JP2014130804A - Structure of fuel cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure of "lateral-striped" fuel cell in which increase of the electrical resistance in a recess, formed in the principal surface of a support substrate, can be minimized.SOLUTION: Recesses 12 are formed at a plurality of locations on the principal surface of a support substrate 10, and a corresponding fuel electrode collector 21 is buried in each recess 12. Recesses 21a, 21b are formed in the upper surface of each fuel electrode collector 21, a corresponding fuel electrode active part 22 is buried in each recess 21a, and a corresponding interconnector 30 is buried in each recess 21b. The fuel electrode active part 22 and interconnector 30 have a small conductivity when compared with the fuel electrode collector 21. When viewing the recess 12 from the outside, in a direction perpendicular to the principal surface of the support substrate 10, a portion of the bottom wall of the recess 12 overlapping a region where the fuel electrode active part 22 and interconnector 30 are buried is recessed below (direction away from the buried object) a portion overlapping a region where nothing is buried.

Description

本発明は、燃料電池の構造体に関する。   The present invention relates to a fuel cell structure.

従来より、「ガス流路が内部に形成された多孔質の支持基板」と、「前記支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、燃料極、固体電解質、及び空気極が積層されてなる複数の発電素子部」と、「１組又は複数組の隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の燃料極と他方の空気極とを電気的に接続する１つ又は複数の電気的接続部」とを備えた固体酸化物形燃料電池の構造体が知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。このような構成は、「横縞型」とも呼ばれる。   Conventionally, “a porous support substrate having a gas flow path formed therein” and “a plurality of locations apart from each other on the main surface of the support substrate, a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode are provided. “A plurality of power generation element portions stacked” and “one fuel electrode and the other air electrode of the adjacent power generation element portions provided respectively between one or a plurality of adjacent power generation element portions” 2. Description of the Related Art A structure of a solid oxide fuel cell provided with “one or a plurality of electrical connections to be electrically connected” is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Such a configuration is also called a “horizontal stripe type”.

特開平８−１０６９１６号公報JP-A-8-106916 特開２００８−２２６７８９号公報JP 2008-226789 A

係る「横縞型」の燃料電池において、上記文献に記載のように、「支持基板の主面における複数の箇所に第１凹部がそれぞれ形成され、各第１凹部に、対応する発電素子部の燃料極がそれぞれ埋設される」構成が提案されてきている。一般に、この構成では、第１凹部の内部（従って、燃料極の内部）において、電流は主として、支持基板の主面に沿う方向（換言すれば、第１凹部の底壁に沿う方向）に流れる（後述する図１６を参照）。   In such a “horizontal stripe type” fuel cell, as described in the above-mentioned document, “a first recess is formed at a plurality of locations on the main surface of the support substrate, and the fuel of the power generation element portion corresponding to each first recess is formed. A configuration has been proposed in which each pole is embedded. In general, in this configuration, the current flows mainly in the direction along the main surface of the support substrate (in other words, in the direction along the bottom wall of the first recess) in the first recess (and hence in the fuel electrode). (See FIG. 16 described later).

ところで、この構成において、「第１凹部に埋設された各燃料極における第１凹部の底壁と反対側の面に第２凹部がそれぞれ形成され、各第２凹部に、インターコネクタ等の導電部材が埋設される」構成も提案されてきている。   By the way, in this configuration, “a second recess is formed on the surface opposite to the bottom wall of the first recess in each fuel electrode embedded in the first recess, and a conductive member such as an interconnector is formed in each second recess. "Embedded" has also been proposed.

以下、この構成であって、且つ、第１凹部の底壁が全域に亘って平坦な場合を考える。この場合、支持基板の主面に垂直な方向にて第１凹部を外部からみたとき、「燃料極における、電流が流れる方向に垂直な方向に沿う断面の面積」（換言すれば、燃料極の内部を電流が流れる面積）について、導電部材が埋設されている領域と重なる部分の面積が、導電部材が埋設されていない領域と重なる部分の面積と比べて、導電部材の断面積分だけ小さくなる。加えて、一般に、第２凹部に埋設される導電部材の導電率は、燃料極そのものの導電率よりも小さい。   Hereinafter, a case will be considered in which this configuration is used and the bottom wall of the first recess is flat over the entire area. In this case, when the first recess is viewed from the outside in the direction perpendicular to the main surface of the support substrate, “the area of the cross section of the fuel electrode along the direction perpendicular to the direction of current flow” (in other words, the fuel electrode As for the area through which current flows, the area of the portion that overlaps the region where the conductive member is embedded is smaller than the area of the portion that overlaps the region where the conductive member is not embedded by the cross-sectional integral of the conductive member. In addition, the conductivity of the conductive member embedded in the second recess is generally smaller than the conductivity of the fuel electrode itself.

以上のことから、第１凹部の底壁が全域に亘って平坦な場合、支持基板の主面に垂直な方向にて第１凹部を外部からみたとき、第１凹部の内部を電流が流れる際、導電部材が埋設されている領域と重なる部分の電気抵抗が、導電部材が埋設されていない領域と重なる部分の電気抵抗と比べて大きくなる。従って、第１凹部の内部の電気抵抗が全体として大きくなり、ひいては、燃料電池の電気抵抗が全体として大きくなる。このことは、燃料電池の全体としての発電出力の低下に繋がる。以上のことから、「横縞型」の燃料電池の構造体において、第１凹部の内部の電気抵抗の増大を抑制することが望まれていたところである。   From the above, when the bottom wall of the first recess is flat over the entire area, when the first recess is viewed from the outside in the direction perpendicular to the main surface of the support substrate, the current flows in the first recess. The electrical resistance of the portion overlapping the region where the conductive member is embedded is larger than the electrical resistance of the portion overlapping the region where the conductive member is not embedded. Therefore, the electrical resistance inside the first recess is increased as a whole, and as a result, the electrical resistance of the fuel cell is increased as a whole. This leads to a decrease in the power generation output of the fuel cell as a whole. From the above, in the “horizontal stripe type” fuel cell structure, it has been desired to suppress an increase in electrical resistance inside the first recess.

本発明は、「横縞型」の燃料電池の構造体であって、第１凹部の内部の電気抵抗の増大を抑制することができるものを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a “horizontal stripe type” fuel cell structure that can suppress an increase in electrical resistance inside a first recess.

本発明に係る燃料電池の構造体は、上述と同様の「横縞型」の燃料電池の構造体である。即ち、支持基板の主面における複数の箇所に、支持基板の材料からなる底壁と、前記支持基板の材料からなる側壁とを有する第１凹部がそれぞれ形成されている。前記各第１凹部に、対応する前記発電素子部の前記内側電極がそれぞれ充填・埋設されている。前記埋設された各内側電極における前記第１凹部の底壁に接触する面と反対側の面に、前記内側電極の材料からなる底壁と、前記内側電極の材料からなる側壁とを有する第２凹部がそれぞれ形成されている。前記各第２凹部に、前記第１凹部に埋設された前記内側電極より導電率が小さい導電部材がそれぞれ充填・埋設されている。   The fuel cell structure according to the present invention is a “horizontal stripe type” fuel cell structure similar to that described above. That is, first recesses each having a bottom wall made of the material of the support substrate and a side wall made of the material of the support substrate are formed at a plurality of locations on the main surface of the support substrate. In each of the first recesses, the corresponding inner electrode of the power generation element portion is filled and embedded. A second wall having a bottom wall made of the material of the inner electrode and a side wall made of the material of the inner electrode on a surface opposite to the surface contacting the bottom wall of the first recess in each embedded inner electrode. Recesses are respectively formed. In each of the second recesses, a conductive member having a lower conductivity than that of the inner electrode embedded in the first recess is filled and embedded.

本発明に係る燃料電池の構造体の特徴は、前記支持基板の主面に垂直な方向にて前記各第１凹部を外部からみたとき、前記第１凹部の底壁について、前記導電部材が埋設されている領域と重なる部分が、前記導電部材が埋設されていない領域と重なる部分に対して、前記導電部材から遠ざかる方向に窪んでいることにある。   The fuel cell structure according to the present invention is characterized in that the conductive member is embedded in the bottom wall of the first recess when the first recess is viewed from the outside in a direction perpendicular to the main surface of the support substrate. The portion that overlaps the region that is formed is recessed in the direction away from the conductive member with respect to the portion that overlaps the region where the conductive member is not embedded.

これによれば、支持基板の主面に垂直な方向にて第１凹部を外部からみたとき、燃料極の内部を電流が流れる面積について、導電部材が埋設されている領域と重なる部分の面積が、第１凹部の底壁が全域に亘って平坦な場合と比べて、前記第１凹部の底壁の窪んだ部分の断面積分だけ大きくなる。この結果、支持基板の主面に垂直な方向にて第１凹部を外部からみたとき、第１凹部の内部を電流が流れる際、導電部材が埋設されている領域と重なる部分の電気抵抗が、第１凹部の底壁が全域に亘って平坦な場合と比べて、小さくなる。この結果、第１凹部の底壁が全域に亘って平坦な場合と比べて、第１凹部の内部の電気抵抗が全体として小さくなる。   According to this, when the first recess is viewed from the outside in the direction perpendicular to the main surface of the support substrate, the area of the portion that overlaps the region where the conductive member is embedded in the area where the current flows inside the fuel electrode is Compared with the case where the bottom wall of the first recess is flat over the entire area, the sectional integral of the recessed portion of the bottom wall of the first recess is increased. As a result, when the first recess is viewed from the outside in a direction perpendicular to the main surface of the support substrate, the electric resistance of the portion overlapping the region where the conductive member is embedded when the current flows inside the first recess, Compared to the case where the bottom wall of the first recess is flat over the entire area, the first recess becomes smaller. As a result, compared with the case where the bottom wall of the first recess is flat over the entire area, the electrical resistance inside the first recess is reduced as a whole.

ここにおいて、前記各電気的接続部が、第１部分と、前記第１部分と接続され且つ多孔質の材料で構成された第２部分とで構成され、前記第１部分が、ガスシール機能を有する程度に前記第２部分の気孔率より小さい気孔率を有し、前記第１部分が、前記隣り合う発電素子部の一方の内側電極と前記第２部分とに接続され、前記第２部分が、前記隣り合う発電素子部の他方の外側電極と前記第１部分とに接続される場合、前記導電部材として、前記各第２凹部に、対応する前記電気的接続部の前記第１部分がそれぞれ埋設され得る。   Here, each of the electrical connection portions includes a first portion and a second portion connected to the first portion and made of a porous material, and the first portion has a gas sealing function. The first portion is connected to one inner electrode of the adjacent power generation element portion and the second portion, and the second portion has a porosity smaller than that of the second portion. In the case of being connected to the other outer electrode of the adjacent power generation element part and the first part, the first part of the electrical connection part corresponding to the second recess as the conductive member, respectively. Can be buried.

また、前記内側電極が燃料極であり、前記外側電極が空気極であり、前記燃料極が、集電部と、前記集電部と比べて酸素イオン伝導性を有する物質の含有割合が大きい活性部と、で構成され、前記各第１凹部に、対応する前記発電素子部の前記燃料極の集電部がそれぞれ埋設される場合、前記導電部材として、前記各第２凹部に、対応する前記発電素子部の前記燃料極の活性部がそれぞれ埋設され得る。   Further, the inner electrode is a fuel electrode, the outer electrode is an air electrode, and the fuel electrode has a current collecting part and an activity having a large content ratio of a substance having oxygen ion conductivity compared to the current collecting part. And the current collector of the fuel electrode of the corresponding power generation element unit is embedded in each of the first recesses, as the conductive member, the corresponding to the second recesses, Each active part of the fuel electrode of the power generation element part may be embedded.

本発明に係る燃料電池の構造体を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a structure of a fuel cell according to the present invention. 図１に示す燃料電池の構造体の２−２線に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the 2-2 line of the structure of the fuel cell shown in FIG. 図１に示す支持基板の凹部に埋設された燃料極及びインターコネクタの状態を示した平面図である。It is the top view which showed the state of the fuel electrode and interconnector which were embed | buried under the recessed part of the support substrate shown in FIG. 第１凹部の底壁について、導電部材が埋設されている領域と重なる部分が、導電部材が埋設されていない領域と重なる部分に対して、導電部材から遠ざかる方向に窪んでいることを説明するための模式図である。In order to explain that the portion of the bottom wall of the first recess that overlaps the region where the conductive member is embedded is recessed in the direction away from the conductive member with respect to the portion that overlaps the region where the conductive member is not embedded. FIG. 図１に示す燃料電池の構造体の作動状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operating state of the structure of the fuel cell shown in FIG. 図１に示す燃料電池の構造体の作動状態における電流の流れを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow of the electric current in the operating state of the structure of the fuel cell shown in FIG. 図１に示す支持基板を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the support substrate shown in FIG. 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第１段階における図２に対応する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a first stage in the manufacturing process of the fuel cell structure shown in FIG. 1. 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第２段階における図２に対応する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a second stage in the manufacturing process of the fuel cell structure shown in FIG. 1. 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第３段階における図２に対応する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a third stage in the manufacturing process of the fuel cell structure shown in FIG. 1. 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第４段階における図２に対応する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a fourth stage in the manufacturing process of the fuel cell structure shown in FIG. 1. 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第５段階における図２に対応する断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a fifth stage in the manufacturing process of the fuel cell structure shown in FIG. 1. 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第６段階における図２に対応する断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a sixth stage in the manufacturing process of the fuel cell structure shown in FIG. 1. 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第７段階における図２に対応する断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a seventh stage in the manufacturing process of the fuel cell structure shown in FIG. 1. 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第８段階における図２に対応する断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in an eighth stage in the manufacturing process of the fuel cell structure shown in FIG. 1. 第１凹部の底壁について、導電部材が埋設されている領域と重なる部分を導電部材から遠ざかる方向に窪めることによって、第１凹部の内部の電気抵抗が全体として小さくなることを説明するための模式図である。In order to explain that the electrical resistance inside the first recess is reduced as a whole by denting the portion of the bottom wall of the first recess that overlaps the region where the conductive member is embedded away from the conductive member. FIG. 本発明に係る燃料電池の構造体の第１変形例の図２に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 2 of the 1st modification of the structure of the fuel cell concerning this invention. 本発明に係る燃料電池の構造体の第２変形例の図２に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 2 of the 2nd modification of the structure of the fuel cell concerning this invention. 本発明に係る燃料電池の構造体の第３変形例の図２に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 2 of the 3rd modification of the structure of the fuel cell concerning this invention. 本発明に係る燃料電池の構造体の第４変形例の図３に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 3 of the 4th modification of the structure of the fuel cell concerning this invention. 本発明に係る燃料電池の構造体の第５変形例の図４に対応する断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 4 of a fifth modification of the fuel cell structure according to the present invention. 本発明に係る燃料電池の構造体の第６変形例の図４に対応する断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 4 of a sixth modification of the fuel cell structure according to the present invention. 本発明に係る燃料電池の構造体の第７変形例の図２に対応する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 of a seventh modification of the fuel cell structure according to the present invention.

（構成）
図１は、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の構造体を示す。このＳＯＦＣの構造体は、長手方向（ｘ軸方向）を有する平板状の支持基板１０の上下面（互いに平行な両側の主面（平面））のそれぞれに、電気的に直列に接続された複数（本例では、４つ）の同形の発電素子部Ａが長手方向において所定の間隔をおいて配置された、所謂「横縞型」と呼ばれる構成を有する。 (Constitution)
FIG. 1 shows a structure of a solid oxide fuel cell (SOFC) according to an embodiment of the present invention. This SOFC structure is electrically connected in series to the upper and lower surfaces (main surfaces (planes) on both sides parallel to each other) of the flat support substrate 10 having a longitudinal direction (x-axis direction). (In this example, four) power generation element portions A having the same shape are arranged at a predetermined interval in the longitudinal direction and have a so-called “horizontal stripe type” configuration.

このＳＯＦＣの構造体の全体を上方からみた形状は、例えば、長手方向の辺の長さが５〜５０ｃｍで長手方向に直交する幅方向（ｙ軸方向）の長さが１〜１０ｃｍの長方形である。このＳＯＦＣの構造体の全体の厚さは、１〜５ｍｍである。このＳＯＦＣの構造体の全体は、厚さ方向の中心を通り且つ支持基板１０の主面に平行な面に対して上下対称の形状を有する。以下、図１に加えて、このＳＯＦＣの構造体の図１に示す２−２線に対応する部分断面図である図２を参照しながら、このＳＯＦＣの構造体の詳細について説明する。図２は、代表的な１組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａのそれぞれの構成（の一部）、並びに、発電素子部Ａ，Ａ間の構成を示す部分断面図である。その他の組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａ間の構成も、図２に示す構成と同様である。   The shape of the entire SOFC structure viewed from above is, for example, a rectangle having a length of 5 to 50 cm in the longitudinal direction and a length of 1 to 10 cm in the width direction (y-axis direction) perpendicular to the longitudinal direction. is there. The total thickness of the SOFC structure is 1 to 5 mm. The entire SOFC structure has a vertically symmetrical shape with respect to a plane passing through the center in the thickness direction and parallel to the main surface of the support substrate 10. Hereinafter, in addition to FIG. 1, the details of the SOFC structure will be described with reference to FIG. 2, which is a partial cross-sectional view of the SOFC structure corresponding to line 2-2 shown in FIG. 1. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a configuration (part of) each of a typical pair of adjacent power generation element portions A and A and a configuration between the power generation element portions A and A. The configuration between the other power generation element portions A and A in other sets is the same as the configuration shown in FIG.

支持基板１０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料からなる平板状の焼成体である。後述する図６に示すように、支持基板１０の内部には、長手方向に延びる複数（本例では、６本）の燃料ガス流路１１（貫通孔）が幅方向において所定の間隔をおいて形成されている。本例では、各凹部１２は、支持基板１０の材料からなる底壁と、全周に亘って支持基板１０の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。   The support substrate 10 is a flat plate-like fired body made of a porous material having no electronic conductivity. As shown in FIG. 6 to be described later, a plurality of (six in this example) fuel gas passages 11 (through holes) extending in the longitudinal direction are provided in the support substrate 10 at predetermined intervals in the width direction. Is formed. In this example, each recess 12 includes a bottom wall made of the material of the support substrate 10 and side walls closed in the circumferential direction made of the material of the support substrate 10 over the entire circumference (two side walls along the longitudinal direction and the width direction). A rectangular parallelepiped depression defined by two side walls).

支持基板１０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。 The support substrate 10 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or MgO. (Magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) may be used.

支持基板１０は、「遷移金属酸化物又は遷移金属」と、絶縁性セラミックスとを含んで構成され得る。「遷移金属酸化物又は遷移金属」としては、ＮｉＯ（酸化ニッケル）又はＮｉ（ニッケル）が好適である。遷移金属は、燃料ガスの改質反応を促す触媒（炭化水素系のガスの改質触媒）として機能し得る。   The support substrate 10 may be configured to include “transition metal oxide or transition metal” and insulating ceramics. As the “transition metal oxide or transition metal”, NiO (nickel oxide) or Ni (nickel) is suitable. The transition metal can function as a catalyst for promoting a reforming reaction of the fuel gas (hydrocarbon-based gas reforming catalyst).

また、絶縁性セラミックスとしては、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、又は、「ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）の混合物」が好適である。また、絶縁性セラミックスとして、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ２Ｏ３（イットリア）が使用されてもよい。 Further, as the insulating ceramic, MgO (magnesium oxide) or “mixture of MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) and MgO (magnesium oxide)” is preferable. Further, CSZ (calcia stabilized zirconia), YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), Y 2 O 3 (yttria) may be used as the insulating ceramic.

このように、支持基板１０が「遷移金属酸化物又は遷移金属」を含むことによって、改質前の残存ガス成分を含んだガスが多孔質の支持基板１０の内部の多数の気孔を介して燃料ガス流路１１から燃料極に供給される過程において、上記触媒作用によって改質前の残存ガス成分の改質を促すことができる。加えて、支持基板１０が絶縁性セラミックスを含むことによって、支持基板１０の絶縁性を確保することができる。この結果、隣り合う燃料極間における絶縁性が確保され得る。   As described above, since the support substrate 10 contains “transition metal oxide or transition metal”, the gas containing the residual gas component before the reforming is supplied to the fuel through the numerous pores inside the porous support substrate 10. In the process of being supplied from the gas flow path 11 to the fuel electrode, the catalytic action can promote the reforming of the residual gas component before the reforming. In addition, the insulating property of the support substrate 10 can be ensured by the support substrate 10 containing insulating ceramics. As a result, insulation between adjacent fuel electrodes can be ensured.

支持基板１０の厚さは、１〜５ｍｍである。以下、この構造体の形状が上下対称となっていることを考慮し、説明の簡便化のため、支持基板１０の上面側の構成についてのみ説明していく。支持基板１０の下面側の構成についても同様である。   The thickness of the support substrate 10 is 1 to 5 mm. Hereinafter, only the configuration on the upper surface side of the support substrate 10 will be described in consideration of the fact that the shape of the structure is vertically symmetrical. The same applies to the configuration of the lower surface side of the support substrate 10.

図２及び図３に示すように、支持基板１０の上面（上側の主面）に形成された各凹部１２には、燃料極集電部２１の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極集電部２１は直方体状を呈している。各燃料極集電部２１の上面（外側面）には、凹部２１ａが形成されている。各凹部２１ａは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the entire fuel electrode current collector 21 is embedded (filled) in each recess 12 formed in the upper surface (upper main surface) of the support substrate 10. Therefore, each fuel electrode current collector 21 has a rectangular parallelepiped shape. A recess 21 a is formed on the upper surface (outer surface) of each fuel electrode current collector 21. Each recess 21a has a rectangular parallelepiped shape defined by a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and side walls closed in the circumferential direction (two side walls along the longitudinal direction and two side walls along the width direction). It is a depression. Of the side walls closed in the circumferential direction, two side walls along the longitudinal direction are made of the material of the support substrate 10, and two side walls along the width direction are made of the material of the fuel electrode current collector 21.

各凹部２１ａには、燃料極活性部２２の全体が埋設（充填）されている。従って、各燃料極活性部２２は直方体状を呈している。燃料極集電部２１と燃料極活性部２２とにより燃料極２０が構成される。燃料極２０（燃料極集電部２１＋燃料極活性部２２）は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。各燃料極活性部２２の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ａ内で燃料極集電部２１と接触している。凹部２１ａに埋設された燃料極活性部２２の導電率は、燃料極集電部２１の導電率より小さい。なお、燃料極活性部２２の導電率が燃料極集電部２１の導電率より大きくなる場合もあり得る。   The entire anode active portion 22 is embedded (filled) in each recess 21a. Accordingly, each fuel electrode active portion 22 has a rectangular parallelepiped shape. A fuel electrode 20 is configured by the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active unit 22. The fuel electrode 20 (fuel electrode current collector 21 + fuel electrode active part 22) is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The two side surfaces and the bottom surface along the width direction of each anode active portion 22 are in contact with the anode current collecting portion 21 in the recess 21a. The conductivity of the fuel electrode active part 22 embedded in the recess 21 a is smaller than the conductivity of the fuel electrode current collector 21. In addition, the conductivity of the fuel electrode active part 22 may be larger than the conductivity of the fuel electrode current collector 21.

各燃料極集電部２１の上面（外側面）における凹部２１ａを除いた部分には、凹部２１ｂが形成されている。各凹部２１ｂは、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みである。周方向に閉じた側壁のうち、長手方向に沿う２つの側壁は支持基板１０の材料からなり、幅方向に沿う２つの側壁は燃料極集電部２１の材料からなる。   A recess 21b is formed in a portion of the upper surface (outer surface) of each fuel electrode current collector 21 excluding the recess 21a. Each recess 21b has a rectangular parallelepiped shape defined by a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and side walls closed in the circumferential direction (two side walls along the longitudinal direction and two side walls along the width direction). It is a depression. Of the side walls closed in the circumferential direction, two side walls along the longitudinal direction are made of the material of the support substrate 10, and two side walls along the width direction are made of the material of the fuel electrode current collector 21.

各凹部２１ｂには、インターコネクタ３０が埋設（充填）されている。従って、各インターコネクタ３０は直方体状を呈している。インターコネクタ３０は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。各インターコネクタ３０の幅方向に沿う２つの側面と底面とは、凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。凹部２１ｂに埋設されたインターコネクタ３０の導電率は、燃料極集電部２１の導電率より小さい。   An interconnector 30 is embedded (filled) in each recess 21b. Accordingly, each interconnector 30 has a rectangular parallelepiped shape. The interconnector 30 is a fired body made of a dense material having electronic conductivity. The two side surfaces and the bottom surface along the width direction of each interconnector 30 are in contact with the fuel electrode current collector 21 in the recess 21b. The electrical conductivity of the interconnector 30 embedded in the recess 21 b is smaller than the electrical conductivity of the fuel electrode current collector 21.

加えて、図４に示すように、支持基板１０の主面に垂直な方向（ｚ軸方向）にて各凹部１２を外部からみたとき、凹部１２の底壁について、「燃料極活性部２２が埋設されている領域（即ち、凹部２１ａが占める領域）と重なる部分１２ｂ２」、並びに、「インターコネクタ３０が埋設されている領域（即ち、凹部２１ｂが占める領域）と重なる部分１２ｂ２」が、「燃料極集電部２１の上面（外側面）に何も埋設されていない領域と重なる部分１２ｂ１」に対して、下方に（燃料極活性部２２及びインターコネクタ３０から遠ざかる方向に、ｚ軸負方向に）窪んでいる。   In addition, as shown in FIG. 4, when each concave portion 12 is viewed from the outside in a direction perpendicular to the main surface of the support substrate 10 (z-axis direction), “the fuel electrode active portion 22 is located on the bottom wall of the concave portion 12. The portion 12b2 that overlaps the buried region (ie, the region occupied by the recess 21a) and the portion 12b2 that overlaps the region where the interconnector 30 is buried (ie, the region occupied by the recess 21b) are “fuel. With respect to the portion 12b1 that overlaps the area where nothing is embedded in the upper surface (outer surface) of the electrode current collector 21, downward (in the direction away from the fuel electrode active part 22 and the interconnector 30, in the z-axis negative direction) ) It is depressed.

「インターコネクタ３０の厚さＴ１ａ」に対する「インターコネクタ３０に対応する底壁１２ｂ２の底壁１２ｂ１に対する窪み深さＴ１ｂ」の割合は、０．１〜２．０である。同様に、「燃料極活性部２２の厚さＴ２ａ」に対する「燃料極活性部２２に対応する底壁１２ｂ２の底壁１２ｂ１に対する窪み深さＴ２ｂ」の割合は、０．１〜２．０である。   The ratio of “the depth T1b of the bottom wall 12b1 of the bottom wall 12b2 corresponding to the interconnector 30” to the “thickness T1a of the interconnector 30” is 0.1 to 2.0. Similarly, the ratio of “the depth T2b of the bottom wall 12b1 of the bottom wall 12b2 corresponding to the fuel electrode active part 22” to “the thickness T2a of the fuel electrode active part 22” is 0.1 to 2.0. .

燃料極２０（燃料極集電部２１及び燃料極活性部２２）の上面（外側面）と、インターコネクタ３０の上面（外側面）と、支持基板１０の主面とにより、１つの平面（凹部１２が形成されていない場合の支持基板１０の主面と同じ平面）が構成されている。即ち、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で、段差が形成されていない。   The upper surface (outer surface) of the fuel electrode 20 (the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active unit 22), the upper surface (outer surface) of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10 form one plane (recessed portion). The same plane as the main surface of the support substrate 10 when 12 is not formed) is formed. That is, no step is formed between the upper surface of the fuel electrode 20, the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10.

燃料極活性部２２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極集電部２１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極活性部２２の厚さは、５〜３０μｍであり、燃料極集電部２１の厚さ（即ち、凹部１２の深さ）は、５０〜５００μｍである。 The fuel electrode active part 22 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or you may comprise from NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium dope ceria). The fuel electrode current collector 21 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or may be composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). The thickness of the anode active portion 22 is 5 to 30 μm, and the thickness of the anode current collecting portion 21 (that is, the depth of the recess 12) is 50 to 500 μm.

このように、燃料極集電部２１は、電子伝導性を有する物質を含んで構成される。燃料極活性部２２は、電子伝導性を有する物質と酸素イオン伝導性を有する物質とを含んで構成される。燃料極活性部２２における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」は、燃料極集電部２１における「気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合」よりも大きい。   As described above, the fuel electrode current collector 21 includes a substance having electronic conductivity. The fuel electrode active part 22 includes a substance having electron conductivity and a substance having oxygen ion conductivity. The “volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the entire volume excluding the pore portion” in the anode active portion 22 is “having oxygen ion conductivity with respect to the entire volume excluding the pore portion” in the anode current collecting portion 21. It is larger than the “volume ratio of the substance”.

インターコネクタ３０は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３０の厚さは、１０〜１００μｍである。 The interconnector 30 can be composed of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, it may be composed of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 30 is 10 to 100 μm.

燃料極２０及びインターコネクタ３０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタ３０が形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面は、固体電解質膜４０により覆われている。固体電解質膜４０は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。固体電解質膜４０は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。固体電解質膜４０の厚さは、３〜５０μｍである。   The entire surface excluding the central portion in the longitudinal direction of each portion where the plurality of interconnectors 30 are formed on the outer peripheral surface extending in the longitudinal direction of the support substrate 10 in a state where the fuel electrode 20 and the interconnector 30 are embedded in the respective recesses 12. Is covered with a solid electrolyte membrane 40. The solid electrolyte membrane 40 is a fired body made of a dense material having ionic conductivity and not electron conductivity. The solid electrolyte membrane 40 can be made of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or you may comprise from LSGM (lantern gallate). The thickness of the solid electrolyte membrane 40 is 3 to 50 μm.

即ち、燃料極２０がそれぞれの凹部１２に埋設された状態の支持基板１０における長手方向に延びる外周面の全面は、インターコネクタ３０と固体電解質膜４０とからなる緻密層により覆われている。この緻密層は、緻密層の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密層の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。   That is, the entire outer peripheral surface extending in the longitudinal direction of the support substrate 10 in a state where the fuel electrode 20 is embedded in each recess 12 is covered with a dense layer composed of the interconnector 30 and the solid electrolyte membrane 40. This dense layer exhibits a gas sealing function that prevents mixing of the fuel gas flowing in the space inside the dense layer and the air flowing in the space outside the dense layer.

なお、図２に示すように、本例では、固体電解質膜４０が、燃料極２０（集電部２１＋活性部２２）の上面、インターコネクタ３０の上面における長手方向の両側端部、及び支持基板１０の主面を覆っている。ここで、上述したように、燃料極２０の上面とインターコネクタ３０の上面と支持基板１０の主面との間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜４０が平坦化されている。この結果、固体電解質膜４０に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜４０でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜４０が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。   As shown in FIG. 2, in this example, the solid electrolyte membrane 40 includes the upper surface of the fuel electrode 20 (current collector 21 + active portion 22), both end portions in the longitudinal direction on the upper surface of the interconnector 30, and the support substrate. 10 main surfaces are covered. Here, as described above, no step is formed between the upper surface of the fuel electrode 20, the upper surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10. Therefore, the solid electrolyte membrane 40 is flattened. As a result, compared with the case where a step is formed in the solid electrolyte membrane 40, the generation of cracks in the solid electrolyte membrane 40 due to stress concentration can be suppressed, and the gas sealing function of the solid electrolyte membrane 40 is reduced. Can be suppressed.

固体電解質膜４０における各燃料極活性部２２と接している箇所の上面には、反応防止膜５０を介して空気極６０が形成されている。反応防止膜５０は、緻密な材料からなる焼成体であり、空気極６０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。反応防止膜５０及び空気極６０を上方からみた形状は、燃料極活性部２２と略同一の長方形である。   An air electrode 60 is formed on the upper surface of a portion in contact with each fuel electrode active part 22 in the solid electrolyte membrane 40 via a reaction preventing film 50. The reaction preventing film 50 is a fired body made of a dense material, and the air electrode 60 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The shape of the reaction preventing film 50 and the air electrode 60 viewed from above is substantially the same rectangle as the fuel electrode active part 22.

反応防止膜５０は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜５０の厚さは、３〜５０μｍである。空気極６０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、空気極６０は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極６０の厚さは、１０〜１００μｍである。 The reaction preventing film 50 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 50 is 3 to 50 μm. The air electrode 60 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, from LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite), etc. It may be configured. Further, the air electrode 60 may be configured by two layers of a first layer (inner layer) made of LSCF and a second layer (outer layer) made of LSC. The thickness of the air electrode 60 is 10 to 100 μm.

なお、反応防止膜５０が介装されるのは、ＳＯＦＣ作製時又は作動中のＳＯＦＣ内において固体電解質膜４０内のＹＳＺと空気極６０内のＳｒとが反応して固体電解質膜４０と空気極６０との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するためである。   The reaction preventing film 50 is interposed because the YSZ in the solid electrolyte film 40 and the Sr in the air electrode 60 react with each other in the SOFC during the production or operation of the SOFC, and the solid electrolyte film 40 and the air electrode. This is to suppress the occurrence of a phenomenon in which a reaction layer having a large electric resistance is formed at the interface with the substrate 60.

ここで、燃料極２０と、固体電解質膜４０と、反応防止膜５０と、空気極６０とが積層されてなる積層体が、「発電素子部Ａ」に対応する（図２を参照）。即ち、支持基板１０の上面には、複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが、長手方向において所定の間隔をおいて配置されている。   Here, the laminated body formed by laminating the fuel electrode 20, the solid electrolyte membrane 40, the reaction preventing membrane 50, and the air electrode 60 corresponds to the “power generation element portion A” (see FIG. 2). In other words, a plurality (four in this example) of power generating element portions A are arranged on the upper surface of the support substrate 10 at a predetermined interval in the longitudinal direction.

各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａのインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極６０、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の上面に、空気極集電膜７０が形成されている。空気極集電膜７０は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極集電膜７０を上方からみた形状は、長方形である。   For each pair of adjacent power generation element portions A and A, the air electrode 60 of one power generation element portion A (on the left side in FIG. 2) and the interconnector of the other power generation element portion A (on the right side in FIG. 2). The air electrode current collecting film 70 is formed on the upper surfaces of the air electrode 60, the solid electrolyte film 40, and the interconnector 30. The air electrode current collector film 70 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The shape of the air electrode current collector film 70 as viewed from above is a rectangle.

空気極集電膜７０は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜７０の厚さは、５０〜５００μｍである。 The air electrode current collector film 70 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite) may be used. Or you may comprise from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector film 70 is 50 to 500 μm.

このように各空気極集電膜７０が形成されることにより、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、一方の（図２では、左側の）発電素子部Ａの空気極６０と、他方の（図２では、右側の）発電素子部Ａの燃料極２０（特に、燃料極集電部２１）とが、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」を介して電気的に接続される。この結果、支持基板１０の上面に配置されている複数（本例では、４つ）の発電素子部Ａが電気的に直列に接続される。ここで、電子伝導性を有する「空気極集電膜７０及びインターコネクタ３０」が、前記「電気的接続部」に対応する。   By forming each air electrode current collecting film 70 in this way, for each pair of adjacent power generation element portions A and A, the air electrode 60 of one power generation element portion A (on the left side in FIG. 2), The other fuel electrode 20 (particularly, the fuel electrode current collector 21) of the power generating element part A (on the right side in FIG. 2) passes through the “air electrode current collector film 70 and interconnector 30” having electronic conductivity. Are electrically connected. As a result, a plurality (four in this example) of power generation element portions A arranged on the upper surface of the support substrate 10 are electrically connected in series. Here, the “air electrode current collector film 70 and the interconnector 30” having electronic conductivity correspond to the “electrical connection part”.

なお、インターコネクタ３０は、前記「電気的接続部」における「緻密な材料で構成された第１部分」に対応し、気孔率はガスシール機能を有する程度に小さい値（１０％以下）である。空気極集電膜７０は、前記「電気的接続部」における「多孔質の材料で構成された第２部分」に対応し、気孔率は２０〜６０％である。   The interconnector 30 corresponds to the “first portion made of a dense material” in the “electrical connection portion”, and the porosity is small enough to have a gas seal function (10% or less). . The air electrode current collecting film 70 corresponds to the “second portion made of a porous material” in the “electrical connection portion”, and has a porosity of 20 to 60%.

以上、説明した「横縞型」のＳＯＦＣの構造体に対して、図５に示すように、支持基板１０の燃料ガス流路１１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板１０の上下面（特に、各空気極集電膜７０）を「酸素を含むガス」（空気等）に曝す（或いは、支持基板１０の上下面に沿って酸素を含むガスを流す）ことにより、固体電解質膜４０の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。更に、この構造体を外部の負荷に接続すると、下記（１）、（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる(発電状態)。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− （於：空気極６０） …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
（於：燃料極２０） …（２） As shown in FIG. 5, the fuel gas (hydrogen gas or the like) flows through the fuel gas flow path 11 of the support substrate 10 as shown in FIG. By exposing the upper and lower surfaces (particularly, each air electrode current collecting film 70) to “gas containing oxygen” (air or the like) (or flowing a gas containing oxygen along the upper and lower surfaces of the support substrate 10), the solid electrolyte An electromotive force is generated by an oxygen partial pressure difference generated between both side surfaces of the film 40. Furthermore, when this structure is connected to an external load, chemical reactions shown in the following formulas (1) and (2) occur, and current flows (power generation state).
(1/2) · O 2 + 2e − → O 2− (where: air electrode 60) (1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e −
(At: Fuel electrode 20) (2)

発電状態においては、図６に示すように、各組の隣り合う発電素子部Ａ，Ａについて、電流が、矢印で示すように流れる。この結果、図５に示すように、このＳＯＦＣの構造体全体から（具体的には、図５において最も手前側の発電素子部Ａのインターコネクタ３０と最も奥側の発電素子部Ａの空気極６０とを介して）電力が取り出される。   In the power generation state, as shown in FIG. 6, current flows as indicated by an arrow in each pair of adjacent power generation element portions A and A. As a result, as shown in FIG. 5, from the entire SOFC structure (specifically, in FIG. 5, the interconnector 30 of the power generating element portion A on the foremost side and the air electrode of the power generating element portion A on the farthest side in FIG. The power is extracted (via 60).

（製造方法）
次に、図１に示した「横縞型」のＳＯＦＣの構造体の製造方法の一例について図７〜図１５を参照しながら簡単に説明する。図７〜図１５において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が「焼成前」であることを表す。 (Production method)
Next, an example of a manufacturing method of the “horizontal stripe type” SOFC structure shown in FIG. 1 will be briefly described with reference to FIGS. 7 to 15, “g” at the end of the reference numeral of each member represents that the member is “before firing”.

先ず、図７に示す形状を有する支持基板の成形体１０ｇが作製される。この支持基板の成形体１０ｇは、例えば、支持基板１０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、押し出し成形、切削等の手法を利用して作製され得る。以下、図７に示す８−８線に対応する部分断面を表す図８〜図１５を参照しながら説明を続ける。   First, a support substrate molded body 10g having the shape shown in FIG. 7 is produced. The molded body 10g of the support substrate is manufactured by using a method such as extrusion molding or cutting using a slurry obtained by adding a binder or the like to the material of the support substrate 10 (for example, CSZ). obtain. Hereinafter, the description will be continued with reference to FIGS. 8 to 15 showing partial cross sections corresponding to line 8-8 shown in FIG.

図８に示すように、支持基板の成形体１０ｇが作製されると、次に、図９に示すように、支持基板の成形体１０ｇの上下面に形成された各凹部に、燃料極集電部の成形体２１ｇがそれぞれ埋設・形成される。次いで、図１０に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面に形成された各凹部に、燃料極活性部の成形体２２ｇがそれぞれ埋設・形成される。各燃料極集電部の成形体２１ｇ、及び各燃料極活性部２２ｇは、例えば、燃料極２０の材料（例えば、ＮｉとＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。   As shown in FIG. 8, when the support substrate molded body 10g is manufactured, as shown in FIG. 9, the fuel electrode current collector is then placed in each recess formed on the upper and lower surfaces of the support substrate molded body 10g. Each of the molded parts 21g is embedded and formed. Next, as shown in FIG. 10, a molded body 22g of the fuel electrode active portion is embedded and formed in each recess formed in the outer surface of the molded body 21g of each fuel electrode current collector. The molded body 21g of each fuel electrode current collector and each of the fuel electrode active parts 22g use, for example, a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the fuel electrode 20 (for example, Ni and YSZ), It is embedded and formed using printing methods.

続いて、図１１に示すように、各燃料極集電部の成形体２１ｇの外側面における「燃料極活性部の成形体２２ｇが埋設された部分を除いた部分」に形成された各凹部に、インターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成される。各インターコネクタの成形体３０ｇは、例えば、インターコネクタ３０の材料（例えば、ＬａＣｒＯ３）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して埋設・形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 11, in each concave portion formed in “the portion excluding the portion where the molded body 22 g of the fuel electrode active portion is embedded” on the outer surface of the molded body 21 g of each fuel electrode current collector. The interconnector molded bodies 30g are respectively embedded and formed. The molded body 30g of each interconnector is embedded and formed by using a slurry obtained by adding a binder or the like to the material of the interconnector 30 (for example, LaCrO 3 ), using a printing method or the like. .

次に、図１２に示すように、複数の燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）及び複数のインターコネクタの成形体３０ｇがそれぞれ埋設・形成された状態の支持基板の成形体１０ｇにおける長手方向に延びる外周面において複数のインターコネクタの成形体３０ｇが形成されたそれぞれの部分の長手方向中央部を除いた全面に、固体電解質膜の成形膜４０ｇが形成される。固体電解質膜の成形膜４０ｇは、例えば、固体電解質膜４０の材料（例えば、ＹＳＺ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法、ディッピング法等を利用して形成される。   Next, as shown in FIG. 12, the outer periphery extending in the longitudinal direction of the molded body 10g of the support substrate in a state where the molded body (21g + 22g) of the plurality of fuel electrodes and the molded body 30g of the plurality of interconnectors are respectively embedded and formed. A solid electrolyte membrane molded film 40g is formed on the entire surface excluding the central portion in the longitudinal direction of each portion where the plurality of interconnector molded bodies 30g are formed. The molded membrane 40g of the solid electrolyte membrane is formed using, for example, a printing method, a dipping method, etc., using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the solid electrolyte membrane 40 (for example, YSZ). The

次に、図１３に示すように、固体電解質膜の成形体４０ｇにおける各燃料極の成形体２２ｇと接している箇所の外側面に、反応防止膜の成形膜５０ｇが形成される。各反応防止膜の成形膜５０ｇは、例えば、反応防止膜５０の材料（例えば、ＧＤＣ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。   Next, as shown in FIG. 13, a reaction preventing film forming film 50 g is formed on the outer surface of the solid electrolyte film forming body 40 g in contact with the fuel electrode forming body 22 g. The molded film 50g of each reaction preventing film is formed using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material (for example, GDC) of the reaction preventing film 50, using a printing method or the like.

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体１０ｇが、空気中にて１５００℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したＳＯＦＣの構造体において空気極６０及び空気極集電膜７０が形成されていない状態の構造体が得られる。   Then, 10 g of the support substrate molded body in which various molded films are thus formed is fired in air at 1500 ° C. for 3 hours. As a result, a structure in which the air electrode 60 and the air electrode current collector film 70 are not formed in the SOFC structure shown in FIG. 1 is obtained.

次に、図１４に示すように、各反応防止膜５０の外側面に、空気極の成形膜６０ｇが形成される。各空気極の成形膜６０ｇは、例えば、空気極６０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。   Next, as shown in FIG. 14, an air electrode forming film 60 g is formed on the outer surface of each reaction preventing film 50. The molded film 60g of each air electrode is formed using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode 60 (for example, LSCF), using a printing method or the like.

次に、図１５に示すように、各組の隣り合う発電素子部について、一方の発電素子部の空気極の成形膜６０ｇと、他方の発電素子部のインターコネクタ３０とを跨ぐように、空気極の成形膜６０ｇ、固体電解質膜４０、及び、インターコネクタ３０の外側面に、空気極集電膜の成形膜７０ｇが形成される。各空気極集電膜の成形膜７０ｇは、例えば、空気極集電膜７０の材料（例えば、ＬＳＣＦ）の粉末にバインダー等が添加されて得られるスラリーを用いて、印刷法等を利用して形成される。   Next, as shown in FIG. 15, for each pair of adjacent power generation element portions, air is formed so as to straddle the air electrode molding film 60 g of one power generation element portion and the interconnector 30 of the other power generation element portion. On the outer surface of the electrode forming film 60 g, the solid electrolyte film 40, and the interconnector 30, the air electrode current collecting film forming film 70 g is formed. The forming film 70g of each air electrode current collector film is obtained by using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode current collector film 70 (for example, LSCF), using a printing method or the like. It is formed.

そして、このように成形膜６０ｇ、７０ｇが形成された状態の支持基板１０が、空気中にて１０５０℃で３時間焼成される。これにより、図１に示したＳＯＦＣの構造体が得られる。以上、図１に示したＳＯＦＣの構造体の製造方法の一例について説明した。   Then, the support substrate 10 in which the molded films 60g and 70g are thus formed is baked in air at 1050 ° C. for 3 hours. As a result, the SOFC structure shown in FIG. 1 is obtained. The example of the method for manufacturing the SOFC structure shown in FIG. 1 has been described above.

（作用・効果）
以上、説明したように、上記本発明の実施形態に係る「横縞型」のＳＯＦＣの構造体では、図１６に示すように、凹部１２の底壁について、「燃料極活性部２２が埋設されている領域（図１６の領域２を参照）に対応する部分１２ｂ２」、並びに、「インターコネクタ３０が埋設されている領域（図１６の領域１を参照）に対応する部分１２ｂ２」が、「燃料極集電部２１の上面（外側面）に何も埋設されていない領域に対応する部分１２ｂ１」に対して、下方に（燃料極活性部２２及びインターコネクタ３０から遠ざかる方向に、ｚ軸負方向に）窪んでいる（図１６において微細なドットで示した領域を参照）。 (Action / Effect)
As described above, in the “horizontal stripe type” SOFC structure according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 16, “the fuel electrode active portion 22 is embedded in the bottom wall of the recess 12. "The portion 12b2 corresponding to the region (see region 2 in FIG. 16)" and "the portion 12b2 corresponding to the region in which the interconnector 30 is embedded (see region 1 in FIG. 16)" With respect to the portion 12b1 corresponding to the region where nothing is embedded in the upper surface (outer side surface) of the current collector 21, downward (in the direction away from the anode active portion 22 and the interconnector 30, in the negative z-axis direction) ) It is depressed (see the area indicated by fine dots in FIG. 16).

従って、図１６に太い黒矢印で示すように、燃料極集電部２１の内部において電流が支持基板１０の主面に沿う方向（ｘ軸負方向）に流れる面積について、凹部１２の底壁が全域に亘って平坦な場合と比べて、燃料極活性部２２及びインターコネクタ３０が埋設されている領域（図１６の領域１、２を参照）に対応する部分の面積が、凹部１２の底壁の窪んだ部分の断面積分だけ大きくなる。従って、凹部１２の内部において電流が流れる際、燃料極活性部２２及びインターコネクタ３０が埋設されている領域（図１６の領域１、２を参照）に対応する部分の電気抵抗が、凹部１２の底壁が全域に亘って平坦な場合と比べて、小さくなる。この結果、凹部１２の底壁が全域に亘って平坦な場合と比べて、凹部１２の内部の電気抵抗が全体として小さくなる。この結果、ＳＯＦＣの電気抵抗が全体として小さくなる。このことは、ＳＯＦＣの全体としての発電出力の向上に繋がる。   Accordingly, as indicated by a thick black arrow in FIG. 16, the bottom wall of the recess 12 has an area where the current flows in the direction along the main surface of the support substrate 10 (x-axis negative direction) inside the anode current collector 21. Compared to the case where the entire region is flat, the area of the portion corresponding to the region where the anode active portion 22 and the interconnector 30 are embedded (see regions 1 and 2 in FIG. 16) is the bottom wall of the recess 12. The cross-sectional integral of the recessed portion becomes larger. Therefore, when a current flows inside the recess 12, the electrical resistance of the portion corresponding to the region where the anode active portion 22 and the interconnector 30 are embedded (see regions 1 and 2 in FIG. 16) Compared to the case where the bottom wall is flat over the entire region, the bottom wall becomes smaller. As a result, compared with the case where the bottom wall of the recessed part 12 is flat over the whole area, the electrical resistance inside the recessed part 12 becomes small as a whole. As a result, the electrical resistance of the SOFC is reduced as a whole. This leads to an improvement in the power generation output of the SOFC as a whole.

また、上記実施形態では、支持基板１０の上下面に形成されている、燃料極２０（集電部２１）を埋設するための複数の凹部１２のそれぞれが、全周に亘って支持基板１０の材料からなる周方向に閉じた側壁を有している。換言すれば、支持基板１０において各凹部１２を囲む枠体がそれぞれ形成されている。従って、この構造体は、支持基板１０が外力を受けた場合に変形し難い。   Moreover, in the said embodiment, each of the several recessed part 12 for embedding the fuel electrode 20 (current collection part 21) formed in the upper and lower surfaces of the support substrate 10 of the support substrate 10 over the perimeter. It has a side wall closed in the circumferential direction made of material. In other words, the support body 10 is formed with a frame surrounding each recess 12. Therefore, this structure is not easily deformed when the support substrate 10 receives an external force.

また、支持基板１０の各凹部１２内に燃料極２０（集電部２１＋活性部２２）及びインターコネクタ３０等の部材が隙間なく充填・埋設された状態で、支持基板１０と前記埋設された部材とが共焼結される。従って、部材間の接合性が高く且つ信頼性の高い焼結体が得られる。   In addition, the support substrate 10 and the embedded member are filled in the recesses 12 of the support substrate 10 such as the fuel electrode 20 (current collector 21 + active portion 22) and the interconnector 30 without any gaps. And are co-sintered. Therefore, a sintered body having high bondability between members and high reliability can be obtained.

また、インターコネクタ３０が、燃料極集電部２１の外側面に形成された凹部２１ｂに埋設され、この結果、直方体状のインターコネクタ３０の幅方向（ｙ軸方向）に沿う２つの側面と底面とが凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。従って、燃料極集電部２１の外側平面上に直方体状のインターコネクタ３０が積層される（接触する）構成が採用される場合に比べて、燃料極２０（集電部２１）とインターコネクタ３０との界面の面積を大きくできる。従って、燃料極２０とインターコネクタ３０との間における電子伝導性を高めることができ、この結果、燃料電池の発電出力を高めることができる。   The interconnector 30 is embedded in a recess 21b formed on the outer surface of the fuel electrode current collector 21, and as a result, two side surfaces and a bottom surface along the width direction (y-axis direction) of the rectangular interconnector 30 Are in contact with the anode current collector 21 in the recess 21b. Therefore, the fuel electrode 20 (the current collector 21) and the interconnector 30 are compared to the case where a configuration in which the rectangular parallelepiped interconnector 30 is laminated (contacted) on the outer plane of the fuel electrode current collector 21 is employed. The area of the interface with can be increased. Therefore, the electronic conductivity between the fuel electrode 20 and the interconnector 30 can be increased, and as a result, the power generation output of the fuel cell can be increased.

また、上記実施形態では、平板状の支持基板１０の上下面のそれぞれに、複数の発電素子部Ａが設けられている。これにより、支持基板の片側面のみに複数の発電素子部が設けられる場合に比して、構造体中における発電素子部の数を多くでき、燃料電池の発電出力を高めることができる。   Further, in the above-described embodiment, a plurality of power generation element portions A are provided on each of the upper and lower surfaces of the flat support substrate 10. Thereby, compared with the case where a plurality of power generation element portions are provided only on one side surface of the support substrate, the number of power generation element portions in the structure can be increased, and the power generation output of the fuel cell can be increased.

また、上記実施形態では、固体電解質膜４０が、燃料極２０（集電部２１＋活性部２２）の外側面、インターコネクタ３０の外側面における長手方向の両側端部、及び支持基板１０の主面を覆っている。ここで、燃料極２０の外側面とインターコネクタ３０の外側面と支持基板１０の主面との間で段差が形成されていない。従って、固体電解質膜４０が平坦化されている。この結果、固体電解質膜４０に段差が形成される場合に比して、応力集中に起因する固体電解質膜４０でのクラックの発生が抑制され得、固体電解質膜４０が有するガスシール機能の低下が抑制され得る。   Further, in the above embodiment, the solid electrolyte membrane 40 includes the outer surface of the fuel electrode 20 (current collector 21 + active portion 22), both end portions in the longitudinal direction of the outer surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10. Covering. Here, no step is formed between the outer surface of the fuel electrode 20, the outer surface of the interconnector 30, and the main surface of the support substrate 10. Therefore, the solid electrolyte membrane 40 is flattened. As a result, compared with the case where a step is formed in the solid electrolyte membrane 40, the generation of cracks in the solid electrolyte membrane 40 due to stress concentration can be suppressed, and the gas sealing function of the solid electrolyte membrane 40 is reduced. Can be suppressed.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、図７等に示すように、支持基板１０に形成された凹部１２の平面形状（支持基板１０の主面に垂直の方向からみた場合の形状）が、長方形になっているが、例えば、正方形、円形、楕円形、長穴形状等であってもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, as shown in FIG. 7 and the like, the planar shape of the recess 12 formed in the support substrate 10 (the shape when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the support substrate 10) is a rectangle. However, it may be, for example, a square, a circle, an ellipse, or a long hole shape.

また、上記実施形態においては、各凹部１２にはインターコネクタ３０の全体が埋設されているが、インターコネクタ３０の一部のみが各凹部１２に埋設され、インターコネクタ３０の残りの部分が凹部１２の外に突出（即ち、支持基板１０の主面から突出）していてもよい。   In the above embodiment, the entire interconnector 30 is embedded in each recess 12, but only a part of the interconnector 30 is embedded in each recess 12, and the remaining portion of the interconnector 30 is recessed 12. May protrude outside (that is, protrude from the main surface of the support substrate 10).

また、上記実施形態において、凹部１２における底壁と側壁とのなす角度θが９０°になっているが、図１７に示すように、角度θが９０〜１３５°となっていてもよい。また、上記実施形態においては、図１８に示すように、凹部１２における底壁と側壁とが交差する部分が半径Ｒの円弧状になっていて、凹部１２の深さに対する半径Ｒの割合が０．０１〜１となっていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the angle (theta) which the bottom wall and side wall in the recessed part 12 make is 90 degrees, as shown in FIG. 17, angle (theta) may be 90-135 degrees. Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 18, the part where the bottom wall and side wall in the recessed part 12 cross | intersect is the circular arc shape of the radius R, and the ratio of the radius R with respect to the depth of the recessed part 12 is 0. .01 to 1 may be used.

また、上記実施形態においては、平板状の支持基板１０の上下面のそれぞれに複数の凹部１２が形成され且つ複数の発電素子部Ａが設けられているが、図１９に示すように、支持基板１０の片側面のみに複数の凹部１２が形成され且つ複数の発電素子部Ａが設けられていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the several recessed part 12 is formed in each of the upper and lower surfaces of the flat support substrate 10, and the several electric power generation element part A is provided, as shown in FIG. A plurality of recesses 12 may be formed only on one side of the ten and a plurality of power generation element portions A may be provided.

また、上記実施形態においては、燃料極２０が燃料極集電部２１と燃料極活性部２２との２層で構成されているが、燃料極２０が燃料極活性部２２に相当する１層で構成されてもよい。   Further, in the above embodiment, the fuel electrode 20 is composed of two layers of the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active portion 22, but the fuel electrode 20 is a single layer corresponding to the fuel electrode active portion 22. It may be configured.

また、上記実施形態においては、図３に示すように、燃料極集電部２１の外側面に形成された凹部２１ｂが、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、周方向に閉じた側壁（支持基板１０の材料からなる長手方向に沿う２つの側壁と、燃料極集電部２１の材料からなる幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みとなっている。この結果、凹部２１ｂに埋設されたインターコネクタ３０の幅方向に沿う２つの側面と底面とが凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触している。   Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 3, the recess 21 b formed on the outer surface of the anode current collector 21 is closed in the circumferential direction with the bottom wall made of the material of the anode current collector 21. This is a rectangular parallelepiped depression defined by the side walls (two side walls along the longitudinal direction made of the material of the support substrate 10 and two side walls along the width direction made of the material of the fuel electrode current collector 21). Yes. As a result, the two side surfaces and the bottom surface along the width direction of the interconnector 30 embedded in the recess 21b are in contact with the fuel electrode current collector 21 in the recess 21b.

これに対し、図２０に示すように、燃料極集電部２１の外側面に形成された凹部２１ｂが、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、全周に亘って燃料極集電部２１の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と、幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みであってもよい。これによれば、凹部２１ｂに埋設されたインターコネクタ３０の４つの側面の全てと底面とが凹部２１ｂ内で燃料極集電部２１と接触する。従って、燃料極集電部２１とインターコネクタ３０との界面の面積をより一層大きくできる。従って、燃料極集電部２１とインターコネクタ３０との間における電子伝導性をより一層高めることができ、この結果、燃料電池の発電出力をより一層高めることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 20, the recess 21 b formed on the outer surface of the fuel electrode current collector 21 has a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode current collector over the entire circumference. It may be a rectangular parallelepiped recess defined by circumferentially closed side walls (two side walls along the longitudinal direction and two side walls along the width direction) made of the material of the electric part 21. According to this, all four side surfaces and the bottom surface of the interconnector 30 embedded in the recess 21b are in contact with the fuel electrode current collector 21 in the recess 21b. Therefore, the area of the interface between the fuel electrode current collector 21 and the interconnector 30 can be further increased. Therefore, the electronic conductivity between the fuel electrode current collector 21 and the interconnector 30 can be further increased, and as a result, the power generation output of the fuel cell can be further increased.

同様に、図２０に示すように、燃料極集電部２１の外側面に形成された凹部２１ａが、燃料極集電部２１の材料からなる底壁と、全周に亘って燃料極集電部２１の材料からなる周方向に閉じた側壁（長手方向に沿う２つの側壁と、幅方向に沿う２つの側壁）と、で画定された直方体状の窪みであってもよい。これによれば、凹部２１ａに埋設された燃料極活性部２２の４つの側面の全てと底面とが凹部２１ａ内で燃料極集電部２１と接触する。従って、燃料極集電部２１と燃料極活性部２２との界面の面積をより一層大きくできる。従って、燃料極集電部２１と燃料極活性部２２との間における電子伝導性をより一層高めることができ、この結果、燃料電池の発電出力をより一層高めることができる。   Similarly, as shown in FIG. 20, a recess 21 a formed on the outer surface of the fuel electrode current collector 21 has a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and a fuel electrode current collector over the entire circumference. It may be a rectangular parallelepiped recess defined by circumferentially closed side walls (two side walls along the longitudinal direction and two side walls along the width direction) made of the material of the portion 21. According to this, all four side surfaces and the bottom surface of the anode active portion 22 embedded in the recess 21a are in contact with the anode current collector 21 in the recess 21a. Therefore, the area of the interface between the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active part 22 can be further increased. Therefore, the electron conductivity between the fuel electrode current collector 21 and the fuel electrode active part 22 can be further increased, and as a result, the power generation output of the fuel cell can be further increased.

以下、支持基板の主面に対して垂直の方向からみたとき（図３、及び図２０を参照）における、凹部１２の面積、埋設された燃料極活性部２２の面積、埋設されたインターコネクタ３０の面積の割合等について付言する。   Hereinafter, when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the support substrate (see FIGS. 3 and 20), the area of the recess 12, the area of the buried fuel electrode active part 22, and the buried interconnector 30. I will add the percentage of the area.

図３、及び、図２０に示す構成において、支持基板の主面に対して垂直の方向からみたとき、各凹部１２について、インターコネクタ３０の面積より燃料極活性部２２の面積が大きいことが好適である。具体的には、各凹部１２について、凹部１２の面積に対するインターコネクタ３０の面積の割合は３〜３０％であることが好適であり、凹部１２の面積に対する燃料極活性部２２の面積の割合は３０〜８０％であることが好適である。   In the configuration shown in FIGS. 3 and 20, the area of the anode active portion 22 is preferably larger than the area of the interconnector 30 for each recess 12 when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the support substrate. It is. Specifically, for each recess 12, the ratio of the area of the interconnector 30 to the area of the recess 12 is preferably 3 to 30%, and the ratio of the area of the anode active portion 22 to the area of the recess 12 is It is suitable that it is 30 to 80%.

なお、図３、及び、図２０に示す構成において、インターコネクタ３０の幅方向（ｙ軸方向）の左側面と凹１２の幅方向（ｙ軸方向）の左側面との距離（幅）、並びに、インターコネクタ３０の幅方向（ｙ軸方向）の右側面と燃料極活性部２２の幅方向（ｙ軸方向）の左側面との距離（幅）については、製造上の容易性等を鑑みて、適宜自由に設定することができる。同様に、図２０に示す構成において、インターコネクタ３０の長手方向（ｘ軸方向）の上側面と凹１２の長手方向（ｘ軸方向）の上側面との距離（幅）、並びに、インターコネクタ３０の長手方向（ｘ軸方向）の下側面と凹１２の長手方向（ｘ軸方向）の下側面との距離（幅）についても、製造上の容易性等を鑑みて、適宜自由に設定することができる。   3 and 20, the distance (width) between the left side surface in the width direction (y-axis direction) of the interconnector 30 and the left side surface in the width direction (y-axis direction) of the recess 12, and The distance (width) between the right side surface in the width direction (y-axis direction) of the interconnector 30 and the left side surface in the width direction (y-axis direction) of the fuel electrode active portion 22 is considered in view of ease of manufacture and the like. It can be set freely as appropriate. Similarly, in the configuration shown in FIG. 20, the distance (width) between the upper side surface of the interconnector 30 in the longitudinal direction (x-axis direction) and the upper side surface of the recess 12 in the longitudinal direction (x-axis direction), and the interconnector 30 The distance (width) between the lower side of the longitudinal direction (x-axis direction) and the lower side of the longitudinal direction (x-axis direction) of the recess 12 should also be set as appropriate in view of ease of manufacturing. Can do.

また、上記実施形態においては、図４に示すように、凹部１２の底壁について、「燃料極活性部２２が埋設されている領域に対応する部分１２ｂ２」、及び、「インターコネクタ３０が埋設されている領域に対応する部分１２ｂ２」が共に、「燃料極集電部２１の上面（外側面）に何も埋設されていない領域と重なる部分１２ｂ１」に対して、下方に（ｚ軸負方向に）窪んでいる。これに対し、図２１に示すように、「燃料極活性部２２が埋設されている領域に対応する部分１２ｂ２」のみが下方に窪み、「インターコネクタ３０が埋設されている領域に対応する部分」は平坦化されてもよい。或いは、逆に、「インターコネクタ３０が埋設されている領域に対応する部分１２ｂ２」のみが下方に窪み、「燃料極活性部２２が埋設されている領域に対応する部分」は平坦化されてもよい。   In the above embodiment, as shown in FIG. 4, “the portion 12 b 2 corresponding to the region where the fuel electrode active portion 22 is embedded” and “the interconnector 30 are embedded in the bottom wall of the recess 12. The portion 12b2 corresponding to the region that is present is both downward (in the negative z-axis direction) with respect to the portion 12b1 that overlaps the region where nothing is embedded in the upper surface (outer surface) of the fuel electrode current collector 21 ) It is depressed. On the other hand, as shown in FIG. 21, only “the portion 12b2 corresponding to the region where the fuel electrode active portion 22 is embedded” is depressed downward, and “the portion corresponding to the region where the interconnector 30 is embedded”. May be planarized. Or, conversely, only “the portion 12b2 corresponding to the region where the interconnector 30 is embedded” is depressed downward, and “the portion corresponding to the region where the fuel electrode active portion 22 is embedded” is flattened. Good.

また、上記実施形態においては、図４に示すように、凹部１２の底壁の外周部（周縁部）は平坦である。これに対し、図２２に示すように、凹部１２の底壁の外周部（周縁部）１２ｂ３が下方に（ｚ軸負方向に）窪んでいてもよい。   Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 4, the outer peripheral part (periphery part) of the bottom wall of the recessed part 12 is flat. On the other hand, as shown in FIG. 22, the outer peripheral part (peripheral part) 12b3 of the bottom wall of the recessed part 12 may be depressed downward (in the negative z-axis direction).

加えて、上記実施形態においては、燃料極集電部２１の上面に形成された凹部に埋設される前記「導電部材」として、燃料極活性部２２、及び、インターコネクタ３０が採用されているが、図２３に示すように、前記「導電部材」として、インターコネクタ３０に代えて、インターコネクタ３０の下面に積層された中間層８０が採用されてもよい。この例では、中間層８０が、燃料極集電部２１の上面に形成された凹部に埋設されるとともに、インターコネクタ３０が燃料極集電部２１の上面から突出している。この中間層８０の導電率は、燃料極集電部２１の導電率より小さい。中間層８０の材質としては、例えば、Ｎｉ−ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）、或いは、Ｎｉ−（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）などが採用され得る。 In addition, in the above embodiment, the fuel electrode active portion 22 and the interconnector 30 are employed as the “conductive member” embedded in the recess formed in the upper surface of the fuel electrode current collector 21. As shown in FIG. 23, instead of the interconnector 30, an intermediate layer 80 laminated on the lower surface of the interconnector 30 may be adopted as the “conductive member”. In this example, the intermediate layer 80 is embedded in a recess formed on the upper surface of the fuel electrode current collector 21, and the interconnector 30 protrudes from the upper surface of the fuel electrode current collector 21. The conductivity of the intermediate layer 80 is smaller than the conductivity of the fuel electrode current collector 21. As the material of the intermediate layer 80, for example, Ni—LaCrO 3 (lanthanum chromite), Ni— (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate), or the like can be employed.

以下、「インターコネクタ３０の厚さＴ１ａ」に対する「インターコネクタ３０に対応する底壁１２ｂ２の底壁１２ｂ１に対する窪み深さＴ１ｂ」の割合（Ｔ１ｂ／Ｔ１ａ）、並びに、「燃料極活性部２２の厚さＴ２ａ」に対する「燃料極活性部２２に対応する底壁１２ｂ２の底壁１２ｂ１に対する窪み深さＴ２ｂ」の割合（Ｔ２ｂ／Ｔ２ａ）について付言する（図４を参照ください）。   Hereinafter, the ratio (T1b / T1a) of “the depth T1b of the bottom wall 12b2 corresponding to the interconnector 30 to the thickness T1a of the interconnector 30” and the “thickness of the fuel electrode active portion 22”. The ratio (T2b / T2a) of “the depth T2b of the bottom wall 12b2 corresponding to the fuel electrode active portion 22 to the bottom wall 12b1” with respect to “T2a” (see FIG. 4).

（適正な「Ｔ１ｂ／Ｔ１ａ」、及び「Ｔ２ｂ／Ｔ２ａ」の範囲）
上記実施形態に係るＳＯＦＣでは、通常の環境下で稼働される場合には、燃料極集電部２１にクラック（又は、剥離）が発生しない。しかしながら、このＳＯＦＣが熱応力的に過酷な環境下で稼働されると、燃料極集電部２１にクラックが発生する場合があった。本発明者は、係るクラックの発生が、値「Ｔ１ｂ／Ｔ１ａ」、及び、値「Ｔ２ｂ／Ｔ２ａ」（図４を参照）と強い相関があることを見出した。以下、このことを確認した試験Ａについて説明する。 (Appropriate range of “T1b / T1a” and “T2b / T2a”)
In the SOFC according to the above embodiment, cracks (or separation) do not occur in the anode current collector 21 when operated in a normal environment. However, when this SOFC is operated in a severe environment due to thermal stress, cracks may occur in the fuel electrode current collector 21. The present inventor has found that the occurrence of such a crack has a strong correlation with the value “T1b / T1a” and the value “T2b / T2a” (see FIG. 4). Hereinafter, test A in which this has been confirmed will be described.

（試験Ａ）
この試験Ａでは、図１に示したＳＯＦＣについて、厚さＴ１ａ、深さＴ１ｂ、厚さＴ２ａ、及び、深さＴ２ｂの組み合わせが異なる複数のサンプルが作製された。具体的には、表１に示すように、１０種類の水準（組み合わせ）が準備された。各水準に対して１０個のサンプル（Ｎ＝１０）が作製された。各サンプルについて、「厚さ」及び「深さ」としては、サンプルの任意の３箇所のそれぞれの断面について任意の１０箇所でそれぞれ測定された値の平均値が採用された。表１に記載された「厚さ」及び「深さ」の値は、上記還元処理後の値（Ｎ＝１０の平均値）である。 (Test A)
In this test A, a plurality of samples having different combinations of thickness T1a, depth T1b, thickness T2a, and depth T2b were produced for the SOFC shown in FIG. Specifically, as shown in Table 1, 10 types (combinations) were prepared. Ten samples (N = 10) were made for each level. For each sample, as the “thickness” and “depth”, the average values of the values measured at any 10 locations for each cross section at any 3 locations of the sample were adopted. The values of “thickness” and “depth” shown in Table 1 are values after the reduction treatment (average value of N = 10).

Figure 2014130804
Figure 2014130804

各サンプル（図１に示したＳＯＦＣ）にて、燃料極集電部２１の材料としてはＮｉ−Ｙ２Ｏ３が採用され、燃料極活性部２２の材料としてはＮｉ−８ＹＳＺが採用され、インターコネクタ３０の材料としてはＬａＣｒＯ３が採用された。なお、各サンプルについて、支持基板１１の主面に対して垂直の方向からみたときの、凹部１２の面積をＳａ（ｍｍ）、インターコネクタ３０の面積をＳｂ（ｍｍ）、燃料極活性部２２の面積をＳｃ（ｍｍ）としたとき、値「Ｓｂ／Ｓａ」は１０〜２０％とされ、値「Ｓｃ／Ｓａ」は６０〜７０％とされた。 In each sample (SOFC shown in FIG. 1), Ni—Y 2 O 3 is adopted as the material of the fuel electrode current collector 21, and Ni-8YSZ is adopted as the material of the fuel electrode active part 22. As a material of the connector 30, LaCrO 3 was adopted. For each sample, the area of the recess 12 when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the support substrate 11 is Sa (mm), the area of the interconnector 30 is Sb (mm), and the anode active portion 22 is When the area was Sc (mm), the value “Sb / Sa” was 10 to 20%, and the value “Sc / Sa” was 60 to 70%.

そして、上記還元処理後の各サンプルについて、「燃料極２０に還元性の燃料ガスを流通させながら、雰囲気温度を常温から７５０℃まで２時間で上げた後に７５０℃から常温まで４時間で下げるパターン」を１００回繰り返す熱サイクル試験を行った。そして、各サンプルについて、燃料極集電部２１におけるクラック（又は、剥離）の発生の有無が確認された。この確認は、目視、並びに、顕微鏡を使用した観察によってなされた。この結果は表１に示すとおりである。   For each sample after the reduction treatment, “a pattern in which the ambient temperature is raised from room temperature to 750 ° C. in 2 hours and then lowered from 750 ° C. to room temperature in 4 hours while reducing fuel gas is circulated through the fuel electrode 20. The heat cycle test was repeated 100 times. And about each sample, the presence or absence of the generation | occurrence | production of the crack (or peeling) in the fuel electrode current collection part 21 was confirmed. This confirmation was made by visual observation as well as observation using a microscope. The results are as shown in Table 1.

表１から理解できるように、熱応力的に過酷な上記熱サイクル試験を行った後では、値「Ｔ１ｂ／Ｔ１ａ」、及び、値「Ｔ２ｂ／Ｔ２ａ」の少なくとも１つが０．１〜２．０の範囲外であると、理由は不明であるが、燃料極集電部２１にクラックが発生し易い。これに対し、値「Ｔ１ｂ／Ｔ１ａ」、及び、値「Ｔ２ｂ／Ｔ２ａ」が共に、０．１〜２．０の範囲内であると、燃料極集電部２１におけるクラックが発生し難い、ということができる。   As can be understood from Table 1, after the thermal cycle test severe in terms of thermal stress, at least one of the value “T1b / T1a” and the value “T2b / T2a” is 0.1 to 2.0. If it is out of the range, the reason is unknown, but cracks are likely to occur in the fuel electrode current collector 21. On the other hand, if both the value “T1b / T1a” and the value “T2b / T2a” are within the range of 0.1 to 2.0, it is difficult to generate cracks in the fuel electrode current collector 21. be able to.

なお、本発明者は、通常の条件・環境下（例えば、常温から７５０℃まで４時間で上げた後に７５０℃から常温まで１２時間で下げるパターン）にて上記実施形態が使用される場合、値「Ｔ１ｂ／Ｔ１ａ」、及び、値「Ｔ２ｂ／Ｔ２ａ」の少なくとも１つが０．１〜２．０の範囲外であっても、燃料極集電部２１にクラックが発生しないことを別途確認している。   In addition, the present inventor has values when the above embodiment is used under normal conditions and environment (for example, a pattern in which the temperature is raised from room temperature to 750 ° C. in 4 hours and then lowered from 750 ° C. to room temperature in 12 hours). Separately confirm that no cracks occur in the anode current collector 21 even if at least one of “T1b / T1a” and the value “T2b / T2a” is outside the range of 0.1 to 2.0. Yes.

１０…支持基板、１１…燃料ガス流路、１２…凹部、２０…燃料極、２１…燃料極集電部、２１ａ、２１ｂ…凹部、２２…燃料極活性部、３０…インターコネクタ、４０…固体電解質膜、５０…反応防止膜、６０…空気極、７０…空気極集電膜、Ａ…発電素子部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Support substrate, 11 ... Fuel gas flow path, 12 ... Recessed part, 20 ... Fuel electrode, 21 ... Fuel electrode current collecting part, 21a, 21b ... Recessed part, 22 ... Fuel electrode active part, 30 ... Interconnector, 40 ... Solid Electrolyte membrane, 50 ... reaction preventing membrane, 60 ... air electrode, 70 ... air electrode current collector membrane, A ... power generation element section

Claims (9)

ガス流路が内部に形成された多孔質の支持基板と、
前記支持基板の主面における互いに離れた複数の箇所にそれぞれ設けられ、少なくとも内側電極、固体電解質、及び外側電極が積層されてなる複数の発電素子部と、
１組又は複数組の隣り合う前記発電素子部の間にそれぞれ設けられ、隣り合う前記発電素子部の一方の内側電極と他方の外側電極とを電気的に接続する１つ又は複数の電気的接続部と、
を備えた燃料電池の構造体において、
前記支持基板の主面における前記複数の箇所に、前記支持基板の材料からなる底壁と、前記支持基板の材料からなる側壁とを有する第１凹部がそれぞれ形成され、
前記各第１凹部に、対応する前記発電素子部の前記内側電極がそれぞれ埋設され、
前記埋設された各内側電極における前記第１凹部の底壁に接触する面と反対側の面に、前記内側電極の材料からなる底壁と、前記内側電極の材料からなる側壁とを有する第２凹部がそれぞれ形成され、
前記各第２凹部に、前記第１凹部に埋設された前記内側電極より導電率が小さい導電部材がそれぞれ埋設され、
前記支持基板の主面に垂直な方向にて前記各第１凹部を外部からみたとき、前記第１凹部の底壁について、前記導電部材が埋設されている領域と重なる部分が、前記導電部材が埋設されていない領域と重なる部分に対して、前記導電部材から遠ざかる方向に窪んでいる、燃料電池の構造体。 A porous support substrate having a gas flow path formed therein;
A plurality of power generation element portions each provided at a plurality of locations separated from each other on the main surface of the support substrate, and at least an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode are laminated;
One or a plurality of electrical connections that are respectively provided between one set or a plurality of sets of adjacent power generation element portions and electrically connect one inner electrode and the other outer electrode of the adjacent power generation element portions And
In a fuel cell structure comprising:
First recesses each having a bottom wall made of the material of the support substrate and a side wall made of the material of the support substrate are formed at the plurality of locations on the main surface of the support substrate,
In each of the first recesses, the corresponding inner electrode of the power generation element unit is embedded,
A second wall having a bottom wall made of the material of the inner electrode and a side wall made of the material of the inner electrode on a surface opposite to the surface contacting the bottom wall of the first recess in each embedded inner electrode. Recesses are formed,
In each of the second recesses, a conductive member having a lower conductivity than the inner electrode embedded in the first recess is embedded,
When the first recesses are viewed from the outside in a direction perpendicular to the main surface of the support substrate, a portion of the bottom wall of the first recess that overlaps the region where the conductive member is embedded is the conductive member. A structure of a fuel cell that is recessed in a direction away from the conductive member with respect to a portion that overlaps a region that is not embedded. 請求項１に記載の燃料電池の構造体において、
前記各電気的接続部は、第１部分と、前記第１部分と接続され且つ多孔質の材料で構成された第２部分とで構成され、前記第１部分は、ガスシール機能を有する程度に前記第２部分の気孔率より小さい気孔率を有し、前記第１部分は、前記隣り合う発電素子部の一方の内側電極と前記第２部分とに接続され、前記第２部分は、前記隣り合う発電素子部の他方の外側電極と前記第１部分とに接続され、
前記各第２凹部に、前記導電部材として、対応する前記電気的接続部の前記第１部分がそれぞれ埋設され、
前記支持基板の主面に垂直な方向にて前記各第１凹部を外部からみたとき、前記第１凹部の底壁について、前記対応する第１部分が埋設されている領域と重なる部分が、前記対応する第１部分が埋設されていない領域と重なる部分に対して、前記対応する第１部分から遠ざかる方向に窪んでいる、燃料電池の構造体。 The fuel cell structure according to claim 1,
Each of the electrical connection parts is composed of a first part and a second part connected to the first part and made of a porous material, and the first part has a gas sealing function. The first portion has a porosity smaller than the porosity of the second portion, the first portion is connected to one inner electrode of the adjacent power generation element portion and the second portion, and the second portion is adjacent to the adjacent portion. Connected to the other outer electrode and the first part of the matching power generation element part,
In each of the second recesses, the first portion of the corresponding electrical connection portion is embedded as the conductive member,
When each first recess is viewed from the outside in a direction perpendicular to the main surface of the support substrate, a portion of the bottom wall of the first recess that overlaps with a region where the corresponding first portion is embedded is A fuel cell structure that is recessed in a direction away from the corresponding first portion with respect to a portion that overlaps a region where the corresponding first portion is not embedded. 請求項１に記載の燃料電池の構造体において、
前記内側電極は燃料極であり、前記外側電極は空気極であり、
前記燃料極は、集電部と、前記集電部と比べて酸化イオン伝導性を有する物質の含有割合が大きい活性部と、で構成され、
前記各第１凹部に、対応する前記発電素子部の前記燃料極の集電部がそれぞれ埋設され、
前記各第２凹部は、前記燃料極の集電部の材料からなる底壁と、前記燃料極の集電部の材料からなる側壁とを有し、
前記各第２凹部に、前記導電部材として、対応する前記発電素子部の前記燃料極の活性部がそれぞれ埋設され、
前記支持基板の主面に垂直な方向にて前記各第１凹部を外部からみたとき、前記第１凹部の底壁について、前記対応する燃料極の活性部が埋設されている領域と重なる部分が、前記対応する燃料極の活性部が埋設されていない領域と重なる部分に対して、前記対応する燃料極の活性部から遠ざかる方向に窪んでいる、燃料電池の構造体。 The fuel cell structure according to claim 1,
The inner electrode is a fuel electrode, and the outer electrode is an air electrode;
The fuel electrode is composed of a current collecting part and an active part having a large content ratio of a substance having oxide ion conductivity compared to the current collecting part,
In each of the first recesses, a corresponding current collecting portion of the fuel electrode of the power generation element portion is embedded,
Each of the second recesses has a bottom wall made of a material of the current collector of the fuel electrode and a side wall made of a material of the current collector of the fuel electrode,
In each of the second recesses, the active part of the fuel electrode of the corresponding power generation element part is embedded as the conductive member,
When each first recess is viewed from the outside in a direction perpendicular to the main surface of the support substrate, a portion of the bottom wall of the first recess that overlaps with a region where the corresponding active portion of the fuel electrode is embedded The fuel cell structure is recessed in a direction away from the active portion of the corresponding fuel electrode with respect to a portion overlapping the region where the active portion of the corresponding fuel electrode is not embedded. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記内側電極は燃料極であり、前記外側電極は空気極であり、
前記燃料極は、集電部と、前記集電部と比べて酸素イオン伝導性を有する物質の含有割合が大きい活性部と、で構成され、
前記各電気的接続部は、第１部分と、前記第１部分と接続され且つ多孔質の材料で構成された第２部分とで構成され、前記第１部分は、ガスシール機能を有する程度に前記第２部分の気孔率より小さい気孔率を有し、前記第１部分は、前記隣り合う発電素子部の一方の燃料極の集電部と前記第２部分とに接続され、前記第２部分は、前記隣り合う発電素子部の他方の空気極と前記第１部分とに接続され、
前記各第１凹部に、対応する前記発電素子部の前記燃料極の集電部がそれぞれ埋設され、
前記各第２凹部は、前記燃料極の集電部の材料からなる底壁と、前記燃料極の集電部の材料からなる側壁とを有し、
前記各第２凹部に、前記導電部材として、対応する前記発電素子部の前記燃料極の活性部がそれぞれ埋設され、
前記埋設された各燃料極の集電部における前記第１凹部の底壁に接触する面と反対側の面における前記第２凹部が形成された位置と異なる位置に、前記燃料極の集電部の材料からなる底壁と、前記燃料極の集電部の材料からなる側壁とを有する第３凹部がそれぞれ形成され、
前記各第３凹部に、前記導電部材として、対応する前記電気的接続部の前記第１部分がそれぞれ埋設され、
前記支持基板の主面に垂直な方向にて前記各第１凹部を外部からみたとき、前記第１凹部の底壁について、前記対応する燃料極の活性部が埋設されている領域と重なる部分が、前記対応する燃料極の活性部が埋設されていない領域と重なる部分に対して、前記対応する燃料極の活性部から遠ざかる方向に窪んでおり、且つ、前記対応する第１部分が埋設されている領域と重なる部分が、前記対応する第１部分が埋設されていない領域と重なる部分に対して、前記対応する第１部分から遠ざかる方向に窪んでいる、燃料電池の構造体。 In the structure of the fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The inner electrode is a fuel electrode, and the outer electrode is an air electrode;
The fuel electrode includes a current collector, and an active part having a large content ratio of a substance having oxygen ion conductivity compared to the current collector,
Each of the electrical connection parts is composed of a first part and a second part connected to the first part and made of a porous material, and the first part has a gas sealing function. The first portion has a porosity smaller than the porosity of the second portion, and the first portion is connected to the current collecting portion and the second portion of one fuel electrode of the adjacent power generation element portion, and the second portion Is connected to the other air electrode of the adjacent power generation element portion and the first portion,
In each of the first recesses, a corresponding current collecting portion of the fuel electrode of the power generation element portion is embedded,
Each of the second recesses has a bottom wall made of a material of the current collector of the fuel electrode and a side wall made of a material of the current collector of the fuel electrode,
In each of the second recesses, the active part of the fuel electrode of the corresponding power generation element part is embedded as the conductive member,
The current collector part of the fuel electrode at a position different from the position where the second recess part is formed on the surface opposite to the surface contacting the bottom wall of the first recess part in the current collector part of each buried fuel electrode. And a third recess having a bottom wall made of the material and a side wall made of the material of the current collector of the fuel electrode, respectively.
In each of the third recesses, the first part of the corresponding electrical connection portion is embedded as the conductive member,
When each first recess is viewed from the outside in a direction perpendicular to the main surface of the support substrate, a portion of the bottom wall of the first recess that overlaps with a region where the corresponding active portion of the fuel electrode is embedded And a portion overlapping the region where the corresponding active portion of the corresponding fuel electrode is not embedded, is recessed in a direction away from the corresponding active portion of the corresponding fuel electrode, and the corresponding first portion is embedded. A structure of a fuel cell, wherein a portion that overlaps a region that is recessed with respect to a portion that overlaps a region where the corresponding first portion is not embedded is recessed in a direction away from the corresponding first portion. 請求項４に記載の燃料電池の構造体において、
前記支持基板の主面に垂直な方向にて前記各第１凹部を外部からみたとき、前記第１凹部について、前記第３凹部に埋設された前記電気的接続部の第１部分の面積より、前記第２凹部に埋設された前記燃料極の活性部の面積が大きい、燃料電池の構造体。 The fuel cell structure according to claim 4,
When the first recesses are viewed from the outside in a direction perpendicular to the main surface of the support substrate, the area of the first portion of the electrical connection portion embedded in the third recess is about the first recesses. A fuel cell structure in which an active area of the fuel electrode embedded in the second recess is large. 請求項５に記載の燃料電池の構造体において、
前記支持基板の主面に垂直な方向にて前記各第１凹部を外部からみたとき、前記第１凹部について、前記第１凹部の面積に対する前記第３凹部に埋設された前記電気的接続部の第１部分の面積の割合が３〜３０％であり、且つ、前記第１凹部の面積に対する前記第２凹部に埋設された前記燃料極の活性部の面積の割合が３０〜８０％である、燃料電池の構造体。 The fuel cell structure according to claim 5, wherein
When the first recesses are viewed from the outside in a direction perpendicular to the main surface of the support substrate, the electrical connection portions embedded in the third recesses with respect to the area of the first recesses with respect to the first recesses. The ratio of the area of the first portion is 3 to 30%, and the ratio of the area of the active portion of the fuel electrode embedded in the second recess to the area of the first recess is 30 to 80%. Fuel cell structure. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記第２凹部に埋設された前記導電部材の厚さに対する、前記第１凹部の底壁における前記導電部材が埋設されている領域と重なる部分が前記第１凹部の底壁における前記導電部材が埋設されていない領域と重なる部分に対して窪んでいる深さの割合が、０．１〜２．０である、燃料電池の構造体。 The fuel cell structure according to any one of claims 1 to 6, wherein
The portion of the bottom wall of the first recess that overlaps the region where the conductive member is embedded with respect to the thickness of the conductive member embedded in the second recess is embedded in the bottom wall of the first recess. A structure of a fuel cell, wherein a ratio of a depth of a portion that overlaps a portion that overlaps a region that is not formed is 0.1 to 2.0. 請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記支持基板は平板状を呈し、
前記各第１凹部は、前記支持基板の材料からなる底壁と、全周に亘って前記支持基板の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有する、燃料電池の構造体。 In the structure of the fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
The support substrate has a flat plate shape,
Each said 1st recessed part has a bottom wall which consists of the material of the said support substrate, and the side wall closed in the circumferential direction which consists of the material of the said support substrate over the perimeter, The structure of a fuel cell. 請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の燃料電池の構造体において、
前記各第２凹部は、前記内側電極の材料からなる底壁と、全周に亘って前記内側電極の材料からなる周方向に閉じた側壁とを有する、燃料電池の構造体。 In the structure of the fuel cell according to any one of claims 1 to 8,
Each said 2nd recessed part has the bottom wall which consists of the material of the said inner side electrode, and the side wall closed in the circumferential direction which consists of the material of the said inner side electrode over the perimeter, The structure of a fuel cell.
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JP2018041559A (en) * 2016-09-05 2018-03-15 日本碍子株式会社 Fuel battery cell

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5587479B1 (en) * 2013-09-24 2014-09-10 日本碍子株式会社 Fuel cell
JP2016039149A (en) * 2014-08-06 2016-03-22 日本碍子株式会社 Fuel battery
JP2016039148A (en) * 2014-08-06 2016-03-22 日本碍子株式会社 Fuel battery
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