燃料电池、燃料电池堆、以及它们的制造方法与流程

本发明涉及燃料电池、燃料电池堆、以及它们的制造方法。

背景技术：

作为汽车等中可使用的固体氧化物型燃料电池，开发有金属支撑型的固体氧化物型燃料电池(例如，参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-37329号公报

专利文献2：日本特开2016-207630号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

但是，汽车等中，可载置燃料电池的空间非常小，因此，期望将燃料电池小型化。

本发明是鉴于上述技术问题而研发的，其目的在于，提供可小型化的燃料电池、燃料电池堆、以及它们的制造方法。

用于解决技术问题的方案

本发明提供一种燃料电池，具有：固体氧化物电解质层，其具有氧离子传导性；第一电极层，其设置于上述固体氧化物电解质层的第一面上；和第二电极层，其设置于上述固体氧化物电解质层的第二面上，上述第一电极层和上述第二电极层中，具有氧离子传导性的材料的主成分相同，具有电子传导性的材料的主成分相同。

上述燃料电池中，上述具有氧离子传导性的材料的主成分可以设为氧化钪-氧化钇稳定化氧化锆。

上述燃料电池中，上述具有电子传导性的材料的主成分可以设为金属。

上述燃料电池中，上述具有电子传导性的材料的主成分可以设为添加了sr的lacro3或添加了la的srtio3。

上述燃料电池中，上述第一电极层和上述第二电极层可以具有50μm以下的厚度。

上述燃料电池中，可以具有设置于上述第一电极层的与上述固体氧化物电解质层相反侧的面的第一金属多孔质层和设置于上述第二电极层的与上述固体氧化物电解质层相反侧的面的第二金属多孔质层。

上述燃料电池中，上述第一金属多孔质层和上述第二金属多孔质层可以具有设置有金属多孔质部和气体流路的结构。

上述燃料电池中，上述第一金属多孔质层和上述第二金属多孔质层中的致密度可以设为30％以上70％以下。

上述燃料电池中，上述第一金属多孔质层和上述第二金属多孔质层的厚度可以设为150μm以下50μm以上。

本发明提供一种燃料电池堆，上述任一燃料电池隔着金属制的隔板层叠有多个。

本发明提供一种燃料电池的制造方法，包括：准备层叠体的工序，该层叠体在具有氧离子传导性粉末的电解质层的第一面上层叠有具有氧离子传导性材料粉末、电子传导性材料粉末和粘合剂的第一电极层，在上述电解质层的第二面上层叠有具有氧离子传导性材料粉末、电子传导性材料粉末和粘合剂的第二电极层；和烧制上述层叠体的工序，上述第一电极层和上述第二电极层中，具有氧离子传导性的材料的主成分相同，具有电子传导性的材料的主成分相同。

上述燃料电池的制造方法中，上述层叠体可以在上述第一电极层的与上述电解质层的相反侧具有包括消失材料和金属粉末的第一金属粉末层，在上述第二电极层的与上述电解质层的相反侧具有包括消失材料和金属粉末的第二金属粉末层。

上述燃料电池的制造方法中，上述第一金属粉末层和上述第二金属粉末层可以具有上述消失材料的图案以及上述金属粉末和消失材料的图案。

本发明提供一种燃料电池堆的制造方法，包括：准备成型体的工序，该成型体层叠有多个层叠体，该层叠体在具有氧离子传导性粉末的电解质层的第一面上依次层叠有具有氧离子传导性材料粉末、电子传导性材料粉末和粘合剂的第一电极层以及具有消失材料和金属粉末的第一金属粉末层，且在上述电解质层的第二面上依次层叠有具有氧离子传导性材料粉末、电子传导性材料粉末和粘合剂的第二电极层以及具有消失材料和金属粉末的第二金属粉末层，在各层叠体之间配置有具有金属粉末的第三金属粉末层；和烧制上述成型体的工序，上述第一电极层和上述第二电极层中，具有氧离子传导性的材料的主成分相同，具有电子传导性的材料的主成分相同。

发明的效果

根据本发明，能够提供可小型化的燃料电池、燃料电池堆、以及它们的制造方法。

附图说明

图1是燃料电池堆的外观立体图；

图2a是图1的a-a线剖视图，图2b是图1的b-b线剖视图；

图3a和图3b是例示燃料电池堆的制造方法的图；

图4a～4c是例示燃料电池堆的制造方法的图。

符号说明

10固体氧化物电解质层

20阴极

21框

30第一金属多孔质层

31框

40阳极

41框

50第二金属多孔质层

51框

60隔板

71pet膜

72隔板用生片

73框

74金属粉末层

75pet膜

76电解质层

77框

78电极层

91第一层叠体

92第二层叠体

93第三层叠体

94第四层叠体

95成型体

100燃料电池

200燃料电池堆

具体实施方式

以下，参照附图说明实施方式。

图1是燃料电池堆200的外观立体图。图2a是图1的a-a线剖视图。图2b是图1的b-b线剖视图。

如图1中示例，燃料电池堆200具有层叠了多个燃料电池100的结构。燃料电池100具有如下的结构，即在固体氧化物电解质层10的上表面(第一面)依次层叠有阴极20(第一电极层)和具有金属多孔质部30a及气体流路30b的第一金属多孔质层30，并在固体氧化物电解质层10的下表面(第二面)依次层叠有阳极40(第二电极层)和具有金属多孔质部50a及气体流路50b的第二金属多孔质层50。另外，在两个燃料电池100之间配置有隔板60。燃料电池堆200中，有时将固体氧化物电解质层10、阴极20和阳极40的组合称为单电池。另外，有时将第一金属多孔质层30、隔板60和第二金属多孔质层50的组合称为互连器。

固体氧化物电解质层10是具有氧离子传导性的固体氧化物电解质的致密层。阴极20是具有作为阴极的电极活性的电极，具有电子传导性和氧离子传导性。阳极40是具有作为阳极的电极活性的电极，具有电子传导性和氧离子传导性。第一金属多孔质层30和第二金属多孔质层50是具有透气性并且能够支撑固体氧化物电解质层10的部件。隔板60为致密的金属层，具有不透气性。

燃料电池100通过以下的作用发电。向金属多孔质部30a和气体流路30b供给空气等含有氧的氧化剂气体。氧化剂气体经由金属多孔质部30a和气体流路30b到达阴极20。阴极20中，到达阴极20的氧与从外部电路供给的电子反应而成为氧离子。氧离子在固体氧化物电解质层10传导并向阳极40侧移动。另一方面，向金属多孔质部50a和气体流路50b供给氢气、改质气体等含有氢的燃料气体。燃料气体经由金属多孔质部50a和气体流路50b到达阳极40。到达阳极40的氢在阳极40释放电子，并且与从阴极20侧经过固体氧化物电解质层10传导过来的氧离子反应而成为水(h2o)。释放的电子利用外部电路被取出至外部。取出至外部的电子做了电功后，供给至阴极20。通过以上的作用，进行发电。

固体氧化物电解质层10、阴极20、第一金属多孔质层30、阳极40和第二金属多孔质层50具有大致相同尺寸的大致矩形形状。因此，利用固体氧化物电解质层10、阴极20、第一金属多孔质层30、阳极40和第二金属多孔质层50，构成大致长方体形状。该长方体形状中，将上表面和下表面以外的4个侧面中、相互对置的一对侧面称为第一侧面和第二侧面。将剩余的对置的一对侧面称为第三侧面和第四侧面。

如图2a中示例，在阴极20的第一侧面和第二侧面分别设置有框21。在第一金属多孔质层30的第一侧面和第二侧面分别设置有框31。框21和框31作为密封部发挥作用。因此，利用框21、框31和与第一金属多孔质层30接触的隔板60，划定氧化剂气体的流路。由此，氧化剂气体在第一金属多孔质层30中，从第三侧面和第四侧面中的任一者向另一者流动。

如图2b中示例，在阳极40的第三侧面和第四侧面分别设置有框41。在第二金属多孔质层50的第三侧面和第四侧面分别设置有框51。框41和框51作为密封部发挥作用。因此，利用框41、框51和与第二金属多孔质层50接触的隔板60，划定燃料气体的流路。由此，燃料气体在第二金属多孔质层50中，从第一侧面和第二侧面中的任一者向另一者流动。

在此，对集电体、气体扩散板、互连器等周边构件为通过压造、锻造等制作的金属且包括阴极、阳极和电解质膜的单电池被该周边构件支撑的金属支撑型的固体氧化物型燃料电池进行说明。该固体氧化物型燃料电池中，周边构件的体积较大，因此，难以小型化。例如，1kw级的sofc系统的体积约为1000cm³，对于约30个单元在纵向上组装有单电池(10×10cm²)和周边构件(平均厚度：3.3mm/单元)。为了将系统整体小型化，期望使周边构件变薄。但是，周边构件通过压造、锻造等制作，为了能够操作需要以mm级制作，难以制作得比其还薄。

因此，认为通过使用印刷技术和一体烧制技术，以μm级制作mm级的周边构件，由此可以大幅缩小系统整体的体积。例如，考虑烧制金属粉末，形成金属多孔质部30a、金属多孔质部50a那样的多孔质金属，用作周边构件的替代品。但是，当在阴极20和阳极40使用不同的材料时，在烧制阴极20和阳极40的过程中除去粘合剂时，可能产生两层的收缩的不匹配，而产生破裂。

因此，本实施方式的燃料电池100具有能够抑制烧制时的破裂的结构。具体而言，阴极20和阳极40中，使具有电子传导性的材料的主成分和具有氧离子传导性的材料的主成分相同(共同)。该结构中，阴极20和阳极40的材质类似，因此，在烧制阴极20和阳极40的过程中除去粘合剂时，可以抑制两层的收缩应力的偏差，并抑制破裂。由此，能够通过印刷技术和一体烧制技术形成包括固体氧化物电解质层10、阴极20和阳极40的单电池部分。由此，能够进行燃料电池100的小型化。如果燃料电池100小型化，则能够增加层叠数。其结果，能够实现期望的发电量。

例如，作为阴极20和阳极40，考虑使用兼备电子传导性和氧离子传导性双方的性质的材料(电子-氧离子混合传导性材料)。例如，作为电子-氧离子混合传导性材料，能够使用lamno3系、lacoo3系等。但是，一体烧制中，为了形成第一金属多孔质层30和第二金属多孔质层50而同时烧制金属粉末，因此，期望将气氛设为还原气氛。作为电子-氧离子混合传导性材料的主成分，当使用lamno3系、lacoo3系等时，虽然可以得到良好的发电性能，但在还原气氛中的烧制困难。因此，电子-氧离子混合传导性材料的主成分优选具有抗还原性。例如，优选使用掺杂了gd的ceo2系材料等。

作为另一方法，作为电子传导性材料和氧离子传导性材料，也可以分别使用不同的材料，总体上实现电子-氧离子混合传导性。例如，作为氧离子传导性材料的主成分，没有特别限定，但优选使用氧化钪-氧化钇稳定化氧化锆(scysz)。例如，优选使用具有氧化钪(sc2o3)为5mol％～16mol％、氧化钇(y2o3)为1mol％～3mol％的组成范围的scysz。进一步优选氧化钪和氧化钇的添加量合计为6mol％～15mol％的scysz。这是由于该组成范围中，氧离子传导性最高。此外，氧离子传导性材料例如为氧离子的迁移率为99％以上的材料。

接着，作为电子传导性材料，没有特别限定，但能够使用ni等金属。或优选使用含有1种以上c、si、y、ce、cr、fe、ti、cu、mn、la、w、ni、zr等元素且含有10wt％～95wt％的cr、使其它元素为30wt％以下的合金。具体而言，能够使用fe-18～22cr合金。通过使用金属和合金材料，sofc系统的机械强度变高，能够应对快速升温降温。利用该特性，能够搭载于汽车。另外，对于合金的组成，通过增加cr，使阴极20和阳极40的热膨胀率接近固体氧化物电解质层10的热膨胀率，因此，单电池更不易破裂。另外，cr较多的合金的耐热性优异，可以抑制发电时的单电池劣化。然而为了抑制了成本和阴极侧的cr中毒，希望cr的含量越少越好。综上，fe-18～22cr的组成为比较取得平衡的组成，故优选。

另外，作为阴极20和阳极40中使用的电子传导性材料的主成分，也可以使用陶瓷。例如，能够使用掺杂了sr的lacro3、掺杂了la的srtio3等。这些材料是在还原气氛和氧化气氛的宽的分压范围中稳定的物质，是与其它材料(电解质)的反应性也低、适用于制造工艺的材料。另外，陶瓷材料的高温稳定性比金属和合金材料优异，因此，如果是耐久性良好的sofc系统，则优选为陶瓷材料。此外，例如，电子传导性材料在400℃以上的温度时传导率为10s·cm^-1以上，是具有与金属大致相等的传导率的材料。

此外，将氧离子传导性材料和电子传导性材料分别设为不同的材料时，在将多个氧离子传导性材料混合使用的情况下，只要氧离子传导性材料的主成分在阴极20和阳极40相同即可，优选多个氧离子传导性材料各自相同。另外，将氧离子传导性材料和电子传导性材料分别设为不同的材料时，在将多个电子传导性材料混合使用的情况下，只要电子传导性材料的主成分在阴极20和阳极40相同即可，优选多个电子传导性材料各自相同。

阴极20和阳极40的厚度优选为50μm以下，更优选为30μm以下。这是由于在将改质气体用作燃料的情况下，能够有效地参与电化学反应的电极的厚度通常为30μm左右，在直接使用了烃系燃料的情况下，有效电极厚度更厚，通常为50μm左右。

阴极20和阳极40也可以包含催化剂。例如，作为阴极20和阳极40的催化剂，能够使用ni(no3)、nicl3等的ni化合物。作为ni的添加方法，也能够使用在烧制后含浸ni(no3)3、nicl3等的溶液的方法。

固体氧化物电解质层10优选将掺杂了y2o3和sc2o3的zro2等设为主成分。在y2o3+sc2o3的浓度为6mol％～15mol％之间，氧离子传导性最高，优选使用该组成的材料。另外，固体氧化物电解质层10的厚度优选为20μm以下，更优选为10μm以下。电解质越薄越好，但为了以两侧的气体不泄漏的方式制造，优选为1μm以上的厚度。

第一金属多孔质层30和第二金属多孔质层50没有特别限定。例如能够使用ni等金属。或优选使用含有1种以上c、si、y、ce、cr、fe、ti、cu、mn、la、w、ni、zr等元素且含有10wt％～95wt％的cr，且将其它元素设为30wt％以下的合金。具体而言，能够使用fe-18～22cr合金。

另外，金属多孔质部30a和金属多孔质部50a的空隙率优选为30％以上70％以下，更优选为40％以上60％以下。这是由于当空隙率低于30％时，气体扩散被抑制，有可能无法发电。另一方面，这是由于当空隙率超过70％时，金属多孔质部的强度不足，可能不能发挥作为气体流路的支撑物的作用。另外，金属多孔质部30a和金属多孔质部50a的厚度优选为150μm以下50μm以上，更优选为100μm以下。随着变薄，sofc系统整体的体积变小，有利于小型化，但为了确保必要的气体流量，需要50μm以上的厚度。另外，第一金属多孔质层30和第二金属多孔质层50是用于形成气体流路的支撑物，流路的厚度与第一金属多孔质层30和第二金属多孔质层50的厚度大致为相同程度。此外，气体流路30b和气体流路30b使用在200～600℃的温度范围内消失的材料，制作浆料并以线路和空间(lineandspace)印刷。消失的材料没有特别限定，可以列举丙烯酸树脂等有机物。

本实施方式的燃料电池堆200中，阴极20和阳极40中，氧离子传导性材料的主成分和电子传导性材料的主成分相同。由此，阴极20和阳极40的材质类似，因此，在烧制阴极20和阳极40的过程中除去粘合剂时，可以抑制两层的收缩应力的偏差，并抑制破裂。由此，能够通过印刷技术和一体烧制技术形成包括固体氧化物电解质层10、阴极20和阳极40的单电池部分。另外，金属多孔质层能够通过印刷技术和一体烧制技术形成。由此，能够进行燃料电池堆200的小型化。如果燃料电池堆200小型化，则能够增加层叠数。其结果，能够实现期望的发电量。

另外，如果以印刷、层叠和一体烧制的顺序制作燃料电池堆200的各层，则能够通过较短的工艺制造，因此，能够降低制造成本。另外，如果系统整体的体积较小，则也能够降低原料成本。如果考虑实际中制作容易度，且将一个单电池面积设为5cm×5cm，则与10cm×10cm的产品相比，能够将面积缩小至1/4的程度。另外，如果使用印刷技术，则能够将各燃料电池100的厚度抑制至例如0.25mm。能够将该燃料电池100层叠200层，制成5×5×5cm³的sofc系统。即使各燃料电池100的发电特性稍微降低，如果可得到0.1w/cm²的输出，则总体的发电能力也成为500w，能够通过两个sofc系统实现1kw的发电能力。在该情况下，与1kw级的sofc系统相比，例如能够将体积缩小至1/4左右。

以下，说明燃料电池堆200的制造方法。

(致密金属用材料的制作工序)

作为致密金属用材料，将金属粉末(例如，粒径为1μm～10μm)、增塑剂(例如，用于调整片材的密合性，调整至1wt％～6wt％)、溶剂(为甲苯、2-丙醇(ipa)、1-丁醇、萜品醇、乙酸丁酯、乙醇等，根据粘度为20wt％～30wt％)、粘合剂(pvb(聚乙烯醇缩丁醛)、丙烯酸树脂、乙基纤维素等)混合，制成浆料。为了通过烧结制作致密体，不混合消失材料。致密金属用材料作为用于形成隔板60、框31和框51的材料使用。有机成分(粘合剂固体成分与增塑剂)与金属粉末的体积比设为例如1：4～1：1的范围。

(多孔质金属用材料的制作工序)

作为多孔质金属用材料，将金属粉末(例如，粒径为10μm～100μm)、增塑剂(例如，用于调整片材的密合性，调整至1wt％～6wt％)、溶剂(为甲苯、2-丙醇(ipa)、1-丁醇、萜品醇、乙酸丁酯、乙醇等，根据粘度为20wt％～30wt％)、消失材料(有机物)、粘合剂(pvb、丙烯酸树脂、乙基纤维素等)混合，制成浆料。多孔质金属用材料作为用于形成第一金属多孔质层30和第二金属多孔质层50的材料使用。有机成分(消失材料、粘合剂固体成分、增塑剂)与金属粉末的体积比设为例如1：1～20：1的范围，并根据空隙率调整有机成分量。

(气体流路形成材料的制作工序)

使用消失材料(丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等有机物)，将增塑剂(例如，用于调整片材的密合性，调整至1wt％～6wt％)、溶剂(为甲苯、2-丙醇(ipa)、1-丁醇、萜品醇、乙酸丁酯、乙醇等，根据粘度为20wt％～30wt％)、粘合剂(pvb、丙烯酸树脂、乙基纤维素等)混合，制成浆料。

(电极层用材料的制作工序)

作为电极层用材料，将电子传导性材料粉末(例如，粒径为100nm～10μm)、氧离子传导性材料粉末(例如，粒径为100nm～10μm)、催化剂(例如，粒径为10nm～1μm的ni化合物等)、溶剂(为甲苯、2-丙醇(ipa)、1-丁醇、萜品醇、乙酸丁酯、乙醇等，根据粘度为20wt％～30wt％)、增塑剂(例如，用于调整片材的密合性，调整至1wt％～6wt％)、消失材料(有机物)和粘合剂(pvb、丙烯酸树脂、乙基纤维素等)混合，制成浆料。作为ni的添加方法，也能够使用在烧制后含浸ni(no3)3、nicl3等的溶液的方法。有机成分(消失材料、粘合剂固体成分、增塑剂)与电子传导性材料粉末的体积比设为例如1：1～5：1的范围，并根据空隙率调整有机成分量。电子传导性材料粉末与氧离子传导性材料粉末的体积比率设为例如3：7～7：3的范围。

(致密混合层用材料的制作工序)

作为致密混合层用材料，将电子传导性材料粉末(例如，粒径为1μm～10μm)、氧离子传导性材料粉末(例如，粒径为10nm～10μm)、溶剂(为甲苯、2-丙醇(ipa)、1-1-丁醇、萜品醇、乙酸丁酯、乙醇等，根据粘度为20wt％～30wt％)、增塑剂(例如，用于调整片材的密合性，调整至1wt％～6wt％)和粘合剂(pvb、丙烯酸树脂、乙基纤维素等)混合，制成浆料。由于是以阻隔气体为目的的层，所以不混合催化剂和消失材料。

(电解质层用材料的制作工序)

作为电解质层用材料，将氧离子传导性材料粉末(例如scysz、ysz等，粒径为10nm～1000nm)、溶剂(为甲苯、2-丙醇(ipa)、1-丁醇、萜品醇、乙酸丁酯、乙醇等，根据粘度为20wt％～30wt％)、增塑剂(例如，用于调整片材的密合性，调整至1wt％～6wt％)和粘合剂(pvb、丙烯酸树脂、乙基纤维素等)混合，制成浆料。有机成分(粘合剂固体成分，增塑剂)与氧离子传导性材料粉末的体积比设为例如6：4～3：4的范围。

首先，如图3a的上图中示例，在pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜71上，将致密金属用材料以成为大致矩形形状的方式涂敷20μm～35μm，由此，形成隔板用生片72。例如，隔板用生片72具有大致矩形形状，作为一例，具有一个边的长度为60mm～70mm的正方形形状。接着，通过在隔板用生片72的对置的两个侧面侧的端部印刷致密金属用材料，而形成两个框73。对于框73，根据层叠和切割的精度，例如将宽度设为1mm～10mm的范围，且将长度设为60mm～70mm的范围。接着，在隔板用生片72上，在两个框73之间将多孔质金属用材料和气体流路形成材料印刷成线路和空间状。例如，通过将多孔质金属用材料以规定的间隔印刷成直线状，形成金属粉末层74。接着，通过在金属粉末层74之间印刷气体流路形成材料，形成气体流路层79。由此，形成第一层叠体91。框73的厚度例如为100μm～200μm。金属粉末层74和气体流路层79的厚度例如为框73的厚度±10μm。此外，图3a的右下图为俯视图。

接着，如图3b的上图中示例，在pet膜75上，将电解质层用材料成为与隔板用生片72大致相同形状的方式涂敷5μm～15μm，由此，形成电解质层76。接着，通过在电解质层76的对置的两个侧面侧的端部印刷致密混合层用材料，形成两个框77。对于框77，根据层叠和切割的精度，例如将宽度设为1mm～10mm的范围，将长度设为60mm～70mm的范围。接着，在电解质层76上，在两个框77之间印刷电极层用材料，由此，形成电极层78(相对于框77的相反图案层)。由此，形成第二层叠体92。框77的厚度例如为15μm～40μm。电极层78的厚度例如为框77的厚度±3μm。此外，图3b的右下图为俯视图。

接着，如图4a中示例，将第一层叠体91层叠于第二层叠体92上。在该情况下，以在金属粉末层74上层叠电极层78的方式，使第二层叠体92反转。另外，在框73上层叠框77。由此，形成第三层叠体93。此外，剥离pet75。

接着，如图4b中示例，在第三层叠体93上层叠另一第三层叠体93。在该情况下，以在电解质层76上层叠电解质层76的方式，层叠该另一第三层叠体93。此外，该另一第三层叠体93在两个电解质层76对置的状态下进行90°旋转。即，第三层叠体93中配置框73和框77的侧面与另一第三层叠体93中配置框73和框77的侧面不同。由此，形成第四层叠体94。

接着，如图4c中示例，在剥离了pet膜71的状态下，将第四层叠体94层叠多个(例如200个)。由此，形成成型体95。此外，成型体95中，电解质层76与烧制后的固体氧化物电解质层10对应，电解质层76的上表面(第一面)上的电极层78与烧制后的阴极20对应，该电极层78上的金属粉末层74与烧制后的第一金属多孔质层30对应，电解质层76的下表面(第二面)下的电极层78与烧制后的阳极40对应，该电极层78下的金属粉末层74与烧制后的第二金属多孔质层50对应，隔板用生片72与烧制后的隔板60对应。

相对于该成型体95，以例如100mpa的压力进行等静压成型。将各层密合的成型体95切割成边长为60mm～65mm的正方形。然后，在大气气氛中进行脱粘合剂处理。有机成分在200℃～700℃的期间慢慢分解，因此，为了抑制脱粘合剂处理的不良，在200℃～700℃的温度范围内用1周左右的时间慢慢升温。然后，以700℃维持1小时左右。

接着，将除去了粘合剂的成型体95转移至还原烧制炉中，在100％h2、0.1～4％h2-ar气氛等还原气氛中进行烧制。能够依据公知的烧结一体型的sofc堆的制造方法。即，构成的金属和陶瓷材料以至少一部分烧结而得到致密质或多孔质的期望的烧制体的方式实施。优选使所有的要素共烧结。例如，能够以1200℃以上1550℃以下的温度进行加热处理，更优选为1250℃以上1400℃以下。此外，上述烧制温度下的烧制时间没有特别限定，但慢慢烧制时能够抑制各层的收缩差，因此，例如能够设为数小时～数十小时左右等。此外，气体流路层79在任一热处理中消失。

然后，根据需要使阴极20和阳极40含侵催化剂，由此，燃料电池堆200完成。例如，在阳极40含浸催化剂时，利用遮盖胶带遮挡阴极20，含浸于硝酸ni或氯化ni的溶液，进行干燥。另一方面，对于阴极20，含浸于硝酸ag、硝酸pr或lsm、lsc、lscf那样的硝酸盐前体溶液中，进行干燥。然后，在大气气氛内以300℃～850℃进行热处理，使含浸的试剂分解、反应，制成期望的催化剂。

根据本实施方式的制造方法，用于形成阴极20的电极层78和用于形成阳极40的电极层78中，氧离子传导性材料的主成分和电子传导性材料的主成分相同。由此，两层的材质类似，因此，在除去粘合剂时抑制两层的收缩应力的偏差，并抑制破裂。由此，能够通过印刷技术和一体烧制技术形成包括固体氧化物电解质层10、阴极20和阳极40的单电池部分。另外，第一金属多孔质层30和第二金属多孔质层50也能够通过印刷技术和一体烧制技术形成。由此，能够进行燃料电池100和燃料电池堆200的小型化。通过小型化，能够增加层叠数。其结果，能够实现期望的发电量。

另外，如果以印刷、层叠和一体烧制的顺序制作燃料电池堆200的各层，则能够通过较短的工艺制造，因此，能够降低制造成本。另外，如果系统整体的体积变小，则也能够降低原料成本。如果考虑实际中制作容易度，且将一个单电池面积设为5cm×5cm，则与10cm×10cm的产品相比，能够将面积缩小至1/4程度。另外，如果使用印刷技术，则能够将各燃料电池100的厚度抑制至例如0.25mm。将该燃料电池100层叠200层，能够设为5×5×5cm³的sofc系统。即使各燃料电池100的发电特性稍微降低，如果可得到0.1w/cm²的输出，则总体的发电能力也成为500w，能够通过两个sofc系统实现1kw的发电能力。在该情况下，与1kw级的sofc系统相比，例如能够将体积缩小至1/4左右。

实施例

根据上述实施方式，制作燃料电池堆200。作为致密金属用材料，使用了粒径20μm的fe-cr合金粉末。作为多孔质金属用材料，使用了粒径20μm的fe-cr合金粉末。作为气体流路形成材料，使用了丙烯酸树脂。作为电极层用材料，使用了粒径5μm的fe-cr合金粉末、100nm的10sc1ysz粉末。作为致密混合层用材料，使用了粒径5μm的fe-cr合金粉末和100nm的10sc1ysz粉末。作为电解质用材料，使用了100nm的10sc1ysz粉末。制作层叠200个燃料电池100得到的燃料电池堆200。在烧制后，固体氧化物电解质层10的厚度约为5μm。阴极20和阳极40的厚度约为20μm。金属多孔质部30a和气体流路30b为了流通空气而设计得较厚，约为95μm。金属多孔质部50a和气体流路50b为了流通燃料气体而设计得较薄，设为约为70μm。隔板60为致密的层，约为40μm。燃料电池100的厚度约为0.25mm。燃料电池堆200的尺寸为5cm×5cm×5cm。没有产生破裂。

认为这是由于，阴极20和阳极40中，使氧离子传导性材料的主成分相同，且使电子传导性材料的主成分相同，因此，抑制了脱胶、烧制时收缩引起的变形。

以上，对本发明的实施例进行了详细叙述，但本发明不限定于上述的特定的实施例，可在权利要求书所记载的本发明的宗旨的范围内进行各种变形、变更。