固体电解质燃料电池及其制备方法转让专利
申请号 : CN200710087563.9
文献号 : CN101047259B
文献日 : 2010-07-21
发明人 : 片桐史雅 , 菅沼茂明 , 德武安卫 , 吉池润 , 堀内道夫
申请人 : 新光电气工业株式会社
摘要 :
一种固体电解质燃料电池，其具有：形成在固体电解质层10的一侧上的阴极层16和形成在固体电解质层10的另一侧上的阳极层18，其中，阴极层16包含与固体电解质层接触的第一阴极层12和覆盖第一阴极层12的第二阴极层14，第二阴极层14的孔隙率比第一阴极层12的孔隙率高，并且第一阴极层12被分成多个岛状部分12a、12a…。
权利要求 :
1.一种固体电解质燃料电池，其具有：
固体电解质层，
形成在该固体电解质层的一侧上的阴极层，和
形成在该固体电解质层的另一侧上的阳极层，
其中，所述阴极层包含第一阴极层和第二阴极层，所述第一阴极层与所述固体电解质层接触，所述第二阴极层覆盖所述第一阴极层，所述第二阴极层比所述第一阴极层具有更高的孔隙率，所述第一阴极层被分成多个岛状部分，构成所述第一阴极层的所述多个岛状部分是周期性地形成的，并且所述固体电解质层的面向阴极层这一侧的表面被周期性地粗糙化以得到粗糙化表面，所述粗糙化部分的凹进侧设置有构成所述第一阴极层的所述岛状部分，而突起侧设置有位于所述岛状部分之间的间隙。
2.如权利要求1所限定的固体电解质燃料电池，其中所述第一阴极层的所述多个岛状部分之间的间隙由构成所述第二阴极层的模塑材料填充。
3.如权利要求1所限定的固体电解质燃料电池，其中所述固体电解质层的表面是具有彼此周期不同的两种粗糙化部分的粗糙化表面，所述的两种粗糙化部分由第一粗糙化部分和第二粗糙化部分组成，其中在所述的第一粗糙化部分中，凹进部分和突起部分周期性地依次出现，其中所述凹进部分与设置在其上并且构成所述第一阴极层的所述岛状部分相对应，所述突起部分上设置有位于所述岛状部分之间的间隙；以及所述的第二粗糙化部分形成在所述的第一粗糙化部分上，并且其周期比所述第一粗糙化部分的周期短。
4.如权利要求1所限定的固体电解质燃料电池，其中构成所述第一阴极层的每个所述的岛状部分均配置有金属线，所述金属线构成集电用网状金属或线状金属，所述网状金属或线状金属被嵌入或固定到所述的第二阴极层。
5.如权利要求1所限定的固体电解质燃料电池，其中所述第一阴极层的孔隙率为10体积％或更低，
所述第二阴极层的孔隙率为50体积％或更高。
6.如权利要求1所限定的固体电解质燃料电池，其中所述的第二阴极层是多孔层，该多孔层是通过在煅烧过程中加入在所述阴极层的煅烧温度下会发生气化的造孔剂而得到的，并且所述的第一阴极层是致密层，该致密层是通过在不加入造孔剂的条件下进行煅烧而得到的。
7.如权利要求6所限定的固体电解质燃料电池，其中所述造孔剂的添加量为50-70体积％。
8.如权利要求1所限定的固体电解质燃料电池，其中所述第一阴极层和所述第二阴极层各自包含构成所述固体电解质层的电解质和掺入其中并与之混合的电极材料。
9.如权利要求8所限定的固体电解质燃料电池，其中所述第一阴极层中的所述固体电解质的混合比率大于所述第二阴极层中的所述固体电解质的混合比率。
10.如权利要求1所限定的固体电解质燃料电池，其中当在开放大气中将所述固体电解质燃料电池的一侧暴露在火焰中以产生电能时，该固体电解质燃料电池的阳极层这一侧暴露于火焰中，而其阴极层那一侧则暴露在大气中。
11.一种制备固体电解质燃料电池的方法，该方法包括以下步骤：在固体电解质层的一侧层压第一阴极片，该第一阴极片中掺有阴极层电极材料，在所述的第一阴极片上层压第二阴极片，该第二阴极片中掺有阴极层电极材料和造孔剂，在所述固体电解质层的另一侧层压阳极片，该阳极片中掺有阳极层电极材料，以及在使得所述造孔剂气化的温度下煅烧所述第一阴极片、所述第二阴极片和所述阳极片，以形成第一阴极层、第二阴极层和阳极层，其中在煅烧前或煅烧过程中，所述的第一阴极片被分成多个岛状部分，以在所述固体电解质层的一侧上形成具有多个岛状部分的第一阴极层，并且构成所述第一阴极层的所述多个岛状部分是周期性地形成的，所述固体电解质层的面向阴极层这一侧的表面被周期性地粗糙化以得到粗糙化表面，所述粗糙化部分的凹进侧设置有构成所述第一阴极层的所述岛状部分，而突起侧设置有位于所述岛状部分之间的间隙。
12.如权利要求11所限定的制备固体电解质燃料电池的方法，其中所述固体电解质层的其上层压有所述第一阴极片的这一侧的表面上形成有粗糙化部分，该粗糙化部分具有凹进部分和突起部分，其中所述凹进部分与构成所述第一阴极层的所述岛状部分相对应，所述第一阴极层是由煅烧所述第一阴极片而得到的，所述突起部分与位于所述岛状部分之间的间隙相对应，所述凹进部分和所述突起部分周期性地依次出现，从而使得所述固体电解质层的所述这一侧的表面被粗糙化。
13.如权利要求11所限定的制备固体电解质燃料电池的方法，其中所述固体电解质层具有彼此周期不同的两种粗糙化部分，以使所述其上层压有所述第一阴极片的表面形成为粗糙化表面，其中所述的两种粗糙化部分由第一粗糙化部分和第二粗糙化部分组成，其中在所述的第一粗糙化部分中，凹进部分和突起部分周期性地依次出现，其中所述凹进部分与构成所述第一阴极层的所述岛状部分相对应，所述突起部分与位于所述岛状部分之间的间隙相对应，所述第一阴极层是由煅烧所述第一阴极片而得到的；以及所述的第二粗糙化部分形成在所述的第一粗糙化部分的表面上，并且其周期比所述第一粗糙化部分的周期短。
14.如权利要求13所限定的制备固体电解质燃料电池的方法，还包括以下步骤：把由有机纤维或金属纤维制成的织物压到构成所述固体电解质层的固体电解质生片的至少一侧上，从而，通过所述织物中纬线与经线的交叉而在所述生片的所述那至少一侧的表面上形成第一粗糙化部分，以及通过构成所述纬线和所述经线的单纤维而在所述第一粗糙化部分的表面上形成第二粗糙化部分，其中该第一粗糙化部分具有一定的周期、并且凹进部分和突起部分周期性地依次出现，该第二粗糙化部分的周期比所述第一粗糙化部分的周期短；以及煅烧该固体电解质生片。
15.如权利要求11所限定的制备固体电解质燃料电池的方法，还包括以下步骤：在固体电解质层的一侧上层压第一阴极片，所述固体电解质层具有凹进部分和突起部分，其中所述凹进部分与构成所述第一阴极层的岛状部分相对应，所述突起部分与所述岛状部分之间的间隙相对应，所述凹进部分和所述突起部分周期性地依次出现，并且所述第一阴极层是通过煅烧所述第一阴极片而得到的；
暂时性煅烧所述的第一阴极片，使得构成所述第一阴极层的所述多个岛状部分分别形成在所述固体电解质层的所述粗糙化部分的所述凹进部分中；
在所述第一阴极层上层压第二阴极片，在所述固体电解质层的另一侧上层压阳极片；以及对所述第一阴极层、所述第二阴极片和所述阳极片进行煅烧。
16.如权利要求11所限定的制备固体电解质燃料电池的方法，其中，将集电用网状金属或线状金属嵌入或者固定到所述第二阴极片或所述阳极片，并且作为所述的网状金属或所述的线状金属，采用其中设置有与构成所述第一阴极层的所述岛状部分相对应的金属线的网状金属或线状金属，所述第一阴极层是由煅烧所述第一阴极片而得到的。
17.如权利要求11所限定的制备固体电解质燃料电池的方法，其中掺入所述第二阴极片中的造孔剂的量为50-70体积％。
18.如权利要求11所限定的制备固体电解质燃料电池的方法，其中所述第一阴极片和所述第二阴极片各自包含构成所述固体电解质层的电解质和掺入其中并与之混合的电极材料。
19.如权利要求18所限定的制备固体电解质燃料电池的方法，其中所述第一阴极片中所掺入的所述固体电解质的量大于所述第二阴极片中所掺入的所述固体电解质的量。
说明书 :
技术领域
本发明涉及固体电解质燃料电池及其制备方法，更具体地说，本发明涉及这样一种固体电解质燃料电池及其制备方法，其具有在固体电解质层的一侧上形成的阴极层、以及在该固体电解质层的另一侧上形成的阳极层。
背景技术
以下引用的专利文献1提出了一种简单的燃料电池，其可以被设置在燃烧火焰中或燃烧火焰附近以产生电能。这种燃料电池在图13中示出。图13所示的燃料电池100(下文称之为“固体电解质燃料电池100”)具有在固体电解质层102的一侧上形成的具有致密结构的阴极层104、以及在该固体电解质层102的另一侧上形成的阳极层110。阴极层104和阳极层110各自为多孔层的形式，并且其中分别嵌有或固定有网状金属106、112。引线108、114分别从网状金属106、112延伸出来。
[专利文献1]JP-A-2005-63686
当图13所示的固体电解质燃料电池100的阳极层110那一侧被放置在燃烧火焰中或燃烧火焰附近时，固体电解质燃料电池100能够产生电能，并由引线108、114输出所产生的电能。
然而，当图13所示的固体电解质燃料电池100的阳极层110那一侧被反复暴露于火焰(热冲击)中时，会出现这样的现象：如用于说明固体电解质燃料电池100的发电性能的图14中的箭头A所示，引线108、114输出的电功率(由图14中的实心圆圈表示)逐渐减小，这表明固体电解质燃料电池100缺乏耐久性。而且，引线108、114输出的电功率也不够充足。由此，需要改善图13所示的固体电解质燃料电池100的耐久性和电功率输出。
在图14中，空白圆圈表示在引线108、114上的电压输出。
为了研究图13所示的固体电解质燃料电池100耐久性差的原因，本发明人观察了其阳极层110那一侧被反复暴露于火焰中的固体电解质燃料电池100的剖面电子显微照片。结果发现：如图15所示，多孔阴极层104与具有致密结构的固体电解质层102这二者的界面发生了剥离，并且固体电解质层102发生了断裂。
经进一步观察发现：嵌在阴极层104中的用于构成网状金属的金属线与阴极层104之间的附着作用遭到破坏。
[专利文献1]JP-A-2005-63686
当图13所示的固体电解质燃料电池100的阳极层110那一侧被放置在燃烧火焰中或燃烧火焰附近时，固体电解质燃料电池100能够产生电能，并由引线108、114输出所产生的电能。
然而，当图13所示的固体电解质燃料电池100的阳极层110那一侧被反复暴露于火焰(热冲击)中时，会出现这样的现象：如用于说明固体电解质燃料电池100的发电性能的图14中的箭头A所示，引线108、114输出的电功率(由图14中的实心圆圈表示)逐渐减小，这表明固体电解质燃料电池100缺乏耐久性。而且，引线108、114输出的电功率也不够充足。由此，需要改善图13所示的固体电解质燃料电池100的耐久性和电功率输出。
在图14中，空白圆圈表示在引线108、114上的电压输出。
为了研究图13所示的固体电解质燃料电池100耐久性差的原因，本发明人观察了其阳极层110那一侧被反复暴露于火焰中的固体电解质燃料电池100的剖面电子显微照片。结果发现：如图15所示，多孔阴极层104与具有致密结构的固体电解质层102这二者的界面发生了剥离，并且固体电解质层102发生了断裂。
经进一步观察发现：嵌在阴极层104中的用于构成网状金属的金属线与阴极层104之间的附着作用遭到破坏。
发明内容
因此，本发明的目的是提供这样一种固体电解质燃料电池，当其阳极层那一侧被放置在燃烧火焰中或燃烧火焰附近以产生电能时，该固体电解质燃料电池可以提供较高的电功率，并且具有更好的耐久性。
为解决上述问题，本发明人进行了深入的研究。结果发现：在阴极层为具有第一阴极层和第二阴极层的双层结构，并且其中，所述第一阴极层与固体电解质层接触，而所述第二阴极层覆盖所述第一阴极层，其中所形成的第二阴极层比所述第一阴极层具有更高的孔隙率，并且所述第一阴极层被分成多个岛状部分的情况下，可以提高固体电解质燃料电池的供电功率和耐久性。由此得到本发明。
换句话说，根据本发明，提供了一种固体电解质燃料电池，其具有：固体电解质层，形成在该固体电解质层的一侧上的阴极层和形成在该固体电解质层的另一侧上的阳极层，其中，所述阴极层包含与所述固体电解质层接触的第一阴极层和覆盖所述第一阴极层的第二阴极层，其中所述第二阴极层比所述第一阴极层具有更高的孔隙率，并且所述第一阴极层被分成多个岛状部分。
在根据本发明的固体电解质燃料电池中，构成第一阴极层的多个岛状部分是周期性形成的。通过这种方式，可以使岛状部分之间的间隙的宽度恒定，从而可以使各岛状部分的耐久性等恒定。通过用构成第二阴极层的模塑材料填充岛状部分之间的间隙，可以进一步提高固体电解质燃料电池的输出。
此外，固体电解质层的面向阴极层这一侧的表面被周期性的粗糙化以得到粗糙化表面，粗糙化部分的凹进侧设置有构成第一阴极层的岛状部分、而突起侧设置有位于岛状部分之间的间隙。通过这种方式，可以容易地形成构成第一阴极层的岛状部分。通过在第一粗糙化部分(其上具有周期性地依次出现的与岛状部分相对应的凹进部分和具有岛状部分之间的间隙的突起部分)的表面上形成其周期比第一粗糙化部分更短的第二粗糙化部分，可以进一步提高岛状部分和固体电解质层之间的抗剥离强度。
通过为构成第一阴极层的每个岛状部分提供金属线，该金属线用于构成被嵌入在第二阴极层中或者固定到第二阴极层的集电用网状金属或者线状金属，可以提高固体电解质燃料电池的输出。
此外优选的是，第一阴极层的孔隙率为10体积％或更低，第二阴极层的孔隙率为50体积％或更高。
可以通过加入在煅烧阴极层的煅烧温度下发生气化的造孔剂来获得其孔隙率落入上述限定范围内的第二阴极层，可以通过在不加入造孔剂的条件下进行煅烧来获得第一阴极层。在此要掺入的造孔剂其添加量优选为50-70体积％。
通过形成包含了用于形成固体电解质层的电解质以及与之混合的电极材料这二者的第一阴极层和第二阴极层，可以尽可能地降低第一阴极层和第二阴极层以及固体电解质层之间的热膨胀系数的差别。尤其是，通过使第一阴极层中的固体电解质的混合比率比第二阴极层中的高，可以进一步提高固体电解质燃料电池的热阻。
当在开放大气中将该固体电解质燃料电池的一侧暴露在火焰中以产生电能时，将其阳极层这一侧暴露于火焰中，而其阴极层那一侧则暴露在大气中，从而可产生电能。
根据本发明，提供一种制备固体电解质燃料电池的方法，其包括下列步骤：在固体电解质层的一侧层压其中掺有阴极层电极材料的第一阴极片，在第一阴极片上层压其中掺有阴极层电极材料和造孔剂的第二阴极片，在固体电解质层的另一侧层压其中掺有阳极层电极材料的阳极片；在使得造孔剂气化的温度下煅烧第一阴极片、第二阴极片和阳极片以形成第一阴极层、第二阴极层和阳极层，其中，在煅烧前或煅烧中，第一阴极片被分成多个岛状部分以在固体电解质层的一侧上形成具有多个岛状部分的第一阴极层。
在根据本发明的制备固体电解质燃料电池的方法中，固体电解质层的其上层压有第一阴极片的这一侧的表面上形成有粗糙化部分，该粗糙化部分具有与构成第一阴极层(由煅烧第一阴极片而得到)的岛状部分相对应的凹进部分、以及与岛状部分之间的间隙相对应的突起部分，该凹进部分和突起部分周期性地依次出现，由此可以容易地形成构成第一阴极层的岛状部分。从而，可以周期性地形成岛状部分。
此外，固体电解质层具有两种周期彼此不同的粗糙化部分以在其层压有第一阴极片的表面上形成粗糙化表面，其中，这两种粗糙化部分由第一粗糙化部分和第二粗糙化部分组成，在第一粗糙化部分中，与构成第一阴极层(由煅烧第一阴极片而得到)的岛状部分相对应的凹进部分、以及与岛状部分之间的间隙相对应的突起部分周期性地依次出现，第二粗糙化部分形成在第一粗糙化部分的表面上并且其周期比第一粗糙化部分的周期短。通过这种方式，可以进一步增强构成第一阴极层的岛状部分与固体电解质层之间的附着作用。
可以通过以下方法容易地形成前述的固体电解质层：把由有机纤维或金属纤维制成的织物压到构成固体电解质层的固体电解质生片的至少一侧上，从而，通过织物中纬线与经线的交叉而在生片的所述那至少一侧的表面上形成具有一定周期的、凹进部分和突起部分周期性地依次出现的第一粗糙化部分，并且通过构成所述纬线和所述经线的单纤维而在所述第一粗糙化部分的表面上形成其周期比第一粗糙化部分短的第二粗糙化部分；以及煅烧该固体电解质生片。
可以通过以下方法用形成第二阴极层的模塑材料来填充位于构成第一阴极层的岛状部分之间的间隙，所述方法为：在固体电解质层的一侧上层压第一阴极片，其中所述固体电解质层具有与构成第一阴极层(由煅烧第一阴极片而得到)的岛状部分相对应的凹进部分、以及与岛状部分之间的间隙相对应的突起部分，该凹进部分和突起部分周期性地依次出现；暂时性煅烧第一阴极片，使得构成第一阴极层的多个岛状部分分别形成在固体电解质层的粗糙化部分的凹进部分中；在第一阴极层上层压第二阴极片，在固体电解质层的另一侧上层压阳极片；以及对第一阴极层、第二阴极片和阳极片进行煅烧。
此外，如果集电用网状金属或线状金属被嵌入到或者固定到第二阴极片或阳极片，可以为构成第一阴极层(由煅烧第一阴极片而得到)的各个岛状部分配设用于构成集电用网状金属或线状金属的金属线；作为所述的这种网状金属或线状金属，可以采用其中设有与第一阴极片的岛状部分相对应的金属线的网状金属或线状金属。
而且，如果加入第二阴极片中的造孔剂的量为50-70体积％，则有可能使第一阴极层的孔隙率为10体积％或更低，使第二阴极层的孔隙率为50体积％或更大。
此外，如果第一阴极片和第二阴极片分别包含构成固体电解质层的电解质以及与之混合的电极材料，则可以尽可能地降低第一阴极层和第二阴极层以及固体电解质层之间的热膨胀系数的差别。尤其是，通过使第一阴极层中的固体电解质的混合比率比第二阴极层中的高，可以进一步提高固体电解质燃料电池的热阻。
根据本发明的固体电解质燃料电池，当该固体电解质燃料电池被放置在燃烧火焰中或燃烧火焰附近以产生电能时，可以提高本发明的固体电解质燃料电池的供电功率和耐久性。据考虑，该机理的原因如下所述。
首先，在根据本发明的固体电解质燃料电池中，阴极层包含与固体电解质层接触的第一阴极层和覆盖第一阴极层的、孔隙率比第一阴极层高的第二阴极层。第二阴极层具有嵌在其中或固定到其上的集电用网状金属或线状金属。通过这种方式，当通过煅烧而形成这种阴极层时，由于孔的存在而可以减小阴极层电极材料和网状金属或线状金属之间的热性能的差别，从而使得有可能增强网状金属或线状金属和电极材料之间的附着作用。
此外，第一阴极层被分成多个岛状部分。因此，在固体电解质燃料电池的阳极层这一侧被放置在燃烧火焰中或燃烧火焰附近以产生电能时，由于第一阴极层和固体电解质层之间的热膨胀系数的差别而产生的应力就会被分散，从而使得有可能防止固体电解质层和构成第一阴极层的岛状部分之间彼此剥离。
而且，在根据本发明的固体电解质燃料电池中，可以增大气体(例如氧气)、电极材料和电解质材料彼此相接触的三相界面的面积。
此外，在根据本发明的固体电解质燃料电池中，第二阴极层具有比第一阴极层高的孔隙率。通过这种方式，在第一阴极层与固体电解质层的界面处氧离子可以容易地向固体电解质层传导。
因此，网状金属或线状金属和电极材料之间的附着作用得到增强、固体电解质层和构成第一阴极层的岛状部分之间的彼此剥离被防止、气体(例如氧气)和电极材料以及电解质材料彼此相接触的三相界面的面积增大、以及在第一阴极层与固体电解质层的界面处促进氧离子向固体电解质层传导这些因素结合在一起，使得本发明的固体电解质燃料电池可以比相关技术的固体电解质燃料电池具有更高的电功率输出和更好的耐久性。
为解决上述问题，本发明人进行了深入的研究。结果发现：在阴极层为具有第一阴极层和第二阴极层的双层结构，并且其中，所述第一阴极层与固体电解质层接触，而所述第二阴极层覆盖所述第一阴极层，其中所形成的第二阴极层比所述第一阴极层具有更高的孔隙率，并且所述第一阴极层被分成多个岛状部分的情况下，可以提高固体电解质燃料电池的供电功率和耐久性。由此得到本发明。
换句话说，根据本发明，提供了一种固体电解质燃料电池，其具有：固体电解质层，形成在该固体电解质层的一侧上的阴极层和形成在该固体电解质层的另一侧上的阳极层，其中，所述阴极层包含与所述固体电解质层接触的第一阴极层和覆盖所述第一阴极层的第二阴极层，其中所述第二阴极层比所述第一阴极层具有更高的孔隙率，并且所述第一阴极层被分成多个岛状部分。
在根据本发明的固体电解质燃料电池中，构成第一阴极层的多个岛状部分是周期性形成的。通过这种方式，可以使岛状部分之间的间隙的宽度恒定，从而可以使各岛状部分的耐久性等恒定。通过用构成第二阴极层的模塑材料填充岛状部分之间的间隙，可以进一步提高固体电解质燃料电池的输出。
此外，固体电解质层的面向阴极层这一侧的表面被周期性的粗糙化以得到粗糙化表面，粗糙化部分的凹进侧设置有构成第一阴极层的岛状部分、而突起侧设置有位于岛状部分之间的间隙。通过这种方式，可以容易地形成构成第一阴极层的岛状部分。通过在第一粗糙化部分(其上具有周期性地依次出现的与岛状部分相对应的凹进部分和具有岛状部分之间的间隙的突起部分)的表面上形成其周期比第一粗糙化部分更短的第二粗糙化部分，可以进一步提高岛状部分和固体电解质层之间的抗剥离强度。
通过为构成第一阴极层的每个岛状部分提供金属线，该金属线用于构成被嵌入在第二阴极层中或者固定到第二阴极层的集电用网状金属或者线状金属，可以提高固体电解质燃料电池的输出。
此外优选的是，第一阴极层的孔隙率为10体积％或更低，第二阴极层的孔隙率为50体积％或更高。
可以通过加入在煅烧阴极层的煅烧温度下发生气化的造孔剂来获得其孔隙率落入上述限定范围内的第二阴极层，可以通过在不加入造孔剂的条件下进行煅烧来获得第一阴极层。在此要掺入的造孔剂其添加量优选为50-70体积％。
通过形成包含了用于形成固体电解质层的电解质以及与之混合的电极材料这二者的第一阴极层和第二阴极层，可以尽可能地降低第一阴极层和第二阴极层以及固体电解质层之间的热膨胀系数的差别。尤其是，通过使第一阴极层中的固体电解质的混合比率比第二阴极层中的高，可以进一步提高固体电解质燃料电池的热阻。
当在开放大气中将该固体电解质燃料电池的一侧暴露在火焰中以产生电能时，将其阳极层这一侧暴露于火焰中，而其阴极层那一侧则暴露在大气中，从而可产生电能。
根据本发明，提供一种制备固体电解质燃料电池的方法，其包括下列步骤：在固体电解质层的一侧层压其中掺有阴极层电极材料的第一阴极片，在第一阴极片上层压其中掺有阴极层电极材料和造孔剂的第二阴极片，在固体电解质层的另一侧层压其中掺有阳极层电极材料的阳极片；在使得造孔剂气化的温度下煅烧第一阴极片、第二阴极片和阳极片以形成第一阴极层、第二阴极层和阳极层，其中，在煅烧前或煅烧中，第一阴极片被分成多个岛状部分以在固体电解质层的一侧上形成具有多个岛状部分的第一阴极层。
在根据本发明的制备固体电解质燃料电池的方法中，固体电解质层的其上层压有第一阴极片的这一侧的表面上形成有粗糙化部分，该粗糙化部分具有与构成第一阴极层(由煅烧第一阴极片而得到)的岛状部分相对应的凹进部分、以及与岛状部分之间的间隙相对应的突起部分，该凹进部分和突起部分周期性地依次出现，由此可以容易地形成构成第一阴极层的岛状部分。从而，可以周期性地形成岛状部分。
此外，固体电解质层具有两种周期彼此不同的粗糙化部分以在其层压有第一阴极片的表面上形成粗糙化表面，其中，这两种粗糙化部分由第一粗糙化部分和第二粗糙化部分组成，在第一粗糙化部分中，与构成第一阴极层(由煅烧第一阴极片而得到)的岛状部分相对应的凹进部分、以及与岛状部分之间的间隙相对应的突起部分周期性地依次出现，第二粗糙化部分形成在第一粗糙化部分的表面上并且其周期比第一粗糙化部分的周期短。通过这种方式，可以进一步增强构成第一阴极层的岛状部分与固体电解质层之间的附着作用。
可以通过以下方法容易地形成前述的固体电解质层：把由有机纤维或金属纤维制成的织物压到构成固体电解质层的固体电解质生片的至少一侧上，从而，通过织物中纬线与经线的交叉而在生片的所述那至少一侧的表面上形成具有一定周期的、凹进部分和突起部分周期性地依次出现的第一粗糙化部分，并且通过构成所述纬线和所述经线的单纤维而在所述第一粗糙化部分的表面上形成其周期比第一粗糙化部分短的第二粗糙化部分；以及煅烧该固体电解质生片。
可以通过以下方法用形成第二阴极层的模塑材料来填充位于构成第一阴极层的岛状部分之间的间隙，所述方法为：在固体电解质层的一侧上层压第一阴极片，其中所述固体电解质层具有与构成第一阴极层(由煅烧第一阴极片而得到)的岛状部分相对应的凹进部分、以及与岛状部分之间的间隙相对应的突起部分，该凹进部分和突起部分周期性地依次出现；暂时性煅烧第一阴极片，使得构成第一阴极层的多个岛状部分分别形成在固体电解质层的粗糙化部分的凹进部分中；在第一阴极层上层压第二阴极片，在固体电解质层的另一侧上层压阳极片；以及对第一阴极层、第二阴极片和阳极片进行煅烧。
此外，如果集电用网状金属或线状金属被嵌入到或者固定到第二阴极片或阳极片，可以为构成第一阴极层(由煅烧第一阴极片而得到)的各个岛状部分配设用于构成集电用网状金属或线状金属的金属线；作为所述的这种网状金属或线状金属，可以采用其中设有与第一阴极片的岛状部分相对应的金属线的网状金属或线状金属。
而且，如果加入第二阴极片中的造孔剂的量为50-70体积％，则有可能使第一阴极层的孔隙率为10体积％或更低，使第二阴极层的孔隙率为50体积％或更大。
此外，如果第一阴极片和第二阴极片分别包含构成固体电解质层的电解质以及与之混合的电极材料，则可以尽可能地降低第一阴极层和第二阴极层以及固体电解质层之间的热膨胀系数的差别。尤其是，通过使第一阴极层中的固体电解质的混合比率比第二阴极层中的高，可以进一步提高固体电解质燃料电池的热阻。
根据本发明的固体电解质燃料电池，当该固体电解质燃料电池被放置在燃烧火焰中或燃烧火焰附近以产生电能时，可以提高本发明的固体电解质燃料电池的供电功率和耐久性。据考虑，该机理的原因如下所述。
首先，在根据本发明的固体电解质燃料电池中，阴极层包含与固体电解质层接触的第一阴极层和覆盖第一阴极层的、孔隙率比第一阴极层高的第二阴极层。第二阴极层具有嵌在其中或固定到其上的集电用网状金属或线状金属。通过这种方式，当通过煅烧而形成这种阴极层时，由于孔的存在而可以减小阴极层电极材料和网状金属或线状金属之间的热性能的差别，从而使得有可能增强网状金属或线状金属和电极材料之间的附着作用。
此外，第一阴极层被分成多个岛状部分。因此，在固体电解质燃料电池的阳极层这一侧被放置在燃烧火焰中或燃烧火焰附近以产生电能时，由于第一阴极层和固体电解质层之间的热膨胀系数的差别而产生的应力就会被分散，从而使得有可能防止固体电解质层和构成第一阴极层的岛状部分之间彼此剥离。
而且，在根据本发明的固体电解质燃料电池中，可以增大气体(例如氧气)、电极材料和电解质材料彼此相接触的三相界面的面积。
此外，在根据本发明的固体电解质燃料电池中，第二阴极层具有比第一阴极层高的孔隙率。通过这种方式，在第一阴极层与固体电解质层的界面处氧离子可以容易地向固体电解质层传导。
因此，网状金属或线状金属和电极材料之间的附着作用得到增强、固体电解质层和构成第一阴极层的岛状部分之间的彼此剥离被防止、气体(例如氧气)和电极材料以及电解质材料彼此相接触的三相界面的面积增大、以及在第一阴极层与固体电解质层的界面处促进氧离子向固体电解质层传导这些因素结合在一起，使得本发明的固体电解质燃料电池可以比相关技术的固体电解质燃料电池具有更高的电功率输出和更好的耐久性。
附图说明
图1是示出本发明固体电解质燃料电池的实例的部分剖视图；
图2是示出制备图1所示固体电解质层的方法的实例的示意图；
图3A和3B是示出由图2所示制备方法得到的固体电解质层来制备图1所示固体电解质燃料电池的方法的流程图；
图4是示出加入到构成第二阴极层14的多孔层膏体中的造孔剂的量与所得到的固体电解质燃料电池的电功率之间的关系的图；
图5是示出通过热冲击对图1所示的固体电解质燃料电池进行性能劣化测试的结果的图；
图6为比较例固体电解质燃料电池的部分剖视图；
图7是示出通过热冲击对图6所示的固体电解质燃料电池进行性能劣化测试的结果的图；
图8A和8B是显示图1所示的固体电解质燃料电池耐久性优异的示意图；
图9A到9C是示出制备图1所示固体电解质燃料电池的方法的另一实例的流程图；
图10是示出由图9所示制备方法得到的固体电解质燃料电池的发电性能的图；
图11是示出形成第二阴极层12的另一种方法的部分剖视图；
图12是示出实施例1得到的固体电解质燃料电池的剖面的电子显微镜照片；
图13为相关技术固体电解质燃料电池的剖视图；
图14是示出通过热冲击对图13所示的固体电解质燃料电池进行性能劣化测试的结果的图；
图15是示出通过热冲击对图13所示的固体电解质燃料电池进行性能劣化测试后其剖面的电子显微镜照片。
图2是示出制备图1所示固体电解质层的方法的实例的示意图；
图3A和3B是示出由图2所示制备方法得到的固体电解质层来制备图1所示固体电解质燃料电池的方法的流程图；
图4是示出加入到构成第二阴极层14的多孔层膏体中的造孔剂的量与所得到的固体电解质燃料电池的电功率之间的关系的图；
图5是示出通过热冲击对图1所示的固体电解质燃料电池进行性能劣化测试的结果的图；
图6为比较例固体电解质燃料电池的部分剖视图；
图7是示出通过热冲击对图6所示的固体电解质燃料电池进行性能劣化测试的结果的图；
图8A和8B是显示图1所示的固体电解质燃料电池耐久性优异的示意图；
图9A到9C是示出制备图1所示固体电解质燃料电池的方法的另一实例的流程图；
图10是示出由图9所示制备方法得到的固体电解质燃料电池的发电性能的图；
图11是示出形成第二阴极层12的另一种方法的部分剖视图；
图12是示出实施例1得到的固体电解质燃料电池的剖面的电子显微镜照片；
图13为相关技术固体电解质燃料电池的剖视图；
图14是示出通过热冲击对图13所示的固体电解质燃料电池进行性能劣化测试的结果的图；
图15是示出通过热冲击对图13所示的固体电解质燃料电池进行性能劣化测试后其剖面的电子显微镜照片。
具体实施方式
根据本发明的固体电解质燃料电池的一个例子如图1所示。图1为该固体电解质燃料电池的部分剖视图。固体电解质层10的一侧上设置有阴极层16、另一侧上设置有阳极层18，其中阴极层16具有嵌入其中并且构成集电用网状金属的铂金属线20、20…，阳极层18具有嵌入其中并且构成集电用网状金属的铂金属线20、20…。
固体电解质层10为致密结构。可以使用任何已知的固体电解质作为用于构成固体电解质层10的固体电解质。在此可使用的固体电解质的例子包括：YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)、ScSz(氧化钪稳定的氧化锆)、用Ce、Al等掺杂上述这些氧化锆而得到的氧化锆基陶瓷、二氧化铈基陶瓷(例如SDC(氧化钐掺杂的二氧化铈)和GDC(氧化钆掺杂的二氧化铈))、以及LSGM(镓酸镧)等。
图1所示的固体电解质层10具有两种周期不同的粗糙化部分以形成粗糙化表面。这两种粗糙化部分由周期长的第一粗糙化部分和其周期比第一粗糙化部分的短的第二粗糙化部分组成，其中，第二粗糙化部分形成在第一粗糙化部分的表面上。
形成在固体电解质层10的一侧上的阴极层16具有由第一阴极层12和第二阴极层14构成的双层结构，其中，第一阴极层12被设置成与固体电解质层10的一侧相接触，第二阴极层14被设置成覆盖第一阴极层12、并且具有嵌入该第二阴极层中的构成集电用网状金属的铂金属线20、20…。第二阴极层14的孔隙率比第一阴极层12的大。具体而言，第一阴极层12是孔隙率小于或等于10体积％的致密层，第二阴极层14是孔隙率大于或等于50体积％的多孔层(优选为小于或等于70体积％)。
同样，可以使用任何已知的阴极层电极材料作为用于形成阴极层16的阴极层电极材料。在此可使用的阴极层电极材料的例子包括：其中含有锶(Sr)的在日本使用的元素周期表中的第3族元素(例如镧)的锰酸盐化合物(例如亚锰酸锶镧等)、钴酸盐化合物(例如高钴酸钐锶(samarium strontium cobaltite)、高钴酸镧锶(lanthanumstrontium cobaltite)等)、或者铁酸盐化合物(例如，铁酸锶镧等)。
在构成阴极层16的第一阴极层12和第二阴极层14均由阴极层电极材料和构成固体电解质层10的电解质相混合而形成时，可以尽可能地降低阴极层16和固体电解质层10之间的热膨胀系数的差别，从而可以防止固体电解质层10和阴极层16彼此剥离。
尤其是，在第一阴极层12(其被设置成与固体电解质层10紧密接触)和第二阴极层14中，将第一阴极层12中的电解质的混合比率预先确定为比第二阴极层14中的高，从而使得有可能形成作为电解质梯度层的阴极层16，并且进一步提高固体电解质燃料电池的热阻。
第二阴极层14可以通过以下方法制成：将通过混合预定量的阴极电极材料和电解质以及造孔剂而得到的多孔层膏体制成片状，然后在不低于造孔剂的气化温度的温度下对该混合物进行煅烧。作为造孔剂，优选使用碳基造孔剂。
第一阴极层12可以通过以下方法得到：将通过混合预定量的不含造孔剂的阴极层电极材料和电解质而得到的致密层膏体制成片状，然后在预定温度下对该混合物进行煅烧。
此外，在图1所示的固体电解质燃料电池中，第一阴极层12被分成多个岛状部分12a、12a…。通过这种方式，由于固体电解质层10和第一阴极层12之间的热膨胀系数差别而产生的应力就会被分散。由此，这种效果与形成在固体电解质层10的一侧上的、具有短周期的第二粗糙化部分的效果相结合，使得可以防止固体电解质层10和第一阴极层12彼此剥离。
构成第一阴极层12的多个岛状部分12a、12a…均被设置在第一粗糙化部分(其在固体电解质层10的一侧上形成并且具有长周期)的凹进侧，岛状部分12a和岛状部分12a之间的间隙被设置在第一粗糙化部分的突起侧。因此，岛状部分12a、12a…可以按照基本相同的尺寸形成，并且岛状部分12a、12a…之间的间隙可以基本相同。岛状部分12a、12a…之间的间隙的宽度取决于岛状部分12a的尺寸，但是优选为大约10μm到100μm。
构成集电用网状金属的由铂制成的金属线20被设置在第二阴极层14内并且分别与岛状部分12a、12a…对应。
可以使用任何已知的阳极层电极材料作为用于在固体电解质层10的另一侧上形成阳极层18的阳极层电极材料。在此可使用的阳极层电极材料的例子包括：镍和钴与氧化钇稳定的氧化锆基陶瓷、氧化钪稳定的氧化锆基陶瓷或者二氧化铈基陶瓷(例如SDC、GDC、YDC)形成的金属陶瓷。作为阳极层电极材料，还可以使用包含导电性氧化物(50-99重量％)作为主要成分的烧结材料。可以使用其中含有以固态溶解的锂的氧化镍等作为导电性氧化物。由于这种烧结材料具有非常好的抗氧化性，所以它可以防止由于阳极层18发生氧化而出现的各种现象，例如发电效率降低、或者由于阳极层18的电极电阻系数升高而造成不能发电、以及阳极层18与固体电解质层10剥离。此外，通过在前述的阳极层电极材料中掺入大约1-10重量％的诸如铂族元素之类的金属或其氧化物，由此而得到的阳极层电极材料也可以形成具有高发电能力的阳极层18。
当前述的阳极层18也通过混合阳极层电极材料和电解质来得到时，可以尽可能地降低阳极层18和固体电解质层10之间的热膨胀系数的差异，使得可以防止固体电解质层10和阳极层18彼此脱离。
阳极层18可以通过以下方法得到：将通过混合预定量的阳极层电极材料和电解质而得到的阳极层膏体制成片状，然后在预定温度下对该混合物进行煅烧。
为了制备图1所示的固体电解质燃料电池，首先制备固体电解质层10。固体电解质层10可以通过以下方法得到：如图2所示，在将由有机纤维或金属纤维制成的织物22、22压靠到由固体电解质制成的固体电解质生片10a的两侧上；从生片10a剥离织物22、22；然后在预定温度下煅烧生片10a。通过煅烧而得到的如图3A所示的固体电解质层10具有形成在其两侧上的周期彼此不同的两种粗糙化部分，从而形成粗糙化表面。在这两种粗糙化部分中，周期较长的第一粗糙化部分11a由位于织物22的经线22a和纬线22b的交叉部位之间的部分形成。周期较短的、形成在第一粗糙化部分11a的表面上的第二粗糙化部分11b由构成经线22a或纬线22b的单纤维形成。
接着，如图3所示，将前述的多孔层膏体印刷到由印刷致密层膏体而形成的第一阴极片32上，以在图3A所示的固体电解质层10的一侧上形成第二阴极片34。
此外，将前述的阳极层膏体印刷到固体电解质层10的另一侧上，以形成阳极片38。
第二阴极片34和阳极片38分别具有由嵌入其中的金属线20、20…所构成的网状金属。通过焊接将引线(图中未示出)固定到网状金属。
以这样一种方式将网状金属嵌在第二阴极片34中，即，把构成网状金属的金属线20、20…分别置于固体电解质层10的周期较长的第一粗糙化部分11a的凹进侧的上方。也可以将网状金属固定到第二阴极片34的表面。
然后，在可以使第二阴极片34中的造孔剂发生气化的温度下煅烧图3B所示的叠层，以得到图1所示的固体电解质燃料电池。
详细地说，在第一阴极片32中，相应于形成在固体电解质层10的表面上的周期较长的第一粗糙化部分11a的突起部分的这一部分比相应于第一粗糙化部分11a的凹进部分的那一部分薄。通过这种方式，则由于图3B所示叠层的热膨胀或热收缩而产生的应力，第一阴极片32的薄的部分就会断开从而形成多个岛状部分12a、12a…。如此，在第一阴极片32被煅烧的同时，相应于形成在固体电解质层10的表面上的周期较长的第一粗糙化部分11a的突起部分而使得该第一阴极片被分成多个部分。由此，岛状部分12a、12a…可以形成为基本相同的尺寸。岛状部分12a彼此之间的间隙的宽度可以基本相同。
此外，由于加入到第二阴极片34中的造孔剂被气化，从而形成比第一阴极层12具有更多孔的第二阴极层14。由此可得到图1所示的固体电解质燃料电池。
如前所述，图1所示的固体电解质燃料电池的阳极层18这一侧在开放大气中被放置在火焰中或者火焰附近。阳极层18与火焰相向地设置使得容易利用存在于火焰中的烃类、氢气、自由基(OH、CH、C2、O2H、CH3)作为燃料。
此外，固体电解质燃料电池的阴极层16这一侧的表面可以暴露于大气中，使得容易利用大气中的氧气。而且，可以向阴极层16吹送含氧气气体(空气、富氧气气体等)，以使阴极层16可以有效地利用氧气。
虽然如前所述将固体电解质燃料电池放置在火焰中或者火焰附近，但是固体电解质燃料电池优选被放置在火焰根部的还原焰中。将固体电解质燃料电池放置在还原焰中的方式使得该燃料电池可以利用还原焰中存在的烃类、氢气、自由基等作为燃料。甚至在使用由含有可能容易被氧化和劣化的阳极层电极材料制备的阳极层18时，所得固体电解质燃料电池仍可保持其耐久性。
作为燃料，可以使用可被燃烧和氧化以产生火焰的任何材料(可燃物质)。
加入到图3所示的用于构成第二阴极片34的多孔层膏体中的造孔剂的量与由此得到的固体电解质燃料电池的电功率之间的关系如图4所示。
在图4中，横坐标表示加入到多孔层膏体中的碳基造孔剂的量，纵坐标表示由此得到的固体电解质燃料电池的最大输出。图4显示出由不同的构成阳极层18的阳极层电极材料所得到的固体电解质燃料电池的最大输出。
从图4中可以看出，当加入到多孔层膏体中的造孔剂的量为50-70体积％时，可以提高由此得到的固体电解质燃料电池的最大输出。
虽然前面的描述都是参照在第二阴极层14和阳极层18中分别设置有网状金属的情况而做出的，但是也可以在这些层中设置线状金属。
由燃烧器产生的以丁烷气体为燃料的预混火焰被施加到图1所示的固体电解质燃料电池的阳极层18这一侧的表面上，以测试其发电性能。之后，将该固体电解质燃料电池与火焰充分隔离以便使固体电解质燃料电池整体的温度恢复到室温。接着，由燃烧器产生的预混火焰被再一次施加到该固体电解质燃料电池的阳极层18这一侧。然后重复进行这些过程，从而通过热冲击对固体电解质燃料电池进行性能劣化测试。测试结果如图5所示。从图5所示的发电性能可以看出，与图14所示的相关技术的固体电解质燃料电池相比，图1所示的固体电解燃料电池表现出：即使在经受10次重复热冲击之后，发电性能下降的幅度也显著降低。
在图5中，圆形标记表示没有经受热冲击时的电功率(实心标记)和电压(空白标记)，三角形标记表示经受5次重复热冲击后的电功率(实心标记)和电压(空白标记)，矩形标记表示经受10次重复热冲击后的电功率(实心标记)和电压(空白标记)。
另一方面，图6所示的固体电解质燃料电池由与图1所示的固体电解质燃料电池的组成材料相同的组分构成。在图6所示的固体电解质燃料电池中，两侧均为平坦状的固体电解质层200的一侧上层压有阴极层206，其另一侧上层压有阳极层210。阴极层206为第一阴极层202和第二阴极层204所构成的双层结构，其中，第一阴极层202被设置成与固体电解质层200的一侧相接触，第二阴极层204被设置成覆盖第一阴极层202。第二阴极层204的孔隙率比第一阴极层202的大。第一阴极层202没有被分成多个部分，它是片状的形式。
第二阴极层204和阳极层210分别具有嵌入其中的构成集电用网状金属的铂金属线208、208…。
对图6所示的固体电解质燃料电池进行与上文所述方法相同的通过热冲击而进行的性能劣化测试。结果呈现出图7所示的发电性能。从图7所示的发电性能可以看出，与图5所示的图1所示固体电解质燃料电池的发电性能相比，图6所示的固体电解燃料电池在经受10次重复热冲击之后其发电性能劣化得较多。
在图7中，圆形标记表示没有经受热冲击时的电功率(实心标记)和电压(空白标记)，三角形标记表示经受5次重复热冲击后的电功率(实心标记)和电压(空白标记)，矩形标记表示经受10次重复热冲击后的电功率(实心标记)和电压(空白标记)。
据推测，与图1所示的固体电解质燃料电池相比、图6所示的固体电解燃料电池在经受10次重复的热冲击之后其发电性能下降得较多的原因如下。
换句话说，如图8A所示，与固体电解质层200的一侧相接触设置的第一阴极层202没有被分成多个部分。因此，当片状的固体电解质燃料电池受到热冲击时，固体电解质层200与第一阴极层202的界面处受到由这两层的热膨胀系数不同而产生的大的应力。结果固体电解质层200与第一阴极层202的结合力低的部位处就会发生部分剥离。
另一方面，如图8B所示，在与固体电解质层10的一侧相接触的第一阴极层12具有多个岛状部分12a、12a…的情况下，当固体电解质燃料电池受到热冲击时，在固体电解质层10与构成第一阴极层12的岛状部分12a、12a…的界面处，由这两层的热膨胀系数不同而产生的应力被分散开。结果防止了固体电解质层10与构成第一阴极层12的岛状部分12a、12a…彼此剥离。
从图5所示的发电性能中可以看出，图1所示的固体电解质燃料电池在10次重复热冲击后其发电性能会下降一些。本发明人推测，发电性能之所以会下降一些是因为第一阴极片32和第二阴极片34是被同时煅烧的。于是，本发明人对相继煅烧第一阴极片32和第二阴极片34的方式进行了研究。
首先，如图9A所示，本发明人将前述的致密层膏体印刷到固体电解质层10的一侧上，以形成第一阴极片32。然后对第一阴极片32进行暂时性煅烧，以形成暂时性煅烧的材料32’。在暂时性煅烧的过程中，由于热膨胀或者热收缩而产生的应力，使得第一阴极片32的薄的部分被分开从而形成多个岛状部分32a’、32a’…，如图9B所示。
接着，如图9C所示，将前述的多孔层膏体印刷到经暂时性煅烧的材料32’上，以形成第二阴极片34。同时，将前述的阳极膏体印刷到固体电解质层10的另一侧上，以形成阳极片38。
第二阴极片34和阳极片38分别具有嵌入其中的由金属线20、20…构成的网状金属。通过焊接将引线(图中未示出)固定到网状金属。
以这样一种方式将网状金属嵌入第二阴极片34中，即，金属线20、20…分别被设置在经暂时性煅烧的材料32’的岛状部分32a’的上方。也可以将网状金属固定到第二阴极片34的表面。
之后，煅烧图9C所示的叠层，以使得位于构成第一阴极层的岛状部分12a之间的间隙由构成第二阴极层14的材料填充。
由此可以有效地利用位于岛状部分12a之间的空间。
由燃烧器产生的以丁烷气体为燃料的预混火焰被施加到由此得到的固体电解质燃料电池的阳极层这一侧的表面，以测试其发电性能。测试结果如图10所示。从图10所示的发电性能可以看出，与第一阴极片32未进行暂时性煅烧而得到的固体电解燃料电池相比，通过对形成在固体电解质层10的一侧上的第一阴极片32进行暂时性煅烧而得到的固体电解质燃料电池显示出提高的发电性能。
在图10中，圆形标记分别表示未进行暂时性煅烧而得到的产品，矩形标记分别表示通过暂时性煅烧而得到的产品(实心标记：电功率；空白标记：电压(电位))。
虽然前述的图1到图10所示的固体电解质燃料电池都是以这样一种方式而获得的，即，利用在固体电解质层10的一侧上形成的第一粗糙化表面，在煅烧过程中形成具有多个岛状部分12a、12a…的第一阴极层12，但是如图11所示，也可以在平坦状的电解质层10的一侧上形成之前已经被分成岛状部分32a、32a…的第一阴极片32。可以通过在平坦状的电解质层10的一侧丝网印刷致密层膏体而得到所述的之前已经被分成岛状部分32a、32a…的第一阴极片32。
虽然图1到图10所述的固体电解质燃料电池都包含在其两侧都具有周期彼此不同的两种粗糙化部分以形成粗糙化表面的固体电解质层10作为固体电解质层，但是也可以使用其一侧仅由周期长的第一粗糙化部分形成的粗糙化表面的固体电解质层。可以通过向固体电解质生片10a的一侧压靠具有预定间隔的突起部分的掩模来形成这种固体电解质层。
[实施例1]
(1)固体电解质燃料电池的制备
为了制备固体电解质层10，采用压力为150kg/cm2的水压机用刮刀法将平纹织物22、22压到固体电解质生片的两侧。然后将织物22、22从生片的两侧剥离。然后观察如此剥离后的固体电解质生片的两侧。结果发现形成了周期性的棋盘状的第一粗糙化部分。还发现该第一粗糙化部分具有形成在其上的由构成织物22、22的单纤维所形成的周期短的第二粗糙化部分。
将固体电解质生片冲压成圆形，然后在1,300℃煅烧以得到由Sm0.2Ce0.8O1.9(氧化钐掺杂二氧化铈：SDC)制成的陶瓷基体，其厚度为180μm，直径φ为15mm。
然后把通过向Sm0.5Sr0.5CoO3(高钴酸钐锶：SSC)中掺入50重量％的SDC而制成的致密层膏体薄板印刷(sheet-printed)(印刷面积：1.3cm2)到所得的作为固体电解质层10的陶瓷基体的一侧(面积：1.8cm2)，作为构成第一阴极层12的第一阴极片32。
此外，把通过混合20重量％SDC、5重量％Rh2O3(氧化铑)和8摩尔％Li-NiO2而得到的阳极层膏体薄板印刷(印刷面积：1.3cm2)到陶瓷基体的另一侧，作为构成阳极层18的阳极片38。
而且，把通过向SSC中掺入55体积％碳基造孔剂和30重量％SDC而制成的多孔层膏体薄板印刷(印刷面积：1.3cm2)到第一阴极片32上，作为构成第二阴极层14的第二阴极片34。
接着，把通过焊接铂线而形成的网状金属(#80；金属线间距：320μm)嵌入第二阴极片34和阳极片38中。然后在大气中将该叠层在1,200℃下煅烧1小时，以得到固体电解质燃料电池。
(2)剖面观测
由此得到的固体电解质燃料电池的剖面的电子显微镜照片如图12所示。从图12所示的电子显微镜照片可以看出，在固体电解质燃料电池的一侧上形成了具有多个岛状部分的第一阴极层，该固体电解质燃料电池的两侧都形成有周期为300μm的第一粗糙化部分。第一阴极层被第二阴极层覆盖。(第一阴极层具有形成在第一粗糙化部分的表面上、并且其周期比第一粗糙化部分的周期短的第二粗糙化部分，但是在图12所示的电子显微镜照片中没有明确的示出)
第一阴极层的岛状部分均位于固体电解质层的粗糙化部分的凹进部分上。岛状部分之间的间隙均位于固体电解质层的第一粗糙化部分的突起部分中。
此外，网状金属的金属线位于第一阴极层的岛状部分上，并且被构成第二阴极层的材料包围。
第一阴极层的岛状部分的长度为100μm到300μm，岛状部分之间的间隙为10μm到100μm。
(3)发电性能
将以6.5％的丁烷气体为燃料的燃烧器产生的预混火焰施加到如此得到的固体电解质燃料电池的阳极层这一侧的表面，以测试其发电性能。之后，将该固体电解质燃料电池与火焰充分隔开，以便使固体电解质燃料电池整体的温度恢复到室温。接着，将燃烧器产生的预混火焰再一次施加到固体电解质燃料电池的阳极层18这一侧。然后将该过程重复进行10次，以通过热冲击对固体电解质燃料电池进行性能劣化测试。测试结果如图5所示。
从图5所示的发电性能可以看出，该固体电解质燃料电池即使在经受10次重复热冲击后也几乎没有或者没有表现出发电性能的劣化。
[对比例1]
按照实施例1的方法实施，不同之处在于：对没有将织物22、22压向其两侧的固体电解质生片进行煅烧，以形成两侧均为平坦状的固体电解质层，并且阴极层16只由第一阴极层12(致密层)构成。由此，制备得到图13所示的固体电解质燃料电池。
然后对如此获得的图13所示的固体电解质燃料电池进行与实施例1相同的热冲击测试。结果示于图14。
从图14所示的发电性能可以看出，该固体电解质燃料电池每经受一次热冲击，其发电性能就表现出一定程度的劣化。在图14中，这种现象由表示电功率下降方向的箭头A示出。
[对比例2]
按照实施例1的方法实施，不同之处在于：对没有将织物22、22压向其两侧的固体电解质生片进行煅烧，以形成两侧均为平坦状的固体电解质层。由此制备得到图6所示的固体电解质燃料电池。
然后对如此获得的图6所示的固体电解质燃料电池进行与实施例1相同的热冲击测试。结果如图7所示。
从图7所示的发电性能可以看出，图6所示的固体电解质燃料电池在经受10次热冲击后其发电性能表现出明显的劣化。
[实施例2]
(1)固体电解质燃料电池的制备
为了制备固体电解质层10，采用压力为150kg/cm2的水压机用刮刀法将平纹织物22、22压到固体电解质生片的两侧。然后将织物22、22从生片的两侧剥离。然后观察如此剥离后的固体电解质生片的两侧。结果发现形成了周期性的棋盘状的第一粗糙化部分。还发现该第一粗糙化部分具有形成在其上的由构成织物22、22的单纤维所形成的周期短的第二粗糙化部分。
将固体电解质生片冲压成圆形，然后在1,300℃煅烧以得到由Sm0.2Ce0.8O1.9(氧化钐掺杂二氧化铈：SDC)制成的陶瓷基体，其厚度为180μm，直径φ为15mm。
然后把通过向Sm0.5Sr0.5CoO3(高钴酸钐锶：SSC)中掺入50重量％的SDC而制成的致密层膏体薄板印刷(印刷面积：1.3cm2)到所得的作为固体电解质层10的陶瓷基体的一侧(面积：1.8cm2)，作为构成阴极层16中的第一阴极层12的第一阴极片32。
将由此得到的第一阴极片32在1,200℃的温度下暂时性煅烧1小时，以形成暂时性煅烧的材料32’。此外，把通过混合20重量％SDC、5重量％Rh2O3(氧化铑)和8摩尔％Li-NiO2而得到的阳极层膏体薄板印刷(印刷面积：1.3cm2)到陶瓷基体的另一侧，作为构成阳极层18的阳极片38。
而且，把通过向SSC中掺入55体积％碳基造孔剂和30重量％SDC而制成的多孔层膏体薄板印刷(印刷面积：1.3cm2)到经暂时性煅烧的材料32’上，作为构成阴极层16中的第二阴极层14的第二阴极片34。
接着，把通过焊接铂线而形成的网状金属(#80；金属线间距：320μm)嵌入第二阴极片34和阳极片38中。然后在大气中将该叠层在1,200℃下煅烧1小时，以得到固体电解质燃料电池。
(2)剖面观测
本实施例得到的固体电解质燃料电池显示出与实施例1得到的固体电解质燃料电池基本相同的如图12所示的剖面。
然而，从图12所示的剖面可以看出，本实施例得到的固体电解质燃料电池在构成第一阴极层的多个岛状部分之间几乎没有或者没有空间。
(3)发电性能
将以6.5％的丁烷气体为燃料的燃烧器产生的预混火焰施加到如此得到的固体电解质燃料电池的阳极层这一侧的表面，以测试其发电性能。结果如图10所示。图10还描述了实施例1所得到的固体电解质燃料电池的发电性能，并以其作为“未进行暂时性煅烧而得到的产品”的结果的例子。
从图10所示的发电性能可以看出，本实施例得到的固体电解质燃料电池显示出比实施例1得到的固体电解质燃料电池更好的发电性能。
固体电解质层10为致密结构。可以使用任何已知的固体电解质作为用于构成固体电解质层10的固体电解质。在此可使用的固体电解质的例子包括：YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)、ScSz(氧化钪稳定的氧化锆)、用Ce、Al等掺杂上述这些氧化锆而得到的氧化锆基陶瓷、二氧化铈基陶瓷(例如SDC(氧化钐掺杂的二氧化铈)和GDC(氧化钆掺杂的二氧化铈))、以及LSGM(镓酸镧)等。
图1所示的固体电解质层10具有两种周期不同的粗糙化部分以形成粗糙化表面。这两种粗糙化部分由周期长的第一粗糙化部分和其周期比第一粗糙化部分的短的第二粗糙化部分组成，其中，第二粗糙化部分形成在第一粗糙化部分的表面上。
形成在固体电解质层10的一侧上的阴极层16具有由第一阴极层12和第二阴极层14构成的双层结构，其中，第一阴极层12被设置成与固体电解质层10的一侧相接触，第二阴极层14被设置成覆盖第一阴极层12、并且具有嵌入该第二阴极层中的构成集电用网状金属的铂金属线20、20…。第二阴极层14的孔隙率比第一阴极层12的大。具体而言，第一阴极层12是孔隙率小于或等于10体积％的致密层，第二阴极层14是孔隙率大于或等于50体积％的多孔层(优选为小于或等于70体积％)。
同样，可以使用任何已知的阴极层电极材料作为用于形成阴极层16的阴极层电极材料。在此可使用的阴极层电极材料的例子包括：其中含有锶(Sr)的在日本使用的元素周期表中的第3族元素(例如镧)的锰酸盐化合物(例如亚锰酸锶镧等)、钴酸盐化合物(例如高钴酸钐锶(samarium strontium cobaltite)、高钴酸镧锶(lanthanumstrontium cobaltite)等)、或者铁酸盐化合物(例如，铁酸锶镧等)。
在构成阴极层16的第一阴极层12和第二阴极层14均由阴极层电极材料和构成固体电解质层10的电解质相混合而形成时，可以尽可能地降低阴极层16和固体电解质层10之间的热膨胀系数的差别，从而可以防止固体电解质层10和阴极层16彼此剥离。
尤其是，在第一阴极层12(其被设置成与固体电解质层10紧密接触)和第二阴极层14中，将第一阴极层12中的电解质的混合比率预先确定为比第二阴极层14中的高，从而使得有可能形成作为电解质梯度层的阴极层16，并且进一步提高固体电解质燃料电池的热阻。
第二阴极层14可以通过以下方法制成：将通过混合预定量的阴极电极材料和电解质以及造孔剂而得到的多孔层膏体制成片状，然后在不低于造孔剂的气化温度的温度下对该混合物进行煅烧。作为造孔剂，优选使用碳基造孔剂。
第一阴极层12可以通过以下方法得到：将通过混合预定量的不含造孔剂的阴极层电极材料和电解质而得到的致密层膏体制成片状，然后在预定温度下对该混合物进行煅烧。
此外，在图1所示的固体电解质燃料电池中，第一阴极层12被分成多个岛状部分12a、12a…。通过这种方式，由于固体电解质层10和第一阴极层12之间的热膨胀系数差别而产生的应力就会被分散。由此，这种效果与形成在固体电解质层10的一侧上的、具有短周期的第二粗糙化部分的效果相结合，使得可以防止固体电解质层10和第一阴极层12彼此剥离。
构成第一阴极层12的多个岛状部分12a、12a…均被设置在第一粗糙化部分(其在固体电解质层10的一侧上形成并且具有长周期)的凹进侧，岛状部分12a和岛状部分12a之间的间隙被设置在第一粗糙化部分的突起侧。因此，岛状部分12a、12a…可以按照基本相同的尺寸形成，并且岛状部分12a、12a…之间的间隙可以基本相同。岛状部分12a、12a…之间的间隙的宽度取决于岛状部分12a的尺寸，但是优选为大约10μm到100μm。
构成集电用网状金属的由铂制成的金属线20被设置在第二阴极层14内并且分别与岛状部分12a、12a…对应。
可以使用任何已知的阳极层电极材料作为用于在固体电解质层10的另一侧上形成阳极层18的阳极层电极材料。在此可使用的阳极层电极材料的例子包括：镍和钴与氧化钇稳定的氧化锆基陶瓷、氧化钪稳定的氧化锆基陶瓷或者二氧化铈基陶瓷(例如SDC、GDC、YDC)形成的金属陶瓷。作为阳极层电极材料，还可以使用包含导电性氧化物(50-99重量％)作为主要成分的烧结材料。可以使用其中含有以固态溶解的锂的氧化镍等作为导电性氧化物。由于这种烧结材料具有非常好的抗氧化性，所以它可以防止由于阳极层18发生氧化而出现的各种现象，例如发电效率降低、或者由于阳极层18的电极电阻系数升高而造成不能发电、以及阳极层18与固体电解质层10剥离。此外，通过在前述的阳极层电极材料中掺入大约1-10重量％的诸如铂族元素之类的金属或其氧化物，由此而得到的阳极层电极材料也可以形成具有高发电能力的阳极层18。
当前述的阳极层18也通过混合阳极层电极材料和电解质来得到时，可以尽可能地降低阳极层18和固体电解质层10之间的热膨胀系数的差异，使得可以防止固体电解质层10和阳极层18彼此脱离。
阳极层18可以通过以下方法得到：将通过混合预定量的阳极层电极材料和电解质而得到的阳极层膏体制成片状，然后在预定温度下对该混合物进行煅烧。
为了制备图1所示的固体电解质燃料电池，首先制备固体电解质层10。固体电解质层10可以通过以下方法得到：如图2所示，在将由有机纤维或金属纤维制成的织物22、22压靠到由固体电解质制成的固体电解质生片10a的两侧上；从生片10a剥离织物22、22；然后在预定温度下煅烧生片10a。通过煅烧而得到的如图3A所示的固体电解质层10具有形成在其两侧上的周期彼此不同的两种粗糙化部分，从而形成粗糙化表面。在这两种粗糙化部分中，周期较长的第一粗糙化部分11a由位于织物22的经线22a和纬线22b的交叉部位之间的部分形成。周期较短的、形成在第一粗糙化部分11a的表面上的第二粗糙化部分11b由构成经线22a或纬线22b的单纤维形成。
接着，如图3所示，将前述的多孔层膏体印刷到由印刷致密层膏体而形成的第一阴极片32上，以在图3A所示的固体电解质层10的一侧上形成第二阴极片34。
此外，将前述的阳极层膏体印刷到固体电解质层10的另一侧上，以形成阳极片38。
第二阴极片34和阳极片38分别具有由嵌入其中的金属线20、20…所构成的网状金属。通过焊接将引线(图中未示出)固定到网状金属。
以这样一种方式将网状金属嵌在第二阴极片34中，即，把构成网状金属的金属线20、20…分别置于固体电解质层10的周期较长的第一粗糙化部分11a的凹进侧的上方。也可以将网状金属固定到第二阴极片34的表面。
然后，在可以使第二阴极片34中的造孔剂发生气化的温度下煅烧图3B所示的叠层，以得到图1所示的固体电解质燃料电池。
详细地说，在第一阴极片32中，相应于形成在固体电解质层10的表面上的周期较长的第一粗糙化部分11a的突起部分的这一部分比相应于第一粗糙化部分11a的凹进部分的那一部分薄。通过这种方式，则由于图3B所示叠层的热膨胀或热收缩而产生的应力，第一阴极片32的薄的部分就会断开从而形成多个岛状部分12a、12a…。如此，在第一阴极片32被煅烧的同时，相应于形成在固体电解质层10的表面上的周期较长的第一粗糙化部分11a的突起部分而使得该第一阴极片被分成多个部分。由此，岛状部分12a、12a…可以形成为基本相同的尺寸。岛状部分12a彼此之间的间隙的宽度可以基本相同。
此外，由于加入到第二阴极片34中的造孔剂被气化，从而形成比第一阴极层12具有更多孔的第二阴极层14。由此可得到图1所示的固体电解质燃料电池。
如前所述，图1所示的固体电解质燃料电池的阳极层18这一侧在开放大气中被放置在火焰中或者火焰附近。阳极层18与火焰相向地设置使得容易利用存在于火焰中的烃类、氢气、自由基(OH、CH、C2、O2H、CH3)作为燃料。
此外，固体电解质燃料电池的阴极层16这一侧的表面可以暴露于大气中，使得容易利用大气中的氧气。而且，可以向阴极层16吹送含氧气气体(空气、富氧气气体等)，以使阴极层16可以有效地利用氧气。
虽然如前所述将固体电解质燃料电池放置在火焰中或者火焰附近，但是固体电解质燃料电池优选被放置在火焰根部的还原焰中。将固体电解质燃料电池放置在还原焰中的方式使得该燃料电池可以利用还原焰中存在的烃类、氢气、自由基等作为燃料。甚至在使用由含有可能容易被氧化和劣化的阳极层电极材料制备的阳极层18时，所得固体电解质燃料电池仍可保持其耐久性。
作为燃料，可以使用可被燃烧和氧化以产生火焰的任何材料(可燃物质)。
加入到图3所示的用于构成第二阴极片34的多孔层膏体中的造孔剂的量与由此得到的固体电解质燃料电池的电功率之间的关系如图4所示。
在图4中，横坐标表示加入到多孔层膏体中的碳基造孔剂的量，纵坐标表示由此得到的固体电解质燃料电池的最大输出。图4显示出由不同的构成阳极层18的阳极层电极材料所得到的固体电解质燃料电池的最大输出。
从图4中可以看出，当加入到多孔层膏体中的造孔剂的量为50-70体积％时，可以提高由此得到的固体电解质燃料电池的最大输出。
虽然前面的描述都是参照在第二阴极层14和阳极层18中分别设置有网状金属的情况而做出的，但是也可以在这些层中设置线状金属。
由燃烧器产生的以丁烷气体为燃料的预混火焰被施加到图1所示的固体电解质燃料电池的阳极层18这一侧的表面上，以测试其发电性能。之后，将该固体电解质燃料电池与火焰充分隔离以便使固体电解质燃料电池整体的温度恢复到室温。接着，由燃烧器产生的预混火焰被再一次施加到该固体电解质燃料电池的阳极层18这一侧。然后重复进行这些过程，从而通过热冲击对固体电解质燃料电池进行性能劣化测试。测试结果如图5所示。从图5所示的发电性能可以看出，与图14所示的相关技术的固体电解质燃料电池相比，图1所示的固体电解燃料电池表现出：即使在经受10次重复热冲击之后，发电性能下降的幅度也显著降低。
在图5中，圆形标记表示没有经受热冲击时的电功率(实心标记)和电压(空白标记)，三角形标记表示经受5次重复热冲击后的电功率(实心标记)和电压(空白标记)，矩形标记表示经受10次重复热冲击后的电功率(实心标记)和电压(空白标记)。
另一方面，图6所示的固体电解质燃料电池由与图1所示的固体电解质燃料电池的组成材料相同的组分构成。在图6所示的固体电解质燃料电池中，两侧均为平坦状的固体电解质层200的一侧上层压有阴极层206，其另一侧上层压有阳极层210。阴极层206为第一阴极层202和第二阴极层204所构成的双层结构，其中，第一阴极层202被设置成与固体电解质层200的一侧相接触，第二阴极层204被设置成覆盖第一阴极层202。第二阴极层204的孔隙率比第一阴极层202的大。第一阴极层202没有被分成多个部分，它是片状的形式。
第二阴极层204和阳极层210分别具有嵌入其中的构成集电用网状金属的铂金属线208、208…。
对图6所示的固体电解质燃料电池进行与上文所述方法相同的通过热冲击而进行的性能劣化测试。结果呈现出图7所示的发电性能。从图7所示的发电性能可以看出，与图5所示的图1所示固体电解质燃料电池的发电性能相比，图6所示的固体电解燃料电池在经受10次重复热冲击之后其发电性能劣化得较多。
在图7中，圆形标记表示没有经受热冲击时的电功率(实心标记)和电压(空白标记)，三角形标记表示经受5次重复热冲击后的电功率(实心标记)和电压(空白标记)，矩形标记表示经受10次重复热冲击后的电功率(实心标记)和电压(空白标记)。
据推测，与图1所示的固体电解质燃料电池相比、图6所示的固体电解燃料电池在经受10次重复的热冲击之后其发电性能下降得较多的原因如下。
换句话说，如图8A所示，与固体电解质层200的一侧相接触设置的第一阴极层202没有被分成多个部分。因此，当片状的固体电解质燃料电池受到热冲击时，固体电解质层200与第一阴极层202的界面处受到由这两层的热膨胀系数不同而产生的大的应力。结果固体电解质层200与第一阴极层202的结合力低的部位处就会发生部分剥离。
另一方面，如图8B所示，在与固体电解质层10的一侧相接触的第一阴极层12具有多个岛状部分12a、12a…的情况下，当固体电解质燃料电池受到热冲击时，在固体电解质层10与构成第一阴极层12的岛状部分12a、12a…的界面处，由这两层的热膨胀系数不同而产生的应力被分散开。结果防止了固体电解质层10与构成第一阴极层12的岛状部分12a、12a…彼此剥离。
从图5所示的发电性能中可以看出，图1所示的固体电解质燃料电池在10次重复热冲击后其发电性能会下降一些。本发明人推测，发电性能之所以会下降一些是因为第一阴极片32和第二阴极片34是被同时煅烧的。于是，本发明人对相继煅烧第一阴极片32和第二阴极片34的方式进行了研究。
首先，如图9A所示，本发明人将前述的致密层膏体印刷到固体电解质层10的一侧上，以形成第一阴极片32。然后对第一阴极片32进行暂时性煅烧，以形成暂时性煅烧的材料32’。在暂时性煅烧的过程中，由于热膨胀或者热收缩而产生的应力，使得第一阴极片32的薄的部分被分开从而形成多个岛状部分32a’、32a’…，如图9B所示。
接着，如图9C所示，将前述的多孔层膏体印刷到经暂时性煅烧的材料32’上，以形成第二阴极片34。同时，将前述的阳极膏体印刷到固体电解质层10的另一侧上，以形成阳极片38。
第二阴极片34和阳极片38分别具有嵌入其中的由金属线20、20…构成的网状金属。通过焊接将引线(图中未示出)固定到网状金属。
以这样一种方式将网状金属嵌入第二阴极片34中，即，金属线20、20…分别被设置在经暂时性煅烧的材料32’的岛状部分32a’的上方。也可以将网状金属固定到第二阴极片34的表面。
之后，煅烧图9C所示的叠层，以使得位于构成第一阴极层的岛状部分12a之间的间隙由构成第二阴极层14的材料填充。
由此可以有效地利用位于岛状部分12a之间的空间。
由燃烧器产生的以丁烷气体为燃料的预混火焰被施加到由此得到的固体电解质燃料电池的阳极层这一侧的表面，以测试其发电性能。测试结果如图10所示。从图10所示的发电性能可以看出，与第一阴极片32未进行暂时性煅烧而得到的固体电解燃料电池相比，通过对形成在固体电解质层10的一侧上的第一阴极片32进行暂时性煅烧而得到的固体电解质燃料电池显示出提高的发电性能。
在图10中，圆形标记分别表示未进行暂时性煅烧而得到的产品，矩形标记分别表示通过暂时性煅烧而得到的产品(实心标记：电功率；空白标记：电压(电位))。
虽然前述的图1到图10所示的固体电解质燃料电池都是以这样一种方式而获得的，即，利用在固体电解质层10的一侧上形成的第一粗糙化表面，在煅烧过程中形成具有多个岛状部分12a、12a…的第一阴极层12，但是如图11所示，也可以在平坦状的电解质层10的一侧上形成之前已经被分成岛状部分32a、32a…的第一阴极片32。可以通过在平坦状的电解质层10的一侧丝网印刷致密层膏体而得到所述的之前已经被分成岛状部分32a、32a…的第一阴极片32。
虽然图1到图10所述的固体电解质燃料电池都包含在其两侧都具有周期彼此不同的两种粗糙化部分以形成粗糙化表面的固体电解质层10作为固体电解质层，但是也可以使用其一侧仅由周期长的第一粗糙化部分形成的粗糙化表面的固体电解质层。可以通过向固体电解质生片10a的一侧压靠具有预定间隔的突起部分的掩模来形成这种固体电解质层。
[实施例1]
(1)固体电解质燃料电池的制备
为了制备固体电解质层10，采用压力为150kg/cm2的水压机用刮刀法将平纹织物22、22压到固体电解质生片的两侧。然后将织物22、22从生片的两侧剥离。然后观察如此剥离后的固体电解质生片的两侧。结果发现形成了周期性的棋盘状的第一粗糙化部分。还发现该第一粗糙化部分具有形成在其上的由构成织物22、22的单纤维所形成的周期短的第二粗糙化部分。
将固体电解质生片冲压成圆形，然后在1,300℃煅烧以得到由Sm0.2Ce0.8O1.9(氧化钐掺杂二氧化铈：SDC)制成的陶瓷基体，其厚度为180μm，直径φ为15mm。
然后把通过向Sm0.5Sr0.5CoO3(高钴酸钐锶：SSC)中掺入50重量％的SDC而制成的致密层膏体薄板印刷(sheet-printed)(印刷面积：1.3cm2)到所得的作为固体电解质层10的陶瓷基体的一侧(面积：1.8cm2)，作为构成第一阴极层12的第一阴极片32。
此外，把通过混合20重量％SDC、5重量％Rh2O3(氧化铑)和8摩尔％Li-NiO2而得到的阳极层膏体薄板印刷(印刷面积：1.3cm2)到陶瓷基体的另一侧，作为构成阳极层18的阳极片38。
而且，把通过向SSC中掺入55体积％碳基造孔剂和30重量％SDC而制成的多孔层膏体薄板印刷(印刷面积：1.3cm2)到第一阴极片32上，作为构成第二阴极层14的第二阴极片34。
接着，把通过焊接铂线而形成的网状金属(#80；金属线间距：320μm)嵌入第二阴极片34和阳极片38中。然后在大气中将该叠层在1,200℃下煅烧1小时，以得到固体电解质燃料电池。
(2)剖面观测
由此得到的固体电解质燃料电池的剖面的电子显微镜照片如图12所示。从图12所示的电子显微镜照片可以看出，在固体电解质燃料电池的一侧上形成了具有多个岛状部分的第一阴极层，该固体电解质燃料电池的两侧都形成有周期为300μm的第一粗糙化部分。第一阴极层被第二阴极层覆盖。(第一阴极层具有形成在第一粗糙化部分的表面上、并且其周期比第一粗糙化部分的周期短的第二粗糙化部分，但是在图12所示的电子显微镜照片中没有明确的示出)
第一阴极层的岛状部分均位于固体电解质层的粗糙化部分的凹进部分上。岛状部分之间的间隙均位于固体电解质层的第一粗糙化部分的突起部分中。
此外，网状金属的金属线位于第一阴极层的岛状部分上，并且被构成第二阴极层的材料包围。
第一阴极层的岛状部分的长度为100μm到300μm，岛状部分之间的间隙为10μm到100μm。
(3)发电性能
将以6.5％的丁烷气体为燃料的燃烧器产生的预混火焰施加到如此得到的固体电解质燃料电池的阳极层这一侧的表面，以测试其发电性能。之后，将该固体电解质燃料电池与火焰充分隔开，以便使固体电解质燃料电池整体的温度恢复到室温。接着，将燃烧器产生的预混火焰再一次施加到固体电解质燃料电池的阳极层18这一侧。然后将该过程重复进行10次，以通过热冲击对固体电解质燃料电池进行性能劣化测试。测试结果如图5所示。
从图5所示的发电性能可以看出，该固体电解质燃料电池即使在经受10次重复热冲击后也几乎没有或者没有表现出发电性能的劣化。
[对比例1]
按照实施例1的方法实施，不同之处在于：对没有将织物22、22压向其两侧的固体电解质生片进行煅烧，以形成两侧均为平坦状的固体电解质层，并且阴极层16只由第一阴极层12(致密层)构成。由此，制备得到图13所示的固体电解质燃料电池。
然后对如此获得的图13所示的固体电解质燃料电池进行与实施例1相同的热冲击测试。结果示于图14。
从图14所示的发电性能可以看出，该固体电解质燃料电池每经受一次热冲击，其发电性能就表现出一定程度的劣化。在图14中，这种现象由表示电功率下降方向的箭头A示出。
[对比例2]
按照实施例1的方法实施，不同之处在于：对没有将织物22、22压向其两侧的固体电解质生片进行煅烧，以形成两侧均为平坦状的固体电解质层。由此制备得到图6所示的固体电解质燃料电池。
然后对如此获得的图6所示的固体电解质燃料电池进行与实施例1相同的热冲击测试。结果如图7所示。
从图7所示的发电性能可以看出，图6所示的固体电解质燃料电池在经受10次热冲击后其发电性能表现出明显的劣化。
[实施例2]
(1)固体电解质燃料电池的制备
为了制备固体电解质层10，采用压力为150kg/cm2的水压机用刮刀法将平纹织物22、22压到固体电解质生片的两侧。然后将织物22、22从生片的两侧剥离。然后观察如此剥离后的固体电解质生片的两侧。结果发现形成了周期性的棋盘状的第一粗糙化部分。还发现该第一粗糙化部分具有形成在其上的由构成织物22、22的单纤维所形成的周期短的第二粗糙化部分。
将固体电解质生片冲压成圆形，然后在1,300℃煅烧以得到由Sm0.2Ce0.8O1.9(氧化钐掺杂二氧化铈：SDC)制成的陶瓷基体，其厚度为180μm，直径φ为15mm。
然后把通过向Sm0.5Sr0.5CoO3(高钴酸钐锶：SSC)中掺入50重量％的SDC而制成的致密层膏体薄板印刷(印刷面积：1.3cm2)到所得的作为固体电解质层10的陶瓷基体的一侧(面积：1.8cm2)，作为构成阴极层16中的第一阴极层12的第一阴极片32。
将由此得到的第一阴极片32在1,200℃的温度下暂时性煅烧1小时，以形成暂时性煅烧的材料32’。此外，把通过混合20重量％SDC、5重量％Rh2O3(氧化铑)和8摩尔％Li-NiO2而得到的阳极层膏体薄板印刷(印刷面积：1.3cm2)到陶瓷基体的另一侧，作为构成阳极层18的阳极片38。
而且，把通过向SSC中掺入55体积％碳基造孔剂和30重量％SDC而制成的多孔层膏体薄板印刷(印刷面积：1.3cm2)到经暂时性煅烧的材料32’上，作为构成阴极层16中的第二阴极层14的第二阴极片34。
接着，把通过焊接铂线而形成的网状金属(#80；金属线间距：320μm)嵌入第二阴极片34和阳极片38中。然后在大气中将该叠层在1,200℃下煅烧1小时，以得到固体电解质燃料电池。
(2)剖面观测
本实施例得到的固体电解质燃料电池显示出与实施例1得到的固体电解质燃料电池基本相同的如图12所示的剖面。
然而，从图12所示的剖面可以看出，本实施例得到的固体电解质燃料电池在构成第一阴极层的多个岛状部分之间几乎没有或者没有空间。
(3)发电性能
将以6.5％的丁烷气体为燃料的燃烧器产生的预混火焰施加到如此得到的固体电解质燃料电池的阳极层这一侧的表面，以测试其发电性能。结果如图10所示。图10还描述了实施例1所得到的固体电解质燃料电池的发电性能，并以其作为“未进行暂时性煅烧而得到的产品”的结果的例子。
从图10所示的发电性能可以看出，本实施例得到的固体电解质燃料电池显示出比实施例1得到的固体电解质燃料电池更好的发电性能。