JP2018041561A

JP2018041561A - 燃料電池セル

Info

Publication number: JP2018041561A
Application number: JP2016172951A
Authority: JP
Inventors: 壮太清水; Sota Shimizu; 央松林; Hiroshi Matsubayashi; 一博水木; Kazuhiro Mizuki; 邦彦吉岡; Kunihiko Yoshioka; 誠大森; Makoto Omori
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-09-05
Also published as: JP6282324B1

Abstract

【課題】支持基板の頂点部にクラックが生じることを抑制する。
【解決手段】燃料電池セル３０１は、支持基板２０と、発電素子部１０と、を備えている。支持基板２０は、板状である。支持基板２０は、第１主面２２、第２主面２３、第１側面２４、第２側面２５、第１端面２６、及び第２端面２７、を有する。発電素子部１０は、支持基板２０に支持される。支持基板２０の８つの頂点部は、湾曲面によって構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池セルに関するものである。

燃料電池セルは、板状の支持基板と、複数の発電素子部と、を備えている。この燃料電池セルでは、まず、支持基板の成形体を作製する。そして、この支持基板の成形体上に、燃料極及び電解質などの成形膜を形成し、これらを焼成することによって、燃料電池セルを作製する。

特開２０１６−１３１１４７号公報

上述したような燃料電池セルにおいて、支持基板の頂点部にクラックが生じるといった問題があった。

本発明の課題は、支持基板の頂点部にクラックが生じることを抑制することにある。

本発明者は、従来の燃料電池セルにおいて、焼成時に支持基板が収縮することによって支持基板の８つの頂点部に応力が集中し、その結果、支持基板の頂点部にクラックが生じるおそれがあることを見出した。そこで、本発明のある側面に係る燃料電池セルは、以下の構成とした。すなわち、本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、発電素子部と、を備えている。支持基板は、板状である。支持基板は、第１主面、第２主面、第１側面、第２側面、第１端面、及び第２端面、を有する。発電素子部は、支持基板に支持される。支持基板の８つの頂点部は、湾曲面によって構成されている。

このように、支持基板の８つの頂点部が湾曲面によって構成されているため、焼成によってその頂点部に応力が集中することを緩和することができる。この結果、支持基板の頂点部にクラックが生じることを抑制することができる。

好ましくは、第１側面は、第１湾曲部と、第２湾曲部と、第１平面部とを有する。第１湾曲部は、第１主面の端縁から延びる。第２湾曲部は、第２主面の端縁から延びる。第１平面部は、第１湾曲部と第２湾曲部とを連結する。

この構成によれば、第１平面部を有しているため、第１側面全体が湾曲面で構成されているものに比べて、支持基板の表裏に形成された発電素子部を接続する距離が短くなる。この結果、発電出力を向上させることができる。

好ましくは、第１主面、第２主面、第１側面、第２側面、第１端面、及び第２端面のうち隣接する一対の面の境界部分は、Ｒ加工されている。

本発明によれば、支持基板の頂点部にクラックが生じることを抑制することができる。

燃料電池スタックの斜視図。燃料電池スタックの断面図。燃料マニホールドの斜視図。燃料電池セルの斜視図。燃料電池セルの断面図。支持基板の頂点部を示す拡大図。燃料電池セルの断面図。燃料電池セルと燃料マニホールドとの接合を示す図。空気の供給方法を示す図。燃料電池セル内を流れる電流を示す図。燃料電池セルの製造方法を示す図。燃料電池セルの製造方法を示す図。燃料電池セルの製造方法を示す図。燃料電池セルの製造方法を示す図。燃料電池セルの製造方法を示す図。燃料電池セルの製造方法を示す図。燃料電池セルの製造方法を示す図。変形例に係る燃料電池セルの断面図。変形例に係る燃料電池セルの断面図。

以下、本発明に係る燃料電池セルを用いた燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１００は、燃料マニホールド２００と、複数の燃料電池セル３０１と、を備えている。

［燃料マニホールド］
図３に示すように、燃料マニホールド２００は、燃料ガスを各燃料電池セル３０１に分配するように構成されている。燃料マニホールド２００は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド２００の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド２００は、互いに間隔をあけて並ぶ複数の貫通孔２０２を有している。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の天板２０３に形成されている。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の内部空間と外部とを連通する。

［燃料電池セル］
図２に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００から延びている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００の天板２０３から上方（ｘ軸方向）に延びている。すなわち、各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）は、上方に延びている。図４及び図５に示すように、燃料電池セル３０１は、複数の発電素子部１０と、支持基板２０と、複数のインターコネクタ３１と、を備えている。

［支持基板］
支持基板２０は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びる複数のガス流路２１を内部に有している。各ガス流路２１は、互いに実質的に平行に延びている。また、図４に示すように、支持基板２０は、第１主面２２、第２主面２３、第１側面２４、第２側面２５、第１端面２６、及び第２端面２７を有している。支持基板２０は、板状に形成されている。

第１主面２２と第２主面２３は、互いに平行に延びている。第１主面２２及び第２主面２３は、支持基盤２０の厚さ方向（ｚ軸方向）において、互いに反対側に位置している。第１主面２２及び第２主面２３は、ガス流路２１に沿って延びている。第１主面２２及び第２主面２３は、支持基板２０の長手方向（ｚ軸方向）に延びるとともに、支持基板２０の幅方向（ｚ軸方向）に延びる。第１主面２２及び第２主面２３上に各発電素子部１０が支持されている。

図５に示すように、第１主面２２及び第２主面２３には、複数の凹部２２１が形成されている。各凹部２２１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。なお、各凹部２２１は、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）の両端部には形成されていない。

図４に示すように、第１側面２４及び第２側面２５は、第１主面２２と第２主面２３とを連結している。第１側面２４と第２側面２５とは、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）において、互いに反対側に配置されている。第１側面２４及び第２側面２５は、ガス流路２１が延びる方向に沿って延びている。第１側面２４及び第２側面２５は、支持基板２０の長手方向（ｚ軸方向）に延びるとともに、支持基板２０の厚さ方向（ｚ軸方向）に延びる。

第１側面２４及び第２側面２５は、外側に膨らむように湾曲している。すなわち、第１側面２４及び第２側面２５は互いに離れる方向に膨らんでいる。詳細には、第１側面２４及び第２側面２５は、第１端面２６又は第２端面２７側から見て（ｚ軸方向視において）、円弧状に形成されている。

第１端面２６及び第２端面２７は、第１主面２２と第２主面２３とを連結している。第１端面２６と第２端面２７とは、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、互いに反対に配置されている。第１端面２６及び第２端面２７は、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びるとともに、支持基板の厚さ方向（ｚ軸方向）にも延びている。

第１端面２６において、ガス流路２１の供給側の端部が開口している。第２端面２７において、ガス流路２１の排出側の端部が開口している。すなわち、各ガス流路２１は、第１端面２６から第２流路２７まで延びている。

支持基板２０は、板状であり、８つの頂点部を有している。すなわち、支持基板２０は、第１主面２２、第２主面２３、第１側面２４、第２側面２５、第１端面２６、及び第２端面２７のうち、隣り合う３つの面の境界領域である頂点部を８つ有している。詳細には、第１主面２２、第１側面２４、及び第１端面２６の間の頂点部と、第１主面２２、第１側面２４、及び第２端面２７の境界領域である頂点部と、第１主面２２、第２側面２５、及び第１端面２６の境界領域である頂点部と、第１主面２２、第２側面２５、及び第２端面２７の境界領域である頂点部と、第２主面２３、第１側面２４、及び第１端面２６の間の境界領域である頂点部と、第２主面２３、第１側面２４、及び第２端面２７の境界領域である頂点部と、第２主面２３、第２側面２５、及び第１端面２６の境界領域である頂点部と、第２主面２３、第２側面２５、及び第２端面２７の境界領域である頂点部と、の８つの頂点部を支持基板２０は有している。

そして、支持基板２０のこれら８つの頂点部は、湾曲面によって構成されている。すなわち、図６に示すように、支持基板２０の各頂点部は、丸みを有しており、尖った角部分を有していない。このため、支持基板２０の焼成時において頂点部分に応力が集中することを緩和することができる。この結果、支持基板２０の頂点部にクラックが発生することを抑制することができる。なお、支持基板２０に緻密膜などを塗布した場合、その緻密膜などが塗布された状態の頂点部は尖った角部分を有していてもよい。

板状の支持基板２０は、略直方体であって、１２本の辺を有している。そして、この支持基板２０の各辺は、Ｒ加工されている。すなわち、第１主面２２、第２主面２３、第１側面２４、第２側面２５、第１端面２６、及び第２端面２７のうち、隣接する一対の面の境界部分は、Ｒ加工されている。具体的には、第１主面２２と第１側面２４との境界部分、第１主面２２と第２側面２５との境界部分、第１主面２２と第１端面２６との境界部分、及び第１主面２２と第２端面２７との境界部分がＲ加工されている。また、第２主面２３と第１側面２４との境界部分、第２主面２３と第２側面２５との境界部分、第２主面２３と第１端面２６との境界部分、及び第２主面２３と第２端面２７との境界部分がＲ加工されている。また、第１側面２４と第１端面２６との境界部分、第１側面２４と第２端面２７との境界部分、第２側面２５と第１端面２６との境界部分、及び第２側面２５と第２端面２７との境界部分がＲ加工されている。このＲ加工された３つの境界部分の交点によって、各頂点部が構成されている。この各辺のＲ加工の曲率半径は、０．０５〜２．０ｍｍ程度とすることができる。

図５に示すように、支持基板２０は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板２０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板２０は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板２０の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。

［発電素子部］
各発電素子部１０は、支持基板２０に支持されている。各発電素子部１０は、支持基板２０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル３０１は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。長手方向に隣り合う発電素子部１０は、インターコネクタ３１によって互いに電気的に接続されている。

各発電素子部１０は、燃料極４、電解質５、及び空気極６を有している。支持基板２０上に、支持基板２０側から、燃料極４，電解質５，空気極６の順で支持されている。また、各発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。

［燃料極］
燃料極４は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極４は、燃料極集電部４１と燃料極活性部４２とを有する。

［燃料極集電部］
燃料極集電部４１は、凹部２２１内に配置されている。詳細には、燃料極集電部４１は、凹部２２１内に充填されており、凹部２２１と同様の外形を有する。各燃料極集電部４１は、第３主面４１１を有している。第３主面４１１は、第１主面２２と実質的に同一面上にある。すなわち、支持基板２０の第１主面２２と、各燃料極集電部４１の第３主面４１１とによって、一つの平面が構成されている。なお、第３主面４１１は、第１主面２２と完全に同一面上になくてもよい。例えば、第１主面２２と第３主面４１１との間に、１００μｍ以下程度の段差があってもよい。第３主面４１１は平坦面を構成しており、第３主面４１１上には凹部は形成されていない。

燃料極集電部４１は、電子伝導性を有する。燃料極集電部４１は、燃料極活性部４２よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部４１は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

燃料極集電部４１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部４１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部４１の厚さ、及び凹部２２１の深さは、５０〜５００μｍ程度である。

［燃料極活性部］
燃料極活性部４２は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部４２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部４１における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。

燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１の第３主面４１１上に配置されている。すなわち、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１に埋設されていない。燃料極活性部４２の端縁は、第３主面４１１上において、燃料極集電部４１の端縁よりも内側に形成されている。詳細には、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも平面視（ｚ軸方向視）の面積が小さい。そして、燃料極活性部４２は、第３主面４１１内に収まっている。

燃料極活性部４２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部４２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部４２の厚さは、５〜３０μｍである。

［電解質］
電解質５は、燃料極４上を覆うように配置されている。詳細には、電解質５は、あるインターコネクタ３１から他のインターコネクタ３１まで支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に延びている。支持基板２０の長手方向において、電解質５とインターコネクタ３１とが交互に配置されている。

電解質５は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質５は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質５は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質５の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

［反応防止膜］
反応防止膜７は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜７は、電解質５と空気極活性部６１との間に配置されている。反応防止膜７は、電解質５内のＹＳＺと空気極活性部６１内のＳｒとが反応して電解質５と空気極活性部６１との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。また、反応防止膜７は、電解質５と空気極集電部６２との間にも配置されている。反応防止膜７は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。なお、反応防止膜７は、電解質５と空気極活性部６１との間に配置されていればよく、電解質５と空気極集電部６２との間には配置されていなくてもよい。

［空気極］
空気極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極６は、電解質５を介して、燃料極４と反対側に配置されている。空気極６は、空気極活性部６１と空気極集電部６２とを有している。

［空気極活性部］
空気極活性部６１は、反応防止膜７上に配置されている。空気極活性部６１は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部６１は、空気極集電部６２よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部６１おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部６２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。

空気極活性部６１は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極活性部６１は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極活性部６１は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極活性部６１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

［空気極集電部］
空気極集電部６２は、空気極活性部６１上に配置されている。また、空気極集電部６２は、空気極活性部６１から、隣の発電素子部１０に向かって延びている。空気極集電部６２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部６２は、空気極活性部６１よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部６２は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

空気極集電部６２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極集電部６２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電部６２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電部６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。

［インターコネクタ］
インターコネクタ３１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において隣り合う発電素子部１０を電気的に接続するように構成されている。詳細には、インターコネクタ３１は、一方の発電素子部１０の燃料極集電部４１と、他方の発電素子部１０の空気極集電部６２とを電気的に接続している。

インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１の第３主面４１１上に配置されている。すなわち、インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１に埋設されていない。インターコネクタ３１は、第３主面４１１上において、燃料極活性部４２と間隔をあけて配置されている。

インターコネクタ３１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ３１は、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ３１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ３１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

［集電部材］
以上のように構成された燃料電池セル３０１は、隣り合う燃料電池セル３０１と、集電部材３０２によって電気的に接続されている。図２に示すように、集電部材３０２は、一対の燃料電池セル３０１間に配置されている。そして、集電部材３０２は、厚さ方向（ｚ軸方向）において隣り合う燃料電池セル３０１同士を電気的に接続するよう、導電性を有している。

詳細には、集電部材３０２は、燃料電池セル３０１のガス供給側において、隣り合う燃料電池セル３０１同士を接続している。図７に示すように、集電部材３０２は、基端側に配置されたインターコネクタ３１から延びる空気極集電部６２上に配置されている。なお、基端側とは、燃料電池セル３０１を燃料マニホールド２００に取り付けたとき、燃料マニホールド２００側のことをいう。

集電部材３０２は、ブロック状である。例えば、集電部材３０２は、直方体状又は円柱状である。集電部材３０２は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３、又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４、又は（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｏ_４等が挙げられる。この集電部材３０２は、例えば、可撓性を有していない。

集電部材３０２は、第１接合材１０１によって、各燃料電池セル３０１に接合されている。すなわち、第１接合材１０１は、各集電部材３０２と各燃料電池セル３０１とを接合している。第１接合材１０１は、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３等よりなる群から選ばれる少なくとも１種である。

［表裏間接続部材］
図２に示すように、燃料電池セル３０１は、表裏間接続部材３０３を有している。表裏間接続部材３０３は、支持基板２０の一方面においてガス排出側に配置された発電素子部１０と、支持基板２０の他方面においてガス排出側に配置された発電素子部１０とを、電気的に接続している。表裏間接続部材３０３は、例えば、上述した空気極集電部６２において説明した材料によって形成することができる。

各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００に支持されている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、第２接合材１０２によって、燃料マニホールド２００の天板２０３に固定されている。より詳細には、図８に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００の貫通孔２０２に挿入されている。燃料電池セル３０１は、貫通孔２０２に挿入された状態で、第２接合材１０２によって燃料マニホールド２００に固定されている。

第２接合材１０２は、燃料電池セル３０１が挿入された状態の貫通孔２０２内に充填される。すなわち、第２接合材１０２は、燃料電池セル３０１の外周面と、貫通孔２０２を画定する壁面との隙間に充填される。第２接合材１０２は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ_２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを指す。なお、第２接合材１０２の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第２接合材１０２は、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_５−Ａｌ_２Ｏ_３系及びＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。

燃料マニホールド２００から突出している各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）の長さは、１００〜３００ｍｍ程度とすることができる。また、各燃料電池セル３０１は、燃料電池セル３０１の厚さ方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。この燃料電池セル３０１同士の間隔は、１〜５ｍｍ程度とすることができる。

［発電方法］
以上のように構成された燃料電池スタック１００は、次のようにして発電する。燃料マニホールド２００を介して各燃料電池セル３０１のガス流路２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板２０の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝す。

酸素を含むガスは、例えば、図９に示すように、幅方向（ｙ軸方向）に沿って流れるように、燃料マニホールド２００の天板２０３に沿って流れる。詳細には、燃料電池スタック１００は、ガス供給部材４００をさらに有している。ガス供給部材４００は、各燃料電池セル３０１の間において、空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材４００から供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、案内板４０１がガス供給部材４００と反対側に設置されていてもよい。案内板４０１は、平板状であって、燃料電池セル３０１の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル３０１の厚さ方向に延びている。

以上のように、燃料ガス、及び酸素を含むガスを供給された各発電素子部１０において、電解質５の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック１００を外部の負荷に接続すると、空気極６において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極４において下記（２）式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ_２ ⁻ …（１）
Ｈ_２＋Ｏ_２ ⁻→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ …（２）
発電状態においては、電流は、図１０において矢印で示すように流れる。インターコネクタ３１、及び発電素子部１０において、電流は厚さ方向に流れる。

［製造方法］
次に、上述したように構成された燃料電池セルの製造方法について説明する。図１１から図１７において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が焼成前であることを示している。

まず、図１１に示すように、支持基板の成形体２０ｇを作製する。この支持基板の成形体２０ｇは、例えば、支持基板２０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等を添加して得られる坏土を用いて、押し出し成形、及び切削等の手法を利用して作製され得る。この支持基板の成形体２０ｇは、８つの頂点部が丸みを持つような形状に形成される。

支持基板の成形体２０ｇが作製されると、次に、図１２に示すように、支持基板の成形体２０ｇの上下面における各凹部２２１に、燃料極集電部の成形体４１ｇを充填する。燃料極集電部の成形体４１ｇは、例えば、上述した燃料極集電部４１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって作製される。

次に、図１３に示すように、燃料極集電部の成形体４１ｇ上に、燃料極活性部の成形膜４２ｇを形成する。この成形膜４２ｇは、例えば、上述した燃料極活性部４２の材料の粉末にバインダーなどを添加して得られるスラリーを用いて、印刷法などによって形成される。

また、各燃料極集電部の成形体４１ｇ上に、インターコネクタの成形膜３１ｇを形成する。各インターコネクタの成形膜３１ｇは、例えば、上述したインターコネクタ３１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。

次に、図１４に示すように、燃料極活性部の成形膜４２ｇ上に、電解質の成形膜５ｇを形成する。詳細には、隣り合うインターコネクタの成形膜３１ｇ間に電解質の成形膜５ｇを形成する。これによって、燃料極集電部の成形体４１ｇ、及び燃料極活性部の成形膜４２ｇが形成された状態の支持基板の成形体２０ｇは、インターコネクタの成形膜３１ｇと電解質の成形膜５ｇによって覆っている。電解質の成形膜５ｇは、例えば、上述した電解質５の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法、又はディッピング法等によって形成される。

次に、図１５に示すように、電解質膜の成形膜５ｇ上に、反応防止膜の成形膜７ｇを形成する。各反応防止膜の成形膜７ｇは、例えば、上述した反応防止膜７の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体２０ｇを、空気中にて１０００〜１５００℃程度で１〜５時間程度焼成する。これにより、空気極６が形成されていない状態の燃料電池セルが得られる。

次に、図１６に示すように、各反応防止膜７上に、空気極活性部の成形膜６１ｇを形成する。各空気極活性部の成形膜６１ｇは、例えば、上述した空気極活性部６１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。

次に、図１７に示すように、空気極活性部の成形膜６１ｇと、隣の発電素子部のインターコネクタ３１とを跨ぐように、空気極集電部の成形膜６２ｇを形成する。すなわち、空気極集電部の成形膜６２ｇは、空気極活性部の成形膜６１ｇ、電解質５、及び、インターコネクタ３１上に形成される。各空気極集電部の成形膜６２ｇは、例えば、上述した空気極集電部６２の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。

そして、このように空気極の成形膜６１ｇ、６２ｇが形成された状態の支持基板２０を、空気中にて８００〜１２００℃程度で１〜５時間程度焼成する。これによって、燃料電池セル３０１が完成する。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

変形例１
図１８に示すように、支持基板２０の第１側面２４は、第１湾曲部２４１、第２湾曲部２４２、及び第１平面部２４３から構成されていてもよい。第１湾曲部２４１は、第１主面２２の端縁から第２主面２３に向かって延びている。第１湾曲部２４１は、外側に向かって膨らんでいる。また、第１湾曲部２４１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。

第２湾曲部２４２は、第２主面２３の端縁から第１主面２２に向かって延びている。第２湾曲部２４２は、外側に向かって膨らんでいる。また、第２湾曲部２４２は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。

第１平面部２４３は、第１湾曲部２４１と第２湾曲部２４２とを連結するように支持基板２０の厚さ方向（ｚ軸方向）に延びている。また、第１平面部２４３は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。このように、第１側面２４において平面部２４３を形成することによって、発電出力を向上させることができる。

なお、第２側面２５も第１側面２４と同様の構成にしてもよい。すなわち、第２側面２５は、第３湾曲部２５１、第４湾曲部２５２、及び第２平面部２５３を有している。第３湾曲部２５１は、第１主面２２の端縁から第２主面２３に向かって延びている。第３湾曲部２５１は、外側に向かって膨らんでいる。また、第３湾曲部２５１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。

第４湾曲部２５２は、第２主面２３の端縁から第１主面２２に向かって延びている。第４湾曲部２５２は、外側に向かって膨らんでいる。また、第４湾曲部２５２は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。

第２平面部２５３は、第３湾曲部２５１と第４湾曲部２５２とを連結するように支持基板２０の厚さ方向（ｚ軸方向）に延びている。また、第２平面部２５３は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。

変形例２
上記実施形態の発電素子部１０では、燃料極４が内側電極となり、空気極６が外側電極となっていたが、発電素子部１０の構成はこれに限定されない。例えば、空気極６を内側電極とし、燃料極４を外側電極としてもよい。すなわち、支持基板２０側から、空気極６，電解質５、燃料極４の順に配置されていてもよい。この場合、支持基板２０の凹部２２１内には、空気極集電部６２が形成される。

変形例３
上記実施形態では、燃料極集電部４１の第３主面４１１上には凹部が形成されていないが、図１９に示すように、燃料極集電部４１の第３主面４１１上に２つの凹部が形成されていてもよい。そして、一方の凹部に燃料極活性部４２が埋設されており、他方の凹部にインターコネクタ３１が埋設されていてもよい。

３０１燃料電池セル
２０支持基板
２２第１主面
２３第２主面
２４第１側面
２４１第１湾曲部
２４２第２湾曲部
２４３第１平面部
２５第２側面
２５１第３湾曲部
２５２第４湾曲部
２５３第２平面部
２６第１端面
２７第２端面

Claims

第１主面、第２主面、第１側面、第２側面、第１端面、及び第２端面、を有する板状の支持基板と、
前記支持基板に支持される発電素子部と、
を備え、
前記支持基板の８つの頂点部は、湾曲面によって構成される、
燃料電池セル。
前記第１側面は、前記第１主面の端縁から延びる第１湾曲部と、前記第２主面の端縁から延びる第２湾曲部と、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とを連結する第１平面部と、を有する、
請求項１に記載の燃料電池。
前記第２側面は、前記第１主面の端縁から延びる第３湾曲部と、前記第２主面の端縁から延びる第４湾曲部と、前記第３湾曲部と前記第４湾曲部とを連結する第２平面部と、を有する、
請求項１又は２に記載の燃料電池。
前記第１主面、前記第２主面、前記第１側面、前記第２側面、前記第１端面、及び前記第２端面のうち隣接する一対の面の境界部分は、Ｒ加工されている、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池。