JP5242985B2

JP5242985B2 - 固体酸化物形燃料電池

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Publication number: JP5242985B2
Application number: JP2007267827A
Authority: JP
Inventors: 佑介藤堂; 泰志墨; 昌宏柴田; 浩也石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2027-10-15
Also published as: JP2009099308A

Description

本発明は、燃料極及び空気極を有する固体電解質体（固体酸化物体）を備えた固体酸化物形燃料電池に関するものである。

従来より、燃料電池として、固体電解質（固体酸化物）を備えた固体酸化物形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも記す）が知られている。
このＳＯＦＣは、発電単位として、例えば層状の固体電解質体の一方に側に燃料ガスと接する燃料極を設けるとともに、他方の側に空気と接する空気極を設けた発電セルが使用されており、このセルを複数積層（スタック）したＳＯＦＣが開発されている。

上述したＳＯＦＣとしては、一般的に、平板形、円筒形、モノリス形などのＳＯＦＣが知られている。このうち、平板形のＳＯＦＣは、内部抵抗が小さいため発電効率が高く、また、薄い発電セルを積層するため単位容積当たりの出力密度が高いなどの利点を有している。

更に、最近では、燃料電池の出力密度を更に向上させるために、スタック各構成部材における接触抵抗の低減を目指す様々な手法が開示されている。
例えば下記特許文献１では、電極に接触して集電する集電体に多孔質クッション材を用いる構造において、電極表面に金属粉を点在させて、電極と集電体との間の接触抵抗の低減を図っている。また、下記特許文献２では、各電極と金属フェルトからなる各集電体との間に導電性ペーストを配置し、この導電性ペーストによって形成される接着層によって、各電極と集電体とを接合する方法が開示されている。
特開２００３−７３１８号公報特開２００６−１２４５３号公報

しかしながら、前記特許文献１の技術では、集電体が多孔質であるため、集電体と電極との接触面積が少なく、十分に接触抵抗を低減できないという問題がある。
また、前記特許文献２の技術では、空気極と燃料極のいずれも集電体に固定されているため、燃料電池の運転のオン・オフの際の温度変化によって生ずる熱応力を、金属フェルトによって緩和しているが、特に空気極側の集電体は高温で酸化雰囲気に晒されるため、良好な材料がないのが現状である。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、温度変化が大きく、しかも、高温での酸化雰囲気という過酷な状況で使用される場合でも、接触抵抗が少なく、耐久性に優れた固体酸化物形燃料電池を提供することにある。

（１）請求項１の発明は、固体電解質体と、該固体電解質体の一面に設けられ、燃料ガスに接する燃料極と、該固体電解質体の他面に設けられ、酸化剤ガスに接する空気極と、を備えた固体酸化物形燃料電池において、前記燃料極の前記固体電解質体側と反対側に、該燃料極と電気的に接続される燃料極側集電体を備えるとともに、前記空気極の前記固体電解質体側と反対側に、該空気極と電気的に接続される金属板からなる空気極側集電体を備え、更に、前記空気極と前記空気極側集電体との間に、前記空気極と前記空気極側集電体とを接合する銀を含む材料からなる導電性の密着層と、前記空気極に接する前記酸化剤ガスの流路と、を備え、且つ、前記燃料極と前記燃料極側集電体とは接合されることなく摺動可能であることを特徴とする。

本発明では、空気極側集電体として、従来の金属フェルト等の部材ではなく、緻密な（高い導電性を有する）金属板を用いるので、空気極側における導電性に優れている。また、金属板を使用することにより、従来の金属フェルト等に比べて、高温における耐酸化性能を高めることが可能である。

更に、本発明では、空気極と空気極側集電体との間に、空気極と空気極側集電体とを接合する（銀を含む材料からなる）導電性の密着層を配置するので、空気極と空気極側集電体との間の接触抵抗が少なく、導電性を十分に確保できる。また、空気極と空気極側集電体との間には、空気極に接する酸化剤ガスの流路が設けられている。

しかも、燃料電池は、その運転のオン・オフに伴って温度が大きく変化し、各集電体などにも大きな応力（例えば引張応力）が加わるが、本発明では、燃料極と燃料極側集電体とは、空気極側の様に密着層で接合することなく摺動可能であるので、応力を緩和することができる。よって、燃料電池（セル）の破損や電極から集電体が剥離することを抑制できるので、電池性能の低下を防止することができる。

つまり、本発明によれば、温度変化が大きく、高温での酸化雰囲気という過酷な状況で使用される場合でも、接触抵抗が少なく、高い耐久性を有するという顕著な効果を奏する。

（２）請求項２の発明では、前記燃料極側集電体は、ニッケルを主成分とする多孔体からなることを特徴とする。
ニッケル（Ｎｉ）は高い熱膨張係数を有するので、燃料極と燃料極側集電体を接合しなくても、燃料電池を高い温度で運転する際には、燃料極側集電体自らが膨張することにより、強く燃料極に接することができる。そのため、接触抵抗が少なく、十分に導通を確保することができる。

なお、ニッケルの含有量としては、５０ｍｏｌ％以上が好適である。５０ｍｏｌ％以下では、燃料電池を高い温度で運転する際に、燃料極側集電体自体の膨張が弱く、強く燃料極に接することができず、十分に導通を確保できない恐れがある。

（３）請求項３の発明では、前記固体電解質体と前記燃料極と前記空気極とが一体化されたセル本体が、熱応力を吸収可能な薄肉の耐熱性合金板に接合された構造を有することを特徴とする。

本発明では、セル本体は薄肉の耐熱性合金板（例えばセパレータ）に接合されているので、燃料電池の運転に伴って発生する熱応力を、この耐熱性合金に吸収させることができる。これにより、常に空気極と空気極側集電体との密着性が保たれるので、上述した高い導電性を確保することができる。

（４）請求項４の発明では、前記銀を含む材料は、銀パラジウム合金であることを特徴とする。
本発明は、密着層の好ましい材料を例示したものである。銀パラジウム合金は導電性が高く、しかも、銀単体に比べてコスト的に有利である。

（５）請求項５の発明では、前記銀パラジウム合金中のパラジウムの含有量が、１〜１０ｍｏｌ％であることを特徴とする。
本発明は、パラジウム（Ｐｄ）の好ましい含有量を例示したものである。例えばパラジウムの含有量が１ｍｏｌ％を下回る場合（従って銀の含有量が９９ｍｏｌ％以上の場合）には、燃料電池の高温での運転時に、図５に示す様に、空気極（Ｐ１）に沿って空気が流れると、長期間経過するうちに、銀のマイグレーションが発生してセパレータ（Ｐ２）との間に電気的リークが生じることがあるが、本発明では、銀の含有量が少ないので、そのようなマイグレーションを抑制できる。

一方、パラジウムの含有量が１０ｍｏｌ％を上回ると、合金の融点が高くなってしまい、運転時の高温による合金の軟化による空気極と空気極側集電体との密着性が損なわれ、接触抵抗が高くなる恐れがあるが、本発明では、パラジウムの含有量が適量であるので、そのような問題は生じない。

（６）請求項６の発明では、前記空気極と前記密着層との接触面積が、前記空気極の面積の１０〜６０％であることを特徴とする。
本発明では、空気極と密着層との接触面積が、空気極の面積（表面積）の１０％以上であるので、集電ロスが少なく、また、６０％以下であるので、ガスの拡散抵抗が少ない。これより、高い発電性能を確保することができる。

・ここで、前記固体電解質体（固体酸化物体）は、電池の作動時に燃料極に導入される燃料ガス又は空気極に導入される酸化剤ガスのうちの一方の一部をイオンとして移動させることができるイオン伝導性を有する。このイオンとしては、例えば酸素イオン及び水素イオン等が挙げられる。また、燃料極は、還元剤となる燃料ガスと接触し、セルにおける負電極として機能する。空気極は、酸化剤となる酸化剤ガスと接触し、セルにおける正電極として機能する。

・固体電解質体（固体酸化物体）の材料としては、例えばＺｒＯ₂系セラミック、ＬａＧａＯ₃系セラミック、ＢａＣｅＯ₃系セラミック、ＳｒＣｅＯ₃系セラミック、ＳｒＺｒＯ₃系セラミック、及びＣａＺｒＯ₃系セラミック等が挙げられる。

・燃料極の材料としては、例えば、Ｎｉ及びＦｅ等の金属と、Ｓｃ、Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニア等のＺｒＯ₂系セラミック、ＣｅＯ₂系セラミック等のセラミックのうちの少なくとも１種との混合物などが挙げられる。また、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ及びＦｅ等の金属が挙げられる。これらの金属は１種のみでもよいし、２種以上の金属の合金でもよい。更に、これらの金属及び／又は合金と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物（サーメットを含む）が挙げられる。また、Ｎｉ及びＦｅ等の金属の酸化物と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物などが挙げられる。

・空気極の材料としては、例えば、各種の金属、金属の酸化物、金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。更に、金属の酸化物としては、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ₂Ｏ₃、ＳｒＯ、Ｃｅ₂Ｏ₃、Ｃｏ₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂及びＦｅＯ等）が挙げられる。また、複酸化物としては、少なくともＬａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ_1-xＳｒ_xＣｏＯ₃系複酸化物、Ｌａ_1-xＳｒ_xＦｅＯ₃系複酸化物、Ｌａ_1-xＳｒ_xＣｏ_1-yＦｅ_yＯ₃系複酸化物、Ｌａ_1-xＳｒ_xＭｎＯ₃系複酸化物、Ｐｒ_1-xＢａ_xＣｏＯ₃系複酸化物及びＳｍ_1-xＳｒ_xＣｏＯ₃系複酸化物等）が挙げられる。

・セル本体に接合される耐熱性合金板の材料としては、耐熱性に加え、化学的安定性、強度等の優れた材料を使用でき、例えばステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金等の耐熱合金等の金属材料が挙げられる。

具体的には、ステンレス鋼としては、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼が挙げられる。フェライト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４０５等が挙げられる。マルテンサイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３１等が挙げられる。オーステナイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０５等が挙げられる。更に、ニッケル基合金としては、インコネル６００、インコネル７１８、インコロイ８０２等が挙げられる。クロム基合金としては、ＤｕｃｒｌｌｏｙＣＲＦ（９４Ｃｒ５Ｆｅ１Ｙ₂Ｏ₃）等が挙げられる。

・金属板である空気極側集電体の材料としては、前記耐熱性合金板の材料と同様な材料を使用できるが、特に導電性の高い材料を使用することが好ましい。例えば、ＳＯＦＣにおいて一般的に使用されている金属インターコネクタ材料に、Ｌａ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｒ等を微量添加したＳＵＳ４３０系フェライト合金が好適である。
・燃料極側集電体の材料としては、ニッケルを主体とする多孔体が好適であるが、それ以外にも、例えば上記と同様のＳＵＳ材料、Ａｇ系合金等が採用できる。

・固体酸化物形燃料電池を用いて発電を行う場合、燃料極側には燃料ガスを導入し、空気極側には酸化剤ガスを導入する。
燃料ガスとしては、水素、炭化水素、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用することもできる。また、５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。

酸化剤ガスとしては、酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に、この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化剤ガスのうちでは安全であって、且つ安価であるため、空気（約８０体積％の窒素が含まれている。）が好ましい。

次に、本発明の最良の形態の例（実施例）について、すなわち、固体酸化物形燃料電池の実施例について説明する。

ａ）まず、固体酸化物形燃料電池モジュールの構成について説明する。
図１に示す様に、固体酸化物形燃料電池モジュール１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気（詳しくは空気中の酸素））との供給を受けて発電を行う装置である。

この固体酸化物形燃料電池モジュール１は、平板状の固体酸化物形燃料電池セル３が複数個（例えば１８枚）積層された固体酸化物形燃料電池スタック５と、固体酸化物形燃料電池スタック５の積層方向（図１の上下方向）の両側に密着して積層された第１、第２発熱器７、９と、上方の第１発熱器７の上側に密着して積層された空気予熱器１１と、下方の第２発熱器９の下側に密着して積層された燃料改質器１３と、固体酸化物形燃料電池モジュール１を積層方向に貫く第１〜第１０固定部材１５〜３３などを備えている。

なお、固体酸化物形燃料電池スタック５と第１、第２発熱器７、９と空気予熱器１１と燃料改質器１３の積層体を、モジュール本体３４と称する。
図２に空気の流路に沿った断面を示す様に、固体酸化物形燃料電池セル３は、いわゆる燃料極支持膜タイプのセルであり、燃料ガス流路３５側には、燃料極（アノード）３７が配置されるとともに、燃料極３７の同図上側の表面には薄膜の固体電解質層（固体酸化物層）３９が形成され、その固体電解質層３９の空気流路４１側の表面には、空気極（カソード）４３が形成されている。

また、空気極４３と上方の金属製のインターコネクタ（セル３間の導通を確保するとともにガス流路を遮断するプレート）４５との間には、その導通を確保するために、金属板からなる空気極側集電体４７が配置されている。一方、燃料極３７と下方の金属製のインターコネクタ４９との間にも、その導通を確保するために、金属製の燃料極側集電体５１が配置されている。尚、燃料極３７と固体酸化物層３９と空気極４３とをセル本体５３と称する。

更に詳しくは、この固体酸化物形燃料電池セル３は、空気流路４１側に、セラミックス製の絶縁フレーム５５及び金属製の空気極フレーム５７を備え、空気流路４１と燃料ガス流路３５との間に、セル本体５３を接合して配置するとともに、ガス流路を遮断する金属製の熱応力吸収可能な薄板であるセパレータ５９を備え、燃料ガス流路３５側に、金属製の燃料極フレーム６１及びセラミックス製の絶縁フレーム６３を備えている。

前記インターコネクタ４５、４９、空気極フレーム５７、セパレータ５９、燃料極フレーム６１は、例えばステンレス鋼等の耐熱性合金板からなり、絶縁フレーム５５、６３は、例えばアルミナ等からなる。また、空気極側集電体４７は、例えばＬａ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｚｒ等を微量添加したＳＵＳ４３０系フェライト合金等の緻密な金属板からなり、燃料極側集電体５１は、燃料ガスの通過が可能な様に、例えばニッケル製の多孔体からなる。

尚、両インターコネクタ（その外周縁部）４５、４９と両絶縁フレーム５５、６３と空気極フレーム５７とセパレータ５９と燃料極フレーム６１とにより、固体酸化物形燃料電池セル３の枠部６５が構成され、この枠部６５を貫く様に形成された貫通孔６７、６９に、第１〜第１０固定部材１５〜３３を構成するボルト７１、７３が貫挿されている。なお、図２では一部の貫通孔及びボルトのみを示している。

また、上部のインターコネクタ４５には、各貫通孔６７、６９に連通するように、空気の流路となる第１、第２溝７５、７７が形成されている。従って、一方の貫通孔６７から、第１溝７５を介してセル内の空気流路４１に空気が導入され、その空気が空気極４３と接触した後に、第２溝７７を介して他方の貫通孔６９に排出される。なお、貫通孔６９から排出された空気（空気残ガス）は、発熱器９、７にて燃料ガス（燃料残ガス）と反応して、排出ガスとして外部に排出される。

一方、図３に燃料ガスの流路に沿った断面を示す様に、下部のインターコネクタ４９にも、（前記空気の流路とは異なる）各貫通孔７９、８１に連通するように、燃料ガスの流路となる第３、第４溝８３、８４が形成されている。従って、一方の貫通孔８１から、第４溝８４を介してセル内の燃料ガス流路３５に燃料ガスが導入され、その燃料ガスが燃料極３７に接触した後に、第３溝８３を介して他方の貫通孔７９に排出される。なお、貫通孔７９から排出された燃料ガス（燃料残ガス）は、発熱器９、７にて空気（空気残ガス）と反応して、排出ガスとして外部に排出される。

特に本実施例では、前記図２及び図３に示す様に、空気極４３と空気極側集電体４７との間に、銀パラジウム合金（パラジウム含有量１〜１０ｍｏｌ％）からなる密着層８５が形成されている。

この密着層８５は、後述の様に、銀パラジウム合金の導電性ペーストから、燃料電池の運転時の高温による加熱によって軟化することにより形成されるものであり、空気極４３と空気極側集電体４７との導通を確保するとともに、空気極４３と空気極側集電体４７とを接合するものである。

前記密着層８５は、図４に固体酸化物形燃料電池セル３の上部（インターコネクタ４５と空気極側集電体４７と絶縁プレート５５）を除いて示す様に、セパレータ５９で囲まれた空気極４３の表面に、空気の流路を確保しつつ、同図の上下左右に格子状に配列して形成されている。なお、空気極４３と密着層８５との接触面積は、空気極４３の面積の１０〜６０％である（空気極側集電体４７と密着層８５との接触面積も同様である）。

ｂ）次に、固体酸化物形燃料電池モジュール１の製造方法について、簡単に説明する。
まず、例えばＳＵＳ４３０からなる板材を打ち抜いて、インターコネクタ４５、４９、空気極フレーム５７、燃料極フレーム６１、セパレータ５９を製造した。なお、セパレータ５９の厚みは、熱応力の吸収が容易に可能な様に、例えば１０〜３００μｍの範囲とする。

また、定法により、アルミナを主成分とするグリーンシートを所定形状に形成し、焼成して、絶縁フレーム５５、６３を製造した。
更に、固体酸化物形燃料電池セル３のセル本体５３を、定法に従って製造した。具体的には、燃料極３７のグリーンシート上に、固体酸化物層３９の材料を印刷し、その上に空気極４３の材料を印刷し、その後焼成した。

尚、セル本体５３は、セパレータ５９にロウ付けして固定した。また、空気極側集電体４７と燃料極側集電体５１とは、それぞれ隣接する上部のインターコネクタ４５と下部のインターコネクタ４９とにロウ付けして固定した。

一方、Ａｇ−Ｐｄ粉末（Ｐｄ：１ｍｏｌ％）とエチルセルロースと有機溶剤とを、三本ロール混合し、Ａｇ−Ｐｄ導電性ペーストを作製した。
次に、空気極側集電体４７の表面（空気極４３側となる表面）に、この（密着層８５となる）導電性ペーストを前記図４に示す様な格子状にスクリーン印刷し、その後乾燥した。

そして、上述したインターコネクタ４５、４９、空気極フレーム５７、絶縁フレーム５５、６３、燃料極フレーム６１、セル本体５３をロウ付けしたセパレータ５９、（導電性ペーストを印刷した）空気極側集電体４７、燃料極側集電体５１などを、図２に示す様に一体にして、各固体酸化物形燃料電池セル３を組み付けるとともに、各固体酸化物形燃料電池セル３を積層して固体酸化物形燃料電池スタック５を構成した。

そして、この固体酸化物形燃料電池スタック５の一方の側に、第１発熱器７と空気予熱器１１を積層配置し、他方の側に、第２発熱器９と燃料改質器１３を積層配置して、モジュール本体３４を構成した。

次に、モジュール本体３４の貫通孔６７、６９、７９、８１に、図示しないスペーサを配置して、第１〜第１０固定部材１５〜３３のボルト７１、７３を嵌め込むとともに、その先端にナット９１を螺合させてモジュール本体３４を押圧して一体化して、固体酸化物形燃料電池モジュール１を完成した。

なお、上述した導電性ペーストは、固体酸化物形燃料電池モジュール１の運転温度（例えば７００℃）において、エチルセルロースなどが除去されるとともに、Ａｇ−Ｐｄ合金が軟化して空気極４３や空気極側集電体４７に密着する状態となる。なお、運転停止時には、この密着層８５は空気極４３と空気極側集電体４７と強固に接合して一体化している。

ｄ）この様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池モジュール１は、空気極側集電体４７として、緻密な（高い導電性を有する）金属板を用いるので、空気極４３側における導電性に優れており、高温における耐酸化性能にも優れている。

また、本実施例では、空気極４３と空気極側集電体４７との間に、空気極４３と空気極側集電体４７とを接合する導電性の密着層８５を備えているので、接触抵抗が少なく、導電性を十分に確保できる。

更に、本実施例では、燃料極３７と燃料極側集電体５１とは、接合することなく摺動可能であるので、運転のオン・オフに伴う熱応力を緩和することができる。よって、固体酸化物形燃料電池セル３の破損や、空気極４３から空気極側集電体４７が剥離することによる電池性能の低下を防止することができる。

その上、本実施例では、燃料極側集電体５１は、ニッケルの多孔体からなるので、燃料極３７と燃料極側集電体５１を接合しなくても、燃料電池を高い温度で運転する際には、燃料極側集電体５１自らが膨張することにより、強く燃料極３７に接するので、接触抵抗が少なく、十分に導通を確保することができる。

また、本実施例では、セル本体５３は薄肉の耐熱性合金板であるセパレータ５９に接合されているので、燃料電池の運転に伴う熱応力を、このセパレータ５９に吸収させることができる。これにより、常に空気極４３と空気極側集電体４７との密着性が保たれるので、上述した高い導電性を確保することができる。

更に、本実施例では、密着層８５の材料として、パラジウムの含有量が１〜１０ｍｏｌ％の銀パラジウム合金を用いている。よって、銀のマイグレーションを抑制できるとともに、（運転時における）密着性を確保して接触抵抗を低減することができる。

その上、本実施例では、空気極４３と密着層８５との接触面積が、空気極４３の面積の１０〜６０％であるので、集電ロスが少なく、且つ、ガスの拡散抵抗が少ない。これより、高い発電性能を確保することができる。

＜実験例＞
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例１、２について説明する。
ここでは、実験用として単セルの固体酸化物形燃料電池（実験用サンプル）を作製した。具体的には、前記実施例と同様な構成の固体酸化物形燃料電池セル（図２、図３参照）の両側に、厚さ１０ｍｍのステンレス板を配置し、貫通孔にボルトを挿入して一体に固定したサンプルを作製した。

ａ）実験例１
実験例１は、Ａｇ−Ｐｄ合金中のＰｄの含有量により、発電性能が変化することを調べたものである。

ここでは、Ａｇ−Ｐｄ合金中のＰｄの含有量を違えた実験用サンプルを６種類（試料No.１〜６）作製した。なお、この実験用サンプルでは、空気極の表面積を１００ｃｍ²、空気極と空気極側集電体との接触面積を１０ｃｍ²とした。

本実験では、各実験用サンプルに対して、空気と水素とを供給し、０．７Ｖ、７００℃にて、１０００時間連続で発電試験を行い、その発電能力の劣化の程度（初期の発電能力からの低下の割合）を調べた。その結果を、下記表１に示す。

この表１から明らかな様に、Ｐｄ含有量が、試料No．１の様に０ｍｏｌ％であっても、劣化率が−１．００と低く、Ｐｄ含有量が、試料No.３〜５の様に１〜１０ｍｏｌ％の場合には、更に劣化率が少なく好適である。

ｂ）実験例２
実験例２は、空気極と空気極側集電体との接触面積、即ち、密着層の表面積（接触面積）により、発電性能が変化することを調べたものである。

ここでは、密着層の表面積（即ち空気極の表面積に対する密着層の表面積の割合）を違えた実験用サンプルを６種類（試料No.７〜１２）作製した。なお、この実験用サンプルでは、Ｐｄ含有率を１ｍｏｌ％とした。

本実験では、各実験用サンプルに対して、空気と水素とを供給し、０．７Ｖ、７００℃にて発電試験を行い、その発電能力を調べた。その結果を、下記表２に示す。

この表２から明らかな様に、接触面積の割合が、試料No.８〜１１の様に１０〜６０％の場合には、発電能力が高く好適である。これは、この範囲であれば、ガス拡散抵抗や電気の接触抵抗が共に少ないからと考えられる。

ｃ）実験例３
実験例３では、Ｐｄ含有量１．０ｍｏｌ％、接触面積１０％という条件で、空気極と空気極側集電体とを密着層で接合するだけでなく、燃料極と燃料極集合体も同様に密着層で接合した実験用サンプルを作製した。

この実験用サンプルを用いて、前記実験例１と同様な実験条件で、装置のオン・オフを５回繰り返したところ、セルの割れや空気極の剥がれが発生し、発電特性を評価できなかった。

尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

実施例１の固体酸化物形燃料電池モジュールを示す斜視図である。固体酸化物形燃料電池セルを空気の流路を示す様に破断した説明図である。固体酸化物形燃料電池セルを燃料ガスの流路を示す様に破断した説明図である。固体酸化物形燃料電池セルの上部を除いて、密着層の形成状態を示す説明図である。Ａｇ単体を用いた場合の問題を示す説明図である。

符号の説明

１…固体酸化物形燃料電池モジュール
３…固体酸化物形燃料電池セル
５…固体酸化物形燃料電池スタック
３７…燃料極
３９…固体電解質層
４３…空気極
４７…空気極側集電体
５１…燃料極側集電体
８５…密着層

Claims

固体電解質体と、該固体電解質体の一面に設けられ、燃料ガスに接する燃料極と、該固体電解質体の他面に設けられ、酸化剤ガスに接する空気極と、を備えた固体酸化物形燃料電池において、
前記燃料極の前記固体電解質体側と反対側に、該燃料極と電気的に接続される燃料極側集電体を備えるとともに、前記空気極の前記固体電解質体側と反対側に、該空気極と電気的に接続される金属板からなる空気極側集電体を備え、
更に、前記空気極と前記空気極側集電体との間に、前記空気極と前記空気極側集電体とを接合する銀を含む材料からなる導電性の密着層と、前記空気極に接する前記酸化剤ガスの流路と、を備え、
且つ、前記燃料極と前記燃料極側集電体とは接合されることなく摺動可能であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
前記燃料極側集電体は、ニッケルを主成分とする多孔体からなることを特徴とする前記請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
前記固体電解質体と前記燃料極と前記空気極とが一体化されたセル本体が、熱応力を吸収可能な薄肉の耐熱性合金板に接合された構造を有することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池。
前記銀を含む材料は、銀パラジウム合金であることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。
前記銀パラジウム合金中のパラジウムの含有量が、１〜１０ｍｏｌ％であることを特徴とする前記請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池。
前記空気極と前記密着層との接触面積が、前記空気極の面積の１０〜６０％であることを特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。