JP5178056B2 - Fuel cell structure, fuel cell, and electrode layer precursor green sheet - Google Patents

Fuel cell structure, fuel cell, and electrode layer precursor green sheet Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池用構造体、燃料電池および電極層前駆グリーンシートに関する。   The present invention relates to a fuel cell structure, a fuel cell, and an electrode layer precursor green sheet.

近年、地球規模で環境問題、エネルギー問題が大きな課題となっているが、その解決に貢献しうる有力な発電装置として、燃料電池が注目されている。燃料電池は、それを構成する電解質の種類により、固体酸化物形、リン酸形、溶融炭酸塩形、高分子電解質形などに分類される。固体酸化物形燃料電池を例にとり、その構造を説明すると、酸化物イオン導電体から成る固体電解質層の一方面に空気極層を有し、他方面に燃料極層を有する発電セルを、セパレータを介して複数積層してスタック化した積層構造を有する（例えば、特許文献１等）。   In recent years, environmental problems and energy problems have become major issues on a global scale, and fuel cells have attracted attention as a powerful power generation device that can contribute to solving them. Fuel cells are classified into solid oxide form, phosphoric acid form, molten carbonate form, polymer electrolyte form, etc., depending on the type of electrolyte constituting the fuel cell. Taking a solid oxide fuel cell as an example, the structure thereof will be described. A power generation cell having an air electrode layer on one side of a solid electrolyte layer made of an oxide ion conductor and a fuel electrode layer on the other side is provided as a separator. A stacked structure in which a plurality of layers are stacked via a gap (for example, Patent Document 1).

このように構成された燃料電池においては、例えば、セパレータの一方面（空気極層と接合する面）の中央部に設けた酸化剤ガス供給口から空気極層に酸化剤ガス（空気、酸素）を供給すると共に、セパレータの他方面（燃料極層と接合する面）の中央部に設けた燃料ガス供給口から燃料極層に燃料ガス（Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４等）を供給することにより発電を行う。空気極層側に供給された酸素は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極層から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ２−）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極層に向かって固体電解質層内を拡散移動し、燃料極層との界面近傍に到達した酸化物イオンはこの部分で燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２等）を生じ、燃料極層に電子を放出する。電極反応で生じた電子は、別ルートの外部負荷にて起電力として取り出すことができる。
特開２００６−０８６０１８号公報 In the fuel cell configured as described above, for example, an oxidant gas (air, oxygen) is supplied from the oxidant gas supply port provided at the center of one side of the separator (the surface joined to the air electrode layer) to the air electrode layer. And supplying fuel gas (H 2 , CO, CH 4, etc.) to the fuel electrode layer from the fuel gas supply port provided at the center of the other side of the separator (surface joined to the fuel electrode layer) Generate electricity. Oxygen supplied to the air electrode layer side passes through pores in the air electrode layer and reaches the vicinity of the interface with the solid electrolyte layer, and receives electrons from the air electrode layer at this portion to receive oxide ions (O 2− ). Is ionized. The oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer toward the fuel electrode layer, and the oxide ions that have reached the vicinity of the interface with the fuel electrode layer react with the fuel gas at this portion to react with the reaction product (H 2 O, CO 2, etc.) are generated, and electrons are emitted to the fuel electrode layer. Electrons generated by the electrode reaction can be taken out as an electromotive force at an external load on another route.
JP 2006-086018 A

しかしながら、上述のような燃料電池においては、セパレータに形成された燃料ガス供給口から燃料極層に供給された燃料ガスの濃度が、燃料極層の中央部から外縁部に向かうに従って低下するという現象が生じる。このように燃料極層において燃料ガス濃度の不均一が生じると、発電セル内での電池反応が均一に行われずに、発電セルの発電効率が低下するという問題があった。また、燃料ガスの濃度が高い領域では発熱量が大きく、燃料ガスの濃度が低い領域では発熱量が小さくなり、発電セルにおいて温度分布の不均一が発生する。この結果、燃料極層に熱応力歪みが発生し、当該燃料極層が固体電解質層から剥離して破損するおそれもあった。   However, in the fuel cell as described above, the concentration of the fuel gas supplied from the fuel gas supply port formed in the separator to the fuel electrode layer decreases as it goes from the central part of the fuel electrode layer to the outer edge part. Occurs. When the fuel gas concentration is uneven in the fuel electrode layer as described above, there is a problem that the battery reaction in the power generation cell is not performed uniformly and the power generation efficiency of the power generation cell is lowered. Further, the amount of heat generation is large in the region where the concentration of fuel gas is high, and the amount of heat generation is small in the region where the concentration of fuel gas is low, resulting in uneven temperature distribution in the power generation cell. As a result, thermal stress strain is generated in the fuel electrode layer, and the fuel electrode layer may be peeled off from the solid electrolyte layer and damaged.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、温度分布の不均一が発生することを防止すると共に発電効率を高めることができる燃料電池用構造体、これを用いた燃料電池、及び、電極層前駆グリーンシートを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and uses a fuel cell structure capable of preventing the occurrence of non-uniform temperature distribution and increasing power generation efficiency. An object is to provide a fuel cell and an electrode layer precursor green sheet.

本発明の上記目的は、電解質層と、該電解質層の一方面に膜状に形成された燃料極層あるいは空気極層のいずれか一方の電極層とを備える燃料電池用構造体であって、前記電極層の少なくとも一部は、膜面方向に沿って反応ガス消費率が変化するように形成されている燃料電池用構造体により達成される。   The object of the present invention is a structure for a fuel cell comprising an electrolyte layer and one of an electrode layer of a fuel electrode layer or an air electrode layer formed in a film shape on one surface of the electrolyte layer, At least a part of the electrode layer is achieved by a fuel cell structure formed such that the reaction gas consumption rate changes along the film surface direction.

また、この燃料電池用構造体において、前記電極層の少なくとも一部は、連続的に又は段階的に反応ガス消費率が変化するように形成されていることが好ましい。   In this fuel cell structure, it is preferable that at least a part of the electrode layer is formed so that the reaction gas consumption rate changes continuously or stepwise.

また、前記電極層の少なくとも一部は、段階的に前記反応ガス消費率が変化するように形成されており、反応ガス消費率が変化する境界部は、前記電解質層の表面が露出する溝を備えているであることが好ましい。   Further, at least a part of the electrode layer is formed so that the reaction gas consumption rate changes stepwise, and a boundary portion where the reaction gas consumption rate changes is a groove where the surface of the electrolyte layer is exposed. It is preferable that it is provided.

また、前記電極層は、金属触媒と酸化物イオン導電体との混合物から形成されており、前記混合物における前記金属触媒を構成する金属の配合比率を変化させることにより反応ガス消費率が変化するように形成されていることが好ましい。   The electrode layer is formed of a mixture of a metal catalyst and an oxide ion conductor, and the reaction gas consumption rate is changed by changing the compounding ratio of the metal constituting the metal catalyst in the mixture. It is preferable to be formed.

また、前記電極層は、ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物から形成されており、前記金属酸化物の組成を変化させることにより反応ガス消費率が変化するように形成されていることが好ましい。   The electrode layer is preferably made of a metal oxide having a perovskite crystal structure, and is formed so that the reaction gas consumption rate is changed by changing the composition of the metal oxide. .

また、本発明の上記目的は、上述の燃料電池用構造体を備える燃料電池により達成される。   The above-mentioned object of the present invention is achieved by a fuel cell comprising the above-described fuel cell structure.

この燃料電池において、反応ガスを前記電極層に導くガス供給口を更に備えており、前記ガス供給口から離れる従い、前記電極層の反応ガス消費率が高くなるように形成されていることが好ましい。   In this fuel cell, it is preferable that the fuel cell further includes a gas supply port that guides the reaction gas to the electrode layer, and is formed so that the reaction gas consumption rate of the electrode layer increases as the gas supply port moves away from the gas supply port. .

また、本発明の上記目的は、シート状の基材の一方面に膜状に形成された燃料極層あるいは空気極層のいずれか一方の電極層を備える電極層前駆グリーンシートであって、前記電極層の少なくとも一部は、膜面方向に沿って反応ガス消費率が変化するように形成されている電極層前駆グリーンシートにより達成される。   Further, the above object of the present invention is an electrode layer precursor green sheet comprising any one of a fuel electrode layer and an air electrode layer formed in a film shape on one surface of a sheet-like base material, At least a part of the electrode layer is achieved by the electrode layer precursor green sheet formed so that the reaction gas consumption rate changes along the film surface direction.

本発明によれば、温度分布の不均一が発生することを防止すると共に発電効率を高めることができる燃料電池用構造体、これを用いた燃料電池、及び、電極層前駆グリーンシートを提供することができる。   According to the present invention, there are provided a structure for a fuel cell capable of preventing generation of nonuniform temperature distribution and increasing power generation efficiency, a fuel cell using the same, and an electrode layer precursor green sheet. Can do.

以下、本発明に係る燃料電池について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の概略構成を示す側面図であり、図２（ａ）は、図１に示す燃料電池の要部拡大断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）における矢示Ａ方向から見た平面図である。   Hereinafter, a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view of the main part of the fuel cell shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is a plan view seen from an arrow A direction in FIG.

図１及び図２に示すように、本発明に係る燃料電池１は、いわゆる平板形の２室型固体酸化物形燃料電池であり、複数の発電セル２を備えている。この燃料電池１は、発電セル２がセパレータ６を介して複数個積層されるスタック構造を有しており、発電セル２のそれぞれにおいて発電反応により発生した電流が、発電セル２の積層方向に直列的に流れるように構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a fuel cell 1 according to the present invention is a so-called flat plate type two-chamber solid oxide fuel cell, and includes a plurality of power generation cells 2. The fuel cell 1 has a stack structure in which a plurality of power generation cells 2 are stacked via separators 6, and currents generated by power generation reactions in each of the power generation cells 2 are serially connected in the stacking direction of the power generation cells 2. It is configured to flow.

各発電セル２は、薄膜状の固体電解質層３の両面にそれぞれ電極層４，５を備え、平面視円形状に形成されている。固体電解質層３の一方面が備える電極層は、反応ガスとしての燃料ガスが供給される燃料極層４であり、他方面が備える電極層は、反応ガスとしての酸化剤ガスが供給される空気極層５である。ここで、固体電解質層３の一方面に燃料極層４を備える構造体を燃料電池用構造体と称する。   Each power generation cell 2 includes electrode layers 4 and 5 on both surfaces of a thin-film solid electrolyte layer 3 and is formed in a circular shape in plan view. The electrode layer provided on one surface of the solid electrolyte layer 3 is a fuel electrode layer 4 to which a fuel gas as a reaction gas is supplied, and the electrode layer provided on the other surface is an air to which an oxidant gas as a reaction gas is supplied. It is the polar layer 5. Here, the structure including the fuel electrode layer 4 on one surface of the solid electrolyte layer 3 is referred to as a fuel cell structure.

固体電解質層３を形成する材料としては、例えば、固体酸化物形燃料電池用の電解質材料として広く知られている蛍石型又はペロブスカイト型の結晶構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型の結晶構造を有するものとしては、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、サマリウムドープ酸化セリウム（ＳＤＣ）、ガドリニムドープ酸化セリウム（ＧＤＣ）等を挙げることができる。また、ペロブスカイト型の結晶構造を有するものとしては、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物等を挙げることができる。   As a material for forming the solid electrolyte layer 3, for example, a material having a fluorite type or perovskite type crystal structure that is widely known as an electrolyte material for a solid oxide fuel cell can be preferably used. Examples of those having a fluorite-type crystal structure include yttria stabilized zirconia (YSZ), scandia stabilized zirconia (ScSZ), samarium doped cerium oxide (SDC), gadolinium doped cerium oxide (GDC), and the like. Examples of those having a perovskite type crystal structure include lanthanum galide oxides doped with strontium and magnesium.

燃料極層４は、平面視円形の薄膜状に形成されており、後述するセパレータ６の燃料ガス供給口６２ｂを介して供給された反応ガスとしての燃料ガスが固体電解質層３との界面に到達することができるよう、多孔質の層となるように形成されている。燃料極層４を形成する材料としては、セラミックス粉末材料等の酸化物イオン伝導体と金属触媒とを含む混合物を用いることができる。酸化物イオン伝導体としては、蛍石型又はペロブスカイト型の結晶構造を有するものを好ましく用いることができる。蛍石型の結晶構造を有するものとしては、例えばＳＤＣ、ＧＤＣ、ＳｃＳＺ、ＹＳＺ等を挙げることができる。また、ペロブスカイト型の結晶構造を有するものとしては、ストロンチウムやマグネシウムをドープしたランタン・ガレード系酸化物等を挙げることができる。金属触媒を構成する金属としては、還元性雰囲気中で安定であり、かつ、水素酸化活性を有する材料を用いることができ、例えば、ニッケル、鉄、コバルト等や、貴金属（白金、ルテニウム、パラジウム等）等が使用できる。上記金属の中では、水素酸化の活性が高いニッケルが好ましい。金属としてニッケルを用いた金属触媒と酸化物イオン伝導体とを含む混合物として、例えば、ＮｉＯ／ＹＳＺ（ＹＳＺ：イットリア安定化ジルコニア）複合粒子、ＮｉＯ／ＳＤＣ（ＳＤＣ：サマリアドープトセリア）複合粒子、ＮｉＯ／ＳｃＳｚ複合粒子、ＮｉＯ／ＹＤＣ（ＹＤＣ：イットリアドープトセリア）複合粒子、ＮｉＯ／ＬＳＧＭ（ＬＳＧＭ：ランタンストロンチウムガリウムマグネシウム酸化物）複合粒子等を挙げることができる。   The fuel electrode layer 4 is formed in a thin film shape having a circular shape in plan view, and fuel gas as a reaction gas supplied via a fuel gas supply port 62b of the separator 6 described later reaches the interface with the solid electrolyte layer 3. It is formed to be a porous layer so that it can be made. As a material for forming the fuel electrode layer 4, a mixture containing an oxide ion conductor such as a ceramic powder material and a metal catalyst can be used. As the oxide ion conductor, one having a fluorite-type or perovskite-type crystal structure can be preferably used. Examples of those having a fluorite-type crystal structure include SDC, GDC, ScSZ, and YSZ. Examples of those having a perovskite type crystal structure include lanthanum galide oxides doped with strontium and magnesium. As a metal constituting the metal catalyst, a material that is stable in a reducing atmosphere and has a hydrogen oxidation activity can be used. For example, nickel, iron, cobalt, or the like, or a noble metal (platinum, ruthenium, palladium, or the like) ) Etc. can be used. Among the above metals, nickel having high hydrogen oxidation activity is preferable. As a mixture containing a metal catalyst using nickel as a metal and an oxide ion conductor, for example, NiO / YSZ (YSZ: yttria stabilized zirconia) composite particles, NiO / SDC (SDC: samaria doped ceria) composite particles, Examples thereof include NiO / ScSz composite particles, NiO / YDC (YDC: yttria doped ceria) composite particles, and NiO / LSGM (LSGM: lanthanum strontium gallium magnesium oxide) composite particles.

また、この燃料極層４の少なくとも一部は、膜面方向（面内方向）に沿って反応ガスである燃料ガスの消費率が変化するように形成されている。具体的に説明すると、図２に示すように、燃料極層４は、平面視において当該燃料極層４の中央部から外縁部に向けて同心円状に３つの領域４ａ，４ｂ，４ｃに分割され、それぞれの領域４ａ，４ｂ，４ｃにおいて、反応ガスである燃料ガスの消費率が異なるように形成されている。燃料極層４の中央部領域４ａの燃料ガス消費率が他の領域４ｂ，４ｃに比べて最も低く、燃料極層４の外縁部領域４ｃの燃料ガス消費率が他の領域４ａ，４ｂに比べて最も高くなるように形成されている。つまり、燃料極層４は、当該燃料極層４の中央部から外縁部に向けて、段階的に燃料ガス消費率が高くなるように構成されている。ここで、燃料ガス消費率は、任意の領域において発電に消費される燃料ガス流量と、その領域に供給される燃料ガス流量との比として定義される。   In addition, at least a part of the fuel electrode layer 4 is formed such that the consumption rate of the fuel gas, which is the reaction gas, changes along the film surface direction (in-plane direction). More specifically, as shown in FIG. 2, the fuel electrode layer 4 is concentrically divided into three regions 4a, 4b, and 4c from the center to the outer edge of the fuel electrode layer 4 in plan view. The regions 4a, 4b, and 4c are formed so that the consumption rates of the fuel gas that is the reaction gas are different. The fuel gas consumption rate in the central region 4a of the fuel electrode layer 4 is the lowest compared to the other regions 4b and 4c, and the fuel gas consumption rate in the outer edge region 4c of the fuel electrode layer 4 is lower than those in the other regions 4a and 4b. It is formed to be the highest. That is, the fuel electrode layer 4 is configured such that the fuel gas consumption rate increases stepwise from the center portion of the fuel electrode layer 4 toward the outer edge portion. Here, the fuel gas consumption rate is defined as the ratio between the flow rate of fuel gas consumed for power generation in an arbitrary region and the flow rate of fuel gas supplied to that region.

このように、膜面方向に沿って、燃料ガス消費率が変化するように燃料極層４を形成する方法として、燃料極層４を形成する材料である酸化物イオン伝導体と金属触媒とを含む混合物に含まれる金属触媒を構成する金属の配合比率を変化させることにより行う方法が挙げられる。例えば、上述したＮｉＯ／ＹＳＺ（ＹＳＺ：イットリア安定化ジルコニア）複合粒子、ＮｉＯ／ＳＤＣ（ＳＤＣ：サマリアドープトセリア）複合粒子等の各材料におけるＮｉの配合比率を領域毎に変化させることにより、膜面方向に沿って、燃料ガス消費率が変化するように燃料極層４を形成することができる。Ｎｉの配合比率を変化させることにより、各領域４ａ，４ｂ，４ｃにおける電極反応を高めたり低めたりすることができる。この結果、各領域４ａ，４ｂ，４ｃにおいて発電に使用される燃料ガス流量が変化し、燃料ガス消費率を変化させることができる。本実施形態においては、燃料極層４を形成する材料として、ＮｉＯ／ＳＤＣ（ＳＤＣ：サマリアドープトセリア）複合粒子であるＮｉ−Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２複合粒子を採用し、各領域において、Ｎｉの体積比率を変化させることにより、燃料ガス消費率を変化させるようにしている。燃料極層４の中央部領域４ａにおいては、Ｎｉ−Ｃｅ０．８Ｓｍ０．２Ｏ２複合粒子におけるＮｉの体積比率が３０％〜４５％の範囲となるように調整することが好ましい。また、燃料極層４の外縁部領域４ｃにおいては、同体積比率が４６％〜６５％の範囲となるように調整することが好ましい。そして、燃料極層４の中央部領域４ａと外縁部領域４ｃとで挟まれる領域においては、同体積比率が６６％〜８０％の範囲となるように調整することが好ましい。 As described above, as a method of forming the fuel electrode layer 4 so that the fuel gas consumption rate changes along the film surface direction, an oxide ion conductor and a metal catalyst, which are materials for forming the fuel electrode layer 4, are used. The method of performing by changing the compounding ratio of the metal which comprises the metal catalyst contained in the mixture to contain is mentioned. For example, by changing the mixing ratio of Ni in each material such as the above-mentioned NiO / YSZ (YSZ: yttria stabilized zirconia) composite particles, NiO / SDC (SDC: samaria doped ceria) composite particles, the film The fuel electrode layer 4 can be formed so that the fuel gas consumption rate changes along the plane direction. By changing the mixing ratio of Ni, the electrode reaction in each of the regions 4a, 4b, and 4c can be increased or decreased. As a result, the flow rate of the fuel gas used for power generation in each of the regions 4a, 4b, 4c changes, and the fuel gas consumption rate can be changed. In the present embodiment, Ni—Ce 0.8 Sm 0.2 O 2 composite particles that are NiO / SDC (SDC: samaria doped ceria) composite particles are employed as a material for forming the fuel electrode layer 4. In the region, the fuel gas consumption rate is changed by changing the volume ratio of Ni. In the central region 4a of the fuel electrode layer 4, it is preferable to adjust so that the volume ratio of Ni in the Ni—Ce 0.8 Sm 0.2 O 2 composite particles is in the range of 30% to 45%. Moreover, in the outer edge part area | region 4c of the fuel electrode layer 4, it is preferable to adjust so that the same volume ratio may be in the range of 46%-65%. And in the area | region pinched | interposed by the center part area | region 4a and the outer edge part area | region 4c of the fuel electrode layer 4, it is preferable to adjust so that the same volume ratio may be in the range of 66%-80%.

空気極層５は、平面視円形の薄膜状に形成されており、後述のセパレータ６の酸化剤ガス供給口６１ｂを介して供給された反応ガスとしての酸化剤ガスが固体電解質層３との界面に到達することができるよう、多孔質の層となるように形成されている。空気極層５を形成する材料としては、例えば、ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物粒子を用いることができる。具体的には、ＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３系酸化物、ＳｍＣｏＯ３系酸化物等の金属酸化物粒子を例示することができる。上述した金属酸化物粒子は、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を混合して使用してもよい。また、空気極層５を形成する材料として、白金、ルテニウム、パラジウム等の貴金属を使用することもできる。 The air electrode layer 5 is formed in a thin film shape having a circular shape in plan view, and an oxidant gas as a reaction gas supplied via an oxidant gas supply port 61b of the separator 6 described later is interfaced with the solid electrolyte layer 3. It is formed so that it may become a porous layer so that it can reach | attain. As a material for forming the air electrode layer 5, for example, metal oxide particles having a perovskite crystal structure can be used. Specifically, metal oxide particles such as LaMnO 3 oxide, LaCoO 3 oxide, and SmCoO 3 oxide can be exemplified. One kind of the metal oxide particles described above may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used. In addition, as a material for forming the air electrode layer 5, a noble metal such as platinum, ruthenium or palladium can be used.

固体電解質層３の一方面に燃料極層４を備え、他方面に空気極層５を備える発電セル２は、例えば、燃料極層４及び空気極層５をそれぞれ形成する電極層前駆グリーンシート間に、固体電解質層前駆グリーンシートを介在させて積層・圧着し、焼成することにより製造することができる。   The power generation cell 2 including the fuel electrode layer 4 on one surface of the solid electrolyte layer 3 and the air electrode layer 5 on the other surface is, for example, between the electrode layer precursor green sheets that respectively form the fuel electrode layer 4 and the air electrode layer 5. In addition, the solid electrolyte layer precursor green sheet can be laminated, pressure-bonded and fired.

上記各種グリーンシートは、例えば、燃料極層４、空気極層５及び固体電解質層３をそれぞれ形成する材料に、有機結合剤、界面活性剤及び溶媒等を混合してペースト状物を生成し、スクリーン印刷法やドクターブレード法等により、シート状の基材の一方面に所定厚み塗布して製造される。なお、各種グリーンシートにおけるシート状の基材は、焼成時に燃焼により取り除くことができる発泡ウレタンなどの炭化水素系または炭素繊維からなる材料で形成されている。ここで、燃料極層４用の電極層前駆グリーンシートを製造する際に、公知のマスキング技術を用いて、燃料極層４の所定領域を燃料ガス消費率の異なる材料にて塗り分けることにより、燃料極層４の膜面方向に沿って燃料ガス消費率が変化するように形成された燃料極層４用の電極層前駆グリーンシートを製造することができる。   The above various green sheets are, for example, mixed with materials for forming the fuel electrode layer 4, the air electrode layer 5, and the solid electrolyte layer 3, respectively, with an organic binder, a surfactant, a solvent, and the like to produce a paste-like material, It is manufactured by applying a predetermined thickness to one surface of a sheet-like base material by a screen printing method or a doctor blade method. In addition, the sheet-like base material in various green sheets is formed of a material made of hydrocarbon or carbon fiber such as urethane foam which can be removed by combustion at the time of firing. Here, when the electrode layer precursor green sheet for the fuel electrode layer 4 is manufactured, by using a known masking technique, a predetermined region of the fuel electrode layer 4 is separately coated with a material having a different fuel gas consumption rate, An electrode layer precursor green sheet for the fuel electrode layer 4 formed so that the fuel gas consumption rate changes along the film surface direction of the fuel electrode layer 4 can be manufactured.

セパレータ６は、図２（ｂ）に示すように平面視円形状の薄膜状に形成されており、上下に隣接する発電セル２の空気極層５と燃料極層４とを電気的に接続するように構成されている。このセパレータ６は、図２（ａ）に示すように、酸化剤ガス流路６１及び燃料ガス流路６２を内部に備えている。酸化剤ガス流路６１の一方の端部は、酸化剤ガスが導入される酸化剤ガス導入口６１ａを構成しており、セパレータ６の側面６ａに開口している。酸化剤ガス流路６１の他方の端部は、酸化剤ガスを空気極層５に供給する酸化剤ガス供給口６１ｂを構成しており、セパレータ６の一方面（空気極層５と接合する面）の中央部に開口している。また、燃料ガス流路６２の一方の端部は、燃料ガスが導入される燃料ガス導入口６２ａを構成しており、セパレータ６の側面６ａに開口している。燃料ガス流路６２の他方の端部は、燃料ガスを燃料極層４に供給する燃料ガス供給口６２ｂを構成しており、セパレータ６の他方面（燃料極層４と接合する面）の中央部に開口している。このような構成により、セパレータ６は、発電セル２の空気極層５に反応ガスとしての酸化剤ガス（空気、酸素）を供給できると共に、燃料極層４に反応ガスとしての燃料ガス（Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４等）を供給することができる。 The separator 6 is formed in a thin film shape having a circular shape in plan view as shown in FIG. 2 (b), and electrically connects the air electrode layer 5 and the fuel electrode layer 4 of the power generation cell 2 adjacent in the vertical direction. It is configured as follows. As shown in FIG. 2A, the separator 6 includes an oxidant gas channel 61 and a fuel gas channel 62 inside. One end of the oxidant gas flow path 61 constitutes an oxidant gas introduction port 61 a into which the oxidant gas is introduced, and is open to the side surface 6 a of the separator 6. The other end of the oxidant gas flow path 61 constitutes an oxidant gas supply port 61b for supplying oxidant gas to the air electrode layer 5, and one side of the separator 6 (surface joined to the air electrode layer 5). ) In the center. One end of the fuel gas flow path 62 constitutes a fuel gas inlet 62 a through which fuel gas is introduced, and is open to the side surface 6 a of the separator 6. The other end of the fuel gas flow path 62 constitutes a fuel gas supply port 62b for supplying fuel gas to the fuel electrode layer 4, and is the center of the other surface of the separator 6 (surface joined to the fuel electrode layer 4). Open to the part. With such a configuration, the separator 6 can supply an oxidant gas (air, oxygen) as a reaction gas to the air electrode layer 5 of the power generation cell 2 and also a fuel gas (H 2 as a reaction gas) to the fuel electrode layer 4. , CO, CH 4, etc.).

セパレータ６を形成する材料としては、例えば、白金、金、銀、ニッケル、銅、ＳＵＳ等の導電性金属、或いは金属系材料，又はＬａ（Ｃｒ，Ｍｇ）Ｏ３、（Ｌａ，Ｃａ）ＣｒＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３などのランタン・クロマイト系等の導電性セラミックス材料を用いることができる。これらのうちの１種を単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。 Examples of a material for forming the separator 6 include conductive metals such as platinum, gold, silver, nickel, copper, and SUS, or metal-based materials, or La (Cr, Mg) O 3 , (La, Ca) CrO 3. A conductive ceramic material such as lanthanum chromite such as (La, Sr) CrO 3 can be used. One of these may be used alone, or two or more may be mixed and used.

このように構成された燃料電池１の作動について以下に説明する。まず、セパレータ６の酸化剤ガス供給口６１ｂを介して空気極層５側に酸化剤ガス（空気、酸素）を供給し、燃料ガス供給口６２ｂを介して燃料極層４側に燃料ガス（Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４等）を供給する。空気極層５側に供給された酸素は、空気極層５内の気孔を通って固体電解質層３との界面近傍に到達し、この部分で空気極層５から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ２−）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極層４に向かって固体電解質層３内を拡散移動し、燃料極層４との界面近傍に到達した酸化物イオンはこの部分で燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２等）を生じ、燃料極層４に電子を放出する。発生した電子は、起電力として取り出される。 The operation of the fuel cell 1 configured as described above will be described below. First, an oxidant gas (air, oxygen) is supplied to the air electrode layer 5 side through the oxidant gas supply port 61b of the separator 6, and a fuel gas (H) is supplied to the fuel electrode layer 4 side through the fuel gas supply port 62b. 2 , CO, CH 4, etc.). Oxygen supplied to the air electrode layer 5 side passes through the pores in the air electrode layer 5 and reaches the vicinity of the interface with the solid electrolyte layer 3, and receives electrons from the air electrode layer 5 in this portion and receives oxide ions ( It is ionized to O 2− ). The oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer 3 toward the fuel electrode layer 4, and the oxide ions that have reached the vicinity of the interface with the fuel electrode layer 4 react with the fuel gas in this portion to produce a reaction product. (H 2 O, CO 2, etc.) are generated, and electrons are emitted to the fuel electrode layer 4. The generated electrons are taken out as an electromotive force.

このように、燃料極層４と空気極層５との間で、固体電解質層３を介した酸化物イオン伝導が起こり、発電が行われる。この発電により、発電セル２内の内部抵抗等によるジュール熱が発生し、この熱エネルギーが外部に放熱される。   In this manner, oxide ion conduction occurs between the fuel electrode layer 4 and the air electrode layer 5 through the solid electrolyte layer 3, and power generation is performed. Due to this power generation, Joule heat is generated by internal resistance or the like in the power generation cell 2, and this thermal energy is radiated to the outside.

ここで、本発明に係る燃料電池１における燃料極層４は、膜面方向に沿って、燃料ガス供給口６２ｂから離れるにしたがい、燃料ガス消費率が段階的に高くなるように形成されている。したがって、燃料ガス供給口６２ｂから供給される燃料の濃度が、燃料ガス供給口６２ｂから燃料極層４の外縁部に向けて低下する現象が発生しても、燃料極層４の全領域において、燃料消費量を均一化することができ、発電セル２内での電池反応を均一に行わせることができる。この結果、発電セル２の発電効率を向上させることが可能になる。また、発電セル２内での電池反応を均一に行わせることができる結果、各領域４ａ，４ｂ，４ｃにおける発熱量も略同一とすることができ、発電セル２内において温度分布の不均一が発生することを防止することが可能になる。これにより、熱応力歪みによって燃料極層４が固体電解質層３から剥離するような事態を効果的に抑制することができる。   Here, the fuel electrode layer 4 in the fuel cell 1 according to the present invention is formed such that the fuel gas consumption rate increases stepwise along the film surface direction as the fuel electrode layer 4 moves away from the fuel gas supply port 62b. . Therefore, even if a phenomenon occurs in which the concentration of the fuel supplied from the fuel gas supply port 62b decreases from the fuel gas supply port 62b toward the outer edge of the fuel electrode layer 4, in the entire region of the fuel electrode layer 4, The fuel consumption can be made uniform, and the battery reaction in the power generation cell 2 can be made uniform. As a result, the power generation efficiency of the power generation cell 2 can be improved. In addition, since the battery reaction in the power generation cell 2 can be performed uniformly, the amount of heat generated in each of the regions 4a, 4b, and 4c can be substantially the same, and the temperature distribution in the power generation cell 2 is not uniform. It is possible to prevent the occurrence. Thereby, the situation where the fuel electrode layer 4 peels from the solid electrolyte layer 3 due to thermal stress strain can be effectively suppressed.

以上、本発明に係る燃料電池１の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な構成は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、発電セル２を構成する燃料極層４が、当該燃料極層４の中央部から外縁部に向けて、反応ガスである燃料ガスの消費率が段階的に変化するように構成されているが、例えば、当該燃料極層４の中央部から外縁部に向けて連続的に燃料ガスの消費率が変化するように構成することもできる。通常、燃料ガス供給口６２ｂから供給された燃料ガスは、燃料ガス供給口６２ｂに最も近い燃料極層４の中央部から燃料極層４の側縁部に向けて連続的に濃度が低下していくので、このような構成を採用することにより、発電セル２内での電池反応がより一層均一に行われ、発電セル２の発電効率を向上させると共に、発電セル２内において温度分布の不均一が発生することをより確実に防止することができる。   As mentioned above, although one Embodiment of the fuel cell 1 which concerns on this invention was described, the specific structure of this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above-described embodiment, the fuel electrode layer 4 constituting the power generation cell 2 is configured so that the consumption rate of the fuel gas, which is the reaction gas, changes stepwise from the central part to the outer edge part of the fuel electrode layer 4. However, for example, the fuel gas consumption rate can be changed continuously from the central portion of the fuel electrode layer 4 toward the outer edge portion. Normally, the concentration of the fuel gas supplied from the fuel gas supply port 62b continuously decreases from the center of the fuel electrode layer 4 closest to the fuel gas supply port 62b toward the side edge of the fuel electrode layer 4. Therefore, by adopting such a configuration, the battery reaction in the power generation cell 2 is performed more uniformly, the power generation efficiency of the power generation cell 2 is improved, and the temperature distribution in the power generation cell 2 is not uniform. Can be prevented more reliably.

また、上記実施形態においては、燃料極層４のみが、反応ガスである燃料ガスの消費率が膜面方向に変化するように構成されているが、例えば、このような燃料極層４の構成に加えて、空気極層５も同様に、反応ガスである酸化剤ガスの消費率が膜面方向に変化するように構成することもできる。あるいは、空気極層５のみが、反応ガスである酸化剤ガスの消費率が膜面方向に変化するように構成することもできる。この場合、固体電解質層３の他方面に空気極層５を備える構造体が燃料電池用構造体となる。ここで、酸化剤ガス消費率は、任意の領域において発電に消費される酸化剤ガス流量と、その領域に供給される酸化剤ガス流量との比として定義される。   Further, in the above-described embodiment, only the fuel electrode layer 4 is configured such that the consumption rate of the fuel gas, which is a reaction gas, changes in the film surface direction. In addition, the air electrode layer 5 can also be configured so that the consumption rate of the oxidant gas as the reaction gas changes in the film surface direction. Or only the air electrode layer 5 can also be comprised so that the consumption rate of the oxidizing gas which is a reactive gas may change to a film surface direction. In this case, the structure including the air electrode layer 5 on the other surface of the solid electrolyte layer 3 is a fuel cell structure. Here, the oxidant gas consumption rate is defined as a ratio between an oxidant gas flow rate consumed for power generation in an arbitrary region and an oxidant gas flow rate supplied to the region.

空気極層５において、反応ガスである酸化剤ガスの消費率が膜面方向に変化するように構成する方法としては、空気極層５を形成する材料の組成を膜面方向に沿って変化させる方法を例示することができる。空気極層５を形成する材料の組成を変化させることにより、材料の組成が異なる領域毎に電極反応を高めたり低めたりすることができる。この結果、材料の組成が異なる領域毎に発電に使用される酸化剤ガス流量が変化し、酸化剤ガス消費率を変化させることができる。例えば、空気極層５を形成する材料として、下記化学式（１）にて表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物を採用する場合、式中のｘを変化させて金属酸化物におけるＡ及びＢの組成比率を変化させることにより、反応ガスである酸化剤ガスの空気極層５における消費率を膜面方向に沿って変化するように構成することができる。   As a method of configuring the air electrode layer 5 so that the consumption rate of the oxidant gas that is a reaction gas changes in the film surface direction, the composition of the material forming the air electrode layer 5 is changed along the film surface direction. A method can be illustrated. By changing the composition of the material forming the air electrode layer 5, the electrode reaction can be increased or decreased for each region having a different material composition. As a result, the flow rate of the oxidant gas used for power generation is changed for each region having a different material composition, and the oxidant gas consumption rate can be changed. For example, when a metal oxide having a perovskite crystal structure represented by the following chemical formula (1) is adopted as a material for forming the air electrode layer 5, x in the formula is changed to change A in the metal oxide. By changing the composition ratio of B and B, the consumption rate in the air electrode layer 5 of the oxidant gas as the reaction gas can be changed along the film surface direction.

Ａ１−ｘＢｘＭＯ３ 化学式（１）
ここで、式中のＡは、Ｌａ又はＳｍであり、Ｂは、Ｓｒ、Ｃａ及びＢａから選ばれる１種の物質であり、Ｍは、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅから選ばれる１種の物質である。また、ｘは０＜ｘ≦０．５の範囲である。 A 1-x B x MO 3 chemical formula (1)
Here, A in the formula is La or Sm, B is one substance selected from Sr, Ca and Ba, and M is one substance selected from Co, Mn and Fe. . X is in the range of 0 <x ≦ 0.5.

また、図３に示すように、燃料極層４おいて、燃料ガス消費率が異なる各領域４ａ，４ｂ，４ｃの境界部４ｄが、固体電解質層３が露出する溝７を備えるように構成することもできる。このように、燃料極層４の燃料ガス消費率が変化する境界部４ｄが溝７を有することにより、燃料極層４の各領域４ａ，４ｂ，４ｃを形成する材質の相違に起因して、各領域４ａ，４ｂ，４ｃの熱伸び量に差が生じる場合であっても、当該熱伸び量の差を溝が吸収し、上記境界部４ｄに割れや剥離等の損傷が生じることを効果的に防止することが可能になる。   In addition, as shown in FIG. 3, in the fuel electrode layer 4, the boundary portion 4 d between the regions 4 a, 4 b, 4 c having different fuel gas consumption rates is configured to include a groove 7 in which the solid electrolyte layer 3 is exposed. You can also. As described above, the boundary portion 4d where the fuel gas consumption rate of the fuel electrode layer 4 changes has the groove 7, so that due to the difference in the material forming the regions 4a, 4b, 4c of the fuel electrode layer 4, Even if there is a difference in the amount of thermal elongation between the regions 4a, 4b, and 4c, it is effective that the groove absorbs the difference in the amount of thermal elongation and damages such as cracks and peeling occur in the boundary portion 4d. It becomes possible to prevent.

また、図４に示すように、燃料極層４を多層構造４Ａ，４Ｂとし、各層４Ａ，４Ｂにおいて、反応ガスである燃料ガスの消費率が膜面方向に向けて変化するように構成することもできる。このような構成により、燃料極層４において消費される燃料消費量を燃料極層４全域において高精度で均一化することができ、発電セル２中において温度分布の不均一が発生することを防止しつつ、発電セル２の発電効率を向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 4, the fuel electrode layer 4 has a multi-layer structure 4A, 4B, and the consumption rate of the fuel gas, which is a reaction gas, is changed toward the film surface direction in each layer 4A, 4B. You can also. With such a configuration, the amount of fuel consumed in the fuel electrode layer 4 can be made uniform with high accuracy throughout the fuel electrode layer 4, and non-uniform temperature distribution in the power generation cell 2 can be prevented. However, the power generation efficiency of the power generation cell 2 can be improved.

また、上記実施形態においては、いわゆる２室型の燃料電池１を採用しているが、例えば、単室型の燃料電池１を採用することもできる。単室型の燃料電池１を採用する場合、図５（ａ）の要部拡大断面図、及び、その矢示Ｂ方向から見た燃料極層４の平面図（図５（ｂ））における矢印Ｄにて示すように、反応ガスとしての燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガスが、発電セル２の半径方向外側から当該発電セル２に供給されることになる。このような場合、燃料極層４の外縁部領域４ｃ、外縁部領域４ｃと中央部領域４ａとで挟まれる領域４ｂ、中央部領域４ａの順に、燃料極層４の燃料ガス消費率が高くなるように燃料極層４を構成すればよい。なお、図５に示すような燃料電池１の場合、燃料極層４の側面４ｈが燃料ガス供給口６２ｂを構成する。   Moreover, in the said embodiment, what is called a two-chamber type fuel cell 1 is employ | adopted, For example, the single-chamber type fuel cell 1 is also employable. When the single-chamber fuel cell 1 is employed, an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG. 5A and a plan view of the fuel electrode layer 4 viewed from the direction indicated by the arrow B (FIG. 5B) As shown by D, the mixed gas of the fuel gas and the oxidant gas as the reaction gas is supplied to the power generation cell 2 from the outside in the radial direction of the power generation cell 2. In such a case, the fuel gas consumption rate of the fuel electrode layer 4 increases in the order of the outer edge region 4c of the fuel electrode layer 4, the region 4b sandwiched between the outer edge region 4c and the central region 4a, and the central region 4a. The fuel electrode layer 4 may be configured as described above. In the case of the fuel cell 1 as shown in FIG. 5, the side surface 4h of the fuel electrode layer 4 constitutes the fuel gas supply port 62b.

また、燃料電池１の使用態様によっては、種々の位置に局所的な温度分布の不均一が発生する場合がある。このような場合には、温度分布の不均一が発生している燃料極層４の局所部分における燃料ガス消費率を変化させて燃料極層４を形成することにより、温度分布の不均一が発生することを防止することができる。例えば、燃料電池１の近傍に、別途、燃料ガスを水蒸気改質するために用いられる水蒸気発生器や改質器などを備える場合もあり、これらの機器の熱的影響により、燃料極層４の外縁部領域４ｃの温度が、当該外縁部領域４ｃと燃料極層４の中央部領域４ａとで挟まれる領域の温度よりも高くなる場合がある。このような場合には、燃料極層４の外縁部領域４ｃにおける燃料ガス消費率を、燃料極層４の中央部領域４ａと外縁部領域４ｃとで挟まれる領域における燃料ガス消費率よりも低く設定することにより、外縁部領域４ｃの温度を下げて、温度分布の不均一が発生することを抑制できる。   Further, depending on how the fuel cell 1 is used, local temperature distribution may be uneven at various positions. In such a case, nonuniform temperature distribution occurs by forming the fuel electrode layer 4 by changing the fuel gas consumption rate in the local portion of the fuel electrode layer 4 where the temperature distribution is uneven. Can be prevented. For example, a steam generator or reformer used for steam reforming the fuel gas may be provided in the vicinity of the fuel cell 1 separately. The temperature of the outer edge region 4 c may be higher than the temperature of the region sandwiched between the outer edge region 4 c and the central region 4 a of the fuel electrode layer 4. In such a case, the fuel gas consumption rate in the outer edge region 4c of the fuel electrode layer 4 is lower than the fuel gas consumption rate in the region sandwiched between the central region 4a and the outer edge region 4c of the fuel electrode layer 4. By setting, it is possible to reduce the temperature of the outer edge region 4c and suppress the occurrence of non-uniform temperature distribution.

また、上記実施形態においては、セパレータ６が、その内部に燃料ガス流路６２を有し、当該セパレータ６の他方面（燃料極層４と接合する面）の中央部に形成される燃料ガス供給口６２ｂを介して、燃料極層４の中央部に燃料ガスを吐出するように構成されているが、このような構成に特に限定されない。例えば、図６（ａ）の要部拡大断面図に示すように、燃料ガスが燃料極層４の外縁部に吐出されるように、セパレータ６の他方面の外縁部に燃料ガス供給口６２ｂを形成することもできる。このような構成の場合、図６（ａ）における矢示Ｃ方向から見た燃料極層４の平面図である図６（ｂ）に示すように、燃料極層４を複数の帯状領域４ｅ，４ｆ，４ｇに分割し、燃料ガス供給口６２ｂから離れるに従って、各領域における燃料ガス消費率が高くなるように燃料極層４を形成する。   Moreover, in the said embodiment, the separator 6 has the fuel gas flow path 62 inside, and the fuel gas supply formed in the center part of the other side (surface joined to the fuel electrode layer 4) of the said separator 6 Although it is configured to discharge the fuel gas to the central portion of the fuel electrode layer 4 through the port 62b, it is not particularly limited to such a configuration. For example, as shown in the enlarged cross-sectional view of the main part of FIG. 6A, the fuel gas supply port 62b is provided at the outer edge of the other surface of the separator 6 so that the fuel gas is discharged to the outer edge of the fuel electrode layer 4. It can also be formed. In the case of such a configuration, as shown in FIG. 6 (b) which is a plan view of the fuel electrode layer 4 viewed from the direction of arrow C in FIG. 6 (a), the fuel electrode layer 4 is divided into a plurality of belt-like regions 4e, The fuel electrode layer 4 is formed so that the fuel gas consumption rate in each region increases as the distance from the fuel gas supply port 62b increases.

また、本実施形態においては、燃料電池１は、平板形の燃料電池１であるが、このような形態に特に限定されず、例えば、円筒形の燃料電池１であってもよい。また、燃料極層４、固体電解質層３、空気極層５、及びセパレータ６は、平面視円形状であるが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、平面視矩形状にするなど種々の形状にすることができる。   In the present embodiment, the fuel cell 1 is a flat plate fuel cell 1, but is not particularly limited to such a form, and may be, for example, a cylindrical fuel cell 1. Further, the fuel electrode layer 4, the solid electrolyte layer 3, the air electrode layer 5, and the separator 6 have a circular shape in plan view, but are not particularly limited thereto. It can be made into a shape.

また、本実施形態においては、燃料電池１として、固体電解質形燃料電池を採用しているが、例えば、リン酸形、溶融炭酸塩形、高分子電解質形等の種々の燃料電池を採用することが可能である。   In this embodiment, a solid electrolyte fuel cell is adopted as the fuel cell 1, but various fuel cells such as phosphoric acid type, molten carbonate type, and polymer electrolyte type are adopted. Is possible.

本発明の一実施形態に係る燃料電池の概略構成を示す側面図である。1 is a side view showing a schematic configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. （ａ）は、図１に示す燃料電池の要部拡大断面図であり、（ｂ）は、その矢示Ａ方向から見た燃料極層の平面図である。(A) is a principal part expanded sectional view of the fuel cell shown in FIG. 1, (b) is a top view of the fuel electrode layer seen from the arrow A direction. 図１に示す燃料電池の変形例を示す要部拡大断面図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a modification of the fuel cell shown in FIG. 1. 図１に示す燃料電池の変形例を示す要部拡大断面図である。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a modification of the fuel cell shown in FIG. 1. （ａ）は、図１に示す燃料電池の変形例を示す要部拡大断面図であり、（ｂ）は、その矢示Ｂ方向から見た燃料極層の平面図である。(A) is a principal part expanded sectional view which shows the modification of the fuel cell shown in FIG. 1, (b) is a top view of the fuel electrode layer seen from the arrow B direction. （ａ）は、図１に示す燃料電池の変形例を示す要部拡大断面図であり、（ｂ）は、その矢示Ｃ方向から見た燃料極層の平面図である。(A) is a principal part expanded sectional view which shows the modification of the fuel cell shown in FIG. 1, (b) is a top view of the fuel electrode layer seen from the arrow C direction.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池
２ 発電セル
３ 固体電解質層
４ 燃料極層（電極層）
５ 空気極層（電極層）
６ セパレータ
６１ 酸化剤ガス流路
６１ａ 酸化剤ガス導入口
６１ｂ 酸化剤ガス供給口
６２ 燃料ガス流路
６２ａ 燃料ガス導入口
６２ｂ 燃料ガス供給口
７ 溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Power generation cell 3 Solid electrolyte layer 4 Fuel electrode layer (electrode layer)
5 Air electrode layer (electrode layer)
6 Separator 61 Oxidant gas channel 61a Oxidant gas inlet 61b Oxidant gas supply port 62 Fuel gas channel 62a Fuel gas inlet 62b Fuel gas supply port 7 Groove

Claims (4)

電解質層と、該電解質層の一方面に膜状に形成された燃料極層あるいは空気極層のいずれか一方の電極層とを備える燃料電池用構造体であって、
前記電極層は、金属触媒と酸化物イオン導電体との混合物から形成されており、
前記電極層の少なくとも一部は、前記混合物における前記金属触媒を構成する金属の配合比率を変化させることにより、膜面方向に沿って段階的に反応ガス消費率が変化するように形成されており、
反応ガス消費率が変化する境界部は、前記電解質層の表面が露出する溝を備えている燃料電池用構造体。 A fuel cell structure comprising: an electrolyte layer; and one electrode layer of a fuel electrode layer or an air electrode layer formed in a film shape on one surface of the electrolyte layer,
The electrode layer is formed from a mixture of a metal catalyst and an oxide ion conductor,
At least a portion of the electrode layer, by changing the mixing ratio of the metal constituting the metal catalyst in the mixture, is formed so that stepwise reaction gas consumption rate varies along the membrane surface direction ,
The boundary part where the reaction gas consumption rate changes is a fuel cell structure including a groove in which the surface of the electrolyte layer is exposed . 請求項１に記載の燃料電池用構造体を備える燃料電池。 A fuel cell comprising the fuel cell structure according to claim 1 . 反応ガスを前記電極層に導くガス供給口を更に備えており、
前記ガス供給口から離れるに従い、前記電極層の反応ガス消費率が高くなるように形成されている請求項２に記載の燃料電池。 A gas supply port for introducing a reaction gas to the electrode layer;
The follow away from the gas supply port, the fuel cell according to claim 2 which the reaction gas consumption rate of the electrode layer is formed to be higher. シート状の基材の一方面に膜状に形成された燃料極層あるいは空気極層のいずれか一方の電極層を備える電極層前駆グリーンシートであって、
前記電極層は、金属触媒と酸化物イオン導電体との混合物から形成されており、
前記電極層の少なくとも一部は、前記混合物における前記金属触媒を構成する金属の配合比率を変化させることにより、膜面方向に沿って段階的に反応ガス消費率が変化するように形成されており、
反応ガス消費率が変化する境界部は、前記電解質層の表面が露出する溝を備えている電極層前駆グリーンシート。 An electrode layer precursor green sheet comprising an electrode layer of either a fuel electrode layer or an air electrode layer formed in a film shape on one surface of a sheet-like substrate,
The electrode layer is formed from a mixture of a metal catalyst and an oxide ion conductor,
At least a part of the electrode layer is formed such that the reaction gas consumption rate changes stepwise along the film surface direction by changing the compounding ratio of the metal constituting the metal catalyst in the mixture. ,
The boundary part where the reaction gas consumption rate changes is an electrode layer precursor green sheet provided with a groove in which the surface of the electrolyte layer is exposed .
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