、ジルコ
ニアセラミック繊維を用いたセラミックフェルトを収容
した収容容器を、ランタンマンガナイト粉末をバインダ
ー中に分散させて得たスラリーを流し込んだうえで真空
容器内に保持し、真空ポンプを用いて−８×１０³〔Ｐ
ａ〕の負圧に減圧して真空脱泡処理を行ってセラミック
フェルトにスラリーを含浸し、スラリーの含浸後に１０
０〔℃〕程度で乾燥し、乾燥後に１２００〜１２５０
〔℃〕程度の温度条件において５〜６〔ｈ〕程度空気中
に保持して焼成してなることを特徴とする平板形固体電
解質型燃料電池の製造方法。