JP2020113525A

JP2020113525A - 燃料電池セル

Info

Publication number: JP2020113525A
Application number: JP2019024967A
Authority: JP
Inventors: 中村　俊之; Toshiyuki Nakamura; 俊之中村; 玄太寺澤; Genta Terasawa; 誠大森; Makoto Omori
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-07-27
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: JP6578457B1

Abstract

【課題】接合材における応力を緩和する。【解決手段】燃料電池セルは、燃料電池セル本体１０と、セパレータ３０と、接合材１１０とを備えている。燃料電池セル本体１０は、固体電解質、並びに固体電解質を挟むように積層された燃料極及び空気極を有する。セパレータ３０は、燃料電池セル本体１０の外周縁部１４を除く領域を露出する開口部３２を有する枠状であり、燃料電池セル本体１０の外周縁部１４と重なる内周縁部３１を有する。接合材１１０は、燃料電池セル本体１０の外周縁部１４と、セパレータ３０の内周縁部３１とを接合する。積層方向視において、接合材１１０における燃料電池セル本体１０と接する面の内周端縁１１５は、互いに対向する２組の延伸部１１５ａ〜１１５ｄと、各延伸部１１５ａ〜１１５ｄを連結する連結部１１５ｅ〜１１５ｈとを有する。少なくとも１つの延伸部１１５ａ〜１１５ｄは、曲線部を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池セルに関するものである。

平板状の固体電解質と、固体電解質を挟むように設けられた燃料極及び空気極と、を有する燃料電池セル本体が複数積層された平板形のセルスタック装置が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１には、燃料ガスが存在する空間と酸化剤ガスが存在する空間とを区画するセパレータが、接合材を用いて燃料電池セル本体に取り付けられていることが開示されている。

特開２０１４−４９３２４号公報

上記特許文献１のセルスタック装置の運転等に伴う温度変化、すなわち熱サイクルによって、燃料電池セル本体が変形する場合がある。この場合、燃料電池セル本体を接合している接合材に応力が加えられる。そこで、本発明の課題は、接合材における応力を緩和することにある。

接合材に応力が加えられるという問題は、燃料電池セル本体の変形に起因した応力が、接合材の内周縁部に残留しやすいことに基づくことを本発明者は見出した。

本発明のある側面に係る燃料電池セルは、燃料電池セル本体と、セパレータと、接合材と、を備えている。燃料電池セル本体は、固体電解質、並びに固体電解質を挟むように積層された燃料極及び空気極を有する。セパレータは、燃料電池セル本体の外周縁部を除く領域を露出する開口部を有する枠状である。またセパレータは、燃料電池セル本体の外周縁部と重なる内周縁部を有する。接合材は、燃料電池セル本体の外周縁部と、セパレータの内周縁部とを接合する。積層方向視において、接合材における燃料電池セル本体と接する面の内周端縁は、互いに対向する２組の延伸部と、各延伸部を連結する連結部と、を有する。少なくとも１つの延伸部は、曲線部を有する。

この構成によれば、接合材の内周端縁は曲線部を有している。このため、接合材の内周縁部に残留する応力が分散されて、応力の集中が抑制されやすくなる。したがって、接合材における応力を緩和できる。

延伸部は、セパレータから離れるように湾曲してもよい。また延伸部は、セパレータに近づくように湾曲してもよい。また延伸部は、波形状を有してもよい。また延伸部の全体は、曲線であってもよい。

好ましくは、接合材は、中央部と第１突出部とを有する。中央部は、積層方向視において、燃料電池セル及びセパレータと重なる。第１突出部は、中央部から内周側に向けて突出する。積層方向と直交する方向において、第１突出部の最小長さに対する第１突出部の最大長さの比は、１．０１以上１０．０以下である。

好ましくは、接合材は、中央部から外周側に向けて突出する第２突出部をさらに有している。積層方向視において、第２突出部の外周端縁は、互いに対向する２組の延伸部と、各延伸部を連結する連結部と、を有する。少なくとも１つの外周端縁の延伸部は、曲線部を有する。

好ましくは、セパレータの内周縁部の主面は、積層方向と直交する方向に対して傾斜している。

この構成によれば、セパレータは、燃料電池セルに対して傾斜するので、セパレータの可撓性が高くなる。これにより、熱サイクルによって、燃料電池セルが変形しても、セパレータがその変形を緩和できる。したがって、接合材に加えられる応力をより緩和できる。

本発明によれば、接合材における応力を緩和することができる。

セルスタック装置の斜視図。セルスタック装置の断面図。セルスタックの拡大断面図。接合材近傍を示す拡大断面図。接合材の平面図。変形例に係る接合材の平面図。変形例に係る接合材の平面図。変形例に係る接合材近傍を示す拡大断面図。変形例に係る接合材近傍を示す拡大断面図。変形例に係る接合材近傍を示す拡大断面図。変形例に係る接合材近傍を示す拡大断面図。変形例に係る接合材近傍を示す拡大断面図。変形例に係る接合材近傍を示す拡大断面図。変形例に係る接合材近傍を示す拡大断面図。

以下、本発明に係るセルスタック装置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、セルスタック装置１は、燃料電池セルと、締結部材２１〜２８と、を備えている。燃料電池セルは、燃料電池セル本体１０と、セパレータ３０と、第１接合材１１０と、を含んでいる。セルスタック装置１は、複数の燃料電池セルが複数積層された構造を有している。すなわち、セルスタック装置１は、いわゆる平板形のセルスタック構造である。

締結部材２１〜２８は、複数の燃料電池セルを締結する。締結部材の４本には、積層方向（ｚ軸）に沿って酸化剤ガスまたは燃料ガスが流れる流路が形成されている。本実施形態では、締結部材２３は燃料ガス供給管として用いられ、締結部材２７は燃料ガス排出管として用いられ、締結部材２５は酸化剤ガス供給管として用いられ、締結部材２１は酸化剤ガス排出管として用いられる。

［燃料電池セル本体］
図２及び図３に示すように、燃料電池セル本体１０は、固体電解質１１と、空気極１２と、燃料極１３と、を有している。本明細書において、固体電解質１１、空気極１２及び燃料極１３の各層が積層されている方向を積層方向と言う。積層方向は、各層の主面と直交する。本実施形態の積層方向は、ｚ軸方向である。燃料電池セル本体１０は、積層方向視、すなわち平面視（ｚ軸方向視）において、矩形状である。なお、燃料電池セル本体１０は、固体酸化物形燃料電池として構成されている。

固体電解質１１は、平板状であり、主面が積層方向を向いている。空気極１２は、固体電解質１１の一方の主面に配置されている。燃料極１３は、固体電解質１１の他方の主面に配置されている。すなわち、固体電解質１１は、空気極１２と燃料極１３とによって挟まれている。空気極１２及び燃料極１３は、平板状であり、主面が積層方向を向いている。なお、本実施形態では、固体電解質１１の上面に空気極１２が配置され、固体電解質１１の下面に燃料極１３が配置されている。

燃料電池セル本体１０は、積層方向と直交する方向（ｙ軸方向）に延びる。燃料電池セル本体１０の厚さ（ｚ軸方向の寸法）は全体に渡って実質的に均一である。例えば、燃料電池セル本体１０の厚さは、１００〜２１００μｍ程度である。本実施形態では、燃料極１３は、固体電解質１１及び空気極１２の各々よりも厚く構成されている。このため、燃料極１３は、固体電解質１１及び空気極１２を支持するように構成されている。

固体電解質１１は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を含む緻密質材料で構成される。固体電解質１１の気孔率は、例えば０〜１０％である。なお、固体電解質１１は、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）などの多孔質材料で構成されてもよい。固体電解質１１の厚さは、例えば１〜５０μｍである。固体電解質１１の熱膨張率は、例えば９〜１１ｐｐｍ/Ｋである。

空気極１２は、例えば、ＬＳＭ（Ｌａ（Ｓｒ）ＭｎＯ_３：ランタンストロンチウムマンガナイト）、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）などを含む多孔質材料で構成される。空気極１２の気孔率は、例えば１５〜５５％である。空気極１２の厚さは、例えば５０〜２００μｍである。空気極１２の熱膨張率は、例えば１１〜１７ｐｐｍ/Ｋである。

燃料極１３は、燃料極基板１３１及び燃料極活性部１３２を有している。燃料極基板１３１上に、燃料極活性部１３２が配置されている。燃料極基板１３１の積層方向と直交する方向の寸法は、燃料極活性部１３２よりも大きい。燃料極活性部１３２の全体は、固体電解質１１に覆われている。燃料極基板１３１の外周部は、燃料極活性部１３２及び固体電解質１１から露出している。

燃料極基板１３１は、例えば、ＮｉとＹＳＺとを含む多孔質材料で構成される。燃料極基板１３１の気孔率は、例えば１５〜５５％である。燃料極基板１３１の厚さは、例えば５０〜２０００μｍである。燃料極基板１３１の熱膨張率は、例えば１１〜１４ｐｐｍ/Ｋである。

燃料極活性部１３２は、例えば、ＮｉとＹＳＺとを含む多孔質材料で構成される。燃料極活性部１３２の気孔率は、例えば１５〜５５％である。燃料極活性部１３２の厚さは、例えば５〜１００μｍである。燃料極活性部１３２の熱膨張率は、例えば１１〜１４ｐｐｍ/Ｋである。

燃料電池セル本体１０は、固体電解質１１と空気極１２との間に配置された反応防止膜（図示せず）をさらに備えてもよい。反応防止膜は、固体電解質１１を構成する材料と空気極１２を構成する材料とが反応して固体電解質１１と空気極１２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。反応防止膜は、例えば、ＧＤＣから構成される。反応防止膜の気孔率は、例えば１０〜３０％である。反応防止膜の厚さは、例えば、３〜５０μｍである。

［セパレータ］
図２〜図４に示すように、セパレータ３０は、燃料電池セル本体１０に接続される。詳細には、セパレータ３０は、第１接合材１１０により固体電解質１１と接合されている。セパレータ３０は、燃料ガスが流れる空間と酸化剤ガスが流れる空間とを区画する。セパレータ３０は、酸化剤ガスと燃料ガスとの混合を防止する機能を有している。

図５は、後述する第１接合材１１０の平面図である。図５において、燃料電池セル本体１０及びセパレータ３０を仮想線で記載している。図５の仮想線に示すように、セパレータ３０は、開口部３２を有する枠状である。すなわち、セパレータ３０は、連続した一体の環状である。開口部３２は、燃料電池セル本体１０の外周縁部１４を除く領域を露出している。本明細書では、開口部３２の中心側を内周側、その反対側を外周側と言う。

セパレータ３０は互いに対向する主面を有する。主面は、セパレータ３０の延びる方向に沿って延びる面である。

セパレータ３０は、例えば、金属で構成される。セパレータ３０は、好ましくは、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、あるいはＮｉ系耐熱合金（例えば、インコネル６００及びハステロイ等）で構成されている。セパレータ３０の厚みは、例えば１０〜１０００μｍとすることができる。セパレータ３０の熱膨張率は、例えば１１〜１８ｐｐｍ/Ｋ程度とすることができる。

図２及び図３に示すように、セパレータ３０は、湾曲部を有している。本実施形態のセパレータ３０は、全体が湾曲している形状を有している。詳細には、セパレータ３０は、外周側に向かうにつれて燃料電池セル本体１０から離れるように湾曲している。

セパレータ３０は、燃料電池セル本体１０の外周縁部１４と重なる内周縁部３１を有する。内周縁部３１は、第１接合材１１０によって接合される。内周縁部３１は、枠状である。内周縁部３１については、後述する。

［インターコネクタ］
図２及び図３に示すように、インターコネクタ４０は、燃料電池セル本体１０間の導通を確保する。また、インターコネクタ４０は、燃料電池セル本体１０間でのガスの混合を防止する。インターコネクタ４０は、板状であり、ｘ軸方向及びｙ軸方向に延びる。インターコネクタ４０は、例えば、金属で構成される。

なお、図２に示すように、最上層及び最下層には、インターコネクタ４０の代わりに、保持板４１が配置されてもよい。

［集電体］
集電体５０は、燃料電池セル本体１０の空気極１２及び燃料極１３と、インターコネクタ４０との間の導通を確保する。集電体５０は、例えば、インターコネクタ４０から空気極１２に向けて突出する複数の突出部である。また集電体５０は、例えば、インターコネクタ４０から燃料極１３に向けて突出する複数の突出部である。各突出部は、互いに間隔をあけて配置されている。各突出部の間は、ガス流路を構成する。例えば、集電体５０は、ｙ軸方向に間隔をあけて配置され、ｘ軸方向に延びている。集電体５０は、例えば、金属で構成される。

［第１接合材］
図３及び図４に示すように、第１接合材１１０は、燃料電池セル本体１０の外周縁部１４とセパレータ３０の内周縁部３１とを接合している。本実施形態の第１接合材１１０は、固体電解質１１及び燃料極１３の外周縁部１４と、セパレータ３０の内周縁部３１とを接合している。第１接合材１１０は、燃料ガス及び酸化剤ガスと接する。

図５に示すように、第１接合材１１０は、枠状である。すなわち、第１接合材１１０は、連続した一体の環状であり、開口部１１０ａを有している。図３及び図４に示すように、第１接合材１１０の表面１１４は、湾曲している。

第１接合材１１０は、燃料電池セル本体１０とセパレータ３０との間に配置されている。図４及び図５に示すように、第１接合材１１０は、中央部１１１、第１突出部１１２及び第２突出部１１３を有している。

中央部１１１は、積層方向（ｚ軸方向）視において、燃料電池セル本体１０及びセパレータ３０と重なる。本実施形態の中央部１１１は、燃料電池セル本体１０とセパレータ３０との間に挟み込まれている。すなわち、中央部１１１は、セパレータ３０よりも積層方向上側に配置されておらず、かつ、燃料電池セル本体１０よりも積層方向下側に配置されていない。

第１突出部１１２は、中央部１１１から内周側に向けて突出する。第１突出部１１２は、積層方向視において、燃料電池セル本体１０と重なり、セパレータ３０とは重ならない。本実施形態の第１突出部１１２は、セパレータ３０よりも積層方向上側に位置していない。

第２突出部１１３は、中央部１１１から外周側に向けて突出する。第２突出部１１３は、積層方向視において、セパレータ３０と重なり、燃料電池セル本体１０とは重ならない。本実施形態の第２突出部１１３は、燃料電池セル本体１０よりも積層方向下側に位置していない。

積層方向と直交する方向において、第１突出部１１２の長さＬ１１２及び第２突出部１１３の長さＬ１１３は、一定でない。具体的には、図５に示すように、積層方向と直交する方向において、第１突出部１１２の最小長さＬ１１２ａに対する第１突出部１１２の最大長さＬ１１２ｂの比（最大長さＬ１１２ｂ／最小長さＬ１１２ａ）は、好ましくは１．０１以上１０．０以下であり、より好ましくは１．１０以上８．０以下である。積層方向と直交する方向において、第２突出部１１３の最小長さＬ１１３ａに対する第２突出部１１３の最大長さＬ１１３ｂの比（最大長さＬ１１３ｂ／最小長さＬ１１３ａ）は、好ましくは１．０１以上１０．０以下であり、より好ましくは１．１０以上８．０以下である。

図４及び図５に示すように、第１接合材１１０は、内周端縁１１５及び外周端縁１１６を有している。内周端縁１１５は、開口部１１０ａを画定する。また内周端縁１１５は、第１接合材１１０において燃料電池セル本体１０と接する面の内周縁である。本実施形態の内周端縁１１５は、第１突出部１１２に含まれる。

図５に示すように、積層方向視において、内周端縁１１５は、略矩形状である。内周端縁１１５は、互いに対向する２組の延伸部と、各延伸部を連結する連結部と、を有している。なお、２組の延伸部の間には、燃料電池セル本体１０の外周縁部１４を除く領域が位置している。このため、２組の延伸部は、燃料電池セル本体１０を介して対向している。少なくとも１つの延伸部は、曲線部を有する。本実施形態の内周端縁１１５の全周は、曲線形状である。

詳細には、内周端縁１１５は、第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄと、第１〜第４連結部１１５ｅ〜１１５ｈと、を有している。第１及び第２延伸部１１５ａ、１１５ｂは、互いに対向する。第３及び第４延伸部１１５ｃ、１１５ｄは、互いに対向する。第１連結部１１５ｅは、第１及び第３延伸部１１５ａ、１１５ｃを連結する。第２連結部１１５ｆは、第３及び第２延伸部１１５ｃ、１１５ｂを連結する。第３連結部１１５ｇは、第２及び第４延伸部１１５ｂ、１１５ｄを連結する。第４連結部１１５ｈは、第４及び第１延伸部１１５ｄ、１１５ａを連結する。第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄは、矩形の辺に相当する。第１〜第４連結部１１５ｅ〜１１５ｈは、矩形の角部に相当する。

第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄの少なくとも１つは、曲線部を有している。本実施形態では、第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄのそれぞれは、曲線部を有している。また各第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄは、セパレータ３０から離れるように湾曲している。また各第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄの全体は、曲線である。

本実施形態の曲線部は、各第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄの中央部に位置している。中央部とは、積層方向視において、各第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄの延びる方向に３等分したときの中央に位置する領域である。

曲線部は、変曲点を有している。変曲点とは、曲線部において曲がる方向が変わる点である。本実施形態の変曲点は、第１突出部１１２の最大長さＬ１１２ｂとなる点である。変曲点は、各第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄの中央部に位置している。

各第１〜第４連結部１１５ｅ〜１１５ｈのそれぞれは、Ｒ形状を有している。すなわち、第１〜第４連結部１１５ｅ〜１１５ｈのそれぞれは、積層方向視において、円弧状に湾曲している。第１〜第４連結部１１５ｅ〜１１５ｈのそれぞれは、セパレータ３０に近づくように湾曲している。

外周端縁１１６は、第１接合材１１０の外周縁である。本実施形態の外周端縁１１６は、第２突出部１１３に含まれる。また外周端縁１１６は、セパレータ３０及び燃料電池セル本体１０と接していない。

外周端縁１１６は、積層方向視において、略矩形状である。詳細には、外周端縁１１６は、第５〜第８延伸部１１６ａ〜１１６ｄと、第５〜第８連結部１１６ｅ〜１１６ｈと、を有している。第５及び第６延伸部１１６ａ、１１６ｂは、互いに対向する。第７及び第８延伸部１１６ｃ、１１６ｄは、互いに対向する。第５連結部１１６ｅは、第５及び第７延伸部１１６ａ、１１６ｃを連結する。第６連結部１１５ｆは、第７及び第６延伸部１１６ｃ、１１６ｂを連結する。第７連結部１１６ｇは、第６及び第８延伸部１１６ｂ、１１６ｄを連結する。第８連結部１１６ｈは、第８及び第５延伸部１１６ｄ、１１６ａを連結する。第５〜第８延伸部１１６ａ〜１１６ｄは、矩形の辺に相当する。第５〜第８連結部１１６ｅ〜１１６ｈは、矩形の角部に相当する。

第５〜第８延伸部１１６ａ〜１１６ｄの少なくとも１つは、曲線部を有している。本実施形態では、各第５〜第８延伸部１１６ａ〜１１６ｄが燃料電池セル本体１０から離れるように湾曲している。また、各第５〜第８延伸部１１６ａ〜１１６ｄの全体が曲線である。

各第５〜第８連結部１１６ｅ〜１１６ｈのそれぞれは、Ｒ形状を有している。すなわち、第５〜第８連結部１１６ｅ〜１１６ｈのそれぞれは、積層方向視において、円弧状に湾曲している。第５〜第８連結部１１６ｅ〜１１６ｈのそれぞれは、燃料電池セル本体１０から離れるように湾曲している。第１〜第４連結部１１５ｅ〜１１５ｈ及び第５〜第８連結部１１６ｅ〜１１６ｈは、同じ方向に湾曲している。

第１接合材１１０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、または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１接合材１１０の材料として、非晶質ガラス、ろう材、またはセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第１接合材１１０は、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３−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。第１接合材１１０は、単一の材料で構成されてもよく、複数の材料で構成されてもよい。複数の材料で構成されている場合、それらの材料は接触して一体化されていてもよいし、一部もしくは全体として非接触となっていてもよい。

［第１接合材によるセパレータの接合］
図３及び図４に示すように、セパレータ３０の内周縁部３１は、第１接合材１１０により、燃料電池セル本体１０の外周縁部１４に接合されている。セパレータ３０の内周縁部３１の主面は、積層方向（ｚ軸方向）と直交する方向（ｙ軸方向）に対して傾斜している。すなわち、内周縁部３１は、燃料電池セル本体１０に対して傾斜している。内周縁部３１は、第１接合材１１０の表面１１４に接している。

積層方向は、燃料電池セル本体１０において第１接合材１１０に接合されている領域で特定される。詳細には、発電していない状態の燃料電池セル本体１０において第１接合材１１０に接合されている領域を確定し、その領域を構成する層の主面と直交する方向を積層方向と特定する。このように特定される積層方向と直交する方向に対して、発電していない状態のセパレータ３０の内周縁部３１が傾斜している。すなわち、発電していないセルスタック装置１において第１接合材１１０に接合されている内周縁部３１及び外周縁部１４を観察することにより、セパレータ３０の内周縁部３１の主面が積層方向と直交する方向に対して傾斜しているか否かが特定される。

セパレータ３０の内周縁部３１と燃料電池セル本体１０の外周縁部１４とは、第１接合材１１０を介して対向している。内周縁部３１及び外周縁部１４の対向面（主面の一方）は、互いに非平行である。詳細には、発電していない状態のセルスタック装置１において、第１接合材１１０に接合された内周縁部３１及び外周縁部１４の互いに向かい合う主面は、平行でない。図４では、外周縁部１４の対向面は水平方向に延び、内周縁部３１の対向面は上方に延びている。

内周縁部３１の主面の延びる方向と、積層方向と直交する方向とのなす角度θは、０度を超える。角度θは、例えば０．０５度以上３０度以下である。この角度θは、内周縁部３１のｙ軸方向長さに対する、内周縁部３１のｚ軸方向高さ（高さ／長さ）によって求められる値である。

［第２接合材］
図２及び図３に示すように、第２接合材１２０は、空気極１２に供給する酸化剤ガスの流路、及び燃料極１３に供給する燃料ガスの流路を構成する部材に設けられている。詳細には、第２接合材１２０は、セパレータ３０、インターコネクタ４０及び締結部材２３、２７を接合する。第２接合材１２０は、セルスタック装置１の内部と外部とを隔離している。すなわち、第２接合材１２０は、複数の部材の隙間を密閉した結果、セルスタック装置１の内部空間と外部空間とを区画している。

第２接合材１２０は、枠状である。すなわち、第２接合材１２０は、連続した一体の環状である。

なお、セルスタック装置１は、第３接合材（図示せず）をさらに備えてもよい。第３接合材は、例えばセパレータ３０とインターコネクタ４０とを接合する接合材である。詳細には、第３接合材は、セパレータ３０とインターコネクタ４０とを、他の部材を用いずに単独で、または、他の部材が配置された状態で、接合する。他の部材は、例えばセパレータ３０とインターコネクタ４０との間を絶縁するための絶縁材、コンプレッションシール材などである。セパレータ３０とインターコネクタ４０とが他の部材で封止されている場合には、第３接合材は、省略されてもよい。

以上のように構成されたセルスタック装置１は、次のようにして発電する。空気極１２に酸化剤ガスを流すとともに、燃料極１３に燃料ガス（水素ガス等）を流す。そして、このセルスタック装置１を外部の負荷に接続すると、空気極１２において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極１３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）

この発電による温度変化などの熱サイクルによって、例えば、燃料電池セル本体１０の燃料極１３が体積変化する。本実施形態では、第１接合材１１０の内周端縁１１５は曲線部を有している。このため、燃料極１３の変形により第１接合材１１０に加えられる応力の方向が分散される。これにより、第１接合材１１０の内周縁部に残留する応力が分散されて、応力の集中が抑制されやすくなる。したがって、第１接合材１１０における応力を緩和できる。

また本実施形態では、第１接合材１１０によって接合されるセパレータ３０の内周縁部３１の主面は、積層方向と直交する方向に対して傾斜している。このため、セパレータ３０は、燃料電池セル本体１０に対して傾斜するので、セパレータ３０の可撓性が高くなる。これにより、熱サイクルによって、燃料極１３が変形すると、セパレータ３０が追従して変形する。このセパレータ３０の変形により、第１接合材１１０に加えられる応力をより緩和できる。

［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
上述した実施形態では、各第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄの全体が湾曲している構造を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、１つの延伸部の全体が湾曲し、残りの延伸部は直線であってもよい。また、例えば、少なくとも１つの延伸部の一部が湾曲していてもよい。すなわち、少なくとも１つの延伸部は、曲線部と直線部とを有していてもよい。

また、例えば、図６に示すように、内周端縁１１５の少なくとも１つの延伸部は、セパレータ３０に近づくように湾曲してもよい。図６では、各第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄの全体が、セパレータ３０に近づくように湾曲している。

また、例えば図７に示すように、第１〜第４延伸部１１５ａ〜１１５ｄの一部または全部は、波形状であってもよい。なお、波形状とは、凹部と凸部とが交互に繰り返す凹凸形状である。

変形例２
上述した実施形態では、内周端縁１１５及び外周端縁１１６の少なくとも一部が曲線であるが、外周端縁１１６は直線で構成されてもよい。また外周端縁１１６の第５〜第８延伸部１１６ｅ〜１１６ｈは、例えば、図６に示すように燃料電池セル本体１０に近づくように湾曲してもよく、図７に示すように波形状であってもよい。

変形例３
上述した実施形態では、セパレータ３０の内周縁部３１は、第１接合材１１０の表面１１４に接しているが、これに限定されない。例えば、図８に示すように、内周縁部３１は、第１接合材１１０に埋設されていてもよい。この場合、セパレータ３０の接合面積が増加する。

また、例えば図９に示すように、内周縁部３１の一部のみが埋設されてもよい。詳細には、内周縁部３１の一部が第１接合材１１０の表面１１４と接し、内周縁部３１の他の一部が第１接合材１１０に埋設されている。

変形例４
上述した実施形態では、内周縁部３１の外周側が燃料電池セル本体１０から離れるように傾斜しているが、これに限定されない。図１０及び図１１に示すように、内周縁部３１は、外周側に向かうにつれて燃料電池セル本体１０に近づくように傾斜してもよい。

本変形例では、内周縁部３１は、第１接合材１１０の表面１１４に沿って延びる。この場合、セパレータ３０において、第１接合材１１０との接合面積が増加する。

図１０のセパレータ３０は、下方に湾曲している。詳細には、セパレータ３０は、全体として下方に湾曲している。図１１のセパレータ３０は、下方及び上方に湾曲している。詳細には、セパレータ３０において内周縁部３１よりも外周側は、上方に湾曲している。

変形例５
上述した実施形態では、第１接合材１１０は、断面視において楕円の一部が欠けた形状を有しているが、これに限定されない。第１接合材１１０は、種々の形状を有することができ、例えば、断面視において図９、１１〜１４に示す形状であってもよい。

変形例６
上述した実施形態では、セパレータ３０全体が湾曲しているが、これに限定されない。セパレータ３０の一部が湾曲してもよく、例えば屈曲部、段差部などを有していてもよい。また、セパレータ３０は、燃料電池セル本体１０に対して直線的に傾斜するように延びてもよい。セパレータ３０は、少なくとも一部が撓む形状である。

変形例７
上述した実施形態では、第１接合材１１０は、第１突出部１１２及び第２突出部１１３を有しているが、これに限定されない。第１突出部１１２及び第２突出部１１３の少なくとも１つは、省略されてもよい。なお、図１３では、第２突出部１１３が省略されている。この場合、第１接合材１１０の外周端縁１１６の延伸部が曲線部を有することが好ましい。詳細には、第１接合材１１０の外周端縁１１６は、積層方向視において、互いに対向する２組の延伸部と、各延伸部を連結する連結部と、を有し、少なくとも１つの延伸部は曲線部を有する。

変形例８
上述した実施形態では、第１接合材１１０は、燃料電池セル本体１０とセパレータ３０との間に挟み込まれているが、これに限定されない。第１接合材１１０は、セパレータ３０上に配置されてもよい。

変形例９
上述した実施形態では、第１接合材１１０における燃料電池セル本体１０と接する面の内周端縁１１５は、第１接合材１１０において最も内周側に位置しているが、これに限定されない。例えば、積層方向視において、燃料電池セル本体１０と接する面の内周端縁１１５よりも内周側に、燃料電池セル本体１０と接しない第１接合材１１０が配置されてもよい。

変形例１０
上述した実施形態では、積層方向と直交する方向がｙ軸方向で、内周縁部３１がｙ軸方向に対して傾斜しているが、これに限定されない。例えば、積層方向と直交する方向がｙ軸方向に対して傾斜しており、内周縁部３１がｙ軸方向に延びてもよい。また、積層方向と直交する方向がｙ軸方向に対して傾斜しており、内周縁部３１もｙ軸方向に対して傾斜しており、互いに交差してもよい。この場合であっても、セパレータ３０は可撓性を有しているので、燃料電池セル本体１０の変形に応じて、セパレータ３０がその変形を吸収できる。なお、本発明の内周縁部３１の主面は、積層方向と直交する方向に対して平行であってもよい。

変形例１１
上述した実施形態では、燃料極基板１３１及び燃料極活性部１３２の外周部は、段差構造を有しているが、これに限定されない。例えば、燃料極基板１３１と燃料極活性部１３２の外周面は、揃っていてもよい。

１セルスタック装置
１０燃料電池セル
３０セパレータ
３１内周縁部
１１０接合材
１１５内周端縁
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄ延伸部
１１５ｅ，１１５ｆ，１１５ｇ，１１５ｈ連結部
１１６外周端縁

Claims

固体電解質、並びに前記固体電解質を挟むように積層された燃料極及び空気極を有する平板形の燃料電池セル本体と、
前記燃料電池セル本体の外周縁部を除く領域を露出する開口部を有する枠状であり、前記燃料電池セル本体の外周縁部と重なる内周縁部を有するセパレータと、
前記燃料電池セル本体の外周縁部と、前記セパレータの内周縁部とを接合する接合材と、
を備え、
積層方向視において、前記接合材における前記燃料電池セル本体と接する面の内周端縁は、互いに対向する２組の延伸部と、各前記延伸部を連結する連結部と、を有し、
少なくとも１つの前記延伸部は、曲線部を有する、
燃料電池セル。
前記延伸部は、前記セパレータから離れるように湾曲している、
請求項１に記載の燃料電池セル。
前記延伸部は、前記セパレータに近づくように湾曲している、
請求項１に記載の燃料電池セル。
前記延伸部は、波形状を有する、
請求項１に記載の燃料電池セル。
前記延伸部の全体は、曲線である、
請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
前記接合材は、
積層方向視において、前記燃料電池セル本体及び前記セパレータと重なる中央部と、
前記中央部から内周側に向けて突出する第１突出部と、
を有し、
積層方向と直交する方向において、前記第１突出部の最小長さに対する前記第１突出部の最大長さの比は、１．０１以上１０．０以下である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
前記接合材は、
積層方向視において、前記燃料電池セル本体及び前記セパレータと重なる中央部と、
前記接合材は、前記中央部から外周側に向けて突出する第２突出部と、
を有し、
積層方向視において、前記第２突出部の外周端縁は、互いに対向する２組の延伸部と、各前記延伸部を連結する連結部と、を有し、
少なくとも１つの前記外周端縁の延伸部は、曲線部を有する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池セル。
前記セパレータの前記内周縁部の主面は、積層方向と直交する方向に対して傾斜している、
請求項１から７のいずれか1項に記載の燃料電池セル。