WO2014156830A1 - 固体酸化物形電解セル、セルスタック装置および電解モジュールならびに電解装置 - Google Patents

固体酸化物形電解セル、セルスタック装置および電解モジュールならびに電解装置 Download PDF

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layer
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Definitions

  • the present invention relates to a solid oxide electrolytic cell, a cell stack device, an electrolytic module, and an electrolytic device.
  • a solid oxide fuel cell (hereinafter, may be abbreviated as a fuel cell or a cell), for example, the above-described power generation element portion is formed on a conductive porous substrate having a gas passage inside.
  • a so-called hollow flat plate type cell is known.
  • the fuel of the solid electrolyte layer is passed through the gas flow path inside the porous substrate by flowing fuel gas (for example, hydrogen-containing gas) through the gas passage inside the porous substrate.
  • oxygen is supplied to the oxygen electrode layer side of the solid electrolyte layer by flowing an oxygen-containing gas such as air to the outside of the fuel cell, and the solid electrolyte layer is supplied to the fuel electrode layer and the oxygen layer. Electricity is generated by the power generation element portion sandwiched between the polar layers, and the generated current is taken out by an interconnector layer provided on the porous substrate (for example, see Patent Document 1).
  • An object of the present invention is to provide a solid oxide electrolytic cell, a cell stack device, an electrolytic module, and an electrolytic device that can reduce breakage at an end portion.
  • the solid oxide electrolytic cell of the present invention has a pair of first and second main surfaces facing each other and a pair of first and second side surfaces facing each other connecting the first and second main surfaces.
  • a long porous substrate having a gas flow path in the longitudinal direction along the first and second main surfaces, and a first electrode layer and a solid electrolyte provided on the first main surface of the porous substrate
  • an electrolytic element portion having a second electrode layer, and the thickness of both end portions in the longitudinal direction of the porous substrate is thicker than the thickness of the central portion in the longitudinal direction.
  • the solid oxide electrolytic cell of the present invention includes a pair of first and second main surfaces facing each other, and a pair of first and second side surfaces facing each other connecting the first and second main surfaces.
  • a porous substrate which is a long first electrode layer having a gas flow path in the longitudinal direction along the first and second main surfaces, and provided on the first main surface of the porous substrate
  • the thickness of both end portions in the longitudinal direction of the porous substrate is greater than the thickness of the central portion in the longitudinal direction.
  • a cell stack formed by electrically connecting a plurality of the solid oxide electrolytic cells is joined to a gas tank, and the internal space of the gas tank and the gas of the solid oxide electrolytic cell It is characterized by communicating with the flow path.
  • the electrolytic module of the present invention is characterized in that the solid oxide electrolytic cell is stored in a storage container.
  • the electrolysis apparatus of the present invention is characterized in that the electrolysis module and an auxiliary machine for operating the electrolysis module are housed in an outer case.
  • the thickness T2 of the central portion in the longitudinal direction of the porous substrate is thin, the gas passing through the gas flow path of the porous substrate is easily supplied to the surface of the solid electrolyte layer.
  • the efficiency of the oxide electrolysis cell can be improved, and the thickness of both ends in the longitudinal direction of the porous substrate is thicker than the thickness of the central portion. Can be reduced. Thereby, a cell stack device, an electrolysis module, and an electrolysis device with high performance and high reliability can be provided.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a solid oxide fuel cell, where (a) is a transverse sectional view and (b) is a longitudinal sectional view.
  • (A) is a side view of the solid oxide fuel cell shown in FIG. 1
  • (b) is a front view of the porous substrate
  • (c) is a side view of the porous substrate.
  • 1 shows an embodiment of a fuel cell stack device, (a) is a side view schematically showing the fuel cell stack device, and (b) is a part of a portion surrounded by a broken line of the fuel cell stack device of (a).
  • FIG. It is a partial longitudinal cross-sectional view of the fuel cell stack apparatus shown in FIG. It is an external appearance perspective view which shows one form of a fuel cell module. It is a disassembled perspective view which shows one form of a fuel cell apparatus.
  • FIG. 1 shows an embodiment in which the solid oxide electrolytic cell of the present invention is applied to a solid oxide fuel cell (hereinafter sometimes abbreviated as fuel cell or cell) 10.
  • fuel cell or cell a solid oxide fuel cell
  • (A) is the cross-sectional view
  • (b) is the longitudinal cross-sectional view of (a).
  • each configuration of the fuel cell 10 is partially enlarged.
  • This fuel cell 10 is a hollow flat plate type fuel cell 10 and includes a long porous substrate 1 having a flat and conductive cross section containing Ni. Inside the porous substrate 1, a plurality of gas flow paths 2 extend from one side (lower end side) in the longitudinal direction L of the porous substrate 1 to the other side (upper end side). It has a structure in which various members are provided on the porous substrate 1. A plurality of gas flow paths 2 are formed at predetermined intervals in the width direction B of the porous substrate 1, and the gas flow paths 2 penetrate in the longitudinal direction L of the porous substrate 1.
  • the elongate porous substrate 1 is a porous substrate 1 whose length in the longitudinal direction L is longer than the width.
  • the porous substrate 1 includes a pair of first and second main surfaces (flat surfaces) n1 and n2 facing each other, and a pair of first and second main surfaces. It has a pair of first and second side surfaces (arc-shaped surfaces) m1 and m2 that connect the surfaces n1 and n2, respectively.
  • the first main surface n1 and the second main surface n2 are formed substantially parallel to each other, and are porous fuel electrodes so as to cover the first main surface n1 (lower surface) and the pair of first and second side surfaces m1 and m2.
  • a layer (first electrode layer) 3 is provided, and a dense solid electrolyte layer 4 is laminated so as to cover the fuel electrode layer 3.
  • a porous oxygen electrode layer 6 (second electrode layer) is laminated on the solid electrolyte layer 4 so as to face the fuel electrode layer 3 with the reaction preventing layer 5 interposed therebetween.
  • a dense interconnector layer 8 is formed on the second main surface n2 (upper surface) on which the fuel electrode layer 3 and the solid electrolyte layer 4 are not stacked, with an intermediate layer 7 interposed therebetween.
  • a power generating element portion 9 configured by sandwiching the solid electrolyte layer 4 between the fuel electrode layer 3 and the oxygen electrode layer 6 is mainly formed at the longitudinal center portion of the first main surface n1 of the porous substrate 1.
  • the areas of the first and second main faces n1 and n2 are sufficiently larger than the areas of the first and second side faces m1 and m2.
  • a power generation element portion 9 configured by sandwiching the solid electrolyte layer 4 between the fuel electrode layer 3 and the oxygen electrode layer 6 is provided on the first main surface n1 of the porous substrate 1, and on the second main surface n2, An intermediate layer 7 and an interconnector layer 8 are formed.
  • the intermediate layer 7 between the interconnector layer 8 and the porous substrate 1 has the same composition as that of the fuel electrode layer 3 and contains, for example, Ni and a ceramic material (for example, YSZ). Further it may be those having these and Y 2 O 3.
  • the fuel electrode layer 3 and the solid electrolyte layer 4 are formed from the first main surface n1 to the second main surface n2 (upper surface) via the first and second side surfaces m1 and m2, and both ends of the solid electrolyte layer 4
  • the interconnector layer 8 is laminated so that both ends thereof are located, and the dense solid electrolyte layer 4 and the interconnector layer 8 surround the porous substrate 1 and circulate in the dense cylindrical body. The gas is not leaked to the outside.
  • the porous substrate 1 is formed such that the thicknesses T11 and T12 at both ends are thicker than the thickness T2 at the center in the longitudinal direction L. Further, the widths B11 and B12 at both ends are formed wider than the width B2 at the center in the longitudinal direction L. 2B and 2C show the width and thickness in an enlarged manner.
  • the thickness T12 is preferably 1.03 times or less the thickness T2 of the central portion.
  • it is desirable that the thicknesses T11 and T12 of both end portions are 1.005 times or more, more preferably 1.01 times or more of the thickness T2.
  • the thicknesses T11 and T12 at both ends are desirably 1.01 times or more and 1.02 times or less of the thickness T2 of the central part.
  • the thicknesses T11 and T12 at both ends are the thicknesses at 5 mm from both ends in the longitudinal direction L of the porous substrate 1 and the thickness at the center in the width direction B.
  • the thickness T2 at the center is the longitudinal direction L of the porous substrate 1.
  • the thickness of the porous substrate 1 may be gradually increased from the central portion toward both ends, and may be gradually increased. In FIG. 2B, the case where the thickness gradually increases toward both ends is described.
  • the widths B11 and B12 at both ends in the longitudinal direction L of the porous substrate 1 are desirably 1.02 times or less of the width B2 at the center.
  • the widths B11 and B12 at both ends are desirably 1.005 times or more and 1.01 times or less of the width B2 at the center part.
  • the widths B11 and B12 at both ends are widths at positions 5 mm from both ends in the longitudinal direction L of the porous substrate 1, and the width B2 at the center is a width at the center in the longitudinal direction L of the porous substrate 1.
  • the width of the porous substrate 1 may be gradually increased from the central portion toward both ends, and may be gradually increased. In FIG. 2C, the case where the width gradually increases toward both ends is described.
  • the thickness T11, T12, T2 of the porous substrate 1 is the distance between the first main surface n1 and the second main surface n2, and the widths B11, B12, B2 of the porous substrate 1 are the same as the first side surface m1. The distance between the second side surface m2.
  • the porous substrate 1 needs to supply the fuel gas flowing through the internal gas passage 2 to the fuel electrode layer 3 side of the solid electrolyte layer 4, the distance from the gas flow path 2 to the solid electrolyte layer 4 is short. Is desirable.
  • the porous substrate 1 has conductivity and current flows linearly in the thickness direction through the porous substrate 1 between the power generation element portion 9 and the interconnector layer 8, the thickness of the porous substrate 1
  • both ends of the fuel cell 10 may be damaged when some impact is applied, it is preferable that both ends of the porous substrate 1 are thick.
  • the thicknesses T11 and T12 at both ends are thicker than the thickness T2 at the center in the longitudinal direction L of the porous substrate 1, the strength at both ends can be improved, and damage at both ends of the fuel cell 10 can be prevented. Can be reduced. Further, since the thickness T2 of the central portion is thinner than the thicknesses T11 and T12 of both end portions, it becomes easy to supply the fuel gas to the solid electrolyte layer 4, and is further disposed so as to face the thickness direction T of the porous substrate 1. The distance between the power generation element portion 9 and the interconnector layer 8 is reduced, and the loss of current flowing in the thickness direction T of the porous substrate 1 is reduced, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell 10.
  • widths B11 and B12 at both ends are wider than the width B2 at the center, it is possible to reinforce arcuate surfaces at both ends with low strength.
  • the porous substrate 1 is required to be gas permeable in order to allow the fuel gas to permeate to the fuel electrode layer 3 and to be conductive in order to collect current through the interconnector layer 8.
  • the porous substrate 1 is preferably composed of an iron group metal component and a ceramic component such as a specific rare earth oxide. The invention is not particularly limited to this.
  • the iron group metal component is for imparting conductivity to the porous substrate 1 and may be an iron group metal alone, or an iron group metal oxide, an iron group metal alloy or an alloy oxide. There may be.
  • the iron group metals include Fe, Ni, and Co. In this embodiment, any of them can be used, but Ni and / or NiO is an iron group because it is inexpensive and stable in fuel gas. It is preferable to contain as a metal component.
  • the rare earth oxide is used to approximate the thermal expansion coefficient of the porous substrate 1 to the thermal expansion coefficient of the solid electrolyte layer 4, and maintains high conductivity and is an element to the solid electrolyte layer 4 and the like.
  • a rare earth oxide containing at least one rare earth element selected from the group consisting of Y, Lu, Yb, Tm, Er, Ho, Dy, Gd, Sm, and Pr is an iron group metal. It is preferred to use in combination with ingredients.
  • Such rare earth oxides include Y 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Er 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Sm 2 O. 3 , Pr 2 O 3 can be exemplified, and Y 2 O 3 and Yb 2 O 3 are preferable in that they are particularly inexpensive.
  • rare earth oxides hardly cause solid solution or reaction with the iron group metal or its oxide during firing or during power generation, and the iron group metal or its oxide in the porous substrate 1, Neither of the rare earth oxides is likely to diffuse. Therefore, even when the porous substrate 1 and the solid electrolyte layer 4 are simultaneously fired, the diffusion of rare earth elements into the solid electrolyte layer 4 is effectively reduced, and the ionic conductivity of the solid electrolyte layer 4 is adversely affected. It can be avoided.
  • the iron group metal is contained in the porous substrate 1 in an amount of 35 to 70% by volume in that the thermal expansion coefficient of the porous substrate 1 is approximated to the thermal expansion coefficient of the solid electrolyte layer 4.
  • the rare earth oxide is preferably contained in the porous substrate 1 in an amount of 30 to 65% by volume.
  • the porous substrate 1 may contain other metal components and oxide components as long as required characteristics are not impaired.
  • the open porosity is usually 30% or more. It is preferable to be in the range of 35-50%.
  • the electrical conductivity of the porous substrate 1 is preferably 300 S / cm or more, particularly preferably 440 S / cm or more.
  • the thickness of the porous substrate 1 is usually set to 2 to 35 mm, and the length of the porous substrate 1 is appropriately set according to the application, but when used for power generation in a general household. Is usually set to a length of about 50 to 250 mm.
  • first and second side surfaces m1 and m2 are formed at both ends of the first main surface n1 and the second main surface n2 in order to prevent chipping at the corners and further increase the mechanical strength.
  • the radii of curvature of the first and second side surfaces m1 and m2 should be 5 mm or less, preferably in the range of 1 to 5 mm.
  • the fuel electrode layer 3 causes an electrode reaction, and is formed of a known porous cermet.
  • a porous cermet For example, it is formed from ZrO 2 or CeO 2 in which a rare earth oxide is dissolved, and Ni and / or NiO.
  • the ZrO 2 or CeO 2 content in the fuel electrode layer 3 is preferably in the range of 35 to 65% by volume, and the Ni or NiO content is preferably 65 to 35% by volume. Further, the open porosity of the fuel electrode layer 3 is preferably 15% or more, particularly in the range of 20 to 40%.
  • the thickness of the fuel electrode layer 3 is 1 to 1 in order to prevent performance degradation and peeling due to a difference in thermal expansion. 30 ⁇ m is desirable.
  • examples of the rare earth oxide solid-dissolved in ZrO 2 or CeO 2 include the same ones as those shown for the rare earth oxide used in the porous substrate 1, but the polarization value of the cell In view of lowering ZrO 2 , it is preferable that Y 2 O 3 is about 3 to 10 mol% in ZrO 2 and Sm 2 O 3 is about 5 to 20 mol% in CeO 2 . .
  • the fuel electrode layer 3 exists at least at a position facing the oxygen electrode layer 6. That is, in the example of FIG. 1, the fuel electrode layer 3 extends from the first main surface n1 of the porous substrate 1 to the second main surface n2 via the first and second side surfaces m1 and m2. Although it extends to both ends of the layer 8, it may be formed only on the first main surface n1.
  • a diffusion suppression layer may be provided on the fuel electrode layer 3 and the diffusion suppression layer may be interposed between the fuel electrode layer 3 and the solid electrolyte layer 4.
  • This diffusion suppression layer is for reducing element diffusion from the fuel electrode layer 3 or the porous substrate 1 to the solid electrolyte layer 4 and avoiding performance degradation due to the formation of an insulating layer.
  • La 2 O 3 Is formed from CeO 2 in which CeO 2 is dissolved, La 2 O 3 in which CeO 2 is dissolved, or a mixture thereof.
  • oxides of other rare earth elements may be contained in this diffusion prevention layer. Examples of the rare earth element include Sc, Y, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.
  • such a diffusion suppression layer extends to both ends of the interconnector layer 8 together with the solid electrolyte layer 4. Thereby, element diffusion from the porous substrate 1 or the fuel electrode layer 3 to the solid electrolyte layer 4 can be further prevented.
  • Solid electrolyte layer 4 has a function as an electrolyte for bridging electrons between the electrodes, and at the same time has gas barrier properties to prevent leakage of fuel gas and oxygen-containing gas such as air. is necessary.
  • a dense oxide ceramic having such characteristics, for example, stabilized zirconia in which 3 to 15 mol% of a rare earth oxide is dissolved is used.
  • rare earth elements in the stabilized zirconia include Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Td, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.
  • Y and Yb are preferable in that they are inexpensive.
  • a perovskite-type lanthanum gallate complex oxide containing La and Ga can also be used as the solid electrolyte.
  • This composite oxide has high oxygen ion conductivity, and high power generation efficiency can be obtained by using it as a solid electrolyte.
  • This lanthanum gallate composite oxide has La and Sr at the A site and Ga and Mg at the B site.
  • the following general formula (La 1-x Sr x ) (Ga 1-y Mg y ) O 3 wherein x is a number 0 ⁇ x ⁇ 0.3 and y is a number 0 ⁇ y ⁇ 0.3.
  • High power generation performance can also be exhibited by using a composite oxide having such a composition as a solid electrolyte.
  • the solid electrolyte layer 4 desirably has a relative density (according to Archimedes method) of 93% or more, particularly 95% or more from the viewpoint of preventing gas permeation.
  • the oxygen electrode layer 6 formed on the solid electrolyte layer 4 causes an electrode reaction. As shown in FIG. 1, the oxygen electrode layer 6 sandwiches the solid electrolyte layer 4 between the fuel electrode layer 3 and the fuel electrode layer 3 described above. It is arranged at the position facing each other. That is, the oxygen electrode layer 6 is disposed at least in a portion located on the first main surface n1 of the porous substrate 1.
  • the oxygen electrode layer 6 is formed of sintered particles of a so-called ABO 3 type perovskite oxide.
  • a perovskite type oxide at least one of transition metal type perovskite oxide, particularly LaMnO 3 oxide, LaFeO 3 oxide, LaCoO 3 oxide having La at the A site is preferable.
  • (La, Sr) (Co, Fe) O 3 system from the viewpoint of high electrical conductivity at a relatively low temperature of about 1000 ° C. and excellent surface diffusion function and volume diffusion function with respect to oxygen ions.
  • Oxides for example, the following general formula: La y Sr 1-y Co Z Fe 1-Z O 3 (wherein y is a number of 0.5 ⁇ y ⁇ 0.7, z is 0.2 ⁇ 0.2)
  • a composite oxide having a composition represented by: z ⁇ 0.8 is particularly preferable.
  • the conductive ceramics (perovskite oxide) have an open porosity of 20% or more, particularly 30 to 50. It is desirable to be in the range of%.
  • the thickness of the oxygen electrode layer 6 is preferably 30 to 100 ⁇ m from the viewpoint of current collection.
  • the oxygen electrode layer 6 may be formed on the solid electrolyte layer 4, but a reaction preventing layer 5 is provided on the solid electrolyte layer 4, and the oxygen electrode layer 6 is interposed via the reaction preventing layer 5. Can also be laminated on the solid electrolyte layer 4.
  • a reaction preventing layer 5 is for blocking element diffusion from the oxygen electrode layer 6 to the solid electrolyte layer 4, and is formed of an oxide sintered body having an element diffusion preventing function.
  • Examples of such an oxide for the reaction prevention layer include an oxide containing Ce as a constituent element.
  • a Ce-based composite oxide in which a rare earth oxide is dissolved in CeO 2 has a high element diffusion. It is preferably used in that it has excellent oxygen ion conductivity and electronic conductivity in addition to the barrier property.
  • the interconnector layer 8 provided on the second main surface n2 of the porous substrate 1 is made of conductive ceramics, but is in contact with the fuel gas (hydrogen) and the oxygen-containing gas, so that it has reduction resistance and oxidation resistance. It is necessary to have For this reason, lanthanum chromite perovskite oxides (LaCrO 3 oxides) are generally used as the conductive ceramics.
  • the interconnector layer 8 may be, for example, a LaSrTiO 3 -based perovskite complex oxide containing Ti, and is not particularly limited.
  • such conductive ceramics must be dense, for example 93% or more, particularly It is preferable to have a relative density of 95% or more.
  • the thickness of the interconnector layer 8 is preferably 10 to 200 ⁇ m from the viewpoint of gas leakage prevention and electrical resistance.
  • the fuel battery cell 10 having the above-described structure is formed, for example, on a mixed powder (that is, a mixed powder of an iron group metal or its oxide powder and a rare earth oxide powder) for forming the porous substrate 1 described above.
  • a porous material for a columnar porous substrate having a gas flow path is prepared by mixing a pore material, an organic binder, a solvent, and, if necessary, a dispersant such as methyl cellulose to prepare a slurry, and extruding the slurry. Make it.
  • a sheet is prepared using the slurry, and the sheet is wound around the upper end and the lower end of the porous substrate molded body, dried, and calcined in a temperature range of 800 to 1100 ° C.
  • the thickness of the porous substrate 1 can be gradually increased from the longitudinal center to both ends, and the width can be gradually increased from the longitudinal center to both ends.
  • the lower end of the porous substrate molded body is immersed, pulled up from the dip solution, and blown off the dip solution in the gas flow path by air blow. Hold for a predetermined time, then immerse the upper end, pull up from the dip liquid, hold the dip liquid in the gas flow path blown off by air blow, hold for a predetermined time, dry it, temperature of 800-1100 ° C Calcination in the area.
  • the thickness of the porous substrate 1 can be gradually increased from the central portion in the longitudinal direction toward both ends, and the width can be gradually increased from the central portion in the longitudinal direction toward both ends.
  • the extruded molded body for porous substrate and the film formed by dip coating have the same structure after firing.
  • the sheet is laminated only on the main surface of the porous substrate molding, or on the main surface of the porous substrate molding. It is only necessary to immerse so as to apply the slurry.
  • the mixed powder used is, for example, an iron group metal or iron group metal oxide powder (hereinafter referred to as conductor powder) and a rare earth oxide powder in a predetermined volume. It is a mixture by ratio.
  • a sheet for a solid electrolyte layer (hereinafter referred to as a solid electrolyte layer sheet) is prepared. That is, a solid electrolyte powder such as ZrO 2 (YSZ) containing Y 2 O 3 is mixed with an organic binder and a solvent such as toluene to prepare a molding slurry, and the solid electrolyte layer sheet is prepared using this slurry. Is molded.
  • YSZ ZrO 2
  • a fuel electrode layer sheet is prepared using a slurry prepared by mixing an organic binder and a solvent with a fuel electrode layer forming powder (for example, a mixed powder of NiO powder and YSZ powder).
  • a fuel electrode layer forming powder for example, a mixed powder of NiO powder and YSZ powder.
  • the layer sheet is laminated on one surface of the above-mentioned solid electrolyte layer sheet so that the fuel electrode layer sheet faces the predetermined position of the porous substrate molded body (calcined body) described above. Wrap and dry.
  • an interconnector layer powder such as LaCrO 3 -based material is mixed with an organic binder and a solvent to prepare a slurry, and an interconnector layer sheet is prepared using this slurry according to a conventional method.
  • an intermediate layer forming powder for example, a mixed powder of Ni and / or NiO powder and ZrO 2 powder in which a rare earth oxide is dissolved
  • a predetermined organic binder and a solvent to prepare a slurry.
  • An interconnector layer sheet is laminated on the intermediate layer coating layer and dried.
  • the laminated molded body is subjected to heat treatment for debinding, and then co-fired at 1300 to 1600 ° C. in an oxygen-containing atmosphere, whereby the fuel electrode layer 3 and the solid electrolyte layer are formed on the porous substrate 1. 4 can be obtained, and a sintered body in which the intermediate layer 7 and the interconnector layer 8 are further laminated at predetermined positions can be obtained. Then, the position away from the both ends of the longitudinal direction of the sintered compact by a predetermined distance is cut
  • an oxygen electrode layer coating solution in which LaFeO 3 -based oxide powder or the like is dispersed in a solvent is sprayed (or dipped) on the reaction preventing layer 5 of the sintered body obtained above.
  • the fuel cell 10 having the oxygen electrode layer 6 can be obtained by forming a layer coating layer and baking at 1000 to 1300 ° C. Or it can form by apply
  • the conductor component contained in the porous substrate 1 or the like becomes an oxide such as NiO by firing in an oxygen-containing atmosphere. It will be reduced by reduction treatment or power generation by supplying fuel gas to the path 2.
  • FIG. 3 shows an example of a fuel cell stack device configured by electrically connecting a plurality of the above-described fuel cells 10 in series via a current collecting member 13, and (a) Is a side view schematically showing the fuel cell stack device 11, (b) is a partially enlarged cross-sectional view of the fuel cell stack device 11 of (a), the portion surrounded by the broken line shown in (a) An excerpt is shown. In addition, in (b), the part corresponding to the part surrounded by the broken line shown in (a) is indicated by an arrow, and in the fuel cell 10 shown in (b), the above-described reaction prevention is shown. Some members such as the layer 5 are omitted.
  • the cell stack 12 is configured by arranging the fuel cells 10 via the current collecting members 13, and the lower end of each fuel cell 10 is shown in FIG.
  • a sealing material 17 is fixed to the upper wall of a gas tank 16 for supplying fuel gas to the fuel cell 10. That is, a through hole 16a into which the lower end of the cell stack 12 is inserted is formed in the upper wall of the gas tank 16, and glass, glass ceramics are inserted in a state where the lower end of the cell stack 12 is inserted into the through hole 16a.
  • FIG. 4 shows a state where three fuel cells 10 are erected on the gas tank 16 for convenience.
  • an elastically deformable conductive member 14 having a lower end fixed to the gas tank 16 so as to sandwich the fuel cell stack 12 from both ends in the arrangement direction of the fuel cells 10 is provided. is doing.
  • the conductive member 14 has a shape extending outward along the direction in which the fuel cells 10 are arranged, and draws out current generated by power generation of the fuel cell stack 12 (fuel cells 10). 15 is provided.
  • the thickness T2 of the central portion of the porous substrate 1 is smaller than the thicknesses T11 and T12 of both end portions as described above, the power generation performance of the fuel cell 10 can be improved.
  • the power generation performance can be improved and the damage of the fuel cell 10 can be reduced, so the long-term reliability of the cell stack device can be improved.
  • FIG. 5 is an external perspective view showing an example of the fuel cell module 18 in which the fuel cell stack device 11 is accommodated in the storage container 19, and the fuel shown in FIG. 3 is placed inside the rectangular parallelepiped storage container 19. The battery cell stack device 11 is accommodated.
  • a reformer 20 for reforming raw fuel such as natural gas or kerosene to generate fuel gas is provided above the fuel cell stack 12 in order to obtain fuel gas used in the fuel cell 10. It is arranged.
  • the fuel gas generated by the reformer 20 is supplied to the gas tank 16 via the gas flow pipe 21 and supplied to the gas flow path 2 provided inside the fuel battery cell 10 via the gas tank 16. .
  • FIG. 5 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 19 is removed and the fuel cell stack device 11 and the reformer 20 housed inside are taken out rearward.
  • the fuel cell stack device 11 can be slid and stored in the storage container 19.
  • the fuel cell stack device 11 may include the reformer 20.
  • the oxygen-containing gas introduction member 22 provided inside the storage container 19 is disposed between the fuel cell stacks 12 juxtaposed to the gas tank 16, and the oxygen-containing gas flows into the flow of the fuel gas.
  • an oxygen-containing gas is supplied to the lower end of the fuel cell 10 so that the side of the fuel cell 10 flows from the lower end toward the upper end. Then, the fuel gas discharged in the x direction from the gas flow path 2 of the fuel battery cell 10 is reacted with the oxygen-containing gas and burned on the upper end side of the fuel battery cell 10, thereby increasing the temperature of the fuel battery cell 10. And the start-up of the fuel cell stack device 11 can be accelerated.
  • the fuel cell 10 (fuel cell stack 12). It is possible to warm the reformer 20 disposed above the slab. Thereby, the reforming reaction can be efficiently performed in the reformer 20.
  • the fuel cell module 18 of the present embodiment since the fuel cell stack device 11 described above is housed in the housing container 19, the fuel cell module 18 with improved long-term reliability can be obtained.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing an example of a fuel cell device in which the fuel cell module 18 shown in FIG. 5 and an auxiliary machine for operating the fuel cell stack device 11 are housed in an outer case. is there. In FIG. 6, a part of the configuration is omitted.
  • a fuel cell device 23 shown in FIG. 6 has a module housing chamber in which an outer case made up of support columns 24 and an outer plate 25 is divided into upper and lower portions by a partition plate 26 and the upper side thereof stores the above-described fuel cell module 18. 27, the lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 28 for storing auxiliary equipment for operating the fuel cell module 18. In addition, auxiliary machines stored in the auxiliary machine storage chamber 28 are omitted.
  • the partition plate 26 is provided with an air circulation port 29 for flowing the air in the auxiliary machine storage chamber 28 to the module storage chamber 27 side, and a part of the exterior plate 25 constituting the module storage chamber 27 An exhaust port 30 for exhausting the air in the module storage chamber 27 is provided.
  • the fuel cell module 18 that can improve the reliability is housed in the module housing chamber 27, thereby improving the reliability. 23.
  • the fuel electrode layer 3 is provided on the conductive porous substrate 1, but the fuel electrode layer (first electrode layer) itself may be a porous substrate.
  • the fuel cell, the cell stack device, the fuel cell module, and the fuel cell device have been described.
  • the present invention is not limited to this, and water vapor and voltage are applied to the electrolytic cell to provide water vapor.
  • the present invention can also be applied to an electrolysis cell (SOEC) that generates hydrogen and oxygen (O 2 ) by electrolyzing (water), and an electrolysis cell stack device, electrolysis module, and electrolysis device including the electrolysis cell.
  • SOEC electrolysis cell
  • electrolysis module electrolysis module
  • electrolysis device including the electrolysis cell.
  • the so-called vertical stripe type in which one power generating element portion is provided on the conductive porous substrate 1 has been described, but the present invention is not limited to this, and the insulating porous substrate is not limited to this.
  • a so-called horizontal stripe type having a plurality of power generation element portions may be used.
  • a clay prepared by mixing a NiO powder having an average particle size of 0.5 ⁇ m and a Y 2 O 3 powder having an average particle size of 0.9 ⁇ m and adding a pore former, an organic binder, and a solvent is used as an extrusion molding method. Molded and dried to produce a molded article for a porous substrate.
  • a dip solution prepared by mixing NiO powder with an average particle size of 0.5 ⁇ m and Y 2 O 3 powder with an average particle size of 0.9 ⁇ m and adding a pore former, an organic binder and a solvent are examples of a clay prepared by mixing a NiO powder having an average particle size of 0.5 ⁇ m and a Y 2 O 3 powder having an average particle size of 0.9 ⁇ m and adding a pore former, an organic binder and a solvent.
  • the upper end (30 mm from the upper end) and the lower end (30 mm from the lower end) of the molded body are each immersed for 10 seconds, pulled up, and blown off the dip liquid in the gas flow path by air blow, and then hold this state for 1 minute Dried and degreased.
  • a sheet for a solid electrolyte layer having a thickness of 30 ⁇ m was prepared by a doctor blade method.
  • a slurry for a fuel electrode layer is prepared by mixing a NiO powder having an average particle size of 0.5 ⁇ m, a ZrO 2 powder in which Y 2 O 3 is dissolved, an organic binder, and a solvent, and the slurry is applied onto a solid electrolyte layer sheet.
  • a fuel electrode layer compact was formed.
  • the fuel electrode layer molded body side surface was turned down and laminated at a predetermined position of the porous substrate molded body.
  • the laminated molded body in which the molded bodies were laminated as described above was calcined at 1000 ° C. for 3 hours.
  • reaction prevention layer molded body was produced by coating by the method.
  • a raw material composed of Ni and YSZ was mixed and dried, and an organic binder and a solvent were mixed to prepare an intermediate layer slurry.
  • the prepared intermediate layer slurry is applied to a portion of the porous substrate molded body where the fuel electrode layer (and the solid electrolyte layer) is not formed (a portion where the porous substrate molded body is exposed), and the intermediate layer molded body is applied.
  • An interconnector layer sheet was laminated on the intermediate layer molded body.
  • the above-mentioned laminated molded body is subjected to binder removal treatment, and simultaneously fired in the atmosphere at 1450 ° C. for 2 hours to produce a sintered body having a length of 200 mm, at a position of 15 mm from both longitudinal ends of the sintered body. Disconnected.
  • a mixed liquid composed of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 powder having an average particle diameter of 2 ⁇ m and isopropyl alcohol was prepared, and the surface of the reaction preventing layer of the laminated sintered body was applied by spraying to form a coating layer for the oxygen electrode layer, and baked at 1100 ° C. for 4 hours to form an oxygen electrode layer.
  • a fuel cell having a length of 170 mm shown in FIG. 1 was produced.
  • the thickness T11 at the lower end of the porous substrate at the position 5 mm from the upper and lower ends of the fuel cell (porous substrate), the thickness T12 at the upper end, and the thickness at the center Measure T2, and further measure the width B11 of the lower end portion and the width B12 of the upper end portion of the porous substrate at a position 5 mm from the upper and lower ends of the fuel cell (porous substrate) from a metal micrograph (30 times). , And the width B2 at the center were measured and listed in Table 1.
  • fuel gas is circulated through the gas flow path of the fuel cell, air is circulated outside the fuel cell, the fuel cell is heated to 750 ° C. using an electric furnace, a power generation test is performed, and 3 hours later As a result, the output density of all the samples was 0.23 W / cm 2 or more.
  • the lower end portion (up to 5 mm from the lower end) of the produced fuel cell is vertically fixed to a jig using crystallized glass, The amount of extrusion (upper end) until the upper end of the battery cell (position 5 mm from the upper end) is pushed out from the vertical direction with respect to the standing direction of the fuel cell and is gradually pushed out and cracked at the lower end of the fuel cell.
  • the strength at the lower end portion of the fuel cell was evaluated by measuring the amount of movement at a position 5 mm from the distance from Table 1, and the results are shown in Table 1.
  • the output density of the fuel cell is 0.23 W / cm 2 or more. It can be seen that the sample is high and the amount of extrusion of the sample is as large as 4 mm or more, and the strength of the upper and lower ends of the fuel cell is high.
  • Fuel cell stack device 18 Fuel cell module 23: Fuel cell device B11, B12: End width B2: Center portion width m1: First side surface m2: Second side surface n1: First main surface n2: Second main surface T11, T12: End portion thickness T2: Center portion thickness

Abstract

　【課題】　端部における破損を低減できる固体酸化物形電解セル、セルスタック装置および電解モジュールならびに電解装置を提供する。　【解決手段】　対向する一対の第１、第２主面ｎ１、ｎ２と該第１、第２主面ｎ１、ｎ２同士を接続する対向する一対の第１、第２側面ｍ１、ｍ２とを有し、前記第１、第２主面ｎ１、ｎ２に沿って長手方向にガス流路２を有する長尺状の多孔質基板と１、該多孔質基板１の第１主面ｎ２に設けられた、燃料極層３、固体電解質層４および酸素極層６を有する電解素子部９とを有するとともに、多孔質基板１の長手方向Ｌにおける両端部の厚みＴ１１、Ｔ１２が、長手方向Ｌにおける中央部の厚みＴ２よりも厚い。

Description

固体酸化物形電解セル、セルスタック装置および電解モジュールならびに電解装置
　本発明は、固体酸化物形電解セル、セルスタック装置および電解モジュールならびに電解装置に関するものである。
　従来、固体電解質層を燃料極層と酸素極層とで挟んで構成された発電素子部を有する固体酸化物形燃料電池セルが知られている。
　固体酸化物形燃料電池セル（以下、燃料電池セル、またはセルと略す場合がある）として、例えば、上記のような発電素子部を、内部にガス通路を備えた導電性の多孔質基板上に配置した、いわゆる中空平板型のセルが知られている。このような中空平板型の燃料電池セルでは、多孔質基板内部のガス通路に燃料ガス（例えば、水素含有ガス）を流すことにより、多孔質基板内部のガス流路を介して固体電解質層の燃料極層側に水素を供給すると同時に、燃料電池セルの外側に空気等の酸素含有ガスを流すことにより、固体電解質層の酸素極層側に酸素を供給し、固体電解質層を燃料極層および酸素極層で挟持した発電素子部で発電し、発電した電流を、多孔質基板に設けられているインターコネクタ層により取り出すようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－１４６３３４号公報
　しかしながら、従来の特許文献１の固体酸化物形燃料電池セルでは、端部に何らかの衝撃が与えられたり、もしくは端部に応力が集中した場合に、セル端部が破損するおそれがあった。
　本発明は、端部における破損を低減できる固体酸化物形電解セル、セルスタック装置および電解モジュールならびに電解装置を提供することを目的とする。
課題を解するための手段
　本発明の固体酸化物形電解セルは、対向する一対の第１、第２主面と、該第１、第２主面同士を接続する対向する一対の第１、第２側面とを有し、前記第１、第２主面に沿って長手方向にガス流路を有する長尺状の多孔質基板と、該多孔質基板の第１主面に設けられた、第１電極層、固体電解質層および第２電極層を有する電解素子部とを有するとともに、前記多孔質基板の前記長手方向における両端部の厚みが、前記長手方向における中央部の厚みよりも厚いことを特徴とする。
　また、本発明の固体酸化物形電解セルは、対向する一対の第１、第２主面と、該第１、第２主面同士を接続する対向する一対の第１、第２側面とを有し、前記第１、第２主面に沿って長手方向にガス流路を有する長尺状の第１電極層である多孔質基板と、該多孔質基板の第１主面に設けられた固体電解質層および第２電極層とを有するとともに、前記多孔質基板の前記長手方向における両端部の厚みが、前記長手方向における中央部の厚みよりも厚いことを特徴とする。
　本発明のセルスタック装置は、上記固体酸化物形電解セルを複数電気的に接続してなるセルスタックが、ガスタンクに接合されており、前記ガスタンクの内部空間と前記固体酸化物形電解セルのガス流路とが連通していることを特徴とする。
　本発明の電解モジュールは、上記固体酸化物形電解セルを収納容器内に収納してなることを特徴とする。
　本発明の電解装置は、上記電解モジュールと、該電解モジュールを動作させるための補機とを外装ケース内に収納してなることを特徴とする。
　本発明の固体酸化物形電解セルは、多孔質基板の長手方向における中央部の厚みＴ２が薄いため、多孔質基板のガス流路を通過するガスが固体電解質層表面に供給されやすくなり、固体酸化物形電解セルの効率を向上できるとともに、多孔質基板の長手方向における両端部の厚みが中央部の厚みよりも厚いため、固体酸化物形電解セルの両端部における強度を向上し、破損を低減することができる。これにより、性能が高く、信頼性の高いセルスタック装置、電解モジュール、電解装置を提供できる。
固体酸化物形燃料電池セルの一形態を示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。 （ａ）は図１に示す固体酸化物形燃料電池セルの側面図、（ｂ）は多孔質基板の正面図、（ｃ）は多孔質基板の側面図である。 燃料電池セルスタック装置の一形態を示し、（ａ）は燃料電池セルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）の燃料電池セルスタック装置の破線で囲った部分の一部を拡大した横断面図である。 図３に示す燃料電池セルスタック装置の一部縦断面図である。 燃料電池モジュールの一形態を示す外観斜視図である。 燃料電池装置の一形態を示す分解斜視図である。
　図１は、本発明の固体酸化物形電解セルを固体酸化物形燃料電池セル（以下、燃料電池セル、またはセルと略す場合がある）１０に適用した場合の一形態を示すものであり、（ａ）はその横断面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図である。なお、両図面において、燃料電池セル１０の各構成を一部拡大して示している。
　この燃料電池セル１０は、中空平板型の燃料電池セル１０であり、Ｎｉを含有してなる導電性で断面が扁平状の長尺状の多孔質基板１を備えている。多孔質基板１の内部には、複数のガス流路２が多孔質基板１の長手方向Ｌの一方側（下端側）から他方側（上端側）に延びており、燃料電池セル１０は、この多孔質基板１上に各種の部材が設けられた構造を有している。ガス流路２は多孔質基板１の幅方向Ｂに所定間隔を置いて複数形成されており、ガス流路２は多孔質基板１の長手方向Ｌに貫通している。長尺状の多孔質基板１とは、幅よりも長手方向Ｌの長さが長い多孔質基板１である。
　多孔質基板１は、図１に示されている形状から理解されるように、互いに向かい合った一対の第１、第２主面（平坦面）ｎ１、ｎ２と、一対の第１、第２主面ｎ１、ｎ２をそれぞれ接続する一対の第１、第２側面（弧状面）ｍ１、ｍ２とを有している。第１主面ｎ１と第２主面ｎ２は互いにほぼ平行に形成されており、第１主面ｎ１（下面）と一対の第１、第２側面ｍ１、ｍ２を覆うように多孔質な燃料極層（第１電極層）３が設けられており、さらに、この燃料極層３を覆うように、緻密質な固体電解質層４が積層されている。また、固体電解質層４の上には、反応防止層５を介して、燃料極層３と対面するように、多孔質な酸素極層６（第２電極層）が積層されている。また、燃料極層３および固体電解質層４が積層されていない第２主面ｎ２（上面）には、中間層７を介して緻密質なインターコネクタ層８が形成されている。固体電解質層４を燃料極層３と酸素極層６とで挟んで構成された発電素子部９が、多孔質基板１の第１主面ｎ１の長手方向中央部に主として形成されている。第１、第２主面ｎ１、ｎ２の面積は、第１、第２側面ｍ１、ｍ２の面積よりも十分に大きい。
　言い換えれば、多孔質基板１の第１主面ｎ１に、固体電解質層４を燃料極層３、酸素極層６で挟んで構成された発電素子部９が設けられ、第２主面ｎ２に、中間層７、インターコネクタ層８が形成されている。
　インターコネクタ層８と多孔質基板１との間の中間層７は、燃料極層３と同様な組成を有しており、例えば、Ｎｉとセラミック材料（例えばＹＳＺ）とを含有している。さらにこれらとＹ２Ｏ３を有しているものでも良い。
　燃料極層３および固体電解質層４は、第１主面ｎ１から第１、第２側面ｍ１、ｍ２を経由して第２主面ｎ２（上面）まで形成されており、固体電解質層４の両端にインターコネクタ層８の両端が位置するように積層され、緻密質な固体電解質層４とインターコネクタ層８とで多孔質基板１の周囲を取り囲み、緻密質な筒状体の内部を流通する燃料ガスが外部に漏出しないように構成されている。
　そして、多孔質基板１は、図２（ｂ）に示すように、長手方向Ｌにおける中央部の厚みＴ２よりも、両端部の厚みＴ１１、Ｔ１２が厚く形成されている。また、長手方向Ｌにおける中央部の幅Ｂ２よりも、両端部の幅Ｂ１１、Ｂ１２が広く形成されている。なお、図２（ｂ）、（ｃ）は、幅、厚みを拡大して示している。
　多孔質基板１の長手方向Ｌにおける両端部、すなわち、図２（ｂ）に示すように、長手方向Ｌの一方側の端部（下端部）の厚みＴ１１および他方側の端部（上端部）の厚みＴ１２は、中央部の厚みＴ２の１．０３倍以下であるが望ましい。また、両端部の厚みＴ１１、Ｔ１２は厚みＴ２の１．００５倍以上、さらには１．０１倍以上であることが望ましい。特には、両端部の厚みＴ１１、Ｔ１２は、中央部の厚みＴ２の１．０１倍以上１．０２倍以下であることが望ましい。両端部の厚みＴ１１、Ｔ１２は、多孔質基板１の長手方向Ｌの両端から５ｍｍの位置、かつ幅方向Ｂの中央における厚みであり、中央部の厚みＴ２は、多孔質基板１の長手方向Ｌの中央で、かつ幅方向Ｂの中央における厚みである。多孔質基板１の厚みは、中央部から両端に向けて段階的に厚くなっても良く、次第に厚くなっても良い。図２（ｂ）では両端に向けて次第に厚くなる場合を記載した。
　多孔質基板１の長手方向Ｌにおける両端部の幅Ｂ１１、Ｂ１２は、中央部の幅Ｂ２の１．０２倍以下であることが望ましい。特には、両端部の幅Ｂ１１、Ｂ１２は、中央部の幅Ｂ２の１．００５倍以上１．０１倍以下であることが望ましい。両端部の幅Ｂ１１、Ｂ１２は、多孔質基板１の長手方向Ｌの両端から５ｍｍの位置における幅であり、中央部の幅Ｂ２は、多孔質基板１の長手方向Ｌの中央における幅である。多孔質基板１の幅は、中央部から両端に向けて段階的に広くなっても良く、次第に広くなっても良い。図２（ｃ）では両端に向けて次第に広くなる場合を記載した。
　多孔質基板１の厚みＴ１１、Ｔ１２、Ｔ２は、第１主面ｎ１と第２主面ｎ２との間の距離であり、多孔質基板１の幅Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ２は、第１側面ｍ１と第２側面ｍ２との間の距離である。
　多孔質基板１は、内部のガス通路２を流れる燃料ガスを、固体電解質層４の燃料極層３側に供給する必要があるため、ガス流路２から固体電解質層４までの距離は短いことが望ましい。また、多孔質基板１は導電性を有しており、発電素子部９とインターコネクタ層８との間の多孔質基板１を厚み方向に直線的に電流が流れるため、多孔質基板１の厚みは薄い方が良いが、燃料電池セル１０の両端部は、何らかの衝撃が加わると破損するおそれがあるため、多孔質基板１の両端部の厚みは厚い方が良い。
　上記実施形態では、多孔質基板１の長手方向Ｌにおける中央部の厚みＴ２よりも両端部の厚みＴ１１、Ｔ１２が厚いため、両端部の強度を向上でき、燃料電池セル１０の両端部における破損を低減できる。また、中央部の厚みＴ２は両端部の厚みＴ１１、Ｔ１２よりも薄いため、固体電解質層４に燃料ガスを供給し易くなり、さらに、多孔質基板１の厚み方向Ｔに対向して配置される発電素子部９とインターコネクタ層８との間の距離が小さくなり、多孔質基板１の厚み方向Ｔに流れる電流の損失が小さくなり、これらにより、燃料電池セル１０の発電効率を向上できる。
　さらに、両端部の幅Ｂ１１、Ｂ１２が中央部の幅Ｂ２よりも広いため、強度の低い、両端部の弧状面を補強することができる。
　以下、各部材について説明する。
　（多孔質基板１）
　多孔質基板１は、燃料ガスを燃料極層３まで透過させるためにガス透過性であること、およびインターコネクタ層８を介しての集電を行うために導電性であることが要求されるが、このような要求を満たすと同時に、同時焼成により生じる不都合を回避するために、鉄属金属成分と、セラミック成分、例えば特定の希土類酸化物とから多孔質基板１を構成するのがよい。特にこれに限定されるものではない。
　鉄族金属成分は、多孔質基板１に導電性を付与するためのものであり、鉄族金属単体であってもよいし、また鉄族金属酸化物、鉄族金属の合金もしくは合金酸化物であってもよい。鉄族金属には、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏがあり、本形態では、何れをも使用することができるが、安価であることおよび燃料ガス中で安定であることからＮｉおよび／またはＮｉＯを鉄族金属成分として含有していることが好ましい。
　また希土類酸化物は、多孔質基板１の熱膨張係数を固体電解質層４の熱膨張係数と近似させるために使用されるものであり、高い導電率を維持しかつ固体電解質層４等への元素拡散を防止するために、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒからなる群より選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含む希土類酸化物が、上記鉄族金属成分と組合せで使用することが好適である。かかる希土類酸化物としては、Ｙ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｐｒ２Ｏ３を例示することができ、特に安価であるという点で、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３が好適である。
　これらの希土類酸化物は、焼成時や発電中において、鉄族金属やその酸化物との固溶、反応をほとんど生じることがなく、しかも、多孔質基板１中の鉄族金属あるいはその酸化物、および上記希土類酸化物は、何れも拡散しにくい。従って、多孔質基板１と固体電解質層４とが同時焼成された場合においても、希土類元素の固体電解質層４への拡散が有効に低減され、固体電解質層４のイオン伝導度等への悪影響を回避することができる。
　特に、多孔質基板１の熱膨張係数を固体電解質層４の熱膨張係数に近似させるという点で、上記の鉄族金属は多孔質基板１中に３５～７０体積％の量で含まれ、上記の希土類酸化物は、多孔質基板１中に３０～６５体積％の量で含まれていることが好適である。尚、多孔質基板１中には、要求される特性が損なわれない限りの範囲で他の金属成分や酸化物成分を含有していてもよい。
　上記のような鉄族金属成分と希土類酸化物とから構成される多孔質基板１は、燃料ガス透過性を有していることが必要であるため、通常、開気孔率が３０％以上、特に３５～５０％の範囲にあることが好適である。また、多孔質基板１の導電率は、３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。
　また、多孔質基板１の厚さは通常、２～３５ｍｍに設定され、多孔質基板１の長さは、用途に応じて適宜設定されるが、一般家庭での発電用に使用される場合には、通常、５０～２５０ｍｍ程度の長さに設定される。さらに、第１主面ｎ１と第２主面ｎ２の両端には、コーナー部での欠けを防止し、さらには機械的強度を高めるために第１、第２側面ｍ１、ｍ２が形成されるが、固体電解質層４の剥離を防止するためには、第１、第２側面ｍ１、ｍ２の曲率半径を５ｍｍ以下、好ましくは１～５ｍｍの範囲とするのがよい。
　（燃料極層３）
　燃料極層３は、電極反応を生じせしめるものであり、それ自体公知の多孔質のサーメットから形成される。例えば、希土類酸化物が固溶しているＺｒＯ２あるいはＣｅＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとから形成される。
　燃料極層３中の上記ＺｒＯ２あるいはＣｅＯ２含量は、３５～６５体積％の範囲にあるのが好ましく、またＮｉあるいはＮｉＯ含量は、６５～３５体積％であるのがよい。さらに、この燃料極層３の開気孔率は、１５％以上、特に２０～４０％の範囲にあるのがよく、その厚みは、性能低下および熱膨張差による剥離等を防止するため、１～３０μｍであることが望ましい。
　また、ＺｒＯ２あるいはＣｅＯ２中に固溶している希土類酸化物としては、多孔質基板１で使用する希土類酸化物に関して示したものと同様のものを例示することができるが、セルの分極値を低くするという点で、ＺｒＯ２に対してはＹ２Ｏ３が３～１０モル％程度、ＣｅＯ２に対してはＳｍ２Ｏ３が５～２０モル％程度固溶しているものが好ましい。
　さらに、この燃料極層３は、少なくとも酸素極層６に対面する位置に存在していればよい。即ち、図１の例では、燃料極層３は、多孔質基板１の第１主面ｎ１から、第１、第２側面ｍ１、ｍ２を介して第２主面ｎ２まで延びており、インターコネクタ層８の両端まで延びているが、第１主面ｎ１にのみ形成されていてもよい。
　尚、図示されていないが、必要により、上記の燃料極層３上に拡散抑制層を設け、このような拡散抑制層を燃料極層３と固体電解質層４との間に介在させることもできる。この拡散抑制層は、燃料極層３または多孔質基板１からの固体電解質層４への元素拡散を低減し、絶縁層形成による性能低下を回避するためのものであり、例えば、Ｌａ２Ｏ３が固溶したＣｅＯ２、またはＣｅＯ２が固溶したＬａ２Ｏ３、あるいはそれらの混合体から形成される。さらに、元素拡散を遮断または低減する効果を高めるために、他の希土類元素の酸化物が、この拡散防止層に含有されていてもよい。この希土類元素としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕを例示することができる。
　また、このような拡散抑制層は、固体電解質層４と共に、インターコネクタ層８の両端部まで延びていることが好ましい。これにより、多孔質基板１や燃料極層３から固体電解質層４への元素拡散をさらに防止することができる。
　（固体電解質層４）
　固体電解質層４は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有すると同時に、燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有していることが必要である。固体電解質層４の形成に用いる固体電解質としては、このような特性を備えている緻密質な酸化物セラミックス、例えば、３～１５モル％の希土類酸化物が固溶した安定化ジルコニアを用いるのが好ましい。この安定化ジルコニア中の希土類元素としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕを例示することができるが、安価であるという点で、Ｙ、Ｙｂが好適である。
　さらには、ＬａとＧａとを含むペロブスカイト型ランタンガレート系複合酸化物も固体電解質として使用することができる。この複合酸化物は、高い酸素イオン伝導性を有するものであり、これを固体電解質として使用することにより、高い発電効率を得ることができる。このランタンガレート系複合酸化物は、ＡサイトにＬａおよびＳｒ、ＢサイトにＧａおよびＭｇを有するものであり、例えば下記一般式：（Ｌａ１－ｘＳｒｘ）（Ｇａ１－ｙＭｇｙ）Ｏ３（式中、ｘは、０＜ｘ＜０．３の数であり、ｙは、０＜ｙ＜０．３の数である）で表される組成を有していることが望ましい。このような組成の複合酸化物を固体電解質として使用することによっても、高い発電性能を発揮させることができる。
　固体電解質層４は、ガス透過を防止するという点から相対密度（アルキメデス法による）が９３％以上、特に９５％以上であることが望ましい。
　（酸素極層６）
　固体電解質層４に形成される酸素極層６は、電極反応を生じせしめるものであり、図１に示されているように、固体電解質層４を間に挟んで、前述した燃料極層３と対面するような位置に配置されている。すなわち、酸素極層６は少なくとも多孔質基板１の第１主面ｎ１上に位置する部分に配置される。
　かかる酸素極層６は、所謂ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物の焼結体粒子からなる。このようなペロブスカイト型酸化物としては、遷移金属型ペロブスカイト酸化物、特にＡサイトにＬａを有するＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物の少なくとも一種が好適であり、６００～１０００℃程度の比較的低温での電気伝導性が高く、酸素イオンに対して優れた表面拡散機能と体積拡散機能とを示すという点から、（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３系酸化物、例えば下記一般式：ＬａｙＳｒ１－ｙＣｏＺＦｅ１－ＺＯ３（式中、ｙは、０．５≦ｙ≦０．７の数であり、ｚは、０．２≦ｚ≦０．８の数である）で表される組成を有する複合酸化物が特に好適である。
　また、このような酸素極層６は、ガス透過性を有していなければならず、従って、上記の導電性セラミックス（ペロブスカイト型酸化物）は、開気孔率が２０％以上、特に３０～５０％の範囲にあることが望ましい。また、酸素極層６の厚みは、集電性という点から３０～１００μｍであることが望ましい。
　また、上記の酸素極層６は、固体電解質層４上に形成してもよいが、固体電解質層４上に反応防止層５を設け、このような反応防止層５を介して酸素極層６を固体電解質層４に積層することもできる。このような反応防止層５は、酸素極層６から固体電解質層４への元素拡散を遮断するためのものであり、元素拡散防止機能を有する酸化物の焼結体から形成される。このような反応防止層用酸化物としては、例えば、構成元素としてＣｅを含有する酸化物を例示することができ、特にＣｅＯ２に希土類酸化物が固溶したＣｅ系複合酸化物が高い元素拡散遮断性に加えて、酸素イオン導電性および電子伝導性に優れているという点で、好適に使用される。
　（インターコネクタ層８）
　多孔質基板１の第２主面ｎ２上に設けられているインターコネクタ層８は、導電性セラミックスからなるが、燃料ガス（水素）および酸素含有ガスと接触するため、耐還元性、耐酸化性を有していることが必要である。このため、かかる導電性セラミックスとしては、一般に、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が使用される。インターコネクタ層８としては、Ｔｉを含有する、例えばＬａＳｒＴｉＯ３系のペロブスカイト形複合酸化物等であっても良く、特に限定されるものではない。また、多孔質基板１の内部を通る燃料ガスおよび多孔質基板１の外部を通る酸素含有ガスのリークを防止するため、かかる導電性セラミックスは緻密質でなければならず、例えば９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好適である。
　かかるインターコネクタ層８の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗という点から、１０～２００μｍであることが望ましい。
　（燃料電池セルの製造）
　上述した構造を有する燃料電池セル１０は、例えば、前述した多孔質基板１を形成するための混合粉末（即ち、鉄族金属もしくはその酸化物粉末と希土類酸化物粉末との混合粉末）に、造孔材と、有機バインダーと、溶媒、および必要によりメチルセルロース等の分散剤とを混合してスラリーを調製し、このスラリーを押出成形して、ガス流路を有する柱状の多孔質基板用成形体を作製する。
　また、上記スラリーを用いてシートを作成し、このシートを多孔質基板用成形体の上端部および下端部に巻き付け、これを乾燥し、８００～１１００℃の温度域で仮焼する。この方法では、多孔質基板１の厚みを長手方向中央部から両端に向けて段階的に厚く形成でき、幅を長手方向中央部から両端に向けて段階的に広く形成できる。
　あるいは、上記スラリーの材料を用いて作製したディップ液中に、多孔質基板用成形体の下端部を浸漬し、ディップ液中から引き上げ、エアーブローでガス流路中のディップ液を吹き飛ばした状態で所定時間保持し、その後、上端部を浸漬し、ディップ液中から引き上げ、エアーブローでガス流路中のディップ液を吹き飛ばした状態で所定時間保持し、これを乾燥し、８００～１１００℃の温度域で仮焼する。この浸漬塗布方法では、多孔質基板１の厚みを長手方向中央部から両端に向けて次第に厚く形成でき、幅を長手方向中央部から両端に向けて次第に広く形成できる。押出成形された多孔質基板用成形体と、浸漬塗布して形成された膜は、焼成後には同一組織となる。
　多孔質基板１の厚みだけを長手方向中央部から両端に向けて厚くするには、多孔質基板用成形体の主面にのみ上記シートを積層したり、多孔質基板用成形体の主面にのみ上記スラリーを塗布するように浸漬すれば良い。
　なお、上記多孔質基板用成形体を作製するにあたって、用いる混合粉末は、例えば、鉄族金属もしくは鉄族金属酸化物の粉末（以下、導体粉末と呼ぶ）と希土類酸化物粉末とを所定の体積比で混合したものである。
　固体電解質層用のシート（以下、固体電解質層用シートと呼ぶ）を作製する。即ち、Ｙ２Ｏ３を含有したＺｒＯ２（ＹＳＺ）などの固体電解質粉末を、有機バインダーおよびトルエン等の溶媒と混合して成形用スラリーを調製し、このスラリーを用いて、固体電解質層用シートを成形する。
　次いで、燃料極層形成用粉末（例えばＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との混合粉末）に有機バインダーと溶媒とを混合して調製されたスラリーを用いて、燃料極層用シートを作製し、この燃料極層用シートを、上記の固体電解質層用シートの一方の面に積層し、これを、前述した多孔質基板用成形体（仮焼体）の所定位置に燃料極層用シートが対面するように巻き付け、乾燥する。
　この後、例えば、ＬａＣｒＯ３系材料などのインターコネクタ層用粉末を、有機バインダーおよび溶媒に混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いて常法に従ってインターコネクタ層用シートを作製する。
　次に、中間層形成用粉末（例えばＮｉおよび／またはＮｉＯ粉末と希土類酸化物が固溶したＺｒＯ２粉末との混合粉末）を、所定の有機バインダーおよび溶媒と混合してスラリーを調製し、これらのスラリーを、多孔質基板用成形体の仮焼体の所定面の部分に塗布し、中間層用のコーティング層を形成する。この中間層用のコーティング層にインターコネクタ層用シートを積層し、乾燥する。
　次いで上記の積層成形体について、脱バインダー処理のための熱処理を行なった後、酸素含有雰囲気中で１３００～１６００℃で同時焼成することにより、多孔質基板１上に燃料極層３および固体電解質層４が積層され、さらに所定位置に中間層７、インターコネクタ層８が積層された焼結体を得ることができる。この後、焼結体の長手方向の両端から所定距離離れた位置を切断し、所定長さの焼結体を得る。
　さらに、上記で得られた焼結体の反応防止層５上に、ＬａＦｅＯ３系酸化物粉末などを溶媒に分散させた酸素極層用の塗布液をスプレー噴霧して（あるいはディッピングし）酸素極層用コーティング層を形成し、１０００～１３００℃で焼き付けることにより、酸素極層６を備えた燃料電池セル１０を得ることができる。または、酸素極層用のスラリーを塗布して形成できる。尚、得られた燃料電池セル１０は、酸素含有雰囲気での焼成により、多孔質基板１などに含まれる導体成分がＮｉＯなどの酸化物となっているが、このような酸化物は、ガス流路２に燃料ガスを供給しての還元処理や発電によって還元されることになる。
　図３は、上述した燃料電池セル１０の複数個を、集電部材１３を介して電気的に直列に接続して構成された燃料電池セルスタック装置の一例を示したものであり、（ａ）は燃料電池セルスタック装置１１を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）の燃料電池セルスタック装置１１の一部拡大断面図であり、（ａ）で示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、（ｂ）において（ａ）で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするために矢印にて示しており、（ｂ）で示す燃料電池セル１０においては、上述した反応防止層５等の一部の部材を省略して示している。
　なお、燃料電池セルスタック装置１１においては、各燃料電池セル１０を集電部材１３を介して配列することでセルスタック１２を構成しており、各燃料電池セル１０の下端部が、図４に示すように、燃料電池セル１０に燃料ガスを供給するためのガスタンク１６の上壁に、シール材１７により固定されている。すなわち、ガスタンク１６の上壁には、セルスタック１２の下端部が挿入される貫通穴１６ａが形成されており、セルスタック１２の下端部が貫通穴１６ａに挿入された状態で、ガラス、ガラスセラミックス等のシール材１７で接合されている。なお、図４には、便宜上、３本の燃料電池セル１０をガスタンク１６に立設した状態を示した。
　また、図３に示したように、燃料電池セル１０の配列方向の両端から、燃料電池セルスタック１２を挟持するように、ガスタンク１６に下端部が固定された弾性変形可能な導電部材１４を具備している。
　また、導電部材１４においては、燃料電池セル１０の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、燃料電池セルスタック１２（燃料電池セル１０）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部１５が設けられている。
　以上のようなセルスタック装置１１では、上述したように、多孔質基板１の中央部の厚みＴ２が両端部の厚みＴ１１、Ｔ１２よりも小さいため、燃料電池セル１０の発電性能を向上でき、セルスタック装置としても発電性能を向上できるとともに、燃料電池セル１０の破損を低減できるため、セルスタック装置の長期信頼性を向上できる。
　図５は、燃料電池セルスタック装置１１を収納容器１９内に収納してなる燃料電池モジュール１８の一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器１９の内部に、図３に示した燃料電池セルスタック装置１１を収納して構成されている。
　なお、燃料電池セル１０にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器２０を燃料電池セルスタック１２の上方に配置している。そして、改質器２０で生成された燃料ガスは、ガス流通管２１を介してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６を介して燃料電池セル１０の内部に設けられたガス流路２に供給される。
　なお、図５においては、収納容器１９の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されている燃料電池セルスタック装置１１および改質器２０を後方に取り出した状態を示している。図５に示した燃料電池モジュール１８においては、燃料電池セルスタック装置１１を、収納容器１９内にスライドして収納することが可能である。なお、燃料電池セルスタック装置１１は、改質器２０を含むものとしても良い。
　また収納容器１９の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材２２は、図５においてはガスタンク１６に並置された燃料電池セルスタック１２の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル１０の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、燃料電池セル１０の下端部に酸素含有ガスを供給する。そして、燃料電池セル１０のガス流路２よりｘ方向に排出される燃料ガスを酸素含有ガスと反応させて燃料電池セル１０の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル１０の温度を上昇させることができ、燃料電池セルスタック装置１１の起動を早めることができる。また、燃料電池セル１０の上端部側にて、燃料電池セル１０のガス流路２から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、燃料電池セル１０（燃料電池セルスタック１２）の上方に配置された改質器２０を温めることができる。それにより、改質器２０で効率よく改質反応を行うことができる。
　さらに、本形態の燃料電池モジュール１８では、上述した燃料電池セルスタック装置１１を収納容器１９内に収納してなることから、長期信頼性が向上した燃料電池モジュール１８とすることができる。
　図６は、外装ケース内に、図５で示した燃料電池モジュール１８と、燃料電池セルスタック装置１１を動作させるための補機とを収納してなる燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図６においては一部構成を省略して示している。
　図６に示す燃料電池装置２３は、支柱２４と外装板２５とから構成される外装ケース内を仕切板２６により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール１８を収納するモジュール収納室２７とし、下方側を燃料電池モジュール１８を動作させるための補機類を収納する補機収納室２８として構成されている。なお、補機収納室２８に収納する補機類は省略している。
　また、仕切板２６には、補機収納室２８の空気をモジュール収納室２７側に流すための空気流通口２９が設けられており、モジュール収納室２７を構成する外装板２５の一部に、モジュール収納室２７内の空気を排気するための排気口３０が設けられている。
　このような燃料電池装置２３においては、上述したように、信頼性を向上することができる燃料電池モジュール１８をモジュール収納室２７に収納して構成されることにより、信頼性の向上した燃料電池装置２３とすることができる。
　なお、本発明は上述の実施の形態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内において、種々の変更、改良等が可能である。
　例えば、上記形態では、導電性の多孔質基板１に燃料極層３を設けたが、燃料極層（第１電極層）自体を多孔質基板としても良いことは勿論である。
　また、上記形態では、燃料電池セル、セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電解セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気（水）を電気分解することにより、水素と酸素（Ｏ２）を生成する電解セル（ＳＯＥＣ）、およびこれを備える電解セルスタック装置および電解モジュールならびに電解装置にも適用することができる。
　さらに、上記形態では、導電性の多孔質基板１に一つの発電素子部を設けた、いわゆる縦縞型について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁性の多孔質基板に複数の発電素子部を設けた、いわゆる横縞型であっても良いことは勿論である。
　先ず、平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．９μｍのＹ２Ｏ３粉末を混合し、造孔材、有機バインダーおよび溶媒を添加して作製した坏土を押出成形法にて成形し、乾燥して多孔質基板用成形体を作製した。平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末と、平均粒径０．９μｍのＹ２Ｏ３粉末を混合し、造孔材、有機バインダーおよび溶媒を添加して作製したディップ液中に、多孔質基板用成形体の上端部（上端から３０ｍｍ）および下端部（下端から３０ｍｍ）を、それぞれ１０秒間浸漬し、引き上げ、エアーブローでガス流路の中のディップ液を吹き飛ばした後、この状態を１分間保持し、乾燥させ、脱脂した。
　次に、８ｍｏｌ％のＹが固溶したマイクロトラック法による粒径が０．８μｍのＺｒＯ２粉末（固体電解質層原料粉末）と有機バインダーと溶媒とを混合して得られたスラリーを用いて、ドクターブレード法にて厚み３０μｍの固体電解質層用シートを作製した。
　次に平均粒径０．５μｍのＮｉＯ粉末とＹ２Ｏ３が固溶したＺｒＯ２粉末と有機バインダーと溶媒とを混合した燃料極層用スラリーを作製し、固体電解質層用シート上に塗布して燃料極層成形体を形成した。続いて、燃料極層成形体側の面を下にして多孔質基板用成形体の所定位置に積層した。
　続いて、上記のように成形体を積層した積層成形体を１０００℃にて３時間仮焼処理した。
　次に、Ｇｄ２Ｏ３が固溶したＣｅＯ２粉末と有機バインダーと溶媒とを混合した反応防止層用のスラリーを、得られた積層仮焼体の固体電解質層仮焼体上に、スクリーン印刷法にて塗布し、反応防止層成形体を作製した。
　続いて、Ｌａ（Ｍｇ０．３Ｃｒ０．７）０．９６Ｏ３と、有機バインダーと溶媒とを混合したスラリーを作製し、インターコネクタ層用シートを作製した。
　ＮｉとＹＳＺとからなる原料を混合して乾燥し、有機バインダーと溶媒とを混合して中間層用スラリーを調整した。調整した中間層用スラリーを、多孔質基板用成形体の燃料極層（および固体電解質層）が形成されていない部位（多孔質基板用成形体が露出した部位）に塗布して中間層成形体を積層した。中間層成形体の上に、インターコネクタ層用シートを積層した。
　次いで、上記の積層成形体を脱バインダー処理し、大気中で１４５０℃にて２時間同時焼成し、長さ２００ｍｍの焼結体を作製し、この焼結体の長手方向両端から１５ｍｍの位置で切断した。
　次に、平均粒径２μｍのＬａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３粉末と、イソプロピルアルコールとからなる混合液を作製し、積層焼結体の反応防止層の表面に噴霧塗布し、酸素極層用コーティング層を形成し、１１００℃にて４時間で焼き付け、酸素極層を形成し、図１に示す長さ１７０ｍｍの燃料電池セルを作製した。
　次に、この燃料電池セルの内部に水素ガスを流し、８５０℃で１０時間、多孔質支持体および燃料極層の還元処理を施した。
　走査型電子顕微鏡写真（３０倍）から、燃料電池セル（多孔質基板）の上下端から５ｍｍの位置における多孔質基板の下端部の厚みＴ１１、上端部の厚みＴ１２、および中央部の位置における厚みＴ２を測定し、さらに、金属顕微鏡写真（３０倍）から、燃料電池セル（多孔質基板）の上下端から５ｍｍの位置における多孔質基板の下端部の幅Ｂ１１、上端部の幅Ｂ１２を測定し、および中央部における幅Ｂ２を測定し、表１に記載した。
　また、燃料電池セルのガス流路に燃料ガスを流通させ、燃料電池セルの外側に空気を流通させ、燃料電池セルを電気炉を用いて７５０℃まで加熱し、発電試験を行い、３時間後の出力密度を測定したところ、全ての試料の出力密度が０．２３Ｗ／ｃｍ２以上であった。
　この後、固体酸化物形燃料電池セルの下端部における強度を確認すべく、作製した燃料電池セルの下端部（下端から５ｍｍまで）を結晶化ガラスを用いて治具に立設固定し、燃料電池セルの上端部（上端から５ｍｍの位置）を、燃料電池セルの立設方向に対して垂直方向から徐々に押圧して押出し、燃料電池セルの下端部にクラックが入るまでの押出量（上端から５ｍｍの位置の移動量）を測定することにより、燃料電池セルの下端部における強度を評価し、結果を表１に記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　この表１から、多孔質基板の長手方向における上下端部の厚みＴ１１、Ｔ１２が、長手方向における中央部の厚みＴ２よりも厚いため、燃料電池セルの出力密度が０．２３Ｗ／ｃｍ２以上と高く、かつ試料の押出量が４ｍｍ以上と大きく、燃料電池セルの上下端部の強度が大きいことがわかる。
１：多孔質基板
２：燃料ガス流路
３：燃料極層（第１電極層）
４：固体電解質層
６：酸素極層（第２電極層）
７：中間層
８：インターコネクタ層
９：発電素子部
１０：固体酸化物形燃料電池セル
１１：燃料電池セルスタック装置
１８：燃料電池モジュール
２３：燃料電池装置
Ｂ１１、Ｂ１２：端部の幅
Ｂ２：中央部の幅
ｍ１：第１側面
ｍ２：第２側面
ｎ１：第１主面
ｎ２：第２主面
Ｔ１１、Ｔ１２：端部の厚み
Ｔ２：中央部の厚み

Claims (10)

  1. 　対向する一対の第１、第２主面と、該第１、第２主面同士を接続する対向する一対の第１、第２側面とを有し、前記第１、第２主面に沿って長手方向にガス流路を有する長尺状の多孔質基板と、該多孔質基板の第１主面に設けられた、第１電極層、固体電解質層および第２電極層を有する電解素子部とを有するとともに、前記多孔質基板の前記長手方向における両端部の厚みが、前記長手方向における中央部の厚みよりも厚いことを特徴とする固体酸化物形電解セル。
  2. 　対向する一対の第１、第２主面と、該第１、第２主面同士を接続する対向する一対の第１、第２側面とを有し、前記第１、第２主面に沿って長手方向にガス流路を有する長尺状の第１電極層である多孔質基板と、該多孔質基板の第１主面に設けられた固体電解質層および第２電極層とを有するとともに、前記多孔質基板の前記長手方向における両端部の厚みが、前記長手方向における中央部の厚みよりも厚いことを特徴とする固体酸化物形電解セル。
  3. 　前記多孔質基板の第２主面にインターコネクタ層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体酸化物形電解セル。
  4. 　前記多孔質基板が導電性を有することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形電解セル。
  5. 　前記多孔質基板の前記長手方向における両端部の幅Ｂ１は、前記長手方向における中央部の幅Ｂ２よりも広いことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の固体酸化物形電解セル。
  6. 　前記多孔質基板の両端部の厚みＴ１は、前記中央部の厚みＴ２の１．０３倍以下であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の固体酸化物形電解セル。
  7. 　前記多孔質基板の両端部の幅Ｂ１は、前記中央部の幅Ｂ２の１．０２倍以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の固体酸化物形電解セル。
  8. 　請求項１乃至７のうちいずれかに記載の固体酸化物形電解セルを複数電気的に接続してなるセルスタックが、ガスタンクに接合されており、前記ガスタンクの内部空間と前記固体酸化物形電解セルのガス流路とが連通していることを特徴とするセルスタック装置。
  9. 　請求項１乃至７のうちいずれかに記載の固体酸化物形電解セルを収納容器内に収納してなることを特徴とする電解モジュール。
  10. 　請求項９に記載の電解モジュールと、該電解モジュールを動作させるための補機とを外装ケース内に収納してなることを特徴とする電解装置。
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