JP2009004353A - 固体酸化物型燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】薄板体と支持部材とが１つずつ交互に積層されてなる小型の固体酸化物型燃料電池において、作動温度時において、燃料ガスと酸素を含むガスとの圧力差に基づく外力に対して薄板体が変形し難いものを提供すること。
【解決手段】この燃料電池１０は、焼成された薄板体１１（固体電解質層１１ａ、燃料極層１１ｂ及び空気極層１１ｃからなる積層体）と、薄板体１１を支持する支持部材１２とが交互に積層されたスタック構造を有する。薄板体１１は常温時にて下方（空気極層１１ｃ側）に反っている。薄板体１１内の層間の熱膨張率の大小関係と、支持部材１２と薄板体１１との間の熱膨張率の大小関係とに起因して、起動時の温度上昇過程にてこの反り高さは次第に小さくなっていくが、作動温度（８００℃等）に達しても薄板体１１はなお下方に反っている。この反りの存在により、作動温度時にて薄板体１１が変形し難くなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体酸化物型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）に係わり、特に、薄板体とその薄板体を支持する支持部材とが１つずつ交互に積層されてなる（平板）スタック構造を有するものに関する。薄板体は「単セル」とも称呼され、支持部材は「インターコネクタ」とも称呼される。

従来から、上記スタック構造を有する固体酸化物型燃料電池が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この場合、薄板体として、ジルコニアから構成される固体電解質層と、その固体電解質層の上面に形成された燃料極層と、その固体電解質層の下面に形成された空気極層と、が積層されてなる焼成体が使用され得る。以下、各薄板体について、薄板体の上方、下方に隣接する支持部材をそれぞれ、「上方支持部材」、「下方支持部材」とも称呼するものとする。
特開２００４−３４２５８４号公報

また、支持部材は、平面部と、その平面部の外周部の全周に設けられた同平面部よりも厚さが大きい枠体部とを有するように構成され得る。この場合、各薄板体について、薄板体の外周部の全周が上方支持部材の枠体部と下方支持部材の枠体部との間に挟持されることで、上方支持部材の平面部の下面と上方支持部材の枠体部の内側壁面と薄板体の燃料極層の上面とにより燃料ガスが供給される燃料流路が区画・形成され得、下方支持部材の平面部の上面と下方支持部材の枠体部の内側壁面と薄板体の空気極層の下面とにより酸素を含むガス（空気）が供給される空気流路が区画・形成され得る。

係る構成にて、固体酸化物型燃料電池の作動温度（例えば、８００℃、以下、単に「作動温度」と称呼する。）まで薄板体を加熱した状態で、燃料流路及び空気流路に燃料ガス及び空気がそれぞれ供給されることで、各薄板体の上面及び下面に燃料ガス及び空気がそれぞれ接触し、この結果、各薄板体にて発電反応が発生する。

ところで、燃料流路及び空気流路に供給される燃料ガス及び空気の圧力に差（以下、単に「圧力差」と称呼する。）があると、その圧力差が薄板体の平面方向（以下、単に「平面方向」とも称呼する。）に垂直方向の外力として薄板体へ作用する。この結果、この圧力差が大きいほど薄板体（特に、その中央部近傍）がより大きく変形し得る。

ここで、上記スタック構造では、薄板体間において流路に供給されるガスの流量にばらつきが発生し得ること等に起因して、薄板体間において圧力差にばらつきが発生し得る。従って、薄板体間において薄板体（特に、その中央部近傍）の変形量にばらつきが発生し得る。

加えて、近年、ＳＯＦＣの小型化、内部電気抵抗の低減等の目的を達成するために、薄板体及び支持部材（特に、薄板体）を極めて薄く形成する試みがなされてきている。このように薄板体を極めて薄く形成すると、薄板体中の支持部（薄板体を支持する層）が薄くなることから、圧力差に対する薄板体の変形量が大きくなる。即ち、圧力差のばらつきに対する薄板体の変形量のばらつきが大きくなる。

薄板体（特に、その中央部近傍）が変形すると、流路を流体が流れる際の圧力損失が変化してガス流量が変化するから、薄板体の発電特性が変化し得る。従って、ＳＯＦＣ全体として所期の発電特性を安定して得るためには、圧力差のばらつきに起因する薄板体間における薄板体の変形量のばらつきを抑制することが好ましい。このためには、作動温度時において、圧力差に基づく外力に対して薄板体を変形し難くすることが要求されるところである。

以上より、本発明の目的は、固体電解質層、燃料極層、及び空気極層が積層・焼成されてなる薄板体と、支持部材と、が１つずつ交互に積層されてなる（平板）スタック構造を有する小型の固体酸化物型燃料電池において、作動温度時において、燃料ガスと酸素を含むガスとの圧力差に基づく外力に対して薄板体が変形し難いものを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質層とその上面に形成された燃料極層とその下面に形成された空気極層とが積層・焼成されてなる上述した１又は複数の薄板体と、上述した平面部と枠体部とを有する複数の支持部材と、が１つずつ交互に積層されてなる。ここで、ＳＯＦＣ全体を小型化する観点から、各薄板体の厚さは、２０μｍ以上且つ５００μｍ以下であり、且つ、薄板体全体に亘って均一であることが好ましい。

また、上述したように、前記各薄板体について、前記薄板体の外周部の全周が前記上方支持部材の枠体部と前記下方支持部材の枠体部との間に挟持（好ましくは、気密的に挟持）されることにより、前記上方支持部材の平面部の下面と前記上方支持部材の枠体部の内側壁面と前記薄板体の燃料極層の上面とで燃料流路が区画・形成されるとともに、前記下方支持部材の平面部の上面と前記下方支持部材の枠体部の内側壁面と前記薄板体の空気極層の下面とで酸素を含むガス（空気等）が供給される空気流路が区画・形成される。

本発明によるＳＯＦＣの特徴は、前記各薄板体が、常温時においても常温よりも高い前記固体酸化物型燃料電池の作動温度時においても下方に向けて反っていて、前記薄板体の平面方向に垂直な方向における前記各薄板体の反り高さが、（ガスが供給されていない状態において）常温時よりも前記作動温度時の方が小さいことにある。

この構成を実現するための具体的構成の一つとしては、例えば、前記各薄板体について、前記燃料極層の熱膨張率が前記固体電解質層の熱膨張率よりも大きく且つ前記空気極層の熱膨張率が前記固体電解質層の熱膨張率と略等しく、且つ、前記支持部材の熱膨張率が前記薄板体の平均熱膨張率よりも大きい構成が挙げられる。ここで、「空気極層の熱膨張率が固体電解質層の熱膨張率と略等しい」とは、例えば、空気極層の熱膨張率が、固体電解質層の熱膨張率以上且つ燃料極層の熱膨張率未満であって、燃料極層の熱膨張率よりも固体電解質層の熱膨張率に近い値であるということを意味している。

薄板体内の層間の熱膨張率の大小関係を上記のように設定すれば、焼成後の層間の収縮量の差異に基づいて発生する内部応力（熱応力）を利用して、常温にて下方（即ち、空気極層側）に向けて反った薄板体を容易に製造することができる。

加えて、支持部材と薄板体との間の熱膨張率の大小関係を上記のように設定すれば、加熱によりＳＯＦＣの温度を常温から作動温度に向けて次第に高めていった場合、薄板体が上方・下方支持部材から受ける平面方向に沿った方向の引っ張り力が次第に大きくなっていく。この結果、薄板体の下方への反り高さが次第に小さくなっていく。なお、ＳＯＦＣの温度を常温から作動温度に向けて次第に高めていった場合、薄板体内の層間の上述した熱膨張率の大小関係に起因する層間の膨張量の差異によっても、薄板体の下方への反り高さが次第に小さくなり得る。

なお、薄板体の外周部の全周は、上方・下方支持部材の枠体部に対して、完全に相対移動不能に所定の接合剤等を利用して接合されていてもよいし、所定の温度以上でのみ或る程度相対移動可能に所定の接合剤等を利用して接合されていてもよい。

以上のことから、上記の具体的構成によれば、各薄板体が常温時でも作動温度時でも（ガスが供給されていない状態において）下方（即ち、空気極層側）に向けて反っていて、且つ、常温時よりも作動温度時の方が各薄板体の反り高さが小さいＳＯＦＣを容易に実現することができる。

係る構成を有するＳＯＦＣによれば、作動温度時（且つ、ガスが供給されていない状態）において、各薄板体が下方（即ち、空気極層側）に向けて反っている。従って、作動温度時において各薄板体が反っていない構成を有するＳＯＦＣに比して、作動温度時において、上記圧力差に基づく平面方向に垂直な方向の外力に対して薄板体が変形し難くなる。この結果、圧力差のばらつきに起因する薄板体間における薄板体の変形量のばらつきが抑制され得、ＳＯＦＣ全体として所期の発電特性を安定して得ることができる。

なお、一般に、薄板体（特に、その中央部近傍）が反っている場合、平面方向に垂直な方向であって凹側から凸側へ向いた方向の外力よりも平面方向に垂直な方向であって凸側から凹側へ向いた方向の外力に対して薄板体はより変形し難くなる傾向がある。即ち、薄板体が下方（即ち、空気極層側）に向けて反っている場合、上方へ向いた外力（即ち、空気極層側から燃料極層側へ向いた外力）が作用した場合に「反りによる変形抑制効果」がより一層発揮されることになる。

他方、固体酸化物型燃料電池の発電反応（後述する化学反応式（１）及び（２）を参照）にて消費される酸素と燃料（水素）との分子数比率、及び、空気中における酸素の分子数比率を鑑みると、一般に、空気流路に供給される空気の流量が燃料流路に供給される燃料ガスの流量よりも大きい値に設定される。この場合、空気流路に供給される空気の圧力が燃料流路に供給される燃料ガスの圧力よりも大きくなり、この結果、各薄板体には、圧力差に起因して上方へ向いた外力（即ち、空気極層側から燃料極層側へ向いた外力）が作用する。従って、空気流路に供給される空気の流量が燃料流路に供給される燃料ガスの流量よりも大きい値に設定される場合、上記構成のように、薄板体が下方（即ち、空気極層側）に向けて反っていると、「反りによる変形抑制効果」がより一層発揮され得る。

また、このように薄板体（特に、その中央部近傍）が下方（即ち、空気極層側）に向けて反っていると、平面視（上面視）にて、空気流路の中央部近傍での空気流路の高さが他の部分に比して小さくなる。これにより、平面視にて、空気流路の中央部近傍での空気の流速が低下するとともに他の部分の空気の流速が上がる作用が生じ得る。この結果、特に、平面視にて、空気流路の空気流入孔と空気流出孔とを結ぶ線分が空気流路の中央部を通過するように空気流入孔及び空気流出孔が配置されている場合において、空気流路内での空気の流速の不均一性の程度が抑制され得ることが判明した。これにより、発電反応に対する空気の利用効率が高めることができ、空気の利用率が高い場合であっても、ＳＯＦＣの出力の低下を抑制することができる。

上記本発明によるＳＯＦＣにおいては、前記各薄板体について、前記薄板体の反り高さがゼロであると仮定した場合における前記薄板体の平面方向に垂直な方向の前記空気流路の高さ（Ｔ１）に対する常温時における前記薄板体の反り高さ（Ｘ１）の割合（Ｘ１／Ｔ１、図６を参照、以下、「常温反り高さ割合」と称呼する。）は、０．０５以上且つ０．８以下であることが好適である。

ここで、前記「空気流路の高さ」とは、具体的には、例えば、前記下方支持部材における平面部上面と枠体部上面との間の、平面方向に垂直な方向における距離等である。また、「薄板体の反り高さ」とは、具体的には、例えば、薄板体の外周部と薄板体の中央部近傍における最低点に位置する底部との、平面方向に垂直な方向における距離等である。

以下、説明の便宜上、常温時における薄板体の下方への反り高さ（Ｘ１、図６を参照）を「常温反り高さ」と称呼し、作動温度時における薄板体の下方への反り高さ（Ｘ２、図７を参照）を「作動温度反り高さ」と称呼するものとする。

検討によれば、常温反り高さ割合が０．０５未満では、作動温度反り高さが非常に小さくなり、上記圧力差に基づく外力に対する薄板体の変形抑制効果が十分に発揮され得ないという問題が発生することが判明した。一方、常温反り高さ割合が０．８を超えると、作動温度反り高さがなおも十分に大きくて、空気が空気流路を流れる際の圧力損失が非常に大きくなるという問題が発生することが判明した。以上のことから、常温反り高さ割合は、０．０５以上且つ０．８以下であることが好ましい。

常温反り高さ割合が係る範囲内にある場合、ＳＯＦＣ全体を小型化する観点から、前記空気流路の高さ（Ｔ１）は、５０μｍ以上且つ７００μｍ以下であることが好ましい。

加えて、空気流路の高さ（Ｔ）が係る範囲内にある場合であって、平面視にて前記支持部材の平面部の形状が正方形、長方形、円形、又は楕円形である場合、前記正方形の１片の長さ、前記長方形の短辺の長さ、前記円形の直径、又は前記楕円形の短径は、４ｍｍ以上且つ１９０ｍｍ以下であることが好ましい。

これによれば、作動温度時において、薄板体の反りの程度（曲率）を、過度の内部応力が発生することなく且つ変形抑制効果が十分に発揮され得る程度とすることができる。なお、正方形の１片の長さ、長方形の短辺の長さ、円形の直径、又は楕円形の短径の寸法範囲が規定されているのは、以下の理由に基づく。

薄板体に発生する主たる反りの態様を表す形状は、支持部材の平面部の中央部近傍を含む同平面部の種々の縦断面（同平面部を平面方向に垂直な平面に沿って切断して得られる断面）のうちで幅（縦断面の平面方向における距離）が最も短くなる縦断面（以下、「最小幅縦断面」と称呼する。）を含む平面に沿って、薄板体を切断して得られる薄板体の縦断面において現れる傾向がある。従って、薄板体の主たる反りの程度（曲率）は、上記最小幅縦断面の幅に大きく依存する。他方、平面視にて支持部材の平面部の形状が正方形、長方形、円形、又は楕円形である場合、上記最小幅縦断面の幅はそれぞれ、正方形の１片の長さ、長方形の短辺の長さ、円形の直径、又は楕円形の短径と一致する。以上より、平面視にて支持部材の平面部の形状が正方形、長方形、円形、又は楕円形である場合、薄板体の主たる反りの程度（曲率）はそれぞれ、正方形の１片の長さ、長方形の短辺の長さ、円形の直径、又は楕円形の短径に大きく依存する。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る固体酸化物型燃料電池について説明する。

（燃料電池の全体構造）
図１は、本発明の一実施形態に係るデバイスである固体酸化物型燃料電池（以下、単に「燃料電池」と称呼する。）１０の破断斜視図である。図２は、燃料電池１０の部分分解斜視図である。燃料電池１０は、薄板体１１と支持部材１２とが交互に積層されることにより形成されている。即ち、燃料電池１０は、平板スタック構造を備えている。薄板体１１は、燃料電池１０の「単セル」とも称呼される。支持部材１２は、「インターコネクタ」とも称呼される。

図２の円Ａ内に拡大して示したように、薄板体１１は、電解質層（固体電解質層）１１ａと、電解質層１１ａの上（上面）に形成された燃料極層１１ｂと、電解質層１１ａ上の燃料極層１１ｂとは反対の面（下面）に形成された空気極層１１ｃと、を有している。薄板体１１の平面形状は、互いに直交するｘ軸及びｙ軸の方向に沿う辺を有する正方形（１辺の長さ＝Ａ）である。薄板体１１は、ｘ軸及びｙ軸に直交するｚ軸方向に厚み方向を有する板体である。

本例において、電解質層１１ａはＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）の緻密な焼成体である。燃料極層１１ｂは、Ｎｉ−ＹＳＺからなる焼成体であり、多孔質電極層である。空気極層１１ｃはＬＳＭ（Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ３：ランタンストロンチウムマンガナイト）−ＹＳＺからなる焼成体であり、多孔質電極層である。電解質層１１ａ、燃料極層１１ｂ、及び空気極層１１ｃの常温から１０００℃での平均熱膨張率はそれぞれ、およそ、１０．８ｐｐｍ／Ｋ、１２．５ｐｐｍ／Ｋ、及び１１（１０．８）ｐｐｍ／Ｋである。

即ち、燃料極層１１ｂの熱膨張率は電解質層１１ａの熱膨張率よりも大きく、空気極層１１ｃの熱膨張率は電解質層１１ａの熱膨張率と略等しい。従って、燃料電池１０の温度が変化したとき、薄板体１１内の層間にて伸縮量差が生じる。

薄板体１１は、一対のセル貫通孔１１ｄ，１１ｄを備えている。それぞれのセル貫通孔１１ｄは、電解質層１１ａ、燃料極層１１ｂ及び空気極層１１ｃを貫通している。一対のセル貫通孔１１ｄ，１１ｄは、薄板体１１の一つの辺の近傍であってその辺の両端部近傍領域に形成されている。

図３は、図２においてｘ軸と平行な１−１線を含むとともにｘ−ｚ平面と平行な平面に沿って支持部材１２を切断した支持部材１２の断面図である。

図２及び図３に示したように、支持部材１２は、平面部１２ａと、上方枠体部１２ｂと、下方枠体部１２ｃと、を備えている。上方枠体部１２ｂ、及び下方枠体部１２ｃは、前記「枠体部」に対応する。支持部材１２の平面形状は、互いに直交するｘ軸及びｙ軸の方向に沿う辺を有する正方形（１辺の長さ＝Ａ）であり、薄板体１１の平面形状と同形である。

支持部材１２は、Ｎｉ系耐熱合金（例えば、フェライト系ＳＵＳ、インコネル６００及びハステロイ等）から構成されている。支持部材１２の常温から１０００℃での平均熱膨張率は、例えばフェライト系ＳＵＳであるＳＵＳ４３０の場合、およそ１２．５ｐｐｍ／Ｋである。従って、支持部材１２の熱膨張率は、薄板体１１の平均熱膨張率よりも大きい。従って、燃料電池１０の温度が変化したとき、薄板体１１と支持部材１２との間にて伸縮量差が生じる。

平面部１２ａは、ｚ軸方向に厚み方向を有する薄い平板体である。平面部１２ａの平面形状は、ｘ軸及びｙ軸方向に沿う辺を有する正方形（１辺の長さ＝Ｌ（＜Ａ））である。

上方枠体部１２ｂは、平面部１２ａの周囲（４つの辺の近傍領域、即ち、外周近傍領域）において上方に向けて立設された枠体である。上方枠体部１２ｂは、外周枠部１２ｂ１と段差形成部１２ｂ２とからなっている。

外周枠部１２ｂ１は、支持部材１２の最外周側に位置している。外周枠部１２ｂ１の縦断面（例えば、ｙ軸方向に長手方向を有する外周枠部１２ｂ１をｘ−ｚ平面に平行な平面に沿って切断した断面）の形状は長方形（又は正方形）である。

段差形成部１２ｂ２は、平面部１２ａの四つの角部のうちの一つの角部において、外周枠部１２ｂ１の内周面から支持部材１２の中央に向けて延設された部分である。段差形成部１２ｂ２の下面は平面部１２ａと連接している。段差形成部１２ｂ２の平面視における形状は略正方形である。段差形成部１２ｂ２の上面（平面）は、外周枠部１２ｂ１の上面（平面）と連続している。段差形成部１２ｂ２には、貫通孔ＴＨが形成されている。貫通孔ＴＨは、段差形成部１２ｂ２の下方に位置する平面部１２ａにも貫通している。

下方枠体部１２ｃは、平面部１２ａの周囲（４つの辺の近傍領域、即ち、外周近傍領域）において下方に向けて立設された枠体である。下方枠体部１２ｃは、平面部１２ａの厚さ方向の中心線ＣＬに対して上方枠体部１２ｂと対称形状を有している。従って、下方枠体部１２ｃは、外周枠部１２ｂ１、及び段差形成部１２ｂ２とそれぞれ同一形状の外周枠部１２ｃ１、及び段差形成部１２ｃ２を備えている。但し、段差形成部１２ｃ２は、平面部１２ａの四つの角部のうち段差形成部１２ｂ２が形成されている角部と隣り合う２つの角部のうちの一方の角部に配置・形成されている。

図４は、薄板体１１及び薄板体１１を支持（挟持）した状態における一対の支持部材１２を、図２においてｙ軸と平行な２−２線を含むとともにｙ−ｚ平面と平行な平面に沿って切断した縦断面図である。上述したように、燃料電池１０は、薄板体１１と支持部材１２とが交互に積層されることにより形成されている。

ここで、この一対の支持部材１２のうち、薄板体１１に対してその下方・上方に隣接するものをそれぞれ、便宜上、下方支持部材１２１及び上方支持部材１２２と称呼する。図４に示したように、下方支持部材１２１及び上方支持部材１２２は、下方支持部材１２１の上方枠体部１２ｂの上に上方支持部材１２２の下方枠体部１２ｃが対向するように互いに同軸的に配置される。

薄板体１１は、その外周部全周が、下方支持部材１２１の上方枠体部１２ｂと上方支持部材１２２の下方枠体部１２ｃとの間に挟持される。このとき、薄板体１１は、下方支持部材１２１の平面部１２ａの上面に空気極層１１ｃが対向するように配置され、上方支持部材１２２の平面部１２ａの下面に燃料極層１１ｂが対向するように配置される。

薄板体１１の外周部下面（即ち、空気極層１１ｃの外周部下面）は、下方支持部材１２１の上方枠体部１２ｂの上面（具体的には、外周枠部１２ｂ１及び段差形成部１２ｂ２の上面）と当接し、且つ、この上方枠体部１２ｂに対して導電性の所定の接合剤等により接合・固定されている。同様に、薄板体１１の外周部上面（即ち、燃料極層１１ｂの外周部上面）は、上方支持部材１２２の下方枠体部１２ｃの下面（具体的には、外周枠部１２ｃ１及び段差形成部１２ｃ２の下面）と当接し、且つ、この下方枠体部１２ｃに対して導電性の所定の接合剤等により接合・固定されている。

換言すると、薄板体１１は、その外周部全周の上下面において、上方支持部材１２２の下方枠体部１２ｃ、及び下方支持部材１２１の上方枠体部１２ｂに接合・固定されている。なお、係る接合・固定は、薄板体１１が支持部材１１に対して、完全に相対移動不能になされてもよいし、所定の温度以上でのみ或る程度相対移動可能になされてもよい。

以上により、図４に示したように、下方支持部材１２１の平面部１２ａの上面と、下方支持部材１２１の上方枠体部１２ｂ（外周枠部１２ｂ１及び段差形成部１２ｂ２）の内側壁面と、薄板体１１の空気極層１１ｃの下面と、により酸素を含む気体が供給される空気流路２１が形成される。酸素を含む気体は、図４の破線の矢印により示したように、上方支持部材１２２の貫通孔ＴＨと薄板体１１のセル貫通孔１１ｄとを通して空気流路２１に流入する。

また、上方支持部材１２２の平面部１２ａの下面と、上方支持部材１２２の下方枠体部１２ｃ（外周枠部１２ｃ１及び段差形成部１２ｃ２）の内側壁面と、薄板体１１の燃料極層１１ｂの上面と、により水素を含む燃料が供給される燃料流路２２が形成される。燃料は、図４の実線の矢印により示したように、下方支持部材１２１の貫通孔ＴＨと薄板体１１のセル貫通孔１１ｄとを通して燃料流路２２に流入する。

以上のように構成された燃料電池１０は、例えば、図５に示したように、薄板体１１の燃料極層１１ｂと支持部材１２の平面部１２ａの下面との間に形成された燃料流路２２に燃料が供給され、且つ、薄板体１１の空気極層１１ｃと支持部材１２の平面部１２ａの上面との間に形成された空気流路２１に空気が供給されることにより、以下に示す化学反応式（１）及び（２）に基づく発電を行う。
（１／２）・Ｏ_２＋２^ｅ−→Ｏ^２− （於：空気極層１１ｃ） …（１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２^ｅ− （於：燃料極層１１ｂ） …（２）

（薄板体１１の反り）
次に、薄板体１１の反りについて説明する。図６は、常温時において薄板体１１及び薄板体１１を支持（挟持）した状態における一対の支持部材１２を、図２においてｘ軸と平行な３−３線を含むとともにｘ−ｚ平面と平行な平面に沿って切断した縦断面の模式図である。３−３線は、支持部材１２の平面形状（＝正方形）の中心（＝薄板体１１の平面形状（＝正方形）の中心）を通る線である。

薄板体１１の平面形状（＝正方形）の１辺の長さＡは、本例では、５ｍｍ以上且つ２００ｍｍ以下である。薄板体１１の厚さｔは、全体に渡って均一であり、本例では、２０μｍ以上且つ５００μｍ以下である。なお、電解質層１１ａ、燃料極層１１ｂ、及び空気極層１１ｃの厚さはそれぞれ、例えば、１μｍ以上且つ５０μｍ以下、５μｍ以上且つ５００μｍ以下、及び、５μｍ以上且つ２００μｍ以下である。

また、薄板体１１の平面方向（以下、単に「平面方向」とも称呼する。）に垂直な方向における空気流路２１の高さＴ１は、下方支持部材１２１における平面部１２ａの上面と上方枠体部１２ｂの上面との間の平面方向に垂直な方向における距離と等しく、本例では、５０μｍ以上且つ７００μｍ以下である。なお、本例では、燃料流路２２の高さＴ２（即ち、上方支持部材１２２における平面部１２ａの下面と下方枠体部１２ｃの下面との間の平面方向に垂直な方向における距離）は、上記空気流路２１の高さＴ１よりも小さい。また、支持部材１２の平面部１２ａの平面形状（＝正方形）の１辺の長さＬは、本例では、４ｍｍ以上且つ１９０ｍｍ以下である。

図６から理解できるように、薄板体１１は、常温時（且つ、ガスが供給されていない状態）において、その平面形状（正方形）の中心が最低点（底部）となるように、下方（即ち、空気極層１１ｃ側）に向けて反っている。以下、常温時における薄板体１１の下方への反り高さ（具体的には、薄板体１１の外周部と上記底部との平面方向に垂直な方向における距離）を「常温反り高さＸ１」と称呼する（図６を参照、Ｘ１＞０）。

以上のように構成された燃料電池１０は、上記（１）及び（２）式に従った化学反応を利用して発電を行う。しかしながら、燃料電池（ＳＯＦＣ）１０は、固体電解質層１１ａの酸素伝導度を利用して発電するので、燃料電池１０としての作動温度は最低６００℃以上であることが一般的である。このため、燃料電池１０は、常温から作動温度（例えば８００℃）まで外部の加熱機構（例えば、抵抗加熱ヒータ方式の加熱機構、或いは、燃料ガスを燃焼して得られる熱を利用する加熱機構等）により昇温される。

ここで、上述したように、薄板体１１内の層間には熱膨張率の大小関係（燃料極層１１ｂの熱膨張率＞電解質層１１ａの熱膨張率≒空気極層１１ｃの熱膨張率）が存在する。このため、上述の昇温過程において、平面方向に沿った方向における薄板体１１の伸長量が薄板体１１の上側面（燃料極層１１ｂ側面）において下側面（空気極層１１ｃ側面）よりも大きくなる。この結果、薄板体１１の内部において、内部応力（熱応力）の変化に起因して図７に黒矢印で示すように上向きの力が発生する。これにより、薄板体１１の下方への反り高さが次第に小さくなっていく。

加えて、上述したように、支持部材１２と薄板体１１との間にも、熱膨張率の大小関係（支持部材１２の熱膨張率＞薄板体１１の熱膨張率）が存在する。このため、上述の昇温過程において、平面方向に沿った方向における支持部材１２の伸長量が平面方向に沿った方向における薄板体１１の伸長量よりも大きくなる。しかしながら、薄板体１１はその外周部の全周において支持部材１２に接合・固定されている。この結果、図７に白矢印で示すように、薄板体１１は支持部材１２から平面方向に沿った方向の引っ張り力を受ける。これによっても、薄板体１１の下方への反り高さが次第に小さくなっていく。

即ち、上述の昇温過程において、薄板体１１内の層間の熱膨張率の大小関係と、支持部材１２と薄板体１１との間の熱膨張率の大小関係とに起因して、薄板体１１の下方への反り高さは次第に小さくなっていく。しかしながら、燃料電池１０の温度が作動温度に達しても、（ガスが供給されていない状態において）薄板体１１はなおも下方に向けて反っている。即ち、作動温度時（且つ、ガスが供給されていない状態）における薄板体１１の下方への反り高さを「作動温度反り高さＸ２」と称呼するものとすると（図７を参照）、０＜Ｘ２＜Ｘ１が成立する。

このように、本例では、図７に示すように作動温度時において薄板体１１が下方（即ち、空気極層１１ｃ側）に向けて反っている。この結果、図８に示すように作動温度時において薄板体１１が反っていない構成を有する燃料電池に比して、作動温度時において、薄板体１１が平面方向に垂直な方向の外力を受けた場合に薄板体１１は変形し難い（反りによる変形抑制効果）。

従って、空気流路２１を流れる空気及び燃料流路２２を流れる燃料ガスとの間に圧力差が生じたことでその圧力差が外力となって薄板体１１へ作用した場合であっても、薄板体１１が変形し難い。

ここで、上述した化学反応式（１）及び（２）にて消費される酸素と水素との分子数比率、及び、空気中における酸素の分子数比率を鑑みると、一般に、空気流路２１に供給される空気の流量が燃料流路２２に供給される燃料ガスの流量よりも大きい値に設定されるから、空気流路２１に供給される空気の圧力が燃料流路２２に供給される燃料ガスの圧力よりも大きくなる。この場合、薄板体１１には、圧力差に起因して上方へ向いた外力（即ち、空気極層１１ｃ側から燃料極層１１ｂ側へ向いた外力）が作用する。

他方、本例のように、薄板体１１が下方（即ち、空気極層１１ｃ側）に向けて反っている場合、薄板体１１に対して下方へ向いた外力が作用した場合よりも上方へ向いた外力が作用した場合に「反りによる変形抑制効果」がより一層発揮され得る。以上より、本例では、空気流路２１に供給される空気の流量が燃料流路２２に供給される燃料ガスの流量よりも大きい値に設定される場合、「反りによる変形抑制効果」がより一層発揮され得る。

この結果、スタック構造を有する燃料電池１０内において複数の薄板体１１間において圧力差にばらつきが発生しても、圧力差のばらつきに起因する薄板体１１間における薄板体１１の変形量のばらつきが抑制され得る。よって、燃料電池１０全体として所期の発電特性を安定して得ることができる。

次に、常温反り高さＸ１と空気流路２１の高さＴ１との好ましい関係について説明する。この検討のため、値（Ｘ１／Ｔ１）を導入する。以下、この値を「常温反り高さ割合」と称呼する。

常温反り高さ割合は、０．０５以上且つ０．８以下であることが好ましい。これは以下の理由に基づく。即ち、常温反り高さ割合が０．０５未満では、作動温度反り高さＸ２が非常に小さくなり、上記圧力差に基づく外力に対する薄板体１１の変形抑制効果が十分に発揮され得ないということが判明した。一方、常温反り高さ割合が０．８を超えると、作動温度反り高さＸ２がなおも十分に大きくて、空気流路２１の断面積が小さくなることで空気が空気流路２１を流れる際の圧力損失が非常に大きくなるということが判明した。

以下、このことを確認した実験について説明する。この実験は、１辺の長さＡ＝３０ｍｍ、電解質層、燃料極層、及び空気極層の厚さがそれぞれ３０ｕｍ、１５ｕｍ、及び１５ｕｍである平面視にて正方形の薄板体（電解質支持型のセル）を用いて、常温反り高さ割合が異なる複数のサンプルを作製して行われた。なお、常温反り高さ割合の調整は、薄板体の外周部と上方・下方支持部材の各枠体部との接合・固定に使用される接合剤の性状（温度に対する粘度特性、熱膨張率、厚さ、ヤング率等）を変更することで行われた。

常温反り高さ割合が０．０５未満では、薄板体の凸形状による上記変形抑制効果が不十分のため、ガス流量を急激に変更した場合（即ち、上記圧力差の急激な変動があった場合）における薄板体の変形量の変化が大きく、薄板体の破損が生じた。一方、常温反り高さ割合が０．０５以上では、薄板体の破損等も発生せずに、薄板体の凸形状による変形抑制効果が確認された。

他方、常温反り高さ割合が０．８を超えると、空気流路の断面積の最小値が小さくなり、空気流路内での圧力損失が顕著に大きくなった。加えて、空気流路の断面積の最大値と最小値の差が大きくなることに起因して、空気流路内での空気の流れが不均一になり、平面視における単位面積当たりの発電効率が顕著に低下することもわかった。一方、常温反り高さ割合が０．８以下では、空気流路内での圧力損失の顕著な増大、及び発電効率の顕著な低下も発生しなかった。以上より、常温反り高さ割合は、０．０５以上且つ０．８以下であることが好ましい。

上記の実験は、薄板体の厚さが一定の条件で行われている。他方、薄板体の厚さが２０μｍ〜５００μｍの範囲内にある場合において、同様の理由により、常温反り高さ割合が０．０５以上且つ０．８以下であることが好ましいことも判明している。以下、このことを確認した実験について説明する。なお、この実験は、薄板体として電解質支持型セルと燃料極支持型セルとを用いて、薄板体の厚さをパラメータとして行われた。

この実験は、薄板体の厚さを種々変更しながら１層の（薄板体が１枚の）スタックを作成して行われた。薄板体と支持部材との接合（シール）は、薄板体の外周部と支持部材の枠体部との接合面については軟化ガラスを使用し、スタックの外側面の被覆については結晶化ガラスを使用して、８５０℃の熱処理を施すことで行われた。

スタック完成後の薄板体の常温反り高さＸ１は、ガラスの接合条件、１層のスタック内に形成された２つのガス流路（燃料流路及び空気流路）内に配設された集電用のメッシュの形状・硬さ等を変更することで調整された。薄板体の常温反り高さＸ１の確認は、完成したスタック内の２つのガス流路内に硬化樹脂を流し込んで薄板体の形状を保持・拘束した状態で、スタックを垂直面に沿った平面で切断して得られる薄板体の断面を観察することで行われた。

この実験では、上記「圧力差」に対する薄板体の形状安定性が評価された。この評価方法は以下のとおりである。即ち、燃料流路を流通するガスの流量が一定に維持される。この状態で、空気流路を流通するガスの流量を変化させ、燃料流路の流入孔と流出孔との圧力差（圧力損失）の変化がモニタされる。この圧力損失の変化が小さいことは、上記「圧力差」の変化に対する薄板体の変形量の変化が小さくて「圧力差」に対する薄板体の形状安定性が高い（即ち、上記「反りによる変形抑制効果」が高い）ことを意味する。

この評価は常温で行われ、評価に使用されるガスとしては、燃料流路及び空気流路共に窒素が使用された。ＳＯＦＣの実使用環境では、上述のように、作動温度が高温（６００〜８００℃程度）であり、燃料流路には水素ガスが、空気流路には空気が流される。しかしながら、この実験では、実験の利便性を考慮して、上記のＳＯＦＣの実使用環境を常温にて再現する手法が採られた。

即ち、高温での流路内圧力損失を常温で再現できるように、実使用環境でのガスの粘性係数と流量を乗じた値と、常温での模擬ガス（窒素）の粘性係数と流量を乗じた値とが同じになるように、ガス流量条件が決定された。

具体的には、常温にて、燃料流路側の窒素の流量が２５０sccmで一定とされた状態で、空気流路側の窒素の流量を２５０〜２０００sccmの範囲で変更しながら、燃料流路の圧力損失の変化（安定性）が評価された。この評価結果を表１に示す。

この表１から理解できるように、常温反り高さ割合が０．０５未満では、上記圧力損失の変動が大きくて、上記「反りによる変形抑制効果」が不十分である。一方、常温反り高さ割合が０．０５以上では、上記圧力損失の変動が小さく上記圧力損失が安定していて、上記「反りによる変形抑制効果」が十分に発揮され得ることが確認された。

他方、常温反り高さ割合が０．８を超えると、空気流路側での圧力損失が顕著に大きくなった。一方、常温反り高さ割合が０．８以下では、空気流路側での圧力損失の顕著な増大がみられないことが確認された。以上より、薄板体の厚さが２０μｍ〜５００μｍの範囲内にある場合において、常温反り高さ割合が０．０５以上且つ０．８以下であることが好ましいということができる。

ところで、図９に示すように、平面視にて、空気流路が四角形（正方形）であって流入孔及び流出孔（上記の貫通孔ＴＨ等に相当）が対角線の両端に対応する角部に配設されている場合（即ち、流入孔と流出孔とを結ぶ線分が空気流路の中央部を通過するように流入孔及び流出孔が配置されている場合）を考える。図９に示した例では、薄板体１１が反っておらず、従って、空気流路の高さが空気流路内にて均一となっている。なお、図９において、矢印の太さは空気流速（従って、空気流量）の大きさを表す（図１０も同様）。

この場合、図９に示すように、平面視にて、空気流路の中央部では空気流速が最も大きく、中央部から離れるほど空気流速が小さくなる。即ち、空気流路内にて空気流速における不均一が発生し得る。このような流速の不均一の程度が大きい場合、図１１に特性線Ｌ１にて示すように、空気利用率Ｕａが小さい状況ではＳＯＦＣの出力密度に対して影響しないが、空気利用率Ｕａが大きい状況ではＳＯＦＣの出力密度が低下し易いことが判明した。これは、空気流速の不均一の程度が大きい場合、発電反応に対する空気の利用効率が低いことに起因するものと思われる。

一方、図１０に示すように、薄板体１１が下方（空気極層側）に反っていて、空気流路の高さが中央部に近づくほど小さくなっている場合を考える。この場合、図９に示す薄板体１１が反っていない場合に比して、平面視にて、空気流路の中央部での空気流速が低下するとともにその周りの部分の空気流速が上がる作用が生じ得る。この結果、図１０に示すように、空気流路内での空気流速の不均一性の程度が抑制され得る。

このように流速の不均一の程度が小さい場合、図１１に特性線Ｌ２にて示すように、空気利用率Ｕａが小さい状況に加えて空気利用率Ｕａが大きい状況であっても、ＳＯＦＣの出力密度が低下し難いことが判明した。換言すれば、薄板体１１が下方（空気極層側）に反っていると、空気利用率Ｕａが大きい場合におけるＳＯＦＣの出力密度が向上する。この効果を、「反りによる出力向上効果」と称呼する。これは、空気流速の不均一の程度を小さくすると、発電反応に対する空気の利用効率が高くなることに起因するものと思われる。

そして、「反りによる出力向上効果」の観点からも、常温反り高さ割合が０．０５以上且つ０．８以下であることが好ましいことも判明している。以下、このことを確認した実験について説明する。

この実験では、燃料流路を流通する燃料ガスが潤沢にある状態で、燃料の利用率が十分に低い５％に固定される。この状態で、空気流路を流通する空気の利用率Ｕａを変化させてＳＯＦＣの出力特性が評価された。具体的には、電流を５Ａで一定に調整した状態で、空気の供給量を変化させてＳＯＦＣの出力電圧が測定され、その測定結果から得られる空気利用率Ｕａ＝５０％での出力電圧を利用してＳＯＦＣの出力特性が評価された。この出力電圧が小さいこと（即ち、ＳＯＦＣの出力（＝電圧×電流）が小さいこと）は、「反りによる出力向上効果」が小さいことを意味する。

この評価は、薄板体として厚さが一定の燃料極支持型セルを用いて、常温反り高さ割合を種々変更しながら、８００℃の環境下にて行われた。この評価結果を表２に示す。

この表２から理解できるように、常温反り高さ割合が０．０５未満では、出力の向上が認められず、上記「反りによる出力向上効果」が不十分である。一方、常温反り高さ割合が０．０５以上では、出力の向上が十分認められ、且つ、空気利用率Ｕａの増加に対する出力の低下の程度も小さくて(出力が安定していて)、上記「反りによる出力向上効果」が十分に発揮され得ることが確認された。

他方、常温反り高さ割合が０．８を超えると、上述と同様、空気流路側での圧力損失が顕著に大きくなった。一方、常温反り高さ割合が０．８以下では、空気流路側での圧力損失の顕著な増大がみられないことが確認された。以上より、「反りによる変形抑制効果」の観点に加えて「反りによる出力向上効果」の観点からも、常温反り高さ割合が０．０５以上且つ０．８以下であることが好ましいということができる。

次に、上述のように常温にて下方（空気極層１１ｃ側）に反った薄板体１１の製造方法の一例について簡単に説明する。薄板体１１として電解質支持型セルが製造される場合、グリーンシート法により作成したセラミックスシート（ＹＳＺのテープ）の上面にシート（燃料極層１１ｂとなる層）を印刷法により形成してから１４００℃・１時間にて焼成し、更に、その焼成体の下面にシート（空気極層１１ｃとなる層）を同じく印刷法により形成してから１２００℃・１時間にて焼成することにより形成される。また、薄板体１１として燃料極支持型セルが製造される場合、グリーンシート法により作成したシート（燃料極層１１ｂとなる層）の下面にセラミックスシート（ＹＳＺのテープ）を積層・一体化してから１４００℃・１時間にて焼成し、更に、その焼成体の下面にシート（空気極層１１ｃとなる層）を印刷法により形成してから１２００℃・１時間にて焼成することにより形成される。

ここで、上述したように、薄板体１１内の層間には熱膨張率の大小関係（燃料極層１１ｂの熱膨張率＞電解質層１１ａの熱膨張率≒空気極層１１ｃの熱膨張率）が存在する。このため、焼成時の降温過程において、平面方向に沿った方向における薄板体１１の収縮量が薄板体１１の上側面（燃料極層１１ｂ側面）において下側面（空気極層１１ｃ側面）よりも大きくなる。この原理を利用すれば、焼成時の降温過程後において、常温にて下方（即ち、空気極層１１ｃ側）に反った薄板体１１を容易に製造することができる。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る固体酸化物型燃料電池１０は、作動温度時において薄板体１１が下方（即ち、空気極層１１ｃ側）に向けて反っている（図７を参照）。従って、作動温度時において薄板体１１が反っていない構成を有する燃料電池（図８を参照）に比して、作動温度時において、薄板体１１が平面方向に垂直な方向の外力を受けても薄板体１１は変形し難い。この結果、スタック構造を有する燃料電池１０内において複数の薄板体１１間において空気流路２１を流れる空気及び燃料流路２２を流れる燃料ガスとの間の圧力差にばらつきが発生しても、圧力差のばらつきに起因する薄板体１１間における薄板体１１の変形量のばらつきが抑制され得る。よって、燃料電池１０全体として所期の発電特性を安定して得ることができる。加えて、薄板体１１が下方（即ち、空気極層１１ｃ側）に向けて反っていることで、上記「反りによる出力向上効果」により、空気利用率が高い場合であってもＳＯＦＣの出力が低下し難くなる効果も奏する。

なお、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、燃料極層１１ｂは、白金、白金−ジルコニアサーメット、白金−酸化セリウムサーメット、ルテニウム、ルテニウム−ジルコニアサーメット等から構成することができる。

また、空気極層１１ｃは、例えば、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物（例えば、上述のランタンマンガナイトのほか、ランタンコバルタイト）から構成することができる。ランタンコバルタイト及びランタンマンガナイトは、ストロンチウム、カルシウム、クロム、コバルト（ランタンマンガナイトの場合）、鉄、ニッケル、アルミニウム等をドープしたものであってよい。また、パラジウム、白金、ルテニウム、白金−ジルコニアサーメット、パラジウム−ジルコニアサーメット、ルテニウム−ジルコニアサーメット、白金−酸化セリウムサーメット、パラジウム−酸化セリウムサーメット、ルテニウム−酸化セリウムサーメットであってもよい。

また、薄板体１１及び支持部材１２の平面形状は、長方形、円形、楕円形等であってもよい。例えば、図１２は、薄板体１１及び支持部材の平面形状が、短辺の長さがＡであり長辺の長さがＢの長方形である場合における、燃料電池３０の部分分解斜視図である。燃料電池３０では、支持部材１２の平面部１２ａの平面形状は、短辺の長さがＬであり長辺の長さがＭの長方形である。

燃料電池３０では、常温時において薄板体１１及び薄板体１１を支持（挟持）した状態における一対の支持部材１２を、図１２においてｘ軸と平行な４−４線を含むとともにｘ−ｚ平面と平行な平面に沿って切断した縦断面に現れる薄板体１１の反りの態様は、図６に示した燃料電池１０における薄板体１１の反りの態様と類似したものとなる。なお、４−４線は、支持部材１２の平面形状（＝長方形）の中心（＝薄板体１１の平面形状（＝長方形）の中心）を通る線である。これは、この４−４線を含む縦断面が上述した支持部材１２の平面部１２ａにおける上記「最小幅縦断面」に対応し、且つ、薄板体１１に発生する主たる反りの態様を表す形状は、この「最小幅縦断面」を含む平面に沿って薄板体１１を切断して得られる薄板体１１の縦断面において現れる傾向があるからである。

この燃料電池３０において、上記燃料電池１０と同様、上記常温反り高さ割合が０．０５以上且つ０．８以下であって、空気流路２１の高さＴが５０μｍ以上且つ７００μｍ以下である場合を考える。この場合、「最小幅縦断面」の幅と一致する上記長方形の短辺の長さＬが、４ｍｍ以上且つ１９０ｍｍ以下であることが好ましい。これによれば、薄板体１１の主たる反りの程度（曲率）に大きく影響を与える「最小幅縦断面」の幅を上記実施形態に係る燃料電池１０の場合と同程度とすることができる。従って、作動温度時において、薄板体１１の反りの程度（曲率）を上記実施形態に係る燃料電池１０の場合と同程度とすることができる。

同様に、上記常温反り高さ割合が０．０５以上且つ０．８以下であって、空気流路２１の高さＴが５０μｍ以上且つ７００μｍ以下である場合において、薄板体１１及び支持部材１２の平面部１２ａの平面形状が円形、或いは楕円形である場合、「最小幅縦断面」の幅と一致する円形の直径、或いは、楕円形の短径の長さが、４ｍｍ以上且つ１９０ｍｍ以下であることが好ましい。これによっても、「最小幅縦断面」の幅を燃料電池１０の場合と同程度とすることができ、作動温度時において、薄板体１１の反りの程度（曲率）を燃料電池１０の場合と同程度とすることができる。

本発明の一実施形態に係る固体酸化物型燃料電池の破断斜視図である。 図１に示した燃料電池の部分分解斜視図である。 図２に示した１−１線を含むとともにｘ−ｚ平面と平行な平面に沿って支持部材を切断した支持部材の断面図である。 図１に示した薄板体及び薄板体を支持した状態における支持部材を、図２に示した２−２線を含むとともにｙ−ｚ平面と平行な平面に沿って切断した縦断面図である。 図１に示した燃料電池における燃料と空気の流通を説明する図である。 図１に示した燃料電池の常温時における薄板体の反りの態様を示した図４に対応する模式図である。 図１に示した燃料電池の作動温度時における薄板体の反りの態様を示した図４に対応する模式図である。 比較例として作動温度時において薄板体に反りが発生しない場合を示した図４に対応する模式図である。 薄板体が反っていない場合における、空気流路内の空気の流速分布を示した模式図である。 薄板体が反っている場合における、空気流路内の空気の流速分布を示した模式図である。 空気利用率とＳＯＦＣの出力との関係を示したグラフである。 本発明の一実施形態の変形例に係る固体酸化物型燃料電池の部分分解斜視図である。

符号の説明

１０…燃料電池、１１…薄板体、１１ａ…ジルコニア固体電解質層、１１ｂ…燃料極層、１１ｃ…空気極層、１１ｄ…セル貫通孔、１２…支持部材、１２ａ…平面部、１２ｂ…上方枠体部、１２ｂ１…外周枠部、１２ｂ２…段差形成部、１２ｃ…下方枠体部、１２ｃ１…外周枠部、１２ｃ２…段差形成部、２１…空気流路、２２…燃料流路、１２１…下方支持部材、１２２…上方支持部材

Claims (6)

1. 固体電解質層と、前記固体電解質層の上面に形成された燃料極層と、前記固体電解質層の下面に形成された空気極層と、が積層・焼成されてなる１又は複数の薄板体と、
   平面部と、前記平面部の外周部の全周に設けられた同平面部よりも厚さが大きい枠体部と、を有するとともに前記１又は複数の薄板体を支持する複数の支持部材と、
   を備え、前記薄板体と前記支持部材とが１つずつ交互に積層されてなる固体酸化物型燃料電池において、
   前記各薄板体について、前記薄板体の外周部の全周が前記薄板体の上方に隣接する前記支持部材である上方支持部材の枠体部と前記薄板体の下方に隣接する前記支持部材である下方支持部材の枠体部との間に挟持されることにより、前記上方支持部材の平面部の下面と前記上方支持部材の枠体部の内側壁面と前記薄板体の燃料極層の上面とで燃料ガスが供給される燃料流路が区画・形成されるとともに、前記下方支持部材の平面部の上面と前記下方支持部材の枠体部の内側壁面と前記薄板体の空気極層の下面とで酸素を含むガスが供給される空気流路が区画・形成され、
   前記各薄板体は、常温時においても常温よりも高い前記固体酸化物型燃料電池の作動温度時においても下方に向けて反っていて、前記薄板体の平面方向に垂直な方向における前記各薄板体の反り高さは、常温時よりも前記作動温度時の方が小さい固体酸化物型燃料電池。
2. 請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池において、
   前記各薄板体の厚さは、２０μｍ以上且つ５００μｍ以下の厚さである固体酸化物型燃料電池。
3. 請求項１又は請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池において、
   前記各薄板体について、前記燃料極層の熱膨張率は前記固体電解質層の熱膨張率よりも大きく且つ前記空気極層の熱膨張率は前記固体電解質層の熱膨張率と略等しく、
   前記支持部材の熱膨張率は前記薄板体の平均熱膨張率よりも大きい固体酸化物型燃料電池。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の固体酸化物型燃料電池において、
   前記各薄板体について、前記薄板体の反り高さがゼロであると仮定した場合における前記薄板体の平面方向に垂直な方向の前記空気流路の高さ（Ｔ１）に対する常温時における前記薄板体の反り高さ（Ｘ１）の割合（Ｘ１／Ｔ１）は、０．０５以上且つ０．８以下である固体酸化物型燃料電池。
5. 請求項４に記載の固体酸化物型燃料電池において、
   前記空気流路の高さ（Ｔ１）は、５０μｍ以上且つ７００μｍ以下である固体酸化物型燃料電池。
6. 請求項５に記載の固体酸化物型燃料電池において、
   平面視にて前記支持部材の平面部の形状は、正方形、長方形、円形、又は楕円形であり、前記正方形の１片の長さ、前記長方形の短辺の長さ、前記円形の直径、又は前記楕円形の短径（Ｌ）は、４ｍｍ以上且つ１９０ｍｍ以下である固体酸化物型燃料電池。

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