JP2021182524A - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性の高いサポートセルを有する固体酸化物形燃料電池を提供する。【解決手段】固体酸化物形燃料電池は、アノード層３０とカソード層５０との間に電解質層４０を挟持した電解質電極接合体２０（単セル）の両面のそれぞれにサポート層６１、６２を配置したサポートセル１０を有する。サポートセルは、電解質層の一部が露出しセルフレーム７０を接合する接合面９４が形成されたセル外周部９１と、セル外周部よりも中央側のセル本体部９２と、を有する。そして、サポートセルの厚み方向の断面において、セル本体部は、セル本体部における厚みの中心線Ｏ２に対して対称な積層構造を有し、セル外周部は、セル外周部における厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有する。【選択図】図６Ｂ
Description
本発明は、固体酸化物形燃料電池に関する。
従来から、アノード層とカソード層との間に電解質層を挟持した単セルにサポート層を配置したサポートセルが固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ。以下、単に「ＳＯＦＣ」という。）に適用されている。サポート層は、セラミックスまたは金属により構成され、ガス透過性を有する。金属より構成されたサポート層を有するメタルサポートセル（ＭＳＣ：Ｍｅｔａｌ−Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｃｅｌｌ）は、機械的強度、急速起動性等に優れている。
薄いセラミックスから形成された電解質層は、製造時や運転時にかかる応力によって破損しやすいという問題がある。また、ＳＯＦＣでは、電極層の燃料極（アノード層）と酸化剤極（カソード層）とのそれぞれにアノードガスとカソードガスとを分配する必要があり、これらのガスが混合しないようなシール性が求められる。
ＳＯＦＣにおけるメタルサポートセルアッセンブリーは、メタルサポートセルと、メタルサポートセルの周囲を囲曉して保持するセルフレームと、を有する。例えば、下記特許文献１には、メタルサポートセルのサポート層とセルフレームの端部とを接合したメタルサポートセルアッセンブリーが開示されている。サポート層とセルフレームとは、半田、ろう付け、あるいはガラスシールによって接合される。特許文献１のメタルサポートセルアッセンブリーは、メタルサポートセルの電解質層とセルフレームとは接触していない。
特許文献１に記載されたメタルサポートセルアッセンブリーは、セルフレームの端部にサポート層が接合されている。このため、接合強度が不十分になると接合部分に剥離が生じる可能性があり、ガスリークを招く虞がある。
また、サポートセルは、製造するときに焼成などの熱処理が行われるため、熱処理に伴って変形する恐れがある。信頼性の高いサポートセルを有する固体酸化物形燃料電池を提供するためには、熱処理時のサポートセルの収縮に伴う応力状態を考慮することが必要となる。
そこで、本発明の目的は、信頼性の高いサポートセルを有する固体酸化物形燃料電池を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明は、アノード層とカソード層との間に電解質層を挟持した単セルの両面のそれぞれにサポート層を配置したサポートセルを有する固体酸化物形燃料電池である。前記サポートセルは、前記電解質層の一部が露出しセルフレームを接合する接合面が形成されたセル外周部と、前記セル外周部よりも中央側のセル本体部と、を有する。そして、前記サポートセルの厚み方向の断面において、前記セル本体部は、前記セル本体部における厚みの中心線に対して対称な積層構造を有し、前記セル外周部は、前記セル外周部における厚みの中心線に対して対称な積層構造を有する。
本発明によれば、サポートセルの厚み方向の断面において、セル本体部およびセル外周部は、それぞれの厚みの中心線に対して対称な積層構造を有することから、面内方向の熱収縮が制御され、サポートセルの曲げ変形が相殺される。電解質層を露出させた接合面が平坦化されるため、セルフレームとサポートセルとの間の接合強度を向上でき、信頼性の高いサポートセルを有する固体酸化物形燃料電池を提供できる。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
図を参照しつつ、本発明の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）について説明する。以下の説明の便宜のため、ＸＹＺ直交座標系を図中に示す。Ｘ軸およびＹ軸は水平方向、Ｚ軸は上下方向にそれぞれ平行な軸を示す。
図１は、実施形態に係る燃料電池スタック１を示す分解斜視図である。図１に示すように、燃料電池スタック１は、複数のセルユニット１Ｕを上下方向に積層して構成される。以下、図中にＺ軸で示す燃料電池スタック１の上下方向を「積層方向」とも称する。また、セルユニット１Ｕを構成する各層の面方向は、ＸＹ面方向に相当する。
図２は、セルユニット１Ｕの分解斜視図である。図２に示すように、セルユニット１Ｕは、サポートセルアッセンブリー１Ａ、ガスの流路を区画形成する流路部１２１を備えるセパレータ１２０を積層して構成される。
図３は、サポートセルアッセンブリー１Ａの分解斜視図である。図４は、燃料電池スタック１を示す断面図、図５は、図２のＡ−Ａ線に沿うサポートセルアッセンブリー１Ａを示す部分断面図である。図３、図４、および図５に示すように、サポートセルアッセンブリー１Ａは、サポートセル１０と、サポートセル１０の周囲を囲曉して保持するセルフレーム７０と、を有する。
図６Ａは、サポートセル１０を示す断面図、図６Ｂは、サポートセル１０の要部を拡大して示す断面図である。図７Ａは、サポートセル１０の上面図、図７Ｂは、サポートセル１０の下面図である。
図６Ａおよび図６Ｂにも示すように、サポートセル１０は、アノード層３０とカソード層５０との間に電解質層４０を挟持した電解質電極接合体２０（単セルに相当する）の両面のそれぞれにサポート層（アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２）が配置されたサンドイッチ構造を有する。サポートセル１０は、アノード側サポート層６１、アノード層３０、電解質層４０、カソード層５０、およびカソード側サポート層６２を積層して構成される。アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２は、Ｘ方向およびＹ方向に沿う長さを違えている。図示例では、カソード側サポート層６２の長さは、アノード側サポート層６１の長さに比べて短い。アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２の長さを違えることによって、電解質層４０の一部が露出した構造となる。電解質層４０が露出した部分は、セルフレーム７０を接合する接合面９４を形成する。以下、アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２を一対のサポート層６１、６２と称することもある。アノード層３０およびカソード層５０を総称して電極層３０、５０と称することもある。
電解質層４０は、アノード層３０を介してアノード側サポート層６１に固着されている。カソード側サポート層６２は、カソード層５０に固着されている。サンドイッチ構造のサポートセル１０は、一対のサポート層６１、６２が電解質電極接合体２０を支持する。サポートセル１０は、電解質支持型セルや電極支持型セルに比べて機械的強度、急速起動性等に優れるためＳＯＦＣに好適に使用することができる。
サポートセル１０は、電解質層４０を露出させた個所に形成されたセルフレーム７０との第１接合層８１を有する。サポートセル１０はさらに、セルフレーム７０の端部７１とカソード側サポート層６２の端部６３とを接合する第２接合層８２を有する。セルフレーム７０および電解質層４０は、緻密でありガス遮蔽性を有する。このため、セルフレーム７０および電解質層４０を接合することによって、ガスのシール機能を確保できる。
次に、カソード層５０、電解質層４０、アノード層３０、一対のサポート層６１、６２、セルフレーム７０、セパレータ１２０、第１接合層８１、第２接合層８２について説明する。
（カソード層５０）
カソード層５０は、酸化剤極であって、カソードガス（例えば空気に含まれる酸素）と電子を反応させて、酸素分子を酸化物イオンに変換する。カソード層５０は、酸化雰囲気に耐性を有し、カソードガスを透過させるガス透過性および電気（電子およびイオン）伝導度が高い。さらに、カソード層５０は、酸素分子を酸素イオンに変換する触媒機能を有する。
カソード層５０は、酸化剤極であって、カソードガス（例えば空気に含まれる酸素）と電子を反応させて、酸素分子を酸化物イオンに変換する。カソード層５０は、酸化雰囲気に耐性を有し、カソードガスを透過させるガス透過性および電気（電子およびイオン）伝導度が高い。さらに、カソード層５０は、酸素分子を酸素イオンに変換する触媒機能を有する。
カソード層５０の形成材料は、例えば、ランタン、ストロンチウム、マンガン、コバルト等からなる酸化物が挙げられる。
（電解質層４０）
電解質層４０は、アノードガスとカソードガスを分離する機能を有する。電解質層４０は、カソード層５０からアノード層３０に向かって酸化物イオンを通過させつつ、ガスと電子を通過させない。酸素イオンが発電の伝導体である場合には、電解質層４０は、酸素イオンの伝導性が高い材料から形成されることが好ましい。
電解質層４０は、アノードガスとカソードガスを分離する機能を有する。電解質層４０は、カソード層５０からアノード層３０に向かって酸化物イオンを通過させつつ、ガスと電子を通過させない。酸素イオンが発電の伝導体である場合には、電解質層４０は、酸素イオンの伝導性が高い材料から形成されることが好ましい。
電解質層４０は、アノードガスやカソードガスを遮蔽し、高いイオン伝導性を発現するために、緻密に構成される。電解質層４０の緻密度は、ガス遮蔽性を有する限りにおいて特に限定されないが、９０％以上あることが好ましく、９６％以上であることがより好ましく、９８％以上であることが特に好ましい。
電解質層４０の形成材料は、特に限定されないが、例えば、希土類酸化物（例えば、Ｙ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等から選択される１種または２種以上）をドープした安定化ジルコニア、セリア系固溶体、ペロブスカイト型酸化物（例えば、ＳｒＣｅＯ３、ＢａＣｅＯ３、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３等）等の固体酸化物セラミックスなどが挙げられる。
（アノード層３０）
アノード層３０は、燃料極であって、アノードガス（例えば水素）と酸化物イオンを反応させて、アノードガスの酸化物を生成するとともに電子を取り出す。アノード層３０は、還元雰囲気に耐性を有し、アノードガスを透過させるガス透過性および電気（電子およびイオン）伝導度が高い。さらに、アノード層３０は、アノードガスを酸化物イオンと反応させる触媒機能を有する。アノード層３０の形成材料としては、例えば、ＮｉやＦｅ等の金属や、該金属と上記電解質層４０の形成材料として挙げたセラミックスとのサーメットなどが挙げられる。
アノード層３０は、燃料極であって、アノードガス（例えば水素）と酸化物イオンを反応させて、アノードガスの酸化物を生成するとともに電子を取り出す。アノード層３０は、還元雰囲気に耐性を有し、アノードガスを透過させるガス透過性および電気（電子およびイオン）伝導度が高い。さらに、アノード層３０は、アノードガスを酸化物イオンと反応させる触媒機能を有する。アノード層３０の形成材料としては、例えば、ＮｉやＦｅ等の金属や、該金属と上記電解質層４０の形成材料として挙げたセラミックスとのサーメットなどが挙げられる。
アノード層３０は、複数の空孔が形成された多孔体である。アノード層３０内の空孔には、触媒が含浸される。アノード層３０の触媒としては、例えば、ＮｉやＣｕ等の金属触媒を用いることができる。
（サポート層（アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２））
図３、図４、図５、図６Ａ、および図６Ｂに示すように、サンドイッチ構造のサポートセル１０は、アノード側サポート層６１が電解質電極接合体２０をアノード層３０の側から支持し、カソード側サポート層６２が電解質電極接合体２０をカソード層５０の側から支持する。アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２が電解質電極接合体２０をサンドイッチ構造で支持することによって、電解質電極接合体２０の機械的強度を向上させて破損を抑制することができる。
図３、図４、図５、図６Ａ、および図６Ｂに示すように、サンドイッチ構造のサポートセル１０は、アノード側サポート層６１が電解質電極接合体２０をアノード層３０の側から支持し、カソード側サポート層６２が電解質電極接合体２０をカソード層５０の側から支持する。アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２が電解質電極接合体２０をサンドイッチ構造で支持することによって、電解質電極接合体２０の機械的強度を向上させて破損を抑制することができる。
図４、図５、図６Ａ、および図６Ｂに示すように、カソード側サポート層６２は、図において上部外周に切り欠き部６８ａを有する。切り欠き部６８ａは、セルフレーム７０を支持する支持面６８ｂと、支持面６８ｂの内方端部から図において上方に立ち上がる縦壁６８ｃとによって形成される。
サポート層は、金属またはセラミックスにより構成できる。要求される強度などに応じて、サポート層の材質の選択の自由度が増す。サポートセル１０は、一対のサポート層６１、６２をともに金属により構成する形態、または、一対のサポート層６１、６２をともにセラミックスにより構成する形態を有することができる。実施形態のサポートセル１０は、アノード側サポート層６１およびカソード側サポート層６２がともに金属により構成されている。
金属により構成されたサポート層（「金属サポート層」ともいう）は、ガス透過性および電子伝導性を有する多孔質の金属から形成される。金属サポート層を形成する材料としては、高酸化性および高耐熱性を備える金属材料であれば特に限定されないが、例えば、フェライト系ステンレス鋼が挙げられる。フェライト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４０等のＳＵＳ４００系が挙げられる。特に、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）２２合金（ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐ・ＶＤＭ社製）、ＺＭＧ（登録商標）２３２Ｇ１０（日立金属株式会社製）、ＩＴＭ（Ｐｌａｎｓｅｅ社製）、ＳａｎｅｒｇｙＨＴ（Ｓａｎｄｖｉｋ社製）などが好適に用いられる。
なお、金属サポート層は、上記の材料から形成する場合に限られず、例えば、微小な通孔を有するエキスパンドメタルから形成することができる。
（セルフレーム７０）
セルフレーム７０は、図３、図４、および図５に示すように、サポートセル１０を周囲から保持するものである。図３に示すように、セルフレーム７０は、開口部７０Ｈを有する。セルフレーム７０の開口部７０Ｈに、サポートセル１０が配置される。図４および図５に示すように、サポートセル１０の電解質層４０は、セルフレーム７０の下面に第１接合層８１によって面接合される。セルフレーム７０の開口部７０Ｈの内縁（セルフレーム７０の端部７１）は、カソード側サポート層６２の端部６３に第２接合層８２によって接合される。
セルフレーム７０は、図３、図４、および図５に示すように、サポートセル１０を周囲から保持するものである。図３に示すように、セルフレーム７０は、開口部７０Ｈを有する。セルフレーム７０の開口部７０Ｈに、サポートセル１０が配置される。図４および図５に示すように、サポートセル１０の電解質層４０は、セルフレーム７０の下面に第１接合層８１によって面接合される。セルフレーム７０の開口部７０Ｈの内縁（セルフレーム７０の端部７１）は、カソード側サポート層６２の端部６３に第２接合層８２によって接合される。
セルフレーム７０は、ガスを透過させない緻密な金属材料、例えば、ステンレスから形成される。セルフレーム７０の緻密度は、ガス遮蔽性を有する限りにおいて特に限定されないが、９０％以上あることが好ましく、９６％以上であることがより好ましく、９８％以上であることが特に好ましい。セルフレーム７０の表面は、絶縁処理が施されている。
セルフレーム７０は、図３に示すように、アノードガスが流通するアノードガス流入口７０ａおよびアノードガス流出口７０ｂと、カソードガスが流通するカソードガス流入口７０ｃおよびカソードガス流出口７０ｄと、を有している。
（セパレータ１２０）
図２および図４に示すように、セパレータ１２０の流路部１２１は、凹凸形状が一方向（Ｙ方向）に延在するように略直線状に形成されている。したがって、流路部１２１に沿って流れるガスの流れ方向は、Ｙ方向となる。
図２および図４に示すように、セパレータ１２０の流路部１２１は、凹凸形状が一方向（Ｙ方向）に延在するように略直線状に形成されている。したがって、流路部１２１に沿って流れるガスの流れ方向は、Ｙ方向となる。
図２に示すように、セパレータ１２０は、アノードガスが流通するアノードガス流入口１２５ａおよびアノードガス流出口１２５ｂと、カソードガスが流通するカソードガス流入口１２５ｃおよびカソードガス流出口１２５ｄと、を有している。
（第１接合層８１）
第１接合層８１は、カソード側サポート層６２の支持面６８ｂに支持されたセルフレーム７０と露出した電解質層４０との間に配置されている。第１接合層８１は、ガラスシールから形成される。これによって、カソード層５０の端部が封止され、ガスシール性が担保される。
第１接合層８１は、カソード側サポート層６２の支持面６８ｂに支持されたセルフレーム７０と露出した電解質層４０との間に配置されている。第１接合層８１は、ガラスシールから形成される。これによって、カソード層５０の端部が封止され、ガスシール性が担保される。
（第２接合層８２）
第２接合層８２は、セルフレーム７０とカソード側サポート層６２との間に配置されている。第２接合層８２はさらに、セルフレーム７０の表面に向けて伸びて配置される形状を有する。セルフレーム７０の端部７１は、カソード側サポート層６２の支持面６８ｂと第２接合層８２とによって囲まれる。第２接合層８２の材料は、ろう材またはガラスを使用できる。変形例４では、第２接合層８２の材料は、ろう材を使用する。ろう材の主元素は、例えば、アルミニウム、銅、銀、またはニッケルである。
第２接合層８２は、セルフレーム７０とカソード側サポート層６２との間に配置されている。第２接合層８２はさらに、セルフレーム７０の表面に向けて伸びて配置される形状を有する。セルフレーム７０の端部７１は、カソード側サポート層６２の支持面６８ｂと第２接合層８２とによって囲まれる。第２接合層８２の材料は、ろう材またはガラスを使用できる。変形例４では、第２接合層８２の材料は、ろう材を使用する。ろう材の主元素は、例えば、アルミニウム、銅、銀、またはニッケルである。
［サポートセル１０の積層構造］
図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、および図７Ｂに示すように、サポートセル１０は、電解質層４０の一部が露出しセルフレーム７０を接合する接合面９４が形成されたセル外周部９１と、セル外周部９１よりも中央側のセル本体部９２と、を有する。サポートセル１０の厚み方向の断面において、セル本体部９２は、セル本体部９２における厚みの中心線Ｏ２に対して対称な積層構造を有する。さらに、サポートセル１０の厚み方向の断面において、セル外周部９１は、セル外周部９１における厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有する。
図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、および図７Ｂに示すように、サポートセル１０は、電解質層４０の一部が露出しセルフレーム７０を接合する接合面９４が形成されたセル外周部９１と、セル外周部９１よりも中央側のセル本体部９２と、を有する。サポートセル１０の厚み方向の断面において、セル本体部９２は、セル本体部９２における厚みの中心線Ｏ２に対して対称な積層構造を有する。さらに、サポートセル１０の厚み方向の断面において、セル外周部９１は、セル外周部９１における厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有する。
サポートセル１０は、セル本体部９２とセル外周部９１との間に配置されるセル中間部９３をさらに有する。セル中間部９３では、接合面９４が形成された側のサポート層は、セルフレーム７０の端部７１を接合する切り欠き部６８ａを有する。サポートセル１０の厚み方向の断面において、セル中間部９３は、セル中間部９３における厚みの中心線Ｏ３に対して対称な積層構造を有する。
セル外周部９１は、接合面９４が形成されたアノード層３０またはカソード層５０とは反対極側に配置された付加層９５を有する。付加層９５を配置することによって、セル外周部９１は、セル外周部９１における厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有することができる。
ここで、厚みの中心線Ｏ１、Ｏ２に対して対称な積層構造を有するようにしたのは、厚みの中心線Ｏ１、Ｏ２を境界にして分離した仮想的な２層のそれぞれに応力を同じように作用させることを意図したものである。このため、付加層９５を形成する材料は特に限定されず、付加層９５を形成する層の個数も限定されるものではない。ただし、付加層９５は、電解質電極接合体２０（単セル）を構成する層（アノード層３０、電解質層４０、カソード層５０）と同じ層から形成することができる。厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有するセル外周部９１を容易に構築できるからである。
具体的には、付加層９５は、カソード層５０またはアノード層３０と同じ第１層９５ａと、電解質層４０と同じ第２層９５ｂとから形成することができる。セル外周部９１は、アノード側サポート層６１を中心とした対称な積層構造を有する。このように構成することによって、厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有するセル外周部９１を容易に構築できる。
電解質層４０の一部を露出させた接合面９４は、アノード層３０の側またはカソード層５０の側のいずれかに配置でき、限定されない。実施形態のサポートセル１０は、接合面９４がカソード層５０の側に配置される。したがって、付加層９５は、接合面９４が形成されたカソード層５０とは反対極側であるアノード層３０の側に配置される。
セル本体部９２は、カソード側サポート層６２、カソード層５０、電解質層４０、アノード層３０、およびアノード側サポート層６１が積層されている。カソード層５０およびアノード層３０の厚さ寸法はほぼ等しい。セル本体部９２におけるカソード側サポート層６２およびアノード側サポート層６１の厚さ寸法はほぼ等しい。セル本体部９２における厚みの中心線Ｏ２は、電解質層４０の中心線となる。
セル中間部９３は、セル本体部９２と同様に、カソード側サポート層６２、カソード層５０、電解質層４０、アノード層３０、およびアノード側サポート層６１が積層されている。ただし、セル中間部９３は切り欠き部６８ａを有するため、セル中間部９３におけるカソード側サポート層６２の厚さは、セル本体部９２におけるカソード側サポート層６２の厚さよりも小さい。セル中間部９３におけるカソード側サポート層６２およびセル中間部９３およびセル外周部９１におけるアノード側サポート層６１の厚さ寸法はほぼ等しい。セル中間部９３における厚みの中心線Ｏ３は、電解質層４０の中心線となる。
セル外周部９１は、露出させた電解質層４０、アノード層３０、アノード側サポート層６１、および付加層９５が積層されている。付加層９５は、アノード側サポート層６１の側から、アノード層３０と同じ第１層９５ａ、および電解質層４０と同じ第２層９５ｂが積層されている。セル外周部９１における厚みの中心線Ｏ１は、アノード側サポート層６１の中心線となる。
サポートセル１０の製造においては、まず、グリーンシートを準備する。グリーンシートは、ラミネートフィルムに各層のインクを塗工後、貼り合わせを行った状態のシートである。グリーンシートにおける各層は、バインダーおよび溶媒によってつながれているだけである。
次に、グリーンシートを脱脂する。焼成前に大気雰囲気で昇温（例えば、６００℃）することによって、各層に含まれる、バインダーおよび溶媒を飛ばす。脱脂工程においては、化学収縮が大きく生じる。
次に、還元焼成する。脱脂後、還元雰囲気中で加熱し（例えば、１２５０℃）、焼結を行う。還元焼成工程においては、熱収縮が大きく生じる。還元焼成後、アノード層３０へ触媒溶液を含浸させる。
図８は、実施形態のサポートセル１０に作用する曲げが相殺される様子を示す模式図である。図９Ａは、対比例のサポートセル２００の要部を拡大して示す断面図、図９Ｂは、対比例のサポートセル２００に曲げ変形が生じた状態を示す模式図である。
図９Ａに示すように、対比例のサポートセル２００は、サポートセル２００の厚み方向の断面において、セル本体部２９２は、セル本体部２９２における厚みの中心線Ｏ２に対して対称な積層構造を有する。セル外周部２９１は、電解質層４０、アノード層３０、およびアノード側サポート層６１を積層した構造を有する。したがって、サポートセル２００の厚み方向の断面において、セル外周部２９１は、セル外周部２９１における厚みの中心線Ｏ１に対して非対称な積層構造を有する。
図９Ｂに示すように、対比例のサポートセル２００は、焼成などの熱処理に伴って、非対称な積層構造のセル外周部２９１に曲げ（矢印２０１）が発生する。このため、符号２０２によって示される部位において電解質層４０に曲げ応力が集中する。その結果、電解質層４０を露出させた接合面２９４が平坦面にならず、セルフレーム７０とサポートセル２００との間の接合強度が低下し、ガスシール性が低下する恐れがある。
一方、図８に示すように、実施形態のサポートセル１０においては、サポートセル１０の厚み方向の断面において、セル本体部９２、セル中間部９３およびセル外周部９１は、それぞれの厚みの中心線Ｏ２、Ｏ３、Ｏ１に対して対称な積層構造を有する。セル本体部９２、セル中間部９３およびセル外周部９１のそれぞれにおいて、面内方向の熱収縮が制御され、サポートセル１０の曲げ変形（矢印９６、９７）が相殺される。その結果、電解質層４０を露出させた接合面９４が平坦化されるため、セルフレーム７０とサポートセル１０との間の接合強度が向上し、ガスシール性が向上する。これによって、信頼性の高いサポートセル１０を有する固体酸化物形燃料電池を提供できる。
次に、厚みの中心線に対して非対称な積層構造を有するワークに曲げが発生する現象を、模式的な図を参照しつつ説明する。図１０Ａは、異種材料からなる２層３０１、３０２を積層したワーク３００を焼結するときに生じる応力を説明するために用いる説明図、図１０Ｂは、ワーク３００の厚み方向の断面において、ワーク３００における厚みの中心線に対して非対称な積層構造を有する状態を示す模式図、図１０Ｃは、図１０Ｂに示すワーク３００に曲げ変形が生じた状態を示す模式図である。
図１０Ａに示すように、ワーク３００は、第１の材料から形成されたＡ層３０１と、第２の材料から形成されたＢ層３０２とが積層されている。ここで、第１の材料の収縮量よりも、第２の材料の収縮量が大きいとする。収縮量は、焼成時の化学変化による収縮や、温度変化による熱収縮などの総和である。第１の材料は第２の材料からの強い収縮を受けるため、Ａ層３０１には圧縮応力（矢印３０３）が作用する。一方、第２の材料には第１の材料からの反力を受けるため、Ｂ層３０２には引張応力（矢印３０４）が作用する。
図１０Ｂおよび図１０Ｃに示すように、２層３０１、３０２の応力状態が厚さ方向で対称でない場合には、それぞれの応力（Ａ層３０１には圧縮応力（矢印３０３）、Ｂ層３０２には引張応力（矢印３０４））を緩和する方向に変形（曲げ）が生じる（図１０Ｃの矢印３０５）。
次に、厚みの中心線に対して対称な積層構造を有するワークが曲げ変形を抑えるメカニズムを、模式的な図を参照しつつ説明する。図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、および図１１Ｄは、ワーク３１０の厚み方向の断面において、ワーク３１０における厚みの中心線Ｏ４に対して対称な積層構造を有する場合に曲げ変形が抑えられるメカニズムを説明するために用いる説明図である。
図１１Ａに示すように、第１の材料、第２の材料の収縮に伴う応力状態は対称でないとする。図１１Ｂに示すように、上下２層に分割して考えると、上述したようにそれぞれ曲げ変形が起きる（矢印３１１、３１２）。図１１Ｃに示すように、実際は接合されているため、お互いの変形を打ち消し合う。ワーク３００の右側に矢印３１１、３１２によって示した変形が互いに相殺され、左側に矢印３１１、３１２によって示した変形が互いに相殺される。図１１Ｄに示すように、面内方向の収縮のみが現れ、曲げ変形が生じることがない。
以上説明したように、実施形態の固体酸化物形燃料電池は、アノード層３０とカソード層５０との間に電解質層４０を挟持した電解質電極接合体２０（単セル）の両面のそれぞれにサポート層６１、６２を配置したサポートセル１０を有する。サポートセル１０は、電解質層４０の一部が露出しセルフレーム７０を接合する接合面９４が形成されたセル外周部９１と、セル外周部９１よりも中央側のセル本体部９２と、を有する。サポートセル１０の厚み方向の断面において、セル本体部９２は、セル本体部９２における厚みの中心線Ｏ２に対して対称な積層構造を有し、セル外周部９１は、セル外周部９１における厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有する。
このように構成することによって、セル本体部９２およびセル外周部９１のそれぞれにおいて、面内方向の熱収縮が制御され、サポートセル１０の曲げ変形が相殺される。その結果、電解質層４０を露出させた接合面９４が平坦化されるため、セルフレーム７０とサポートセル１０との間の接合強度が向上し、ガスシール性が向上する。これによって、信頼性の高いサポートセル１０を有する固体酸化物形燃料電池を提供できる。
サポートセル１０は、セル本体部９２とセル外周部９１との間に配置されるセル中間部９３をさらに有する。セル中間部９３は、接合面９４が形成された側のサポート層６２がセルフレーム７０の端部７１を接合する切り欠き部６８ａを有する。サポートセル１０の厚み方向の断面において、セル中間部９３は、セル中間部９３における厚みの中心線Ｏ３に対して対称な積層構造を有する。このように構成することによって、セル中間部９３においても面内方向の熱収縮が制御され、サポートセル１０の曲げ変形が相殺される。その結果、接合面９４の平坦化が維持され、信頼性の高いサポートセル１０を有する固体酸化物形燃料電池を提供できる。
セル外周部９１は、接合面９４が形成されたアノード層３０またはカソード層５０とは反対極側に配置された付加層９５を有する。このように付加層９５を配置することによって、セル外周部９１は、セル外周部９１における厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有することができる。
付加層９５は、電解質電極接合体２０（単セル）を構成する層（アノード層３０、電解質層４０、カソード層５０）と同じ層から形成することができる。このように構成することによって、厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有するセル外周部９１を容易に構築できる。
付加層９５は、カソード層５０またはアノード層３０と同じ第１層９５ａと、電解質層４０と同じ第２層９５ｂとから形成され、セル外周部９１は、アノード側サポート層６１を中心とした対称な積層構造を有する。このように構成することによって、厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有するセル外周部９１を容易に構築できる。
接合面９４はカソード層５０の側に配置され、付加層９５はアノード層３０の側に配置される。このように構成することによって、セルフレーム７０をカソード層５０の側に接合した信頼性の高いサポートセル１０を有する固体酸化物形燃料電池を提供できる。
（変形例１）
図１２は、変形例１に係る燃料電池スタック１を示す断面図、図１３は、サポートセルアッセンブリー１Ａを示す部分断面図である。図１４Ａは、サポートセル１１を示す断面図、図１４Ｂは、サポートセル１１の要部を拡大して示す断面図である。図１５Ａは、サポートセル１１の上面図、図１５Ｂは、サポートセル１１の下面図である。図１６Ａは、変形例１のサポートセル１１に曲げが作用する様子を示す模式図、図１６Ｂは、変形例１のサポートセル１１を適用したサポートセルアッセンブリー１Ａにおける作用を説明する模式図である。なお、上述した実施形態と共通する部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１２は、変形例１に係る燃料電池スタック１を示す断面図、図１３は、サポートセルアッセンブリー１Ａを示す部分断面図である。図１４Ａは、サポートセル１１を示す断面図、図１４Ｂは、サポートセル１１の要部を拡大して示す断面図である。図１５Ａは、サポートセル１１の上面図、図１５Ｂは、サポートセル１１の下面図である。図１６Ａは、変形例１のサポートセル１１に曲げが作用する様子を示す模式図、図１６Ｂは、変形例１のサポートセル１１を適用したサポートセルアッセンブリー１Ａにおける作用を説明する模式図である。なお、上述した実施形態と共通する部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
変形例１は、図１４Ｂに示されるように、サポートセル１１の厚み方向の断面において、セル中間部１０３が、セル中間部１０３における厚みの中心線Ｏ３に対して非対称な積層構造を有する点において、上述した実施形態のサポートセル１０と相違する。
図１２に示すように、変形例１に係る燃料電池スタック１は、サポートセルアッセンブリー１Ａとセパレータ１２０との間に集電補助層１３０が積層される。集電補助層１３０は、ガスを通す空間を形成しつつ面圧を均等にして、サポートセル１１とセパレータ１２０との電気的な接触を補助する。集電補助層１３０は、例えば、金網状のエキスパンドメタル等によって形成することができる。
図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、および図１５Ｂに示すように、変形例１に係るサポートセル１１は、実施形態に係るサポートセル１０と同様に、電解質層４０の一部が露出しセルフレーム７０を接合する接合面９４が形成されたセル外周部９１と、セル外周部９１よりも中央側のセル本体部９２と、を有する。サポートセル１１の厚み方向の断面において、セル本体部９２は、セル本体部９２における厚みの中心線Ｏ２に対して対称な積層構造を有する。さらに、サポートセル１１の厚み方向の断面において、セル外周部９１は、セル外周部９１における厚みの中心線Ｏ１に対して対称な積層構造を有する。
変形例１のサポートセル１１は、セル本体部９２とセル外周部９１との間に配置されるセル中間部１０３をさらに有する。セル中間部１０３は、接合面９４が形成された側のサポート層がセルフレーム７０の端部７１を接合する切り欠き部６８ａを有する。そして、サポートセル１１の厚み方向の断面において、セル中間部１０３は、セル中間部１０３における厚みの中心線Ｏ３に対して非対称な積層構造を有する。
セル外周部９１およびセル中間部１０３は、接合面９４が形成されたアノード層３０またはカソード層５０とは反対極側に配置された付加層９５を有する。変形例１のサポートセル１１は、実施形態のサポートセル１０と同様に、接合面９４はカソード層５０の側に配置され、付加層９５はアノード層３０の側に配置される。
セル本体部９２は、カソード側サポート層６２、カソード層５０、電解質層４０、アノード層３０、およびアノード側サポート層６１が積層されている。カソード層５０およびアノード層３０の厚さ寸法はほぼ等しい。セル本体部９２におけるカソード側サポート層６２およびアノード側サポート層６１の厚さ寸法はほぼ等しい。セル本体部９２における厚みの中心線Ｏ２は、電解質層４０の中心線となる。
セル中間部１０３は、カソード側サポート層６２、カソード層５０、電解質層４０、アノード層３０、アノード側サポート層６１、および付加層９５が積層されている。付加層９５は、アノード側サポート層６１の側から、アノード層３０と同じ第１層９５ａ、および電解質層４０と同じ第２層９５ｂが積層されている。セル中間部１０３は切り欠き部６８ａを有するため、セル中間部１０３におけるカソード側サポート層６２の厚さは、セル本体部９２におけるカソード側サポート層６２の厚さよりも小さい。アノード側サポート層６１の厚さ寸法は、セル本体部９２、セル中間部１０３、およびセル外周部９１のすべての領域においてほぼ等しい。このように、サポートセル１１の厚み方向の断面において、セル中間部１０３は、セル中間部１０３における厚みの中心線Ｏ３に対して非対称な積層構造を有する。セル中間部１０３における厚みの中心線Ｏ３は、図示例にあっては、アノード層３０とアノード側サポート層６１との界面近傍となる。
セル外周部９１は、露出させた電解質層４０、アノード層３０、アノード側サポート層６１、および付加層９５が積層されている。付加層９５は、アノード側サポート層６１の側から、アノード層３０と同じ第１層９５ａ、および電解質層４０と同じ第２層９５ｂが積層されている。セル外周部９１における厚みの中心線Ｏ１は、アノード側サポート層６１の中心線となる。
変形例１のサポートセル１１は、セル中間部１０３において、アノード側サポート層６１の厚さを薄くしていない。このため、変形例１のサポートセル１１は、実施形態のサポートセル１０に比べて、セル中間部１０３の機械的強度を向上させることができる。
図１４Ａ、図１４Ｂ、および図１６Ａに示すように、セル中間部１０３は、セル外周部９１の積層構造を、カソード側の外周端からサポートセル１１の中心に向かってカソード側サポート層６２の切り欠き部６８ａにおける縦壁６８ｃまでオフセットした構造を有する。図１４Ａに示される矢印１０４はカソード側の外周長さ（アクティブエリア）を表し、図１４Ａおよび図１４Ｂに示される矢印１０５はオフセット長を表している。
セル中間部１０３は、全体として見れば非対称な積層構造を有するが（図１４Ｂ）、対称な積層構造を有する部位１０６と、非対称な積層構造を有する部位１０７とを積層した構造と見ることができる（図１６Ａ）。対称な積層構造を有する部位１０６は、セル外周部９１の積層構造をオフセットしていることから、セル外周部９１と同様に、電解質層４０、アノード層３０、アノード側サポート層６１、付加層９５の第１層９５ａ（アノード層３０と同じ）、および付加層９５の第２層９５ｂ（電解質層４０と同じ）が積層されている。非対称な積層構造を有する部位１０７は、カソード側サポート層６２およびカソード層５０が積層されている。非対称な積層構造を有する部位１０７は、対称な積層構造を有する部位１０６に対して、収縮が相対的に大きくなる。収縮が大きい部位は引張応力が作用し、収縮が小さい部位は圧縮応力が作用する。
図１６Ａに示すように、変形例１のサポートセル１１においては、サポートセル１１の厚み方向の断面において、セル中間部１０３は、セル中間部１０３における厚みの中心線Ｏ３に対して非対称な積層構造を有する。このため、図中矢印１０８によって示される方向の曲げモーメントが発生する。サポートセル１１の厚み方向の断面において、セル本体部９２およびセル外周部９１は、それぞれの厚みの中心線Ｏ２、Ｏ１に対して対称な積層構造を有する。セル本体部９２およびセル外周部９１のそれぞれにおいて、面内方向の熱収縮が制御され、曲げ変形が相殺される。その結果、電解質層４０を露出させた接合面９４が平坦化されるため、セルフレーム７０とサポートセル１１との間の接合強度が向上し、ガスシール性が向上する。
図１６Ｂに示すように、変形例１のサポートセル１１においては、非対称な積層構造を有するセル中間部１０３によって曲げモーメント（矢印１０８）が発生する。この曲げモーメントは、セル外周部９１をセルフレーム７０に向けて締め付ける方向（矢印１０９）に作用する。したがって、電解質層４０を露出させた接合面９４の平坦化を維持しつつ、セル外周部９１をセルフレーム７０に圧縮させることができる。これによって、より信頼性の高いサポートセル１１を有する固体酸化物形燃料電池を提供できる。
図１２および図１３に示すように、変形例１に係るサポートセルアッセンブリー１Ａは、第１接合層８１、電解質層４０、アノード層３０、アノード側サポート層６１、付加層９５の側面をまたいで覆うように、絶縁層１４０が配置されている。絶縁層１４０は、例えば、アルミナ、ジルコニア、あるいはシリカのいずれかを主材料とし、コーティングによって形成される。絶縁層１４０は、付加層９５における緻密な電解質層４０と同じ第２層９５ｂに接続されるため、アノード側の端部とカソード側の端部との間の絶縁距離が長くなる。これによって、絶縁信頼性を高めることができる。
以上説明したように、変形例１の固体酸化物形燃料電池のサポートセル１１は、セル本体部９２とセル外周部９１との間に配置されるセル中間部１０３をさらに有する。セル中間部１０３は、接合面９４が形成された側のサポート層６２がセルフレーム７０の端部７１を接合する切り欠き部６８ａを有する。サポートセル１１の厚み方向の断面において、セル中間部１０３は、セル中間部１０３における厚みの中心線Ｏ３に対して非対称な積層構造を有する。
このように構成することによって、セル中間部９３をセル中間部９３における厚みの中心線Ｏ３に対して対称な積層構造を有するようにする場合に比べて、セル中間部１０３の機械的強度を向上させることができる。サポートセル１１の厚み方向の断面において、セル本体部９２およびセル外周部９１は、それぞれの厚みの中心線Ｏ２、Ｏ１に対して対称な積層構造を有する。セル本体部９２およびセル外周部９１のそれぞれにおいて、面内方向の熱収縮が制御され、曲げ変形が相殺される。その結果、電解質層４０を露出させた接合面９４が平坦化されるため、セルフレーム７０とサポートセル１１との間の接合強度が向上し、ガスシール性が向上する。これによって、信頼性の高いサポートセル１１を有する固体酸化物形燃料電池を提供できる。
セル外周部９１およびセル中間部１０３は、接合面９４が形成されたアノード層３０またはカソード層５０とは反対極側に配置された付加層９５を有する。このように構成することによって、セル中間部１０３には、セル外周部９１の積層構造がオフセットされた対称な積層構造を有する部位１０６が形成される。非対称な積層構造を有するセル中間部１０３によって曲げモーメントが発生するが、この曲げモーメントによって、セル外周部９１をセルフレーム７０に向けて締め付ける方向に作用させることができる。したがって、電解質層４０を露出させた接合面９４の平坦化を維持しつつ、セル外周部９１をセルフレーム７０に圧縮させることができる。これによって、より信頼性の高いサポートセル１１を有する固体酸化物形燃料電池を提供できる。
（変形例２）
図１７Ａは、変形例２のサポートセル１２に曲げが作用する様子を示す模式図、図１７Ｂは、変形例２のサポートセル１２を適用したサポートセルアッセンブリー１Ａにおける作用を説明する模式図である。なお、上述した実施形態および変形例１と共通する部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１７Ａは、変形例２のサポートセル１２に曲げが作用する様子を示す模式図、図１７Ｂは、変形例２のサポートセル１２を適用したサポートセルアッセンブリー１Ａにおける作用を説明する模式図である。なお、上述した実施形態および変形例１と共通する部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
変形例２は、変形例１と同様に、サポートセル１２の厚み方向の断面において、セル中間部１１３が、セル中間部１１３における厚みの中心線Ｏ３に対して非対称な積層構造を有する。変形例２は、セル中間部１１３に、セル外周部９１の積層構造をオフセットさせた対称な積層構造が形成されていない点において、上述した変形例１のサポートセル１１と相違する。
変形例２のサポートセル１２は、変形例１と同様に、セル中間部１１３において、アノード側サポート層６１の厚さを薄くしていない。このため、変形例２のサポートセル１２も、実施形態のサポートセル１０に比べて、セル中間部１１３の機械的強度を向上させることができる。
セル中間部１１３は、全体として見れば非対称な積層構造を有するが、対称な積層構造を有する部位１１６と、非対称な積層構造を有する部位１１７とを積層した構造とみることができる（図１７Ａ）。対称な積層構造を有する部位１１６は、実施形態のセル中間部９３と同様に、接合面９４が形成された薄いカソード側サポート層６２、カソード層５０、電解質層４０、アノード層３０、アノード側サポート層６１のうち切り欠き部６８ａの深さに相当する部位が積層されている。非対称な積層構造を有する部位１１７は、アノード側サポート層６１のうち切り欠き部６８ａの深さに相当する部位を除いた残余の部位である。非対称な積層構造を有する部位１１７は、対称な積層構造を有する部位１１６に対して、収縮が相対的に大きくなる。収縮が大きい部位は引張応力が作用し、収縮が小さい部位は圧縮応力が作用する。
図１７Ａに示すように、変形例２のサポートセル１２においても、サポートセル１２の厚み方向の断面において、セル中間部１１３は、セル中間部１１３における厚みの中心線Ｏ３に対して非対称な積層構造を有する。このため、図中矢印１１８によって示される方向の曲げモーメントが発生する。サポートセル１２の厚み方向の断面において、セル本体部９２およびセル外周部９１は、それぞれの厚みの中心線Ｏ２、Ｏ１に対して対称な積層構造を有する。セル本体部９２およびセル外周部９１のそれぞれにおいて、面内方向の熱収縮が制御され、曲げ変形が相殺される。その結果、電解質層４０を露出させた接合面９４が平坦化されるため、セルフレーム７０とサポートセル１１との間の接合強度が向上し、ガスシール性が向上する。これによって、信頼性の高いサポートセル１１を有する固体酸化物形燃料電池を提供できる。
図１７Ｂに示すように、変形例２のサポートセル１２においては、非対称な積層構造を有するセル中間部１１３によって曲げモーメント（矢印１１８）が発生する。この曲げモーメントは、セル外周部９１をセルフレーム７０から離す方向（矢印１１９）に作用する。したがって、変形例１に比べると、セル外周部９１の電解質層４０の損傷を抑制する効果は若干低下する。
変形例１および変形例２はともに、セル中間部１０３、１１３は、セル中間部１０３、１１３における厚みの中心線Ｏ３に対して非対称な積層構造を有する。ただし、セル外周部９１の積層構造をオフセットさせるか（変形例１、図１６Ａ）、あるいはセル外周部９１の積層構造をオフセットさせないか（変形例２、図１７Ａ）によって、発生する曲げモーメントの方向を逆方向にすることができる。すなわち、セル本体部９２とセル外周部９１との間に、非対称な積層構造を有するセル中間部１０３、１１３であって、特定の方向の曲げモーメントを発生させることができるセル中間部１０３、１１３を介装できる。曲げモーメントをどのように適用するかによって、セル外周部９１の積層構造をオフセットさせる、あるいはオフセットさせないかを選択すればよい。
以上説明したように、変形例２の固体酸化物形燃料電池のサポートセル１２は、変形例１と同様に、サポートセル１２の厚み方向の断面において、切り欠き部６８ａを有するセル中間部１１３は、セル中間部１１３における厚みの中心線Ｏ３に対して非対称な積層構造を有する。このように構成することによって、セル中間部９３をセル中間部９３における厚みの中心線Ｏ３に対して対称な積層構造を有するようにする場合に比べて、セル中間部１１３の機械的強度を向上させることができる。サポートセル１２の厚み方向の断面において、セル本体部９２およびセル外周部９１は、それぞれの厚みの中心線に対して対称な積層構造を有する。セル本体部９２およびセル外周部９１のそれぞれにおいて、面内方向の熱収縮が制御され、曲げ変形が相殺される。その結果、電解質層４０を露出させた接合面９４が平坦化されるため、セルフレーム７０とサポートセル１１との間の接合強度が向上し、ガスシール性が向上する。これによって、信頼性の高いサポートセル１１を有する固体酸化物形燃料電池を提供できる。
また、変形例１および変形例２から明らかなように、セル本体部９２とセル外周部９１との間に、非対称な積層構造を有するセル中間部１０３、１１３であって、特定の方向の曲げモーメントを発生させることができるセル中間部１０３、１１３を介装できる。
１ 燃料電池スタック、
１Ａ サポートセルアッセンブリー、
１Ｕ セルユニット、
１０、１１、１２ サポートセル、
２０ 電解質電極接合体（単セル）、
３０ アノード層、
４０ 電解質層、
５０ カソード層、
６１ アノード側サポート層、
６２ カソード側サポート層、
６８ａ 切り欠き部、
６８ｂ 支持面、
６８ｃ 縦壁、
７０ セルフレーム、
８１ 第１接合層、
８２ 第２接合層、
９１ セル外周部、
９２ セル本体部、
９３ セル中間部、
９４ 接合面、
９５ 付加層、
９５ａ 第１層、
９５ｂ 第２層、
１０３ セル中間部、
１０６ セル中間部において対称な積層構造を有する部位、
１０７ セル中間部において非対称な積層構造を有する部位、
１１３ セル中間部、
１１６ セル中間部において対称な積層構造を有する部位、
１１７ セル中間部において非対称な積層構造を有する部位、
１２０ セパレータ、
１４０ 絶縁層、
Ｏ１ セル外周部における厚みの中心線、
Ｏ２ セル本体部における厚みの中心線、
Ｏ３ セル中間部における厚みの中心線。
１Ａ サポートセルアッセンブリー、
１Ｕ セルユニット、
１０、１１、１２ サポートセル、
２０ 電解質電極接合体（単セル）、
３０ アノード層、
４０ 電解質層、
５０ カソード層、
６１ アノード側サポート層、
６２ カソード側サポート層、
６８ａ 切り欠き部、
６８ｂ 支持面、
６８ｃ 縦壁、
７０ セルフレーム、
８１ 第１接合層、
８２ 第２接合層、
９１ セル外周部、
９２ セル本体部、
９３ セル中間部、
９４ 接合面、
９５ 付加層、
９５ａ 第１層、
９５ｂ 第２層、
１０３ セル中間部、
１０６ セル中間部において対称な積層構造を有する部位、
１０７ セル中間部において非対称な積層構造を有する部位、
１１３ セル中間部、
１１６ セル中間部において対称な積層構造を有する部位、
１１７ セル中間部において非対称な積層構造を有する部位、
１２０ セパレータ、
１４０ 絶縁層、
Ｏ１ セル外周部における厚みの中心線、
Ｏ２ セル本体部における厚みの中心線、
Ｏ３ セル中間部における厚みの中心線。
Claims (8)
- アノード層とカソード層との間に電解質層を挟持した単セルの両面のそれぞれにサポート層を配置したサポートセルを有する固体酸化物形燃料電池であって、
前記サポートセルは、前記電解質層の一部が露出しセルフレームを接合する接合面が形成されたセル外周部と、前記セル外周部よりも中央側のセル本体部と、を有し
前記サポートセルの厚み方向の断面において、前記セル本体部は、前記セル本体部における厚みの中心線に対して対称な積層構造を有し、前記セル外周部は、前記セル外周部における厚みの中心線に対して対称な積層構造を有する、固体酸化物形燃料電池。 - 前記サポートセルは、前記セル本体部と前記セル外周部との間に配置されるセル中間部をさらに有し、
前記セル中間部は、前記接合面が形成された側の前記サポート層が前記セルフレームの端部を接合する切り欠き部を有し、
前記サポートセルの厚み方向の断面において、前記セル中間部は、前記セル中間部における厚みの中心線に対して対称な積層構造を有する、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。 - 前記サポートセルは、前記セル本体部と前記セル外周部との間に配置されるセル中間部をさらに有し、
前記セル中間部は、前記接合面が形成された側の前記サポート層が前記セルフレームの端部を接合する切り欠き部を有し、
前記サポートセルの厚み方向の断面において、前記セル中間部は、前記セル中間部における厚みの中心線に対して非対称な積層構造を有する、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。 - 前記セル外周部は、前記接合面が形成された前記アノード層または前記カソード層とは反対極側に配置された付加層を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記セル外周部および前記セル中間部は、前記接合面が形成された前記アノード層または前記カソード層とは反対極側に配置された付加層を有する、請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記付加層は、前記単セルを構成する層と同じ層から形成される、請求項４または請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池。
- 前記付加層は、前記カソード層または前記アノード層と同じ第１層と、前記電解質層と同じ第２層とから形成され、
前記セル外周部は、前記サポート層を中心とした対称な積層構造を有する、請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池。 - 前記接合面は前記カソード層の側に配置され、前記付加層は前記アノード層の側に配置される、請求項４〜７のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
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-
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