JP2007250266A - 固体酸化物形燃料電池スタック及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、特にインターコネクタが関与する電圧損失、歩留まりを大きく改善し、発電の安定性、信頼性を向上させることが可能な固体酸化物形燃料電池スタックおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】内部に燃料の流通部を有する支持基板１の表面に、順次、アノード２、電解質３及びカソード５からなる複数のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタＡを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池スタックであって、前記インターコネクタが、フレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含む混合物を用いて形成されてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック及びその作製方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池スタック及びその作製方法に関する。

固体酸化物形燃料電池（以下適宜“ＳＯＦＣ”と略称する。）は、一般的には、作動温度が８００〜１０００℃程度と高いが、最近では８００℃程度以下、すなわち８００〜６５０℃という範囲の作動温度のものも開発されつつある。ＳＯＦＣは、電解質材料を挟んでアノードとカソードが配置され、アノード／電解質／カソードの三層ユニットで構成される。

ＳＯＦＣの運転時には、アノード側に燃料を通し、カソード側に酸化剤ガス、例えば空気を通して、両電極を外部負荷に接続することで電力が得られる。ところが、単電池（以下“セル”と言う。）一つでは高々０．８Ｖ程度の電圧しか得られないので、実用的な電力を得るためには複数のセルを電気的に直列に接続する必要がある。隣接するセルを電気的に直列に接続するのと同時に、アノードとカソードのそれぞれに燃料と空気とを適正に分配、供給し、また排出する目的で、インターコネクタとセルとが交互に積層される。

上記のようなＳＯＦＣは複数のセルを積層するタイプであるが、複数のセルを横縞状に配置するタイプのＳＯＦＣも考えられている。横縞方式には円筒タイプ（特開平１０−３９３２号公報、以下“９３２号公報”と言う。）や中空扁平タイプ（ＷＯ ２００４/０８２０５８ Ａ１、ＷＯ ２００４/０８８７８３ Ａ１）などの方式がある。

特開平１０−３９３２号公報 ＷＯ ２００４/０８２０５８ Ａ１ ＷＯ ２００４/０８８７８３ Ａ１

図１７はＷＯ ２００４/０８２０５８ Ａ１に開示された中空扁平タイプの構成例を示す図である。図１７（ａ）は斜視図、図１７（ｂ）は平面図、図１７（ｃ）は、図１７（ｂ）中Ａ−Ａ線断面図である。中空扁平状の絶縁体基板１１の上に順次、アノード１２、電解質１３及びカソード１４からなるセル１５を複数個形成し、それぞれをインターコネクタ１６を介して電気的に直列に接続して構成される。燃料は、図１７（ａ）及び図１７（ｃ）中矢印（→）で示すとおり、絶縁体基板１１内の空間すなわち燃料の流通部１７をセル１５の配列と平行に流通させる。なお、燃料の流通部は、流通路１個とは限らず複数でもよく、その断面形状についても、矩形状（含、中空扁平状）、四角形状、楕円形状などに構成される。

インターコネクタは、隣接するセルのアノード及びカソード間、すなわち一つのセルのアノードと当該セルの隣のセルのカソードとの間を電気的に接続するが、その構成材料の例としては、下記（１）〜（４）の材料が挙げられる。これらの材料は、例えばスラリー化され、成膜、乾燥することでインターコネクタが形成される。

（１） 式（Ｌｎ，Ａ）ＣｒＯ₃（式中、Ｌｎはランタノイド、ＡはＢａ、Ｃａ、ＭｇまたはＳｒである）で示される酸化物を主成分とする材料。
（２） Ｔｉを含む酸化物、例えばＭＴｉＯ₃（式中、ＭはＢａ、Ｃａ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｃｅから選ばれた少なくとも１種の元素である）。
（３） Ａｇを主原料とする材料。この材料の場合には、この材料で作製されたインターコネクタをガラスで覆うことが望ましい。
（４） Ａｇ、Ａｇろう及びＡｇとガラスの混合物のうちのいずれか１種または２種以上からなる材料。

本発明者らは、電解質材料、アノード材料、カソード材料の熱膨張率との関係やコスト面などの観点から、それらのインターコネクタ材料のうち、特にＡｇとガラスを含むコンポジット材料について着目し、実用化に向けて実験、開発を続けている。例えば、特願２００５−５７５２号（平成１７年１月１２日出願、以下“７５２号出願”と言う。）においては、Ａｇとガラスを含むコンポジット材料のみを用いた場合には耐久性に問題があったが、アノードと該インターコネクタ材料との間にＡｇとＮｉを含むコンポジット材料からなる中間層を形成することにより、その耐久性を改善している。

特願２００５−５７５２号出願

一方、Ａｇとガラスを含むコンポジット材料自体については、この混合物材料では歩留まりが低く、また電圧損失が大きく、不安定になることが観察された。このコンポジット材料は、ＺｒＯ₂その他の微量成分を含んでいてもよいが、そのようにシンプルな組成であることから、通常であればこれ以上の追求の余地はなく、それで限度と考えられる。

それでも、本発明者らは、Ａｇとガラスを含むコンポジット材料自体についてさらに追求し、その混合物におけるＡｇ成分の形状に何か改善要因がないかと考えて実験してみた。すなわち、この混合物でのＡｇ成分は通常球状（spherical）乃至粒状（granular）の形で混合されるが、Ａｇ成分を各種形状に変えて実験を試みてみた。すると、全く偶然にも、Ａｇ成分としてフレーク状（flaky）のＡｇ粉を用いたときに、電圧損失が大きく改善でき、また歩留まりについても大きく改善できることを見い出した。

すなわち、本発明は、インターコネクタ材料としてＡｇとガラスの混合物を用いる固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、そのインターコネクタのＡｇ成分としてフレーク状のＡｇ粉を用いることにより、電圧損失及び歩留まりを大きく改善してなる固体酸化物形燃料電池スタック及びその作製方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、内部に燃料の流通部を有する支持基板の表面に、順次、アノード、電解質及びカソードからなる複数のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池スタックである。そして、前記インターコネクタが、フレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含む混合物を用いて形成されてなることを特徴とする。

本発明は、内部に燃料の流通部を有する支持基板の表面に、順次、アノード、電解質及びカソードからなる複数のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池スタックである。そして、隣接するセルのアノードとインターコネクタとの間にＡｇとＮｉを含むコンポジット材料からなる中間層を配置するとともに、前記インターコネクタが、フレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含む混合物を用いて形成されてなることを特徴とする。

本発明は、内部に燃料の流通部を有する支持基板の表面に、順次、アノード、電解質及びカソードからなる複数のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法である。そして、その作製に際し、前記インターコネクタ材料としてフレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含むコンポジット材料からなるインターコネクタを配することを特徴とする。

本発明は、内部に燃料の流通部を有する支持基板の表面に、順次、アノード、電解質及びカソードからなる複数のセルを形成し、隣接するセルのアノードとインターコネクタとの間に中間層としてＡｇとＮｉを含むコンポジット材料を配置するとともに、その上面及び電解質を覆ってＡｇとガラスを含むコンポジット材料からなるインターコネクタを配して固体酸化物形燃料電池スタックを作製する方法である。そして、その作製に際し、前記Ａｇとガラスを含むコンポジット材料としてフレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含むコンポジット材料からなるインターコネクタを配することを特徴とする。

本発明によれば、ＳＯＦＣスタックにおいて、インターコネクタの材料としてフレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含むコンポジット材料を用いることにより、ＳＯＦＣスタックにおける電圧損失を大きく改善し、またその歩留まり、すなわちセル間での電圧損失が少ないインターコネクタを再現性よく形成することができる。これにより、ＳＯＦＣスタックによる発電の安定性、信頼性を向上させることができる。

本発明においては、インターコネクタを構成するコンポジット材料において、ガラス粉と混合するＡｇ成分としてフレーク状のＡｇ粉を用いることが重要である。Ａｇ成分は全部ないしその殆どがフレーク状であるのがよいが、ＳＯＦＣにおける電圧損失を改善する上で有意な量のフーク状のＡｇ粉を含んでいれば、粒状その他の形状のＡｇを含んでいてもよい。Ａｇ成分中、フレーク状のＡｇ粉の割合は、少なくとも２０％以上であるのが好ましく、より好ましくは６０％以上である。

コンポジット材料にはＺｒＯ₂、その他の微量成分を含んでいてもよい。本明細書において“フレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含むコンポジット材料”あるいは“フレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含む混合物”とは、フレーク状のＡｇ粉とガラス粉のほか、それらの微量成分を含む場合も意味する。フレーク状のＡｇ粉とガラス粉の割合、つまりフレーク状のＡｇとガラスの比「フレーク状Ａｇ：ガラス」は、重量比で、３：７〜９：１の範囲であるのが好ましい。このコンポジット材料は、絶縁体であるガラスに電流を流すために電気伝導性材料であるフレーク状Ａｇを混入し、その混合物をインターコネクタＡの構成材料として使用するものである。

本発明において用いるガラスの種類については特に限定されない。ガラスは、ＳｉＯ₂、あるいはこれに加えてＡｌ₂Ｏ₃を含む網目状構造中に、Ｋ₂Ｏ、ＺｎＯ、ＢａＯ、Ｎａ₂Ｏ、ＣａＯ等を含むもので、例えばソーダガラス、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、その他適宜選択して用いることができる。その特性としては、熱膨張係数が６．０〜１４．０×１０^-1/Ｋの範囲であるガラスであること、また軟化点が６００℃〜１０００℃の範囲のガラスであることが望ましい。また、Ａｇとしては、Ａｇそのもののほか、例えばＡｇ−Ｐｄ系合金などのＡｇを含む合金やＡｇを含む金属ろう材が挙げられる。これらいずれのＡｇ材料もフレーク状にしてガラスと混合する。

ここで、特開平６−２２３６１５号公報には、鱗片状Ａｇ−Ｐｔ合金からなる導電性フィーラーが記載され、特開平８−１６１９２９号公報には、フレーク状銅粉に銀被覆をした導電材料、フレーク状Ｃｕ粉にＡｇ被覆をしたものとフレーク状Ａｇ粉とを含む導電材料が記載されている。しかしこれらは、本発明のように、導電成分としてフレーク状Ａｇ粉単独で適用するものではなく、ガラス粉との混合物として適用するものでもなく、また作動温度６５０〜１０００℃という高温で作動するＳＯＦＣのインターコネクタという特殊、特定部材の成分として適用できるものでもない。

また、それらの先行技術では、それら導電材料により、ポリマーや塗料、あるいは電気回路形成に適用してマイグレーションを防止する、つまりＡｇ粉末や鱗片状Ａｇ粉末などでは生じるＡｇ成分の電析、あるいは滲み出しを防止するものであり、しかもそれらポリマー、塗料、電気回路などは常温、単一の雰囲気（通常の生活環境）で使用される。
これに対して、本発明のＳＯＦＣにおけるフレーク状Ａｇ成分は、起動−運転−停止に伴い常温から高温へ、高温から常温へと繰り返して使用されるＳＯＦＣのインターコネクタという特殊、特定部材の成分として適用するものであり、その作動温度６５０℃以上、特に７００℃以上の水素、酸素の雰囲気という過酷な環境で使用され、このような高温下における表面導電性を確保し、ＳＯＦＣにおける電圧損失を改善するものである。

特開平６−２２３６１５号公報 特開平８−１６１９２９号公報

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るＳＯＦＣスタックの態様例を説明する図であり、間隔を置いて配置された複数個のセルのうち、隣接する２つのセルの部分を断面図として示している。図１（ａ）中、１は支持基板、２はアノード、３、３は隣接する電解質、Ａはインターコネクタである。図１（ａ）の態様では、隣接するセルのアノードとカソードとの間にインターコネクタＡを設ける。

図１（ｂ）の態様では、隣接するセルのアノードとインターコネクタＡとの間に中間層Ｂを設ける。当該中間層Ｂを設ける技術は、前述７５２号出願に係るもので、図１（ａ）のような態様において、インターコネクタの材料としてＡｇとガラスを含むコンポジット材料を用いた場合には耐久性に問題があったところ、図１（ｂ）のようにアノードとインターコネクタＡとの間に中間層Ｂを配することにより、その耐久性を飛躍的に向上させ、発電の安定性、信頼性を向上させることができる。

中間層Ｂの構成材料としてはＡｇとＮｉを含むコンポジット材料を用いる。このコンポジット材料にはＺｒＯ₂、その他の微量成分を含んでいてもよい。ＡｇとＮｉを含むコンポジット材料において、Ｎｉの原料としてＮｉＯを用いる場合、ＡｇとＮｉＯとの配合割合は重量比で５：５から１：９の範囲であるのが好ましい。ＮｉＯはＳＯＦＣの作動雰囲気で還元されてＮｉとなる。

中間層Ｂは２層にしてもよい。また、中間層Ｂを予め熱処理することで安定性を向上させることができる。中間層Ｂもインターコネクタであり、中間層であるインターコネクタＢとインターコネクタＡを合わせたインターコネクタにより隣接するセル間を電気的に接続する。なお、図１（ｃ）は、図１（ａ）を例に、ＳＯＦＣとしての作動時における電流の流れ方向を示したものである。

図２〜３は、図１のＳＯＦＣスタックを形成する過程を説明する図である。図２は図１（ａ）の態様の場合、図３は図１（ｂ）の態様の場合である。図２〜３中、図１と同じ部材、部分には同じ符号を付している。まず、図２のとおり、支持基板１を用意し、その上面にアノード２を配置する。この段階を図２（ｂ）として示している。次に、アノード２の面上に間隔を置いて電解質３、３を配置し、電解質３、３間に凹部４を形成する。この段階を図２（ｃ）として示している。

次いで、各電解質３、３の面上にカソード５、５を配置する。この段階を図２（ｄ）として示している。そして、凹部４からカソードにかけてフレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含むコンポジット材料を配してインターコネクタＡを形成する。図２（ｅ）はこの段階を示す図で、前述図１（ａ）に相当している。

図３は、図１（ｂ）の態様の場合であるが、図３（ａ）〜（ｄ）の工程は図２（ａ）〜（ｄ）の工程と同じである。凹部４にＡｇとＮｉを含むコンポジット材料を配して中間層であるインターコネクタＢを形成する。図３（ｅ）はこの段階を示している。この中間層であるインターコネクタＢは、アノードと電解質との位置関係では、隣接するセルのアノード２の上面で且つ隣接するセルの電解質３、３間に設けられる。その後、その上面にフレーク状Ａｇ粉とガラス粉を含むコンポジット材料を配してインターコネクタＡを形成する。図３（ｆ）はこの段階を示す図で、前述図１（ｂ）に相当している。

本発明は、複数個のセルを間隔を置いて隣接配置した形式のＳＯＦＣであればいずれにも適用される。例えば、複数のセルを横縞状に配置するタイプのＳＯＦＣを例に言えば、図１７に示されるような中空扁平タイプのＳＯＦＣとは限らず、円筒タイプ（例えば、前掲９３２号公報）など、内部に燃料の流通部を有する支持基板を備える形式であればいずれにも適用できる。また、燃料の流通部は、その流通路が１個とは限らず複数でもよく、その断面形状についても、矩形状（含、中空扁平状）、四角形状その他の多角形状、楕円形状などいずれにも適用される。

支持基板の構成材料としては、ＭｇＯとＭｇＡｌ₂Ｏ₄の混合物、ジルコニア系酸化物、ジルコニア系酸化物とＭｇＯとＭｇＡｌ₂Ｏ₄の混合物等を用い得るが、これらに限定されない。そのうち、ＭｇＯとＭｇＡｌ₂Ｏ₄の混合物は、ＭｇＯとＭｇＡｌ₂Ｏ₄の全量のうちＭｇＯが２０〜７０ｖｏｌ％含まれる混合物であるのが好ましい。また、ジルコニア系酸化物の例としては、イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中、ｘ＝０．０３〜０．１２）〕などが挙げられる。

アノードの構成材料としては、例えばＮｉを主成分とする材料、金属を含むセラミック材料などが用いられるが、これらに限定されない。金属を含むセラミック材料のうち、セラミック材料としては、例えばイットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕が用いられ、金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ及びＰｄから選ばれた少なくとも１種の金属、すなわちそれら金属のうち１種または２種以上の金属が用いられる。

それら金属を含むセラミック材料のうち、Ｎｉを含むＹＳＺ（Ｎｉ−ＹＳＺサーメット）、すなわちＮｉと（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）との混合物は、本発明において好ましいアノード材料であり、特に当該混合物中のＮｉを４０ｖｏｌ％以上分散させたものであるのが好ましい。

電解質の構成材料は、イオン導電性を有する固体電解質であればよく、その例としては下記（１）〜（４）の材料が挙げられるが、これら例示の材料に限定されない。
（１）イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕。
（２）スカンジア安定化ジルコニア〔（Ｓｃ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中、ｘ＝０．０５〜０．１５）〕。
（３）イットリアドープセリア〔（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＣｅＯ₂）_1-X（式中、ｘ＝０．０２〜０．４）〕。
（４）ガドリアドープセリア〔（Ｇｄ₂Ｏ₃）_X（ＣｅＯ₂）_1-X（式中、ｘ＝０．０２〜０．４）〕。

以下、実施例を基に本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもちろんである。

《実施例１》
下記（１）〜（５）の各模擬的なＳＯＦＣセルを作製し、それらの模擬ＳＯＦＣセルについて性能試験を実施した。
（１） 球状Ａｇ＋ガラスからなるインターコネクタ材料を配した模擬的ＳＯＦＣセル。この模擬セルを用いた試験を比較例１とする。
（２） 中間層であるインターコネクタＢを有し、球状Ａｇ＋ガラスからなるインターコネクタ材料を配した模擬的ＳＯＦＣセル。この模擬セルを用いた試験を比較例２とする。この中間層であるインターコネクタＢを持つ模擬的セルは前掲７５２号出願に係る先行技術の模擬セルに相当している。
（３） フレーク状のＡｇ＋ガラスからなるインターコネクタを配した模擬的なＳＯＦＣセル。この模擬セルを用いた試験を実施例１とする。
（４） フレーク状のＡｇ＋ガラスからなるインターコネクタを配した模擬的なＳＯＦＣセル。この模擬セルを用いた試験を実施例２とする。実施例１、実施例２の模擬セルでは、共に原料としてフレーク状のＡｇ粉を用いているが、その種類が異なる。
（５） 中間層であるインターコネクタＢを有し、フレーク状のＡｇ＋ガラスからなるインターコネクタを配した模擬的なＳＯＦＣセル。この模擬セルを用いた試験を実施例３とする。

〈比較例１の模擬セルの作製〉
図４は比較例１の模擬セルの断面を示す図である。アノード層材料としてＮｉ−ＹＳＺサーメットを用意した。図４中２として示す部材である。アノード層の面上に、その中央部に間隔を置き、その左右両側にＹＳＺからなる電解質を配置した。図４中３、３として示す部材である。左右両側の電解質３、３間に上記間隔に相当する凹部を形成している。

次いで、当該凹部に球状Ａｇ粉とガラス粉の混合物のペーストを塗布、乾燥して、インターコネクタＡを形成した。このペーストは、有機溶媒（トルエンと２−プロパノールの混合溶媒）に球状Ａｇ粉とガラス粉（ＳｉＯ₂−ＳｒＯ−Ｋ₂Ｏ−Ｎａ₂Ｏ系接合材、旭硝子社製）を重量比７：３の割合で乳鉢で混合して作製したものである。以下に記載のインターコネクタＡの形成に際して用いた有機溶媒、ガラス粉も上記混合溶媒、ガラス粉と同じである。

〈比較例２の模擬セルの作製〉
図５は比較例２の模擬セルの断面を示す図である。アノード層、電解質の配置までは構成材料を含めて比較例１の模擬セルと同じである。左右両側の電解質３、３間に凹部を形成している。当該凹部に球状Ａｇ粉とＮｉＯ粉の混合物のスラリーを塗布、乾燥して、インターコネクタＢを形成した。球状Ａｇ粉とＮｉＯ粉の混合物のスラリーは有機溶媒に球状Ａｇ粉とＮｉＯ粉を重量比５：５の割合でボールミルで混合して作製したものである。ＮｉＯはＳＯＦＣの作動雰囲気下で還元されてＮｉとなる。

その後、その中間層であるインターコネクタＢと左右両側の電解質３、３の上面に球状Ａｇ粉とガラス粉の混合物のペーストを塗布、乾燥して、インターコネクタＡを形成した。この球状Ａｇ粉とガラス粉の混合物のペーストは、有機溶媒に球状Ａｇ粉とガラス粉を重量比７：３の割合で乳鉢で混合して作製したものである。

〈実施例１の模擬セルの作製〉
図６は実施例１の模擬セルの断面を示す図で、図面としては後述実施例２の模擬セルと同様である。アノード層、電解質の配置までは構成材料を含めて比較例１の模擬セルと同じである。左右両側の電解質３、３間に凹部を形成している。次いで、当該凹部にフレーク状Ａｇ粉（三井金属鉱業社製）とガラス粉の混合物のペーストを塗布、乾燥してインターコネクタＡを形成した。フレーク状Ａｇ粉とガラス粉の混合物のペーストは、有機溶媒とともにフレーク状Ａｇ粉とガラス粉を重量比７：３の割合で乳鉢で混合して作製したものである。

図７はここで使用したフレーク状Ａｇ粉の顕微鏡写真、図８は図７の顕微鏡写真を図面化した図である。図７〜８のとおり、球状に近い粒子も混在しているが、直径１０μｍ以上のフレーク状粒子が全体の４６％程度を占めている。

〈実施例２の模擬セルの作製〉
図６は実施例２の模擬セルの断面を示す図で、図面としては実施例１の模擬セルと同様である。アノード層、電解質の配置までは構成材料を含めて比較例１の模擬セルと同じである。左右両側の電解質３、３間に凹部を形成している。

次いで、当該凹部にフレーク状Ａｇ粉（福田金属箔粉工業社製）とガラス粉の混合物のペーストを塗布、乾燥してインターコネクタＡを形成した。このフレーク状Ａｇ粉とガラス粉の混合物のペーストは、有機溶媒とともにフレーク状Ａｇ粉とガラス粉を重量比７：３の割合で乳鉢で混合して作製したものである。

〈実施例３の模擬セルの作製〉
図５は実施例３の模擬セルの断面を示す図で、図面としては比較例２の模擬セルと同様である。そして、インターコネクタＡの形成に際して、比較例２の模擬セル作製における球状Ａｇ粉をフレーク状Ａｇ粉（三井金属鉱業社製）に代えた点以外は比較例２の模擬セル作製と同様にして実施例３の模擬セルを作製した。

〈性能試験〉
以上のようにして作製した各模擬セルのそれぞれについて電圧損失を測定した。図９は、各模擬セルを測定用に供するために加工した過程を説明する図である。図９には図４の模擬セルを例に示しているが、図５〜６の模擬セルの場合も同様である。図９（ｃ）のとおり、模擬セルにおけるインターコネクタＡの上面を被って集電体６を配置する。また、図９（ａ）〜（ｃ）のとおり、模擬セル付近での水素と空気（酸素）の混合を防ぐために、電解質３、３の周縁上面に円形状の金属箔７を配置する。

こうして加工した各模擬セルをそれぞれを電気炉中にセットし、それぞれについて電圧損失の有無、程度を測定した。図１０にその試験装置の概略を示している。８は電気炉のヒータ、９は電気炉外周壁であり、その中央部に模擬セルを配置する。そして図示のように、模擬セルの集電体６とアノード２との間に電流発生器と電圧測定器をセットする。

電流発生器は外部から電流を流すためのものである。本試験装置は、インターコネクタでの電圧損失の有無、程度を測定するための装置で、電流を流した時の電圧損失を測定する仕組みである。

本性能試験は、アノード側に水素を、インターコネクタ側に空気を流し、作動温度を７００℃とし、電流密度を０．８Ａ/ｃｍ²と一定にして実施した。図１１〜１５はその結果を示す図である。図１１〜１５中、横軸は時間（ｈ）、縦軸は電圧損失（Ｖ）である。この電圧（Ｖ）が高いほど、セルにしたときの性能が悪いことになる。

〈比較例１の模擬セルの試験結果〉
図１１〜１２は比較例１の模擬セルについての実測値である。図１２は、図１１の横軸及び縦軸を延ばして拡大し、経過時間毎の測定電圧値の上下関係をより分かり易くしたものである。図１１〜１２のとおり、損失電圧は０．２０Ｖを中心に経時的な測定時間毎に上下している。セル一つの電圧は通常高々０．８Ｖ程度であることからすると、０．２０Ｖの電圧損失は相当の損失である。

〈実施例１の模擬セルの試験結果〉
図１３は、実施例１の模擬セルについての実測値で、上述図１１の比較例１の模擬セルのデータを併記している。図１３のとおり、実施例１の模擬セルの損失電圧は、測定開始時当初から０．０１５Ｖ程度であり、比較例１の模擬セルの損失電圧に対して桁違いに小さい。また、実施例１の模擬セルの損失電圧は、１００時間経過時においても殆ど変化がない。

〈実施例２の模擬セルの試験結果〉
図１４は、実施例２の模擬セルについての実測値で、前述図１１の比較例１の模擬セルのデータを併記している。図１４のとおり、実施例２の模擬セルの損失電圧は、測定開始時当初から０．０１５Ｖ程度であり、２０時間経過時においても殆ど変化はない。

〈比較例２の模擬セルと実施例３の模擬セルの試験結果〉
図１５は、比較例２の模擬セル（中間層あり）と実施例３の模擬セル（中間層あり）についての実測値である。前述図１３の実施例１の模擬セル（中間層なし）のデータを併記している。図１５のとおり、中間層を持ち、インターコネクタＡの構成材料として球状Ａｇを用いた比較例２の模擬セルでの損失電圧は、測定開始時から２時間経過時までは幾分上下するが、以降０．００８Ｖで、殆ど変化がない。

これに対して、中間層を持ち、インターコネクタＡの構成材料としてフレーク状Ａｇを用いた実施例３の模擬セルでの損失電圧は、４時間経過時に０．００６Ｖであり、時間の経過ともに漸次小さくなり、１４時間経過時以降０．００１Ｖにまで小さくなる。そして２０時間経過時にもその値を維持している。このように、実施例３の模擬セルでの損失電圧は、比較例２の模擬セルの損失電圧に対して格段に小さい。

また、図１５に併記している実施例１の模擬セル（中間層なし）の損失電圧は、前述図１３から明らかなとおり、比較例１の模擬セル（中間層なし）の損失電圧に対して桁違いに小さく改善される。それでも、中間層を持ち、インターコネクタＡの構成材料として球状Ａｇを用いた比較例２の模擬セルでの損失電圧よりも大きい。このことは、中間層つまりインターコネクタＢが損失電圧の低下に寄与しているものと解される。

そして、実施例３の模擬セルのとおり、中間層を持ち、インターコネクタＡの構成材料としてフレーク状Ａｇを用いることで、中間層での損失電圧の低下に加えて、さらに損失電圧の低下を図ることができることを示している。

《実施例２》
下記（１）〜（２）の各試料：円盤状成形体をそれぞれ複数個作製し、それぞれについて表面抵抗を測定した。
（１） 球状Ａｇ＋ガラスからなるインターコネクタ材料による円盤状成形体。
（２） フレーク状Ａｇ＋ガラスからなるインターコネクタ材料による円盤状成形体。

（１）の円盤状成形体は、比較例模擬セル１、２で用いたのと同じ球状Ａｇ粉とガラス粉の混合粉を用いて円盤状に成形することで作製した。（２）の円盤状成形体は、実施例模擬セル１で用いたのと同じフレーク状Ａｇ粉とガラス粉の混合粉を用いて円盤状に成形することで作製した。

〈表面抵抗の測定〉
（１）、（２）の各円盤状成形体をそれぞれ電気炉中に入れた。そして電気炉のヒータにより温度を上げ、例えば５００℃、２時間という焼成条件で焼成した後、炉から取り出し、図１６のようにテスターをセットして、それぞれ表面電気抵抗を測定した。表１にその焼成条件（温度、時間）とその測定結果を示している。

表１のとおり、５００℃、２時間の焼成では、“球状Ａｇ＋ガラス”、“フレーク状Ａｇ＋ガラス”共、表面抵抗は０．１Ω以下で変わらない。７００℃、２時間の焼成では、“球状Ａｇ＋ガラス”の表面抵抗は０．２−１．０Ωの値を示すのに対して、“フレーク状Ａｇ＋ガラス”の表面抵抗は０．１Ω以下で変わらない。７００℃、５０時間の焼成では、“球状Ａｇ＋ガラス”の表面抵抗は０．０１ＭΩ以上となり、電導率は零になってしまう。これに対して、“フレーク状Ａｇ＋ガラス”の表面抵抗は０．１Ω以下であり、高い電導率を維持している。“フレーク状Ａｇ＋ガラス”の表面抵抗は９００℃、２時間の焼成後でも変わらない。

本発明に係るＳＯＦＣセルスタックの態様例を説明する図 図１（ａ）のＳＯＦＣスタックを形成する過程を説明する図 図１（ｂ）のＳＯＦＣスタックを形成する過程を説明する図 比較例１の模擬セルを示す図 比較例２の模擬セル及び実施例３の模擬セルを示す図 実施例１の模擬セル及び実施例２の模擬セルを示す図 実施例１の模擬セルで使用したフレーク状Ａｇ粉の顕微鏡写真 図７のフレーク状Ａｇ粉の顕微鏡写真を図面化した図 各模擬セルを測定用に供するために加工した過程を説明する図 性能試験として電圧損失を測定した試験装置の概略を示す図 比較例１の模擬セルの電圧損失の測定結果を示す図 比較例１の模擬セルの電圧損失の測定結果を示す図 実施例１の模擬セルの電圧損失の測定結果を示す図 実施例２の模擬セルの電圧損失の測定結果を示す図 比較例２の模擬セルと実施例３の模擬セルの電圧損失の測定結果を示す図 “球状Ａｇ＋ガラス”及び“フレーク状Ａｇ＋ガラス”についての高温焼成後の表面電気抵抗の測定状態を示す図 中空扁平タイプの横縞方式のＳＯＦＣの構成例を示す図（先行技術例）

符号の説明

１ 支持基板
２ アノード
３ 電解質
４ 凹部（中間層となる）
５ カソード
Ａ インターコネクタ
Ｂ 中間層（インターコネクタ）
５ 集電体
７ 金属箔
８ 電気炉のヒータ
９ 電気炉外周壁
１１ 中空扁平状の絶縁体基板
１２ アノード
１３ 電解質
１４ カソード
１５ セル
１６ インターコネクタ
１７ 燃料の流通部

Claims (5)

1. 内部に燃料の流通部を有する支持基板の表面に、順次、アノード、電解質及びカソードからなる複数のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池スタックであって、前記インターコネクタが、フレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含む混合物を用いて形成されてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。
2. 内部に燃料の流通部を有する支持基板の表面に、順次、アノード、電解質及びカソードからなる複数のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池スタックであって、隣接するセルのアノードとインターコネクタとの間にＡｇとＮｉを含むコンポジット材料からなる中間層を配置するとともに、前記インターコネクタが、フレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含む混合物を用いて形成されてなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタック。
3. 内部に燃料の流通部を有する支持基板の表面に、順次、アノード、電解質及びカソードからなる複数のセルを形成するとともに、隣接するセル間をインターコネクタを介して電気的に直列に接続してなる固体酸化物形燃料電池スタックを作製するに際し、前記インターコネクタ材料としてフレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含むコンポジット材料からなるインターコネクタを配することを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
4. 内部に燃料の流通部を有する支持基板の表面に、順次、アノード、電解質及びカソードからなる複数のセルを形成し、隣接するセルのアノードとインターコネクタとの間に中間層としてＡｇとＮｉを含むコンポジット材料を配置するとともに、その上面及び電解質を覆ってＡｇとガラスを含むコンポジット材料からなるインターコネクタを配して固体酸化物形燃料電池スタックを作製するに際し、前記Ａｇとガラスを含むコンポジット材料としてフレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含むコンポジット材料からなるインターコネクタを配することを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタックの作製方法。
5. フレーク状のＡｇ粉とガラス粉を含むコンポジット材料からなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池スタックのインターコネクタ用材料。
   

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