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CN111919320B - 电化学元件的金属支撑体、电化学元件、电化学模块、电化学装置、能源系统 - Google Patents

电化学元件的金属支撑体、电化学元件、电化学模块、电化学装置、能源系统 Download PDF

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CN111919320B CN201980023977.6A CN201980023977A CN111919320B CN 111919320 B CN111919320 B CN 111919320B CN 201980023977 A CN201980023977 A CN 201980023977A CN 111919320 B CN111919320 B CN 111919320B
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南和彻
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Osaka Gas Co Ltd
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Abstract

目的在于，提供将翘曲度抑制为小的金属支撑型的电化学元件等。电化学元件的金属支撑体，金属支撑体具有板状面，整体为板状，使用金属支撑体1的板状面内的至少3点P而通过最小二乘法来算出最小二乘值，算出相对于最小二乘值而言在正侧的正侧最大位移值与最小二乘值的第一差值、以及相对于最小二乘值而言在与正侧相反的负侧的负侧最大位移值与最小二乘值的第二差值，将作为第一差值与第二差值之和的Da除以通过重心的前述金属支撑体的板状面中的最大长度Lmax而得到的Da/Lmax记作翘曲度，翘曲度为1.5×10‑2以下。

Description

电化学元件的金属支撑体、电化学元件、电化学模块、电化学 装置、能源系统
技术领域
本发明涉及电化学元件的金属支撑体等。
背景技术
专利文献1中，公开了金属支撑型SOFC的金属支撑体结构。专利文献1的金属支撑体设为在将金属丝织造得到的厚度200μm以上的金属网上层叠厚度约15μm的金属箔的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2008-525967号公报。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1那样的金属支撑体的结构中，例如通过丝网印刷而将电极层在金属箔上层叠时，金属箔的强度弱，因此通过刮板的压印，金属箔沿着金属网的凹凸而发生应变。由于金属箔的应变、刮板的压印难以均匀施加，因此存在的课题在于，难以将厚度均匀且裂纹、剥离等表面缺陷少的电极层进行层叠。
本发明鉴于上述课题而得到，目的在于，提供通过使用抑制了翘曲的金属支撑体作为电化学元件的金属支撑体从而能够将厚度均匀且抑制了裂纹、剥离等表面缺陷的电极层层叠的电化学元件的金属支撑体等。
解决课题的手段
[构成1]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的特征构成在于，
前述金属支撑体具有板状面且整体为板状，前述金属支撑体将设置有电极层的面设为正面侧表面，具有从前述正面侧表面向反面侧表面贯穿的多个贯穿空间，将前述正面侧表面中形成有前述贯穿空间的区域设为孔区域，
满足以下的翘曲度；
(翘曲度)
使用前述金属支撑体的板状面内的至少3点而通过最小二乘法来算出最小二乘值，算出相对于前述最小二乘值而言在正侧的正侧最大位移值与前述最小二乘值的第一差值、以及相对于前述最小二乘值而言在与前述正侧相反的负侧的负侧最大位移值与前述最小二乘值的第二差值，将作为前述第一差值与第二差值之和的Da除以通过重心的前述金属支撑体的前述板状面中的最大长度Lmax而得到的Da/Lmax记作前述翘曲度，前述翘曲度为1.5×10-2以下。
根据上述特征构成，算出金属支撑体的板状面内的多个点之中，相对于最小二乘值而言正侧最大位移值和负侧最大位移值各自的差值之和。在存在多个点的情况下，最小二乘值例如是由该多个点使用最小二乘法而算出的直线和平面等。相对于该包含直线和平面等的最小二乘值，将例如正侧的最大位移值(正侧最大位移值)和负侧的最大位移值(负侧最大位移值)相加，求出Da，由此可知金属支撑板的翘曲度。
根据上述特征构成，进一步将Da除以金属支撑体的最大长度Lmax，由此即使是大小不同的金属支撑体，也能够以一定的基准值比较翘曲度。
并且，像这样以良好的精度算出金属支撑体的翘曲度，将翘曲度设为1.5×10-2以下，由此能够将在金属支撑体上形成的电极层以厚度均匀且裂纹、剥离等表面缺陷少的方式层叠。此外，如果能够将这样的抑制了缺陷的电极层层叠，则在其上层叠的电解质层、对电极层等也能够以厚度也均匀且裂纹、剥离等表面缺陷少的方式层叠。因此，能够在各层间密合性良好地层叠，因此得到性能高的电化学元件。
[构成2]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的进一步特征构成在于，
前述金属支撑体的板状面内的至少2点是在前述通过重心的至少一根直线上，前述金属支撑体的板状面内以前述重心作为中心彼此相对的至少2点。
根据上述特征构成，金属支撑体的板状面内的至少2点是在前述通过重心的至少一根直线上，前述金属支撑体的板状面内以前述重心作为中心彼此相对的至少2点。因此，最小二乘值使用相对于板状面内重心位于彼此远离的方向的点而算出。即，最小二乘值并非由金属支撑体的局部区域的点算出，而是由在板状面内分散的点算出。因此，最小二乘值作为与金属支撑体的板状面的形状关联的值而算出。并且，通过将该最小二乘值用于基准，能够以良好的精度算出成为判定金属支撑体的翘曲度的基准的Da。
[构成3]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的进一步特征构成在于，
在前述直线为多根直线的情况下，前述多个直线以前述重心作为中心将360°以每规定角度分割。
根据上述特征构成，通过金属支撑体的重心的多根直线以重心为中心以每规定角度延伸为放射状。因此，基于在金属支撑体的大致整体上分散的点，算出最小二乘值。通过将该最小二乘值用于基准，能够以良好的精度算出成为判定金属支撑体的翘曲度的基准的Da。应予说明，如果通过金属支撑体的重心的多根直线是以重心为中心以每90度以下的角度延伸为放射状的直线，则能够以更良好的精度算出Da，故而优选，如果是以每60度以下的角度延伸为放射状的直线，则进一步优选。此外，如果通过金属支撑体的重心的多根直线是以重心为中心以每30度以上的角度延伸为放射状的直线，则翘曲度的测定作业变得简便，故而优选。
[构成4]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的进一步特征构成在于，
前述金属支撑体的板状面内以前述重心作为中心彼此相对的至少2点是在前述金属支撑体的周缘与前述孔区域之间存在的点。
根据上述特征构成，使用位于金属支撑体的周缘至孔区域的区域内、即金属支撑体的周缘部的至少2点，算出最小二乘值。金属支撑体的翘曲度与中央部相比，周缘部通常更大。在金属支撑体的面积较小的情况下，在中央部和周缘部金属支撑体的翘曲度之差未表现为大，但如果面积变大，则与中央部相比，周缘部的翘曲更大。因此，基于位于周缘部的点而算出Da，由此能够以良好的精度算出Da，进而能够以良好的精度算出金属支撑体的翘曲度。
[构成5]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的进一步特征构成在于，
前述金属支撑体的板状面内以前述重心作为中心彼此相对的至少2点是在前述金属支撑体的周缘与在前述金属支撑体上层叠的前述电极层之间存在的点。
根据上述特征构成，基于位于更靠周缘部的点而算出Da，由此能够以良好的精度算出Da，因此能够以良好的精度算出金属支撑体的翘曲度。
[构成6]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的进一步特征构成在于，
前述最小二乘值是使用前述金属支撑体的板状面内的至少4点而通过最小二乘法算出的最小二乘平面。
根据上述特征构成，使用板状面内的至少4点而算出最小二乘平面。基于相对于最小二乘平面的差值，算出Da，由此也能够以良好的精度进行翘曲度的判定。
应予说明，作为板状面内的至少4点，如果使用位于相对于板状面内重心彼此远离的方向的点，则由在板状面内分散的点，算出近似为板状面的形状的最小二乘平面，故而优选。此外，如果使用板状面内的5点以上的点，通过最小二乘法而算出最小二乘平面，则使用板状面内的更多个点，能够以良好的精度算出Da，故而优选。此外，如果使用板状面内的12点以下的点，通过最小二乘法而算出最小二乘平面，则翘曲度的测定作业变得简便，故而优选。
[构成7]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的进一步特征构成在于，
前述贯穿空间的前述正面侧表面的开口部、即正面侧开口部是直径为10μm以上且60μm以下的圆形或近似圆形。
根据上述特征构成，贯穿空间的加工形成变得容易，能够改善量产时的加工性和成本，是适合的。应予说明，如果前述正面侧开口部是直径为10μm以上的圆形或近似圆形则是优选的，如果是直径为15μm以上的圆形或近似圆形则是更优选的，如果是直径为20μm以上的圆形或近似圆形则是进一步优选的。其理由在于，通过以这样的方式，能够对电化学元件的电极层供给充分量的燃料气体(或空气)，能够进一步提高作为电化学元件的性能。此外，如果前述正面侧开口部是直径为60μm以下的圆形或近似圆形则是优选的，如果是直径为50μm以下的圆形或近似圆形则是更优选的，如果是直径为40μm以下的圆形或近似圆形则是进一步优选的。其理由在于，通过以这样的方式，在提高作为金属支撑体的强度的同时，更容易在具有多个贯穿空间的金属支撑体上形成电极层等电化学元件的构成要素。
[构成8]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的进一步特征构成在于，
前述贯穿空间的前述反面侧表面的开口部、即反面侧开口部具有与前述贯穿空间的前述正面侧表面的开口部、即正面侧开口部相比更大的面积或直径。
根据上述特征构成，贯穿空间的加工形成进一步变得容易，能够改善量产时的加工性和成本，是适合的。此外，能够进一步增大金属支撑体整体的厚度相对于金属支撑体的正面侧开口部的面积的比率，因此在具有充分的强度的同时，容易在金属支撑体上形成电极层等电化学元件的构成要素，因此是适合的。
[构成9]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的进一步特征构成在于，前述贯穿空间的前述正面侧表面的开口部、即正面侧开口部的间隔为0.05mm以上且0.3mm以下。
根据上述特征构成，能够兼顾金属支撑体的强度和性能，是适合的。应予说明，如果前述正面侧开口部的间隔为0.05mm以上则是优选的，如果是0.1mm以上则是更优选的，如果是0.15mm以上则是进一步优选的。其理由在于，通过以这样的方式，能够进一步提高作为金属支撑体的强度，在此基础上，更容易在具有多个贯穿空间的金属支撑体上形成电极层等电化学元件的构成要素。此外，如果前述正面侧开口部的间隔为0.3mm以下则是优选的，如果是0.25mm以下则是更优选的，如果是0.2mm以下则是进一步优选的。其理由在于，通过以这样的方式，能够对电化学元件的电极层供给充分量的燃料气体(或空气)，能够进一步提高作为电化学元件的性能。
[构成10]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的进一步特征构成在于，厚度为0.1mm以上且1.0mm以下。
根据上述特征构成，在将贯穿空间的大小设为适当的同时，能够充分保持金属支撑体的整体的强度，因此能够提高量产时的加工性，减少材料成本，故而是适合的。应予说明，如果金属支撑体的厚度为0.1mm以上则是优选的，如果是0.15mm以上则是更优选的，如果是0.2mm以上则是进一步优选的。其理由在于，通过以这样的方式，在保持作为金属支撑体的强度的同时，量产时的操作变得更容易。此外，如果金属支撑体的厚度为1.0mm以下则是优选的，如果是0.75mm以下则是更优选的，如果是0.5mm以下则是进一步优选的。其理由在于，通过以这样的方式，能够在保持作为金属支撑体的强度的同时，进一步减少金属支撑体的材料成本。
[构成11]
本发明所涉及的电化学元件的金属支撑体的进一步特征构成在于，材料为Fe-Cr系合金。
根据上述特征构成，能够提高金属支撑体的耐氧化性和高温强度。此外，能够使在金属支撑体上形成的电极层、电解质层等电化学元件的构成要素的材料与热膨胀系数接近，因此能够实现热循环耐久性优异的电化学元件，故而优选。
[构成12]
本发明所涉及的电化学元件的特征构成在于，
在上述金属支撑体的前述正面侧表面上，至少设置有电极层、电解质层和对电极层。
在上述金属支撑体的前述正面侧表面上至少设置有电极层、电解质层和对电极层的电化学元件在确保充分的性能的同时，改善量产时的加工性和成本，是适合的。进一步，在强度优异的金属支撑体上形成电极层、电解质层等电化学元件的构成要素，因此能够将电极层、电解质层等电化学元件的构成要素薄层化、薄膜化，因此能够减少电化学元件的材料成本，是适合的。
[构成13]
本发明所涉及的电化学模块的特征构成在于，
上述电化学元件在集合多个的状态下配置。
根据上述特征构成，上述电化学元件在集合多个的状态下配置，因此能够在抑制材料成本和加工成本的同时，得到紧凑且高性能、强度和可靠性优异的电化学模块。
[构成14]
本发明所涉及的电化学装置的特征构成在于，
具有燃料供给部，其至少具备上述电化学模块和重整器，对前述电化学模块供给含有还原性成分的燃料气体。
根据上述特征构成，具有具备电化学模块和重整器、对电化学模块供给含有还原性成分的燃料气体的燃料供给部，因此使用市政燃气等现有的原燃料供给基础设施，能够实现具备耐久性·可靠性和性能优异的电化学模块的电化学装置。此外，容易构建将由电化学模块排出的未利用的燃料气体再循环的系统，因此能够实现高效率的电化学装置。
[构成15]
本发明所涉及的电化学装置的特征构成在于，
至少具有上述电化学模块、和从前述电化学模块中提取电力的逆变器。
根据上述特征构成，能够将由耐久性·可靠性和性能优异的电化学模块得到的电输出通过逆变器而升压、或将直流转换为交流，因此容易利用通过电化学模块得到的电输出，故而优选。
[构成16]
本发明所涉及的能源系统的特征构成在于，
具有上述电化学装置、和将由前述电化学装置排出的热再利用的排热利用部。
根据上述特征构成，具有电化学装置、和将由电化学装置排出的热再利用的排热利用部，因此能够实现耐久性·可靠性和性能优异、且能量效率也优异的能源系统。应予说明，能够实现与利用由电化学装置排出的未利用的燃料气体的燃烧热而发电的发电系统组合的能量效率优异的混合系统。
[构成17]
本发明所涉及的固体氧化物型燃料电池的特征构成在于，
具有上述电化学元件，在前述电化学元件中发生发电反应。
根据上述特征构成，能够作为具有耐久性·可靠性和性能优异的电化学元件的固体氧化物型燃料电池而进行发电反应，因此能够得到高耐久·高性能的固体氧化物型燃料电池。应予说明，如果是在额定运转时可在650℃以上的温度区域下运转的固体氧化物型燃料电池，则在以市政燃气等烃系气体作为原燃料的燃料电池系统中，能够构建可用燃料电池的排热补充将原燃料转换为氢气时所需要的热的系统，因此能够提高燃料电池系统的发电效率，故而更优选。此外，如果是在额定运转时在900℃以下的温度区域下运转的固体氧化物型燃料电池，则提高由金属支撑型电化学元件的Cr挥发的抑制效果，故而更优选，如果是在额定运转时在850℃以下的温度区域下运转的固体氧化物型燃料电池，则进一步提高Cr挥发的抑制效果，故而进一步优选。
[构成18]
本发明所涉及的金属支撑体的制造方法的特征构成在于，
其是制造上述金属支撑体的制造方法，其中，通过激光加工或冲裁加工或蚀刻加工中任一者或其组合，形成从前述正面侧表面向反面侧表面贯穿的多个贯穿空间。
根据上述特征构成，贯穿空间的加工形成变得容易，能够改善量产时的加工性和成本。
[构成19]
本发明所涉及的金属支撑体的制造方法的特征构成在于，包括平滑化处理步骤。
根据上述特征构成，通过平滑化处理，得到翘曲度小的金属支撑体，因此容易在金属支撑体上形成电化学元件，是优选的。应予说明，如果以其翘曲度达到1.5×10-2以下的方式平滑化，则容易在金属支撑体上形成电化学元件，是优选的。
附图说明
图1是示出电化学元件的构成的概略图。
图2是示出电化学元件和电化学模块的构成的概略图。
图3是示出电化学装置和能源系统的构成的概略图。
图4是示出电化学模块的构成的概略图。
图5是示出金属支撑体的结构的俯视图和截面图。
图6是示出金属支撑体的翘曲度的算出方法的说明图。
图7是示出金属支撑体的翘曲度的算出方法的说明图。
具体实施方式
＜第1实施方式＞
以下，在参照图1的同时，针对本实施方式所涉及的电化学元件E和固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：SOFC)进行说明。电化学元件E被用作例如接受包含氢气的燃料气体和空气的供给而发电的固体氧化物型燃料电池的构成要素。应予说明，以下在表示层的位置关系等时，有时例如从电解质层4观察将对电极层6一侧称为“上”或“上侧”，将电极层2一侧称为“下”或“下侧”。此外，金属支撑体1中的形成电极层2一侧的面称为正面侧表面1a，相反侧的面称为反面侧表面1b。
(电化学元件)
电化学元件E如图1所示那样，具有金属支撑体1、在金属支撑体1上形成的电极层2、在电极层2上形成的中间层3、和在中间层3上形成的电解质层4。并且，电化学元件E进一步具有在电解质层4上形成的防反应层5、和在防反应层5上形成的对电极层6。即，对电极层6在电解质层4上形成，防反应层5在电解质层4与对电极层6之间形成。电极层2是多孔质的，电解质层4是致密的。
(金属支撑体)
金属支撑体1支撑电极层2、中间层3和电解质层4等，保持电化学元件E的强度。即，金属支撑体1承担作为支撑电化学元件E的支撑体的功能。本实施方式中，金属支撑体1的翘曲度为1.5×10-2以下，在金属支撑体1上，适当进行电极层2等的层叠。
作为金属支撑体1的材料，使用电子传导性、耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性优异的材料。例如，使用铁氧体系不锈钢、奥氏体系不锈钢、镍基合金等。特别地，适合使用包含铬的合金。本实施方式中，金属支撑体1使用含有18质量％以上且25质量％以下的Cr的Fe-Cr系合金，如果是含有0.05质量％以上的Mn的Fe-Cr系合金、含有0.15质量％以上且1.0质量％以下的Ti的Fe-Cr系合金、含有0.15质量％以上且1.0质量％以下的Zr的Fe-Cr系合金、含有Ti和Zr且Ti与Zr的总计含量为0.15质量％以上且1.0质量％以下的Fe-Cr系合金、含有0.10质量％以上且1.0质量％以下的Cu的Fe-Cr系合金，则是特别适合的。
金属支撑体1整体为板状。并且，金属支撑体1将设置有电极层2的面设为正面侧表面1a，具有从正面侧表面1a向反面侧表面1b贯穿的多个贯穿空间1c。贯穿空间1c具有从金属支撑体1的反面侧表面1b向正面侧表面1a透过气体的功能。应予说明，还能够将板状的金属支撑体1弯曲，变形为例如箱状、圆筒状等形状而使用。此外，金属支撑体1的板状面(正面侧表面1a)的形状没有特别限定，可以为例如正方形、长方形等矩形、和圆形状、椭圆形状。
在金属支撑体1的表面上，设置有作为扩散抑制层的金属氧化物层1f。即，在金属支撑体1与后述电极层2之间，形成扩散抑制层。金属氧化物层1f不仅设置于在金属支撑体1的外部露出的面，还设置于与电极层2的接触面(界面)。此外，还能够在贯穿空间1c的内侧的面上设置。通过该金属氧化物层1f，能够抑制金属支撑体1与电极层2之间的元素相互扩散。例如，在作为金属支撑体1而使用含有铬的铁氧体系不锈钢的情况下，金属氧化物层1f主要成为铬氧化物。并且，以铬氧化物作为主成分的金属氧化物层1f抑制金属支撑体1的铬原子等扩散至电极层2、电解质层4。金属氧化物层1f的厚度只要是能够兼顾扩散防止性能高和电阻低的厚度即可。
金属氧化物层1f能够通过各种手段形成，适合地利用使金属支撑体1的表面氧化而制成金属氧化物的手段。此外，在金属支撑体1的表面上，可以通过喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、溅射法、PLD法等PVD法、CVD法等而形成金属氧化物层1f，可以通过镀敷和氧化处理而形成。进一步，金属氧化物层1f可以包含导电性高的尖晶石相等。
在作为金属支撑体1而使用铁氧体系不锈钢材的情况下，与用作电极层2、电解质层4的材料的YSZ(钇稳定化氧化锆)、GDC(也称为钆掺杂氧化铈、CGO)等热膨胀系数接近。因此，在反复进行低温和高温的温度循环的情况下，电化学元件E也难以受到损伤。因此，能够实现长期耐久性优异的电化学元件E，故而优选。
接着，针对金属支撑体1的翘曲度，使用图6、图7进行说明。在此，翘曲度是指金属支撑体1相对于平坦面以何种程度翘曲的指标。
图6所示的金属支撑体1中，求出金属支撑体1的重心G。重心G在假定为在金属支撑体1中不存在孔区域g1、厚度和密度均匀时，是绕重心G的一次力矩达到0的点。例如，在金属支撑体1的板状面(正面侧表面1a)的形状为正方形或长方形等矩形的情况下，是对角线的交点，如果是圆形状则为中心，如果是椭圆形状则是相当于长轴与短轴的交点的点。
直线L1～L4是从重心G延伸为放射状的多根直线。此外，直线L1～L4以重心G作为中心将360°以每规定角度分割。在图6的情况下，以每45°间隔的方式拉出直线L1～L4。应予说明，在此，拉出4根直线L1～L4，但直线L的根数不限于此，可以为1～3根，也可以为5根以上。此外，分割360°的角度不限于45°，可以低于45°，也可以大于45°。
应予说明，通过金属支撑体1的重心G的多根直线只要是以重心G作为中心以每90度以下的角度延伸为放射状的直线，则能够以更良好的精度算出后述的Da，故而优选，如果是以每60度以下的角度延伸为放射状的直线，则进一步优选。此外，如果通过金属支撑体1的重心G的多根直线是以重心G作为中心以每30度以上的角度延伸为放射状的直线，则翘曲测量作业变得简便，故而优选。
各直线L1～L4中，提取在金属支撑体1的板状面内以重心G作为中心而彼此相对的2点P。此外，相对的2点P是金属支撑体1的周缘至孔区域g1(图5)的周缘部OP的区域内存在的点。在此，针对直线L1提取点P1a、点P1b，针对直线L2提取点P2a、点P2b，针对直线L3提取点P3a、点P3b，针对直线L4提取点P4a、点P4b的8点。
应予说明，上述中，针对一根直线L提取以重心G作为中心而相对的2点P，但也可以针对一根直线L提取3个以上的点P。
此外，孔区域g1的大小根据金属支撑体1而不同，周缘部OP的大小也根据金属支撑体1而不同。周缘部OP可以是例如从金属支撑体1的周缘起算约20％左右以内。例如，相对于金属支撑体1的周缘和通过重心G且与该周缘平行的直线之间的距离，从金属支撑体1的周缘起算该距离的20％左右以内为周缘部OP。进一步，可以是从金属支撑体1的周缘起算约10％左右以内、进一步从金属支撑体1的周缘起算约5％左右以内。
进一步，在金属支撑体1上，载置电极层2、中间层3、电解质层4、防反应层5和对电极层6等层，但周缘部OP也可以是这些层之中任一者的外缘与金属支撑体1的周缘之间。
金属支撑体1之中，使用位于这样的周缘部OP的点P，由此能够求出更代表金属支撑体1的形状的后述的最小二乘平面α(最小二乘值)。
使用上述提取的点P1a～点P4b的8个点P，通过最小二乘法而求出最小二乘平面α。最小二乘平面α是近似表示点P1a～点P4b存在的范围的平面。例如，最小二乘平面α用具有图7所示那样的截面的平面表示。
以该最小二乘平面α作为中心，求出向正侧(第一侧)的正侧最大位移值、和向负侧(第二侧)的负侧最大位移值。在此，相对于最小二乘平面α向正侧最远离的点P3a为正侧最大位移点，从最小二乘平面α至点P3a的距离为正侧最大位移值N1。同样地，相对于最小二乘平面α向负侧最远离的点P2b为负侧最大位移点，从最小二乘平面α至点P2b的距离为负侧最大位移值N2。
并且，点P3a、即正侧最大位移点与最小二乘平面α的第一差值为正侧最大位移值N1。点P2b、即负侧最大位移点与最小二乘平面α的第二差值为负侧最大位移值N2。由该第一差值与第二差值之和、即正侧最大位移值N1与负侧最大位移值N2之和，求出成为判定金属支撑体1的翘曲度的基准的Da。
接着，算出将Da除以金属支撑体1的板状面中的最大长度Lmax而得到的Da/Lmax作为翘曲度。在此，如图6所示那样，长方形状的金属支撑体1中，2对边的长度各自为Lx和Ly，最大长度Lmax通过Lx的平方与Ly的平方之和的平方根而求出。
为了将金属支撑体1用作电化学元件E的基板，翘曲度优选为1.5×10-2以下。更优选地，翘曲度优选为1.0×10-2以下，进一步优选地，翘曲度优选为5.0×10-3以下。翘曲度越小，则在金属支撑体1上电极层2等厚度越均匀且裂纹、剥离等表面缺陷少，能够平坦地层叠，同时能够以良好的密合性层叠。
在此，可以根据金属支撑体1的翘曲度，实施平滑化处理(例如校平器处理、退火处理等)。应予说明，如果对翘曲度大于1.5×10-2的金属支撑体1实施平滑化处理，则是适合的。
此外，在孔区域1g为5.0×102mm2以上的情况下，通过平滑化处理而容易抑制金属支撑体1的翘曲度，故而优选，在孔区域1g为2.5×103mm2以上的情况下，更大地得到翘曲度的抑制效果，故而更优选。
如上所述，使用位于相对于金属支撑体1的板状面内重心G彼此远离的方向的点P，算出最小二乘平面α。例如，点P是在金属支撑体1的大致整体上分散的点。因此，最小二乘平面α由在板状面内分散的点P求出为近似为金属支撑体1的板状面的形状的平面。因此，通过基于相对于最小二乘平面α的差值而算出Da，能够以良好的精度进行翘曲度的判定。
进一步，通过将Da除以金属支撑体1的最大长度Lmax，即使是大小不同的金属支撑体1，也能够以一定的基准值比较翘曲度。例如，在金属支撑体1的大小较大的情况下，Da存在变大的倾向，但在较小的情况下，Da存在变小的倾向。因此，在大小不同的金属支撑体1中，也以能够以一定的值比较翘曲度的方式，优选将Da除以最大长度Lmax。
并且，像这样以良好的精度算出金属支撑体1的翘曲度，将翘曲度设为1.5×10-2以下，由此能够得到翘曲小的平坦的金属支撑体1。金属支撑体1本身是平坦的，因此在金属支撑体1上形成电极层2、电解质层4和对电极层6等的情况下，这些层也能够平坦地形成。因此，能够抑制从这些层的金属支撑体1的剥离、这些层间的密合性的降低、和裂纹等。
此外，将包含电极层2、电解质层4和对电极层6等的多个层在金属支撑体1上层叠而制作单元时，为了使金属支撑体1和各层间进一步密合，因此有时通过加压等对各层施加加重。如上所述，金属支撑体1的翘曲小而平坦，由此对金属支撑体1和各层大致均匀地施加加重。因此，在通过加压等对各层施加加重时，抑制了各层的裂纹、剥离、和从金属支撑体1的剥离等。由此，能够制作厚度均匀且裂纹、剥离等表面缺陷少、层间密合性高的单元。进而，以良好的效率进行各层间的电化学反应，能够提高电化学元件E的性能。
应予说明，点P1a～点P4b位于周缘部OP。并且，使用位于这样的周缘部OP的点P，通过最小二乘法而求出最小二乘平面α。在此，金属支撑体1的翘曲度与中央部相比，周缘部OP通常更大。例如，在金属支撑体1的面积较小的情况下，在金属支撑体1的中央部与周缘部OP翘曲之差未明显表现，如果面积变大，则从中央部朝向周缘部OP，翘曲明显表现。因此，基于位于周缘部OP的点P而算出Da，由此能够以良好的精度算出包含金属支撑体1整体的信息的Da，进而能够以良好的精度算出金属支撑体1的翘曲度。
应予说明，上述中，使用点P1a～点P4b的8点而求出最小二乘平面α，但最小二乘平面α可以使用位于周缘部OP的至少4点而求出。在该情况下，作为板状面内的至少4点，如果使用位于相对于板状面内重心G彼此远离的方向的点P，则由在板状面内分散的点，算出近似为板状面的形状的最小二乘平面α，故而优选。
此外，如果使用周缘部OP的5点以上的点，通过最小二乘法而算出最小二乘平面α，则使用金属支撑体1的板状面内的更多个点，能够以良好的精度算出Da，故而优选。此外，如果使用板状面内的12点以下的点，通过最小二乘法而算出最小二乘平面α，则测定作业变得简便，故而优选。
此外，最小二乘平面α不仅由位于周缘部OP的点P，而且由位于金属支撑体1的板状面内的任一点求出。
(金属支撑体和贯穿空间的结构)
在图1的例子中，金属支撑体1由1张金属的板构成。还能够重叠多个金属板而形成金属支撑体1。还能够重叠多个相同或近似相同的厚度的金属板而形成金属支撑体1。还能够重叠多个厚度不同的金属板而形成金属支撑体1。以下，针对金属支撑体1和贯穿空间1c的结构的例子，参照附图同时说明。应予说明，针对金属氧化物层1f，省略图示。
参照图5，针对金属支撑体1由1张金属的板构成的例子进行说明。如图5所示那样，金属支撑体1为厚度T的板状的构件，即，整体为板状。金属支撑体1具有从正面侧表面1a向反面侧表面1b贯穿的多个贯穿空间1c。第1例中，贯穿空间1c是截面为圆形的孔。应予说明，贯穿空间1c的截面形状除了圆形、近似圆形之外，还可以为矩形、三角形、多边形等，如果形成贯穿空间1c，则在能够保持作为金属支撑体1的功能的范围内能够设为各种形状。该孔(贯穿空间1c)通过激光加工、冲裁加工或蚀刻加工中任一者或其组合而形成在金属支撑体1中。该孔的中心轴与金属支撑体1正交。应予说明，孔(贯穿空间1c)的中心轴可以相对于金属支撑体1倾斜。
贯穿空间1c的正面侧表面1a的开口部称为正面侧开口部1d。贯穿空间1c的反面侧表面1b的开口部称为反面侧开口部1e。贯穿空间1c的截面为圆形的孔，因此正面侧开口部1d和反面侧开口部1e均为圆形。正面侧开口部1d与反面侧开口部1e可以为相同大小。反面侧开口部1e可以大于正面侧开口部1d。正面侧开口部1d的直径设为直径D。
如图5所示那样，金属支撑体1中，多个孔(贯穿空间1c)以间距P(间隔)形成在正交格子的格子点的位置。作为多个孔(贯穿空间1c)的配置的方式，除了正交格子之外，也可以为斜方格子、正三角形状的格子，还可以为除了格子点还配置在对角线交点，如果形成贯穿空间，则在能够保持作为金属支撑体的功能的范围内能够设为各种配置。
金属支撑体1的正面侧表面1a中，形成有贯穿空间1c的区域称为孔区域1g。孔区域1g设置在金属支撑体1的除了外周区域周边之外的范围内。可以在金属支撑体1中设置1个孔区域1g，也可以在金属支撑体1中设置多个孔区域1g。
金属支撑体1要求具有为了作为支撑体而形成电化学元件E的充分强度。金属支撑体1的厚度T优选为0.1mm以上、更优选为0.15mm以上、进一步优选为0.2mm以上。金属支撑体1的厚度T优选为1.0mm以下、更优选为0.75mm以下、进一步优选为0.5mm以下。
正面侧开口部1d的直径D优选为10μm以上、更优选为15μm以上、进一步优选为20μm以上。正面侧开口部1d的直径D优选为60μm以下、更优选为50μm以下、进一步优选为40μm以下。
贯穿空间1c(孔)的配置的间距P优选为0.05mm以上、更优选为0.1mm以上、进一步优选为0.15mm以上。贯穿空间1c(孔)的配置的间距P优选为0.3mm以下、更优选为0.25mm以下、进一步优选为0.2mm以下。
贯穿空间1c的正面侧开口部1d的面积S如果为7.0×10-5mm2以上则是优选的，如果为3.0×10-3mm2以下则是优选的。
(电极层)
电极层2如图1所示那样，可以在作为金属支撑体1的正面侧的面且与设置有贯穿空间1c的区域相比更大的区域中，以薄层的状态设置。在设为薄层的情况下，可以将其厚度设为例如1μm～100μm左右、优选5μm～50μm。如果设为这样的厚度，则能够在减少昂贵的电极层材料的使用量而实现成本降低的同时，确保充分的电极性能。设置有贯穿空间1c的区域的整体被电极层2覆盖。即，贯穿空间1c在金属支撑体1中的形成有电极层2的区域的内侧形成。换言之，所有贯穿空间1c朝向电极层2设置。
作为电极层2的材料，可以使用例如NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2、Cu-CeO2等复合材料。这些例子中，可以将GDC、YSZ、CeO2称为复合材料的骨架材料。应予说明，电极层2优选通过低温煅烧法(例如使用不进行在高于1100℃的高温区域下的煅烧处理的低温区域下的煅烧处理的湿式法)、喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等而形成。通过这些能够在低温区域下使用的工艺，不使用例如在高于1100℃的高温区域下的煅烧，得到良好的电极层2。因此，不损伤金属支撑体1，此外，能够抑制金属支撑体1与电极层2的元素相互扩散，能够实现耐久性优异的电化学元件，故而优选。进一步，如果使用低温煅烧法，则原材料的操作变得容易，故而进一步优选。
电极层2为了具有气体透过性，在其内部和表面具有多个细孔。
即，电极层2作为多孔质的层而形成。电极层2例如以其致密度达到30％以上且低于80％的方式形成。细孔的尺寸可以适当选择适合于在进行电化学反应时顺畅地进行反应的尺寸。应予说明，致密度是指构成层的材料的空间中所占的比例，可以表示为(1-空孔率)，此外，与相对密度相同。
(中间层)
中间层3(插入层)如图1所示那样，可以在覆盖电极层2的状态在电极层2上在薄层的状态下形成。在设为薄层的情况下，可以将其厚度设为例如1μm～100μm左右、优选为2μm～50μm左右、更优选为4μm～25μm左右。如果设为这样的厚度，则能够在减少昂贵的中间层材料的使用量而实现成本降低的同时，确保充分的性能。作为中间层3的材料，可以使用例如YSZ(钇稳定化氧化锆)、SSZ(钪稳定化氧化锆)、GDC(钆掺杂氧化铈)、YDC(钇掺杂氧化铈)、SDC(钐掺杂氧化铈)等。特别适合使用氧化铈系的陶瓷。
中间层3优选通过低温煅烧法(例如使用不进行在高于1100℃的高温区域下的煅烧处理的低温区域下的煅烧处理的湿式法)、喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等而形成。通过这些能够在低温区域下使用的成膜工艺，不使用例如在高于1100℃的高温区域下的煅烧，得到中间层3。因此，不损伤金属支撑体1，能够抑制金属支撑体1与电极层2的元素相互扩散，能够实现耐久性优异的电化学元件E。此外，如果使用低温煅烧法，则原材料的操作变得容易，故而进一步优选。
作为中间层3，优选具有氧离子(氧化物离子)传导性。此外，如果具有氧离子(氧化物离子)与电子的混合传导性，则是进一步优选的。具有这些性质的中间层3适合于应用于电化学元件E。
(电解质层)
电解质层4如图1所示那样，在覆盖电极层2和中间层3的状态下，在中间层3上在薄层的状态下形成。此外，还可以在厚度为10μm以下的薄膜的状态下形成。详细而言，电解质层4如图1所示那样，跨中间层3上和金属支撑体1上而设置。像这样构成，将电解质层4焊接在金属支撑体1上，由此能够制成作为电化学元件整体而牢固性优异的构成。
此外，电解质层4如图1所示那样，可以在作为金属支撑体1的正面侧的面且与设置有贯穿空间1c的区域相比更大的区域中设置。即，贯穿空间1c在金属支撑体1中的形成有电解质层4的区域的内侧形成。
此外，在电解质层4的周围，可以抑制气体从电极层2和中间层3的泄露。若加以说明，则在将电化学元件E用作SOFC的构成要素的情况下，在SOFC的操作时，从金属支撑体1的反面侧通过贯穿空间1c而向电极层2供给气体。在电解质层4与金属支撑体1接触的部位处，可以不设置垫圈等其他构件，抑制气体的泄露。应予说明，本实施方式中，通过电解质层4而完全覆盖电极层2的周围，但也可以设为在电极层2和中间层3上部设置电解质层4，在周围设置垫圈等的构成。
作为电解质层4的材料，可以使用YSZ(钇稳定化氧化锆)、SSZ(钪稳定化氧化锆)、GDC(钆掺杂氧化铈)、YDC(钇掺杂氧化铈)、SDC(钐掺杂氧化铈)、LSGM(添加锶·镁的镓酸镧)等。特别适合使用氧化锆系的陶瓷。如果将电解质层4设为氧化锆系陶瓷，则可以将使用电化学元件E的SOFC的运行温度设为与氧化铈系陶瓷相比更高。例如，在将电化学元件E用于SOFC的情况下，如果设为作为电解质层4的材料而使用YSZ那样的在650℃左右以上的高温区域下也能够发挥出高电解质性能的材料，系统的原燃料中使用市政燃气、LPG等烃系的原燃料，将原燃料通过水蒸气重整等而制成SOFC的阳极气体的系统构成，则能够构建将SOFC的单元堆叠中产生的热用于原燃料气体的重整的高效率的SOFC系统。
电解质层4优选通过低温煅烧法(例如使用不进行在高于1100℃的高温区域下的煅烧处理的低温区域下的煅烧处理的湿式法)、喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等而形成。通过这些能够在低温区域下使用的成膜工艺，不适用例如在高于1100℃的高温区域下的煅烧，得到致密且气密性和气体阻隔性高的电解质层4。因此，抑制金属支撑体1的损伤，此外，能够抑制金属支撑体1与电极层2的元素相互扩散，能够实现性能·耐久性优异的电化学元件E。特别地，如果使用低温煅烧法、喷涂法等，则能够实现低成本的元件，故而优选。进一步，如果使用喷涂法，则容易在低温区域下得到致密且气密性和气体阻隔性高的电解质层，故而进一步优选。
电解质层4为了阻断阳极气体、阴极气体的气体泄露、且表现出高离子导电性，致密地构成。电解质层4的致密度优选为90％以上，如果为95％以上则是更优选的，如果为98％以上则是进一步优选的。电解质层4在为均匀的层的情况下，其致密度如果为95％以上则是优选的，如果为98％以上则是更优选的。此外，在电解质层4构成为多个层状那样的情况下，其中的至少一部分如果包含致密度为98％以上的层(致密电解质层)则是优选的，如果包含99％以上的层(致密电解质层)则是更优选的。其理由在于，如果这样的致密电解质层包含在电解质层中的一部分中，则即使在电解质层构成为多个层状的情况下，也能够容易地形成致密且气密性和气体阻隔性高的电解质层。
(防反应层)
防反应层5可以在电解质层4上在薄层的状态下形成。在设为薄层的情况下，可以将其厚度设为例如1μm～100μm左右、优选为2μm～50μm左右、更优选为3μm～15μm左右。如果设为这样的厚度，则能够在减少昂贵的防反应层材料的使用量而实现成本降低的同时，确保充分的性能。作为防反应层5的材料，只要是能够防止电解质层4的成分与对电极层6的成分之间的反应的材料即可，例如使用氧化铈系材料等。此外，作为防反应层5的材料，适合使用含有选自Sm、Gd和Y中的元素之中至少1种的材料。应予说明，可以含有选自Sm、Gd和Y中的元素之中至少1种，这些元素的含有率的总计为1.0质量％以上且10质量％以下。通过将防反应层5导入电解质层4与对电极层6之间，有效地抑制对电极层6的构成材料与电解质层4的构成材料的反应，能够提高电化学元件E的性能的长期稳定性。防反应层5的形成如果适当使用能够在1100℃以下的处理温度下形成的方法，则抑制金属支撑体1的损伤，此外，能够抑制金属支撑体1与电极层2的元素相互扩散，能够实现性能·耐久性优异的电化学元件E，故而优选。例如，适当使用低温煅烧法(例如使用不进行在高于1100℃的高温区域下的煅烧处理的低温区域下的煅烧处理的湿式法)、喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等而进行。特别地，如果使用低温煅烧法、喷涂法等，则能够实现低成本的元件，故而优选。进一步，如果使用低温煅烧法，则原材料的操作变得容易，故而进一步优选。
(对电极层)
对电极层6可以在电解质层4或防反应层5上在薄层的状态下形成。在设为薄层的情况下，可以将其厚度设为例如1μm～100μm左右、优选5μm～50μm。如果设为这样的厚度，则能够在减少昂贵的对电极层材料的使用量而实现成本降低的同时，确保充分的电极性能。作为对电极层6的材料，可以使用例如LSCF、LSM等复合氧化物、氧化铈系氧化物和它们的混合物。特别地，对电极层6优选包含含有选自La、Sr、Sm、Mn、Co和Fe中的2种以上的元素的钙钛矿型氧化物。使用以上的材料而构成的对电极层6作为阴极而发挥功能。
应予说明，对电极层6的形成如果适当使用能够在1100℃以下的处理温度下形成的方法，则抑制金属支撑体1的损伤，此外，能够抑制金属支撑体1与电极层2的元素相互扩散，能够实现性能·耐久性优异的电化学元件E，故而优选。例如，适当使用低温煅烧法(例如使用不进行在高于1100℃的高温区域下的煅烧处理的低温区域下的煅烧处理的湿式法)、喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、PDV法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等而进行。特别地，如果使用低温煅烧法、喷涂法等，则能够实现低成本的元件，故而优选。进一步，如果使用低温煅烧法，则原材料的操作变得容易，故而进一步优选。
(固体氧化物型燃料电池)
通过如上所述构成电化学元件E，能够将电化学元件E用作固体氧化物型燃料电池的发电单元。例如，从金属支撑体1的反面侧的面通过贯穿空间1c将包含氢气的燃料气体供给至电极层2，向成为电极层2的对极的对电极层6供给空气，例如在500℃以上且900℃以下的温度下操作。如此，对电极层6中空气中包含的氧气O2与电子e-反应而生成氧离子O2-。该氧离子O2-通过电解质层4而向电极层2移动。电极层2中，所供给的燃料气体中包含的氢气H2与氧离子O2-反应，生成水H2O和电子e-。通过以上的反应，在电极层2与对电极层6之间产生电动势。在该情况下，电极层2作为SOFC的燃料极(阳极)而发挥功能，对电极层6作为空气极(阴极)而发挥功能。
(电化学元件的制造方法)
接着，针对电化学元件E的制造方法进行说明。
(电极层形成步骤)
电极层形成步骤中，在与金属支撑体1的正面侧的面的设置有贯穿空间1c的区域相比更宽的区域中，在薄膜的状态下形成电极层2。金属支撑体1的贯穿孔可以通过激光加工等而设置。电极层2的形成如上所述，可以使用低温煅烧法(进行在1100℃以下的低温区域下的煅烧处理的湿式法)、喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一方法的情况下，为了抑制金属支撑体1的劣化，均期望在1100℃以下的温度下进行。
在通过低温煅烧法进行电极层形成步骤的情况下，具体而言如以下的例子那样进行。
首先，将电极层2的材料粉末和溶剂(分散介质)混合而制作材料糊剂，涂布在金属支撑体1的正面侧的面上。并且，将电极层2压缩成型(电极层平滑化步骤)，在1100℃以下的温度下煅烧(电极层煅烧步骤)。电极层2的压缩成型可以通过例如CIP(Cold IsostaticPressing、冷等静压加压)成型、辊加压成型、RIP(Rubber Isostatic Pressing，压缩等静压加压)成型等进行。此外，电极层的煅烧如果在800℃以上且1100℃以下的温度下进行则是适合的。此外，电极层平滑化步骤和电极层煅烧步骤的顺序也可以替换。
应予说明，在形成具有中间层3的电化学元件的情况下，也可以省略电极层平滑化步骤、电极层煅烧步骤，或者将电极层平滑化步骤、电极层煅烧步骤包括在后述的中间层平滑化步骤、中间层煅烧步骤中。
应予说明，电极层平滑化步骤还可以通过实施张拉成型、流平处理、表面的切削·研磨处理等而进行。
(扩散抑制层形成步骤)
在上述电极层形成步骤中的煅烧步骤时，在金属支撑体1的表面上形成金属氧化物层1f(扩散抑制层)。应予说明，在上述煅烧步骤中，如果包括将煅烧氛围设为氧气分压低的氛围条件的煅烧步骤，则形成元素的相互扩散抑制效果高、电阻值低的良质的金属氧化物层1f(扩散抑制层)，故而优选。包括将电极层形成步骤设为不进行煅烧的涂布方法的情况在内，也可以包括另外的扩散抑制层形成步骤。在任一情况下，均期望在能够抑制金属支撑体1的损伤的1100℃以下的处理温度下实施。此外，在后述中间层形成步骤中的煅烧步骤时，可以在金属支撑体1的表面上形成金属氧化物层1f(扩散抑制层)。
(中间层形成步骤)
中间层形成步骤中，在覆盖电极层2的形态下，在电极层2上在薄层的状态下形成中间层3。中间层3的形成如上所述，可以使用低温煅烧法(进行在1100℃以下的低温区域下的煅烧处理的湿式法)、喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一方法的情况下，为了抑制金属支撑体1的劣化，均期望在1100℃以下的温度下进行。
在通过低温煅烧法进行中间层形成步骤的情况下，具体而言如以下的例子那样进行。
首先，将中间层3的材料粉末和溶剂(分散介质)混合而制作材料糊剂，涂布在金属支撑体1的正面侧的面上。并且，将中间层3压缩成型(中间层平滑化步骤)，在1100℃以下的温度下煅烧(中间层煅烧步骤)。中间层3的压延可以通过例如CIP(Cold IsostaticPressing、冷等静压加压)成型、辊加压成型、RIP(Rubber Isostatic Pressing，压缩等静压加压)成型等进行。此外，中间层3的煅烧如果在800℃以上且1100℃以下的温度下进行则是适合的。其理由在于，如果为这样的温度，则能够在抑制金属支撑体1的损伤·劣化的同时，形成强度高的中间层3。此外，中间层3的煅烧如果在1050℃以下的温度下进行则是更优选的，如果在1000℃以下的温度下进行则是进一步优选的。其理由在于，越降低中间层3的煅烧温度，则能够在进一步抑制金属支撑体1的损伤·劣化的同时，形成电化学元件E。此外，中间层平滑化步骤和中间层煅烧步骤的顺序也可以替换。
应予说明，中间层平滑化步骤还可以通过实施张拉成型、流平处理、表面的切削·研磨处理等而进行。
(电解质层形成步骤)
电解质层形成步骤中，在覆盖电极层2和中间层3的状态下，在中间层3上在薄层的状态下形成电解质层4。此外，还可以在厚度为10μm以下的薄膜的状态下形成。电解质层4的形成如上所述，可以使用低温煅烧法(进行在1100℃以下的低温区域下的煅烧处理的湿式法)、喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一方法的情况下，为了抑制金属支撑体1的劣化，均期望在1100℃以下的温度下进行。
为了在1100℃以下的温度区域下形成致密且气密性和气体阻隔性能高的良质的电解质层4，期望通过喷涂法进行电解质层形成步骤。在该情况下，将电解质层4的材料朝向金属支撑体1上的中间层3喷射，形成电解质层4。
(防反应层形成步骤)
防反应层形成步骤中，防反应层5在电解质层4上在薄层的状态下形成。防反应层5的形成如上所述，可以使用低温煅烧法(进行在1100℃以下的低温区域下的煅烧处理的湿式法)、喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一方法的情况下，为了抑制金属支撑体1的劣化，均期望在1100℃以下的温度下进行。应予说明，为了使防反应层5上侧的面变得平坦，可以在例如防反应层5的形成后实施流平处理、对表面实施切削·研磨处理，或者在湿式形成后且煅烧前实施加压加工。
(对电极层形成步骤)
对电极层形成步骤中，对电极层6在防反应层5上在薄层的状态下形成。对电极层6的形成如上所述，可以使用低温煅烧法(进行在1100℃以下的低温区域下的煅烧处理的湿式法)、喷涂法(溶射法、气溶胶沉积法、气溶胶气相沉积法、粉末喷射沉积法、颗粒喷射沉积法、冷喷雾法等方法)、PVD法(溅射法、脉冲激光沉积法等)、CVD法等方法。在使用任一方法的情况下，为了抑制金属支撑体1的劣化，均期望在1100℃以下的温度下进行。
以上述方式，可以制造电化学元件E。
应予说明，在电化学元件E中，也可以设为不具有中间层3(插入层)与防反应层5中任一者或两者的形态。即，也可以是电极层2与电解质层4接触而形成的形态、或者电解质层4与对电极层6接触而形成的形态。在该情况下，上述制造方法中，省略中间层形成步骤、防反应层形成步骤。应予说明，也可以追加形成其他层的步骤、或将同种的层层叠多个，在任一情况下，均期望在1100℃以下的温度下进行。
[120mm×120mm见方的试验片]
＜比较例1＞
对厚度0.3mm、120mm见方(120mm×120mm)的crofer22APU的金属板，在从中心起98mm见方(98mm×98mm)的区域中通过激光加工设置多个贯穿空间1c，制作比较例1所涉及的金属板(金属支撑体1)。贯穿空间1c设置在正交格子的格子点。应予说明，正面侧开口部1d的直径为20μm，间距P为200μm。最大长度Lmax为16.97cm。
＜比较例2＞
与比较例1同样地，制作正面侧开口部1d的间距P为150μm(正面侧开口部1d的直径为25μm)的比较例2所涉及的金属板(金属支撑体1)。
＜实施例1＞
进行用于对与比较例1相同的金属板(金属支撑体1)进行平滑化的校平器处理，由此制作实施例1所涉及的金属板(金属支撑体1)。
＜实施例2＞
进行用于对与比较例2相同的金属板(金属支撑体1)进行平滑化的退火处理，制作实施例2所涉及的金属板(金属支撑体1)。
[40mm×40mm见方的试验片]
＜实施例3＞
对厚度0.3mm、40mm见方(40mm×40mm)的crofer22APU的金属板，在从中心起28mm见方(28mm×28mm)的区域中通过激光加工设置多个贯穿空间1c，制作实施例3所涉及的金属板(金属支撑体1)。贯穿空间1c设置在正交格子的格子点。应予说明，正面侧开口部1d的直径为25μm，间距P为150μm。最大长度Lmax为5.66cm。
接着，对上述比较例1、2和实施例1～3的金属板，混合60重量％的NiO粉末和40重量％的YSZ粉末，添加有机粘接剂和有机溶剂(分散介质)，制作糊剂。使用该糊剂，比较例1、2和、实施例1、2中，各自在金属支撑体1的表面的从中心起算105mm见方的区域上，实施例3中，在金属支撑体1的表面的从中心起算30mm见方的区域上，通过丝网印刷，尝试电极层2的层叠。
上述比较例和实施例中的翘曲度通过上述实施方式说明的方法测定。应予说明，相对于金属支撑体1的周缘和通过重心G且与该周缘平行的直线之间的距离，比较例(比较例1、2)和实施例1、2中，使用从金属支撑体1的周缘起算该距离的5％的位置的8点，实施例3中，使用从金属支撑体1的周缘起算该距离的15％的位置的8点。此外，比较例和实施例中分别判定能否层叠电极层2的结果。这些测定结果和判定结果示于表1。
根据表1的结果，比较例(比较例1、2)中，金属支撑体1的翘曲度均大，如果层叠电极层2，则产生印刷不良、剥离、裂纹等表面缺陷，能够为用作电化学元件E而提供的电极层2无法层叠在金属支撑体1上。此外，比较例之中，翘曲度的值最小的比较例1中，金属支撑体1的翘曲度为2.1×10-2。
另一方面，实施例(实施例1、2、3)中，任一金属支撑体1中翘曲度均小，抑制了裂纹、剥离等表面缺陷，可以层叠能够为用作电化学元件E而提供的电极层2。其中翘曲度的值最大的实施例3中，金属支撑体1的翘曲度为1.1×10-2。
按照以上的结果可知，在金属支撑体1的翘曲度为1.5×10-2以下的情况下，能够在金属支撑体1上抑制裂纹、剥离等表面缺陷而层叠电极层2。
应予说明，实施例3中，在电极层2的层叠后各自层叠中间层3、电解质层4、防反应层5、对电极层6，制作电化学元件E。针对所制作的电化学元件E，对电极层2供给燃料气体(30℃加湿H2)，对对电极层6供给空气，作为固体氧化物型燃料电池单元的发电性能之一、即OCV(开路电压)在750℃的操作温度下测定。其结果是，实施例3的电化学元件E中，为1.02V。根据该结果可知，实施例3中，OCV(开回路电压)大，是良好的电化学元件E。
＜第2实施方式＞
使用图2·图3，针对第2实施方式所涉及的电化学元件E、电化学模块M、电化学装置Y和能源系统Z进行说明。
第2实施方式所涉及的电化学元件E如图2所示那样，在金属支撑体1的反面安装U字构件7，由金属支撑体1和U字构件7形成筒状支撑体。
并且，在其中夹持集流构件26而层叠多个电化学元件E，构成电化学模块M。集流构件26焊接在电化学元件E的对电极层6和U字构件7上，将两者电连接。
电化学模块M具有供气管线17、集流构件26、终端构件和电流输出部。层叠多个的电化学元件E中，筒状支撑体的一个开口端部与供气管线17连接，从供气管线17接受气体的供给。所供给的气体在筒状支撑体的内部中流通，通过金属支撑体1的贯穿空间1c而向电极层2供给。
图3中，示出能源系统Z和电化学装置Y的概要。
能源系统Z具有电化学装置Y、和作为将从电化学装置Y排出的热再利用的排热利用部的热交换器53。
电化学装置Y具有电化学模块M、具有脱硫器31和重整器34且对电化学模块M供给含有还原性成分的燃料气体的燃料供给部、和从电化学模块M提取电力的逆变器38。
详细而言，电化学装置Y具有脱硫器31、重整水箱32、气化器33、重整器34、送风机35、燃烧部36、逆变器38、控制部39、收纳容器40和电化学模块M。
脱硫器31将市政燃气等烃系的原燃料中包含的硫化合物成分去除(脱硫)。在原燃料中含有硫化合物的情况下，通过具有脱硫器31，能够抑制因硫化合物而导致的对重整器34或者电化学元件E的影响。气化器33由从重整水箱32供给的重整水生成水蒸气。重整器34使用通过气化器33生成的水蒸气而对通过脱硫器31进行了脱硫的原燃料进行水蒸气重整，生成包含氢气的重整气体。
电化学模块M使用从重整器34供给的重整气体、和从送风机35供给的空气，进行电化学反应而发电。燃烧部36使从电化学模块M排出的反应排气和空气混合，使反应排气中的可燃成分燃烧。
电化学模块M具有多个电化学元件E和供气管线17。多个电化学元件E在彼此电连接的状态下并列配置，电化学元件E的一个端部(下端部)固定在供气管线17上。电化学元件E使通过供气管线17而供给的重整气体、和从送风机35供给的空气进行电化学反应而发电。
逆变器38调整电化学模块M的输出电力，制成与从商用系统(省略图示)接收的电力相同的电压和相同的频率。控制部39控制电化学装置Y和能源系统Z的运转。
气化器33、重整器34、电化学模块M和燃烧部36收纳在收纳容器40内。并且，重整器34使用通过燃烧部36中的反应排气的燃烧而产生的燃烧热而进行原燃料的重整处理。
原燃料通过升压泵41的操作而通过原燃料供给路42向脱硫器31供给。重整水箱32的重整水通过重整水泵43的操作而通过重整水供给路44向气化器33供给。并且，原燃料供给路42在与脱硫器31相比更靠下游侧的部位与重整水供给路44合流，将在收纳容器40外合流的重整水与原燃料向在收纳容器40内具有的气化器33供给。
重整水通过气化器33而气化，形成水蒸气。通过气化器33而生成的包含水蒸气的原燃料通过含有水蒸气的原燃料供给路45而向重整器34供给。通过重整器34而对原燃料进行水蒸气重整，生成以氢气作为主成分的重整气体(具有还原性成分的第1气体)。通过重整器34而生成的重整气体通过重整气体供给路46而向电化学模块M的供气管线17供给。
向供气管线17供给的重整气体相对于多个电化学元件E分配，从电化学元件E与供气管线17的连接部、即下端向电化学元件E供给。重整气体中的主要的氢气(还原性成分)通过电化学元件E而用于电化学反应。包含反应中未使用的残余的氢气的反应排气从电化学元件E上端向燃烧部36排出。
反应排气在燃烧部36中被燃烧，形成燃烧排气而从燃烧排气排出口50向收纳容器40的外部排出。燃烧排气排出口50中，配置燃烧催化部51(例如铂系催化剂)，将燃烧排气含有的一氧化碳、氢气等还原性成分燃烧去除。从燃烧排气排出口50排出的燃烧排气通过燃烧排气排出路52而输送至热交换器53。
热交换器53使燃烧部36中的燃烧产生的燃烧排气与所供给的冷水进行热交换，生成温水。即，热交换器53作为将从电化学装置Y排出的热再利用的排热利用部而进行工作。
应予说明，替代排热利用部，也可以设置利用从电化学模块M(未经燃烧)排出的反应排气的反应排气利用部。反应排气中，包含在电化学元件E中未用于反应的残余的氢气。在反应排气利用部中，利用残余的氢气，进行利用燃烧的热利用、利用燃料电池等的发电，进行能量的有效利用。
＜第3实施方式＞
图4中，示出除了电化学模块M之外的实施方式。第3实施方式所涉及的电化学模块M通过将上述电化学元件E在其间夹持单元间连接构件71而层叠，构成电化学模块M。
单元间连接构件71是具有导电性、且不具有气体透过性的板状的构件，在正面和反面上形成彼此正交的槽72。单元间连接构件71可以使用不锈钢等金属、金属氧化物。
如图4所示那样，如果在其间夹持该单元间连接构件71而层叠电化学元件E，则能够通过槽72而将气体向电化学元件E供给。详细而言，一个槽72形成第1气体流路72a，向电化学元件E的正面侧、即对电极层6供给气体。另一个槽72形成第2气体流路72b，从电化学元件E的反面侧、即金属支撑体1的反面侧的面通过贯穿空间1c向电极层2供给气体。
在使该电化学模块M作为燃料电池而工作的情况下，向第1气体流路72a供给氧气，向第2气体流路72b供给氢气。如此，电化学元件E中进行作为燃料电池的反应，产生电动势·电流。所产生的电力从所层叠的电化学元件E的两端的单元间连接构件71被提取至电化学模块M的外部。
应予说明，本第3实施方式中，在单元间连接构件71的正面和反面上形成彼此正交的槽72，但也可以在单元间连接构件71的正面和反面上形成彼此平行的槽72。
(其他实施方式)
(1)上述实施方式中，在通过金属支撑体1的重心G的多根直线L上，以重心G作为中心使用金属支撑体1的板状面内彼此相对的至少4点P，通过最小二乘法而算出最小二乘平面α。并且，基于从最小二乘平面α起算的彼此相对的正侧最大位移值至负侧最大位移值的值Da，算出翘曲度。然而，也可以通过以下的方法而算出翘曲度。
(1-1)
可以使用金属支撑体1的板状面内的随机配置的至少3点P，算出通过最小二乘法求出的最小二乘值αV。即，可以根据多个点P，并非算出代表多个点P的最小二乘平面α，而是算出代表多个点P的直线等所示的最小二乘值αV。应予说明，本实施方式和除此之外的实施方式中，最小二乘值αV设为包括例如代表该多个点P的直线和平面(最小二乘平面α)等。
并且，算出相对于直线等最小二乘值αV例如向正侧的正侧最大位移值与最小二乘值αV的第一差值D1，相对于最小二乘值αV向负侧的负侧最大位移值与最小二乘值αV的第二差值D2。进一步，与上述实施方式同样地，以在大小不同的金属支撑体1中也能够以一定的值比较翘曲度的大小的方式，将Da除以最大长度Lmax，算出翘曲度。
根据以上的方法，与上述实施方式同样地，能够以良好的精度求出金属支撑体1的翘曲度。
(1-2)
此外，也可以在通过金属支撑体1的重心G的至少一根直线L上，以重心G作为中心使用金属支撑体1的板状面内彼此相对的至少3点P，通过最小二乘法而算出最小二乘值αV。基于最小二乘值αV而算出翘曲度的方法与上述方法相同。
根据上述方法，使用位于相对于板状面内重心G彼此远离的方向的点P，算出最小二乘值αV。即，最小二乘值αV并非由金属支撑体1的局部区域的点算出，而是由在板状面内分散的点算出。因此，最小二乘值αV作为与金属支撑体的板状面的形状关联的值而算出。通过将该最小二乘值αV用于基准，能够以良好的精度算出成为判定金属支撑体1的翘曲度的基准的Da。
(1-3)
此外，也可以在通过金属支撑体1的重心G的至少一根直线L上，在以重心G作为中心而位于金属支撑体1的板状面内彼此相对的位置的点P之中，求出正侧最大位移值与负侧最大位移值的差值Da1。并且，与前述同样地，将Da1除以最大长度Lmax，算出翘曲度。
在该情况下，差值Da1的算出中可以使用一根直线L中的多个点P，也可以使用多个直线L中的多个点P。
(2)上述实施方式中，以大小不同的金属支撑体1中也能够以一定的值比较翘曲度的方式，将Da除以最大长度Lmax。然而，也可以将Da除以金属支撑体1的板状面的面积而设为翘曲度。在该情况下，在大小不同的金属支撑体1中，也能够以一定的值比较判定翘曲度的大小。
(3)上述实施方式中，通过金属支撑体1的重心G的多根直线L是将360°以每规定角度分割的线。然而，通过重心G的多根直线L也可以以随机的角度彼此分隔。
(4)上述实施方式中，为了算出Da而使用的金属支撑体1上的点P位于金属支撑体1的周缘至孔区域1g的区域内、即金属支撑体1的周缘部OP。然而，为了算出Da而使用的金属支撑体1上的点P只要是金属支撑体1上的任意的点P即可，不限于位于周缘部OP的点P。
(5)上述实施方式中，将电化学元件E用于固体氧化物型燃料电池，但电化学元件E也可以用于固体氧化物型电解单元、利用固体氧化物的氧传感器等。
(6)上述实施方式中，作为电极层2的材料而使用例如NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2、Cu-CeO2等复合材料，作为对电极层6的材料而使用例如LSCF、LSM等复合氧化物。像这样构成的电化学元件E向电极层2供给氢气而设为燃料极(阳极)，向对电极层6供给空气而设为空气极(阴极)，能够用作固体氧化物型燃料电池单元。也可以变更该构成，以能够将电极层2设为空气极、将对电极层6设为燃料极的方式，构成电化学元件E。即，作为电极层2的材料而使用例如LSCF、LSM等复合氧化物，作为对电极层6的材料而使用例如NiO-GDC、Ni-GDC、NiO-YSZ、Ni-YSZ、CuO-CeO2、Cu-CeO2等复合材料。如果是像这样构成的电化学元件E，则向电极层2供给空气而设为空气极，向对电极层6供给氢气而设为燃料极，能够将电化学元件E用作固体氧化物型燃料电池单元。
应予说明，上述实施方式中公开的构成在不发生矛盾的情况下可以与其他实施方式中公开的构成组合应用。此外，本说明书中公开的实施方式是例示，本发明的实施方式不限于此，在不脱离本发明的目的的范围内，能够适当改变。
工业实用性
能够用作电化学元件和固体氧化物型燃料电池单元。
附图标记说明
1 金属支撑体
1a 正面侧表面
1b 反面侧表面
1c 贯穿空间
1d 正面侧开口部
1e 反面侧开口部
1f 金属氧化物层
1g 孔区域
1h 单位区域
T 厚度
D 内径、直径、孔径
P 间距、间隔
S 面积(正面侧开口部)
A 开口率
10 第1金属板
10a 第1正面侧表面
10b 第1反面侧表面
10c 第1贯穿空间
10d 第1正面侧开口部
10e 第1反面侧开口部
10g 第1孔区域
10h 第1单位区域
T1 厚度
D1 内径、直径、孔径
P1 间距、间隔
S1 面积(正面侧开口部)
A1 开口率
20 第2金属板
20a 第2正面侧表面
20b 第2反面侧表面
20c 第2贯穿空间
20d 第2正面侧开口部
20e 第2反面侧开口部
T2 厚度
D2 内径、直径、孔径
P2 间距、间隔
G 重心
Y 电化学装置
Z 能源系统
α 最小二乘平面
αV 最小二乘值

Claims (19)

1.电化学元件的金属支撑体，
前述金属支撑体具有板状面且整体为板状，前述金属支撑体将设置有电极层的面设为正面侧表面，具有从前述正面侧表面向反面侧表面贯穿的多个贯穿空间，将前述正面侧表面中形成有前述贯穿空间的区域设为孔区域，
金属支撑体满足以下的翘曲度；
(翘曲度)
确定前述金属支撑体的板状面内的包含通过前述金属支撑体的重心的至少一根直线上以前述重心作为中心彼此相对的至少2点、和与前述直线不同的通过前述金属支撑体的重心的另一根直线上的重心以外的1点的至少3点，使用为在前述金属支撑体的截面视图中相对于前述金属支撑体的基准平坦面在垂直方向上位移的位移值的、所确定的至少3点的位移值通过最小二乘法来算出最小二乘值，算出在前述金属支撑体的截面视图中所确定的至少3点位移值中相对于前述最小二乘值而言在作为沿上述垂直方向的第一侧方向的正侧的正侧最大位移值与前述最小二乘值的第一差值、以及所确定的至少3点位移值中相对于前述最小二乘值而言在与作为前述正侧的前述第一侧方向相反的负侧的负侧最大位移值与前述最小二乘值的第二差值，将作为前述第一差值与第二差值之和的Da除以通过重心的前述金属支撑体的前述板状面中的最大长度Lmax而得到的Da/Lmax记作前述翘曲度，前述翘曲度为1.5×10-2以下。
2.根据权利要求1所述的金属支撑体，其中，前述金属支撑体的板状面内的至少2点是在前述通过重心的至少一根直线上，前述金属支撑体的板状面内以前述重心作为中心彼此相对的至少2点。
3.根据权利要求2所述的金属支撑体，其中，在前述直线为多根直线的情况下，前述多个直线以前述重心作为中心，将360°以每规定角度分割。
4.根据权利要求2或3所述的金属支撑体，其中，前述金属支撑体的板状面内以前述重心作为中心彼此相对的至少2点是在前述金属支撑体的周缘与前述孔区域之间存在的点。
5.根据权利要求2或3所述的金属支撑体，其中，前述金属支撑体的板状面内以前述重心作为中心彼此相对的至少2点是在前述金属支撑体的周缘与在前述金属支撑体上层叠的前述电极层之间存在的点。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的金属支撑体，其中，前述最小二乘值是使用前述金属支撑体的板状面内的至少4点而通过最小二乘法算出的最小二乘平面。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的金属支撑体，其中，前述贯穿空间的前述正面侧表面的开口部、即正面侧开口部是直径为10μm以上且60μm以下的圆形或近似圆形。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的金属支撑体，其中，前述贯穿空间的前述反面侧表面的开口部、即反面侧开口部具有与前述贯穿空间的前述正面侧表面的开口部、即正面侧开口部相比更大的面积或直径。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的金属支撑体，其中，前述贯穿空间的前述正面侧表面的开口部、即正面侧开口部的间隔为0.05mm以上且0.3mm以下。
10.根据权利要求1～3中任一项所述的金属支撑体，其中，厚度为0.1mm以上且1.0mm以下。
11.根据权利要求1～3中任一项所述的金属支撑体，其中，材料为Fe-Cr系合金。
12.电化学元件，其中，在权利要求1～11中任一项所述的金属支撑体的前述正面侧表面上，至少设置有电极层、电解质层和对电极层。
13.电化学模块，其中，权利要求12所述的电化学元件在集合多个的状态下配置。
14.电化学装置，其至少具有权利要求13所述的电化学模块和重整器，具有燃料供给部，其对前述电化学模块供给含有还原性成分的燃料气体。
15.电化学装置，其至少具有权利要求13所述的电化学模块、和从前述电化学模块中提取电力的逆变器。
16.能量系统，其具有权利要求14或15所述的电化学装置、和将由前述电化学装置排出的热再利用的排热利用部。
17.固体氧化物型燃料电池，其具有权利要求12所述的电化学元件，在前述电化学元件中发生发电反应。
18.制造权利要求1～11中任一项所述的金属支撑体的制造方法，其中，通过激光加工或冲裁加工或蚀刻加工中任一者或其组合，形成从前述正面侧表面向反面侧表面贯穿的多个贯穿空间。
19.根据权利要求18所述的金属支撑体的制造方法，其包括平滑化处理步骤。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7725742B2 (ja) * 2023-05-31 2025-08-19 京セラ株式会社 導電部材、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
WO2025215365A1 (en) 2024-04-10 2025-10-16 Ceres Power Limited Method of manufacturing a component for an electrochemical cell
WO2026004950A1 (ja) * 2024-06-26 2026-01-02 京セラ株式会社 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

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011113830A (ja) * 2009-11-27 2011-06-09 Kyocera Corp 燃料電池セルならびにそれを用いたセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2011175906A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Kyocera Corp セルスタック、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2013077448A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Nippon Shokubai Co Ltd 金属支持型固体酸化物形燃料電池用セル、それを用いた固体酸化物形燃料電池
JP2013201038A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Nippon Shokubai Co Ltd 金属支持型固体酸化物形燃料電池用セル、それを用いた固体酸化物形燃料電池
JP2016066616A (ja) * 2014-09-19 2016-04-28 大阪瓦斯株式会社 電気化学素子、固体酸化物形燃料電池セル、およびこれらの製造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4543612B2 (ja) * 2003-03-11 2010-09-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US20050026030A1 (en) * 2003-07-28 2005-02-03 Peter Mardilovich Fuel cell support structure and method of manufacture
JP2005150053A (ja) 2003-11-20 2005-06-09 Nissan Motor Co Ltd 固体電解質型燃料電池
WO2006050190A2 (en) * 2004-10-29 2006-05-11 Franklin Fuel Cells, Inc Electrochemical cell architecture and method of making same via controlled powder morphology
CN101416334B (zh) 2004-12-21 2011-08-24 联合工艺公司 高功率系数固态氧化物燃料电池堆
JP5325017B2 (ja) * 2008-08-27 2013-10-23 日本碍子株式会社 固体酸化物型燃料電池、及び、その組立方法
JP2010129459A (ja) 2008-11-28 2010-06-10 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池、燃料電池の製造装置、および燃料電池の製造方法
US8859156B2 (en) * 2009-03-31 2014-10-14 Toto Ltd. Solid oxide fuel cell
JP2012197496A (ja) * 2011-03-22 2012-10-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 複合部材
JP2013041717A (ja) 2011-08-12 2013-02-28 Honda Motor Co Ltd 金属支持型電解質・電極接合体の製造方法及びその装置
JP2015056362A (ja) * 2013-09-13 2015-03-23 株式会社日本自動車部品総合研究所 燃料電池単セル

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011113830A (ja) * 2009-11-27 2011-06-09 Kyocera Corp 燃料電池セルならびにそれを用いたセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2011175906A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Kyocera Corp セルスタック、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2013077448A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Nippon Shokubai Co Ltd 金属支持型固体酸化物形燃料電池用セル、それを用いた固体酸化物形燃料電池
JP2013201038A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Nippon Shokubai Co Ltd 金属支持型固体酸化物形燃料電池用セル、それを用いた固体酸化物形燃料電池
JP2016066616A (ja) * 2014-09-19 2016-04-28 大阪瓦斯株式会社 電気化学素子、固体酸化物形燃料電池セル、およびこれらの製造方法

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