JP5417551B2 - Fuel cell structure - Google Patents

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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電子伝導性を有さない多孔質の支持基板」と、「前記支持基板の表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電子伝導性を有する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 no electron conductivity in which a gas flow path is formed” and “a plurality of locations separated from each other on the surface of the support substrate, a fuel electrode, a solid A plurality of power generation element portions in which an electrolyte and an air electrode are stacked, and one fuel electrode of each of the adjacent power generation element portions provided between one or a plurality of adjacent power generation element portions, There is known a structure of a solid oxide fuel cell provided with “one or more electrical connection parts having electronic conductivity for electrically connecting the other air electrode” (for example, Patent Document 1). 2). Such a configuration is also called a “horizontal stripe type”.

以下、支持基板の形状に着目する。特許文献１に記載の「横縞型」の固体酸化物形燃料電池の構造体では、支持基板が円筒状を呈している。円筒状の支持基板の表面（円筒面）には、燃料極を埋設するための複数の「環状溝」が軸方向の複数の箇所においてそれぞれ形成されている（図３を参照）。従って、支持基板において「環状溝」が形成された部分の外径が小さくなっている。このことに起因して、この構造体は、支持基板に曲げ方向やねじり方向の外力が加えられた場合に変形し易い構造であるといえる。   Hereinafter, attention is focused on the shape of the support substrate. In the “horizontal stripe type” solid oxide fuel cell structure described in Patent Document 1, the support substrate has a cylindrical shape. On the surface (cylindrical surface) of the cylindrical support substrate, a plurality of “annular grooves” for embedding the fuel electrode are respectively formed at a plurality of axial positions (see FIG. 3). Therefore, the outer diameter of the portion where the “annular groove” is formed in the support substrate is small. For this reason, it can be said that this structure is a structure that is easily deformed when an external force in the bending direction or the twisting direction is applied to the support substrate.

また、特許文献２に記載の「横縞型」の固体酸化物形燃料電池の構造体では、支持基板が長手方向を有する平板状を呈している。平板状の支持基板の主面（平面）には、燃料極等を埋設するための「長手方向に延び且つ長手方向に開放された長溝」が形成されている（図３（ｂ）を参照）。従って、支持基板において「長溝」が形成された部分の厚さが小さくなっている。   In the structure of the “horizontal stripe type” solid oxide fuel cell described in Patent Document 2, the support substrate has a flat plate shape having a longitudinal direction. A “long groove extending in the longitudinal direction and opened in the longitudinal direction” for embedding a fuel electrode or the like is formed on the main surface (plane) of the flat support substrate (see FIG. 3B). . Therefore, the thickness of the portion where the “long groove” is formed in the support substrate is small.

加えて、「長溝」は、長手方向に直交する幅方向の両端部において長手方向に延びる側壁を有する一方で、長手方向の両端部において幅方向に延びる側壁を有していない。即ち、「長溝」は、その周方向に閉じた側壁を有していない。従って、支持基板において「長溝」を囲む枠体が形成されていない。これらのことに起因して、この構造体は、特に支持基板にねじり方向の外力が加えられた場合に変形し易い構造であるといえる。以上のことから、「横縞型」の燃料電池の構造体において、支持基板が外力を受けた場合における支持基板の変形を抑制することが望まれていたところである。   In addition, the “long groove” has side walls extending in the longitudinal direction at both ends in the width direction orthogonal to the longitudinal direction, and does not have side walls extending in the width direction at both ends in the longitudinal direction. That is, the “long groove” does not have a side wall closed in the circumferential direction. Therefore, the frame surrounding the “long groove” is not formed on the support substrate. Due to these reasons, this structure can be said to be a structure that is easily deformed particularly when an external force in the twisting direction is applied to the support substrate. From the above, in the structure of the “horizontal stripe” fuel cell, it is desired to suppress the deformation of the support substrate when the support substrate receives an external force.

更には、上記の燃料電池の構造体では、燃料電池の稼働の際に使用される２種類のガス（典型的には、燃料ガスと空気）の混合を防止するガスシール機能が要求される。係るガスシール機能の低下を確実に抑制することが要求されている。   Furthermore, the fuel cell structure described above requires a gas seal function that prevents mixing of two types of gases (typically, fuel gas and air) used during operation of the fuel cell. There is a demand for reliably suppressing such deterioration of the gas seal function.

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

本発明は、「横縞型」の燃料電池の構造体であって、支持基板が外力を受けた場合において支持基板が変形し難く且つガスシール機能の低下を確実に抑制し得るものを提供することを目的とする。   The present invention provides a structure of a “horizontal stripe type” fuel cell, in which the support substrate is not easily deformed when the support substrate receives an external force, and the deterioration of the gas seal function can be reliably suppressed. With the goal.

本発明に係る燃料電池の構造体は、ガス流路が内部に形成された電気絶縁性を有する平板状の多孔質の支持基板と、前記平板状の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電子伝導性を有する１つ又は複数の電気的接続部と、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、前記内側電極に供給される第１のガスと前記外側電極に供給される第２のガスとの混合を防止する緻密な構成材料からなるガスシール部と、を備える。即ち、この構造体は、「横縞型」の燃料電池の構造体である。   A structure of a fuel cell according to the present invention includes a flat porous support substrate having an electrical insulating property in which a gas flow path is formed, and a plurality of spaced apart from each other on a main surface of the flat support substrate. Provided in each of the locations, “a plurality of power generation element portions in which at least an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode are stacked” and one set or a plurality of sets of adjacent power generation element portions are provided and adjacent to each other. One or a plurality of electrical connection portions having electronic conductivity for electrically connecting one inner electrode and the other outer electrode of the power generation element portion, and one set or a plurality of sets of the adjacent power generation element portions And a gas seal portion made of a dense material that prevents the mixing of the first gas supplied to the inner electrode and the second gas supplied to the outer electrode. That is, this structure is a “horizontal stripe type” fuel cell structure.

本発明に係る燃料電池の構造体の特徴は、前記平板状の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、前記各電気的接続部は、緻密な材料で構成された第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、前記ガスシール部における前記埋設された各内側電極の外側面を覆う部分では、前記ガスシール部は、前記発電素子部の一部としての緻密な前記固体電解質と、前記固体電解質と接続されるとともに前記固体電解質と同じ又は異なる緻密な構成材料からなる第１シール部と、前記第１シール部と接続されるとともに前記第１シール部とは異なる緻密な構成材料からなる第２シール部と、前記第２シール部と接続された前記電気的接続部の第１部分と、を含んで構成され、前記第１シール部と前記電気的接続部の第１部分とは接触しない、ことにある。前記ガスシール部における前記埋設された各内側電極の外側面を覆う部分を除いた部分では、前記ガスシール部は、前記発電素子部の一部としての前記固体電解質から延設された前記固体電解質で構成され得る。   The structure of the fuel cell structure according to the present invention is characterized in that the plurality of locations on the main surface of the flat support substrate are formed from the material of the support substrate over the entire circumference and the bottom wall made of the material of the support substrate. First recesses having side walls closed in the circumferential direction are formed, and the inner electrodes of the corresponding power generation element portions are embedded in the first recesses, respectively, and the electrical connection portions are dense. A first portion made of a material, and a second portion connected to the first portion and made of a porous material, the outer surface of each embedded inner electrode in the gas seal portion In the covering portion, the gas seal portion is a dense solid electrolyte as a part of the power generation element portion, and a first seal made of a dense constituent material that is connected to the solid electrolyte and is the same as or different from the solid electrolyte. Department and front A second seal portion connected to the first seal portion and made of a dense constituent material different from the first seal portion; and a first portion of the electrical connection portion connected to the second seal portion. The first seal portion and the first portion of the electrical connection portion are not in contact with each other. The gas seal portion extends from the solid electrolyte as a part of the power generation element portion in a portion excluding a portion covering the outer surface of each embedded inner electrode in the gas seal portion. Can be configured.

ここにおいて、前記第１凹部の平面形状（支持基板の主面に垂直の方向からみた場合の形状）は、例えば、長方形、正方形、円形、楕円形、長円形である。また、前記支持基板が長手方向を有し、且つ、前記複数の第１凹部が長手方向に沿って所定の間隔をおいて配置されていることが好適である。また、前記内側電極及び前記外側電極はそれぞれ、空気極及び燃料極であってもよいし、燃料極及び空気極であってもよい。   Here, the planar shape of the first recess (the shape when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the support substrate) is, for example, a rectangle, a square, a circle, an ellipse, or an oval. Further, it is preferable that the support substrate has a longitudinal direction, and the plurality of first recesses are arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction. The inner electrode and the outer electrode may be an air electrode and a fuel electrode, respectively, or may be a fuel electrode and an air electrode.

このように、本発明に係る「横縞型」の燃料電池の構造体では、内側電極を埋設するための各第１凹部が周方向に閉じた側壁を有している。換言すれば、支持基板において各第１凹部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、支持基板が外力を受けた場合に変形し難い構造であるといえる。   Thus, in the “horizontal stripe type” fuel cell structure according to the present invention, each first recess for embedding the inner electrode has a side wall closed in the circumferential direction. In other words, a frame surrounding each first recess is formed on the support substrate. Therefore, it can be said that this structure is a structure that is not easily deformed when the support substrate receives an external force.

また、本発明に係る燃料電池の構造体では、前記発電素子部の前記固体電解質と、第１シール部と、第２シール部と、前記電気的接続部の第１部分（インターコネクタ）と、を用いて「ガスシール機能」が達成され得る。前記第１シール部と前記電気的接続部の第１部分とは接触していない。また、第１シール部が前記発電素子部の固体電解質とは異なる構成材料からなる場合、前記発電素子部の固体電解質と、前記第２シール部とは接触しない。   Further, in the fuel cell structure according to the present invention, the solid electrolyte of the power generation element portion, the first seal portion, the second seal portion, and the first portion (interconnector) of the electrical connection portion, Can be used to achieve a “gas seal function”. The first seal portion and the first portion of the electrical connection portion are not in contact with each other. Further, when the first seal portion is made of a material different from that of the solid electrolyte of the power generation element portion, the solid electrolyte of the power generation element portion and the second seal portion are not in contact with each other.

「支持基板の主面に形成された第１凹部に埋設された内側電極の外側面に形成された第２凹部にインターコネクタが埋設される形態」では、（後述する図１８に示すように）第２凹部の全体にインターコネクタが埋設（充填）され、且つ、インターコネクタの外側面の周縁部が固体電解質膜で覆われる構成が採用されると、「ガスシール機能」の低下が発生し易いという問題があった（詳細は後述する）。これに対し、本発明に係る燃料電池の構造体では、第２凹部の有無に関係なく、ガスシール部が、前記発電素子部の固体電解質と、第１シール部と、第２シール部と、インターコネクタとで構成されることによって、ガスシール機能の低下を確実に抑制することができる（詳細は後述する）。   In the “embodiment in which the interconnector is embedded in the second recess formed in the outer surface of the inner electrode embedded in the first recess formed in the main surface of the support substrate” (as shown in FIG. 18 described later). If a configuration is adopted in which the interconnector is embedded (filled) in the entire second recess and the outer peripheral surface of the interconnector is covered with a solid electrolyte membrane, the “gas seal function” is likely to deteriorate. (Details will be described later). In contrast, in the fuel cell structure according to the present invention, regardless of the presence or absence of the second recess, the gas seal portion includes the solid electrolyte of the power generation element portion, the first seal portion, and the second seal portion, By being configured with the interconnector, it is possible to reliably suppress the deterioration of the gas seal function (details will be described later).

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に示す支持基板の主面上に形成された凹部に埋設された燃料極、インターコネクタ、及びシール材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, the interconnector, and the sealing material which were embed | buried under the recessed part formed on the main surface of the support substrate shown in FIG. 支持基板の主面上に固体電解質膜が形成された状態における図３に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 3 in the state in which the solid electrolyte membrane was formed on the main surface of a support substrate. 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. 図１に示す燃料電池の構造体の製造過程における第９段階における図２に対応する断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 in a ninth 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における「燃料極の外側面に形成された凹部の周りの構造」を示した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a “structure around a recess formed in an outer surface of a fuel electrode” in the structure of the fuel cell shown in FIG. 1. 従来の燃料電池の構造体における「燃料極の外側面に形成された凹部の周りの構造」を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed "the structure around the recessed part formed in the outer surface of a fuel electrode" in the structure of the conventional fuel cell. 本発明に係る燃料電池の構造体の第１変形例の図１７に対応する断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 17 of a first 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２変形例の図１７に対応する断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 17 of a second 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３変形例の図１７に対応する断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 17 of a third 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４変形例の図１７に対応する断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 17 of a fourth 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５変形例の図１７に対応する断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 17 of a fifth modified example 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１７に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 17 of the 6th 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. 本発明に係る燃料電池の構造体の第８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 8th modification of the structure of the fuel cell which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池の構造体の第９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 9th 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１０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 10th 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１１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 11th modification of the structure of the fuel cell concerning this 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５０〜５００ｍｍで長手方向に直交する幅方向（ｙ軸方向）の長さが１０〜１００ｍｍ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 as viewed from above is, for example, a rectangle having a length of 50 to 500 mm in the longitudinal direction and a length in the width direction (y-axis direction) perpendicular to the longitudinal direction of 10 to 100 mm. 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、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 includes a bottom wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 and a side wall (two side walls along the longitudinal direction) closed in the circumferential direction made of the material of the fuel electrode current collector 21 over the entire circumference. And two side walls along the width direction).

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４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。   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 four side surfaces and the bottom surface of each anode active portion 22 are in contact with the anode current collecting portion 21 in the recess 21a.

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化性イオン（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 oxidative ion (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”.

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、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 includes a bottom wall made of a material of the fuel electrode current collector 21 and a circumferentially closed side wall made of the material of the fuel electrode current collector 21 (two side walls along the longitudinal direction). And two side walls along the width direction).

各凹部２１ｂには、インターコネクタ３０、並びに、シール部３５（前記「第２シール部」に対応）が埋設（充填）されている。具体的には、図３に示すように、各凹部２１ｂ内において、インターコネクタ３０は、凹部２１ｂにおける中央部に埋設（配置）されている。各インターコネクタ３０は、長手方向に沿う２つの側壁と幅方向に沿う２つの側壁とを有する直方体状を呈している。シール部３５は、凹部２１ｂにおけるインターコネクタ３０の周囲に位置する周縁部にて、凹部２１ｂの側壁（内壁）の全周、及び、インターコネクタ３０の外周の側壁の全周と接触するように埋設（充填）されている。即ち、各シール部３５は四角の枠状を呈している。各インターコネクタ３０の側面は燃料極２０（集電部２１）と接触していない一方で、各インターコネクタ３０の底面の全域は、燃料極２０（集電部２１）と接触している。   In each recess 21b, an interconnector 30 and a seal portion 35 (corresponding to the “second seal portion”) are embedded (filled). Specifically, as shown in FIG. 3, in each recess 21b, the interconnector 30 is embedded (arranged) in the center of the recess 21b. Each interconnector 30 has a rectangular parallelepiped shape having two side walls along the longitudinal direction and two side walls along the width direction. The seal portion 35 is embedded at the peripheral edge portion of the recess 21b located around the interconnector 30 so as to be in contact with the entire periphery of the sidewall (inner wall) of the recess 21b and the entire periphery of the sidewall of the outer periphery of the interconnector 30. (Filled). That is, each seal portion 35 has a square frame shape. While the side surface of each interconnector 30 is not in contact with the fuel electrode 20 (current collector 21), the entire bottom surface of each interconnector 30 is in contact with the fuel electrode 20 (current collector 21).

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。インターコネクタ３０は、例えば、ランタンクロマイト（ＬＣ）から構成され得る。ランタンクロマイトの化学式は、Ｌａ１−ｘＡｘＣｒ１−ｙ−ｚＢｙＯ３（ただし、Ａ：Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａから選択される少なくとも１種類の元素、Ｂ：Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ａｌから選択される少なくとも１種類の元素、０．０５≦ｘ≦０．２、０．０２≦ｙ≦０．２２、０≦ｚ≦０．０５）で表わされる。 The interconnector 30 is a fired body made of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 30 can be composed of, for example, lanthanum chromite (LC). The chemical formula of lanthanum chromite, La 1-x A x Cr 1-y-z B y O 3 ( provided that, A: Ca, at least one element Sr, is selected from Ba, B: Co, Ni, Mg, At least one element selected from Al, 0.05 ≦ x ≦ 0.2, 0.02 ≦ y ≦ 0.22, 0 ≦ z ≦ 0.05).

或いは、インターコネクタ３０は、チタン酸化物から構成され得る。チタン酸化物の化学式は、（Ａ１−ｘ，Ｂｘ）１−ｚ（Ｔｉ１−ｙ，Ｄｙ）Ｏ３（ただし、Ａ：アルカリ土類元素から選択される少なくとも１種類の元素、Ｂ：Ｓｃ，Ｙ，及びランタノイド元素から選択される少なくとも１種類の元素、Ｄ：第４周期、第５周期、第６周期の遷移金属、及びＡｌ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｂｉから選択される少なくとも１種類の元素、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５、−０．０５≦ｚ≦０．０５）で表わされる。この場合、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成され得る。インターコネクタ３０の厚さは、１０〜１００μｍである。 Alternatively, the interconnector 30 can be composed of titanium oxide. The chemical formula of titanium oxide is (A 1-x , B x ) 1-z (Ti 1-y , D y ) O 3 (where A: at least one element selected from alkaline earth elements, B : At least one element selected from Sc, Y, and lanthanoid elements, D: transition metals of the fourth period, the fifth period, and the sixth period, and Al, Si, Zn, Ga, Ge, Sn, Sb, At least one element selected from Pb and Bi, 0 ≦ x ≦ 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.5, −0.05 ≦ z ≦ 0.05). In this case, it can be composed of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 30 is 10 to 100 μm.

シール部３５は、電気絶縁性を有する緻密な材料からなる焼成体である。シール部３５は、例えば、金属酸化物を含有し、好ましくは金属酸化物を主成分とする。具体的には、上記金属酸化物として、（ＡＥ)ＺｒＯ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、及びＣｅｘＬｎ１−ｘＯ２からなる群より選択される少なくとも１種類の酸化物を含有してもよい。ここで、ＡＥは、アルカリ土類金属であり、Ｌｎは、Ｙ及びランタノイドからなる群より選択される少なくとも１種類の元素であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満たす。ＡＥに該当する元素としては、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，及びＢａが挙げられる。また、微量成分として、遷移金属酸化物（例えば、ＮｉＯ、Ｍｎ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ)が含まれても良い。これらの成分は、酸化物として存在していても良いし、上記「（ＡＥ)ＺｒＯ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、及びＣｅｘＬｎ１−ｘＯ２からなる群より選択される少なくとも１種類の酸化物」に固溶する形で存在していても良い。金属酸化物の平均粒径は０．１〜５．０μｍが好ましく、さらに好ましくは０．３〜４．０μｍである。シール部３５の厚さは、１０〜１００μｍである。 The seal part 35 is a fired body made of a dense material having electrical insulation. The seal part 35 contains, for example, a metal oxide, and preferably contains a metal oxide as a main component. Specifically, the metal oxide contains at least one oxide selected from the group consisting of (AE) ZrO 3 , MgO, MgAl 2 O 4 , and Ce x Ln 1-x O 2. Also good. Here, AE is an alkaline earth metal, Ln is at least one element selected from the group consisting of Y and a lanthanoid, and x satisfies 0 <x ≦ 0.3. Examples of elements corresponding to AE include Mg, Ca, Sr, and Ba. Moreover, transition metal oxides (for example, NiO, Mn 3 O 4 , Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , CoO) may be included as a trace component. These components may exist as an oxide, or at least one selected from the group consisting of “(AE) ZrO 3 , MgO, MgAl 2 O 4 , and Ce x Ln 1-x O 2. It may be present in the form of a solid solution in the oxide. The average particle size of the metal oxide is preferably from 0.1 to 5.0 μm, more preferably from 0.3 to 4.0 μm. The thickness of the seal part 35 is 10 to 100 μm.

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、シール部３５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の上面とシール部３５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, the upper surface (outer surface) of the seal portion 35, and the support substrate 10 With this main surface, one flat surface (the same flat surface as the main surface of the support substrate 10 when the recessed part 12 is not formed) is comprised. That is, no step is formed between the upper surface of the fuel electrode 20, the upper surface of the interconnector 30, the upper surface of the seal portion 35, and the main surface of the support substrate 10.

燃料極２０、インターコネクタ３０、及びシール部３５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（主面を含む）において複数のシール部３５及びインターコネクタ３０に対応する部分を除いた全面は、固体電解質膜４０により覆われている。より具体的には、図４に示すように、固体電解質膜４０は、シール部３５の外側面の周縁部の全周を覆うように、支持基板１０の主面上に形成されている。この結果、シール部３５とインターコネクタ３０とが接触し、シール部３５と固体電解質膜４０とが接触する一方で、インターコネクタ３０と固体電解質膜４０とは接触していない。   A plurality of seal portions 35 and interconnectors 30 are provided on the outer peripheral surface (including the main surface) extending in the longitudinal direction of the support substrate 10 in a state where the fuel electrode 20, the interconnector 30, and the seal portions 35 are embedded in the respective recesses 12. The entire surface excluding the corresponding part is covered with the solid electrolyte membrane 40. More specifically, as shown in FIG. 4, the solid electrolyte membrane 40 is formed on the main surface of the support substrate 10 so as to cover the entire periphery of the outer peripheral surface of the seal portion 35. As a result, the seal portion 35 and the interconnector 30 are in contact with each other, and the seal portion 35 and the solid electrolyte membrane 40 are in contact with each other, while the interconnector 30 and the solid electrolyte membrane 40 are not in contact with each other.

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 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とシール部３５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, the seal portion 35, and the solid electrolyte membrane 40. ing. 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 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”.

インターコネクタ３０は、前記「電気的接続部」における前記「緻密な材料で構成された第１部分」に対応し、気孔率は１０％以下である。空気極集電膜７０は、前記「電気的接続部」における前記「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。シール部３５の気孔率は１０％以下である。固体電解質膜４０の気孔率は１０％以下である。なお、本願では、「緻密な材料」とは、ガスシール機能を有する程度に小さい気孔率を有する材料を指し、典型的には、その材料の気孔率が１０％以下である。   The interconnector 30 corresponds to the “first portion made of a dense material” in the “electrical connection portion”, and has a porosity of 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%. The porosity of the seal part 35 is 10% or less. The porosity of the solid electrolyte membrane 40 is 10% or less. In the present application, the “dense material” refers to a material having a porosity that is small enough to have a gas sealing function, and typically the porosity of the material is 10% or less.

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 − (in the 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１６を参照しながら簡単に説明する。図７〜図１６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 16, “g” at the end of the symbol of each member indicates 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１６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 16 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の中央部に、直方体状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, 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. A rectangular parallelepiped shaped interconnector molded body 30g is embedded and formed in the center. 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. .

次いで、図１２に示すように、前記各凹部の成形体３０ｇの周囲に位置する周縁部に、シール材の成形体３５ｇがそれぞれ埋設・形成される。各シール材の成形体３５ｇは、例えば、シール部３５の材料（例えば、ＭｇＯ、或いは、ＭｇＯとＣａＺｒＯ３のコンポジット材料）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。 Next, as shown in FIG. 12, a molded body 35 g of a sealing material is embedded and formed in a peripheral portion located around the molded body 30 g of each concave portion. The molded body 35g of each sealing material is, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the sealing portion 35 (for example, MgO or a composite material of MgO and CaZrO 3 ). It is buried and formed using

次に、図１３に示すように、複数の燃料極の成形体（２１ｇ＋２２ｇ）及び複数の成形体３０ｇ、３５ｇ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成形体３０ｇ、３５ｇが形成されたそれぞれの部分を除いた全面に、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. 13, the outer peripheral surface extending in the longitudinal direction in the molded body 10g of the support substrate in a state where the molded bodies (21g + 22g) of the plurality of fuel electrodes and the molded bodies 30g, 35g are embedded and formed, respectively. A solid electrolyte membrane molded film 40g is formed on the entire surface excluding the respective portions where the plurality of molded bodies 30g and 35g 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１４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. 14, a molded film 50 g of a reaction preventing film is formed on the outer surface of the solid electrolyte membrane molded body 40 g in contact with the molded body 22 g of each fuel electrode. 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１５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. 15, 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１６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、インターコネクタ３０、及びシール部３５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. 16, for each pair of adjacent power generation element portions, air is formed so as to straddle the air electrode forming 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 60g, the solid electrolyte film 40, the interconnector 30, and the seal portion 35, an air electrode current collecting film forming film 70g 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。なお、この時点では、酸素含有雰囲気での焼成により、支持基板１０、及び燃料極２０中のＮｉ成分が、ＮｉＯとなっている。従って、燃料極２０の導電性を獲得するため、その後、支持基板１０側から還元性の燃料ガスが流され、ＮｉＯが７００〜１０００℃で１〜１００時間に亘って還元処理される。なお、この還元処理は発電時に行われてもよい。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. At this time, the Ni component in the support substrate 10 and the fuel electrode 20 is NiO by firing in an oxygen-containing atmosphere. Therefore, in order to acquire the conductivity of the fuel electrode 20, thereafter, a reducing fuel gas is flowed from the support substrate 10 side, and NiO is reduced at 700 to 1000 ° C. for 1 to 100 hours. This reduction process may be performed during power generation. 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。 (Action / Effect)
As described above, in the above embodiment, each of the plurality of recesses 12 embedded in the upper and lower surfaces of the support substrate 10 for embedding the fuel electrode 20 is formed of the material of the support substrate 10 over the entire circumference. It has a side wall closed in the circumferential direction. 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、上記実施形態では、支持基板１０の各凹部１２内に燃料極２０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 the above embodiment, the support substrate 10 and the embedded member are co-fired in a state in which the members such as the fuel electrode 20 and the interconnector 30 are filled and embedded in the recesses 12 of the support substrate 10 without any gaps. Tied. Therefore, a sintered body having high bondability between members and high reliability can be obtained.

また、図１７に模式的に示すように、上記実施形態では、「インターコネクタ３０とシール部３５と固体電解質膜４０とが連続して接続されてなる緻密層」が、燃料ガスと空気との混合を防止するガスシール機能を発揮している。燃料極２０（集電部２１）の外側面に形成された凹部２１ｂの周縁部に配置されたシール部３５の外側面の一部（周縁部）が固体電解質膜４０で覆われている一方で、凹部２１ｂの中央部に配置されたインターコネクタ３０の外側面は固体電解質膜４０で覆われていない。   As schematically shown in FIG. 17, in the above embodiment, “a dense layer in which the interconnector 30, the seal portion 35, and the solid electrolyte membrane 40 are continuously connected” is formed between fuel gas and air. It has a gas seal function that prevents mixing. While a part (peripheral part) of the outer surface of the seal part 35 arranged at the peripheral part of the concave part 21 b formed on the outer surface of the fuel electrode 20 (current collector part 21) is covered with the solid electrolyte membrane 40. The outer surface of the interconnector 30 disposed in the center of the recess 21b is not covered with the solid electrolyte membrane 40.

ここで、上記実施形態と比較するための従来例として、図１８に示すように、燃料極の外側面に形成された凹部の全体にインターコネクタが埋設（充填）される態様を考える。この場合、ガスシール性の低下の抑制のため、図１８に示すように、インターコネクタの外側面の周縁部が電解質膜で覆われる場合が多い。一般に、インターコネクタ（特に、ランタンクロマイトで構成されるインターコネクタ）は、上述した還元処理の際に膨張する性質を有する（還元膨張）。この還元膨張に起因して、インターコネクタの外側面の周縁部と電解質膜の内側面との界面において剥離が発生し、「ガスシール機能」の低下が発生し易いという問題があった。これに対し、上記実施形態では、上述のように、インターコネクタ３０の外側面上には緻密膜（固体電解質膜４０）が設けられていない。従って、上述したインターコネクタの還元膨張による剥離に起因する「ガスシール機能」の低下が発生しない。即ち、「ガスシール機能」の低下を確実に抑制し得る。   Here, as a conventional example for comparison with the above embodiment, as shown in FIG. 18, a mode in which the interconnector is embedded (filled) in the entire recess formed on the outer surface of the fuel electrode is considered. In this case, in order to suppress a decrease in gas sealing performance, as shown in FIG. 18, the peripheral portion of the outer surface of the interconnector is often covered with an electrolyte membrane. In general, an interconnector (particularly, an interconnector composed of lanthanum chromite) has a property of expanding during the reduction treatment described above (reduction expansion). Due to this reductive expansion, there is a problem that peeling occurs at the interface between the peripheral edge of the outer side surface of the interconnector and the inner side surface of the electrolyte membrane, and the “gas seal function” is likely to deteriorate. On the other hand, in the above embodiment, as described above, the dense membrane (solid electrolyte membrane 40) is not provided on the outer surface of the interconnector 30. Therefore, the “gas seal function” is not deteriorated due to the peeling due to the reduction expansion of the interconnector described above. In other words, it is possible to reliably suppress a decrease in the “gas seal function”.

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。   Moreover, in the said embodiment, the solid electrolyte membrane 40 is planarized. 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 modified example is employable 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、各燃料極２０（集電部２１）の外側面に形成された凹部２１ｂ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２１ｂに埋設され、インターコネクタ３０の残りの部分が凹部２１ｂの外側に突出（即ち、燃料極２０（集電部２１）の外側面から突出）していてもよい。この点については後述する。   Moreover, in the said embodiment, although the whole interconnector 30 is embed | buried under the recessed part 21b formed in the outer surface of each fuel electrode 20 (current collection part 21), only a part of interconnector 30 is each The remaining portion of the interconnector 30 may be embedded in the recess 21b and protrude outside the recess 21b (that is, protrude from the outer surface of the fuel electrode 20 (current collector 21)). This point will be described later.

また、上記実施形態では、図１７に示すように、直方体状のインターコネクタ３０の底面の全域が燃料極２０（集電部２１）と接触しているが、図１９に示すように、直方体状のインターコネクタ３０の底面における中央部が燃料極２０（集電部２１）と接触し、インターコネクタ３０の底面における前記中央部の周囲に位置する周縁部がシール部３５と接触するように構成されてもよい。また、図２０に示すように、シール部３５の底面における周縁部の一部がインターコネクタ３０と接触するように構成されてもよい。   Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 17, although the whole area of the bottom face of the rectangular parallelepiped interconnector 30 is contacting the fuel electrode 20 (current collection part 21), as shown in FIG. The middle part of the bottom surface of the interconnector 30 is in contact with the fuel electrode 20 (current collector 21), and the peripheral part located around the central part of the bottom surface of the interconnector 30 is in contact with the seal part 35. May be. Further, as shown in FIG. 20, a part of the peripheral edge portion on the bottom surface of the seal portion 35 may be configured to contact the interconnector 30.

また、図２１に示すように、インターコネクタ３０の底面と燃料極２０（集電部２１）との間に中間層３８が介装されてもよい。中間層３８は、インターコネクタ３０より導電率が大きい導電材料で構成され、例えば、ＮｉＯとＹ２Ｏ３(イットリア)の混合粉末、ＮｉＯとＧＤＣ(ガドリニアドープセリア)の混合粉末、ＮｉＯとＬａＣｒＯ３の混合粉末、等から構成され得る。この中間層３８を挿入することによって、インターコネクタ３０と燃料極集電部２１との間に存在する界面抵抗を大幅に減少することができる。従って、電流が、「面積が小さいインターコネクタ３０の側面」ではなく「面積が大きいインターコネクタ３０の底面」を通るように、電流の経路を制御することができ、ＳＯＦＣ全体としての電気抵抗を小さくすることができる。 Further, as shown in FIG. 21, an intermediate layer 38 may be interposed between the bottom surface of the interconnector 30 and the fuel electrode 20 (current collector 21). The intermediate layer 38 is made of a conductive material having a conductivity higher than that of the interconnector 30, and includes, for example, a mixed powder of NiO and Y 2 O 3 (yttria), a mixed powder of NiO and GDC (gadolinia doped ceria), NiO and LaCrO 3. Or the like. By inserting the intermediate layer 38, the interfacial resistance existing between the interconnector 30 and the fuel electrode current collector 21 can be greatly reduced. Therefore, the current path can be controlled so that the current passes through the “bottom surface of the interconnector 30 having a large area” rather than the “side surface of the interconnector 30 having a small area”, and the electrical resistance of the SOFC as a whole is reduced. can do.

図２１に示す構成において、固体電解質膜４０における「シール部３５（前記「第２シール部」に対応）の外側面の周縁部の全周を覆う部分」は、固体電解質膜４０に代えて、固体電解質膜４０とは構成材料が異なる緻密膜３７（前記「第１シール部」に対応）で構成されてもよい。緻密膜３７は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）で構成され得る。 In the configuration shown in FIG. 21, “the portion covering the entire circumference of the peripheral edge of the outer surface of the seal portion 35 (corresponding to the“ second seal portion ”)” in the solid electrolyte membrane 40 is replaced with the solid electrolyte membrane 40. The solid electrolyte membrane 40 may be composed of a dense membrane 37 (corresponding to the “first seal portion”) having a different constituent material. The dense film 37 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria).

この場合、前記「ガスシール部」における燃料極２０（集電部２１）の外側面を覆う部分では、前記「ガスシール部」は、前記発電素子部の一部としての固体電解質膜４０と、固体電解質膜４０と接続されるとともに固体電解質膜４０とは異なる構成材料からなる緻密膜３７（前記「第１シール部」に対応）と、緻密膜３７と接続されるとともに緻密膜３７とは異なる緻密な構成材料からなるシール部３５（前記「第２シール部」に対応）と、シール部３５と接続されたインターコネクタ３０と、から構成される。この場合、緻密膜３７とインターコネクタ３０とが接触せず、且つ、固体電解質膜４０とシール部３５とが接触しない。   In this case, in the portion covering the outer surface of the fuel electrode 20 (current collector 21) in the “gas seal portion”, the “gas seal portion” includes the solid electrolyte membrane 40 as a part of the power generation element portion, A dense membrane 37 (corresponding to the “first seal portion”) made of a material different from that of the solid electrolyte membrane 40 and connected to the solid electrolyte membrane 40 is connected to the dense membrane 37 and is different from the dense membrane 37. A seal portion 35 (corresponding to the “second seal portion”) made of a dense constituent material and an interconnector 30 connected to the seal portion 35 are configured. In this case, the dense membrane 37 and the interconnector 30 do not contact each other, and the solid electrolyte membrane 40 and the seal portion 35 do not contact each other.

また、図２１に示す構成では、燃料極２０（集電部２１）の外側面に形成された凹部２１ｂにシール部３５及びインターコネクタ３０が埋設されているが、図２２に示すように、凹部２１ｂに、インターコネクタ３０のみ（及び、中間層３８）が埋設されていてもよい。或いは、図２３に示すように、凹部２１ｂにシール部３５のみ（及び、中間層３８）が埋設されていてもよい。或いは、図２４に示すように、燃料極２０（集電部２１）の外側面に凹部２１ｂが形成されず、インターコネクタ３０及びシール部３５が支持基板１０の主面上に形成されてもよい。   In the configuration shown in FIG. 21, the seal portion 35 and the interconnector 30 are embedded in the recess 21b formed on the outer surface of the fuel electrode 20 (current collector 21). However, as shown in FIG. Only the interconnector 30 (and the intermediate layer 38) may be embedded in 21b. Alternatively, as shown in FIG. 23, only the seal portion 35 (and the intermediate layer 38) may be embedded in the recess 21b. Alternatively, as shown in FIG. 24, the recess 21 b is not formed on the outer surface of the fuel electrode 20 (current collector 21), and the interconnector 30 and the seal portion 35 may be formed on the main surface of the support substrate 10. .

図２１に示す構成と同様、図２２〜図２４に示す構成でも、前記「ガスシール部」における燃料極２０（集電部２１）の外側面を覆う部分では、前記「ガスシール部」は、「前記発電素子部の一部としての固体電解質膜４０」と、「固体電解質膜４０と接続されるとともに固体電解質膜４０と同じ構成材料からなる緻密膜４０又は異なる構成材料からなる緻密膜３７」（前記「第１シール部」に対応）と、「緻密膜４０又は３７と接続されるとともに緻密膜４０又は３７とは異なる緻密な構成材料からなるシール部３５」（前記「第２シール部」に対応）と、「シール部３５と接続されたインターコネクタ３０」と、から構成される。   Similar to the configuration shown in FIG. 21, in the configuration shown in FIGS. 22 to 24, in the portion covering the outer surface of the fuel electrode 20 (current collector 21) in the “gas seal portion”, the “gas seal portion” “Solid electrolyte membrane 40 as a part of the power generation element portion” and “Dense membrane 40 connected to solid electrolyte membrane 40 and made of the same constituent material as solid electrolyte membrane 40 or dense membrane 37 made of a different constituent material” (Corresponding to the “first seal portion”) and “the seal portion 35 made of a dense constituent material that is connected to the dense film 40 or 37 and is different from the dense film 40 or 37” (the “second seal portion”) And "interconnector 30 connected to seal portion 35".

図２１に示す構成と同様、図２２〜図２４に示す構成でも、前記「第１シール部」が緻密膜４０（＝固体電解質膜４０）である場合、緻密膜４０（＝固体電解質膜４０）とインターコネクタ３０とが接触しない。前記「第１シール部」が緻密膜３７（≠固体電解質膜４０）である場合、緻密膜３７（≠固体電解質膜４０）とインターコネクタ３０とが接触せず、且つ、固体電解質膜４０とシール部３５とが接触しない。   Similar to the configuration shown in FIG. 21, in the configuration shown in FIGS. 22 to 24, when the “first seal portion” is the dense membrane 40 (= solid electrolyte membrane 40), the dense membrane 40 (= solid electrolyte membrane 40). And the interconnector 30 do not contact. When the “first seal portion” is the dense membrane 37 (≠ solid electrolyte membrane 40), the dense membrane 37 (≠ solid electrolyte membrane 40) and the interconnector 30 are not in contact with each other, and the solid electrolyte membrane 40 and the seal are sealed. The part 35 does not contact.

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２５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２６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. 25, angle (theta) may be 90-135 degrees. Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 26, the part which the bottom wall and side wall in the recessed part 12 cross | intersect is 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２７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。加えて、上記実施形態においては、「内側電極」及び「外側電極」がそれぞれ燃料極及び空気極となっているが、逆であってもよい。   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. In addition, in the above embodiment, the “inner electrode” and the “outer electrode” are the fuel electrode and the air electrode, respectively, but they may be reversed.

以下、インターコネクタ３０の一部のみが各凹部２１ｂに埋設され、インターコネクタ３０の残りの部分が凹部２１ｂの外側に突出（即ち、燃料極２０（集電部２１）の外側面から突出）している態様について付言する。 Hereinafter, only a part of the interconnector 30 is embedded in each recess 21b, and the remaining part of the interconnector 30 protrudes outside the recess 21b (ie, protrudes from the outer surface of the fuel electrode 20 (current collector 21)). It adds about the aspect which is.

図２８に示す構成は、インターコネクタ３０の下側部分が凹部２１ｂに埋設され、インターコネクタ３０の残りの上側部分が凹部２１ｂの外側に突出（即ち、燃料極２０（集電部２１）の外側面から突出）している点においてのみ、インターコネクタ３０の全体が凹部２１ｂに埋設された図１９に示す構成と異なる。   28, the lower part of the interconnector 30 is embedded in the recess 21b, and the remaining upper part of the interconnector 30 protrudes outside the recess 21b (that is, outside the fuel electrode 20 (current collector 21)). The only difference from the configuration shown in FIG. 19 is that the entire interconnector 30 is embedded in the recess 21b.

図２８に示す構成では、前記「ガスシール部」は、前記発電素子部の一部としての固体電解質膜４０と、固体電解質膜４０と接続される第１シール部４０と、第１シール部４０と接続されるとともに第１シール部４０とは異なる緻密な構成材料からなる第２シール部３５と、第２シール部３５と接続されたインターコネクタ３０と、から構成される。第１シール部４０とインターコネクタ３０とは接触していない。   In the configuration shown in FIG. 28, the “gas seal portion” includes a solid electrolyte membrane 40 as a part of the power generation element portion, a first seal portion 40 connected to the solid electrolyte membrane 40, and a first seal portion 40. And a second seal part 35 made of a dense constituent material different from the first seal part 40, and an interconnector 30 connected to the second seal part 35. The first seal portion 40 and the interconnector 30 are not in contact with each other.

図２８に示す構成では、燃料極２０（集電部２１）の外側面に形成された凹部２１ｂにシール部３５及びインターコネクタ３０が埋設されているが、図２９に示すように、凹部２１ｂに、インターコネクタ３０の下側部分のみが埋設されていてもよい。図２９に示す構成では、インターコネクタ３０の残りの上側部分は、凹部２１ｂの外側に突出（即ち、燃料極２０（集電部２１）の外側面から突出）している。   In the configuration shown in FIG. 28, the seal portion 35 and the interconnector 30 are embedded in the recess 21b formed on the outer surface of the fuel electrode 20 (current collector 21). However, as shown in FIG. Only the lower part of the interconnector 30 may be embedded. In the configuration shown in FIG. 29, the remaining upper portion of the interconnector 30 protrudes to the outside of the recess 21b (that is, protrudes from the outer surface of the fuel electrode 20 (current collector 21)).

図２９に示す構成では、第２シール部３５が存在しない。この構成では、前記「ガスシール部」は、前記発電素子部の一部としての固体電解質膜４０と、固体電解質膜４０と接続される第１シール部４０と、第１シール部４０と接続されたインターコネクタ３０と、から構成される。   In the configuration shown in FIG. 29, the second seal portion 35 does not exist. In this configuration, the “gas seal portion” is connected to the solid electrolyte membrane 40 as a part of the power generation element portion, the first seal portion 40 connected to the solid electrolyte membrane 40, and the first seal portion 40. Interconnector 30.

図２８、及び図２９に示すように、インターコネクタ３０の一部のみを凹部２１ｂに埋設し、インターコネクタ３０の残りの部分を凹部２１ｂの外側に突出するように構成すると、以下の作用・効果が奏される。即ち、支持基板１０、燃料極２０、インターコネクタ３０、及び固体電解質膜４０の積層成形体（焼成前）が共焼成される際、インターコネクタ３０が収縮しようとする。このとき、この構成では、インターコネクタ３０の全体が凹部２１ｂに埋設される構成と異なり、インターコネクタ３０の上側部分が凹部２１ｂの内壁に拘束されることなく（特に、インターコネクタ３０の厚さ方向（ｚ軸方向）に）自由に収縮し得る。従って、インターコネクタ３０の上側部分が特に焼き締り易く、インターコネクタ３０の上側部分をより一層緻密とすることができる。この結果、インターコネクタ３０の「ガスシール部」としての機能をより一層確実に発揮させることができる。   As shown in FIGS. 28 and 29, when only a part of the interconnector 30 is embedded in the recess 21b and the remaining part of the interconnector 30 protrudes outside the recess 21b, the following operations and effects are achieved. Is played. That is, when the laminated molded body (before firing) of the support substrate 10, the fuel electrode 20, the interconnector 30, and the solid electrolyte membrane 40 is co-fired, the interconnector 30 tends to shrink. In this configuration, unlike the configuration in which the entire interconnector 30 is embedded in the recess 21b, the upper portion of the interconnector 30 is not restrained by the inner wall of the recess 21b (particularly in the thickness direction of the interconnector 30). It can contract freely (in the z-axis direction). Therefore, the upper portion of the interconnector 30 is particularly easy to be baked, and the upper portion of the interconnector 30 can be made more dense. As a result, the function of the interconnector 30 as the “gas seal part” can be more reliably exhibited.

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、３５…シール部、３７…緻密膜、３８…中間層、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, 35 ... Seal , 37 ... dense membrane, 38 ... intermediate layer, 40 ... solid electrolyte membrane, 50 ... reaction preventing membrane, 60 ... air electrode, 70 ... air electrode current collector membrane, A ... power generation element portion

Claims (2)

ガス流路が内部に形成された平板状の多孔質の支持基板と、
前記平板状の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、
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、前記内側電極に供給される第１のガスと前記外側電極に供給される第２のガスとの混合を防止する緻密な構成材料からなるガスシール部と、
を備えた燃料電池の構造体において、
前記平板状の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、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、
前記各電気的接続部は、緻密な材料で構成された第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、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、
前記ガスシール部における前記埋設された各内側電極の外側面を覆う部分では、前記ガスシール部は、前記発電素子部の一部としての緻密な前記固体電解質と、前記発電素子部の一部としての前記固体電解質から連続して延設された前記固体電解質と同じ緻密な構成材料からなる、又は、前記発電素子部の一部としての前記固体電解質と接続されるとともに前記固体電解質と異なる緻密な構成材料からなる第１シール部と、前記第１シール部と接続されるとともに前記第１シール部とは異なる緻密な構成材料からなる第２シール部と、前記第２シール部と接続された前記電気的接続部の第１部分と、を含んで構成され、前記第１シール部と前記電気的接続部の第１部分とは接触せず、
前記埋設された各内側電極の外側面に、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、を有する第２凹部がそれぞれ形成され、
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部分の一部、及び、対応する前記第２シール部がそれぞれ埋設され、対応する前記電気的接続部の前記第１部分の残りの部分が前記内側電極の外側面からそれぞれ突出しており、
前記電気的接続部分の第１部分の残りの部分の外側面の周縁部が、前記第２シール部で覆われていない、燃料電池の構造体。 A flat porous support substrate having a gas flow path formed therein;
A plurality of power generating element portions each provided at a plurality of positions separated from each other on the main surface of the flat support substrate, and a laminate of at least an inner electrode, a solid electrolyte, and an outer electrode;
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
Densely provided between one set or a plurality of sets of adjacent power generation element portions to prevent mixing of the first gas supplied to the inner electrode and the second gas supplied to the outer electrode A gas seal portion made of a constituent material;
In a fuel cell structure comprising:
A first wall having a bottom wall made of the material of the support substrate and a side wall closed in the circumferential direction made of the material of the support substrate over the entire circumference at the plurality of locations on the main surface of the flat support substrate. 1 recess is formed,
In each of the first recesses, the corresponding inner electrode of the power generation element unit is embedded,
Each of the electrical connection portions includes a first portion made of a dense material and a second portion connected to the first portion and made of a porous material. Connected to one inner electrode of the adjacent power generation element portion and the second portion, the second portion is connected to the other outer electrode of the adjacent power generation element portion and the first portion,
In the part covering the outer surface of each embedded inner electrode in the gas seal part, the gas seal part is a dense solid electrolyte as a part of the power generation element part, and a part of the power generation element part. Or the same dense constituent material as the solid electrolyte continuously extended from the solid electrolyte, or a dense material different from the solid electrolyte connected to the solid electrolyte as a part of the power generation element portion The first seal part made of a constituent material, the second seal part made of a dense constituent material that is connected to the first seal part and different from the first seal part, and the second seal part connected to the second seal part A first portion of the electrical connection portion, and the first seal portion and the first portion of the electrical connection portion are not in contact with each other,
Second recesses each having a bottom wall made of the material of the inner electrode and a side wall closed in the circumferential direction made of the material of the inner electrode over the entire circumference on the outer surface of each buried inner electrode. Formed,
In each of the second recesses, a part of the first part of the corresponding electrical connection part and the corresponding second seal part are respectively embedded , and the first part of the corresponding electrical connection part is embedded. The remaining portions protrude from the outer surface of the inner electrode,
A structure of a fuel cell , wherein a peripheral portion of an outer surface of the remaining portion of the first portion of the electrical connection portion is not covered with the second seal portion . 請求項１に記載の燃料電池の構造体において、
前記各第２凹部において、
前記電気的接続部の第１部分の一部が、前記第２凹部における中央部に埋設され、
前記第２シール部が、前記第２凹部における前記中央部の周囲に位置する周縁部にて、前記第２凹部の側壁の全周、及び、前記電気的接続部の第１部分の一部の外周の側壁の全周と接触するように埋設され、
前記各第２凹部において、
前記第２シール部の外側面の周縁部の全周が前記第１シール部で覆われ、
前記各第２凹部において、
前記電気的接続部の第１部分の一部の底面における中央部が前記内側電極と接触し、前記電気的接続部の第１部分の一部の底面における前記中央部の周囲に位置する周縁部が前記第２シール部と接触している、燃料電池の構造体。 The fuel cell structure according to claim 1,
Prior Symbol respective second recess,
A part of the first portion of the electrical connection portion is embedded in the central portion of the second recess,
The second seal portion is a peripheral portion located around the central portion of the second recess, and the entire periphery of the side wall of the second recess and a part of the first portion of the electrical connection portion. Embedded in contact with the entire circumference of the outer peripheral side wall,
In each of the second recesses,
The entire circumference of the peripheral edge of the outer surface of the second seal portion is covered with the first seal portion;
In each of the second recesses,
A peripheral portion located around the central portion of the bottom surface of a part of the first portion of the electrical connection portion, with a central portion of the bottom surface of the first portion of the electrical connection portion contacting the inner electrode. A structure of the fuel cell, wherein is in contact with the second seal portion.
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