発電体
【課題】固体酸化物燃料電池などの発電体において、ガスシール性、通電性、絶縁性の要件を満足し、構造が簡単で、製造も容易である発電体を提供する。
【解決手段】燃料極１６と電解質層１５と空気極１４とが積層されてなるセル１１Ｂを、リード部１３Ａとインターコネクタ１２Ａ、１２Ｂを用いて複数個直列に接続して接合し、リード部を導電層１９とガス非透過性絶縁層２０との積層構造とし、リード部１３Ａのガス非透過性絶縁層２０とセルの電解質層１５とを焼成して接合し、セルの燃料極１６と一方のインターコネクタ１２Ｂとをロウ付して接合し、セルの空気極１４をリード部１３Ａを介して他方のインターコネクタ１２Ａにロウ付けして接合する。
【解決手段】燃料極１６と電解質層１５と空気極１４とが積層されてなるセル１１Ｂを、リード部１３Ａとインターコネクタ１２Ａ、１２Ｂを用いて複数個直列に接続して接合し、リード部を導電層１９とガス非透過性絶縁層２０との積層構造とし、リード部１３Ａのガス非透過性絶縁層２０とセルの電解質層１５とを焼成して接合し、セルの燃料極１６と一方のインターコネクタ１２Ｂとをロウ付して接合し、セルの空気極１４をリード部１３Ａを介して他方のインターコネクタ１２Ａにロウ付けして接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）などの燃料電池を構成する発電体に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物燃料電池などの燃料電池では、電池本体となるセルを複数個直列に接続集合してスタックとし、このスタックをさらに複数個並列に接続集合してモジュールとして使用に供されることがある。
固体酸化物燃料電池のセルは、基本的には、多孔質の燃料極と電解質層と多孔質の空気極とが積層された構造となっており、燃料極側にメタンなどの炭化水素からなる燃料ガスを流し、空気極側に酸化剤となる空気を流し、８００〜１０００℃程度の高温において発電するようになっている。
【０００３】
複数個のセルを直列に接続集合する場合には、個々のセルをインターコネクタと呼ばれる部材を用いて接合することが行われている。
このインターコネクタを用いて接合する場合には、その接合構造にはガスシール性、導電性、絶縁性が求められる。
【０００４】
ガスシール性とは、接続されたセルにおいて燃料ガスと空気とが分離され両者が混合しないことであり、通電性とは、一方のセルの空気極と他方のセルの燃料極とが電気的に接続されて直列接続が行われることである。絶縁性とは、一方のセルの空気極と他方のセルの燃料極とが電気的に接続される以外の電気的接続が生じないことである。
【０００５】
特表２００８−５２２３７０号公報には、このような酸化物燃料電池などの燃料電池の複数のセルを接続した発電体が開示されている。
図５は、この先行発明において開示された発電体を示す概略断面図である。
図５において、符号１は第１多孔質電極、２は電解質、３は第２多孔質電極を示し、これらで１個のセル１０を構成している。
なお、このセル１０は、全体構造が円筒状となっており、その内部空間に燃料ガスまたは空気が、その外側空間には空気または燃料ガスが流れるようになっている。
【０００６】
このセル１０Ａ（１０Ｂ）はその端面において他のセル１０Ｂ（Ａ）と金属ジョイントハウジング４を介して接続されている。金属ジョイントハウジング４は断面形状が略Ｉ字状の複雑な形状の円環体である。
一方のセル１０Ａの第１多孔質電極１はロウ付け部５によりジョイント部材４の外周部に電気的かつ機械的に接続固定されている。一方のセル１０Ａの第２多孔質電極３の端部はワッシャー状の絶縁部材６を介してロウ付け部７、８により金属ジョイントハウジング４に電気的に絶縁された状態で接合されている。
他方のセル１０Ｂの電解質２および第２多孔質電極３の端部はロウ付け部９により金属ジョイントハウジング４に電気的かつ機械的に接続固定されている。他方のセル１０Ｂの第１多孔質電極１は金属ジョイントハウジング４と離間して絶縁されている。
【０００７】
この接合構造にあっては、上述の要件であるガスシール性、導電性、絶縁性を満たすものである。
しかしながら、この先行発明における接合構造にあっては、以下のような不都合がある。
実際のセル１０は、その外径が１〜３ｃｍ程度であり、その厚みも１ｍｍ程度と薄いものである。このため、金属ジョイントハウジング４の寸法も小さくなり、断面形状も複雑である。
【０００８】
したがって、ロウ付け作業、特にロウ付け部５、７を形成することが極めて困難になる。例えば、ロウ付け部５、７のロウ付け量が多くなると、ロウ付け部５とロウ付け部７が接続してしまい、セル１０Ａの第１多孔質電極１と第２多孔質電極３とが短絡してしまう。ロウ付け部７、８の間においても同様にセル１０Ａの第２多孔質電極３と金属ジョイントハウジング４とが短絡してしまう。さらに、ロウ付け部９においても同様に他方のセル１０Ｂの第１多孔質電極１と金属ジョイントハウジング４とが短絡してしまう。
【０００９】
これらを加味したうえで、ロウ付け後のロウ付け部７、８の視認は不可能であることから、絶縁及びガスシールを一度に正確かつ確実に行わなければならない。
さらに、全体の寸法が小さく構造が複雑であるので、セル１０自体は勿論、金属ジョイントハウジング４を高精度で作製する必要があり、製造コストが嵩むことになる。
【００１０】
また、特開２００２−２８９２４９号公報には、別のタイプの発電体が開示されている。ここには、１個のセルを並列に接続する際に好適な形態が示されている。
このものは、図６に示すように、円筒状の支持体４０２の外周表面に順次第１の電極４０４、電解質４０６、第２の電極４０８が積層されて管状セルとされ、これの支持体４０２が接続部材４１０を介して第１の集電板４１４に接続され、第２の電極４０８が接続部材４１２を介して第２の集電板４１６に接続されている。
【００１１】
この先行発明の発電体では、接続部材４１０が支持体４０２に接合されているので、接続部材４１０と第１の電極４０４との間のわずかな隙間からガスが漏れてしまう恐れがあり、ガスシール性に問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表２００８−５２２３７０号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
よって、本発明における課題は、固体酸化物燃料電池などの発電体において、ガスシール性、通電性、絶縁性の要件を満足し、構造が簡単で、製造も容易である発電体を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、第１電極と電解質層と第２電極とが積層されてなるセルを、リード部とインターコネクタを用いて複数個直列に接続して接合した発電体であって、
リード部が導電層とガス非透過性絶縁層との積層構造とされ、
リード部のガス非透過性絶縁層とセルの電解質層とが接合されており、
セルの第１電極と一方のインターコネクタとがロウ付けされて接合され、セルの第２電極がリード部を介して他方のインターコネクタにロウ付けされて接合されていることを特徴とする発電体である。
【００１５】
請求項２にかかる発明は、第１電極と電解質層と第２電極とが積層されてなるセルを、リード部とインターコネクタに接合した発電体であって、
リード部が導電層とガス非透過性絶縁層との積層構造とされ、
リード部のガス非透過性絶縁層とセルの電解質層とが接合されており、
セルの第１電極と一方のインターコネクタとがロウ付けされて接合され、セルの第２電極がリード部を介して他方のインターコネクタにロウ付けされて接合されていることを特徴とする発電体である。
【００１６】
請求項３にかかる発明は、セルが円筒状であって、インターコネクタがワッシャー状であることを特徴とする請求項１または２記載の発電体である。
請求項４にかかる発明は、前記第１電極の前記電解質に接しない部分に、金属多孔質材料からなる支持体が設けられ、第２電極の前記電解質層に接しない部分に金属多孔質材料からなる集電部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の発電体である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の発電体によれば、平板状の単純な構造のインターコネクタと、導電層とガス非透過性絶縁層との積層構造のリード部を用い、絶縁部材を用いずとも発電体に要求される３つの要件であるガスシール性、導電性、絶縁性が確保できる。
また、発電体の組立を行う際にロウ付け部位が外部から視認できる位置となり、ロウ付け作業が簡単かつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の発電体の例を示す側面図である。
【図２】本発明の発電体の例を示す断面図である。
【図３】本発明の発電体の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の発電体の他の例を示す断面図である。
【図５】従来の発電体を示す断面図である。
【図６】従来の発電体の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１および図２は、本発明の発電体の第１の例を示すもので、この発電体は、全体形状が円筒状となっており、図１はその側面図、図２はその周壁を断面視した断面図である。
この例では、第１のセル１１Ａと第２のセル１１Ｂと第３のセル１１Ｃとの３個のセルが直列に接続されて発電体とされたものを示しており、第１および第３のセル１１Ａ、１１Ｃは第２のセル１１Ｂと同一構造であるので、その一部を省略して描いている。
【００２０】
第１のセル１１Ａは第１のインターコネクタ１２Ａと第１のリード部１３Ａを介して第２のセル１１Ｂに接続、接合され、第２のセル１１Ｂは第２のインターコネクタ１２Ｂと第２のリード部１３Ｂを介して第３のセル１１Ｃに接続、接合されている。
【００２１】
セル１１は、全体形状が円筒状であり、その外周側に配された円筒状の厚さ１００〜２０００μｍ程度の空気極（第２電極）１４とこの空気極１４の内側にこれに接して配された円筒状の厚さ１０〜３０μｍ程度のイットリア安定化ジルコニアなどのセラミックスからなる緻密でガス非透過性の電解質層１５とこの電解質層１５の内側にこれに接して配された円筒状の厚さ１００〜３０００μｍ程度の燃料極（第１電極）１６とからなる積層構造により基本的に構成されている。
【００２２】
また、この例のセル１１では、空気極１４の外側には円筒状の集電部材１７が一体に設けられ、燃料極１６の内側には円筒状の支持部材１８が一体に設けられている。
空気極１４、燃料極１６、集電部材および支持部材１８は、いずれも導電性を有し、かつガスの透過が可能な多孔質の材料で構成されている。
【００２３】
インターコネクタ１２は、金属などの導電性材料からなる厚さ０．５〜２ｍｍ程度の平板なワッシャー（座金）状のものである。
リード部１３は、やはり円筒状の形状のもので、その外側に配された導電層１９とこの導電層１９の内側に配された中間層１９ａとこの中間層１９ａの内側に配された緻密で気泡がほとんどないガス非透過性絶縁層２０との３層の積層構造で構成されている。
【００２４】
導電層１９は、金属などの導電性材料からなる多孔質あるいは緻密な材料により構成されている。
中間層１９ａは、イットリア安定化ジルコニアなどセラミックスからなる多孔質の材料により構成され、これの外側のガス非透過性絶縁層２０と導電層１９との接着性を高めるとともに、ガス非透過性絶縁層２０にピンホールが生成することを防ぐためもので、ガス非透過性絶縁層２０を構成するセラミック粒子が導電層１９を構成する粒径の大きな金属粒子間の空隙に落ち込むことを防止する。導電層１９を構成する金属粒子の粒径が小さい場合には必ずしも必要とされるものではない。
ガス非透過性絶縁層２０は、イットリア安定化ジルコニアなどのセラミックスからなり、緻密な層であって内部に気泡がほとんどなく、ガス非透過性で電気絶縁性のものである。このガス非透過性絶縁層２０は、セル１１の電解質層１５とその熱膨張係数がほぼ同じであることが好ましく、したがって同種のセラミックスを用いることが望ましい。
【００２５】
リード部１３の内面側のガス非透過性絶縁層２０は、図２に示すように、その一部がセル部１１の電解質層１５と接合されている。この接合は、両者がセラミックスからなることから、後述するように一体焼成により行われる。この接合によりガスシール性が保たれるとともにセル１１の電解質層１５とリード部１３の導電層１９とが絶縁されることになって、別部材の絶縁材を用いなくとも絶縁性が確保できる。ガス非透過性絶縁層２０と電解質層１５の間で、もしガスシール性が保たれなくても、ロウ材２３、ロウ材２６によりガス非透過性絶縁層２０と電解質層１５が接合されることから、ガスシール性が保たれる。
【００２６】
次に、この例の接合構造について説明する。
図２に示すように、第１のセル１１Ａの電解質層１５、燃料極１６および支持部材１８の端部は、第１のロウ材２１によって第１のインターコネクタ１２Ａの一方の端面にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。
第１のインターコネクタ１２Ａの他方の端面は、第２のロウ材２２によって第１のリード部１３Ａの一方の端部にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。
【００２７】
第１のリード部１３Ａの他方の端部は、第３のロウ材２３によって第２のセル１１Ｂの空気極１４と集電部材１７との端部にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。第１リード部１３Ａのガス非透過性絶縁層２０の一部は前述のように第２のセル１１Ｂの電解質層１５と予め接合されている。また、第３のロウ材２３は、ガス非透過性絶縁層２０と電解質層１５とを接合し、ガスシール性を保つ役割を併せ持つ。
第２のセル１１Ｂの電解質層１５、燃料極１６および支持部材１８の端部は、第４のロウ材２４によって第２のインターコネクタ１２Ｂの一方の端面にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。
第２のインターコネクタ１２Ｂの他方の端面は、第５のロウ材２５によって第２のリード部１３Ｂの一方の端部にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。
【００２８】
第２のリード部１３Ｂの他方の端部は、第６のロウ材２６によって第３のセル１１Ｃの空気極１４と集電部材１７との端部にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。第２リード部１３Ｂのガス非透過性絶縁層２０の一部は前述のように第３のセル１１Ｃの電解質層１５と予め接合されている。また、第６のロウ材２６は、ガス非透過性絶縁層２０と電解質層１５とを接合し、ガスシール性を保つ役割を併せ持つ。
以下、同様にして各セル１１がインターコネクタ１２とリード部１３により接合、接続されている。
【００２９】
この接合に際して、第１（第２）のインターコネクタ１２Ａ（１２Ｂ）と第２（第３）のセル１１Ｂ（１１Ｃ）の電解質層１５、燃料極１６および支持部材１８の端部との間には空間が形成され、同時に電解質層１５の端部が第１のリード部１３Ａのガス非透過性絶縁層２０に接合されており、これにより第２（第３）のセル１１Ｂ（１１Ｃ）の電解質層１５が第１（第２）のインターコネクタ１２Ａ（１２Ｂ）に短絡しないように構成されている。
【００３０】
このような発電体では、リード部１３の内側部分がガス非透過性絶縁層２０により構成されているので、空気極１４側の空気が燃料極１６側に透過することがなく、燃料極１６側の燃料ガスが空気極１４側に透過することがなくなって、ガスシール性が保たれる。
また、電解質層１５がインターコネクタ１２と絶縁されているので、電流がセル１１の燃料極１６から電解質層１５を経て空気極１４を通り、リード部１３を介してインターコネクタ１２に流れ、さらに他のセル１１の燃料極１６に流れるようになって、通電性と絶縁性が保たれる。
また、この発電体では、接合された複数のインターコネクタ１２、１２・・の両端に位置する２つのインターコネクタ１２、１２が発電体の出力端となって機能する。
【００３１】
次に、この例の発電体の製造方法の一例を説明する。
１）セル１１の中間製品の作製
支持部材１８となる材料粉末と気泡形成剤とバインダーとの混合物を冷間静水圧プレス成形法によって、円筒体に成形し、還元炉内で仮焼する。この仮焼物の表面に燃料極１６となる材料粉末と気泡形成剤とバインダーとの混合物の分散液を塗布し（スラリーコート法）、仮焼して第１中間層としたのち、その表面に電解質層１５となる粉末材料の分散液を塗布し、支持部材１８、燃料極１６となる第１中間層および電解質層１５からなる三層構造の中間製品とする。
【００３２】
２）リード部１３の作製
導電層１９となる材料粉末と気泡形成剤とバインダーとの混合物を冷間静水圧プレス成形法によって円筒状に成形し、還元炉内で仮焼する。この仮焼物の内面に中間層１９ａとなる材料粉末と気泡形成剤とバインダーとの混合物の分散液を塗布し、還元炉内で仮焼する。さらにこの中間層１９ａの内面にガス非透過性絶縁層２０となる材料粉末を分散した分散液を塗布する。ガス非透過性絶縁層２０となる材料粉末には、その粒径が小さいもの、例えば平均粒径０．１μｍ以下の粒径を有する粉末が用いられ、焼成後の状態が緻密でガス非透過性となるようになされる。
このリード部１３の作製に当たっては、その内径とセル１１の中間製品の外径とがほぼ一致するようにする。
【００３３】
３）セル１１の中間製品とリード部１３との接合
リード部１３をセル１１の中間製品の外側に嵌め込み、リード部１３の一部が中間製品の外側に位置するように位置を定める。この状態の接合物を還元炉内で一体焼成する。この一体焼成によりリード部１３のガス非透過性絶縁層２０の一部が電解質層１５と接合し一体化される。
４）空気極の形成
一体焼成した接合物の電解質層１５の上に空気極１４となる材料粉末と気泡生成剤とバインダーとの混合物の分散液を塗布し、第２中間層とする。
【００３４】
５）集電部材の作製と取付
集電部材１７となる材料粉末と気泡形成剤とバインダーとの混合物を冷間静水圧プレス成形法によって円筒状に成形し、還元炉内で仮焼する。
この仮焼物を前記接合物の外側に嵌め込み、前記第２中間層の外面に来るようにかつ前記リード部１３の導電層２０との間に空間を配して配置し、還元炉内で再度焼成する。この焼成時に、前記集電部材１７となる仮焼物が収縮して、空気極となる同時に焼成された第２中間層に圧着接合される。
【００３５】
６）触媒の含浸（１回目）
ついで、前記焼成物の内面の第１中間層にニッケル、セリア系酸化物（サマリアドープセリア、ガドリウムドープセリア）、コバルトなどを含浸して、これを燃料極１６とする。
７）発電体の組立
別途用意したワッシャー状のインターコネクタ１２と前記焼成物とをロウ付けして、図２に示すような形態に接合する。
８）触媒の含浸（２回目）
最後に、前記発電体の集電部材の内側の第２中間層にＬａＳｒＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＦｅＯ、ＬａＮｉＦｅ、ＮｉＣｒＯ、セリア系酸化物などの触媒を含浸して、これを空気極１４とする。
【００３６】
発電体の作製に用いられる材料としては、特に限定されるものではなく、従来から固体酸化物燃料電池に用いられている公知の各種材料を広く用いることができ、以下にその一例を挙げる。
支持部材１８となる材料としては、フェライト系ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル−鉄合金などが挙げられる。
燃料極１６は、イットリア安定化ジルコニア、スカンジア安定化ジルコニア、セリア系酸化物、ニッケル／イットリア安定化ジルコニアのサーメット、ニッケル／スカンジア安定化ジルコニアのサーメット、ニッケル／セリア系酸化物のサーメット、銅／イットリア安定化ジルコニアのサーメット、銅／スカンジア安定化ジルコニアのサーメット、銅／セリア系酸化物のサーメット、イットリア安定化ジルコニア／セリア系酸化物のサーメット、スカンジア安定化ジルコニア／セリア系酸化物のサーメットなどから構成される多孔質材にニッケル、セリア系酸化物、コバルトなどの触媒を含浸処理して形成される。
電解質層１５となる材料としては、イットリア安定化ジルコニア、スカンジア安定化ジルコニア、セリア系酸化物などが挙げられる。
【００３７】
空気極１４は、イットリア安定化ジルコニア、スカンジア安定化ジルコニア、セリア系酸化物、イットリア安定化ジルコニア／セリア系酸化物のサーメット、スカンジア安定化ジルコニア／セリア系酸化物のサーメットなどから構成される多孔質材にＬａＳｒＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＦｅＯ、ＬａＮｉＦｅ、ＮｉＣｒＯ、セリア系酸化物などの触媒を含浸処理して形成される。
集電部材１７となる材料としては、支持部材１８となる材料と同様のものが用いられる。
インターコネクタ１２には、フェライト系ステンレス鋼、ニッケル合金、銅合金、鉄合金などが用いられる。
【００３８】
導電層１９となる材料には、前記セル１１の支持部材１８を構成する材料と同じものが用いられ、ガス非透過性の絶縁層２０となる材料には、前記セル１１の電解質層１５を構成する材料と同じものでその粒径が小さいものが用いられる。
ロウ材には、銀−銅−チタン合金、ＴｉＨ２、チタン酸アルミニウム、ニッケル−クロム合金などが用いられる。
触媒には、ニッケル、銅、コバルト、ＬａＳｒＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＦｅＯ、ＬａＮｉＦｅ、ＮｉＣｒＯ、セリア系酸化物などが用いられ、これらの水溶性硝酸塩を溶解して触媒溶液とし、これを含浸することで触媒含浸処理が行われる。
【００３９】
このような発電体の作製方法では、ロウ付け作業を行う際に、すべての作業が発電体の外側からロウ材を流し込むことで可能になるので、作業が容易であり、所定部位以外の部位にロウ材が流れ込むことがなく、正確なロウ付けが行える。
また、複数あるロウ付け箇所については、そのロウ付け順序は限定されず、適宜変更することができる。さらに、インターコネクタ１２とリード部１３とをロウ付けしておき、このもののリード部１３とセル１１とをロウ付けして発電体としてもよい。
【００４０】
図３は、上述の発電体の変形例を示すものである。
この例では、リード部１３の構造が先の例のものと異なっており、導電層１９が金属の緻密な層で構成されている。このものでは、導電層１９を例えば金属製パイプや緻密な焼結物のパイプで構成し、このパイプの内面に先と同様にしてガス非透過性絶縁層２０を作製すればよい。この例では、インターコネクタ１２とリード部１３とをロウ付けする際に、導電層１９が緻密であるので、溶融したロウ材が導電層１９内に流れ込むことがなく、ロウ付け作業が容易となって、不要な短絡が生じることもない。
【００４１】
ロウ付け作業の際のロウ材の多孔質材料への流れ込みを防止する観点から、セル１１の支持部材１８の端部に支持部材１８の焼成時に同時に焼成されるようにした緻密な部材を配しておき、この部材とインターコネクタ１２との間をロウ付けするようにしてもよい。同様に、リード部１３の端部に金属の緻密な部材を配してインターコネクタ１２あるいはセル１１の空気極１４および集電部材１７との間をロウ付けするようにしてもよい。
【００４２】
図４は、この発明の発電体の他の例を示すもので、この例では１個のセルで１個の発電体が構成されているもので、図２に示した例のものと同一構成部材には同一符号を付してある。
セル１１、リード部１３、インターコネクタ１２は、いずれも先の例のものと同様の構造のものである。セル１１の空気極（第２電極）１４および集電部材１７の一端が第３のロウ材２３によりリード部１３の一端に接続、接合されている。
【００４３】
リード部１３の他端は第２のロウ材２２により第１のインターコネクタ１２Ａの一側面に接続、接合されている。
セル１１の電解質層１５、燃料極１６および支持体１８の一端が第４のロウ材によって第２のインターコネクタ１２Ｂの一側面に接続、接合されている。
セル１１の空気極１４および集電部材１７の他端と第２のインターコネクタ１２Ｂとの間には空隙が形成されて絶縁されており、電解質層１５、燃料極１６および支持体１８の他端と第１のインターコネクタ１２Ａとの間には空隙が形成されて絶縁されている。
【００４４】
この例の発電体では、第１のインターコネクタ１２Ａがこの発電体の一方の出力端となり、第２のインターコネクタ１２Ｂが他方の出力端となって、この発電体を複数個並べて２枚の集電板の間に配置することで、並列接続が行えるものとなる。
【００４５】
また、この発明では、燃料極と空気極との位置関係を逆転したものでもよい。すなわち、円筒状のセル１１の外側に燃料極１６を配し、内側に空気極１４を配した構成であってもよい。このセルでは、その外側に燃料を流し、内部に空気を流すことになる。
さらに、セルとして円筒状ではなく、平板状のものであってもよく、これに伴いリード部、インターコネクタも平板状とすることになるが、その断面視した断面構造は、図２に描かれたものとほぼ同様になる。
【００４６】
この発明の発電体の発電性能を検討した。
初めに、セル１１の集電部材１７と支持部材１８とにそれぞれリード線を接合して、７００℃で、水蒸気を含んだ水素と空気を用いて発電させ、両リード線間に生ずる電圧、電流を測定した。
ついで、図２に示した発電体を同条件で発電させ、その第１のインターコネクタ１２Ａと第２のインターコネクタ１２Ｂとの間に生じる電圧、電流を測定した。
その結果、これらの電圧、電流は完全に一致し、この発電体の接合構造がセルの性能にまったく影響を与えないことが確認できた。
【符号の説明】
【００４７】
１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）・・セル、１２（１２Ａ、１２Ｂ）・・インターコネクタ、１３（１３Ａ、１３Ｂ）・・リード部、１４・・空気極、１５・・電解質層、１６・・燃料極、１９・・導電層、２０・・ガス非透過性絶縁層
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）などの燃料電池を構成する発電体に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物燃料電池などの燃料電池では、電池本体となるセルを複数個直列に接続集合してスタックとし、このスタックをさらに複数個並列に接続集合してモジュールとして使用に供されることがある。
固体酸化物燃料電池のセルは、基本的には、多孔質の燃料極と電解質層と多孔質の空気極とが積層された構造となっており、燃料極側にメタンなどの炭化水素からなる燃料ガスを流し、空気極側に酸化剤となる空気を流し、８００〜１０００℃程度の高温において発電するようになっている。
【０００３】
複数個のセルを直列に接続集合する場合には、個々のセルをインターコネクタと呼ばれる部材を用いて接合することが行われている。
このインターコネクタを用いて接合する場合には、その接合構造にはガスシール性、導電性、絶縁性が求められる。
【０００４】
ガスシール性とは、接続されたセルにおいて燃料ガスと空気とが分離され両者が混合しないことであり、通電性とは、一方のセルの空気極と他方のセルの燃料極とが電気的に接続されて直列接続が行われることである。絶縁性とは、一方のセルの空気極と他方のセルの燃料極とが電気的に接続される以外の電気的接続が生じないことである。
【０００５】
特表２００８−５２２３７０号公報には、このような酸化物燃料電池などの燃料電池の複数のセルを接続した発電体が開示されている。
図５は、この先行発明において開示された発電体を示す概略断面図である。
図５において、符号１は第１多孔質電極、２は電解質、３は第２多孔質電極を示し、これらで１個のセル１０を構成している。
なお、このセル１０は、全体構造が円筒状となっており、その内部空間に燃料ガスまたは空気が、その外側空間には空気または燃料ガスが流れるようになっている。
【０００６】
このセル１０Ａ（１０Ｂ）はその端面において他のセル１０Ｂ（Ａ）と金属ジョイントハウジング４を介して接続されている。金属ジョイントハウジング４は断面形状が略Ｉ字状の複雑な形状の円環体である。
一方のセル１０Ａの第１多孔質電極１はロウ付け部５によりジョイント部材４の外周部に電気的かつ機械的に接続固定されている。一方のセル１０Ａの第２多孔質電極３の端部はワッシャー状の絶縁部材６を介してロウ付け部７、８により金属ジョイントハウジング４に電気的に絶縁された状態で接合されている。
他方のセル１０Ｂの電解質２および第２多孔質電極３の端部はロウ付け部９により金属ジョイントハウジング４に電気的かつ機械的に接続固定されている。他方のセル１０Ｂの第１多孔質電極１は金属ジョイントハウジング４と離間して絶縁されている。
【０００７】
この接合構造にあっては、上述の要件であるガスシール性、導電性、絶縁性を満たすものである。
しかしながら、この先行発明における接合構造にあっては、以下のような不都合がある。
実際のセル１０は、その外径が１〜３ｃｍ程度であり、その厚みも１ｍｍ程度と薄いものである。このため、金属ジョイントハウジング４の寸法も小さくなり、断面形状も複雑である。
【０００８】
したがって、ロウ付け作業、特にロウ付け部５、７を形成することが極めて困難になる。例えば、ロウ付け部５、７のロウ付け量が多くなると、ロウ付け部５とロウ付け部７が接続してしまい、セル１０Ａの第１多孔質電極１と第２多孔質電極３とが短絡してしまう。ロウ付け部７、８の間においても同様にセル１０Ａの第２多孔質電極３と金属ジョイントハウジング４とが短絡してしまう。さらに、ロウ付け部９においても同様に他方のセル１０Ｂの第１多孔質電極１と金属ジョイントハウジング４とが短絡してしまう。
【０００９】
これらを加味したうえで、ロウ付け後のロウ付け部７、８の視認は不可能であることから、絶縁及びガスシールを一度に正確かつ確実に行わなければならない。
さらに、全体の寸法が小さく構造が複雑であるので、セル１０自体は勿論、金属ジョイントハウジング４を高精度で作製する必要があり、製造コストが嵩むことになる。
【００１０】
また、特開２００２−２８９２４９号公報には、別のタイプの発電体が開示されている。ここには、１個のセルを並列に接続する際に好適な形態が示されている。
このものは、図６に示すように、円筒状の支持体４０２の外周表面に順次第１の電極４０４、電解質４０６、第２の電極４０８が積層されて管状セルとされ、これの支持体４０２が接続部材４１０を介して第１の集電板４１４に接続され、第２の電極４０８が接続部材４１２を介して第２の集電板４１６に接続されている。
【００１１】
この先行発明の発電体では、接続部材４１０が支持体４０２に接合されているので、接続部材４１０と第１の電極４０４との間のわずかな隙間からガスが漏れてしまう恐れがあり、ガスシール性に問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表２００８−５２２３７０号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
よって、本発明における課題は、固体酸化物燃料電池などの発電体において、ガスシール性、通電性、絶縁性の要件を満足し、構造が簡単で、製造も容易である発電体を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、第１電極と電解質層と第２電極とが積層されてなるセルを、リード部とインターコネクタを用いて複数個直列に接続して接合した発電体であって、
リード部が導電層とガス非透過性絶縁層との積層構造とされ、
リード部のガス非透過性絶縁層とセルの電解質層とが接合されており、
セルの第１電極と一方のインターコネクタとがロウ付けされて接合され、セルの第２電極がリード部を介して他方のインターコネクタにロウ付けされて接合されていることを特徴とする発電体である。
【００１５】
請求項２にかかる発明は、第１電極と電解質層と第２電極とが積層されてなるセルを、リード部とインターコネクタに接合した発電体であって、
リード部が導電層とガス非透過性絶縁層との積層構造とされ、
リード部のガス非透過性絶縁層とセルの電解質層とが接合されており、
セルの第１電極と一方のインターコネクタとがロウ付けされて接合され、セルの第２電極がリード部を介して他方のインターコネクタにロウ付けされて接合されていることを特徴とする発電体である。
【００１６】
請求項３にかかる発明は、セルが円筒状であって、インターコネクタがワッシャー状であることを特徴とする請求項１または２記載の発電体である。
請求項４にかかる発明は、前記第１電極の前記電解質に接しない部分に、金属多孔質材料からなる支持体が設けられ、第２電極の前記電解質層に接しない部分に金属多孔質材料からなる集電部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の発電体である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の発電体によれば、平板状の単純な構造のインターコネクタと、導電層とガス非透過性絶縁層との積層構造のリード部を用い、絶縁部材を用いずとも発電体に要求される３つの要件であるガスシール性、導電性、絶縁性が確保できる。
また、発電体の組立を行う際にロウ付け部位が外部から視認できる位置となり、ロウ付け作業が簡単かつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の発電体の例を示す側面図である。
【図２】本発明の発電体の例を示す断面図である。
【図３】本発明の発電体の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の発電体の他の例を示す断面図である。
【図５】従来の発電体を示す断面図である。
【図６】従来の発電体の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１および図２は、本発明の発電体の第１の例を示すもので、この発電体は、全体形状が円筒状となっており、図１はその側面図、図２はその周壁を断面視した断面図である。
この例では、第１のセル１１Ａと第２のセル１１Ｂと第３のセル１１Ｃとの３個のセルが直列に接続されて発電体とされたものを示しており、第１および第３のセル１１Ａ、１１Ｃは第２のセル１１Ｂと同一構造であるので、その一部を省略して描いている。
【００２０】
第１のセル１１Ａは第１のインターコネクタ１２Ａと第１のリード部１３Ａを介して第２のセル１１Ｂに接続、接合され、第２のセル１１Ｂは第２のインターコネクタ１２Ｂと第２のリード部１３Ｂを介して第３のセル１１Ｃに接続、接合されている。
【００２１】
セル１１は、全体形状が円筒状であり、その外周側に配された円筒状の厚さ１００〜２０００μｍ程度の空気極（第２電極）１４とこの空気極１４の内側にこれに接して配された円筒状の厚さ１０〜３０μｍ程度のイットリア安定化ジルコニアなどのセラミックスからなる緻密でガス非透過性の電解質層１５とこの電解質層１５の内側にこれに接して配された円筒状の厚さ１００〜３０００μｍ程度の燃料極（第１電極）１６とからなる積層構造により基本的に構成されている。
【００２２】
また、この例のセル１１では、空気極１４の外側には円筒状の集電部材１７が一体に設けられ、燃料極１６の内側には円筒状の支持部材１８が一体に設けられている。
空気極１４、燃料極１６、集電部材および支持部材１８は、いずれも導電性を有し、かつガスの透過が可能な多孔質の材料で構成されている。
【００２３】
インターコネクタ１２は、金属などの導電性材料からなる厚さ０．５〜２ｍｍ程度の平板なワッシャー（座金）状のものである。
リード部１３は、やはり円筒状の形状のもので、その外側に配された導電層１９とこの導電層１９の内側に配された中間層１９ａとこの中間層１９ａの内側に配された緻密で気泡がほとんどないガス非透過性絶縁層２０との３層の積層構造で構成されている。
【００２４】
導電層１９は、金属などの導電性材料からなる多孔質あるいは緻密な材料により構成されている。
中間層１９ａは、イットリア安定化ジルコニアなどセラミックスからなる多孔質の材料により構成され、これの外側のガス非透過性絶縁層２０と導電層１９との接着性を高めるとともに、ガス非透過性絶縁層２０にピンホールが生成することを防ぐためもので、ガス非透過性絶縁層２０を構成するセラミック粒子が導電層１９を構成する粒径の大きな金属粒子間の空隙に落ち込むことを防止する。導電層１９を構成する金属粒子の粒径が小さい場合には必ずしも必要とされるものではない。
ガス非透過性絶縁層２０は、イットリア安定化ジルコニアなどのセラミックスからなり、緻密な層であって内部に気泡がほとんどなく、ガス非透過性で電気絶縁性のものである。このガス非透過性絶縁層２０は、セル１１の電解質層１５とその熱膨張係数がほぼ同じであることが好ましく、したがって同種のセラミックスを用いることが望ましい。
【００２５】
リード部１３の内面側のガス非透過性絶縁層２０は、図２に示すように、その一部がセル部１１の電解質層１５と接合されている。この接合は、両者がセラミックスからなることから、後述するように一体焼成により行われる。この接合によりガスシール性が保たれるとともにセル１１の電解質層１５とリード部１３の導電層１９とが絶縁されることになって、別部材の絶縁材を用いなくとも絶縁性が確保できる。ガス非透過性絶縁層２０と電解質層１５の間で、もしガスシール性が保たれなくても、ロウ材２３、ロウ材２６によりガス非透過性絶縁層２０と電解質層１５が接合されることから、ガスシール性が保たれる。
【００２６】
次に、この例の接合構造について説明する。
図２に示すように、第１のセル１１Ａの電解質層１５、燃料極１６および支持部材１８の端部は、第１のロウ材２１によって第１のインターコネクタ１２Ａの一方の端面にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。
第１のインターコネクタ１２Ａの他方の端面は、第２のロウ材２２によって第１のリード部１３Ａの一方の端部にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。
【００２７】
第１のリード部１３Ａの他方の端部は、第３のロウ材２３によって第２のセル１１Ｂの空気極１４と集電部材１７との端部にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。第１リード部１３Ａのガス非透過性絶縁層２０の一部は前述のように第２のセル１１Ｂの電解質層１５と予め接合されている。また、第３のロウ材２３は、ガス非透過性絶縁層２０と電解質層１５とを接合し、ガスシール性を保つ役割を併せ持つ。
第２のセル１１Ｂの電解質層１５、燃料極１６および支持部材１８の端部は、第４のロウ材２４によって第２のインターコネクタ１２Ｂの一方の端面にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。
第２のインターコネクタ１２Ｂの他方の端面は、第５のロウ材２５によって第２のリード部１３Ｂの一方の端部にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。
【００２８】
第２のリード部１３Ｂの他方の端部は、第６のロウ材２６によって第３のセル１１Ｃの空気極１４と集電部材１７との端部にロウ付けされて機械的に接合され、電気的に接続されている。第２リード部１３Ｂのガス非透過性絶縁層２０の一部は前述のように第３のセル１１Ｃの電解質層１５と予め接合されている。また、第６のロウ材２６は、ガス非透過性絶縁層２０と電解質層１５とを接合し、ガスシール性を保つ役割を併せ持つ。
以下、同様にして各セル１１がインターコネクタ１２とリード部１３により接合、接続されている。
【００２９】
この接合に際して、第１（第２）のインターコネクタ１２Ａ（１２Ｂ）と第２（第３）のセル１１Ｂ（１１Ｃ）の電解質層１５、燃料極１６および支持部材１８の端部との間には空間が形成され、同時に電解質層１５の端部が第１のリード部１３Ａのガス非透過性絶縁層２０に接合されており、これにより第２（第３）のセル１１Ｂ（１１Ｃ）の電解質層１５が第１（第２）のインターコネクタ１２Ａ（１２Ｂ）に短絡しないように構成されている。
【００３０】
このような発電体では、リード部１３の内側部分がガス非透過性絶縁層２０により構成されているので、空気極１４側の空気が燃料極１６側に透過することがなく、燃料極１６側の燃料ガスが空気極１４側に透過することがなくなって、ガスシール性が保たれる。
また、電解質層１５がインターコネクタ１２と絶縁されているので、電流がセル１１の燃料極１６から電解質層１５を経て空気極１４を通り、リード部１３を介してインターコネクタ１２に流れ、さらに他のセル１１の燃料極１６に流れるようになって、通電性と絶縁性が保たれる。
また、この発電体では、接合された複数のインターコネクタ１２、１２・・の両端に位置する２つのインターコネクタ１２、１２が発電体の出力端となって機能する。
【００３１】
次に、この例の発電体の製造方法の一例を説明する。
１）セル１１の中間製品の作製
支持部材１８となる材料粉末と気泡形成剤とバインダーとの混合物を冷間静水圧プレス成形法によって、円筒体に成形し、還元炉内で仮焼する。この仮焼物の表面に燃料極１６となる材料粉末と気泡形成剤とバインダーとの混合物の分散液を塗布し（スラリーコート法）、仮焼して第１中間層としたのち、その表面に電解質層１５となる粉末材料の分散液を塗布し、支持部材１８、燃料極１６となる第１中間層および電解質層１５からなる三層構造の中間製品とする。
【００３２】
２）リード部１３の作製
導電層１９となる材料粉末と気泡形成剤とバインダーとの混合物を冷間静水圧プレス成形法によって円筒状に成形し、還元炉内で仮焼する。この仮焼物の内面に中間層１９ａとなる材料粉末と気泡形成剤とバインダーとの混合物の分散液を塗布し、還元炉内で仮焼する。さらにこの中間層１９ａの内面にガス非透過性絶縁層２０となる材料粉末を分散した分散液を塗布する。ガス非透過性絶縁層２０となる材料粉末には、その粒径が小さいもの、例えば平均粒径０．１μｍ以下の粒径を有する粉末が用いられ、焼成後の状態が緻密でガス非透過性となるようになされる。
このリード部１３の作製に当たっては、その内径とセル１１の中間製品の外径とがほぼ一致するようにする。
【００３３】
３）セル１１の中間製品とリード部１３との接合
リード部１３をセル１１の中間製品の外側に嵌め込み、リード部１３の一部が中間製品の外側に位置するように位置を定める。この状態の接合物を還元炉内で一体焼成する。この一体焼成によりリード部１３のガス非透過性絶縁層２０の一部が電解質層１５と接合し一体化される。
４）空気極の形成
一体焼成した接合物の電解質層１５の上に空気極１４となる材料粉末と気泡生成剤とバインダーとの混合物の分散液を塗布し、第２中間層とする。
【００３４】
５）集電部材の作製と取付
集電部材１７となる材料粉末と気泡形成剤とバインダーとの混合物を冷間静水圧プレス成形法によって円筒状に成形し、還元炉内で仮焼する。
この仮焼物を前記接合物の外側に嵌め込み、前記第２中間層の外面に来るようにかつ前記リード部１３の導電層２０との間に空間を配して配置し、還元炉内で再度焼成する。この焼成時に、前記集電部材１７となる仮焼物が収縮して、空気極となる同時に焼成された第２中間層に圧着接合される。
【００３５】
６）触媒の含浸（１回目）
ついで、前記焼成物の内面の第１中間層にニッケル、セリア系酸化物（サマリアドープセリア、ガドリウムドープセリア）、コバルトなどを含浸して、これを燃料極１６とする。
７）発電体の組立
別途用意したワッシャー状のインターコネクタ１２と前記焼成物とをロウ付けして、図２に示すような形態に接合する。
８）触媒の含浸（２回目）
最後に、前記発電体の集電部材の内側の第２中間層にＬａＳｒＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＦｅＯ、ＬａＮｉＦｅ、ＮｉＣｒＯ、セリア系酸化物などの触媒を含浸して、これを空気極１４とする。
【００３６】
発電体の作製に用いられる材料としては、特に限定されるものではなく、従来から固体酸化物燃料電池に用いられている公知の各種材料を広く用いることができ、以下にその一例を挙げる。
支持部材１８となる材料としては、フェライト系ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル−鉄合金などが挙げられる。
燃料極１６は、イットリア安定化ジルコニア、スカンジア安定化ジルコニア、セリア系酸化物、ニッケル／イットリア安定化ジルコニアのサーメット、ニッケル／スカンジア安定化ジルコニアのサーメット、ニッケル／セリア系酸化物のサーメット、銅／イットリア安定化ジルコニアのサーメット、銅／スカンジア安定化ジルコニアのサーメット、銅／セリア系酸化物のサーメット、イットリア安定化ジルコニア／セリア系酸化物のサーメット、スカンジア安定化ジルコニア／セリア系酸化物のサーメットなどから構成される多孔質材にニッケル、セリア系酸化物、コバルトなどの触媒を含浸処理して形成される。
電解質層１５となる材料としては、イットリア安定化ジルコニア、スカンジア安定化ジルコニア、セリア系酸化物などが挙げられる。
【００３７】
空気極１４は、イットリア安定化ジルコニア、スカンジア安定化ジルコニア、セリア系酸化物、イットリア安定化ジルコニア／セリア系酸化物のサーメット、スカンジア安定化ジルコニア／セリア系酸化物のサーメットなどから構成される多孔質材にＬａＳｒＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＦｅＯ、ＬａＮｉＦｅ、ＮｉＣｒＯ、セリア系酸化物などの触媒を含浸処理して形成される。
集電部材１７となる材料としては、支持部材１８となる材料と同様のものが用いられる。
インターコネクタ１２には、フェライト系ステンレス鋼、ニッケル合金、銅合金、鉄合金などが用いられる。
【００３８】
導電層１９となる材料には、前記セル１１の支持部材１８を構成する材料と同じものが用いられ、ガス非透過性の絶縁層２０となる材料には、前記セル１１の電解質層１５を構成する材料と同じものでその粒径が小さいものが用いられる。
ロウ材には、銀−銅−チタン合金、ＴｉＨ２、チタン酸アルミニウム、ニッケル−クロム合金などが用いられる。
触媒には、ニッケル、銅、コバルト、ＬａＳｒＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＯ３、ＬａＳｒＣｏＦｅＯ、ＬａＮｉＦｅ、ＮｉＣｒＯ、セリア系酸化物などが用いられ、これらの水溶性硝酸塩を溶解して触媒溶液とし、これを含浸することで触媒含浸処理が行われる。
【００３９】
このような発電体の作製方法では、ロウ付け作業を行う際に、すべての作業が発電体の外側からロウ材を流し込むことで可能になるので、作業が容易であり、所定部位以外の部位にロウ材が流れ込むことがなく、正確なロウ付けが行える。
また、複数あるロウ付け箇所については、そのロウ付け順序は限定されず、適宜変更することができる。さらに、インターコネクタ１２とリード部１３とをロウ付けしておき、このもののリード部１３とセル１１とをロウ付けして発電体としてもよい。
【００４０】
図３は、上述の発電体の変形例を示すものである。
この例では、リード部１３の構造が先の例のものと異なっており、導電層１９が金属の緻密な層で構成されている。このものでは、導電層１９を例えば金属製パイプや緻密な焼結物のパイプで構成し、このパイプの内面に先と同様にしてガス非透過性絶縁層２０を作製すればよい。この例では、インターコネクタ１２とリード部１３とをロウ付けする際に、導電層１９が緻密であるので、溶融したロウ材が導電層１９内に流れ込むことがなく、ロウ付け作業が容易となって、不要な短絡が生じることもない。
【００４１】
ロウ付け作業の際のロウ材の多孔質材料への流れ込みを防止する観点から、セル１１の支持部材１８の端部に支持部材１８の焼成時に同時に焼成されるようにした緻密な部材を配しておき、この部材とインターコネクタ１２との間をロウ付けするようにしてもよい。同様に、リード部１３の端部に金属の緻密な部材を配してインターコネクタ１２あるいはセル１１の空気極１４および集電部材１７との間をロウ付けするようにしてもよい。
【００４２】
図４は、この発明の発電体の他の例を示すもので、この例では１個のセルで１個の発電体が構成されているもので、図２に示した例のものと同一構成部材には同一符号を付してある。
セル１１、リード部１３、インターコネクタ１２は、いずれも先の例のものと同様の構造のものである。セル１１の空気極（第２電極）１４および集電部材１７の一端が第３のロウ材２３によりリード部１３の一端に接続、接合されている。
【００４３】
リード部１３の他端は第２のロウ材２２により第１のインターコネクタ１２Ａの一側面に接続、接合されている。
セル１１の電解質層１５、燃料極１６および支持体１８の一端が第４のロウ材によって第２のインターコネクタ１２Ｂの一側面に接続、接合されている。
セル１１の空気極１４および集電部材１７の他端と第２のインターコネクタ１２Ｂとの間には空隙が形成されて絶縁されており、電解質層１５、燃料極１６および支持体１８の他端と第１のインターコネクタ１２Ａとの間には空隙が形成されて絶縁されている。
【００４４】
この例の発電体では、第１のインターコネクタ１２Ａがこの発電体の一方の出力端となり、第２のインターコネクタ１２Ｂが他方の出力端となって、この発電体を複数個並べて２枚の集電板の間に配置することで、並列接続が行えるものとなる。
【００４５】
また、この発明では、燃料極と空気極との位置関係を逆転したものでもよい。すなわち、円筒状のセル１１の外側に燃料極１６を配し、内側に空気極１４を配した構成であってもよい。このセルでは、その外側に燃料を流し、内部に空気を流すことになる。
さらに、セルとして円筒状ではなく、平板状のものであってもよく、これに伴いリード部、インターコネクタも平板状とすることになるが、その断面視した断面構造は、図２に描かれたものとほぼ同様になる。
【００４６】
この発明の発電体の発電性能を検討した。
初めに、セル１１の集電部材１７と支持部材１８とにそれぞれリード線を接合して、７００℃で、水蒸気を含んだ水素と空気を用いて発電させ、両リード線間に生ずる電圧、電流を測定した。
ついで、図２に示した発電体を同条件で発電させ、その第１のインターコネクタ１２Ａと第２のインターコネクタ１２Ｂとの間に生じる電圧、電流を測定した。
その結果、これらの電圧、電流は完全に一致し、この発電体の接合構造がセルの性能にまったく影響を与えないことが確認できた。
【符号の説明】
【００４７】
１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）・・セル、１２（１２Ａ、１２Ｂ）・・インターコネクタ、１３（１３Ａ、１３Ｂ）・・リード部、１４・・空気極、１５・・電解質層、１６・・燃料極、１９・・導電層、２０・・ガス非透過性絶縁層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と電解質層と第２電極とが積層されてなるセルを、リード部とインターコネクタを用いて複数個直列に接続して接合した発電体であって、
リード部が導電層とガス非透過性絶縁層との積層構造とされ、
リード部のガス非透過性絶縁層とセルの電解質層とが接合されており、
セルの第１電極と一方のインターコネクタとがロウ付けされて接合され、セルの第２電極がリード部を介して他方のインターコネクタにロウ付けされて接合されていることを特徴とする発電体。
【請求項２】
第１電極と電解質層と第２電極とが積層されてなるセルを、リード部とインターコネクタに接合した発電体であって、
リード部が導電層とガス非透過性絶縁層との積層構造とされ、
リード部のガス非透過性絶縁層とセルの電解質層とが接合されており、
セルの第１電極と一方のインターコネクタとがロウ付けされて接合され、セルの第２電極がリード部を介して他方のインターコネクタにロウ付けされて接合されていることを特徴とする発電体。
【請求項３】
セルが円筒状であって、インターコネクタがワッシャー状であることを特徴とする請求項１または２記載の発電体。
【請求項４】
前記第１電極の前記電解質に接しない部分に、金属多孔質材料からなる支持体が設けられ、第２電極の前記電解質層に接しない部分に金属多孔質材料からなる集電部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の発電体。
【請求項１】
第１電極と電解質層と第２電極とが積層されてなるセルを、リード部とインターコネクタを用いて複数個直列に接続して接合した発電体であって、
リード部が導電層とガス非透過性絶縁層との積層構造とされ、
リード部のガス非透過性絶縁層とセルの電解質層とが接合されており、
セルの第１電極と一方のインターコネクタとがロウ付けされて接合され、セルの第２電極がリード部を介して他方のインターコネクタにロウ付けされて接合されていることを特徴とする発電体。
【請求項２】
第１電極と電解質層と第２電極とが積層されてなるセルを、リード部とインターコネクタに接合した発電体であって、
リード部が導電層とガス非透過性絶縁層との積層構造とされ、
リード部のガス非透過性絶縁層とセルの電解質層とが接合されており、
セルの第１電極と一方のインターコネクタとがロウ付けされて接合され、セルの第２電極がリード部を介して他方のインターコネクタにロウ付けされて接合されていることを特徴とする発電体。
【請求項３】
セルが円筒状であって、インターコネクタがワッシャー状であることを特徴とする請求項１または２記載の発電体。
【請求項４】
前記第１電極の前記電解質に接しない部分に、金属多孔質材料からなる支持体が設けられ、第２電極の前記電解質層に接しない部分に金属多孔質材料からなる集電部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の発電体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２８２８７０（Ｐ２０１０−２８２８７０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３６０２５（Ｐ２００９−１３６０２５）
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００２１７６８６）電源開発株式会社 (207)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００２１７６８６）電源開発株式会社 (207)
【Ｆターム（参考）】
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