JP2005353571A - 固体電解質燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 １枚の板状の固体電解質基板に複数の燃料電池セルを形成するようにして、密閉構造を有しない燃料電池とし、その小型化、低コスト化を図り、そして、耐久性の向上と、発電効率の向上とを図ることができる固体電解質燃料電池を提供する。
【解決手段】 １つの平板状の固体電解質基板（１０）と、固体電解質基板の一方の面に形成された複数のアノード層（２１、２２〜）と、前記固体電解質基板の反対側の面に、アノードと対向して形成された複数のカソード層（２１、２２〜）とを有し、前記固体電解質基板を介して対向する前記アノード層及びカソード層間で複数の燃料電池セル（Ｃ１、Ｃ２〜）を形成するとともに、各アノード層とカソード層との間を直列になるように接続された構造を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体電解質燃料電池に関し、特に、固体電解質基板上にアノード層とカソード層を複数形成して、密閉を必要としない簡単な構造によって、小型化、薄型化、高出力化を図ることができる固体電解質燃料電池に関する。

従来から、火力発電などに替わる低公害の発電手段として、或いは、ガソリンなどを燃料とするエンジンに取って代わる電動自動車の電気エネルギー源として、燃料電池が開発され、実用化されるに至っている。そして、この燃料電池に対しては、高効率化、低コスト化を目指して多くの研究がなされている。

この燃料電池には、種々の発電形式があるが、この中に、固体電解質を用いた形式の燃料電池がある。この固体電解質による燃料電池の一例として挙げると、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）が添加された安定化ジルコニアからなる焼成体を酸素イオン伝導型の固体電解質層として用いたものがある。この固体電解質層の一面にカソード層を、そして、その反対面にアノード層を形成し、このカソード層側に酸素又は酸素含有気体が供給され、さらに、アノード層には、メタン等の燃料ガスが供給されるようになっている。

この燃料電池内では、カソード層に供給された酸素（Ｏ_２）が、カソード層と固体電解質層のとの境界で酸素イオン（Ｏ^２−）にイオン化され、この酸素イオンが、固体電解質層によってアノード層に伝導され、アノード層に供給された、例えば、メタン（ＣＨ_４）ガスと反応し、そこで、最終的には、水（Ｈ_２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）が生成される。この反応において、酸素イオンが、電子を放出するため、カソード層とアノード層との間に電位差が生じる。そこで、カソード層とアノード層とにリード線を取付ければ、アノード層の電子が、リード線を介してカソード層側に流れ、燃料電池として発電することになる。なお、この燃料電池の駆動温度は、約１０００℃である。

しかし、この形式の燃料電池では、カソード層側に、酸素又は酸素含有ガス供給チャンバーを、そして、アノード層側に、燃料ガス供給チャンバーを夫々分離したセパレート型チャンバーを用意しなければならず、しかも、高温下で、酸化性雰囲気と還元性雰囲気とに晒されるため、燃料電池セルとしての耐久性を向上することが困難であった。

一方、固体電解質層の対向した面に、カソード層とアノード層とを設けて燃料電池セルを形成し、この燃料電池セルを、燃料ガス、例えば、メタンガスと、酸素ガスとが混合された混合燃料ガス中に置いて、カソード層とアノード層との間に起電力を発生させる形式の燃料電池が開発されている。この形式の燃料電池では、カソード層とアノード層との間に起電力を発生する原理は、上述したセパレート型チャンバー形式の燃料電池の場合と同様であるが、燃料電池セル全体を実質的に同一雰囲気にすることができるため、混合燃料ガスが供給されるシングル型チャンバーとすることができ、燃料電池セルの耐久性を向上できる。

しかし、このシングル型チャンバーの燃料電池においても、約１０００℃の高温下で駆動しなければならないので、混合燃料ガスの爆発の危険性がある。この危険性を回避するために、酸素濃度を発火限界よりも低い濃度にすると、メタン等の燃料の炭化が進み、電池性能が低下するという問題が生じた。そのため、混合燃料ガスの爆発を防止しつつ、燃料の炭化の進行を防止し得る酸素濃度の混合燃料ガスを使用できるシングル型チャンバーの燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

この提案されたシングル型チャンバーの燃料電池の構成を、図１２（ａ）に示した。この燃料電池は、固体電解質層を含む燃料電池セルが、混合燃料ガスの流れに対して平行に積層された構造である。燃料電池セルは、緻密構造の固体電解質層１と、固体電解質層１の両面に形成された多孔質層のカソード層２とアノード層３とで構成され、同じ構成の複数の燃料電池セルＣ１乃至Ｃ４が、セラミック製の容器４内に積層される。そして、燃料電池セルは、充填物７、８を介して端板９、１０によって、容器４内に密封される。

容器４には、メタン等の燃料と酸素とを含む混合燃料ガスの供給配管５や排ガスの排出配管６が設けられる。容器４内の燃料電池セルを除く部分であって、混合燃料ガスや排ガスが流動する容器４内の空間部に、充填物７、８が充填され、適宜の間隔とすることにより、燃料電池として駆動されたとき、発火限界内の混合燃料ガスが存在しても発火することがなくなる。

また、図１２（ｂ）に示された燃料電池は、その基本的構成は、図１２（ａ）に示したシングル型チャンバーの燃料電池と同様であるが、固体電解質層を含む燃料電池セルが、混合燃料ガスの流れに対して直交して容器４の軸方向に積層された構造になっている。この場合には、燃料電池セルは、多孔質層の固体電解質層１と、固体電解質層１の両面に形成された多孔質層のカソード層２とアノード層３とで構成され、同じ構成の複数の燃料電池セルＣ１乃至Ｃ５が、容器４内に積層される。

一方、以上に述べた燃料電池は、チャンバー内に収納された燃料電池セルによって構成された形式のものであったが、固体電解質燃料電池セルを火炎中、或いは、その近傍に配置し、火炎の熱によって固体電解質燃料電池セルをその動作温度に保持させて、発電を行う装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。この発電装置の構成を、図１３に示した。

図１３に示した発電装置の燃料電池セルは、ジルコニア固体電解質層１から成る管体と、その管体の外側に形成された燃料極であるアノード層３と、管体内側に形成された空気極であるカソード層２とからなる。この固体電解質の燃料電池セルを、燃料ガスが供給される燃焼装置５から発生する火炎ｆの還元炎部分に、アノード層３を晒した状態で設置している。この様に設置することにより、還元炎中に存在するラジカル成分等を燃料として利用し、菅内部のカソード層２には、対流又は拡散によって、空気が供給され、燃料電池セルとして発電が行われる。

特開２００３−９２１２４号公報 特開平６−１９６１７６号公報

ところで、図１２に示されたシングル型チャンバーの燃料電池では、従来の固体電解質燃料電池のように、燃料と空気を厳粛に分離する必要がない代わりに、気密封止構造を採用せざるを得ない。そして、高温下で駆動できるように、複数の板状固体電解質燃料電池セルが耐熱性高電気伝導性を有するインターコネクト材を用いて積層接続され、起電力を上げていた。そのため、板状固体電解質燃料電池セルによるシングル型チャンバーの燃料電池は、大掛かりな構造となり、コストが嵩むという問題がある。また、このシングル型チャンバーの燃料電池の稼動に際しては、高温になるまで徐々に昇温して、固体電解質燃料電池セルの割れを防止しているので、起電するまでの時間が長く、手間がかかるものである。

これに対して、図１３に示された管状の固体電解質燃料電池セルでは、火炎を直接利用する形態が採用されており、この形態の燃料電池は、固体電解質燃料電池セルを密封構造の容器に収容する必要がなく、開放型であるという特徴を持っている。そのため、この燃料電池では、起電時間が短縮でき、構造が簡単なので、燃料電池の小型軽量化、低コスト化に有利であるといえる。そして火炎を直接利用する点で、一般の燃焼装置や焼却装置等に組み込むことが可能となり、電力供給装置として利用することが期待されている。

しかしながら、この形態の燃料電池では、管状の固体電解質層の外面にアノード層が形成されているので、主に、そのアノード層の上半分に火炎によるラジカル成分が供給されず、管状の固体電解質層の外面に形成されたアノード層全面を有効に利用することができない。そのため、発電効率が低いものであった。さらに、固体電解質燃料電池セルが、火炎で直接加熱されるので、急激な温度変化によってひび割れが発生しやすく、ひび割れの生じた固体電解質燃料電池セルは、その後、バラバラに壊れてしまい、発電することができなくなるという問題があった。

また、固体電解質燃料電池において、高い起電力を得ようとすると、図１２に示されるように、固体電解質層の両面にカソード層とアノード層を形成した燃料電池セルの複数を用意し、それらを積層しなければならなかった。さらに、図１３に示された管状の固体電解質層の内面と外面にカソード層とアノード層が形成された燃料電池セルの場合であっても、必要とする起電力の大きさに合わせた数の燃料電池セルを用意しなければならない。
そのため、出力電流は、小さくてもよいが、高い起電力が必要であるような場合には、大掛かりな装置となってしまい、小型化、低コスト化を図ることができない。

そこで、本発明は、１枚の板状の固体電解質基板に複数の燃料電池セルを形成するようにして、密閉構造を有しない燃料電池とし、その小型化、低コスト化を図り、そして、耐久性の向上と、発電効率の向上とを図ることができる固体電解質燃料電池を提供することを課題とする。

また、本発明は、複数枚の板状固体電解質基板の夫々で燃料電池セルを形成するようにして、電池密閉構造を有しない一つの燃料電池とし、異形状への形状変更を容易にして、その小型化、低コスト化を図り、そして、耐久性の向上、発電効率の向上とを図ることができる固体電解質燃料電池を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するために、本発明によれば、１つの平板状の固体電解質基板と、前記固体電解質基板の一方の面に形成された複数のアノード層と、前記固体電解質基板の前記一方の面と反対側の面に、前記アノードと対向して形成された複数のカソード層とを有し、前記固体電解質基板を介して対向する前記アノード層及びカソード層間で複数の燃料電池セルを形成するとともに、各アノード層とカソード層との間を直列になるように接続された構造を有することを特徴とする固体電解質燃料電池が提供される。

前記直列接続は、当該燃料電池セルの前記アノード層と隣接する燃料電池セルの前記カソード層との間で、前記平板状の固体電解質基板を貫通して充填された導体ビアを介して行われることを特徴とする。

前記複数のアノード層及び前記複数のカソード層のそれぞれは、対向する同一形状の平面領域を有すると共に、外部接続された端部の燃料電池セルにおけるアノード層又はカソード層を除き、平面領域から突出した凸部を、それぞれ対向する位置に有すると共に、当該燃料電池セルの前記アノード層の凸部と隣接する燃料電池セルのカソード層の凸部との間で、前記平板状の固体電解質基板を貫通して充填された導体ビアを介して互いに接続されていることを特徴とする。

前記各アノード層及び各カソード層の主たる平面領域は矩形であり、前記凸部は、該矩形状の主領域の１辺から隣接する燃料電池セルの前記各アノード層及び各カソード層の凸部の設けられていない直線状の辺の側へ平面的に突出していることを特徴とする。

前記複数のアノード層及び前記複数のカソード層の一方は、同一の矩形平面領域を有すると共に、他方は、該一方に対向する矩形の主たる平面領域と、該平面領域の第１の辺から、隣接する燃料電池セルのアノード層又はカソード層の第１の辺とは異なる第２の辺に前記凸部と短絡しないように形成された凹部を有し、前記凸部が前記平板状の固体電解質基板を貫通して充填された導体ビアを介して対向するアノード層又はカソード層に接続されていることを特徴とする。

前記複数のアノード層及び前記複数のカソード層は、それぞれ直線状に隣接して配置され、各アノード層とカソード層との間が直線状に直列接続されていることを特徴とする。

前記複数のアノード層及び前記複数のカソード層は、それぞれ格子状ないし碁盤目状の区画に配置され、第１の列において各燃料電池セルの各アノード層とカソード層との間が直線状に直列接続され、当該列の端部において、次の列の燃料電池セルに直列接続され、以下順次同様に直列接続されていることを特徴とする。

前記直列接続は、当該燃料電池セルの前記アノード層に埋設又は固定したアノード側メッシュ状金属と、隣接する燃料電池セルの前記カソード層に埋設又は固定したカソード側メッシュ状金属との間を連結する、前記平板状の固定電解質基板を貫通する金属線を介して行われることを特徴とする。

また、本発明によると、複数の平板状固体電解質基板と、各固体電解質基板の一方の面に形成されたアノード層と、各固体電解質基板の前記一方の面と反対側の面に、前記アノード層と対向して形成されたカソード層とを有し、前記固体電解質基板を介して対向する前記複数のアノード層及び複数のカソード層間で複数の燃料電池セルを形成するとともに、複数の燃料電池セルは、一端を当該燃料電池セルのアノード層に埋設又は固定し、他端を隣接する燃料電池セルのカソード層に埋設又は固定したメッシュ状金属を介して直列に接続された構造を有することを特徴とする固体電解質燃料電池が提供される。

前記燃料電池セルの平板状固体電解質基板は、隣接する燃料電池セルのそれぞれ平板状固体電解質基板との間で所定の隙間をあけて、各カソード層、アノードが同じ側に向くように、同一平面上に配置され、前記メッシュ状金属は前記隙間を通過して隣接する燃料電池セル間の接続が行われることを特徴とする。

複数の燃料電池セルは、それぞれ格子状ないし碁盤目状の区画に配置され、当該列において燃料電池セルのアノード層から隣接する燃料電池セルのカソード層へ延びたメッシュ状金属により直列に接続され、当該列の端部における燃料電池セルと、隣接する列の燃料電池セルとの間で直列に接続され、順次同様に直列に接続された構造を有することを特徴とする。

格子状ないし碁盤目状の区画に配置された複数の燃料電池セルは、その周囲に配置された枠状固定部材により固定されることを特徴とする。

複数の燃料電池セルは、複数の燃料電池セルを１単位とする複数のセル・グループからなり、一端が、当該セル・グループの複数の燃料電池セルのアノード層に跨がって埋設又は固着され、他端が、隣接するセル・グループの複数の燃料電池セルのカソード層に跨がって埋設又は固着されたメッシュ状金属により、セル・グループ内の複数の燃料電池セル間で並列に接続され、且つ複数のセル・グループ間で直列に接続された構造を有することを特徴とする。

複数の燃料電池セルは円筒状に配置されていることを特徴とする。また、この場合において、複数の燃料電池セルは２周又は３周以上の円筒状に配置され、当該周の末端の燃料電池セルのアノード側メッシュ状金属と隣接する周の燃料電池セルのカソード側メッシュ状金属との間が直列に接続されていることを特徴とする。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

これらの実施形態に示す固体電解質燃料電池は、図１３に示されるような、火炎を直接利用する形態の固体電解質燃料電池の場合である。

図１には、本実施形態による固体電解質燃料電池の構成が示されている。図１（ａ）では、その固体電解質燃料電池をアノード側から見た概略構成による平面図が示され、図１（ｂ）には、そのＡ−Ａ断面図が示され、図１（ｃ）には、カソード側から見た概略構成による平面図が示される。

従来技術による火炎直接利用の固体電解質燃料電池では、固体電解質層が、管状となっていたので、固体電解質層の外面に形成されたアノード層への火炎暴露効率が悪いものであり、しかも、一本の管状固体電解質層で、一つの燃料電池セルが形成されていた。そこで、本実施形態の固体電解質燃料電池においては、固体電解質層の形状を、板状とし、例えば、薄い平板による固体電解質基板を採用し、この固体電解質基板の片面に、複数のカソード層（空気極層）を、そして、他の反対面に、複数のアノード層（燃料極層）を夫々形成し、火炎が複数のアノード層の全面を晒すように、燃焼によって火炎を生成する流体燃料、例えば、気体燃料であれば、メタン等を、液体燃料であれば、メタノール等を供給できるようにした。

図１（ａ）に示されるように、本実施形態の固体電解質燃料電池は、１つの矩形平板状の固体電解質基板１と、その片面に形成された複数、図１では、４つの略矩形で同一形状のアノード層（燃料極）２１、２２〜と、図１（ｃ）に示されるように、その反対面に略矩形で同一形状で対向する位置に形成された４つのカソード層（空気極）３１、３２〜とからなり、アノード層２１とカソード層３１とで燃料電池セルＣ１が、そして、アノード層２２〜とカソード層３２〜とで燃料電池セルＣ２〜がそれぞれ形成されている。

アノード層２１、２２〜は最後のアノード層を除き、隣接する次のアノード層２２〜側へ突出した１つ又は複数、図１（ａ）では３つの、凸部２５を有する。一方、カソード層３１、３２〜は最初のカソード層３１を除き、隣接する後ろのカソード層の側へ突出し、且つアノード層の凸部２５に対向する位置に、凸部３５が形成されている。

そして、対向するアノード層の凸部２５とカソード層の凸部３５とが、固体電解質基板１を貫通する、例えばカソード層と同様の導電性セラミックからなる貫通体であるビア４１を介して電気的に接続される。このようにして複数の燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜が直列に接続され、最初に配置された燃料電池セルＣ１のカソード層３１と、最後に配置された燃料電池セルのアノード層には、それぞれリード線Ｗ１とリード線Ｗ２が接続される。

そこで、燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜のアノード２１、２２〜側から所定距離だけ隔てて配設された燃料供給管（図示せず）の複数の貫通孔から放出されるメタンガス等の燃料が燃焼して、火炎が生成され、アノード層２１、２２〜の全面に供給される。燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜は、直列接続されているので、リード線Ｗ１とリード線Ｗ２との間には、複数の燃料電池セルＣ１、Ｃ２の起電力が足し合わされた大きさの出力が得られる。

本実施形態における燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜のアノード層２１、２２〜は、平板形状に形成されているので、管状のものに比べて、ムラなく火炎を当てることが可能となる。
さらに、アノード層２１、２２〜を火炎側に向けられるので、火炎中に存在する炭化水素、水素、ラジカル（ＯＨ、ＣＨ、Ｃ_２、Ｏ_２Ｈ、ＣＨ_３）などを燃料として利用しやすくしている。

また、燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜の集合体が平板形であると、カソード層３１、３２〜を火炎から遮断することができ、アノード層２１、２２〜を火炎側に向けた状態で、カソード層３１、３２〜を大気中に露出させることができる。これにより、燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜による燃料電池は、開放型形態のままで、カソード層３１、３２〜側では、大気中の酸素を利用しやすくなり、酸素リッチ状態を維持できる。なお、カソード層３１、３２〜がさらに効率良く酸素を利用できるように、カソード層３１、３２〜に向かって酸素を含有する気体（空気、酸素リッチガス等）を供給しても良い。

また、燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜は、火炎の中、或いは、近傍に配置されるが、火炎の根元付近である還元炎中に配置されるとより好適である。還元炎中に配置されることで、還元炎中に存在する炭化水素、水素、ラジカル等を燃料として効率良く利用でき、さらに、酸化により劣化しやすいアノード層であっても良好に使用でき、耐久性を維持することができる。

燃焼のための燃料としては、火炎を伴って燃焼酸化するもの（燃えるもの）であれば良い。燐、硫黄、フッ素、塩素、又は、これらの化合物等でも良いが、排ガス処理が不要である有機物が好ましい。有機物燃料としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン等のガス、ヘキサン、へプタン、オクタン等のガソリン系液体、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール、アセトン等のケトン、その他の有機溶剤各種、食用油、灯油等が挙げられる。この中でも、特に、ガスが好ましい。

さらに、火炎は、拡散炎でも予混炎でも良いが、拡散炎は、炎が不安定であり、煤の発生によってアノード層の機能低下を招きやすいので、予混炎の方が好適である。予混炎は安定している上に、火炎サイズを調整しやすいので有利であり、さらに燃料濃度を調整して、煤の発生を防止することができる。

固体電解質基板１０には、例えば、公知のものを採用できる。
ａ） ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、これらにＣｅ、Ａｌ等をドープしたジルコニア系セラミックス
ｂ） ＳＤＣ（サマリアドープドセリア）、ＳＧＣ（ガドリアドープドセリア）等のセリア系セラミックス
ｃ） ＬＳＧＭ（ランタンガレート）、酸化ビスマス系セラミックス
また、アノード層２１、２２〜には、例えば、公知のものを採用でき、次に示す材料を使用できる。
ｄ） ニッケルと、イットリア安定化ジルコニア系、スカンジア安定化ジルコニア系、又は、セリア系（ＳＤＣ、ＧＤＣ、ＹＤＣ等）セラミックとのサーメット
ｅ） 導電性酸化物を主成分（５０重量％以上９９重量％以下）とする焼結体（導電性酸化物とは、例えば、リチウムが固溶された酸化ニッケル等である）
ｆ） ｄ）、ｅ）に挙げたものに、白金族元素から成る金属、又は、その酸化物が１〜１０重量％程度配合されたもの
等が挙げられ、この中でも、特にｄ）、ｅ）が好ましい。

ｅ）の導電性酸化物を主成分とする焼結体は、優れた耐酸化性を有するのでアノード層の酸化に起因して発生する、アノード層の電極抵抗の上昇による発電効率の低下、或いは、発電不能、アノード層の固体電解質層からの剥離といった現象を防止できる。また、導電性酸化物としては、リチウムが固溶された酸化ニッケルが好適である。さらに、上記ｄ）、ｅ）に挙げたものに、白金族元素から成る金属、またはその酸化物を配合することにより、高い発電性能を得ることができる。

カソード層３１、３２〜は、公知のものを採用でき、例えば、ストロンチウム（Ｓｒ）等の周期律表第３族元素が添加されたランタンのマンガン（例えば、ランタンストロンチウムマンガナイト）、ガリウム又はコバルト酸化化合物（例えば、ランタンストロンチウムコバルタイト）等が挙げられる。

アノード層２１、２２〜とカソード層３１、３２〜とは、共に多孔質体で形成されるが、本実施形態における固体電解質基板も多孔質に形成されてもよい。従来では、固体電解質層は、緻密質に形成されていたが、耐熱衝撃性が低く、急激な温度変化によって、ひび割れが生じやすかった。また、一般に、固体電解質層は、アノード層及びカソード層よりも厚く形成されているので、固体電解質層のひび割れが引き金となり、燃料電池セルの全体にひび割れが発生し、バラバラになってしまっていた。

固体電解質基板が多孔質に形成されることで、発電時に、火炎中、或いは、火炎の近傍に配置されて、急激に温度変化を与えても、さらに、温度差の激しいヒートサイクルに対しても、ひび割れ等がなくなり、耐熱衝撃性が向上する。また、多孔質であっても、その気孔率が１０％未満のときは、耐熱衝撃性に著しい向上が認められなかったが、１０％以上であると良好な耐熱衝撃性が見られ、２０％以上であるとより好適である。これは、固体電解質層が多孔質であると、加熱による熱膨張が空隙部分で緩和されるためと考えられる。

燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜は、例えば、次のように製造される。先ず、固体電解質層の材料粉末を所定配合割合で混合し、平板状に成形する。その後、これを焼成して焼結することで固体電解質層としての基板が作られる。このとき、気孔形成剤等の材料粉末の種類や配合割合、焼成温度、焼成時間、予備焼成等の焼成条件等を調整することによって、様々な気孔率の固体電解質層を作ることができる。

次に、固体電解質基板１０に、アノード層、カソード層の凸部２５、３５を形成すべき位置に、例えばドリル加工等で公知の方法にて貫通孔を形成する。

こうして得られた固体電解質基板１０について、先ず、アノード層、カソード層の凸部２５、３５に対応する位置を形成した貫通孔に、前述の導電性セラミックからなる導体ビア形成用のペーストを充填すると共に、一面側に、アノード層２１、２２〜となる形状でペーストを、他面側にカソード層３１、３２〜となる形状でペーストを夫々塗布した後に、焼成を行うことにより、１枚の固体電解質基板１０に複数の固体電解質燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜を有する燃料電池を製造することができる。

また、同時に、固体電解質燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜が順次直列に接続されることとなる。即ち、燃料電池セルＣ１のアノード層２１は、凸部２５、貫通導体ビア４１、凸部３５を介して隣接する次の燃料電池セルＣ２のカソード層３２に接続され、燃料電池セルＣ２のアノード層２２は、凸部２５、貫通ビア４１、凸部３５を介して隣接する次の燃料電池セルＣ３のカソード層３３に接続され、このように順次直列の接続が行われる。

図２には、本発明の第２実施形態による固体電解質燃料電池の構成が示されている。図２（ａ）では、その固体電解質燃料電池をアノード側から見た概略構成による平面図が示され、図２（ｂ）には、そのＡ−Ａ断面図が示され、図２（ｃ）には、カソード側から見た概略構成による平面図が示される。図１に示した第１実施形態と異なる部分のみ説明する。

第１実施形態では、１枚の固体電解質基板１０の一面に形成する複数の矩形状のアノード層２１、２２〜、他面に形成する複数の矩形状のカソード層３１、３２〜ともに、隣接するアノード層又はカソード層どおしの隙間を、少なくとも凸部２５、３５を形成するに必要な領域だけあけた構成であるが、第２実施形態では、隣接するアノード層又はカソード層どおしの隙間を狭くして、燃料電池セルにおけるアノード層又はカソード層の有効面積を大きくなるように変更したものである。

即ち、矩形状のアノード層２１、２２〜は最後のアノード層を除き、その１辺側から、隣接する次のアノード層２２〜の他辺側へ突出した１つ又は複数、図２（ａ）では３つの、凸部２５を有する。一方、矩形状のアノード層２２〜の他方の辺は、最初のアノード層２１を除き、隣接する前のアノード層２１、２２〜の凸部２５に対応する位置に、凸部２５を回避する凹部２６が形成され、凸部２５と凹部２６との間で短絡しないように形成されている。

一方、カソード層３１、３２〜は、このようなアノード層の凸部２５又は凹部２６に対応する固体電解質基板１０の反対面に凸部又は凹部を有しておらず、アノード層２１、２２〜と同一の矩形に形成されている。

そして、燃料電池セルＣ１のアノード層２１の凸部２５と、隣接する次の燃料電池セルＣ２のカソード層３２とが、固体電解質基板１０を貫通する、例えば導電性セラミックからなる貫通体である導体ビア４１を介して電気的に接続される。このようにして複数の燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜が直列に接続され、最初に配置されたカソード層と最後に配置されたアノード層には、それぞれリード線Ｗ１とリード線Ｗ２が接続される。そして、リード線Ｗ１とリード線Ｗ２との間には、複数の燃料電池セルＣ１、Ｃ２の起電力が足し合わされた大きさの出力が得られる。

よって、第１実施形態の場合と同様に、固体電解質基板１０について、アノード層２１、２２〜の凸部２５に対応する位置に設けられた貫通孔に、前述の導電性セラミックからなるビア形成用のペーストを充填すると共に、一面側に、例えば、アノード層２１、２２〜となる形状でペーストを、他面側にカソード層３１、３２〜となる形状でペーストを夫々塗布した後に、焼成を行うことにより、１枚の固体電解質基板１０に複数の燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜が形成され、且つこれらが互いに直列に接続された燃料電池を得ることができる。

この第２実施形態では、前述の第１実施形態に比べ、固体電解質基板１０の面積に対して、アノード２１、２２〜層及びカソード層３１、３２〜の面積を大きくとることができ、電極形状が単純であるにもかかわらず、複数の燃料電池セルＣ１〜の密度を高めることができる。

図３には、本発明の第３実施形態による固体電解質燃料電池の構成が示されている。図３（ａ）では、その固体電解質燃料電池をアノード側から見た概略構成による平面図が示され、図３（ｂ）には、そのＡ−Ａ断面図が示され、図３（ｃ）には、カソード側から見た概略構成による平面図が示される。図２に示した第１実施形態と異なる部分のみ説明する。

第３実施形態においては、一枚の固体電解質基板１０に対して、燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜を、縦方向及び横方向に、それぞれ格子状ないし碁盤目状の区画に合計（４×４＝）１６個配置したものである。第１の列において燃料電池セルのアノード層と隣接する燃料電池セルのカソード層とが順次前述の実施形態との同様に、直線状に直列接続され、当該列の端部において、燃料電池セルのアノード層が次の列の隣接する燃料電池セルのカソード層に接続され、以下このように順次直列に接続されている。このような構造を採ることにより、同一面積の１枚の固体電解質基板１０に対して、単位となる燃料電池セルの個数を増加させることができ、全体としての出力を増加させることはできないが、起電力を上昇させることができる。

例えば図３に示す実施形態では、図２に示した第２実施形態の場合と比べ、４倍の起電力が得られることとなる。したがって、例えば、単位燃料電池セルあたり０．８Ｖ程度の起電力であれば、１２．８Ｖ程度の起電力が得られることとなる。

図４には、本発明の第４実施形態による固体電解質燃料電池の構成が示されている。図４（ａ）では、その固体電解質燃料電池をアノード側から見た概略構成による平面図が示され、図４（ｂ）には、そのＡ−Ａ断面図が示され、図４（ｃ）には、カソード側から見た概略構成による平面図が示され、図４（ｄ）はその実施形態に使用する金属線及びメッシュ状金属を示す。第４実施形態においては、図１、図２に示した第１、第２実施形態と異なる部分のみ説明する。

前述の第１〜３実施形態では、燃料電池セルのアノード層と隣接する燃料電池セルのカソード層との間を直列に接続するのを、固体電解質基板１０を貫通する導体ビアを介して行なっていたが、この実施形態では、当該燃料電池セルのアノード層上の配置したアノード側メッシュ状金属と隣接する燃料電池セルのカソード層上に配置したカソード側メッシュ状金属との間を連結し、且つ平板状の固体電解質基板を貫通する金属線４２を介して行うように構成している。

この第４実施形態において、各平板形の燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜におけるアノード層２１、２２〜とカソード層３１、３２〜は、図２に示す第２実施形態におけるとアノード層とカソード層と同様の矩形の形状である。しかしながら、アノード層２１、２２〜とカソード層３１、３２〜には、メッシュ状金属４５を埋設、或いは、固着させるものである。埋設する方法としては、各層の材料（ペースト）を固体電解質層に塗布し、メッシュ状金属をその塗布された材料中に埋め込んだ後に焼成を行う。固着する方法としては、メッシュ状金属４５を各層の材料によって完全に埋め込むことなく、接着させて焼結しても良い。

この第４実施形態において、最初の燃料電池セルＣ１のアノード層２１に埋設又は固着されたメッシュ状金属４５と、隣接する次の燃料電池セルＣ２のカソード層３２に埋設又は固着されたメッシュ状金属４５との間は、固体電解質基板１０を貫通する貫通孔４３を通過する金属線４２を介して接続される。

メッシュ状金属４５としては、これを埋設する、或いは、固着するカソード層、アノード層との熱膨張係数の調和や、耐熱性に優れたものが好適である。具体的には、白金や、白金を含む合金から成る金属でメッシュ状にしたものが理想的である。しかしながら、高価であることから、実際上は、ＳＵＳ３００番代（３０４、３１６等）、或いは、ＳＵＳ４００番代（４３０等）のステンレスやハステロイ等でも良く、これらはコストの点で有利である。

メッシュ状金属４５は単に金属線４２の固定用として機能するだけでなく、集電性の向上、機械的強度の向上にも寄与する。また、電極材料や電解質材料より熱伝導性が高いため、燃料電池セルの均熱性を向上させ、結果として耐熱衝撃性を向上させる効果も高い。
メッシュ状金属４５のない上記第１〜第３実施形態では、均一加熱時にはより低コストという点で利点があるが、不均一加熱や急加熱時には固体電解質基板１０に温度分布を生じ、熱膨張部と非膨張部とができる結果、その応力で固体電解質基板１０が割れ易いという欠点もある。

しかしながら、本実施形態では、カソード層及びアノード層にメッシュ状金属４５を埋設又は固着したので、速やかに均熱化が起こり、このような割れが生じ難く、またたとえ割れが起きても金属線４２の断線が起きない限り発電を継続できるという利点もある。一般には、カソード面側の酸素分圧が高いほど、出力密度を高くできるが、本実施形態の構造では、貫通孔４３の部分がこの酸素分圧低下の原因になる場合がある（火炎を用いた発電の場合、低酸素分圧ガス流が起こる）ので、貫通孔４３の径はなるべく小さくすることが望ましい。

なお、この第４実施形態の構造における各燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜を前述の第３実施形態のように、碁盤目ないし格子状に分割して配置して同様の態様に直列の接続とすることも可能である。

図５には、本発明の第５実施形態による固体電解質燃料電池の構成を示す。図５（ａ）では、その固体電解質燃料電池をアノード側から見た概略平面図、図５（ｂ）は、その断面図、図５（ｃ）は、カソード側から見た平面図、図５（ｄ）は単一の燃料電池セルの縦断面図である。

この第５実施形態では、前述の第１〜第４実施形態のように、１つの共通の平板状固体電解質基板１０を使用するのではなく、各燃料電池セル毎に分割している。即ち、同一形状の複数、例えば図示のように４つの平板状固体電解質基板１１、１２〜を互いにわずかな間隔をあけて配置し、各固体電解質基板１１、１２〜の一方の面にアノード層２１、２２〜、一方の面と反対側の面にカソード層３１、３２〜を基板１１、１２のほぼ全面に形成して、それぞれ燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜を形成している。

また、各燃料電池セルを直列に接続するのに、前述の第４実施形態のように、金属線４２を使用するのではなく、メッシュ状金属４６そのものにて行う。

即ち、前述の第４実施形態と同様に、各アノード層２１、２２〜と各カソード層３１、３２〜には、メッシュ状金属４５、４６を埋設、或いは、固着させるのであるが、リード線Ｗ１、Ｗ２に接続されている、最初の燃料電池セルＣ１のカソード層３１に埋設又は固着するメッシュ状金属４５、及び最後の燃料電池セルのアノード層に埋設又は固着するメッシュ状金属４５を除き、当該燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜のアノード層２１、２２〜と隣接する次の燃料電池セルＣ２〜のカソード層３２〜に跨がったメッシュ状金属４６を使用する。

そして、最初の燃料電池セルＣ１のアノード層２１及び隣接する次の燃料電池セルＣ２のカソード層３２に埋設又は固着されたメッシュ状金属４６は、アノード層２１及びカソード層３２に対して埋設又は固着されていない中間部分を、燃料電池セルＣ１とＣ２の間、即ち固体電解質基板１１と１２の間の隙間に通過させて、燃料電池セルＣ１とＣ２の間を直列に接続し、燃料電池セルＣ２〜と隣接するその次の燃料電池セルとの間も順次同様に直列に接続される。

この構造によると、第４実施形態の場合と同様に、速やかな均熱化による固体電解質基板の割れの防止や、たとえ割れが起きてもメッシュ状金属４５、４６の断線が生じない限り発電を継続できるという利点がある。また、燃料電池セル間の接続強度は前述の第４実施形態の場合より高いという利点もある。カソード側の酸素分圧低下防止のために、燃料電池セル間の間隔はなるべく狭くし、メッシュ状金属４５、４６の網目は細かい方が好ましい。

更に、この第５実施形態における他の利点として、燃料電池セルの集合体の自由度が高まることである。前述の第１〜第４実施形態の構造では、いずれも一体の平板状固体電解質基板を各燃料電池セルが共用しているため、複数の燃料電池セルを接続した集合体の形状も平板状のものに限られる。しかし、この第５実施形態では、隣接する燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜間を接続するメッシュ状金属４６の形状を変形させることで燃料電池の構造自体を変形可能となり、例えばより立体的な構造を実現することが可能となる。

第５実施形態に示す燃料電池を製造する場合は、固体電解質基板１１、１２〜を焼成した後、固体電解質基板１１、１２〜の一方の面にアノード層２１、２２〜となるペーストを、他面側にカソード層３１、３２〜となるペーストをそれぞれ印刷等の方法で塗布し、メッシュ状金属４５、４６を埋設又は固着して、乾燥させる。次いで、図５（ｂ）示すような接続形状を維持した状態で燃料電池全体を焼成する。

図６には、本発明の第６実施形態による固体電解質燃料電池の構成を示す。図６（ａ）では、その固体電解質燃料電池をアノード側から見た概略平面図、図６（ｂ）は直列に接続した方向の断面図、図６（ｃ）は、カソード側から見た概略平面図、図６（ｄ）は燃料電池の縦断面図、図６（ｅ）は単一燃料電池セルの平面図である。

この第６実施形態では、各燃料電池セルを更に分割し、メッシュ金属を隣接する燃料電池セルと共有して並列に接続した構造を有する。単位燃料電池セルＣ１〜は、例えば、図６（ｅ）に示すように、正方形の、例えば図示のように４つの平板状固体電解質基板１１、１２〜を１列に並べて配置し、更にこれらの列を複数列、例えば４列横方向に並べている。

各固体電解質基板１１、１２〜の一方の面にアノード層２１、２２〜、一方の面と反対側の面にカソード層３１、３２〜を基板１１、１２のほぼ全面に形成して、それぞれ燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜を形成している。

１列の燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜について、共通のメッシュ状金属、４５、４６により並列に接続する。即ち、１列に並んだ燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜のアノード層２１、２２〜とカソード層３１、３２〜には、それぞれ共通してメッシュ状金属４５、４６を埋設又は固着させて、同一列の複数の燃料電池セルＣ１、Ｃ２を並列に接続している。

最初の列の燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜のカソード層３１〜に埋設又は固着するメッシュ状金属４５、及び最後の列の燃料電池セルのアノード層に埋設又は固着するメッシュ状金属４５を除き、最初の列の複数の燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜のアノード層２１、２２〜と隣接する次の列の複数の燃料電池セルのカソード層に跨がったメッシュ状金属４６を使用する。

そして、最初の列の燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜のアノード層２１、２２〜及び隣接する次の列の燃料電池セルのカソード層に埋設又は固着されたメッシュ状金属４６は、アノード層２１、２〜及びカソード層３２、３３〜に対して埋設又は固着されていない中間部分を、最初の列の燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜と隣接する次の列の燃料電池セルとの間の隙間に通過させて、最初の列の燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜と次の列の燃料電池セルとの間を直列に接続し、その後の列の燃料電池セルについても順次同様に直列に接続する。

この構造によると、１列あたりの燃料電池セルの数を変更することで、任意の大きさのセル集合体を形成することができる。このため、特に、大型の集合体を作製する場合にも、累積歩留が低下することなく製造することができる。即ち、燃料電池セルが大きい場合は、製造工程中に、固体電解質基板が割れてしまう等、欠落する確率が高いが、燃料電池セルのサイズが小さいと、欠落の確率が低く、また、欠落した場合でもその交換を容易に行うことができる。また、多数の燃料電池セルの集合体の立体的形状の自由度が相対的に高いという利点も併せ持つ。

図７には、本発明の第７実施形態による固体電解質燃料電池の構成を示す。図７（ａ）は、固体電解質燃料電池をアノード側から見た概略平面図、図７（ｂ）は、燃料電池セルを枠状の収納部材に固定した状態を示し、図７（ｃ）は燃料電池を枠状部材に接合した部分の断面図である。

この第７実施形態では、各燃料電池セルを前述の第６実施形態と同様に小型のものに分割する。即ち、単位燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜は、図６（ｅ）に示すように、正方形で、個々の固体電解質基板１１、１２〜の一方の面にアノード層２１、２２〜、一方の面と反対側の面にカソード層３１、３２〜を基板１１、１２のほぼ全面に形成したものである。
これらの単位燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜を、図示のように横方向に４つ１列に並べて配置し、更にこれらの列を複数列、例えば３列縦方向に並べている。

また、メッシュ金属についても、個々の燃料電池セル毎に分割している。

最初の燃料電池セルＣ１のカソード層、最後の燃料電池セルのアノード層を除き、当該燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜のアノード層２１、２２〜に埋設又は固着され且つ隣接する次の燃料電池セルＣ２〜のカソード層にも埋設又は固着されたメッシュ状金属４６にて、これらの燃料電池セルＣ１、Ｃ２〜間を直列に接続する。当該列の最後の燃料電池セルは、隣接する次の列の最初の燃料電池セルとの間で同様に直列に接続する。以下燃料電池セルごとに同様に直列に接続する。最初の燃料電池セルＣ１のカソード層、及び最後の燃料電池セルのアノード層には、当該カソード層、アノード層にのみ埋設又は固着されたメッシュ状金属４５を用い、それぞれリード線Ｗ１、Ｗ２に接続する。

このような構造によると、個々の燃料電池セルを接続するのみでは、燃料電池はＳ字形の接続が行われることとなり、燃料電池セルの集合体として固定が不十分となる。そのため、図７（ｂ）に示すように、燃料電池セル集合体が収納できる、例えばセラミックなどの耐熱絶縁性材料からなる、枠状部材５０を設けるとともに、この枠状部材５０の辺縁部に絶縁分割された金属層５２を形成している。燃料電池セルの集合体（燃料電池）の燃料電池セル間の接続用メッシュ状金属４５、４６の延長部５１をこれらの各金属層５２に溶接等の手段で接合する。なお、多数の燃料電池セルを固定するために、枠状部材５０の他に、例えば固定用平板を設け、燃料電池セルの集合体を保持するようにしても良い。

図８は、本発明の第８実施形態を示すもので、図７に示した第７実施形態において、類似の枠状部材を用いた別の固定方法を示すものである。図７（ｃ）に示すような金属層５２を設けない枠体６０に、燃料電池セル間の接続用メッシュ状金属４５、４６の延長部５１を、焼成温度１０００℃前後で固化する無機接着剤（図示せず）や軟化点約１０００℃以上のガラス（図示せず）で固定しても良い。

図９は、本発明の第９実施形態を示すもので、図７に示した第７実施形態において、枠状固定部材を用いた更に別の固定方法を示すものである。即ち、この実施形態では、燃料電池セル間の接続用メッシュ状金属４５、４６を枠状部材に直接接合することなく、１対の枠状部材の間に挟み込んで固定するものである。

貫通孔７４を有する１対の枠状部材７１、７２の間に、燃料電池セル間接続用のメッシュ状金属４５、４６の延長部５１を挟み、ボルトナット７５により固定する。貫通孔７４はメッシュ状金属４５、４６を回避した位置に形成しても良いが、より確実な固定を行うには、メッシュ状金属４５、４６の延長部５１の位置に形成し、メッシュ状金属４５、４６の延長部５１を貫通するボルトで固定するのが好ましい。１対の固定部材は、両者ともに枠体状でなくても良く、一方を、固定部分にかかり対応する貫通孔を有する長方体の部材であっても良い。

図１０は、本発明の第１０実施形態を示すもので、図１０（ａ）は複数の燃料電池セルをリング状に配置した燃料電池セルの集合体１００を構成した状態を平面図で示し、図１０（ｂ）はそれを斜視図で示す。

複数の固体電解質基板１１、１２〜を使用した、前述の第５〜第９実施形態において、隣接する燃料電池セル間の接続部分を１８０°の平面ではなく、多少の角度を付けることで、燃料電池セルの集合体を全体として円筒状の配置構造とすることもできる。

この場合に、前述の実施形態における固定部材と類似の、燃料電池セルの集合体を円筒状に固定するための固定部材を用いる。例えば、１対のリング状の枠体を設け、これらの１対のリング状の枠体（図示せず）の間で、燃料電池セル間接続用のメッシュ状金属の延長部を挟み、ボルトナットにより固定する。そして、例えば、このような固定部材を円筒状の燃料電池セル集合体の上下に設けて固定することもできる。

このように燃料電池セルの集合体を円筒状の配置構造とすることで、例えば円筒内部にガス燃料、或いはガスや液体燃料の燃焼火炎を供給し、円筒外周部を大気開放して空気流を送ることにより、発電を促進することができる。

なお、図１０に示す実施形態では、円筒状の円周方向の部分で単一の燃料電池セルを順次直列に接続しているが、円筒状の軸方向の部分で複数の燃料電池セルを配置し、それらの一部あるいはすべてを並列に接続するようにしても良い。

図１１は、本発明の第１１実施形態を示すもので、図１１（ａ）は複数の燃料電池セルを用いた立体的形状で、２周のリング状に配置して円筒状の燃料電池セル集合体１０１、１０２を構成した状態を平面図で示し、図１１（ｂ）はそれを斜視図で示す。

基本的には、前述の図１０に示す第１０実施形態と同様の構成であるが、それを二重の円筒構造としたものである。同じ周の隣接する燃料電池セル間の直列の接続も同様な接続構造である。ただし、一端を１周目の終端にある燃料電池セルのアノード側（又はカソード側）に埋設又は固着し、他端を２周目の始端にある燃料電池セルのカソード側（又はアノード側）に埋設又は固着したメッシュ状金属により、１周目と２周目との間を直列に接続している。このような構造で、アノードとアノード間の円筒状空間にガス燃料、或いはガスや液体燃料の燃焼火炎を供給し、カソード、カソード間の円筒状空間に空気を送ることにより、発電を促進することができる。

また、図１０に示す実施形態と同様、円筒状の円周方向の部分で単一の燃料電池セルを順次直列に接続しているが、この第１１実施形態においても同様に、円筒状の軸方向の部分で複数の燃料電池セルを配置し、それらの一部あるいはすべてを並列に接続するようにしても良い。

図５〜図１１に示した第５実施形態〜第１１実施形態に共通して適用できる具体的な実施例を説明する。
固体電解質基板１１、１２〜として外形サイズ約１３ｍｍ×５ｍｍのＳＤＣ（サマリアドープドセリア：Ｃｅ_０．８Ｓｍ_０．２Ｏ_１．９）基板を用いた。

基板１１、１２〜の一方の面にはアノード層２１、２２〜用材料として５wt％Ｒｈ_２Ｏ_３添加した８mol％ＬｉドープドＮｉＯ−ＳＤＣ：２５wt％−７０wt％組成のペーストを塗布し、他方の面にはカソード層３１、３２〜用材料としてＳＳＣ（サマリウムストロンチウムコバルタイト：Ｓｍ_０．５Ｓｒ_０．５ＣｏＯ_３）−ＳＤＣ：５０wt％−５０wt％組成のペーストを塗布した。

両面の各ペースト塗布層に、外形サイズ約１３ｍｍ×１５ｍｍの白金メッシュを両端をはみ出させて埋め込んだ。

これにより、白金メッシュ／アノード形成用ペースト層／固体電解質基板／カソード形成用ペースト層／白金メッシュから成る燃料電池単位セル前駆体が得られた。

この単位セル前駆体を大気中にて１２００℃で焼成して、燃料電池単位セルとした。

隣り合う単位セル間で、図５（ｂ）の４５、４６〜で示したように一方の単位セルのアノード側白金メッシュと他方の単位セルのカソード側白金メッシュとを溶接して隣接単位セル間を接続することにより、３４個の単位セルを直列接続して、本発明による固体電解質燃料電池を完成した。

灯油を燃料として、ウィックから出る拡散火炎に、上記の個体電解質燃料電池の側面を接触させ、発電挙動を調べた。火炎の不安定さにより若干の変動はみられたが、最高回路電圧は約２５Ｖであり、出力は１４４ｍＷであった。

以上説明したように、本発明によれば、一枚の板状の固体電解質基板における両面に複数のカソード層と複数のアノード層とを形成して複数の燃料電池セルを設けるようにし、供給される燃料を燃焼させた火炎を複数のアノード層全面にあてるようにしたので、効率よく発電することができる。そして、複数の燃料電池セルを直列接続することにより、燃料電池としての起電力を簡単な構成で高めることができ、燃料電池の小型化、薄型化を実現できる。

また、複数枚の固体電解質基板で構成される燃料電池においては、固体電解質基板のどれか一つが故障しても、交換が容易であり、さらに、固体電解質燃料電池の製造においても、燃料電池セルの不良品を間単に除去でき、それを良品に交換でき、総合歩留まりを向上させることができる。

本発明に係るビア接続の燃料電池の第１実施形態を説明する図である。 本発明に係るビア接続の燃料電池の第２実施形態を説明する図である。 本発明に係るビア接続の燃料電池の第３実施形態を説明する図である。 本発明に係る金属線・メッシュ接続の燃料電池の第４実施形態を示す図である。 本発明に係る分割基板の燃料電池の第５実施形態を説明する図である。 本発明に係る分割基板の燃料電池の第６実施形態を説明する図である。 本発明に係る固定部材を有する燃料電池の第７実施形態を説明する図である。 本発明に係る固定部材を有する燃料電池の第８実施形態を説明する図である。 本発明に係る固定部材を有する燃料電池の第９実施形態を説明する図である。 本発明に係る円筒形の燃料電池の第１０実施形態を説明する図である。 本発明に係る二重円筒状の燃料電池を示す第１１実施形態を説明する図である。 従来技術の混合燃料ガス使用の固体電解質燃料電池の概略構成を説明する図である。 従来技術による火炎使用の固体電解質燃料電池の構成を説明する図である。

符号の説明

１（１１、１２〜） 固体電解質体
２、２１、２２〜 カソード層（空気極層）
３、３１、３２〜 アノード層（燃料極層）
２５、３５ 凸部
２６ 凹部
４１ ビア
４２ 金属線
４３ 貫通孔
４５、４６ メッシュ状金属
５０、６０ 枠状固定部材
５１ 延長部
５２ 金属層
７１、７２ 枠状固定部材
７４ 貫通孔
７５ ボルトナット
Ｃ１、Ｃ２〜 燃料電池セル
Ｗ１、Ｗ２ リード線

Claims (15)

1. １つの平板状の固体電解質基板と、
   前記固体電解質基板の一方の面に形成された複数のアノード層と、
   前記固体電解質基板の前記一方の面と反対側の面に、前記アノードと対向して形成された複数のカソード層とを有し、
   前記固体電解質基板を介して対向する前記アノード層及びカソード層間で複数の燃料電池セルを形成するとともに、各アノード層とカソード層との間を直列になるように接続された構造を有することを特徴とする固体電解質燃料電池。
2. 前記直列接続は、当該燃料電池セルの前記アノード層と隣接する燃料電池セルの前記カソード層との間で、前記平板状の固体電解質基板を貫通して充填された導体ビアを介して行われることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質燃料電池。
3. 前記複数のアノード層及び前記複数のカソード層のそれぞれは、対向する同一形状の平面領域を有すると共に、外部接続された端部の燃料電池セルにおけるアノード層又はカソード層を除き、平面領域から突出した凸部を、それぞれ対向する位置に有すると共に、当該燃料電池セルの前記アノード層の凸部と隣接する燃料電池セルのカソード層の凸部との間で、前記平板状の固体電解質基板を貫通して充填された導体ビアを介して互いに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の固体電解質燃料電池。
4. 前記各アノード層及び各カソード層の主たる平面領域は矩形であり、前記凸部は、該矩形状の主領域の１辺から隣接する燃料電池セルの前記各アノード層及び各カソード層の凸部の設けられていない直線状の辺の側へ平面的に突出していることを特徴とする請求項３に記載の固体電解質燃料電池。
5. 前記複数のアノード層及び前記複数のカソード層の一方は、同一の矩形平面領域を有すると共に、他方は、該一方に対向する矩形の主たる平面領域と、該平面領域の第１の辺から、隣接する燃料電池セルのアノード層又はカソード層の第１の辺とは異なる第２の辺に前記凸部と短絡しないように形成された凹部を有し、前記凸部が前記平板状の固体電解質基板を貫通して充填された導体ビアを介して対向するアノード層又はカソード層に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の固体電解質燃料電池。
6. 前記複数のアノード層及び前記複数のカソード層は、それぞれ直線状に隣接して配置され、各アノード層とカソード層との間が直線状に直列接続されていることを特徴とする請求項５に記載の固体電解質燃料電池。
7. 前記複数のアノード層及び前記複数のカソード層は、それぞれ格子状ないし碁盤目状の区画に配置され、第１の列において各燃料電池セルの各アノード層とカソード層との間が直線状に直列接続され、当該列の端部において、次の列の燃料電池セルに直列接続され、以下順次同様に直列接続されていることを特徴とする請求項６に記載の固体電解質燃料電池。
8. 前記直列接続は、当該燃料電池セルの前記アノード層に埋設又は固定したアノード側メッシュ状金属と、隣接する燃料電池セルの前記カソード層に埋設又は固定したカソード側メッシュ状金属との間を連結する、前記平板状の固定電解質基板を貫通する金属線を介して行われることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質燃料電池。
9. 複数の平板状固体電解質基板と、
   各固体電解質基板の一方の面に形成されたアノード層と、
   各固体電解質基板の前記一方の面と反対側の面に、前記アノード層と対向して形成されたカソード層とを有し、
   前記固体電解質基板を介して対向する前記複数のアノード層及び複数のカソード層間で複数の燃料電池セルを形成するとともに、
   複数の燃料電池セルは、一端を当該燃料電池セルのアノード層に埋設又は固定し、他端を隣接する燃料電池セルのカソード層に埋設又は固定したメッシュ状金属を介して直列に接続された構造を有することを特徴とする固体電解質燃料電池。
10. 前記燃料電池セルの平板状固体電解質基板は、隣接する燃料電池セルのそれぞれ平板状固体電解質基板との間で所定の隙間をあけて、各カソード層、アノードが同じ側に向くように、同一平面上に配置され、前記メッシュ状金属は前記隙間を通過して隣接する燃料電池セル間の接続が行われることを特徴とする請求項９に記載の固体電解質燃料電池。
11. 複数の燃料電池セルは、それぞれ格子状ないし碁盤目状の区画に配置され、当該列において燃料電池セルのアノード層から隣接する燃料電池セルのカソード層へ延びたメッシュ状金属により直列に接続され、当該列の端部における燃料電池セルと、隣接する列の燃料電池セルとの間で直列に接続され、順次同様に直列に接続された構造を有することを特徴とする請求項１０に記載の固体電解質燃料電池。
12. 格子状ないし碁盤目状の区画に配置された複数の燃料電池セルは、その周囲に配置された枠状固定部材により固定されることを特徴とする請求項１１に記載の固体電解質燃料電池。
13. 複数の燃料電池セルは、複数の燃料電池セルを１単位とする複数のセル・グループからなり、一端が、当該セル・グループの複数の燃料電池セルのアノード層に跨がって埋設又は固着され、他端が、隣接するセル・グループの複数の燃料電池セルのカソード層に跨がって埋設又は固着されたメッシュ状金属により、セル・グループ内の複数の燃料電池セル間で並列に接続され、且つ複数のセル・グループ間で直列に接続された構造を有することを特徴とする請求項１２に記載の固体電解質燃料電池。
14. 複数の燃料電池セルは円筒状に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の固体電解質燃料電池。
15. 複数の燃料電池セルは２周又は３周以上の円筒状に配置され、当該周の末端の燃料電池セルのアノード側金属メッシュと隣接する周の燃料電池セルのカソード側金属メッシュとの間が直列に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の固体電解質燃料電池。

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