JP2013041673A - Solid electrolyte fuel cell stack - Google Patents

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Shinya Teranishi
真哉 寺西
Masanori Uehara
昌徳 上原
Susumu Ichikawa
晋 市川
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Soken Inc
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Nippon Soken Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte fuel cell stack capable of efficiently generating power while restraining increase of a physical constitution.SOLUTION: A portion of a cathode electrode 13 of each unit cell 10 corresponding to a fuel gas flow downstream side is made of a material with higher electrode reaction activity in an actuation temperature range than a portion corresponding to a fuel gas flow upstream side. Also, at least one of an anode electrode 12 and the cathode electrode 13 of the unit cell positioned on an end side in a lamination direction of a fuel cell stack 1 is made of a material with higher electrode reaction activity in the actuation temperature range than the electrode of the unit cell positioned on a center side in the lamination direction. Furthermore, a solid electrolyte 11 of the unit cell positioned on the end side in the lamination direction of the fuel cell stack 1 is made of a material with higher conductivity in the actuation temperature range than the solid electrolyte 11 of the unit cell positioned on the center side in the lamination direction.

Description

本発明は、固体電解質をアノード電極およびカソード電極で狭持した発電セルの外側に、反応ガスの流通路が形成されたセパレータを配置して構成される単位セルを複数積層した固体電解質型の燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a solid electrolyte type fuel in which a plurality of unit cells configured by disposing a separator having a reaction gas flow path disposed outside a power generation cell in which a solid electrolyte is sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode. It relates to a battery stack.

従来、固体電解質型の燃料電池スタック（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）では、その積層方向における両端部に比べて中央部の放熱性が悪いことから、発電時において、中央部の温度が両端部に比べて極端に高くなる傾向がある。このように燃料電池スタックの積層方向の温度分布が不均一となると、燃料電池の各単位セルの出力電圧にバラツキが生ずるといった問題がある。   Conventionally, in solid oxide fuel cell stacks (SOFCs), the heat at the center is worse than at both ends in the stacking direction. There is a tendency to become extremely high compared to the above. As described above, when the temperature distribution in the stacking direction of the fuel cell stack is not uniform, there is a problem that the output voltage of each unit cell of the fuel cell varies.

これに対して、例えば、特許文献１では、燃料電池スタックにおける積層方向の中央部に放熱体を配設する構成とすることで、燃料電池スタックの積層方向における温度分布の均一化させることで、燃料電池の各単位セルにおける出力電圧のバラツキの抑制を図っている。   On the other hand, for example, in Patent Document 1, by adopting a configuration in which a heat radiating body is disposed in the center portion in the stacking direction of the fuel cell stack, by making the temperature distribution in the stacking direction of the fuel cell stack uniform, The variation of the output voltage in each unit cell of the fuel cell is suppressed.

特開２００６−２２２０７４号公報JP 2006-222074 A

しかしながら、従来技術では、燃料電池スタックにおける温度分布を均一化させる際に、燃料電池スタックにおける高温となる単位セルや各単位セルにおける高温部位の温度を低下させており、燃料電池全体における発電効率が低下してしまうといった問題がある。   However, in the prior art, when the temperature distribution in the fuel cell stack is made uniform, the temperature of the unit cell that becomes high temperature in the fuel cell stack and the temperature of the high temperature portion in each unit cell are lowered, and the power generation efficiency in the entire fuel cell is reduced. There is a problem that it falls.

また、燃料電池スタックの内部に放熱体を配設すると、燃料電池スタックの体格が増大し、例えば、燃料電池スタックの配置スペースに制約がある環境に適用できないといった問題がある。   Further, if a heat radiator is provided inside the fuel cell stack, the size of the fuel cell stack increases, and there is a problem that it cannot be applied to an environment where the arrangement space of the fuel cell stack is restricted, for example.

本発明は上記点に鑑みて、燃料電池スタックの体格の増大を抑制しつつ、効率的に発電可能な固体電解質型の燃料電池スタックを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a solid electrolyte fuel cell stack capable of efficiently generating power while suppressing an increase in the size of the fuel cell stack.

上記目的を達成するため、本発明では、燃料電池スタックにおける各単位セル（１０）や単位セル（１０）の面内における温度分布に応じて、発電セル（１４）を構成する各電極（１２、１３）や固体電解質（１１）を異なる材料で構成することを特徴としている。   To achieve the above object, in the present invention, each unit cell (10) in the fuel cell stack and each electrode (12, 12) constituting the power generation cell (14) according to the temperature distribution in the plane of the unit cell (10). 13) and the solid electrolyte (11) are made of different materials.

請求項１に記載の発明は、固体電解質型の燃料電池スタックにおける各単位セル（１０）は、当該単位セル（１０）の燃料ガス流れ上流側が高温となり易く、燃料ガス流れ下流側が低温となり易いといった傾向に着眼してなされたものである。   According to the first aspect of the present invention, each unit cell (10) in the solid oxide fuel cell stack is likely to have a high temperature on the upstream side of the fuel gas flow of the unit cell (10) and a low temperature on the downstream side of the fuel gas flow. It was made with a focus on trends.

すなわち、請求項１に記載の発明では、固体電解質（１１）をアノード電極（１２）およびカソード電極（１３）で狭持した発電セル（１４）の外側に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路（１５ａ、１６ａ）が形成されたセパレータ（１５、１６）を配置して構成される単位セル（１０）を複数積層した固体電解質型の燃料電池スタックであって、複数の単位セル（１０）のうち、少なくとも一部の単位セルは、カソード電極（１３）におけるセパレータ（１５）に形成された流通路（１５ａ）の燃料ガス流れ下流側に対応する部位が、カソード電極（１３）におけるセパレータ（１５）に形成された流通路（１５ａ）の燃料ガス流れ上流側に対応する部位よりも作動温度範囲内における電極反応活性が高い材料で構成されていることを特徴とする。   That is, according to the first aspect of the present invention, the fuel gas and oxidant gas flow paths are provided outside the power generation cell (14) in which the solid electrolyte (11) is held between the anode electrode (12) and the cathode electrode (13). A solid electrolyte type fuel cell stack in which a plurality of unit cells (10) configured by arranging separators (15, 16) in which (15a, 16a) are formed, wherein a plurality of unit cells (10) Among these, at least some of the unit cells have a portion corresponding to the fuel gas flow downstream side of the flow passage (15a) formed in the separator (15) in the cathode electrode (13) in the separator (15) in the cathode electrode (13). ) Formed in a material having a higher electrode reaction activity within the operating temperature range than the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow of the flow passage (15a) formed in To.

これによれば、単位セル（１０）のカソード電極（１３）における低温となり易い燃料ガス流れ下流側に対応する部位を、電極反応活性の高い材料で構成しているので、単位セル（１０）の面内に温度分布が生じたとしても、単位セル（１０）における低温となり易い部位と高温となり易い部位（燃料ガス流れ上流側に対応する部位）における出力電圧の差を縮小し、単位セル（１０）の面内における出力電圧のバラツキを抑制することができる。   According to this, the portion of the unit cell (10) corresponding to the downstream side of the fuel gas flow, which tends to be low temperature, in the cathode electrode (13) is made of a material having high electrode reaction activity. Even if the temperature distribution occurs in the plane, the difference in output voltage between the part that tends to be low temperature and the part that tends to be high temperature (part corresponding to the upstream side of the fuel gas flow) in the unit cell (10) is reduced. ) In the plane can be suppressed.

加えて、カソード電極（１３）といった既存の部位の材料構成を変更することで実現することができるので、燃料電池スタックの体格の増大を抑制しつつ、効率的に発電可能することが可能となる。   In addition, since it can be realized by changing the material configuration of the existing part such as the cathode electrode (13), it is possible to efficiently generate power while suppressing an increase in the size of the fuel cell stack. .

ここで、単位セル（１０）の面内における温度分布に応じてカソード電極（１３）を異なる材料で構成する場合、当該異なる材料同士が混在すると、カソード電極（１３）の電極反応活性が低下してしまう虞がある。   Here, when the cathode electrode (13) is composed of different materials according to the temperature distribution in the plane of the unit cell (10), if the different materials are mixed, the electrode reaction activity of the cathode electrode (13) decreases. There is a risk that.

そこで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の固体電解質型の燃料電池スタックにおいて、カソード電極（１３）には、燃料ガス流れ上流側に対応する部位と燃料ガス流れ下流側に対応する部位との間に空隙が形成されていることを特徴とする。   Accordingly, in the invention according to claim 2, in the solid oxide fuel cell stack according to claim 1, the cathode electrode (13) includes a portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow and a downstream side of the fuel gas flow. A gap is formed between the corresponding parts.

これによれば、カソード電極（１３）を異なる材料で構成しても、当該異なる材料同士が混在してしまうことを抑制できるので、カソード電極（１３）の電極反応活性の低下を効果的に抑制することができる。   According to this, even if the cathode electrode (13) is made of different materials, it is possible to prevent the different materials from being mixed with each other, thereby effectively suppressing a decrease in the electrode reaction activity of the cathode electrode (13). can do.

また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の固体電解質型の燃料電池スタックにおいて、カソード電極（１３）には、燃料ガス流れ上流側に対応する部位と燃料ガス流れ下流側に対応する部位との間に、燃料ガス流れ上流側に対応する部位を構成する材料と燃料ガス流れ下流側に対応する部位を構成する材料との混在を抑制する混在抑制部が設けられていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the solid electrolyte fuel cell stack according to the first aspect, the cathode electrode (13) includes a portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow and a downstream side of the fuel gas flow. Between the corresponding parts, there is provided a mixture suppressing unit that suppresses the mixture of the material constituting the part corresponding to the upstream side of the fuel gas flow and the material constituting the part corresponding to the downstream side of the fuel gas flow It is characterized by.

これによれば、カソード電極（１３）を異なる材料で構成しても、当該異なる材料同士が混在してしまうことを抑制できるので、カソード電極（１３）の電極反応活性の低下を効果的に抑制することができる。   According to this, even if the cathode electrode (13) is made of different materials, it is possible to prevent the different materials from being mixed with each other, thereby effectively suppressing a decrease in the electrode reaction activity of the cathode electrode (13). can do.

請求項４〜請求項８に記載の発明は、固体電解質型の燃料電池スタックにおける各単位セル（１０）は、その積層方向の中央部側で高温となり易く、積層方向の端部側で低温となり易いといった傾向に着眼してなされたものである。   According to the fourth to eighth aspects of the present invention, each unit cell (10) in the solid oxide fuel cell stack is likely to be hot at the center side in the stacking direction, and low at the end side in the stacking direction. It was made with a focus on the tendency to be easy.

すなわち、請求項４に記載の発明では、固体電解質（１１）をアノード電極（１２）およびカソード電極（１３）で狭持した発電セル（１０）の外側に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路（１５ａ、１６ａ）が形成されたセパレータ（１５、１６）を配置して構成される単位セル（１０）を複数積層した固体電解質型の燃料電池スタックであって、複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セルのカソード電極（１３）は、ランタンコバルタイト系ペロブスカイト型酸化物とセリア系固溶体との混合物で構成され、複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルのカソード電極（１３）は、積層方向の中央部側に位置する単位セルのカソード電極（１３）よりも作動温度範囲内における電極反応活性が高い材料で構成されていることを特徴とする。   That is, in the invention described in claim 4, the flow path of the fuel gas and the oxidant gas is provided outside the power generation cell (10) holding the solid electrolyte (11) between the anode electrode (12) and the cathode electrode (13). A solid electrolyte type fuel cell stack in which a plurality of unit cells (10) configured by arranging separators (15, 16) in which (15a, 16a) are formed, wherein a plurality of unit cells (10) Among them, the cathode electrode (13) of the unit cell located on the center side in the stacking direction is composed of a mixture of a lanthanum cobaltite perovskite oxide and a ceria solid solution, and among the plurality of unit cells (10), The cathode electrode (13) of the unit cell located on the end side in the stacking direction has an electric current within the operating temperature range than the cathode electrode (13) of the unit cell located on the center side in the stacking direction. Characterized in that the reaction activity is formed of a material having high.

これによれば、燃料電池スタックにおける低温となり易い積層方向の端部側に位置する単位セル（１０）のカソード電極（１３）を、電極反応活性の高い材料で構成しているので、燃料電池スタックの各単位セル（１０）に温度分布が生じたとしても、燃料電池スタックにおける低温となり易い単位セル（１０）と高温となり易い単位セル（１０）（積層方向の中央部側に位置する単位セル）における出力電圧の差を縮小し、燃料電池スタックの各単位セル（１０）における出力電圧のバラツキを抑制することができる。   According to this, since the cathode electrode (13) of the unit cell (10) located on the end side in the stacking direction, which tends to be low in the fuel cell stack, is made of a material having high electrode reaction activity, the fuel cell stack Even if a temperature distribution occurs in each of the unit cells (10), the unit cell (10) that tends to be low temperature and the unit cell (10) that tends to be high temperature in the fuel cell stack (unit cell located on the center side in the stacking direction) Thus, the difference in output voltage between the unit cells (10) of the fuel cell stack can be reduced.

加えて、カソード電極（１３）といった既存の部位の材料構成を変更することで実現することができるので、燃料電池スタックの体格の増大を抑制しつつ、効率的に発電可能することが可能となる。   In addition, since it can be realized by changing the material configuration of the existing part such as the cathode electrode (13), it is possible to efficiently generate power while suppressing an increase in the size of the fuel cell stack. .

また、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の発明において、複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セルのアノード電極（１２）は、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとの混合物で構成され、複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルのアノード電極（１２）は、積層方向の中央部側に位置する単位セルのアノード電極（１２）よりも作動温度範囲内における電極反応活性が高い材料で構成されていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, among the plurality of unit cells (10), the anode of the unit cell located on the central side in the stacking direction. The electrode (12) is composed of a mixture of nickel and yttria-stabilized zirconia, and among the plurality of unit cells (10), the anode electrode (12) of the unit cell located on the end side in the stacking direction is the stacking direction. It is characterized by being comprised with the material whose electrode reaction activity is higher in an operating temperature range than the anode electrode (12) of the unit cell located in the center part side.

また、請求項６に記載の発明では、固体電解質（１１）をアノード電極（１２）およびカソード電極（１３）で狭持した発電セル（１４）の外側に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路（１５ａ、１６ａ）が形成されたセパレータ（１５、１６）を配置して構成される単位セル（１０）を複数積層した固体電解質型の燃料電池スタックであって、複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セルのアノード電極（１２）は、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとの混合物で構成され、複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルのアノード電極（１２）は、積層方向の中央部側に位置する単位セルのアノード電極（１２）よりも作動温度範囲内における電極反応活性が高い材料で構成されていることを特徴とする。   According to the sixth aspect of the present invention, the fuel gas and oxidant gas flow paths are provided outside the power generation cell (14) in which the solid electrolyte (11) is held between the anode electrode (12) and the cathode electrode (13). A solid electrolyte type fuel cell stack in which a plurality of unit cells (10) configured by arranging separators (15, 16) in which (15a, 16a) are formed, wherein a plurality of unit cells (10) Among them, the anode electrode (12) of the unit cell located on the center side in the stacking direction is composed of a mixture of nickel and yttria-stabilized zirconia, and among the plurality of unit cells (10), the end side in the stacking direction The anode electrode (12) of the unit cell located in the unit cell is made of a material having a higher electrode reaction activity within the operating temperature range than the anode electrode (12) of the unit cell located on the center side in the stacking direction. And wherein the are.

請求項５および６に記載の発明によれば、燃料電池スタックにおける低温となり易い単位セル（１０）のアノード電極（１２）を、電極反応活性の高い材料で構成しているので、燃料電池スタックの各単位セル（１０）における出力電圧のバラツキを抑制することができる。   According to the invention described in claims 5 and 6, since the anode electrode (12) of the unit cell (10) that tends to be low temperature in the fuel cell stack is made of a material having high electrode reaction activity, Variation in output voltage in each unit cell (10) can be suppressed.

加えて、アノード電極（１２）といった既存の部位の材料構成を変更することで実現することができるので、燃料電池スタックの体格の増大を抑制しつつ、効率的に発電可能することが可能となる。   In addition, since it can be realized by changing the material configuration of the existing part such as the anode electrode (12), it is possible to efficiently generate power while suppressing an increase in the size of the fuel cell stack. .

また、請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の発明において、複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セルの固体電解質（１１）は、イットリア安定化ジルコニアで構成され、複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルの固体電解質（１１）は、積層方向の中央部側に位置する単位セルの固体電解質（１１）よりも作動温度範囲内における導電率が高い材料で構成されていることを特徴とする。   Further, in the invention according to claim 7, in the invention according to any one of claims 1 to 6, the solid of the unit cell located on the center side in the stacking direction among the plurality of unit cells (10). The electrolyte (11) is composed of yttria-stabilized zirconia, and among the plurality of unit cells (10), the solid electrolyte (11) of the unit cell located on the end side in the stacking direction is on the center side in the stacking direction. It is characterized by being made of a material having higher conductivity in the operating temperature range than the solid electrolyte (11) of the unit cell located.

また、請求項８に記載の発明では、固体電解質（１１）をアノード電極（１２）およびカソード電極（１３）で狭持した単位セル（１０）の外側に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路（１５ａ、１６ａ）が形成されたセパレータ（１５、１６）を配置して構成される単位セル（１０）を複数積層した固体電解質型の燃料電池スタックであって、複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セルの固体電解質（１１）は、イットリア安定化ジルコニアで構成され、複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルの固体電解質（１１）は、積層方向の中央部側に位置する単位セルの固体電解質（１１）よりも作動温度範囲内における導電率が高い材料で構成されていることを特徴とする。   In the invention according to claim 8, the flow path of the fuel gas and the oxidant gas is provided outside the unit cell (10) in which the solid electrolyte (11) is held between the anode electrode (12) and the cathode electrode (13). A solid electrolyte type fuel cell stack in which a plurality of unit cells (10) configured by arranging separators (15, 16) in which (15a, 16a) are formed, wherein a plurality of unit cells (10) Among them, the solid electrolyte (11) of the unit cell located on the center side in the stacking direction is made of yttria-stabilized zirconia, and among the plurality of unit cells (10), the unit cell positioned on the end side in the stacking direction The solid electrolyte (11) is characterized in that it is made of a material having a higher conductivity in the operating temperature range than the solid electrolyte (11) of the unit cell located on the center side in the stacking direction.

請求項７および８に記載の発明によれば、燃料電池スタックにおける低温となり易い単位セル（１０）の固体電解質（１１）を、導電率の高い材料で構成しているので、燃料電池スタックの各単位セル（１０）における出力電圧のバラツキを抑制することができる。   According to the seventh and eighth aspects of the invention, since the solid electrolyte (11) of the unit cell (10) that is likely to be low in the fuel cell stack is made of a material having high conductivity, Variation in output voltage in the unit cell (10) can be suppressed.

加えて、固体電解質（１１）といった既存の部位の材料構成を変更することで実現することができるので、燃料電池スタックの体格の増大を抑制しつつ、効率的に発電可能することが可能となる。   In addition, since it can be realized by changing the material structure of an existing part such as the solid electrolyte (11), it is possible to efficiently generate power while suppressing an increase in the size of the fuel cell stack. .

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第１実施形態に係る固体電解質型の燃料電池スタックの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a solid electrolyte fuel cell stack according to a first embodiment. 第１実施形態に係る単位セルの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the unit cell which concerns on 1st Embodiment. 単位セルの面内における温度分布を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the temperature distribution in the surface of a unit cell. カソード電極を構成する材料を変更したときの作動温度と出力密度との関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship between the operating temperature when changing the material which comprises a cathode electrode, and a power density. 本実施形態に係る単位セルと従来の単位セルとのセル電圧の出力結果を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the output result of the cell voltage of the unit cell which concerns on this embodiment, and the conventional unit cell. 燃料電池スタックの積層方向における温度分布およびセル電圧の変化を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the temperature distribution in the lamination direction of a fuel cell stack, and the change of a cell voltage. アノード電極を構成する材料を変更したときの作動温度と出力密度との関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship between the operating temperature and power density when the material which comprises an anode electrode is changed. 固体電解質を構成する材料を変更したときの作動温度と出力密度との関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship between the operating temperature when changing the material which comprises a solid electrolyte, and a power density.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。図１は、第１実施形態に係る固体電解質型の燃料電池スタックの全体構成図であり、図２は、第１実施形態に係る単位セルの概略構成を示す断面図である。 (First embodiment)
1st Embodiment of this invention is described based on FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a solid oxide fuel cell stack according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a unit cell according to the first embodiment.

固体電解質型の燃料電池スタック１（ＳＯＦＣ）は、水素を主成分とする燃料ガスと酸素を主成分とする酸化剤ガスとの電気化学反応を利用して発電するものである。この燃料電池スタック１は、基本単位となる平板状の単位セル１０を複数積層した積層体で構成されている（平板積層型燃料電池スタック）。   The solid electrolyte fuel cell stack 1 (SOFC) generates power using an electrochemical reaction between a fuel gas mainly containing hydrogen and an oxidant gas mainly containing oxygen. The fuel cell stack 1 is composed of a stacked body in which a plurality of flat unit cells 10 serving as basic units are stacked (a flat plate stacked fuel cell stack).

単位セル１０は、図２に示すように、固体電解質１１をアノード電極１２およびカソード電極１３で狭持した発電セル１４の外側に燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路１５ａ、１６ａが形成されたセパレータ１５、１６を配置して構成されている。なお、固体電解質１１とカソード電極１３との間には、カソード電極１３と固体電解質１１とが接する界面での固相反応を抑制するための中間層１７が配置されている。   As shown in FIG. 2, the unit cell 10 is a separator in which fuel gas and oxidant gas flow passages 15a and 16a are formed outside a power generation cell 14 in which a solid electrolyte 11 is held between an anode electrode 12 and a cathode electrode 13. 15 and 16 are arranged. An intermediate layer 17 is disposed between the solid electrolyte 11 and the cathode electrode 13 for suppressing a solid phase reaction at the interface where the cathode electrode 13 and the solid electrolyte 11 are in contact with each other.

本実施形態のアノード電極１２は、ニッケルＮｉおよびイットリア安定化ジルコニア酸化物（ZrO2）0.92（Y2O3）0.08（以下、ＹＳＺと表記する。）の混合物（Ｎｉ−ＹＳＺ）で構成され、固体電解質１１は、イットリア安定化ジルコニア酸化物ＹＳＺで構成されている。本実施形態の単位セル１０は、一般的なセル構造であるアノード電極１２で固体電解質１１を支持するアノード支持型や、固体電解質１１でアノード電極１２を支持する電解質支持型の構造が採用されている。また、中間層１７は、セリア系固溶体であるガドリニアドープトセリアCe0.9Gd0.1O1.95（以下、ＧＤＣと表記する。）やサマリアドープトセリアCe0.8Sm0.2O1.90（以下、ＳＤＣと表記する。）で構成されている。なお、本実形態のカソード電極１３の詳細については後述する。 The anode electrode 12 of this embodiment is composed of a mixture (Ni-YSZ) of nickel Ni and yttria-stabilized zirconia oxide (ZrO 2 ) 0.92 (Y 2 O 3 ) 0.08 (hereinafter referred to as YSZ), The solid electrolyte 11 is made of yttria-stabilized zirconia oxide YSZ. The unit cell 10 of the present embodiment adopts an anode support type in which the solid electrolyte 11 is supported by the anode electrode 12 having a general cell structure, or an electrolyte support type structure in which the anode electrode 12 is supported by the solid electrolyte 11. Yes. Further, the intermediate layer 17 is a ceria-based solid solution gadolinia doped ceria Ce 0.9 Gd 0.1 O 1.95 (hereinafter referred to as GDC) or Samaria doped ceria Ce 0.8 Sm 0.2 O 1.90 (hereinafter referred to as SDC). ). Details of the cathode electrode 13 of this embodiment will be described later.

各単位セル１０は、積層された状態でボルト等の締結手段２にて締結されており、その締め付け荷重によって各構成要素が一体的に密着して構成されている。なお、各単位セル１０は、それぞれ電気的に直列に接続されている。   Each unit cell 10 is fastened by fastening means 2 such as a bolt in a stacked state, and each component is integrally adhered by the fastening load. Each unit cell 10 is electrically connected in series.

各単位セル１０におけるセパレータ１５に形成された燃料ガス流通路１５ａおよびセパレータ１６に形成された酸化剤ガス流通路１６ａから燃料ガスおよび酸化剤ガスといった反応ガスが供給されると、各単位セル１０では、以下に示すように、水素と酸素とを電気化学反応して、電気エネルギを出力する。   When a reaction gas such as fuel gas and oxidant gas is supplied from the fuel gas flow passage 15a formed in the separator 15 in each unit cell 10 and the oxidant gas flow passage 16a formed in the separator 16, each unit cell 10 As shown below, hydrogen and oxygen are electrochemically reacted to output electric energy.

（水素極側：アノード側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（空気極側：カソード側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
固体電解質型の燃料電池スタック１では、その作動温度が高い程、固体電解質１１における酸素イオンの移動度が高くなり、上述の電気化学反応が活性化され、各単位セル１０における電圧降下が小さくなる。 (Hydrogen electrode side: anode side) H 2 → 2H + + 2e −
(Air electrode side: cathode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
In the solid electrolyte fuel cell stack 1, the higher the operating temperature, the higher the mobility of oxygen ions in the solid electrolyte 11, the above-described electrochemical reaction is activated, and the voltage drop in each unit cell 10 becomes smaller. .

ここで、図３は、単位セル１０の面内における温度分布を説明するための説明図である。図３に示すように、固体電解質型の燃料電池スタック１の各単位セル１０では、各単位セル１０の面内で温度分布が生じ、セパレータ１５に形成された燃料ガス流通路１５ａの燃料ガス流れ下流側に対応する部位の温度が、燃料ガス流れ上流側に対応する部位の温度に比べて低くなる傾向がある。この要因としては、単位セル１０では、燃料ガス流通路１５ａの燃料ガス流れ上流側が燃料ガス流れ下流側に比べて水素濃度が高く、発電時の発熱が大きくなることや、単位セル１０の内部の放熱性が悪いことが挙げられる。   Here, FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the temperature distribution in the plane of the unit cell 10. As shown in FIG. 3, in each unit cell 10 of the solid oxide fuel cell stack 1, a temperature distribution is generated in the plane of each unit cell 10, and the fuel gas flow in the fuel gas flow passage 15 a formed in the separator 15. The temperature of the part corresponding to the downstream side tends to be lower than the temperature of the part corresponding to the upstream side of the fuel gas flow. This is because, in the unit cell 10, the upstream side of the fuel gas flow in the fuel gas flow passage 15 a has a higher hydrogen concentration than the downstream side of the fuel gas flow, and heat generation during power generation increases. It is mentioned that heat dissipation is bad.

このため、各単位セル１０では、セパレータ１５に形成された燃料ガス流通路１５ａの燃料ガス流れ下流側に対応する部位が、燃料ガス流れ上流側に対応する部位に比べて電圧降下が大きくなってしまう。   For this reason, in each unit cell 10, the voltage drop at the portion corresponding to the fuel gas flow downstream side of the fuel gas flow passage 15a formed in the separator 15 is larger than the portion corresponding to the fuel gas flow upstream side. End up.

そこで、本実施形態の燃料電池スタック１の各単位セル１０では、カソード電極１３におけるセパレータ１５に形成された燃料ガス流通路１５ａの燃料ガス流れ下流側に対応する部位を、燃料ガス流れ上流側に対応する部位の材料に対して、作動温度範囲内における電極活性反応が高い材料で構成している。本実施形態では、燃料電池スタック１（ＳＯＦＣ）の作動温度範囲として６００℃〜７００℃を想定している。なお、本実施形態の如く、単位セル１０の構造が電解質支持型やアノード支持型で構成されている場合、固体電解質１１およびアノード電極１２の材料を部分的に変更することは困難である。   Therefore, in each unit cell 10 of the fuel cell stack 1 of the present embodiment, a portion of the cathode electrode 13 corresponding to the fuel gas flow downstream side of the fuel gas flow passage 15a formed in the separator 15 is located upstream of the fuel gas flow. The material of the corresponding part is made of a material having a high electrode active reaction within the operating temperature range. In the present embodiment, it is assumed that the operating temperature range of the fuel cell stack 1 (SOFC) is 600 ° C. to 700 ° C. If the structure of the unit cell 10 is configured as an electrolyte support type or an anode support type as in the present embodiment, it is difficult to partially change the materials of the solid electrolyte 11 and the anode electrode 12.

具体的には、カソード電極１３におけるセパレータ１５に形成された燃料ガス流通路１５ａの燃料ガス流れ上流側に対応する部位を、ランタンコバルタイト系ペロブスイカイト型酸化物La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3（以下、ＬＳＣＦと表記する。）、およびガドリニアドープトセリアＧＤＣの混合物（ＬＳＣＦ−ＧＤＣ）で構成し、燃料ガス流通路１５ａの燃料ガス流れ下流側に対応する部位を、バリウムコバルタイト系ペロブルカイト型酸化物Ba0.5Sr0.5Co0.2Fe0.8O3-δ（以下、ＢＳＣＦと表記する。）、またはサマリコバルタイト系ペロブスイカイト型酸化物Sm0.5Sr0.5CoO3（以下、ＳＳＣと表記する。）で構成している。 Specifically, the portion of the cathode electrode 13 corresponding to the upstream side of the fuel gas flow in the fuel gas flow passage 15a formed in the separator 15 is a lanthanum cobaltite perovskite oxide La 0.6 Sr 0.4 Co 0.2 Fe 0.8 O 3. (Hereinafter referred to as LSCF) and a mixture of gadolinia doped ceria GDC (LSCF-GDC), and a portion corresponding to the downstream side of the fuel gas flow in the fuel gas flow passage 15a is a barium cobaltite perovskite type. Oxide Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.2 Fe 0.8 O 3 -δ (hereinafter referred to as BSCF) or Samarcobartite perovskite oxide Sm 0.5 Sr 0.5 CoO 3 (hereinafter referred to as SSC) doing.

図４は、カソード電極１３を構成する材料を変更したときの作動温度と出力密度との関係を説明するための説明図である。なお、各単位セル１０は、固体電解質１１がＹＳＺで構成され、アノード電極１２がＮｉ−ＹＳＺで構成されている。   FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the operating temperature and the power density when the material constituting the cathode electrode 13 is changed. In each unit cell 10, the solid electrolyte 11 is composed of YSZ, and the anode electrode 12 is composed of Ni-YSZ.

図４に示すように、カソード電極１３を、ＢＳＣＦ、またはＳＳＣで構成する場合、ＬＳＣＦ−ＧＤＣで構成する場合に比べて、作動温度範囲内における出力密度が高いことが確認できる。この出力密度は、単位セル１０の１ｃｍ２あたりの発電電力を示し、電極活性反応の上昇に伴って高い値を示すといった相関性を有することから、カソード電極１３を、ＢＳＣＦ、またはＳＳＣで構成する場合、ＬＳＣＦ−ＧＤＣで構成する場合に比べて、作動温度範囲内における電極活性反応が高いこととなる。 As shown in FIG. 4, when the cathode electrode 13 is made of BSCF or SSC, it can be confirmed that the output density in the operating temperature range is higher than that of the LSCF-GDC. This power density indicates the generated power per 1 cm 2 of the unit cell 10 and has a correlation such that it shows a high value as the electrode active reaction rises. Therefore, the cathode electrode 13 is composed of BSCF or SSC. In this case, the electrode active reaction within the operating temperature range is higher than in the case where the LSCF-GDC is used.

ここで、本実施形態の如く、燃料ガス流れ上流側に対応する部位と下流側に対応する部位とでカソード電極１３の材料を変更する場合、カソード電極１３を構成する材料同士が混在すると、混在した部位における電極活性反応が低下してしまう虞がある。   Here, as in the present embodiment, when the material of the cathode electrode 13 is changed between the part corresponding to the upstream side of the fuel gas flow and the part corresponding to the downstream side, the materials constituting the cathode electrode 13 are mixed. There is a possibility that the electrode active reaction at the site will be reduced.

このため、本実施形態のカソード電極１３には、燃料ガス流れ上流側に対応する部位を構成する材料と、下流側に対応する部位を構成する材料との混在を抑制するために、燃料ガス流れ上流側に対応する部位と燃料ガス流れ下流側に対応する部位との間に空隙（図示略）を設ける構成としている。   For this reason, in the cathode electrode 13 of the present embodiment, the fuel gas flow is suppressed in order to suppress the mixture of the material constituting the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow and the material constituting the portion corresponding to the downstream side. A gap (not shown) is provided between a portion corresponding to the upstream side and a portion corresponding to the downstream side of the fuel gas flow.

このように構成されるカソード電極１３を用いた単位セル１０（実施例）の効果を検証するため、単位セル１０（実施例）と、ＬＳＣＦ−ＧＤＣで構成するカソード電極１３を用いた単位セル１０（従来例）とを同一温度条件下（作動温度範囲内）で作動させた。この結果、図５に示すように、本実施形態のカソード電極１３を用いた単位セル１０（実施例）の方が、ＬＳＣＦ−ＧＤＣで構成するカソード電極１３を用いた単位セル１０（従来例）に比べて高いセル電圧を出力することが確認できた。なお、図５は、本実施形態に係る単位セル１０と従来の単位セル１０とのセル電圧の出力結果を説明するための説明図である。   In order to verify the effect of the unit cell 10 (Example) using the cathode electrode 13 configured as described above, the unit cell 10 (Example) and the unit cell 10 using the cathode electrode 13 configured by LSCF-GDC are used. (Conventional example) were operated under the same temperature conditions (within the operating temperature range). As a result, as shown in FIG. 5, the unit cell 10 using the cathode electrode 13 of the present embodiment (example) is more unit cell 10 using the cathode electrode 13 made of LSCF-GDC (conventional example). It was confirmed that a higher cell voltage was output than FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a cell voltage output result of the unit cell 10 according to the present embodiment and the conventional unit cell 10.

すなわち、単位セル１０のカソード電極１３における燃料ガス流れ下流側をＢＳＣＦ、またはＳＳＣで構成すると共に、カソード電極１３における燃料ガス流れ上流側をＬＳＣＦ−ＧＤＣで構成して、作動温度範囲内において、単位セル１０における低温となり易い部位の電極活性反応を高くすることで、単位セル１０における低温部位の発電時の電圧降下を抑制することができる。   That is, the fuel gas flow downstream side of the cathode electrode 13 of the unit cell 10 is configured by BSCF or SSC, and the fuel gas flow upstream side of the cathode electrode 13 is configured by LSCF-GDC. By increasing the electrode activation reaction in the part that tends to be low temperature in the cell 10, it is possible to suppress a voltage drop during power generation in the low temperature part in the unit cell 10.

以上説明した本実施形態では、単位セル１０のカソード電極１３における低温となり易い燃料ガス流れ下流側に対応する部位を、燃料ガス流れ上流側に対応する部位よりも電極反応活性の高い材料で構成しているので、単位セル１０の面内に温度分布が生じたとしても、単位セル１０における低温となり易い部位と高温となり易い部位（燃料ガス流れ上流側に対応する部位）における出力電圧の差を縮小し、単位セル１０の面内における出力電圧のバラツキを抑制することができる。   In the present embodiment described above, the portion corresponding to the downstream side of the fuel gas flow that tends to be low temperature in the cathode electrode 13 of the unit cell 10 is made of a material having higher electrode reaction activity than the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow. Therefore, even if temperature distribution occurs in the plane of the unit cell 10, the difference in output voltage between the part that tends to become low temperature and the part that tends to become high temperature (part corresponding to the upstream side of the fuel gas flow) in the unit cell 10 is reduced. In addition, variations in the output voltage within the plane of the unit cell 10 can be suppressed.

加えて、カソード電極１３といった既存の部位の材料構成を変更することで実現することができるので、燃料電池スタック１の体格の増大を抑制しつつ、効率的に発電可能することが可能となる。   In addition, since it can be realized by changing the material configuration of the existing part such as the cathode electrode 13, it is possible to efficiently generate power while suppressing an increase in the size of the fuel cell stack 1.

また、カソード電極１３における燃料ガス流れ上流側に対応する部位と燃料ガス流れ下流側に対応する部位との間に空隙を設ける構成としているので、燃料ガス流れ上流側に対応する部位の材料と、燃料ガス流れ下流側に対応する部位の材料とが混在してしまうことを抑制できる。この結果、カソード電極１３における電極反応活性の低下を効果的に抑制することができる。   In addition, since the gap is provided between the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow in the cathode electrode 13 and the portion corresponding to the downstream side of the fuel gas flow, the material of the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow; It can suppress that the material of the site | part corresponding to the fuel gas flow downstream is mixed. As a result, a decrease in electrode reaction activity at the cathode electrode 13 can be effectively suppressed.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６に基づいて説明する。図６は、燃料電池スタック１の積層方向における温度分布およびセル電圧の変化を説明するための説明図である。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining changes in temperature distribution and cell voltage in the stacking direction of the fuel cell stack 1.

本実施形態は、燃料電池スタック１の積層方向の中央部側で高温となり易く、積層方向の端部側で低温となり易いといった傾向に着眼し、燃料電池スタック１の積層方向における各単位セル１０のカソード電極１３の材料を変更している点が第１実施形態と相違している。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。   The present embodiment focuses on the tendency that the temperature tends to be high at the central portion side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 and the temperature tends to be low at the end portion side in the stacking direction. The point that the material of the cathode electrode 13 is changed is different from the first embodiment. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first embodiment will be omitted or simplified.

本実施形態では、燃料電池スタック１の各単位セル１０のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０のカソード電極１３を、ＬＳＣＦおよびＧＤＣの混合物（ＬＳＣＦ−ＧＤＣ）で構成している。   In the present embodiment, among the unit cells 10 of the fuel cell stack 1, the cathode electrode 13 of the unit cell 10 located on the center side in the stacking direction is configured by a mixture of LSCF and GDC (LSCF-GDC). .

一方、各単位セル１０のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルのカソード電極１３を、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０のカソード電極１３よりも作動温度範囲内における電極反応活性が高い材料で構成している。   On the other hand, among the unit cells 10, the cathode electrode 13 of the unit cell located on the end side in the stacking direction is an electrode within the operating temperature range than the cathode electrode 13 of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction. It consists of a material with high reaction activity.

具体的には、燃料電池スタック１の積層方向の端部側に位置する単位セル１０のカソード電極１３を、ＢＳＣＦ、またはＳＳＣで構成している。なお、積層方向の端部側に位置する単位セル１０としては、例えば、単位セル１０の積層枚数が４０枚である場合、端部側の６〜８枚程度が該当し、残りの単位セル１０（３２〜３４枚）が積層方向の中央部側に位置する単位セル１０に該当する。   Specifically, the cathode electrode 13 of the unit cell 10 located on the end side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 is composed of BSCF or SSC. As the unit cells 10 positioned on the end side in the stacking direction, for example, when the number of stacked unit cells 10 is 40, about 6 to 8 on the end side corresponds to the remaining unit cells 10. (32 to 34 sheets) corresponds to the unit cell 10 located on the center side in the stacking direction.

このように構成される燃料電池スタック１（実施例）の効果を検証するため、燃料電池スタック１（実施例）と、各単位セル１０のカソード電極１３をＬＳＣＦ−ＧＤＣで構成した燃料電池スタック１（従来例）とを同一温度条件下（作動温度範囲内）で作動させた。   In order to verify the effects of the fuel cell stack 1 (Example) configured as described above, the fuel cell stack 1 (Example) and the fuel cell stack 1 in which the cathode electrode 13 of each unit cell 10 is configured by LSCF-GDC. (Conventional example) were operated under the same temperature conditions (within the operating temperature range).

この結果、図６に示すように、燃料電池スタック１（実施例）および従来例の燃料電池スタック１それぞれで積層方向の端部側で温度が低下する傾向があるが、本実施形態の燃料電池スタック１（実施例）は、従来例の燃料電池スタック１に比べて、積層方向の端部側（図中左右両側）における単位セル１０のセル電圧が上昇することが確認できた。   As a result, as shown in FIG. 6, the fuel cell stack 1 (Example) and the fuel cell stack 1 of the conventional example tend to decrease in temperature on the end side in the stacking direction. In the stack 1 (Example), it was confirmed that the cell voltage of the unit cell 10 on the end side in the stacking direction (on the left and right sides in the drawing) was higher than that of the conventional fuel cell stack 1.

すなわち、燃料電池スタック１の積層方向の端部側に位置するカソード電極１３をＢＳＣＦまたはＳＳＣで構成すると共に、積層方向の中央側に位置するカソード電極１３をＬＳＣＦ−ＧＤＣで構成して、作動温度範囲内において、低温となり易い積層方向の端部側の電極活性反応を高くすることで、燃料電池スタック１における低温部位の発電時の電圧降下を抑制することができる。   That is, the cathode electrode 13 located on the end side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 is configured by BSCF or SSC, and the cathode electrode 13 positioned on the center side in the stacking direction is configured by LSCF-GDC, Within the range, by increasing the electrode activation reaction on the end side in the stacking direction, which tends to be low in temperature, it is possible to suppress a voltage drop during power generation at a low temperature portion in the fuel cell stack 1.

以上説明した本実施形態では、燃料電池スタック１における低温となり易い積層方向の端部側に位置する単位セル１０のカソード電極１３を、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０のカソード電極１３に比べて、電極反応活性の高い材料で構成している。これにより、燃料電池スタック１の各単位セル１０に温度分布が生じたとしても、燃料電池スタック１における低温となり易い単位セル１０と高温となり易い単位セル１０（積層方向の中央部側に位置する単位セル）における出力電圧の差を縮小し、燃料電池スタック１の各単位セル１０における出力電圧のバラツキを抑制することができる。   In the present embodiment described above, the cathode electrode 13 of the unit cell 10 positioned on the end side in the stacking direction, which tends to be low in the fuel cell stack 1, is replaced with the cathode electrode 13 of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction. Compared to, it is made of a material having higher electrode reaction activity. As a result, even if a temperature distribution occurs in each unit cell 10 of the fuel cell stack 1, the unit cell 10 that tends to be low in the fuel cell stack 1 and the unit cell 10 that tends to become high temperature (unit located on the central side in the stacking direction). The difference in output voltage between the cells) can be reduced, and variations in the output voltage among the unit cells 10 of the fuel cell stack 1 can be suppressed.

加えて、カソード電極１３といった既存の部位の材料構成を変更することで実現することができるので、燃料電池スタック１の体格の増大を抑制しつつ、効率的に発電可能することが可能となる。   In addition, since it can be realized by changing the material configuration of the existing part such as the cathode electrode 13, it is possible to efficiently generate power while suppressing an increase in the size of the fuel cell stack 1.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、燃料電池スタック１の積層方向の中央部側で高温となり易く、積層方向の端部側で低温となり易いといった傾向に着眼し、燃料電池スタック１の積層方向における各単位セル１０のアノード電極１２の材料を変更している点が第１、第２実施形態と相違している。本実施形態では、第１、第２実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The present embodiment focuses on the tendency that the temperature tends to be high at the central portion side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 and the temperature tends to be low at the end portion side in the stacking direction. The point that the material of the anode electrode 12 is changed is different from the first and second embodiments. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first and second embodiments will be omitted or simplified.

本実施形態では、燃料電池スタック１の各単位セル１０のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０のアノード電極１２を、ＮｉおよびＹＳＺの混合物（Ｎｉ−ＹＳＺ）で構成している。   In the present embodiment, among the unit cells 10 of the fuel cell stack 1, the anode electrode 12 of the unit cell 10 located on the center side in the stacking direction is composed of a mixture of Ni and YSZ (Ni—YSZ). .

一方、各単位セル１０のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルのカソード電極１３を、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０のアノード電極１２よりも作動温度範囲内における電極反応活性が高い材料で構成している。具体的には、燃料電池スタック１の積層方向の端部側に位置する単位セル１０のアノード電極１２を、ＮｉおよびＧＤＣの混合物（Ｎｉ−ＧＤＣ）や、プロトン伝導性ペブロスカイト型酸化物BaZr0.9Y0.1O3-δ（以下、ＢＺＹと表記する。）、Ｎｉ、およびＧＤＣの混合物（Ｎｉ−ＧＤＣ−ＢＺＹ）で構成している。 On the other hand, among the unit cells 10, the cathode electrode 13 of the unit cell positioned on the end side in the stacking direction is an electrode within the operating temperature range than the anode electrode 12 of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction. It consists of a material with high reaction activity. Specifically, the anode electrode 12 of the unit cell 10 positioned on the end side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 is made of a mixture of Ni and GDC (Ni-GDC) or a proton conductive perovskite oxide BaZr 0.9 Y. It is composed of a mixture of 0.1 O 3 -δ (hereinafter referred to as BZY), Ni, and GDC (Ni-GDC-BZY).

図７は、アノード電極１２を構成する材料を変更したときの作動温度と出力密度との関係を説明するための説明図である。なお、固体電解質１１は、ＹＳＺで構成され、カソード電極１３は、ＬＳＣＦ−ＧＤＣで構成されている。   FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the operating temperature and the power density when the material constituting the anode electrode 12 is changed. The solid electrolyte 11 is composed of YSZ, and the cathode electrode 13 is composed of LSCF-GDC.

図７に示すように、アノード電極１２を、Ｎｉ−ＧＤＣまたはＮｉ−ＧＤＣ−ＢＺＹで構成する場合、Ｎｉ−ＹＳＺで構成する場合に比べて、作動温度範囲内における出力密度が高いことが確認できる。従って、アノード電極１２を、Ｎｉ−ＧＤＣまたはＮｉ−ＧＤＣ−ＢＺＹで構成する場合、Ｎｉ−ＹＳＺで構成する場合に比べて、作動温度範囲内における電極活性反応が高いことが確認できる。   As shown in FIG. 7, when the anode electrode 12 is made of Ni-GDC or Ni-GDC-BZY, it can be confirmed that the output density within the operating temperature range is higher than that of the anode electrode 12 made of Ni-YSZ. . Therefore, when the anode electrode 12 is made of Ni-GDC or Ni-GDC-BZY, it can be confirmed that the electrode active reaction is higher in the operating temperature range than the case of being made of Ni-YSZ.

このように、燃料電池スタック１の積層方向の端部側に位置する単位セル１０のアノード電極１２をＮｉ−ＧＤＣまたはＮｉ−ＧＤＣ−ＢＺＹで構成すると共に、積層方向の中央側に位置するアノード電極１２をＮｉ−ＹＳＺで構成して、作動温度範囲内において低温となり易い積層方向の端部側の電極活性反応を高くすることで、燃料電池スタック１における低温部位の発電時の電圧降下を抑制することができる。   As described above, the anode electrode 12 of the unit cell 10 positioned on the end side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 is made of Ni-GDC or Ni-GDC-BZY, and the anode electrode positioned on the center side in the stacking direction. 12 is made of Ni-YSZ, and the electrode activation reaction on the end side in the stacking direction, which tends to be low in the operating temperature range, is increased, thereby suppressing a voltage drop during power generation at a low temperature portion in the fuel cell stack 1. be able to.

以上説明した本実施形態では、燃料電池スタック１における低温となり易い積層方向端部側に位置する単位セル１０のアノード電極１２を、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０のアノード電極１２に比べて、電極反応活性の高い材料で構成しているので、燃料電池スタック１の各単位セル１０における出力電圧のバラツキを抑制することができる。   In the present embodiment described above, the anode electrode 12 of the unit cell 10 located on the end side in the stacking direction, which tends to be low in the fuel cell stack 1, is replaced with the anode electrode 12 of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction. Compared with the material with high electrode reaction activity, the variation of the output voltage in each unit cell 10 of the fuel cell stack 1 can be suppressed.

加えて、アノード電極１２といった既存の部位の材料構成を変更することで実現することができるので、燃料電池スタック１の体格の増大を抑制しつつ、効率的に発電可能することが可能となる。   In addition, since it can be realized by changing the material configuration of the existing part such as the anode electrode 12, it is possible to efficiently generate power while suppressing an increase in the size of the fuel cell stack 1.

なお、本実施形態で説明した燃料電池スタック１に対して、第１実施形態で説明したカソード電極１３を適用することができる。すなわち、単位セル１０のカソード電極１３における低温となり易い燃料ガス流れ下流側に対応する部位を、燃料ガス流れ上流側に対応する部位よりも電極反応活性の高い材料で構成すると共に、燃料電池スタック１における低温となり易い積層方向端部側に位置する単位セル１０のアノード電極１２を、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０のアノード電極１２に比べて、電極反応活性の高い材料で構成してもよい。   The cathode electrode 13 described in the first embodiment can be applied to the fuel cell stack 1 described in the present embodiment. That is, the portion corresponding to the downstream side of the fuel gas flow that tends to be low in the cathode electrode 13 of the unit cell 10 is made of a material having higher electrode reaction activity than the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow, and the fuel cell stack 1 The anode electrode 12 of the unit cell 10 located on the end side in the stacking direction, which tends to be low temperature, is made of a material having a higher electrode reaction activity than the anode electrode 12 of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction. May be.

また、本実施形態で説明した燃料電池スタック１と、第２実施形態で説明した燃料電池スタック１とを組み合わせる構成を採用してもよい。すなわち、燃料電池スタック１における低温となり易い積層方向端部側に位置する単位セル１０の各電極１２、１３それぞれを、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０の各電極１２、１３に比べて、電極反応活性の高い材料で構成してもよい。   Moreover, you may employ | adopt the structure which combines the fuel cell stack 1 demonstrated by this embodiment, and the fuel cell stack 1 demonstrated by 2nd Embodiment. That is, each of the electrodes 12 and 13 of the unit cell 10 positioned on the end side in the stacking direction, which is likely to be low in the fuel cell stack 1, is compared with each of the electrodes 12 and 13 of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction. The electrode reaction activity may be high.

これらによれば、燃料電池スタック１の各単位セル１０における出力電圧のバラツキをより効率的に抑制することができる。   According to these, the variation of the output voltage in each unit cell 10 of the fuel cell stack 1 can be more efficiently suppressed.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、燃料電池スタック１の積層方向の中央部側で高温となり易く、積層方向の端部側で低温となり易いといった傾向に着眼し、燃料電池スタック１の積層方向における各単位セル１０の固体電解質１１の材料を変更している点が第１〜第３実施形態と相違している。本実施形態では、第１〜第３実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The present embodiment focuses on the tendency that the temperature tends to be high at the central portion side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 and the temperature tends to be low at the end portion side in the stacking direction. The point which has changed the material of the solid electrolyte 11 is different from the 1st-3rd embodiment. In the present embodiment, description of the same or equivalent parts as in the first to third embodiments will be omitted or simplified.

本実施形態では、燃料電池スタック１の各単位セル１０のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０の固体電解質１１を、ＹＳＺで構成している。   In the present embodiment, among the unit cells 10 of the fuel cell stack 1, the solid electrolyte 11 of the unit cell 10 located on the center side in the stacking direction is configured by YSZ.

一方、各単位セル１０のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルの固体電解質１１を、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０の固体電解質１１よりも作動温度範囲内における導電率が高い材料で構成している。具体的には、燃料電池スタック１の積層方向の端部側に位置する単位セル１０の固体電解質１１をランタンガレート系ペロブスカイト型酸化物La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3-δ（以下、ＬＳＧＭと表記する。）や、スカンジア安定化ジルコニアZr0.89Sc0.1Ce0.01O1.95（以下、ＳｃＳＺと表記する。）で構成している。 On the other hand, among the unit cells 10, the unit cell solid electrolyte 11 located on the end side in the stacking direction is more conductive in the operating temperature range than the unit cell 10 solid electrolyte 11 positioned on the center side in the stacking direction. It is made of a material with a high rate. Specifically, the solid electrolyte 11 of the unit cell 10 positioned on the end side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 is replaced with a lanthanum gallate perovskite oxide La 0.8 Sr 0.2 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3 -δ (hereinafter referred to as LSGM). And scandia-stabilized zirconia Zr 0.89 Sc 0.1 Ce 0.01 O 1.95 (hereinafter referred to as ScSZ).

図８は、固体電解質１１を構成する材料を変更したときの作動温度と出力密度との関係を説明するための説明図である。なお、アノード電極１２は、Ｎｉ−ＹＳＺで構成され、カソード電極１３は、ＬＳＣＦ−ＧＤＣで構成されている。   FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the operating temperature and the power density when the material constituting the solid electrolyte 11 is changed. The anode electrode 12 is made of Ni-YSZ, and the cathode electrode 13 is made of LSCF-GDC.

図８に示すように、固体電解質１１を、ＬＳＧＭまたはＳｃＳＺで構成する場合、ＹＳＺで構成する場合に比べて、作動温度範囲内における出力密度が高いことが確認できる。この出力密度は、固体電解質１１の導電率の上昇に伴って高い値を示すといった相関性を有することから、固体電解質１１を、ＬＳＧＭまたはＳｃＳＺで構成する場合、ＹＳＺで構成する場合に比べて、作動温度範囲内における導電率が高いことが確認できる。   As shown in FIG. 8, when the solid electrolyte 11 is made of LSGM or ScSZ, it can be confirmed that the output density in the operating temperature range is higher than that of YSZ. This power density has a correlation such that it shows a high value as the conductivity of the solid electrolyte 11 increases. Therefore, when the solid electrolyte 11 is composed of LSGM or ScSZ, compared to the case where it is composed of YSZ, It can be confirmed that the conductivity in the operating temperature range is high.

このように、燃料電池スタック１の積層方向の端部側に位置する単位セル１０の固体電解質１１をＬＳＧＭまたはＳｃＳＺで構成すると共に、積層方向の中央側に位置する単位セル１０の固体電解質１１をＹＳＺで構成して、作動温度範囲内において、低温となり易い積層方向の端部側の導電率を高くすることで、燃料電池スタック１における低温部位の発電時の電圧降下を抑制することができる。   As described above, the solid electrolyte 11 of the unit cell 10 located on the end side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 is made of LSGM or ScSZ, and the solid electrolyte 11 of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction is formed. By configuring with YSZ and increasing the conductivity on the end side in the stacking direction that tends to be low in the operating temperature range, it is possible to suppress a voltage drop during power generation at a low temperature portion in the fuel cell stack 1.

以上説明した本実施形態では、燃料電池スタック１における低温となり易い積層方向の端部側に位置する単位セル１０の固体電解質１１を、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０の固体電解質１１に比べて、導電率の高い材料で構成しているので、燃料電池スタック１の各単位セル１０における出力電圧のバラツキを抑制することができる。   In the present embodiment described above, the solid electrolyte 11 of the unit cell 10 positioned on the end side in the stacking direction, which tends to be low in the fuel cell stack 1, is replaced with the solid electrolyte 11 of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction. Compared to the above, since it is made of a material having high conductivity, it is possible to suppress variation in output voltage in each unit cell 10 of the fuel cell stack 1.

加えて、固体電解質１１といった既存の部位の材料構成を変更することで実現することができるので、燃料電池スタック１の体格の増大を抑制しつつ、効率的に発電可能することが可能となる。   In addition, since it can be realized by changing the material configuration of an existing part such as the solid electrolyte 11, it is possible to efficiently generate power while suppressing an increase in the size of the fuel cell stack 1.

なお、本実施形態で説明した燃料電池スタック１に対して、第１実施形態で説明したカソード電極１３を適用することができる。すなわち、単位セル１０のカソード電極１３における低温となり易い燃料ガス流れ下流側に対応する部位を、燃料ガス流れ上流側に対応する部位よりも電極反応活性の高い材料で構成すると共に、燃料電池スタック１における低温となり易い積層方向端部側に位置する単位セル１０の固体電解質１１を、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０の固体電解質１１に比べて、導電率の高い材料で構成してもよい。   The cathode electrode 13 described in the first embodiment can be applied to the fuel cell stack 1 described in the present embodiment. That is, the portion corresponding to the downstream side of the fuel gas flow that tends to be low in the cathode electrode 13 of the unit cell 10 is made of a material having higher electrode reaction activity than the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow, and the fuel cell stack 1 The solid electrolyte 11 of the unit cell 10 located on the end side in the stacking direction, which is likely to become low temperature, is made of a material having higher conductivity than the solid electrolyte 11 of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction. Also good.

さらに、本実施形態で説明した燃料電池スタック１に対して、第１実施形態で説明したカソード電極１３を適用して構成した燃料電池スタックと、第３実施形態で説明した燃料電池スタック（燃料電池スタック１における低温となり易い積層方向端部側に位置する単位セル１０のアノード電極１２を導電率の高い材料で構成した燃料電池スタック）とを組み合わせる構成を採用してもよい。   Furthermore, a fuel cell stack configured by applying the cathode electrode 13 described in the first embodiment to the fuel cell stack 1 described in the present embodiment, and a fuel cell stack (fuel cell) described in the third embodiment. A configuration may be adopted in which the anode electrode 12 of the unit cell 10 located on the stacking direction end portion side that is likely to be low in the stack 1 is combined with a fuel cell stack made of a material having high conductivity.

また、本実施形態で説明した燃料電池スタック１と、第２実施形態で説明した燃料電池スタックおよび第３実施形態で説明した燃料電池スタックの少なくとも一方の燃料電池スタックとを組み合わせる構成を採用してもよい。すなわち、燃料電池スタック１における低温となり易い積層方向端部側に位置する単位セル１０の固体電解質１１を、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０の固体電解質１１に比べて、導電率の高い材料で構成すると共に、積層方向端部側に位置する単位セル１０のアノード電極１２およびカソード電極１３の少なくとも一方の電極を、積層方向の中央部側に位置する単位セル１０の電極に比べて、電極反応活性の高い材料で構成してもよい。   Further, the fuel cell stack 1 described in the present embodiment is combined with at least one of the fuel cell stack described in the second embodiment and the fuel cell stack described in the third embodiment. Also good. That is, the solid electrolyte 11 of the unit cell 10 located on the end side in the stacking direction, which tends to be low in the fuel cell stack 1, is more conductive than the solid electrolyte 11 of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction. It is made of a high material, and at least one of the anode electrode 12 and the cathode electrode 13 of the unit cell 10 positioned on the end side in the stacking direction is compared with the electrode of the unit cell 10 positioned on the center side in the stacking direction. Alternatively, a material having a high electrode reaction activity may be used.

これらによれば、燃料電池スタック１の各単位セル１０における出力電圧のバラツキをより効率的に抑制することができる。   According to these, the variation of the output voltage in each unit cell 10 of the fuel cell stack 1 can be more efficiently suppressed.

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。例えば、以下のように種々変形可能である。 (Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, Unless it deviates from the range described in each claim, it is not limited to the wording of each claim, and those skilled in the art Improvements based on the knowledge that a person skilled in the art normally has can be added as appropriate to the extent that they can be easily replaced. For example, various modifications are possible as follows.

上述の第１実施形態では、各単位セル１０のカソード電極１３における燃料ガス流れ下流側に対応する部位を、燃料ガス流れ上流側に対応する部位の材料に対して、作動温度範囲内における電極活性反応が高い材料で構成しているが、これに限定されず、例えば、各単位セル１０における一部の単位セルのカソード電極１３における燃料ガス流れ下流側に対応する部位を、燃料ガス流れ上流側に対応する部位の材料に対して、作動温度範囲内における電極活性反応が高い材料で構成するようにしてもよい。なお、上述の一部の単位セルとして、セル面内の温度分布が比較的大きくなり易い燃料電池スタック１の積層方向の中央側に位置する単位セル等が挙げられる。   In the first embodiment described above, the portion corresponding to the downstream side of the fuel gas flow in the cathode electrode 13 of each unit cell 10 is the electrode activity within the operating temperature range relative to the material of the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow. Although it is comprised with the material with high reaction, it is not limited to this, For example, the site | part corresponding to the downstream side of the fuel gas flow in the cathode electrode 13 of some unit cells in each unit cell 10 is the upstream side of the fuel gas flow. The material corresponding to the above may be made of a material having a high electrode active reaction within the operating temperature range. As some of the unit cells described above, there are unit cells located on the center side in the stacking direction of the fuel cell stack 1 in which the temperature distribution in the cell surface tends to be relatively large.

また、上述の第１実施形態では、燃料ガス流れ上流側に対応する部位を構成する材料と、下流側に対応する部位を構成する材料との混在を抑制するために、カソード電極１３における燃料ガス流れ上流側に対応する部位と燃料ガス流れ下流側に対応する部位との間に空隙を設ける構成としているが、これに限定されない。   Further, in the first embodiment described above, the fuel gas in the cathode electrode 13 is suppressed in order to suppress the mixture of the material constituting the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow and the material constituting the portion corresponding to the downstream side. Although it is set as the structure which provides a space | gap between the site | part corresponding to the flow upstream side, and the site | part corresponding to a fuel gas flow downstream, it is not limited to this.

例えば、カソード電極１３における燃料ガス流れ上流側に対応する部位と燃料ガス流れ下流側に対応する部位との間に、燃料ガス流れ上流側に対応する部位を構成する材料と、下流側に対応する部位を構成する材料との混在を抑制する部材（混在抑制部）を配置する構成としてもよい。この混合抑制部としては、例えば、ＧＤＣやＳＤＣを採用することができる。   For example, the material constituting the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow between the portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow and the portion corresponding to the downstream side of the fuel gas flow in the cathode electrode 13 corresponds to the downstream side. It is good also as a structure which arrange | positions the member (mixing suppression part) which suppresses mixing with the material which comprises a site | part. For example, GDC or SDC can be adopted as the mixing suppression unit.

１ 燃料電池スタック
１０ 単位セル
１１ 固体電解質
１２ アノード電極
１３ カソード電極
１４ 発電セル
１５ セパレータ
１５ａ 燃料ガス流通路（流通路）
１６ セパレータ
１６ａ 酸化剤ガス流通路（流通路） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 10 Unit cell 11 Solid electrolyte 12 Anode electrode 13 Cathode electrode 14 Power generation cell 15 Separator 15a Fuel gas flow path (flow path)
16 Separator 16a Oxidant gas flow path (flow path)

Claims (8)

固体電解質（１１）をアノード電極（１２）およびカソード電極（１３）で狭持した発電セル（１４）の外側に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路（１５ａ、１６ａ）が形成されたセパレータ（１５、１６）を配置して構成される単位セル（１０）を複数積層した固体電解質型の燃料電池スタックであって、
前記複数の単位セル（１０）のうち、少なくとも一部の単位セルは、前記カソード電極（１３）における前記セパレータ（１５）に形成された前記流通路（１５ａ）の前記燃料ガス流れ下流側に対応する部位が、前記カソード電極（１３）における前記セパレータ（１５）に形成された前記流通路（１５ａ）の前記燃料ガス流れ上流側に対応する部位よりも作動温度範囲内における電極反応活性が高い材料で構成されていることを特徴とする固体電解質型の燃料電池スタック。 Separator in which flow paths (15a, 16a) for fuel gas and oxidant gas are formed outside the power generation cell (14) in which the solid electrolyte (11) is held between the anode electrode (12) and the cathode electrode (13). 15, 16) a solid oxide fuel cell stack in which a plurality of unit cells (10) configured to be arranged are stacked,
At least some of the unit cells (10) correspond to the fuel gas flow downstream side of the flow passage (15a) formed in the separator (15) of the cathode electrode (13). A material having a higher electrode reaction activity in an operating temperature range than a portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow of the flow passage (15a) formed in the separator (15) of the cathode electrode (13). A solid oxide fuel cell stack, comprising: 前記カソード電極（１３）には、前記燃料ガス流れ上流側に対応する部位と前記燃料ガス流れ下流側に対応する部位との間に空隙が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型の燃料電池スタック。   The said cathode electrode (13) has the space | gap formed between the site | part corresponding to the said fuel gas flow upstream, and the site | part corresponding to the said fuel gas flow downstream. Solid electrolyte fuel cell stack. 前記カソード電極（１３）には、前記燃料ガス流れ上流側に対応する部位と前記燃料ガス流れ下流側に対応する部位との間に、前記燃料ガス流れ上流側に対応する部位を構成する材料と前記燃料ガス流れ下流側に対応する部位を構成する材料との混在を抑制する混在抑制部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固体電解質型の燃料電池スタック。   The cathode electrode (13) includes a material constituting a portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow between a portion corresponding to the upstream side of the fuel gas flow and a portion corresponding to the downstream side of the fuel gas flow. The solid electrolyte fuel cell stack according to claim 1, further comprising a mixing suppression unit that suppresses mixing with a material constituting a portion corresponding to the downstream side of the fuel gas flow. 固体電解質（１１）をアノード電極（１２）およびカソード電極（１３）で狭持した発電セル（１０）の外側に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路（１５ａ、１６ａ）が形成されたセパレータ（１５、１６）を配置して構成される単位セル（１０）を複数積層した固体電解質型の燃料電池スタックであって、
前記複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セルの前記カソード電極（１３）は、ランタンコバルタイト系ペロブスカイト型酸化物とセリア系固溶体との混合物で構成され、
前記複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルの前記カソード電極（１３）は、積層方向の中央部側に位置する単位セルの前記カソード電極（１３）よりも作動温度範囲内における電極反応活性が高い材料で構成されていることを特徴とする固体電解質型の燃料電池スタック。 A separator in which flow paths (15a, 16a) of fuel gas and oxidant gas are formed outside the power generation cell (10) in which the solid electrolyte (11) is held between the anode electrode (12) and the cathode electrode (13) ( 15, 16) a solid oxide fuel cell stack in which a plurality of unit cells (10) configured to be arranged are stacked,
Of the plurality of unit cells (10), the cathode electrode (13) of the unit cell located on the center side in the stacking direction is composed of a mixture of a lanthanum cobaltite perovskite oxide and a ceria solid solution,
Among the plurality of unit cells (10), the cathode electrode (13) of the unit cell positioned on the end side in the stacking direction is more than the cathode electrode (13) of the unit cell positioned on the center side in the stacking direction. A solid electrolyte fuel cell stack, characterized in that it is made of a material having high electrode reaction activity within the operating temperature range. 前記複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セルの前記アノード電極（１２）は、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとの混合物で構成され、
前記複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルの前記アノード電極（１２）は、積層方向の中央部側に位置する単位セルの前記アノード電極（１２）よりも作動温度範囲内における電極反応活性が高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の固体電解質型の燃料電池スタック。 Of the plurality of unit cells (10), the anode electrode (12) of the unit cell located on the center side in the stacking direction is composed of a mixture of nickel and yttria-stabilized zirconia,
Among the plurality of unit cells (10), the anode electrode (12) of the unit cell positioned on the end side in the stacking direction is more than the anode electrode (12) of the unit cell positioned on the center side in the stacking direction. 5. The solid electrolyte fuel cell stack according to claim 1, which is made of a material having a high electrode reaction activity within an operating temperature range. 固体電解質（１１）をアノード電極（１２）およびカソード電極（１３）で狭持した発電セル（１４）の外側に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路（１５ａ、１６ａ）が形成されたセパレータ（１５、１６）を配置して構成される単位セル（１０）を複数積層した固体電解質型の燃料電池スタックであって、
前記複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セルの前記アノード電極（１２）は、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアとの混合物で構成され、
前記複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルの前記アノード電極（１２）は、積層方向の中央部側に位置する単位セルの前記アノード電極（１２）よりも作動温度範囲内における電極反応活性が高い材料で構成されていることを特徴とする固体電解質型の燃料電池スタック。 Separator in which flow paths (15a, 16a) for fuel gas and oxidant gas are formed outside the power generation cell (14) in which the solid electrolyte (11) is held between the anode electrode (12) and the cathode electrode (13). 15, 16) a solid oxide fuel cell stack in which a plurality of unit cells (10) configured to be arranged are stacked,
Of the plurality of unit cells (10), the anode electrode (12) of the unit cell located on the center side in the stacking direction is composed of a mixture of nickel and yttria-stabilized zirconia,
Among the plurality of unit cells (10), the anode electrode (12) of the unit cell positioned on the end side in the stacking direction is more than the anode electrode (12) of the unit cell positioned on the center side in the stacking direction. A solid electrolyte fuel cell stack, characterized in that it is made of a material having high electrode reaction activity within the operating temperature range. 前記複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セルの前記固体電解質（１１）は、イットリア安定化ジルコニアで構成され、
前記複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルの固体電解質（１１）は、積層方向の中央部側に位置する単位セルの前記固体電解質（１１）よりも作動温度範囲内における導電率が高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の固体電解質型の燃料電池スタック。 Of the plurality of unit cells (10), the solid electrolyte (11) of the unit cell located on the center side in the stacking direction is composed of yttria-stabilized zirconia,
Among the plurality of unit cells (10), the solid electrolyte (11) of the unit cell located on the end side in the stacking direction is more than the solid electrolyte (11) of the unit cell located on the center side in the stacking direction. The solid electrolyte fuel cell stack according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel cell stack is made of a material having a high conductivity within an operating temperature range. 固体電解質（１１）をアノード電極（１２）およびカソード電極（１３）で狭持した単位セル（１０）の外側に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通路（１５ａ、１６ａ）が形成されたセパレータ（１５、１６）を配置して構成される単位セル（１０）を複数積層した固体電解質型の燃料電池スタックであって、
前記複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の中央部側に位置する単位セルの前記固体電解質（１１）は、イットリア安定化ジルコニアで構成され、
前記複数の単位セル（１０）のうち、積層方向の端部側に位置する単位セルの固体電解質（１１）は、積層方向の中央部側に位置する単位セルの前記固体電解質（１１）よりも作動温度範囲内における導電率が高い材料で構成されていることを特徴とする固体電解質型の燃料電池スタック。 A separator in which flow paths (15a, 16a) for fuel gas and oxidant gas are formed outside the unit cell (10) in which the solid electrolyte (11) is sandwiched between the anode electrode (12) and the cathode electrode (13) ( 15, 16) a solid oxide fuel cell stack in which a plurality of unit cells (10) configured to be arranged are stacked,
Of the plurality of unit cells (10), the solid electrolyte (11) of the unit cell located on the center side in the stacking direction is composed of yttria-stabilized zirconia,
Among the plurality of unit cells (10), the solid electrolyte (11) of the unit cell located on the end side in the stacking direction is more than the solid electrolyte (11) of the unit cell located on the center side in the stacking direction. A solid electrolyte type fuel cell stack comprising a material having high conductivity within an operating temperature range.
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