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WO2024143355A1 - 電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置 - Google Patents

電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置 Download PDF

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WO2024143355A1
WO2024143355A1 PCT/JP2023/046645 JP2023046645W WO2024143355A1 WO 2024143355 A1 WO2024143355 A1 WO 2024143355A1 JP 2023046645 W JP2023046645 W JP 2023046645W WO 2024143355 A1 WO2024143355 A1 WO 2024143355A1
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WO
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conductive member
electrochemical cell
cell
electrode
module
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/046645
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English (en)
French (fr)
Inventor
雄一 堀
一成 宮▲崎▼
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
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    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
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    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the electrochemical cell includes a first electrode, a first conductive member, and a second conductive member.
  • the first electrode contains a first material having ionic conductivity and a second material having electronic conductivity.
  • a first element is dissolved in the first material.
  • the first conductive member contains a second element different from the first element and the second material.
  • the second conductive member is located between the first electrode and the first conductive member, and contains the first element, the second element, and the second material.
  • the first element is one or more elements selected from Mg, Ca, and rare earth elements.
  • the second element is one or more elements selected from Mg, Ca, Ti, Al, Si, and rare earth elements.
  • the content of ZrO 2 , CeO 2 , BaMO 3 , SrMO 3 , etc., in which rare earth element oxides are dissolved, in the fuel electrode 5 may be in the range of 35 volume % to 65 volume %.
  • the content of Ni and/or NiO may be in the range of 65 volume % to 35 volume %.
  • the porosity of the fuel electrode 5 may be 15% or more, particularly in the range of 20% to 40%.
  • the thickness of the fuel electrode 5 may be 1 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the solid electrolyte layer 6 may contain, for example, a perovskite-type compound such as BaZrO 3 or SrZrO 3 in which a rare earth element such as Sc, Y, La, Nd, Sm, Gd, Dy, or Yb is solid-dissolved.
  • a perovskite-type compound such as BaZrO 3 or SrZrO 3 in which a rare earth element such as Sc, Y, La, Nd, Sm, Gd, Dy, or Yb is solid-dissolved.
  • the material of the air electrode 8 may be, for example, a conductive ceramic such as a so-called ABO3 type perovskite oxide.
  • the material of the air electrode 8 may be, for example, a composite oxide in which Sr (strontium ) and La ( lanthanum ) coexist at the A site.
  • composite oxides include LaxSr1 - xCoyFe1 -yO3 , LaxSr1 - xMnO3 , LaxSr1 - xFeO3 , and LaxSr1 - xCoO3 , where x is 0 ⁇ x ⁇ 1 and y is 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • the intermediate layer 7 functions as a diffusion suppression layer.
  • elements such as Sr (strontium) contained in the air electrode 8 diffuse into the solid electrolyte layer 6, a resistive layer such as SrZrO3 is formed in the solid electrolyte layer 6.
  • the intermediate layer 7 makes it difficult for Sr to diffuse, thereby making it difficult for SrZrO3 and other oxides having electrical insulation to be formed.
  • the material of the intermediate layer 7 is not particularly limited as long as it generally makes it difficult for elements to diffuse between the air electrode 8 and the solid electrolyte layer 6.
  • the material of the intermediate layer 7 may contain, for example, cerium oxide (CeO 2 ) in which a rare earth element other than Ce (cerium) is dissolved.
  • CeO 2 cerium oxide
  • a rare earth element for example, Gd (gadolinium), Sm (samarium), etc. may be used.
  • the interconnector 4 is dense, which makes it difficult for the fuel gas flowing through the gas flow passage 2a located inside the support substrate 2 and the oxygen-containing gas flowing outside the support substrate 2 to leak.
  • the interconnector 4 may have a relative density of 93% or more, particularly 95% or more.
  • the material of the interconnector 4 may be a lanthanum chromite-based perovskite oxide ( LaCrO3 -based oxide), a lanthanum strontium titanium-based perovskite oxide ( LaSrTiO3 -based oxide), or the like. These materials are conductive and are not easily reduced or oxidized even when in contact with a fuel gas such as a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas such as air. In addition, a metal or an alloy may be used as the material of the interconnector 4.
  • the cell stack device 10 includes a cell stack 11 having a plurality of cells 1 arranged (stacked) in the thickness direction T of the cells 1 (see FIG. 1A), and a fixing member 12.
  • the fixing member 12 has a fixing material 13 and a support member 14.
  • the support member 14 supports the cell 1.
  • the fixing material 13 fixes the cell 1 to the support member 14.
  • the support member 14 also has a support 15 and a gas tank 16.
  • the support member 14, which is made of a metal, has electrical conductivity.
  • the gas tank 16 has an opening for supplying reactive gas to the multiple cells 1 through the insertion holes 15a, and a groove 16a located around the opening.
  • the outer peripheral edge of the support 15 is joined to the gas tank 16 by a bonding material 21 filled in the groove 16a of the gas tank 16.
  • Hydrogen-rich fuel gas can be produced by, for example, steam reforming the raw fuel.
  • fuel gas is produced by steam reforming, the fuel gas contains water vapor.
  • the joint between the inner wall of the insertion hole 15a and the lower end of the cell 1 is filled with a fixing material 13 and solidified. This bonds and fixes the inner wall of the insertion hole 15a to the lower ends of the multiple cells 1, and also bonds and fixes the lower ends of the cells 1 to each other.
  • the gas flow path 2a of each cell 1 communicates with the internal space 22 of the support member 14 at its lower end.
  • the fixing material 13 and the bonding material 21 may be made of a material with low electrical conductivity, such as glass.
  • Specific materials for the fixing material 13 and the bonding material 21 may include amorphous glass, and in particular, crystallized glass.
  • the content of the first element, the second element, the first material, and the second material can be confirmed by, for example, elemental analysis using EPMA. Specifically, for example, a cross section of the element portion 3 in the stacking direction is mirror-polished, and the first element, the second element, the first material, and the second material are each semi-quantitatively analyzed in a predetermined area, thereby calculating the content per unit area of each.
  • the content of the first element may be evaluated, for example, as the ratio of the first element to the sum of the first element, the second element, and the metal elements that make up the first material.
  • the content of the first element contained in the fuel electrode 5 may decrease as it approaches the support substrate 2 in a cross section of the element portion 3 in the stacking direction.
  • the content of the first element in the fuel electrode 5 may be distributed so as to decrease as it approaches the boundary between the fuel electrode 5 and the second conductive member 2b. This further improves the durability of the cell 1.
  • the fuel electrode 5, the second conductive member 2b and the support substrate 2 may have a portion in which the content of the first element is a maximum value and/or a minimum value in a cross section of the element portion 3 in the stacking direction.
  • a maximum value is a local maximum value
  • a minimum value is a local minimum value.
  • the boundary between the second conductive member 2b and the fuel electrode 5 is, for example, the portion closest to the solid electrolyte layer 6 among the portions where the content of the first element is at a minimum value.
  • the content of the first element contained in the boundary between the second conductive member 2b and the fuel electrode 5 may be, for example, 1/3 or less of the content of the first element in the vicinity of the solid electrolyte layer 6 of the fuel electrode 5.
  • the boundary between the second conductive member 2b and the support substrate 2 is, for example, a portion where the distance from the solid electrolyte layer 6 is greater than the distance to the boundary between the second conductive member 2b and the fuel electrode 5, and where the content of the first element is equal to the content of the first element at the boundary between the second conductive member 2b and the fuel electrode 5.
  • the second conductive member 2b may have a portion where the content of the first element is at a maximum value between the boundary between the second conductive member 2b and the fuel electrode 5 and the boundary between the second conductive member 2b and the support substrate 2.
  • the second conductive member 2b may contain a greater amount of the first material containing the first element in a portion closer to the fuel electrode 5 than in a portion farther from the fuel electrode 5. This makes the fuel electrode 5 less likely to peel off from the support substrate 2.
  • the second conductive member 2b may contain a greater amount of an oxide of the first element in a portion closer to the support substrate 2 than in a portion farther from the support substrate 2. This makes the fuel electrode 5 less likely to peel off from the support substrate 2.
  • the second conductive member 2b may contain a first material containing the second element in a portion closer to the fuel electrode 5.
  • the content of the second material in the fuel electrode 5, the support substrate 2, and the second conductive member 2b may be the same or different.
  • Fig. 4 is an external perspective view showing the module according to the first embodiment.
  • Fig. 4 shows a state in which the front and rear surfaces, which are part of the storage container 101, have been removed and the cell stack device 10 of the fuel cell stored inside has been removed to the rear.
  • the module 100 includes a storage container 101 and a cell stack device 10 stored in the storage container 101.
  • a reformer 102 is disposed above the cell stack device 10.
  • the reformer 102 reforms raw fuel such as natural gas or kerosene to generate fuel gas, which is then supplied to the cell 1.
  • the raw fuel is supplied to the reformer 102 through a raw fuel supply pipe 103.
  • the reformer 102 may also include a vaporizer 102a that vaporizes water, and a reformer 102b.
  • the reformer 102b includes a reforming catalyst (not shown) and reforms the raw fuel into fuel gas.
  • Such a reformer 102 can perform steam reforming, which is a highly efficient reforming reaction.
  • the fuel gas generated in the reformer 102 is then supplied to the gas flow path 2a (see Figure 1A) of the cell 1 through the gas flow pipe 20, the gas tank 16, and the support member 14.
  • the temperature inside the module 100 during normal power generation is approximately 500°C to 1000°C due to the combustion of gas and power generation by the cell 1.
  • the highly durable cell stack device 10 is housed and configured, thereby making the module 100 highly durable.
  • Fig. 5 is an exploded perspective view showing an example of a module housing device according to the first embodiment.
  • the module housing device 110 according to this embodiment includes an outer case 111, the module 100 shown in Fig. 4, and auxiliary equipment (not shown).
  • the auxiliary equipment operates the module 100.
  • the module 100 and the auxiliary equipment are housed in the outer case 111. Note that some components are omitted in Fig. 5.
  • the exterior case 111 of the module accommodating device 110 shown in Figure 5 has support posts 112 and an exterior plate 113.
  • a partition plate 114 divides the interior of the exterior case 111 into upper and lower sections.
  • the space above the partition plate 114 in the exterior case 111 is a module accommodating chamber 115 that accommodates the module 100, and the space below the partition plate 114 in the exterior case 111 is an auxiliary equipment accommodating chamber 116 that accommodates the auxiliary equipment that operates the module 100. Note that in Figure 5, the auxiliary equipment accommodated in the auxiliary equipment accommodating chamber 116 is omitted.
  • the partition plate 114 also has an air flow port 117 for allowing air from the auxiliary equipment housing chamber 116 to flow toward the module housing chamber 115.
  • the exterior plate 113 that constitutes the module housing chamber 115 has an exhaust port 118 for exhausting air from within the module housing chamber 115.
  • a highly durable module 100 is provided in the module storage chamber 115, thereby making the module storage device 110 highly durable.
  • a hollow flat support substrate is used, but the present invention can also be applied to a cell stack device that uses a cylindrical support substrate.
  • a so-called “vertical stripe type” in which only one element part including a fuel electrode layer, a solid electrolyte layer, and an air electrode layer is provided on the surface of the support substrate is exemplified, but the present invention can also be applied to a horizontal stripe type electrochemical cell device in which so-called “horizontal stripe type” electrochemical cells are arranged in which element parts are provided at multiple locations spaced apart from each other on the surface of the support substrate and adjacent element parts are electrically connected.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an electrochemical cell device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of an electrochemical cell according to the second embodiment.
  • the cell 1A includes a support substrate 2, a pair of element portions 3, and a sealing portion 30.
  • the support substrate 2 is columnar, having a pair of opposing flat surfaces, a first surface n1 and a second surface n2, and a pair of arc-shaped side surfaces m connecting the first surface n1 and the second surface n2.
  • Cell 1A may have a symmetrical shape with respect to a plane that passes through the center of the thickness direction T and is parallel to the first surface n1 and the second surface n2 of the support substrate 2.
  • the element section 3 includes a fuel electrode 5, a solid electrolyte layer 6, and an air electrode 8.
  • the element section 3 may include an intermediate layer 7 between the solid electrolyte layer 6 and the air electrode 8.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of region R2 shown in FIG. 7.
  • cell 1A includes a solid electrolyte layer 6, a fuel electrode 5, and an insulating support substrate 2.
  • the solid electrolyte layer 6 contains a first material in which a first element is dissolved.
  • the first element is one or more elements selected from Mg, Ca, and rare earth elements.
  • the first material may include, for example, stabilized zirconia containing Sc, Y, Yb, or the like.
  • the fuel electrode 5 includes a fuel electrode functional layer 5a as a first electrode, a fuel electrode current collecting layer 5b as a first conductive member, and a second conductive member 5c.
  • the fuel electrode functional layer 5a contains a first material having ionic conductivity and a second material having electronic conductivity.
  • the fuel electrode current collecting layer 5b is a first conductive member and contains a second element and a second material.
  • the second element is one or more elements selected from Mg, Ca, Ti, Al, Si, and rare earth elements, and is an element different from the first element.
  • the fuel electrode current collecting layer 5b may contain, for example, stabilized zirconia containing Sc, Y, Yb, or the like.
  • the insulating support substrate 2 may or may not contain stabilized zirconia containing, for example, Sc, Y, Yb, or the like.
  • the second conductive member 5c is located between the fuel electrode functional layer 5a as the first electrode and the fuel electrode current collecting layer 5b as the first conductive member.
  • the second conductive member 5c contains a first element, a second element, and a second material.
  • the gas flow path 2a of the support substrate 2 may also be formed by a member 120 having projections and recesses as shown in FIG. 9C.

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Abstract

電気化学セルは、第１電極と、第１導電部材と、第２導電部材とを備える。第１電極は、第１元素が固溶したイオン伝導性を有する第１材料および電子伝導性を有する第２材料を含有する。第１材料には第１元素が固溶している。第１導電部材は、第１元素とは異なる第２元素および第２材料を含有する。第２導電部材は、第１電極と第１導電部材との間に位置し、第１元素、第２元素および第２材料を含有する。第１元素は、Ｍｇ、Ｃａおよび希土類元素から選択される１以上の元素である。第２元素は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉおよび希土類元素から選択される１以上の元素である。

Description

電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置
　本開示は、電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。
　近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを複数有する燃料電池セルスタック装置が種々提案されている。燃料電池セルは、水素含有ガス等の燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとを用いて電力を得ることができる電気化学セルの一種である。
特表２０１４－５２４６５５号公報
　実施形態の一態様に係る電気化学セルは、第１電極と、第１導電部材と、第２導電部材とを備える。第１電極は、イオン伝導性を有する第１材料および電子伝導性を有する第２材料を含有する。第１材料には、第１元素が固溶している。第１導電部材は、前記第１元素とは異なる第２元素および前記第２材料を含有する。第２導電部材は、前記第１電極と前記第１導電部材との間に位置し、前記第１元素、前記第２元素および前記第２材料を含有する。前記第１元素は、Ｍｇ、Ｃａおよび希土類元素から選択される１以上の元素である。前記第２元素は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉおよび希土類元素から選択される１以上の元素である。
　また、本開示の電気化学セル装置は、上記に記載の電気化学セルを含むセルスタックを有する。
　また、本開示のモジュールは、上記に記載の電気化学セル装置と、前記電気化学セル装置を収納する収納容器とを備える。
　また、本開示のモジュール収容装置は、上記に記載のモジュールと、前記モジュールの運転を行うための補機と、前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースとを備える。
図１Ａは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。 図１Ｂは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を空気極側からみた側面図である。 図１Ｃは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。 図２Ａは、第１の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａに示すＸ－Ｘ線の断面図である。 図２Ｃは、第１の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す上面図である。 図３は、図１Ａに示す領域Ｒ１を拡大した断面図である。 図４は、第１の実施形態に係るモジュールの一例を示す外観斜視図である。 図５は、第１の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。 図６は、第２の実施形態に係る電気化学セル装置の断面図である。 図７は、第２の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。 図８は、図７に示す領域Ｒ２を拡大した断面図である。 図９Ａは、第３の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。 図９Ｂは、第３の実施形態に係る電気化学セルの他の一例を示す横断面図である。 図９Ｃは、第３の実施形態に係る電気化学セルの他の一例を示す横断面図である。 図１０は、図９Ａに示す領域Ｒ３を拡大した断面図である。
　上述の燃料電池セルスタック装置では、耐久性を向上させる点で改善の余地があった。
　そこで、耐久性を向上することができる電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置の提供が期待されている。
　以下、添付図面を参照して、本願の開示する電気化学セル、電気化学セル装置、モジュールおよびモジュール収容装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの開示が限定されるものではない。
　また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係、比率などが異なる部分が含まれている場合がある。
［第１の実施形態］
＜電気化学セルの構成＞
　まず、図１Ａ～図１Ｃを参照しながら、第１の実施形態に係る電気化学セル装置を構成する電気化学セルとして、固体酸化物形の燃料電池セルの例を用いて説明する。電気化学セル装置は、複数の電気化学セルを有するセルスタックを備えていてもよい。複数の電気化学セルを有する電気化学セル装置を、単にセルスタック装置と称する。
　図１Ａは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。図１Ｂは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例を空気極側からみた側面図である。図１Ｃは、第１の実施形態に係る電気化学セルの一例をインターコネクタ側からみた側面図である。なお、図１Ａ～図１Ｃは、電気化学セルの各構成の一部を拡大して示している。以下、電気化学セルを単にセルという場合もある。
　図１Ａ～図１Ｃに示す例において、セル１は中空平板型で、細長い板状である。図１Ｂに示すように、セル１の全体を側面から見た形状は、たとえば、長さ方向Ｌの辺の長さが５ｃｍ～５０ｃｍで、この長さ方向Ｌに直交する幅方向Ｗの長さが、たとえば１ｃｍ～１０ｃｍの長方形である。このセル１の全体の厚み方向Ｔの厚さは、たとえば１ｍｍ～５ｍｍである。
　図１Ａに示すように、セル１は、導電性の支持基板２と、素子部３と、インターコネクタ４とを備えている。支持基板２は、一対の対向する第１面ｎ１、第２面ｎ２、およびかかる第１面ｎ１および第２面ｎ２を接続する一対の円弧状の側面ｍを有する柱状である。
　素子部３は、支持基板２の第１面ｎ１上に設けられている。かかる素子部３は、燃料極５と、固体電解質層６と、空気極８とを有している。また、図１Ａに示す例では、セル１の第２面ｎ２上にインターコネクタ４が位置している。なお、セル１は、固体電解質層６と空気極８との間に中間層７を備えていてもよい。
　また、図１Ｂに示すように、空気極８はセル１の下端まで延びていない。セル１の下端部では、固体電解質層６のみが第１面ｎ１の表面に露出している。また、図１Ｃに示すように、インターコネクタ４がセル１の下端まで延びていてもよい。セル１の下端部では、インターコネクタ４および固体電解質層６が表面に露出している。なお、図１Ａに示すように、セル１の一対の円弧状の側面ｍにおける表面では、固体電解質層６が露出している。インターコネクタ４は、セル１の下端まで延びていなくてもよい。
　以下、セル１を構成する各構成部材について説明する。
　支持基板２は、ガスが流れるガス流路２ａを内部に有している。図１Ａに示す支持基板２の例は、６つのガス流路２ａを有している。支持基板２は、ガス透過性を有し、ガス流路２ａを流れる燃料ガスを燃料極５まで透過させる。支持基板２は、導電性を有していてもよい。導電性を有する支持基板２は、素子部３で生じた電気をインターコネクタ４に集電する。
　支持基板２の材料は、たとえば、鉄族金属成分および無機酸化物を含む。鉄族金属成分は、たとえば、Ｎｉ（ニッケル）および／またはＮｉＯであってもよい。無機酸化物は、たとえば、特定の希土類元素酸化物であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される１以上の希土類元素を含んでよい。なお、支持基板２の詳細については、後述する。
　燃料極５は、多孔質の導電性セラミックスであってもよい。燃料極５の材料としては、たとえば酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとを含むセラミックスなどを用いてもよい。この希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される複数の希土類元素を含んでもよい。酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２を安定化ジルコニアと称する場合もある。安定化ジルコニアは、部分安定化ジルコニアを含んでもよい。燃料極５は、第１電極の一例である。
　また、燃料極５は、たとえば、Ｌａ（ランタン）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）などの希土類元素が固溶した酸化セリウム（ＣｅＯ２）を含んでもよい。燃料極５は、希土類元素が固溶したＢａＭＯ３、ＳｒＭＯ３（ただし、ＭはＺｒおよび／またはＣｅ）などのペロブスカイト型化合物を含んでもよい。
　燃料極５中の希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＢａＭＯ３、ＳｒＭＯ３などの含有量は、３５体積％～６５体積％の範囲としてもよい。またＮｉおよび／またはＮｉＯの含有量は、６５体積％～３５体積％としてもよい。燃料極５の気孔率は、１５％以上、特に２０％～４０％の範囲としてもよい。燃料極５の厚みは、１μｍ～３０μｍとしてもよい。
　固体電解質層６は、電解質であり、燃料極５と空気極８との間でイオンの受け渡しをする。同時に、固体電解質層６は、ガス遮断性を有し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。
　固体電解質層６は、Ｚｒを含有する。固体電解質層６の材料は、たとえば、３モル％～１５モル％の希土類元素酸化物、酸化カルシウム、または酸化マグネシウムが固溶したＺｒＯ２であってもよい。希土類元素酸化物は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される１以上の希土類元素を含んでよい。固体電解質層６の材料は、たとえばＳｃ、ＹまたはＹｂなどを含有する安定化ジルコニアであってもよい。固体電解質層６は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂなどの希土類元素が固溶したＢａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３などのペロブスカイト型化合物を含んでもよい。
　空気極８は、ガス透過性を有している。空気極８は、第２電極の一例である。空気極８の開気孔率は、たとえば２０％～５０％、特に３０％～５０％の範囲であってもよい。
　空気極８の材料は、一般的に空気極に用いられるものであれば特に制限はない。空気極８の材料は、たとえば、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物など導電性セラミックスでもよい。
　空気極８の材料は、たとえば、ＡサイトにＳｒ（ストロンチウム）とＬａ（ランタン）が共存する複合酸化物であってもよい。このような複合酸化物の例としては、ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏｙＦｅ１－ｙＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＭｎＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＦｅＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏＯ３などが挙げられる。なお、ｘは０＜ｘ＜１、ｙは０＜ｙ＜１である。
　また、素子部３が中間層７を有する場合、中間層７は、拡散抑制層としての機能を有する。空気極８に含まれるＳｒ（ストロンチウム）などの元素が固体電解質層６に拡散すると、かかる固体電解質層６にたとえばＳｒＺｒＯ３などの抵抗層が形成される。中間層７は、Ｓｒを拡散させにくくすることで、ＳｒＺｒＯ３その他の電気絶縁性を有する酸化物が形成されにくくする。
　中間層７の材料は、一般的に空気極８と固体電解質層６との間の元素の拡散を生じにくくするものであれば特に制限はない。中間層７の材料は、たとえば、Ｃｅ（セリウム）を除く希土類元素が固溶した酸化セリウム（ＣｅＯ２）を含んでもよい。かかる希土類元素としては、たとえば、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）などを用いてもよい。
　また、インターコネクタ４は、緻密質であり、支持基板２の内部に位置するガス流路２ａを流通する燃料ガス、および支持基板２の外側を流通する酸素含有ガスのリークを生じにくくする。インターコネクタ４は、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していてもよい。
　インターコネクタ４の材料には、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＳｒＴｉＯ３系酸化物）などを用いてもよい。これらの材料は、導電性を有し、かつ水素含有ガスなどの燃料ガスおよび空気などの酸素含有ガスと接触しても還元も酸化もされにくい。また、インターコネクタ４の材料として金属または合金を用いてもよい。
＜電気化学セル装置の構成＞
　次に、上述した電気化学セルを用いた本実施形態に係る電気化学セル装置について、図２Ａ～図２Ｃを参照しながら説明する。図２Ａは、第１の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示すＸ－Ｘ線の断面図である。図２Ｃは、第１の実施形態に係る電気化学セル装置の一例を示す上面図である。
　図２Ａに示すように、セルスタック装置１０は、セル１の厚み方向Ｔ（図１Ａ参照）に配列（積層）された複数のセル１を有するセルスタック１１と、固定部材１２とを備える。
　固定部材１２は、固定材１３と、支持部材１４とを有する。支持部材１４は、セル１を支持する。固定材１３は、セル１を支持部材１４に固定する。また、支持部材１４は、支持体１５と、ガスタンク１６とを有する。支持部材１４である支持体１５およびガスタンク１６は、たとえば金属製であり導電性を有している。
　図２Ｂに示すように、支持体１５は、複数のセル１の下端部が挿入される挿入孔１５ａを有している。複数のセル１の下端部と挿入孔１５ａの内壁とは、固定材１３で接合されている。
　ガスタンク１６は、挿入孔１５ａを通じて複数のセル１に反応ガスを供給する開口部と、かかる開口部の周囲に位置する凹溝１６ａとを有する。支持体１５の外周の端部は、ガスタンク１６の凹溝１６ａに充填された接合材２１によって、ガスタンク１６と接合されている。
　図２Ａに示す例では、支持部材１４である支持体１５とガスタンク１６とで形成される内部空間２２に燃料ガスが貯留される。ガスタンク１６にはガス流通管２０が接続されている。燃料ガスは、このガス流通管２０を通してガスタンク１６に供給され、ガスタンク１６からセル１の内部のガス流路２ａ（図１Ａ参照）に供給される。ガスタンク１６に供給される燃料ガスは、後述する改質器１０２（図４参照）で生成される。
　水素リッチな燃料ガスは、原燃料を水蒸気改質などすることによって生成することができる。水蒸気改質により燃料ガスを生成する場合には、燃料ガスは水蒸気を含む。
　図２Ａに示す例では、セルスタック装置１０は、２列のセルスタック１１、２つの支持体１５、およびガスタンク１６を備えている。２列のセルスタック１１はそれぞれ、複数のセル１を有する。各セルスタック１１は、各支持体１５に固定されている。ガスタンク１６は上面に２つの貫通孔を有している。各貫通孔には、各支持体１５が配置されている。内部空間２２は、１つのガスタンク１６と、２つの支持体１５とで形成される。図２Ａでは、２列のセルスタック１１を有するセルスタック装置１０を示したが、セルスタック装置は１列のセルスタック１１を有してもよいし、３列以上のセルスタック１１を有してもよい。
　挿入孔１５ａの形状は、たとえば、上面視で長円形状である。挿入孔１５ａは、たとえば、セル１の配列方向すなわち厚み方向Ｔの長さが、セルスタック１１の両端に位置する２つの端部集電部材１７の間の距離よりも大きくてもよい。挿入孔１５ａの幅は、たとえば、セル１の幅方向Ｗ（図１Ａ参照）の長さよりも大きくてもよい。
　図２Ｂに示すように、挿入孔１５ａの内壁とセル１の下端部との接合部には、固定材１３が充填され、固化されている。これにより、挿入孔１５ａの内壁と複数個のセル１の下端部とがそれぞれ接合・固定され、また、セル１の下端部同士が接合・固定されている。各セル１のガス流路２ａは、下端部で支持部材１４の内部空間２２と連通している。
　固定材１３および接合材２１は、ガラスなどの導電性が低いものを用いることができる。固定材１３および接合材２１の具体的な材料としては、非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。
　結晶化ガラスとしては、たとえば、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ３系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＭｇＯ系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＺｎＯ系、ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＺｎＯ系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にＳｉＯ２－ＭｇＯ系の材料を用いてもよい。
　また、図２Ｂに示すように、複数のセル１のうち隣接するセル１の間には、導電部材１８が介在している。導電部材１８は、隣接する一方のセル１の燃料極５と他方のセル１の空気極８とを電気的に直列に接続する。より具体的には、導電部材１８は、隣接する一方のセル１の燃料極５と電気的に接続されたインターコネクタ４と、他方のセル１の空気極８とを接続している。なお、インターコネクタ４が金属または合金である場合、インターコネクタ４と導電部材１８とが一体化していてもよいし、導電部材１８がインターコネクタ４を兼ねてもよい。
　また、図２Ｂに示すように、複数のセル１の配列方向における最も外側に位置するセル１に、端部集電部材１７が電気的に接続されている。端部集電部材１７は、セルスタック１１の外側に突出する導電部１９に接続されている。導電部１９は、セル１の発電により生じた電気を集電して外部に引き出す。なお、図２Ａでは、端部集電部材１７の図示を省略している。
　また、図２Ｃに示すように、セルスタック装置１０は、２つのセルスタック１１Ａ、１１Ｂが直列に接続され、一つの電池として機能する。そのため、セルスタック装置１０の導電部１９は、正極端子１９Ａと、負極端子１９Ｂと、接続端子１９Ｃとに区別される。
　正極端子１９Ａは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の正極であり、セルスタック１１Ａにおける正極側の端部集電部材１７に電気的に接続される。負極端子１９Ｂは、セルスタック１１が発電した電力を外部に出力する場合の負極であり、セルスタック１１Ｂにおける負極側の端部集電部材１７に電気的に接続される。
　接続端子１９Ｃは、セルスタック１１Ａにおける負極側の端部集電部材１７と、セルスタック１１Ｂにおける正極側の端部集電部材１７とを電気的に接続する。
＜電気化学セルの詳細＞
　つづいて、第１の実施形態に係る支持基板２を含む電気化学セルの詳細について、図３を参照しながら説明する。図３は、図１Ａに示す領域Ｒ１を拡大した断面図である。
　図３に示すように、セル１は、固体電解質層６と、第１電極としての燃料極５と、第１導電部材としての支持基板２と、第２導電部材２ｂとを備える。たとえば、第１電極に第１元素を含むイオン伝導性材料を用いて素子部３の性能を向上させるとともに、第１導電部材に第１元素とは異なる第２元素を含む材料を用いる場合があった。これにより、第１電極と第１導電部材との熱膨張率を調整でき、第１電極が第１導電部材から剥離しにくくすることができる。
　固体電解質層６は、第１元素を含む第１材料を含有する。第１元素は第１材料に固溶していてもよい。第１元素は、Ｍｇ、Ｃａおよび希土類元素から選択される１以上の元素である。希土類元素は、たとえば、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＤｙおよびＹｂから選択される１以上の元素を含んでよい。第１材料は、第１元素の酸化物が固溶した酸化物系固体電解質材料を含んでもよい。第１材料は、たとえば、Ｓｃ、ＹまたはＹｂなどを含有する安定化ジルコニアを含んでもよい。
　燃料極５は、イオン伝導性を有する第１材料および電子伝導性を有する第２材料を含有する。第２材料は、たとえば、ＮｉまたはＮｉＯであってもよい。
　支持基板２は、第２元素および第２材料を含有する。第２元素は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉおよび希土類元素から選択される１以上の元素であり、かつ第１元素とは異なる元素である。支持基板２は、第２元素の酸化物を含有してもよい。支持基板２は、たとえば、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、またはＹｂ２Ｏ３などを含んでもよい。
　第２導電部材２ｂは、第１電極としての燃料極５と第１導電部材としての支持基板２との間に位置している。第２導電部材２ｂは、第１元素、第２元素および第２材料を含有する。第２導電部材２ｂは、第１元素の酸化物および第２元素の酸化物を含有してもよい。また、第２導電部材２ｂは第１材料を含有してもよい。
　ここで、第１元素、第２元素、第１材料および第２材料の含有率は、たとえば、ＥＰＭＡを用いた元素分析により確認できる。具体的には、たとえば素子部３の積層方向の断面を鏡面研磨し、所定の面積で、第１元素、第２元素、第１材料および第２材料をそれぞれ半定量分析することにより、それぞれの単位面積当たりの含有率を算出することができる。第１元素の含有率は、たとえば第１元素、第２元素、および第１材料を構成する金属元素の合計に対する第１元素の比率として評価してもよい。
　このように、燃料極５が有する第１元素および支持基板２が有する第２元素を含む第２導電部材２ｂが、燃料極５と支持基板２との間に位置することにより、燃料極５と支持基板２との熱膨張差を緩和することができる。このため、本実施形態に係るセル１によれば、耐久性を向上することができる。
　また、燃料極５に含まれる第１元素の含有率は、素子部３の積層方向の断面において、支持基板２に近づくとともに減少していてもよい。燃料極５の第１元素の含有率は、燃料極５と第２導電部材２ｂとの境界に近づくにつれて小さくなるように分布してもよい。これにより、セル１の耐久性がさらに向上する。
　燃料極５、第２導電部材２ｂおよび支持基板２は、素子部３の積層方向の断面において、第１元素の含有率が極大値および／または極小値をとる部位を有していてもよい。極大値とは、局所的な最大値であり、極小値とは、局所的な最小値である。
　第２導電部材２ｂと燃料極５との境界は、たとえば、第１元素の含有率が極小値をとる部位のうち固体電解質層６に最も近い部位である。第２導電部材２ｂと燃料極５との境界に含まれる第１元素の含有率は、たとえば燃料極５の固体電解質層６近傍における第１元素の含有率の１／３以下であってもよい。
　第２導電部材２ｂと支持基板２との境界は、たとえば、固体電解質層６からの距離が、第２導電部材２ｂと燃料極５との境界までの距離よりも大きく、かつ第１元素の含有率が第２導電部材２ｂと燃料極５との境界における第１元素の含有率に等しくなる部位である。
　第２導電部材２ｂは、第２導電部材２ｂと燃料極５との境界と、第２導電部材２ｂと支持基板２との境界との間に、第１元素の含有率が極大値をとる部位を有していてもよい。
　第２導電部材２ｂは、燃料極５から離れた部位よりも燃料極５に近い部位に、第１元素を含む第１材料を多く含有していてもよい。これにより、燃料極５が支持基板２から剥離しにくくなる。第２導電部材２ｂは、支持基板２から離れた部位よりも支持基板２に近い部位に、第１元素の酸化物を多く含有していてもよい。これにより、燃料極５が支持基板２から剥離しにくくなる。第２導電部材２ｂは、燃料極５に近い部位に、第２元素を含む第１材料を含有していてもよい。
　燃料極５、支持基板２、および第２導電部材２ｂにおける第２材料の含有率は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
＜モジュール＞
　次に、上述した電気化学セル装置を用いた本実施形態に係るモジュールについて、図４を用いて説明する。図４は、第１の実施形態に係るモジュールを示す外観斜視図である。図４では、収納容器１０１の一部である前面および後面を取り外し、内部に収納される燃料電池のセルスタック装置１０を後方に取り出した状態を示している。
　図４に示すように、モジュール１００は、収納容器１０１と、収納容器１０１内に収納されたセルスタック装置１０とを備えている。また、セルスタック装置１０の上方には、改質器１０２が配置されている。
　かかる改質器１０２は、天然ガス、灯油などの原燃料を改質して燃料ガスを生成し、セル１に供給する。原燃料は、原燃料供給管１０３を通じて改質器１０２に供給される。なお、改質器１０２は、水を気化させる気化部１０２ａと、改質部１０２ｂとを備えていてもよい。改質部１０２ｂは、図示しない改質触媒を備えており、原燃料を燃料ガスに改質する。このような改質器１０２は、効率の高い改質反応である水蒸気改質を行うことができる。
　そして、改質器１０２で生成された燃料ガスは、ガス流通管２０、ガスタンク１６、および支持部材１４を通じて、セル１のガス流路２ａ（図１Ａ参照）に供給される。
　また、上述の構成のモジュール１００では、ガスの燃焼およびセル１の発電に伴い、通常発電時におけるモジュール１００内の温度が５００℃～１０００℃程度となる。
　このようなモジュール１００においては、上述したように、耐久性が高いセルスタック装置１０を収納して構成されることにより、耐久性が高いモジュール１００とすることができる。
＜モジュール収容装置＞
　図５は、第１の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を示す分解斜視図である。本実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、外装ケース１１１と、図４で示したモジュール１００と、図示しない補機と、を備えている。補機は、モジュール１００の運転を行う。モジュール１００および補機は、外装ケース１１１内に収容されている。なお、図５においては一部構成を省略して示している。
　図５に示すモジュール収容装置１１０の外装ケース１１１は、支柱１１２と外装板１１３とを有する。仕切板１１４は、外装ケース１１１内を上下に区画している。外装ケース１１１内の仕切板１１４より上側の空間は、モジュール１００を収容するモジュール収容室１１５であり、外装ケース１１１内の仕切板１１４より下側の空間は、モジュール１００を運転する補機を収容する補機収容室１１６である。なお、図５では、補機収容室１１６に収容する補機を省略して示している。
　また、仕切板１１４は、補機収容室１１６の空気をモジュール収容室１１５側に流すための空気流通口１１７を有している。モジュール収容室１１５を構成する外装板１１３は、モジュール収容室１１５内の空気を排気するための排気口１１８を有している。
　このようなモジュール収容装置１１０においては、上述したように、耐久性が高いモジュール１００をモジュール収容室１１５に備えていることにより、耐久性が高いモジュール収容装置１１０とすることができる。
　なお、上述の実施形態では、中空平板型の支持基板を用いた場合を例示したが、円筒型の支持基板を用いたセルスタック装置に適用することもできる。
［第２の実施形態］
　つづいて、第２の実施形態に係る電気化学セルおよび電気化学セル装置について、図６～図８を参照しながら説明する。
　上述の実施形態では、支持基板の表面に燃料極層、固体電解質層および空気極層を含む素子部が１つのみ設けられたいわゆる「縦縞型」を例示したが、支持基板の表面の互いに離れた複数個所にて素子部がそれぞれ設けられ、隣り合う素子部の間が電気的に接続されたいわゆる「横縞型」の電気化学セルを配列した横縞型の電気化学セル装置に適用することができる。
　図６は、第２の実施形態に係る電気化学セル装置の断面図である。図７は、第２の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。
　図６に示すように、第２の実施形態に係るセルスタック装置１０Ａは、燃料ガスを流通させる配管２２ａから複数のセル１Ａが長さ方向Ｌに延びている。セル１Ａは、支持基板２上に複数の素子部３を有している。支持基板２の内部には、配管２２ａからの燃料ガスが流れるガス流路２ａが設けられている。
　また、各セル１Ａは、接続部材３１を介して互いに電気的に接続されている。接続部材３１は、各セル１Ａがそれぞれ有する素子部３の間に位置しており、隣り合うセル１Ａを接続している。具体的には、接続部材３１は、隣り合うセル１Ａのうち一方のセル１Ａの素子部３の空気極８と、他方のセル１Ａの素子部３の燃料極５とを、電気的に接続している。
　また、図７に示すように、セル１Ａは、支持基板２と、一対の素子部３と、封止部３０とを備えている。支持基板２は、一対の対向する平坦面である第１面ｎ１および第２面ｎ２、およびかかる第１面ｎ１および第２面ｎ２を接続する一対の円弧状の側面ｍを有する柱状である。
　一対の素子部３は、支持基板２の第１面ｎ１および第２面ｎ２上に、互いに対向するように位置している。また、封止部３０は、支持基板２の側面ｍを覆うように位置している。
　セル１Ａは、厚み方向Ｔの中心を通り且つ支持基板２の第１面ｎ１および第２面ｎ２に平行な面に対して対称の形状であってもよい。素子部３は、燃料極５、固体電解質層６および空気極８を備えている。素子部３は、固体電解質層６と空気極８との間に中間層７を備えていてもよい。
　図８は、図７に示す領域Ｒ２を拡大した断面図である。図８に示すように、セル１Ａは、固体電解質層６と、燃料極５と、絶縁性の支持基板２とを備える。
　固体電解質層６は、第１元素が固溶した第１材料を含有する。第１元素は、Ｍｇ、Ｃａおよび希土類元素から選択される１以上の元素である。第１材料は、たとえば、Ｓｃ、ＹまたはＹｂなどを含有する安定化ジルコニアを含んでもよい。
　燃料極５は、第１電極としての燃料極機能層５ａ、第１導電部材としての燃料極集電層５ｂ、および第２導電部材５ｃを含む。燃料極機能層５ａは、イオン伝導性を有する第１材料と、電子伝導性を有する第２材料とを含有する。
　燃料極集電層５ｂは、第１導電部材であり、第２元素および第２材料を含有する。第２元素は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉおよび希土類元素から選択される１以上の元素であり、かつ第１元素とは異なる元素である。燃料極集電層５ｂは、たとえば、Ｓｃ、ＹまたはＹｂなどを含有する安定化ジルコニアを含んでもよい。絶縁性の支持基板２は、たとえばＳｃ、ＹまたはＹｂなどを含有する安定化ジルコニアを含んでもよいし、含まなくてもよい。
　第２導電部材５ｃは、第１電極としての燃料極機能層５ａと第１導電部材としての燃料極集電層５ｂとの間に位置している。第２導電部材５ｃは、第１元素、第２元素および第２材料を含有する。
　このように、燃料極機能層５ａが有する第１元素および燃料極集電層５ｂが有する第２元素を含む第２導電部材５ｃが、燃料極機能層５ａと燃料極集電層５ｂとの間に位置することにより、燃料極機能層５ａと燃料極集電層５ｂとの熱膨張差を緩和することができる。このため、本実施形態に係るセル１Ａによれば、耐久性を向上することができる。
［第３の実施形態］
　図９Ａは、第３の実施形態に係る電気化学セルの一例を示す横断面図である。図９Ｂ、図９Ｃは、第３の実施形態に係る電気化学セルの他の一例を示す横断面図である。
　図９Ａ～図９Ｃに示すように、セル１Ｂは、燃料極５、固体電解質層６および空気極８を備えた素子部３Ｂと、支持基板２とを有している。素子部３Ｂは、固体電解質層６と空気極８との間に中間層７を備えていてもよい。支持基板２は、素子部３Ｂと接する部位に貫通孔または細孔を有するとともに、ガス流路２ａの外側に位置する部材１２０を有する。支持基板２は、ガス流路２ａと素子部３Ｂとの間でガスを流通させることができる。支持基板２は、例えば、１または複数の金属板で構成されてもよい。金属板の材料は、クロムを含有していてもよい。金属板は、導電性の被覆層を有していてもよい。支持基板２は、隣接するセル１Ｂ同士を電気的に接続する。素子部３Ｂは、接合材２３，２４により支持基板２に接合されている。
　図９Ａに示す例では、燃料極５の側面は固体電解質層６により被覆され、燃料ガスが流れるガス流路２ａを気密に封止している。図９Ｂに示すように、燃料極５の側面はガラスまたはセラミックを含む緻密な封止材９で被覆され、封止されていてもよい。燃料極５の側面を被覆する封止材９は、電気絶縁性を有していてもよい。
　また、支持基板２のガス流路２ａは、図９Ｃに示すように凹凸を有する部材１２０により形成されていてもよい。
　図１０は、図９Ａに示す領域Ｒ３を拡大した断面図である。図１０に示すように、セル１Ｂは、固体電解質層６と、第１電極としての燃料極５と、第１導電部材としての接合材２３と、第２導電部材としての接合材２４とを備える。なお、図１０は、図９Ｂ、図９Ｃの例にも適用できる。
　固体電解質層６は、第１元素が固溶した第１材料を含有する。第１元素は、Ｍｇ、Ｃａおよび希土類元素から選択される１以上の元素である。
　燃料極５は、イオン伝導性を有する第１材料と、電子伝導性を有する第２材料とを含有する。
　接合材２３は、第２元素および第２材料を含有する。第２元素は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉおよび希土類元素から選択される１以上の元素であり、かつ第１元素とは異なる元素である。接合材２３は、第２元素の酸化物を含有してもよい。接合材２３は、たとえばＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などを含んでもよい。
　第２導電部材としての接合材２４は、第１電極としての燃料極５と第１導電部材としての接合材２３との間に位置している。接合材２４は、第１元素、第２元素および第２材料を含有する。
　このように、燃料極５が有する第１元素および接合材２３が有する第２元素を含む第１材料を含有する接合材２４が、燃料極５と接合材２３との間に位置することにより、燃料極５と接合材２３との熱膨張差を緩和することができる。このため、本実施形態に係るセル１Ｂによれば、耐久性を向上することができる。
［その他の実施形態］
　つづいて、その他の実施形態に係る電気化学セル装置について説明する。
　上記した各実施形態では、「電気化学セル」、「電気化学セル装置」、「モジュール」および「モジュール収容装置」の一例として燃料電池セル、燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を示したが、他の例としてはそれぞれ、電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置であってもよい。電解セルは、第１電極層および第２電極層を有し、電力の供給により、水蒸気を水素と酸素に分解する、または二酸化炭素を一酸化炭素と酸素に分解する。また、上記実施形態では電気化学セルの電解質材料の一例として酸化物イオン伝導体または水素イオン伝導体を示したが、水酸化物イオン伝導体であってもよい。このような電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置によれば、耐久性を向上することができる。
　以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
　一実施形態において、（１）電気化学セルは、第１元素が固溶したイオン伝導性を有する第１材料および電子伝導性を有する第２材料を含有する第１電極と、
　前記第１元素とは異なる第２元素および前記第２材料を含有する第１導電部材と、
　前記第１電極と前記第１導電部材との間に位置し、前記第１元素、前記第２元素および前記第２材料を含有する第２導電部材と
　を備え、
　前記第１元素は、Ｍｇ、Ｃａおよび希土類元素から選択される１以上の元素であり、
　前記第２元素は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉおよび希土類元素から選択される１以上の元素である。
　（２）上記（１）の電気化学セルにおいて、前記第１導電部材は、前記第２元素の酸化物を含有してもよい。
　（３）上記（１）または（２）の電気化学セルにおいて、前記第２導電部材は、前記第１元素の酸化物および前記第２元素の酸化物を含有してもよい。
　（４）上記（１）～（３）のいずれか１つの電気化学セルにおいて、前記第２導電部材は、前記第１材料を含有してもよい。
　（５）上記（１）～（４）のいずれか１つの電気化学セルにおいて、前記第２導電部材は、前記第１電極と前記第２導電部材との境界と、前記第１導電部材と前記第２導電部材との境界との間に、前記第１元素の含有率が極大値をとる部位を有してもよい。
　一実施形態において、（６）電気化学セル装置は、上記（１）～（５）のいずれか１つの電気化学セルを含むセルスタックを有する。
　一実施形態において、（７）モジュールは、上記（６）の電気化学セル装置と、
　前記電気化学セル装置を収納する収納容器とを備える。
　一実施形態において、（８）モジュール収容装置は、上記（７）のモジュールと、
　前記モジュールの運転を行うための補機と、
　前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースとを備える。
　一実施形態において、（９）電気化学セルは、第１元素を含みイオン伝導性を有する第１材料および電子伝導性を有する第２材料を含有する第１電極と、
　前記第１元素とは異なる第２元素および前記第２材料を含有する第１導電部材と、
　前記第１電極と前記第１導電部材との間に位置し、前記第１元素、前記第２元素および前記第２材料を含有する第２導電部材と
　を備え、
　前記第１元素は、Ｍｇ、Ｃａおよび希土類元素から選択される１以上の元素であり、
　前記第２元素は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉおよび希土類元素から選択される１以上の元素である。
　今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　　１　　　セル
　　２　　　支持基板
　　２ｂ　　第２導電部材
　　５　　　燃料極
　　６　　　固体電解質層
　１０　　　セルスタック装置
　１１　　　セルスタック
　１２　　　固定部材
　１３　　　固定材
　１４　　　支持部材
　１５　　　支持体
　１６　　　ガスタンク
　１７　　　端部集電部材
　１８　　　導電部材
１００　　　モジュール
１１０　　　モジュール収容装置

Claims (9)

  1. 　第１元素が固溶したイオン伝導性を有する第１材料および電子伝導性を有する第２材料を含有する第１電極と、
    　前記第１元素とは異なる第２元素および前記第２材料を含有する第１導電部材と、
    　前記第１電極と前記第１導電部材との間に位置し、前記第１元素、前記第２元素および前記第２材料を含有する第２導電部材と
    　を備え、
    　前記第１元素は、Ｍｇ、Ｃａおよび希土類元素から選択される１以上の元素であり、
    　前記第２元素は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉおよび希土類元素から選択される１以上の元素である
    　電気化学セル。
  2. 　前記第１導電部材は、前記第２元素の酸化物を含有する
    　請求項１に記載の電気化学セル。
  3. 　前記第２導電部材は、前記第１元素の酸化物および前記第２元素の酸化物を含有する
    　請求項１または２に記載の電気化学セル。
  4. 　前記第２導電部材は、前記第１材料を含有する
    　請求項１～３のいずれか１つに記載の電気化学セル。
  5. 　前記第２導電部材は、前記第１電極と前記第２導電部材との境界と、前記第１導電部材と前記第２導電部材との境界との間に、前記第１元素の含有率が極大値をとる部位を有する
    　請求項１～４のいずれか１つに記載の電気化学セル。
  6. 　請求項１～５のいずれか１つに記載の電気化学セルを含むセルスタックを有する
    　電気化学セル装置。
  7. 　請求項６に記載の電気化学セル装置と、
    　前記電気化学セル装置を収納する収納容器と
    　を備えるモジュール。
  8. 　請求項７に記載のモジュールと、
    　前記モジュールの運転を行うための補機と、
    　前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと
    　を備えるモジュール収容装置。
  9. 　第１元素を含みイオン伝導性を有する第１材料および電子伝導性を有する第２材料を含有する第１電極と、
    　前記第１元素とは異なる第２元素および前記第２材料を含有する第１導電部材と、
    　前記第１電極と前記第１導電部材との間に位置し、前記第１元素、前記第２元素および前記第２材料を含有する第２導電部材と
    　を備え、
    　前記第１元素は、Ｍｇ、Ｃａおよび希土類元素から選択される１以上の元素であり、
    　前記第２元素は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉおよび希土類元素から選択される１以上の元素である
    　電気化学セル。
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