JP2023072685A - 応力緩和構造を含む燃料電池コラム - Google Patents

Abstract

【課題】スタックとマニホールドプレートとの間の形状ミスマッチ及び熱膨張係数ミスマッチのうちの少なくとも１つに基づきスタックに加えられる応力を低下させるような緩和構造を有する燃料電池コラムを提供する。【解決手段】燃料電池３１０とインターコネクト４００とが交互に配置されたスタック３００と、マニホールドプレート３８０と、緩和構造とを含む燃料電池コラム６００’であって、マニホールドプレート３８０は下面に配置された下部入口孔及び下部出口孔、反対側の上面に形成された上部出口孔及び上部入口孔、上部出口孔を下部入口孔に流体接続する出口通路、及び上部入口孔を下部出口孔に流体接続する入口通路を有し、緩和構造には、コラム６００’に加えられる熱応力を低下させるように構成された柔軟層、周囲シール６３４及び／又は減摩コーティング６１６が含まれていてよい。【選択図】図９Ｂ

Description

本開示は、概して、燃料電池コラム及び応力緩和構造を含む燃料電池コラムに関する。

高温形燃料電池システム、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）システムでは、酸化剤流が燃料電池のカソード側を通過し、燃料流が燃料電池のアノード側を通過する。酸化剤流は典型的には空気であり、燃料流は炭化水素燃料、例えばメタン、天然ガス、ペンタン、エタノール、又はメタノールであってよい。燃料電池は、７５０℃～９５０℃の典型的な温度で稼働し、負に帯電した酸素イオンの、カソードフローストリームからアノードフローストリームへの移動を可能にし、ここでイオンは、自由水素又は炭化水素分子中の水素と結合して水蒸気を生成し、及び／又は、一酸化炭素と結合して二酸化炭素を生成する。負に帯電したイオンからの過剰電子は、アノードとカソードとの間に完成された電気回路を介して燃料電池のカソード側に戻され、その結果、回路を介して電流が流れるようになる。

燃料電池スタックは、内部又は外部に燃料及び空気用のマニホールドを備えることができる。内部マニホールド型のスタックでは、燃料及び空気は、スタック内に含まれるライザを用いて各セルに分配される。換言すれば、ガスは、各燃料電池の支持層、例えば電解質層の開口部又は孔、及び各セルのガスフローセパレータを介して流れる。また、外部マニホールド型のスタックでは、スタックは燃料及び空気の入口側及び出口側で開口しており、燃料及び空気は、スタックのハードウェアとは独立して導入及び回収される。例えば、入口及び出口の燃料並びに空気は、スタックと、スタックが配置されるマニホールドハウジングとの間の別個の通路を流れる。

燃料電池スタックは、多くの場合、プレーナ形の要素、チューブ、又は他のジオメトリの形態の複数のセルから構築される。燃料と空気とは、電気化学的に活性な表面に供給されなければならず、その表面は大きくなり得る。燃料電池スタックの構成要素の１つは、スタック内の個々のセルを分離する、いわゆるガスフローセパレータ（プレーナ形のスタックではガスフローセパレータプレートと呼ばれる）である。ガスフローセパレータプレートは、スタック内の１つのセルの燃料極（つまり、アノード）に流れる燃料、例えば水素又は炭化水素燃料を、スタック内の隣接するセルの空気極（つまり、カソード）に流れる酸化剤、例えば空気から分離する。多くの場合、ガスフローセパレータプレートは、一方のセルの燃料極と、隣接するセルの空気極とを電気的に接続するインターコネクトとしても使用される。この場合、ガスフローセパレータプレートは、インターコネクトとして機能し、導電性材料で製造されるか、又は導電性材料を含む。

本開示の様々な実施形態によれば、燃料電池コラムは、燃料電池とインターコネクトとが交互に配置されたスタックと、マニホールドプレートと、緩和構造と、を含み、インターコネクトは、スタック内で隣り合う燃料電池同士を分離しておりかつそれぞれ燃料及び空気を燃料電池に供給するように構成された燃料通路及び空気通路を有しており、マニホールドプレートは、マニホールドプレートの下面に配置された下部入口孔及び下部出口孔、マニホールドプレートの反対側の上面に形成された上部出口孔及び上部入口孔、上部出口孔を下部入口孔に流体接続する出口通路、及び上部入口孔を下部出口孔に流体接続する入口通路を有し、緩和構造は、スタックとマニホールドプレートとの間の形状ミスマッチ又は熱膨張係数ミスマッチのうちの少なくとも１つに基づきスタックに加えられる応力を低下させるように構成されている。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の例示的な実施形態を示しており、上記の一般的な説明及び下記の詳細な説明と共に、本発明の特徴を説明するのに役立つ。
従来の燃料電池コラムの斜視図である。 図１Ａのコラムに含まれる１つのカウンタフロー型（向流型）の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタックの斜視図である。 図１Ｂのスタックの一部の側断面図である。 図１Ｂのスタックの従来のインターコネクトの空気側の上面図である。 従来のインターコネクトの燃料側の上面図である。 本開示の様々な実施形態による燃料電池スタックの斜視図である。 図３Ａのスタックの一部の分解斜視図である。 図３Ａのスタックに含まれるインターコネクトの燃料側の上面図である。 図３Ａのスタックに含まれる燃料電池の概略図である。 本開示の様々な実施形態による図３Ｃのクロスフロー型（直交流型）のインターコネクトの空気側を示す平面図である。 本開示の様々な実施形態による図３Ｃのクロスフロー型のインターコネクトの燃料側を示す平面図である。 本開示の様々な実施形態による燃料流構造体を上から見たところを示す分解斜視図である。 図５Ａの燃料流構造体を下から見たところを示す分解斜視図である。 図５Ａ及び図５Ｂのシールプレートを示す上面図である。 図６Ａの線Ｌ３に沿った横断面図である。 図５Ａ及び図５Ｂのマニホールドプレートを示す下面図である。 図７Ａの線Ｌ４に沿った横断面図である。 図７Ａのマニホールドプレートを概略的に示す上面図である。 組み立てられた燃料プレナムと入口導管とを示す、図５Ａの線Ｌ１に沿った垂直方向横断面図である。 組み立てられた燃料プレナムと出口導管とを示す、図５Ａの線Ｌ２に沿った垂直方向横断面図である。 本開示の様々な実施形態による燃料電池コラムの簡略的な分解側面図である。 図９Ａの燃料電池コラムの１つの変化態様の簡略的な分解側面図である。 図９Ｂの導電性メッシュの一例の写真である。 本開示の様々な実施形態による燃料電池コラムの簡略的な分解側面図である。 図１０Ａの下部成端プレートの１つの実施形態の下面図である。 本開示の様々な実施形態による燃料電池コラムの簡略的な分解側面図である。 本開示の様々な実施形態による燃料電池コラムの簡略的な分解側面図である。 本開示の様々な実施形態による燃料電池コラムの簡略的な分解側面図である。 本開示の様々な実施形態による燃料電池コラムの簡略的な分解側面図である。 図１４Ａの導電性メッシュの一例の写真である。

様々な実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。図面は、必ずしも原寸大ではなく、本発明の様々な特徴を説明することを意図している。可能な限り、同じ又は類似の部材を参照するために、図面全体にわたって同じ参照番号が使用される。特定の実施例及び実施形態への言及は、例示目的であり、本発明又は特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。

本明細書では、範囲は、「約」のある特定の値から及び／又は「約」の別の特定の値までとして表され得る。そのような範囲が表される場合、例は、ある特定の値から及び／又は他の特定の値までを含む。同様に、直前に「約」又は「実質的に」を使用することによって値が近似値として表される場合、特定の値が別の態様をなすと理解されるであろう。いくつかの実施形態では、「約Ｘ」の値は、＋／－１％Ｘの値を含み得る。さらに、各範囲の終点は、他の終点との関連で、また他の終点とは独立的に、有意であると理解される。

図１Ａは、従来の燃料電池コラム３０の斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａのコラム３０に含まれる１つのカウンタフロー型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック２０の斜視図であり、図１Ｃは、図１Ｂのスタック２０の一部の側断面図である。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、コラム３０は、１つ又は複数のスタック２０、燃料入口導管３２、アノード排気導管３４、及びアノードフィード／リターンアセンブリ３６（例えばアノードスプリッタプレート（ＡＳＰ）３６）を含んでよい。また、コラム３０は、サイドバッフル３８及び圧縮アセンブリ４０を含んでもよい。サイドバッフル３８は、セラミックコネクタ３９を介して、圧縮アセンブリ４０と、下方に配置されたスタックコンポーネント（図示せず）とに結合され得る。燃料入口導管３２は、ＡＳＰ３６に流体接続され、各ＡＳＰ３６に燃料供給を提供するように構成され、アノード排気導管３４は、ＡＳＰ３６に流体接続され、各ＡＳＰ３６からアノード燃料排気を受け取るように構成されている。

ＡＳＰ３６は、スタック２０間に配置され、スタック２０に、炭化水素燃料を含む燃料供給を提供するように、また、スタック２０からアノード燃料排気を受け取るように構成されている。例えば、ＡＳＰ３６は、以下に述べるように、スタック２０内に形成された内部燃料ライザ通路２２に流体接続されてよい。

図１Ｃを参照すると、スタック２０は、ガスフローセパレータプレート又はバイポーラプレートと呼ばれることもあるインターコネクト１０によって分離された複数の燃料電池１を含む。各燃料電池１は、カソード電極３、固体酸化物電解質５、及びアノード電極７を含む。

各インターコネクト１０は、スタック２０内の隣接する燃料電池１同士を電気的に接続する。特に、インターコネクト１０は、１つの燃料電池１のアノード電極７を、隣接する燃料電池１のカソード電極３に電気的に接続することができる。図１Ｃは、下側の燃料電池１が２つのインターコネクト１０の間に配置されていることを示している。

各インターコネクト１０は、燃料通路８Ａ及び空気通路８Ｂを少なくとも部分的に画定するリブ１２を含む。インターコネクト１０は、スタック内の１つのセルの燃料極（つまり、アノード７）に流れる燃料、例えば炭化水素燃料を、スタック内の隣接するセルの空気極（つまり、カソード３）に流れる酸化剤、例えば空気から分離するガス－燃料セパレータとして作用することができる。スタック２０の一方の端部には、空気又は燃料をそれぞれ端部電極に供給するための空気エンドプレート又は燃料エンドプレート（図示せず）が設けられてよい。

図２Ａは、従来のインターコネクト１０の空気側の平面図であり、図２Ｂは、インターコネクト１０の燃料側の平面図である。図１Ｃ及び図２Ａを参照すると、空気側は、空気通路８Ｂを含む。空気は、空気通路８Ｂを通って、隣接する燃料電池１のカソード電極３に流れる。特に、空気は、矢印で示される第１の方向Ａにインターコネクト１０を横切って流れることができる。

燃料がカソード電極に接触するのを防止するために、インターコネクト１０の燃料孔２２Ａをリングシール２３が取り囲んでよい。インターコネクト１０の空気側の周囲部分には、帯状の周囲シール２４が配置される。シール２３，２４は、ガラス材料から形成されてよい。周囲部分は、リブ又は通路を含まない高台状であってよい。周囲領域の表面は、リブ１２の頂部と同一平面であってよい。

図１Ｃ及び図２Ｂを参照すると、インターコネクト１０の燃料側は、燃料通路８Ａ及び燃料マニホールド２８（例えば燃料プレナム）を含んでよい。燃料は、燃料孔２２Ａのうちの１つから、隣接するマニホールド２８に流入し、燃料通路８Ａを通って、隣接する燃料電池１のアノード７に流れる。過剰な燃料は、他方の燃料マニホールド２８に流入し、次に、隣接する燃料孔２２Ａに流入可能である。特に、燃料は、矢印で示されるように、第２の方向Ｂにインターコネクト１０を横切って流れることができる。第２の方向Ｂは、第１の方向Ａに対して直交していてよい（図２Ａ参照）。

インターコネクト１０の燃料側の周囲領域には、枠状のシール２６が配置される。周囲領域は、リブ又は通路を含まない高台状であってよい。周囲領域の表面は、リブ１２の頂部と同一平面であってよい。

したがって、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図２Ａ、及び図２Ｂに示すような従来のカウンタフロー型の燃料電池コラムは、複雑な燃料分配システム（燃料レール及びアノードスプリッタプレート）を含み得る。さらに、内部燃料ライザの使用は、燃料電池及び対応するシールに孔を必要とすることがあり、それにより、燃料電池の作用面積を減少させ、燃料電池１のセラミック電解質にクラックを発生させるおそれがある。

燃料マニホールド２８は、インターコネクト１０の比較的大きな領域を占める可能性があり、これにより、インターコネクト１０と、隣接する燃料電池との間の接触面積が約１０％減少する可能性がある。また、燃料マニホールド２８は比較的深いので、燃料マニホールド２８は、インターコネクト１０の比較的薄い領域に相当する。インターコネクト１０は、一般的に粉末冶金圧縮工程によって形成されるので、燃料マニホールド領域の密度は、インターコネクト材料の理論密度限界に近づく可能性がある。したがって、高密度の燃料マニホールド領域をさらに圧縮することができないため、圧縮工程で使用される圧縮プレスのストロークの長さが制限されることになる。その結果、圧縮ストロークの制限によって、インターコネクト１０の他の場所で達成される密度が、より低いレベルに制限される可能性がある。結果として生じる密度のばらつきは、局所的な変動につながる可能性があり、これは、インターコネクト１０と燃料電池１との間の接触量を減少させ、スタックの歩留まり及び／又は性能を低下させる可能性がある。

燃料電池システムの設計における別の重要な検討事項は、稼働効率の領域である。稼働効率を達成するためには、燃料利用率を最大化することが重要な要素である。燃料利用率とは、稼働中に消費される燃料の量と、燃料電池に供給される燃料の量との比である。燃料電池のサイクル寿命を維持するための重要な要素は、作用面積に燃料を適切に分配することにより、燃料電池の作用面積での燃料欠乏を回避することであり得る。いくつかの流れ範囲通路が、その通路の領域で生じる電気化学反応をサポートするのに十分な燃料を受け取れないような燃料の不均一な分配がある場合、その通路に隣接する燃料電池領域で燃料欠乏をもたらす可能性がある。燃料をより均一に分配するために、従来のインターコネクトの設計は、流れ範囲全体にわたる通路の深さの偏差を含む。これは、製造プロセスの複雑さをもたらすだけでなく、これらの寸法を正確に測定するために複雑な計測を必要とする可能性がある。燃料が燃料孔及び分配マニホールドを通して分配されることによって、様々な通路ジオメトリが制約される可能性がある。

この複雑なジオメトリと燃料マニホールドとを解消するための１つの可能な解決策は、より広い燃料開口部を有し、燃料流れ範囲全体にわたってより一層均一な燃料分配を確保することである。燃料マニホールドの形成が密度のばらつきの要因であるため、燃料マニホールドを排除することで、インターコネクトのより均一な密度と透過性とが可能になるはずである。したがって、従来の燃料マニホールドを使用することなく燃料電池に均一に燃料を分配する一方で、燃料電池との均一な接触を提供する改良されたインターコネクトが求められている。

燃料電池システムのホットボックスのサイズを拡大する際の全体的な制約のために、ホットボックスの設置面積を増加させることなく、燃料利用率及び燃料電池の作用面積を最大化するように設計された改良されたインターコネクトもまた必要とされている。

クロスフロー型の燃料電池システム
図３Ａは、本開示の様々な実施形態による燃料電池コラム２００の斜視図であり、図３Ｂは、図３Ａのコラム２００の一部の分解斜視図であり、図３Ｃは、コラム２００に含まれるインターコネクト４００の燃料側の上面図であり、図３Ｄは、コラム２００に含まれる燃料電池の概略図である。

図３Ａ～図３Ｄを参照すると、燃料電池コラム２００は、ガスフローセパレータプレート又はバイポーラプレートと呼ぶこともできるインターコネクト４００によって分離される複数の燃料電池３１０を含む少なくとも１つの燃料電池スタック３００を含んでいる。１つ又は複数のコラム２００は、共通のエンクロージャ又は「ホットボックス」内で燃料電池発電システムの他の構成要素（例えば、１つ又は複数のアノードテールガス酸化剤、燃料改質器、流体導管及びマニホールド等）と熱的に一体化されてよい。

インターコネクト４００は、導電性の金属材料から形成される。例えば、インターコネクト４００はクロム合金、例えばＣｒ－Ｆｅ合金を含んでよい。インターコネクト４００は、典型的には、Ｃｒ粉末とＦｅ粉末との混合物又はＣｒ－Ｆｅ合金粉末であってよいＣｒ－Ｆｅ粉末のプレス及び焼結を含む粉末冶金技術を用いて製作することにより、所望のサイズ及び形状のＣｒ－Ｆｅインターコネクトを形成することができる（例えば、「ネットシェイプ」又は「ニアネットシェイプ」工程）。典型的なクロム合金インターコネクト４００は、約９０重量％を超えるクロム、例えば約９４～９６重量％（例えば９５％）のクロムを含む。インターコネクト４００はまた、約１０重量％未満の鉄、例えば約４～６重量％（例えば５％）の鉄、約２重量％未満、例えば約０～１重量％の他の材料、例えばイットリウム又はイットリア、及び残留不純物又は不可避の不純物を含んでもよい。

各燃料電池３１０は、固体酸化物電解質３１２、アノード３１４、及びカソード３１６を含んでよい。いくつかの実施形態では、アノード３１４及びカソード３１６は、電解質３１２に印刷可能である。他の実施形態では、導電層３１８、例えばニッケルメッシュが、アノード３１４と、隣接するインターコネクト４００との間に配置されてよい。燃料電池３１０は、従来の燃料電池の燃料孔のような貫通孔を備えない。したがって、燃料電池３１０は、そのような貫通孔の存在に起因して発生し得るクラックを回避する。

コラム２００の最上部のインターコネクト４００及び最下部のインターコネクト４００は、それぞれ、空気又は燃料を、隣接する端部の燃料電池３１０に提供するための特徴を有する異なる形態の空気側エンドプレート又は燃料側エンドプレートであってよい。本明細書で使用されている場合、「インターコネクト」とは、２つの燃料電池３１０の間に配置されたインターコネクト、又はスタック端部に配置され、１つの燃料電池３１０のみに直接隣接するエンドプレートのいずれかを意味し得る。コラム２００は、ＡＳＰ及びそれに関連するエンドプレートを含まないので、コラム２００は、２つのエンドプレートしか含み得ない。その結果、コラム内ＡＳＰの使用に関連したスタック寸法の偏差を回避することができる。

コラム２００は、サイドバッフル３０２、燃料プレナム３５０、及び圧縮アセンブリ３０６を含んでよい。サイドバッフル３０２は、セラミック材料で形成可能であり、積層された燃料電池３１０及びインターコネクト４００を含む燃料電池コラム２００の互いに反対側の側面に配置されてよい。サイドバッフル３０２は、圧縮アセンブリ３０６がコラム２００に圧力を加えることができるように、燃料プレナム３５０と圧縮アセンブリ３０６とを接続してよい。サイドバッフル３０２は、各バッフルプレートが燃料電池コラム２００の三辺の少なくとも一部を覆うような、湾曲したバッフルプレートであってよい。例えば、一方のバッフルプレートは、コラム２００の燃料入口ライザ側を完全に覆い、スタックの隣接する表側及び裏側を部分的に覆ってよく、他方のバッフルプレートは、スタックの燃料出口ライザ側を完全に覆い、スタックの表側及び裏側の隣接する部分を部分的に覆う。スタックの表側及び裏側のカバーされていない残りの部分によって、空気がコラム２００を貫流することが可能になる。湾曲したバッフルプレートは、スタックの片側のみを覆う従来のバッフルプレート３８と比較して、スタックを通過する空気流の制御を改善する。燃料プレナム３５０は、コラム２００の下方に配置されてよく、コラム２００に水素含有燃料供給を提供するように構成されてよく、コラム２００からアノード燃料排気を受け取ってよい。燃料プレナム３５０は、燃料プレナム３５０の下方に配置された燃料入口兼出口導管３２０に接続されてよい。

各インターコネクト４００は、コラム２００内の隣接する燃料電池３１０同士を電気的に接続する。特に、インターコネクト４００は、１つの燃料電池３１０のアノード電極を、隣接する燃料電池３１０のカソード電極に電気的に接続することができる。図３Ｃに示すように、各インターコネクト４００は、空気を第１の方向Ａに流して、空気を、隣接する燃料電池３１０のカソードに提供することができるように構成することができる。また、各インターコネクト４００は、燃料を第２の方向Ｆに流して、燃料を、隣接する燃料電池３１０のアノードに提供することができるように構成することもできる。方向ＡとＦとは、互いに直交していてよいか、又は実質的に互いに直交していてよい。したがって、インターコネクト４００をクロスフロー型のインターコネクトと呼ぶことができる。

インターコネクト４００は、インターコネクト４００を貫通して延び、燃料分配のために構成された燃料孔を含んでよい。例えば、燃料孔は、１つ又は複数の燃料入口４０２、及びアノード排気出口４０４と呼ぶこともできる１つ又は複数の燃料（例えばアノード排気）出口４０４を含んでよい。燃料入口４０２及び燃料出口４０４は、燃料電池３１０の周囲の外側に配置可能である。したがって、燃料電池３１０は、燃料流れのための対応する貫通孔なしに形成可能である。燃料入口４０２の合計長さ及び／又は燃料出口４０４の合計長さは、インターコネクト４００の対応する長さ、例えば方向Ａに占める長さの少なくとも７５％であってよい。

一実施形態では、図３Ｂに示すように、各インターコネクト４００は、インターコネクト４００のネック部分４１２によって分離された２つの燃料入口４０２を含む。しかし、２つよりも多くの燃料入口４０２が含まれてよく、例えば、２つ～４つのネック部分４１２によって分離された３つ～５つの入口が含まれてよい。一実施形態では、図３Ｂに示すように、各インターコネクト４００は、インターコネクト４００のネック部分４１４によって分離された２つの燃料出口４０４を含む。しかし、２つよりも多くの燃料出口４０４が含まれてよく、例えば、２つ～４つのネック部分４１４によって分離された３つ～５つの出口が含まれてよい。

互いに隣接するインターコネクト４００の燃料入口４０２は、コラム２００内で整列させられて、１つ又は複数の燃料入口ライザ４０３を形成することができる。互いに隣接するインターコネクト４００の燃料出口４０４は、コラム２００内で整列させられて、１つ又は複数の燃料出口ライザ４０５を形成することができる。燃料入口ライザ４０３は、燃料プレナム３５０から受け取った燃料を燃料電池３１０に分配するように構成することができる。燃料出口ライザ４０５は、燃料電池３１０から受け取ったアノード排気を燃料プレナム３５０に提供するように構成することができる。

図１Ａに示した関連技術の平坦なサイドバッフル３８とは異なり、サイドバッフル３０２は、インターコネクト４００の縁部を取り囲むように湾曲させることができる。特に、サイドバッフル３０２は、インターコネクト４００の燃料入口４０２及び燃料出口４０４を取り囲むように配置することができる。したがって、サイドバッフルは、サイドバッフル３０２間で露出しかつ図４Ａ及び図４Ｂに関して詳細に記載されるインターコネクト４００の空気通路を通る空気流をより効率的に制御することができる。

様々な実施形態では、コラム２００は、少なくとも３０個、少なくとも４０個、少なくとも５０個、又は少なくとも６０個の燃料電池を含んでよく、これらの燃料電池には、燃料ライザ４０３，４０５のみを使用して燃料を提供することができる。換言すれば、従来の燃料電池システムと比較して、クロスフロー型の構成は、図１Ａに示されたＡＳＰ又はスタックの外部燃料マニホールド、例えば外部導管３２，３４を必要とせずに、多数の燃料電池に燃料を提供することができる。

各インターコネクト４００は、導電性材料、例えばセルの固体酸化物電解質と同様の熱膨張係数（例えば０～１０％の差）を有する金属合金（例えばクロム鉄合金）で製造されてよいか、又は同導電性材料を含んでよい。例えば、インターコネクト４００は、金属（例えば、４～６重量％の鉄、任意に１重量％以下のイットリウム及び平衡クロム合金などのクロム鉄合金）を含んでよく、所定の燃料電池３１０のアノード側、つまり燃料側と、隣接する燃料電池３１０のカソード側、つまり空気側とを電気的に接続してよい。アノードと各インターコネクト４００との間に導電性接触層、例えばニッケル接触層（例えばニッケルメッシュ）が設けられてよい。別の任意の導電性接触層が、カソード電極と各インターコネクト４００との間に設けられてよい。

動作中に酸化環境（例えば空気）に曝されるインターコネクト４００の表面、例えばインターコネクト４００のカソードに面する側は、インターコネクトの酸化クロム表面層の成長速度を減少させて、燃料電池のカソードを劣化させてしまうクロム蒸気種の蒸発を抑制するために、保護コーティングでコーティングされていてよい。典型的には、ペロブスカイト、例えばランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）を含み得るコーティング層を溶射コーティング又は浸漬コーティング工程を用いて形成することができる。或いは、スピネル、例えば（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４スピネル（ＭＣＯ）などの他の金属酸化物コーティングをＬＳＭの代わりに又はＬＳＭに加えて使用することができる。別の実施形態では、ＬＳＭとＭＣＯとの混合層、又はＬＳＭ層及びＭＣＯ層の積層体が、コーティングとして使用され得る。

図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の様々な実施形態によるクロスフロー型のインターコネクト４００の空気側及び燃料側をそれぞれ示す平面図である。図４Ａを参照すると、インターコネクト４００の空気側は、載置された燃料電池３１０のカソードに空気を提供するように構成された空気通路４０８を少なくとも部分的に画定するように構成されたリブ４０６を含んでよい。インターコネクト４００の空気側は、空気通路４０８を含む空気流れ範囲４２０と、空気流れ範囲４２０の互いに反対側の２つの側面に配置されたライザシール面４２２とに分けることができる。ライザシール面４２２の一方は、燃料入口４０２を取り囲んでよく、他方のライザシール面４２２は、燃料出口４０４を取り囲んでよい。空気通路４０８及びリブ４０６は、空気通路４０８及びリブ４０６がインターコネクト４００の互いに反対側の周縁部で終端するように、インターコネクト４００の空気側を完全に横切って延在可能である。換言すれば、コラム２００に組み立てられたとき、空気通路４０８及びリブ４０６の互いに反対側の端部は、スタックの互いに反対側の（例えば表側及び裏側）外面に配置され、吹き付けられた空気がスタックを貫流することを可能にする。したがって、スタックは、外部に空気用のマニホールドを備えてよい。

ライザシール面４２２上にライザシール４２４が配置されてよい。例えば、１つのライザシール４２４は、燃料入口４０２を取り囲んでよく、１つのライザシール４２４は、燃料出口４０４を取り囲んでよい。ライザシール４２４は、燃料及び／又はアノード排気が空気流れ範囲４２０に入って、燃料電池３１０のカソードに接触してしまうのを防止することができる。また、ライザシール４２４は、燃料が燃料電池スタック１００（図３Ａ参照）から漏れ出してしまうのを防止するように機能することもできる。

図４Ｂを参照すると、インターコネクト４００の燃料側は、載置された燃料電池３１０のアノードに燃料を提供するように構成された燃料通路４１８を少なくとも部分的に画定するリブ４１６を含んでよい。インターコネクト４００の燃料側は、燃料通路４１８を含む燃料流れ範囲４３０と、燃料流れ範囲４３０並びに燃料入口４０２及び燃料出口４０４を取り囲む周囲シール面４３２とに分けることができる。リブ４１６及び燃料通路４１８は、空気側通路４０８及びリブ４０６が延在する方向に対して直交する方向又は実質的に直交する方向に延在してよい。

周囲シール面４３２上に枠状の周囲シール４３４が配置されてよい。周囲シール４３４は、空気が燃料流れ範囲４３０に入って、隣接する燃料電池３１０のアノードに接触してしまうのを防止するように構成可能である。また、周囲シール４３４は、燃料が燃料ライザ４０３，４０５を出て、燃料電池コラム２００（図３Ａ及び図３Ｂ参照）から漏れ出してしまうのを防止するように機能することができる。

シール４２４，４３４は、ガラス又はセラミックのシール材を含んでよい。シール材は、低い導電率を有してよい。いくつかの実施形態では、シール４２４，４３４は、インターコネクト４００上にシール材の１つ又は複数の層を印刷し、その後、焼結することによって形成可能である。

燃料流構造体
図１Ａに示したように、従来の燃料電池システムでは、燃料が金属のアノードスプリッタプレート３６を通って、燃料電池スタックに提供されかつ燃料電池スタックから燃料排気を受け取る。アノードスプリッタプレート３６は、燃料入口導管３２及びアノード排気導管３４によって互いに流体接続されている。導管３２，３４には、アノードスプリッタプレート３６と、誘電破壊手段として働くセラミックコンポーネントとに溶接された金属管が含まれる。このように、アノードスプリッタプレート３６同士の流体接続は、高価な誘電体コンポーネントと、現場でのかなりの量の溶接とに依存している。よって、燃料を燃料電池スタックに提供しかつ燃料電池スタックから燃料排気を受け取るための、より費用対効果の高い方法が必要とされている。

図５Ａは、本開示の様々な実施形態による燃料流構造体５００を上から見たところを示す分解斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａの燃料流構造体５００を下から見たところを示す分解斜視図である。図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、燃料流構造体５００には、燃料導管３２０と燃料プレナム３５０とが含まれている。燃料プレナム３５０は、シールリング３５４と、ガラス又はガラスセラミックシール３５６と、ベースプレート３６０と、誘電体層３６４と、カバープレート３６６と、シールプレート３７０と、マニホールドプレート３８０とを有していてよい。

燃料プレナム３５０は、燃料導管３２０と共に流体密封された接続部を形成するように構成され得る。燃料導管３２０は、燃料を燃料プレナム３５０に提供するように構成された入口導管３２０Ａと、燃料プレナム３５０から燃料排気を受け取るように構成された出口導管３２０Ｂとを含んでいてよい。燃料導管３２０は、金属管３２２と、金属ベローズ３２４と、誘電体リング３２６とを有していてよい。金属管３２２は、例えば、ろう接、溶接又はプレス嵌めにより、ベローズ３２４と誘電体リング３２６とに結合され得る。ベローズ３２４は、燃料電池コンポーネント間の熱膨張係数の差を、変形して応力を吸収することで補償するように動作し得る。別の実施形態では、金属管３２２は、ベローズ３２４に結合されるよりもむしろ、金属管３２２自体が全体的にベローズを有しているか又はベローズから製造されていてもよく、これにより、金属管／ベローズ３２２は、誘電体リング３２６に直接に結合され得る。誘電体リング３２６は、誘電破壊手段として働くことができ、電流が燃料導管３２０を通って案内され、燃料プレナム３５０上に配置された燃料電池スタックを電気的に短絡することを防ぐ。

ベースプレート３６０、誘電体層３６４、及びカバープレート３６６は、それぞれ入口孔３６１Ａ，３６５Ａ，３６７Ａ及び出口孔３６１Ｂ，３６５Ｂ，３６７Ｂを有していてよく、これらは各プレートと層とを貫通して延びる貫通孔であってよい。ベースプレート３６０は、図１Ａに示したようなセラミックコネクタ３９と嵌合するように構成された複数の突起３６２を有していてよい。ベースプレート３６０及びカバープレート３６６は、高密度化された誘電体材料で形成され得る。例えば、ベースプレート３６０及びカバープレート３６６は、実質的に非多孔質で電気を絶縁するセラミック材料、例えばアルミナ、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）（例えば３％のイットリア安定化ジルコニア）等で形成され得る。ベースプレート３６０及びカバープレート３６６は、誘電体層３６４に支持手段を提供するように構成された剛性のプレートであってよい。

いくつかの実施形態では、誘電体層３６４は、ベースプレート３６０及び／又はカバープレート３６６のセラミック材料よりも高い誘電率を有するセラミック材料で形成され得る。換言すると、誘電体層３６４は、絶縁破壊して導電性になることなしに、ベースプレート３６０及びカバープレート３６６よりも高い最大電界に耐えることができてよい（すなわち、より高い破壊電圧を有している）。例えば、誘電体層３６４は、高温での電気絶縁性が高い多孔質のセラミックヤーン又はセラミック織物、例えば３Ｍ社から入手可能なネクステル（Nextel）セラミック織物番号３１２、４４０又は６１０の１つ又は複数の層で形成され得る。

別の実施形態では、誘電体層３６４は、セラミック基複合材料（ＣＭＣ）、又は表面積：体積の比が高いことにより高い絶縁耐力を有する任意の匹敵する材料で形成され得る。ＣＭＣは、例えば、酸化アルミニウム（例えばアルミナ）、酸化ジルコニウム又は炭化ケイ素の母材を含んでいてよい。別の母材材料が同様に選択されてもよい。繊維は、アルミナ、炭素、炭化ケイ素、又は別の適切な任意の材料から製造され得る。１つの実施形態では、母材と繊維とは両方共、アルミナを含んでいてよい。よって、誘電体層３６４は、燃料プレナム３５０を介した電気伝導を防ぐための誘電破壊手段として働くように構成され得る。

カバープレート３６６及びベースプレート３６０は、誘電体層３６４よりも高い密度を有していてよい。例えば、カバープレート３６６及び／又はベースプレート３６０は、十分に高密度のセラミック材料、例えば９７％～９９．５％の高密度アルミナ等で形成され得る。カバープレート３６６は、シールプレート３７０を誘電体層３６４から隔離するように構成されている。このように、カバープレート３６６は、シールプレート３７０から誘電体層３６４内への金属種の拡散を防ぐように構成され得る。例えば、カバープレート３６６は、シールプレート３７０から誘電体層３６４内へのクロム種（例えば酸化クロム）の拡散を低減及び／又は防止することができ、これにより、クロム種が誘電体層３６４の絶縁耐力を低下させること、及び／又は、さもなければ誘電体層３６４の構造的な完全性を低下させることが防止される。

シールプレート３７０及びマニホールドプレート３８０は、燃料導管３２０に簡単に溶接され得る金属又は金属合金、例えばステンレス鋼で形成され得る。例えば、シールプレート３７０及び／又はマニホールドプレート３８０は、４４６ステンレス鋼等で形成され得る。４４６ステンレス鋼は、２３～２７重量％のＣｒ、１．５重量％以下のＭｎ、１重量％以下のＳｉ、Ｎｉ、Ｃ、Ｐ及び／又はＳのうちの１つ以上、及び残りのＦｅを含んでいる。いくつかの実施形態では、シールプレート３７０及び／又はマニホールドプレート３８０は、複数の金属サブプレートを共にろう接することにより形成され得る。金属サブプレートを用いて形成された実施形態では、ろう接プロセスの前又は後に、サブプレートはそれぞれ様々な構造体、例えば孔及び／又は通路を形成するために切断され得る。いくつかの実施形態では、このような構造体を切断するためにレーザ切断等が使用され得る。

シールプレート３７０及びマニホールドプレート３８０はそれぞれ、片面又は両面に、例えば少なくとも、プレート３７０，３８０の互いに面した面に、コーティング３７２，３８２を有していてよい。コーティング３７２，３８２は、約７５μｍ～約２００μｍ、例えば約１００μｍ～約１７５μｍ、約１１０μｍ～約１４０μｍの範囲の厚さ、又は約１２０μｍの厚さを有していてよい。典型的には、コーティング３７２，３８２は、金属酸化物材料、例えばペロブスカイト材料、例えばランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）を含んでいてよい。或いは、ＬＳＭに代えて又は加えて、別の金属酸化物コーティング、例えばスピネル、例えば（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４スピネル（ＭＣＯ）が使用されてもよい。Ｍｎ_２－ｘＣｏ_１＋ｘＯ_４（０≦ｘ≦１）という組成を有するか又はｚ（Ｍｎ_３Ｏ_４）＋（１－ｚ）（Ｃｏ_３Ｏ_４）と表記され、（１／３≦ｚ≦２／３）であるか、又は（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４と表記される任意のスピネルが使用されてもよい。別の実施形態では、コーティング３７２，３８２として、ＬＳＭとＭＣＯとの混合層、又はＬＳＭ層及びＭＣＯ層の積層体が使用され得る。コーティング３７２，３８２は、溶射コーティングプロセス又は浸漬コーティングプロセスを用いて形成され得、シールプレート３７０及びマニホールドプレート３８０の実質的に全ての外面に被着され得る。

シールプレート３７０は、入口孔３７４Ａと出口孔３７４Ｂとを有していてよく、これらはシールプレート３７０の上面と下面との間に延びる貫通孔であってよい。マニホールドプレート３８０は、マニホールドプレート３８０のそれぞれ反対の側において、マニホールドプレート３８０の下面に形成された下部入口孔３８４Ａ及び下部出口孔３８４Ｂ並びにマニホールドプレート３８０の上面に形成された上部入口孔３９０Ａ及び上部出口孔３９０Ｂを有していてよい。３つの上部入口孔３９０Ａと３つの上部出口孔３９０Ｂとが図示されているが、本開示は如何なる特定の数の上部入口孔３９０Ａ及び上部出口孔３９０Ｂにも限定されていない。例えば、マニホールドプレート３８０は、対応する燃料電池スタックのインターコネクト４００内に含まれる燃料入口及び燃料出口の数に応じて、２つ、４つ、又は５つ以上の上部入口孔３９０Ａを有していてよく、かつ２つ、４つ、又は５つ以上の上部出口孔３９０Ｂを有していてよい。例えば、インターコネクトが３つの入口と３つの出口とを有している場合、マニホールドプレート３８０は３つの入口孔３９０Ａと、３つの出口孔３９０Ｂとを有している。

ベースプレート３６０と、誘電体層３６４と、カバープレート３６６と、シールプレート３７０と、マニホールドプレート３８０とは互いに積層されてよく、これにより、入口孔３６１Ａ，３６５Ａ，３６７Ａ，３７４Ａ，３８４Ａが整列させられて１つの入口導管通路３５２Ａを形成し、かつ出口孔３６１Ｂ，３６５Ｂ，３６７Ｂ，３７４Ｂ，３８４Ｂが整列させられて１つの出口導管通路３５２Ｂを形成することになる。入口導管３２０Ａ及び出口導管３２０Ｂは、それぞれ入口導管通路３５２Ａ及び出口導管通路３５２Ｂ内に挿入され得、これにより、入口導管３２０Ａ及び出口導管３２０Ｂの端部３２８は、シールプレート３７０の上面まで延びていてよく、及び／又は、シールプレート３７０の上面を越えて延びていてよい。

図６Ａは、シールプレート３７０の上面図であり、図６Ｂは、図６Ａの線Ｌ３に沿った横断面図である。図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、入口孔３７４Ａ及び出口孔３７４Ｂの周りにおいて、シールプレート３７０の上面にコーティング３７２が被着されていない範囲には、それぞれ入口シール領域３７８Ａ及び出口シール領域３７８Ｂが形成され得る。このように、入口シール領域３７８Ａ及び出口シール領域３７８Ｂは、コーティング３７２の厚さに等しい深さＤ２、例えば約１２０μｍの深さＤ２を有していてよい。

図７Ａは、本開示の様々な実施形態によるマニホールドプレート３８０の下面図であり、図７Ｂは、図７Ａの線Ｌ４に沿った横断面図であり、図７Ｃは、マニホールドプレート３８０を概略的に示す上面図である。図７Ａ～図７Ｃを参照すると、マニホールドプレート３８０の下面には、それぞれ下部入口孔３８４Ａ及び下部出口孔３８４Ｂを取り囲む入口凹部３８６Ａ及び出口凹部３８６Ｂが形成され得る。入口凹部３８６Ａ及び出口凹部３８６Ｂは、約０．５ｍｍ～約６ｍｍの範囲の深さＤ３を有していてよい。

マニホールドプレート３８０の下面のコーティング３８２が被着されていない領域において、入口凹部３８６Ａ及び出口凹部３８６Ｂの周りには、それぞれ入口シール領域３８８Ａ及び出口シール領域３８８Ｂが形成され得る。このように、入口シール領域３８８Ａ及び出口シール領域３８８Ｂは、コーティング３８２の厚さに等しい深さＤ４、例えば約１２０μｍの深さＤ４を有していてよい。

マニホールドプレート３８０は、複数の内部入口通路３９２Ａ及び内部出口通路３９２Ｂを有していてもよい。入口通路３９２Ａは、下部入口孔３８４Ａを各上部入口孔３９０Ａに流体接続していてよい。出口通路３９２Ｂは、下部出口孔３８４Ｂを各上部出口孔３９０Ｂに流体接続していてよい。入口通路３９２Ａは、共通の下部入口孔３８４Ａから各上部入口孔３９０Ａに、実質的に等量の燃料（例えば等しい流量の燃料）が供給されるように構成され得る。出口通路３９２Ｂは、各上部出口孔３９０Ｂから共通の下部出口孔３８４Ｂに、実質的に等量の燃料排気が供給されるように構成され得る。

さらに、マニホールドプレート３８０は、電気接点３８１を有していてもよい。マニホールドプレート３８０は、燃料電池スタックの下部に電気的に接続されていてよく、電気接点３８１は、マニホールドプレート３８０から横方向に延びていてよく、マニホールドプレート３８０を集電回路に接続するための接続点を提供するように構成され得る。

図８Ａは、組み立てられた燃料プレナム３５０と入口導管３２０Ａとを示す、図５Ａの線Ｌ１に沿った垂直方向横断面図であり、図８Ｂは、組み立てられた燃料プレナム３５０と出口導管３２０Ｂとを示す、図５Ａの線Ｌ２に沿った垂直方向横断面図である。

図５Ａ、図５Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、ベースプレート３６０と、誘電体層３６４と、カバープレート３６６と、シールプレート３７０と、マニホールドプレート３８０とが互いに積層されており、これにより、入口導管通路３５２Ａ及び出口導管通路３５２Ｂが形成されている。入口導管３２０Ａは、下部入口孔３８４Ａに向かって入口導管通路３５２Ａ内に挿入され得る。出口導管３２０Ｂは、下部出口孔３８４Ｂに向かって出口導管通路３５２Ｂ内に挿入され得る。

マニホールドプレート３８０の下面の入口凹部３８６Ａ内で、入口導管３２０Ａの周りには、第１のシールリング３５４Ａが配置され得る。マニホールドプレート３８０の下面の出口凹部３８６Ｂ内で、出口導管３２０Ｂの周りには、第２のシールリング３５４Ｂが配置され得る。入口導管３２０Ａ及び出口導管３２０Ｂは、シールプレート３７０に溶接され得る。特に、溶接プロセスには、入口導管３２０Ａ及び出口導管３２０Ｂへの第１のシールリング３５４Ａ及び第２のシールリング３５４Ｂの溶接並びにシールプレート３７０の表面への第１のシールリング３５４Ａ及び第２のシールリング３５４Ｂの溶接が含まれていてよく、これにより、入口導管３２０Ａ・出口導管３２０Ｂとシールプレート３７０との間に流体密なシールが形成されていることを保証する。

シールプレート３７０の入口シール領域３７８Ａには、第１のガラス又はガラスセラミックシール３５６Ａが配置され得、マニホールドプレート３８０の入口シール領域３８８Ａには、第２のガラス又はガラスセラミックシール３５６Ｂが配置され得る。シールプレート３７０の出口シール領域３７８Ｂには、第３のガラス又はガラスセラミックシール３５６Ｃが配置され得、マニホールドプレート３８０の出口シール領域３８８Ｂには、第４のガラス又はガラスセラミックシール３５６Ｄが配置され得る。但し別の実施形態では、単一のガラス又はガラスセラミックシールが使用されてもよい。シール３５６Ａ～３５６Ｄは、シール３５６Ａ～３５６Ｄを加熱して軟化させ、これによりシール３５６Ａ～３５６Ｄは、シールプレート３７０をマニホールドプレート３８０に物理的に結合する流体密な結合部を形成してもよい。

入口シール領域３７８Ａ，３８８Ａはオーバラップして１つの入口シール領域３５８Ａを形成していてよく、出口シール領域３７８Ｂ，３８８Ｂはオーバラップして１つの出口シール領域３５８Ｂを形成していてよい。第１のシール３５６Ａと第２のシール３５６Ｂとは、入口シール領域３５８Ａ内で互いに積層されていてよく、第３のシール３５６Ｃと第４のシール３５６Ｄとは、出口シール領域３５８Ｂ内で互いに積層されていてよい。コーティング３７２，３８２は、互いに積層されていてよい。このように、入口シール領域３５８Ａ及び出口シール領域３５８Ｂの高さは、コーティング３７２，３８２を組み合わせた厚さと等しくなっていてよい。

入口シール領域３５８Ａ及び出口シール領域３５８Ｂは、ガラス又はガラスセラミックシール３５６Ａ～３５６Ｄが燃料電池システム動作温度に加熱された場合に横方向に広がるためのスペースを提供することができ、これにより、時間とともにガラス又はガラスセラミックシール３５６Ａ～３５６Ｄに加えられる応力が低下する。さらに、シールプレート３７０とマニホールドプレート３８０とは同じ材料で形成され得るため、シールプレート３７０とマニホールドプレート３８０とは、一致した熱膨張係数（ＣＴＥ）を有していてよい。したがって、ガラス又はガラスセラミックシール３５６Ａ～３５６Ｄに加えられる応力を、時間とともにさらに低下させることができる。

ガラス又はガラスセラミックシール３５６Ａ～３５６Ｄは、高温ガラス又はガラスセラミック材料、例えばシリケートガラス若しくはアルミノシリケートガラス又はガラスセラミック材料で形成され得る。いくつかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミックシール３５６Ａ～３５６Ｂは、ＳｉＯ_２、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ及び／又はＢ_２Ｏ_３を含むシリケートガラス又はガラスセラミックシール材で形成され得る。例えば、シール材は、約４０重量％～約６０重量％、例えば約４５重量％～約５５重量％の範囲の量のＳｉＯ_２、約１０重量％～約３５重量％、例えば約１５重量％～約３０重量％の範囲の量のＢａＯ、約５重量％～約２０重量％、例えば約７重量％～約１６重量％の範囲の量のＣａＯ、約１０重量％～約２０重量％、例えば約１３重量％～約１５重量％の範囲の量のＡｌ_２Ｏ_３、及び約０．２５重量％～約７重量％、例えば約０．５重量％～約５．５重量％の範囲の量のＢ_２Ｏ_３を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、シール材は追加的に、約０．５重量％～約１．５重量％、例えば約０．７５重量％～約１．２５重量％の範囲の量のＫ_２Ｏを含んでいてもよい。

いくつかの実施形態では、ガラス又はガラスセラミックシール３５６Ａ～３５６Ｄは、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｌａ_２Ｏ_３、ＢａＯ及び／又はＳｒＯを含むシリケートガラス又はガラスセラミックシール材で形成され得る。例えば、シール材は、約３０重量％～約６０重量％、例えば約３５重量％～約５５重量％の範囲の量のＳｉＯ_２、約０．５重量％～約１５重量％、例えば約１重量％～約１２重量％の範囲の量のＢ_２Ｏ_３、約０．５重量％～約５重量％、例えば約１重量％～約４重量％の範囲の量のＡｌ_２Ｏ_３、約２重量％～約３０重量％、例えば約５重量％～約２５重量％の範囲の量のＣａＯ、約２重量％～約２５重量％、例えば約５重量％～約２０重量％の範囲の量のＭｇＯ、及び約２重量％～約１２重量％、例えば約５重量％～約１０重量％の範囲の量のＬａ_２Ｏ_３を含んでいてよい。いくつかの実施形態では、シール材は追加的に、約０重量％～約３５重量％、例えば約０重量％～約３０重量％、又は約０．５重量％～約３０％の、約２０重量％～約３０重量％を含む範囲の量のＢａＯ及び／又は約０重量％～約２０重量％、例えば約０重量％～約１５重量％、又は約０．５重量％～約１５重量％の、約１０重量％～約１５重量％を含む範囲の量のＳｒＯを含んでいてよい。いくつかの実施形態では、シール材は追加的に、ゼロではない量の、例えば少なくとも０．５重量％のＢａＯ及び／又はＳｒＯのうちの少なくとも１つ、例えばゼロではない量の、例えば少なくとも０．５重量％のＢａＯ及びＳｒＯの両方を含んでいてもよい。但し、別の適切なシール材が使用されてもよい。

１つの燃料電池スタック、例えば図３Ａ～図３Ｃの燃料電池コラム２００に組み立てられると、上部入口孔３９０Ａは、コラム２００のインターコネクト４００の燃料入口４０２に流体接続され得、上部出口孔３９０Ｂは、図４Ａに示したようなインターコネクト４００の燃料出口４０４に流体接続され得る。流体密な接続部を提供するためには、例えば、上部入口孔３９０Ａと、隣接するインターコネクト４００の燃料入口４０２との間にガラス又はガラスセラミックシール４２４が配置され得、上部出口孔３９０Ｂと、隣接するインターコネクト４００の燃料出口４０４との間にガラス又はガラスセラミックシール４２４が配置され得る。

固体酸化物形燃料電池を様々な実施形態で上記で説明したが、各実施形態には任意の別の燃料電池、例えば溶融炭酸塩形、リン酸形又はＰＥＭ形の燃料電池が含まれていてもよい。

図９Ａは、本開示の様々な実施形態による燃料電池コラム６００の簡略的な分解側面図である。図９Ａを参照すると、コラム６００は、燃料電池スタック３００、上部成端プレート６１０、シールプレート３７０、マニホールドプレート３８０、及び圧縮アセンブリ３０６を含んでいてよい。図９Ａには示されていないが、コラム６００は、他のコンポーネント、例えば図３Ａ、図５Ａ及び図５Ｂに示したようなバッフルプレート３０２、ベースプレート３６０、誘電体層３６４、及びカバープレート３６６を含んでいてもよい。

燃料電池スタック３００は、インターコネクト４００により分離された複数の燃料電池３１０を含んでいてよい。燃料電池及びインターコネクト４００は、図９Ａに示す「偶数」構成で配置され得、スタック３００の燃料電池は、カソード側を上にして配置されている（すなわち、インターコネクト４００の空気側は上部成端プレート６１０に面しており、インターコネクト４００の燃料側はマニホールドプレート３８０に面している）。対照的に、「奇数」構成を有するスタックは、図１２に示すように、アノード側を上にして配置された燃料電池を含んでいる（すなわち、インターコネクト４００の燃料側は上部成端プレート６１０に面しており、インターコネクト４００の空気側はマニホールドプレート３８０に面している）。第１のコラム６００における「偶数」構成の第１のスタック３００の上部成端プレート６１０は、導電ジャンパ又はワイヤにより、横方向に隣接する第２のコラム６００における「奇数」構成の第２のスタック３００の上部成端プレート６１０に電気的に接続され得る。第１及び第２のコラム６００のマニホールドプレート３８０は、それぞれシステムの正負の電気端子に電気的に接続され得る。

上部成端プレート６１０は、スタック３００と圧縮アセンブリ３０６との間に配置されている。上部成端プレート６１０は、上述したシール４２４と同様の環状のガラス又はガラス－セラミックシールであってよいマニホールドシール６１４により、スタック３００の最も上のインターコネクト４００Ｕに結合され得る。上部成端プレート６１０は、インターコネクト４００と同じプロセス及び材料により形成され得る。例えば、上部成端プレート６１０は、粉末冶金プロセスによりＣｒ－Ｆｅ合金で形成され得る。

上部成端プレート６１０の上面及び下面は、インターコネクトの酸化クロム表面層の成長速度を減少させて、燃料電池のカソードを劣化させ得るクロム蒸気種の蒸発を抑制するために、保護コーティング６１２でコーティングされていてよい。コーティング６１２は、約４０μｍ～約９０μｍ、例えば約５０μｍ～約８０μｍの範囲の厚さ、又は約６５μｍの厚さを有していてよい。コーティング６１２には、ペロブスカイト材料、例えばランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）が含まれていてよい。コーティング６１２は、浸漬コーティング又は溶射コーティングプロセス、例えば大気プラズマ溶射（「ＡＰＳ」）又は溶射を用いて形成され得る。択一的に、ＬＳＭに代えて又は加えて、別の金属酸化物コーティング、例えばスピネル、例えば（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４スピネル（ＭＣＯ）が使用されてもよい。Ｍｎ_２－ｘＣｏ_１＋ｘＯ_４（０≦ｘ≦１）という組成を有するか又はｚ（Ｍｎ_３Ｏ_４）＋（１－ｚ）（Ｃｏ_３Ｏ_４）と表記され、（１／３≦ｚ≦２／３）であるか、又は（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４と表記される任意のスピネルが使用されてもよい。別の実施形態では、ＬＳＭとＭＣＯとの混合層、又はＬＳＭ層及びＭＣＯ層の積層体が、コーティング６１２として使用され得る。

スタック３００の最も上のインターコネクト４００Ｕの上面には、保護コーティング６１８が形成され得る。コーティング６１８は、上部成端プレート６１０のコーティング６１２と同じ材料で形成され得る。いくつかの実施形態では、コーティング６１８は、ＡＰＳ又はコンタクトプリントにより形成され得、約１０μｍ～約５０μｍ、例えば約２０μｍ～約４０μｍの範囲の厚さ、又は約３０μｍの厚さを有していてよい。例えば、コーティング６１８は、上部成端プレート６１０の下部のコーティング６１２と同じ面積及び周長（すなわち外側水平形状）を有していてよく、上部成端プレート６１０は、スタック３００の燃料電池と同じ面積及び周長を有していてよい。

マニホールドプレート３８０は、シールプレート３７０とスタック３００との間に配置され得る。マニホールドプレート３８０の下面には、保護コーティング３８２が形成され得る。コーティング３８２は、上部成端プレート６１０のコーティング６１２と同じ材料で形成され得る。マニホールドプレート３８０は、ガラス又はガラス－セラミックシール材で形成され得る１つ以上のシール３５６を用いて、シールプレート３７０に結合され得る。例えば、２つの環状のシール３５６が互いに積層されて、マニホールドプレート３８０及びシールプレート３７０の燃料入口孔及び燃料出口孔をシールすることができる。いくつかの実施形態では、シール３５６は、焼結及び圧縮前には約１００μｍ～約３００μｍ、例えば約１５０μｍ～約２５０μｍの範囲の厚さ、又は約２００μｍの厚さを有するテープキャストシールであってよい。いくつかの実施形態では、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、環状のシール３５６の内側にセラミックシール３５４が配置され得る。

スタック３００の最も下のインターコネクト４００Ｌは、マニホールドプレート３８０のインターフェイスになり得る。特に、最も下のインターコネクト４００Ｌは、周囲シール６３４によりマニホールドプレート３８０に結合され得る。周囲シール６３４は、未処理のガラス又はガラス－セラミックシール材を導電性の柔軟層（compliant layer）６３０の周囲に分配することにより形成される枠状のシールであってよい。未処理のシール材は、例えば熱又はＵＶ光により硬化させられてよい。柔軟層６３０は、導電性の柔軟な（compliant）金属材料、例えば金属メッシュ、例えばニッケル又はニッケル合金メッシュで形成され得、最も下のインターコネクト４００Ｌとマニホールドプレート３８０とを電気的に接続するように形成され得る。柔軟層６３０は、本明細書中で「柔軟な金属メッシュ」又は「金属メッシュ」と呼ばれることもある。

１つの実施形態では、柔軟な金属メッシュは、インコネル合金、例えば２０～２３重量％のＣｒ、８～１０重量％のＭｏ、３．１５～４．１５重量％のＮｂ＋Ｔａ、０～１重量％のＣｏ及びバックグラウンド不純物（例えばそれぞれ１重量％未満のＡｌ、Ｔｉ、Ｃ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｐ及び／又はＳ）を含む残りのＮｉを含むインコネル６２５合金を含んでいてよい。

柔軟な金属メッシュは、スタックを反った形状に支持するための十分な垂直方向整合性（compliance）、電気接続、及び典型的な荷重下での十分な変形性を有していることが望ましい。例えば、コンプライアントな金属メッシュは、１ミリメートルにつき１．５～２．５本の金属ワイヤ（例えば１ｍｍにつき１．９～２．３本のワイヤ）を含んでいてよく、１２５～２００ミクロン（例えば１４０～１８０ミクロン）のワイヤ厚さ、及び２５０～４００ミクロン（例えば２８０～３５０ミクロン）のメッシュ厚さを有していてよい。

メッシュが過度に剛性である（すなわち圧縮性が過度に低い）場合には、節（knuckle）（すなわち、ワイヤがメッシュの平面から折り曲がるワイヤ交差箇所）の数が減らされてよい。例えば、いくつかの節は意図的に省かれてよい。例えば、２つおき、３つおき、４つおき等に節が省かれてよい。或いは、節の数を減らすために、メッシュの厚さにわたり複数の孔が意図的に穿孔されるか又は打ち抜かれてもよい。孔は、メッシュのワイヤ間の間隔より少なくとも４倍大きな幅（例えば円孔の直径）を有していてよい。孔は、任意の適切な形状（例えば丸形、矩形、不規則形等）を有していてよい。孔は、メッシュの平面内に規則的又は不規則に間隔をあけて配置され得る。例えば、孔はメッシュの総面積の１０～３０パーセントを占めていてよい。

コラム６００は、燃料入口マニホールド６０１Ａ及び燃料出口マニホールド６０１Ｂを含んでいてよく、これらはシールプレート３７０、マニホールドプレート３８０、及びスタック３００に形成された開口を通って延びている。上部成端プレート６１０は、マニホールド６０１Ａ，６０１Ｂを接続する通路を含んでいてよい。

マニホールドプレート３８０は、低コスト、製造性（例えば容易なろう接及び溶接）、及び所望の材料特性、例えば耐酸化性及び破壊靱性の理由から、４４６合金ステンレス鋼で製造され得る。インターコネクト４００は、低コスト、決定的な特性（例えば流れ通路横断面積）における最小の変動、及び燃料電池電解質に対する熱膨張係数（ＣＴＥ）の正確な適合の理由から、金属合金、例えばＣｒ－Ｆｅ合金を、粉末冶金（ＰＭ）プロセスを介して圧縮することにより形成され得る。

マニホールドプレート３８０のＣＴＥは、インターコネクト４００のＣＴＥに近似していてよい。但し、いくつかの実施形態では、ＣＴＥはそれぞれ正確に適合してなくてもよい。結果として、熱サイクル（例えば動作停止／再始動）中、マニホールドプレート３８０と、マニホールドプレート３８０の近くのスタック３００の下部に配置されたインターコネクト４００との間の熱膨張率の差に基づき、マニホールドプレート３８０とスタック３００との間に熱応力が形成されることがある。この熱応力の結果、周囲シール６３４の破断、又はより不都合には、隣接するインターコネクト４００間のシールの破断又はスタック３００の下部の燃料電池３１０のうちの１つの破断が生じる場合がある。

さらに、マニホールドプレート３８０及びインターコネクト４００の形状（又は「反り」）が過度であってはならない。追加的に、マニホールドプレート３８０の反りは、製造時には実質的に平坦であり得るが、時間と共に熱で変化することがあり、このような変化は、材料クリープ、インターコネクト４００の形状、圧縮荷重、及びマニホールドプレート４００の内部構造を含む多くの要因により影響され得る。インターコネクト４００の反りは、製造時にゼロでなくてもよく、時間と共に変化することもあり、マニホールドプレート３８０並びに燃料流の水素及び水含有量等のいくつかの要因により影響される。インターコネクト４００とマニホールドプレート３８０とにおける反りの差は、結果としてシール及び／又は燃料電池の亀裂／損傷を生ぜしめることもある。この形状ミスマッチは、結果としてスタック３００の下部の電池３１０に不均一な電気接続を生ぜしめることがあり、その結果、電池動作が不良となる、及び／又はマニホールドプレート３８０に対する接触不良が生じる場合があり、結果的に成端プレート又は集電部に抵抗損失が生じることになる。マニホールドプレート３８０の成形は複雑で高価な場合があるため、全てのインターコネクト４００を考慮しなくてもよい。

したがって、様々な実施形態には、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の形状ミスマッチ及び／又は熱膨張係数ミスマッチに基づきスタック３００に加えられる応力を低下させるように構成された緩和構造が含まれていてよい。緩和構造は、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の電気的な切断を減少させるように構成されていてもよい。

例えば、いくつかの実施形態では、周囲シール６３４の厚さ（すなわち高さ）を増大させることができ、これにより、コラム６００内の他のシールの厚さよりも大きく（例えばスタック３００内のシールよりも厚く）なってよい。特定の理論に束縛されることは望まないが、シール応力は、シール厚さの関数であると考えられる。周囲シール６３４がコラム６００内で最も厚いシールである場合、周囲シール６３４は、コラム６００に加えられる熱応力に基づき最初に破断されるはずである。このように、周囲シール６３４の亀裂は、熱応力を軽減すると共に、スタック３００内の隣接する燃料電池３１０及び／又はシールへの損傷を防ぐことができる。

様々な実施形態では、周囲シール６３４は、柔軟シール材、例えばバーミキュライト、マイカ、又はセラミック結晶を埋め込む非晶質のガラスマトリックスを含むガラスセラミック構成であってよいガラスマイカ材料で形成され得る。この柔軟シール材は、最も下のインターコネクト４００Ｌとマニホールドプレート３８０との間の異なる膨張率を許容し、これにより熱応力の蓄積を防止又は低減させる。

別の実施形態では、熱応力を補償するために、柔軟層６３０の厚さが増大され得る。例えば、柔軟層６３０は、ワイヤ太さが約８０μｍ～約２００μｍ、例えば約１００μｍ～約１５０μｍの範囲のメッシュで形成され得る。より厚い柔軟層６３０は、柔軟層６３０を取り囲み、ひいては柔軟層６３０とほぼ同じ厚さを有するより厚い周囲シール６３４と組み合わせて使用される。したがって、周囲シール６３４の厚さは、約８０μｍ～約２００μｍ、例えば約１００μｍ～約１５０μｍの範囲であり得る。１つの実施形態では、周囲シール６３４は、シールダムが組み込まれたＵＶ硬化可能なシール材を含んでいてよい。

いくつかの実施形態では、柔軟層６３０の増大された厚さを少なくとも部分的に収容するために、マニホールドプレート３８０の上面に任意の凹部３８３が形成され得る。特に、凹部３８３は、約１００μｍ～約１５０μｍの範囲の深さ、例えば約１２０μｍの深さを有していてよい。柔軟層３６０は、少なくとも部分的に凹部３８３内に配置され得る。

様々な実施形態では、マニホールドプレート３８０の上面及び／又は最も下のインターコネクト４００Ｌの下面に任意の高温減摩コーティング６１６が被着され得る。減摩コーティング６１６は、マニホールドプレートと最も下のインターコネクト４００Ｌとの間の摩擦を減少させるように構成することができ、これは、熱膨張中により小さな滑り摩擦をもたらすことができ、これによりさらに、スタック３００に対する応力を低下させることができる。減摩コーティング６１６は、電気絶縁セラミック材料、例えばアルミナ、ジルコニア、ＹＳＺ等を含む密で平滑なコーティングであってよいか、又はペロブスカイト材料、例えばランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）等を含む粗い粉末コーティングであってよい。

したがって、コラム６００は、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の形状ミスマッチ及び／又は熱膨張係数ミスマッチに基づきスタック３００に加えられる応力を低下させるように構成された緩和構造を含んでいてよい。緩和構造は、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の電気的な切断を減少させるように構成されていてもよい。緩和構造には、コラム６００に加えられる熱応力を低下させるように構成された柔軟層６３０、周囲シール６３４及び／又は減摩コーティング６１６が含まれていてよい。

図９Ｂは、本開示の様々な実施形態による燃料電池コラム６００’の簡略的な分解側面図である。図９Ｃは、図９Ｂに示したコラム６００’において使用され得る捲縮された導電性メッシュの一例の写真である。燃料電池コラム６００’は、図９Ａのコラム６００の変化態様である。したがって、これらの間の相違点のみを詳細に説明する。

図９Ｂ及び図９Ｃを参照すると、コラム６００’は、スタック３００をマニホールドプレート３８０に電気的に接続するワイヤメッシュ６３１を柔軟層として含んでいてよい。メッシュ６３１は、波模様、例えば図９Ｃに示すようなヘリンボーン波模様に折り曲げられた折曲げワイヤで形成され得る。メッシュ６３１は、制御可能な高さの頂部と谷部とを形成するために捲縮され得、これにより、ワイヤメッシュ６３１の厚さを制御することができる。例えば、メッシュ６３１は、約１ｍｍ～約２０ｍｍ、例えば約１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲の厚さを有していてよい。

１つの実施形態では、捲縮されたメッシュ６３１が、純ニッケルとは別の材料で形成され得、これにより、改良された垂直方向整合性及び耐酸化性がもたらされる。したがって、いくつかの実施形態では、メッシュ６３１は、金属合金、例えば上述したインコネル６２５、４４６ステンレス鋼、インコネル６００、ハステロイＸ、クロファー２２等で形成され得る。インコネル６００合金は、１４～１７重量パーセントのクロム、６～１０重量パーセントの鉄、任意には１重量パーセント以下のＭｎ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃ及び／又はＳ、及び少なくとも約７２重量パーセントの（すなわち残りの）ニッケルを含んでいてよい。ハステロイＸ合金は、約２２重量パーセントのクロム、約１８重量パーセントの鉄、約９重量パーセントのモリブデン、１～２原子パーセントのコバルト、任意には１重量パーセント以下のＷ、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｂ、Ｎｂ、Ａｌ及び／又はＴｉ、及び少なくとも約４７重量パーセントの（すなわち残りの）ニッケルを含んでいてよい。クロファー２２合金は、約２０～２４重量パーセントのクロム、０．３～０．８重量パーセントのマンガン、０．０３～０．２重量パーセントのチタン、０．０４～０．２重量パーセントのランタン、任意には１重量パーセント以下のＣ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｐ及び／又はＡｌ、及び少なくとも７３重量パーセントの（すなわち残りの）鉄を含んでいてよい。

いくつかの実施形態では、メッシュ６３１は、例えば抵抗溶接によりマニホールドプレート３８０に固定され得る。特に、メッシュ６３１は、メッシュ６３１がマニホールドプレート３８０に接触している場所でメッシュ６３１の谷部に沿って延びる溶接ラインＷＬに沿って溶接され得る。メッシュ６３１をマニホールドプレート３８０に溶接することでばね状構造が形成されることにより、荷重下でメッシュの弾性が高められ、このことは、マニホールドプレート３８０とスタック３００との間に反りにより誘発されたギャップに対し、メッシュ６３１がより良好に適合して変化することを可能にする。例えば、ギャップに対して変化した結果、スタック３００の電力出力及び／又はスタック３００内の還元プロセス及び酸化プロセスに変化が生じ得る。但し、メッシュ６３１のばね様の動作は、ギャップに対する変化が生じたときに、メッシュ６３１をマニホールドプレート３８０とスタック３００とに接触させ続け、これらを支持することを可能にする。このように、メッシュ６３１は、様々な動作条件において電気的な接触を維持するばねとして機能すると共に、スタック３００の電池に亀裂が生じる機会を減らすように構成され得る。

図１０Ａは、本開示の様々な実施形態による燃料電池コラム６０２の簡略的な分解側面図である。図１０Ｂは、図１０Ａの下部成端プレート６２０の１つの非限定的な実施形態の下面図である。コラム６０２は、コラム６００と同様であってよい。したがって、これらの間の相違点のみを詳細に説明する。

図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すると、コラム６０２は追加的に、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間（例えば柔軟層６３０の下側）に配置された下部成端プレート６２０を含んでいてよい。下部成端プレート６２０は、スタック３００をマニホールドプレート３８０から物理的に分離することにより、応力バッファとして働くように構成され得る。下部成端プレート６２０は、スタック３００との電気的な接触を改良することもでき、これにより、抵抗損失が減少する。

下部成端プレート６２０は、例えば粉末冶金プロセスによりＣｒ－Ｆｅ合金で形成され得る。Ｃｒ－Ｆｅ合金は、４～６重量パーセントの鉄及び９４～９６重量パーセントのクロムを含んでいてよい。或いは、下部成端プレート６２０は、別の高温金属合金、例えばインコネル６２５、ステンレス鋼４４６、ヘインズ合金（例えばニッケル及びクロムを基礎とした合金）、２２～２４重量パーセントのＣｒ及び少なくとも７０重量パーセントの鉄を含むＺＭＧ２３２Ｌ鉄クロム合金等で形成されていてもよい。下部成端プレート６２０の下面には保護コーティング６２２が形成され得、及び／又は、マニホールドプレート３８０の上面には保護コーティング６１６が形成され得る。保護コーティング６２２は、保護コーティング６１２と同じ方法で形成され得ると共に同じ材料が使用され得る。いくつかの実施形態では、コーティング６２２は、約４０μｍ～約９０μｍ、例えば約５０μｍ～約８０μｍの範囲の厚さ、又は約６５μｍの厚さを有していてよい。下部成端プレート６２０は、対応するマニホールドプレート３８０の燃料入口孔及び燃料出口孔に流体接続するように構成された燃料入口開口及び燃料出口開口６２４を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、下部成端プレート６２０は、電気接点６２８を有していてよい。

いくつかの実施形態では、保護コーティング６２２に加えて又は代えて、減摩コーティング６１６が使用され得る。例えば、電気を絶縁するセラミック材料、例えばアルミナ、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）（例えば３％のイットリア安定化ジルコニア）等が使用され得る。

いくつかの実施形態では、下部成端プレート６２０は、スタック３００とマニホールドプレート３８０とを物理的に分離するバッファ層として働くように構成され得る。特に、下部成端プレート６２０は、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の熱応力を軽減するように構成され得る。例えば図１０Ｂに示すように、下部成端プレート６２０は、反りの変化を容易にすることができる軽減構造（relief structure）（例えば切込み又は溝）６２６を形成するように切断、溝付け又は分割され得る少なくとも１つの柔軟プレート６２１を含んでいてよい。例えば、軽減構造６２６は、下部成端プレート６２０にわたり全体的に又は部分的に延在していてよい。軽減構造（例えば溝）６２６は、スタック３００に接触する下部成端プレート６２０の部分に、又はこの部分に隣接して形成され得る。いくつかの実施形態では、下部成端プレート６２０は、複数の積層された柔軟プレート６２１、例えば横方向において互いに軽減構造（例えば切込み）により分離された、１～５枚の積層された軽減構造プレートで形成され得る。別の実施形態では、マニホールドプレート３８０がバッファ層として働くように構成され得る。特に、マニホールドプレート３８０は、１つ以上の柔軟プレート６２１を含んでいてよい。

コラム６０２は、下部成端プレート６２０の燃料入口開口及び燃料出口開口並びに対応するマニホールドプレート３８０の入口開口及び出口開口をシールするように構成された、積層された環状シール６３６を含んでいてよい。シール６３６は、ガラス又はガラス－セラミック材料で形成され得、焼結及び圧縮前には約１００μｍ～約３００μｍ、例えば約１５０μｍ～約２５０μｍの範囲の厚さ、又は約２００μｍの厚さを有していてよい。保護コーティング６２２は、シール６３６に接触する下部成端プレート６２０の部分からは省かれていてよい。

したがって、コラム６００は、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の形状ミスマッチ及び／又は熱膨張係数ミスマッチに基づきスタック３００に加えられる応力を低下させるように構成された緩和構造を含んでいてよい。緩和構造は、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の電気的な切断を減少させるように構成されていてもよい。緩和構造には、柔軟層６３０、周囲シール６３４、シール６３６及び／又は下部成端プレート６２０が含まれていてよい。

図１１は、本開示の様々な実施形態による燃料電池コラム６０４の簡略的な分解側面図である。コラム６０４は、コラム６０２と同様であってよい。したがって、これらの間の相違点のみを詳細に説明する。

図１１を参照すると、コラム６０４は、複数の導電性の柔軟層、例えば第１の柔軟層６３０Ａ及び第２の柔軟層６３０Ｂを含んでいてよい。柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂは、それぞれ導電性の金属メッシュ、例えばニッケルメッシュ等で形成され得る。

いくつかの実施形態では、第１及び第２の柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂは、セパレータ６４４により垂直方向において互いから分離されていてよく、セパレータ６４４は、例えば金属シート又はフォイルで形成され得る。例えば、セパレータ６４４は、インコネル６２５、４４６ステンレス鋼、ヘインズ合金、ＺＭＧ２３２Ｌ合金、又はその他の適切な高温合金で形成され得る。特定の理論に束縛されることは望まないが、ニッケルメッシュで形成された第１及び第２の柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂは、圧縮され、コラム６０４の異なる領域において異なる程度に厚さを減少させられてよく、これにより、その領域全体にわたり電気的な接触及び圧縮力を維持し得ると考えられる。この変形の最大の程度が、適合され得る最大の湾曲ミスマッチを確定し得る。柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂの変形は、ワイヤ太さ、金属の酸化状態、加えられる圧縮力及び／又はその他の要因を含む様々な要因に左右され得る。さらに、セパレータ６４４なしで第１及び第２の柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂを積層しても、全体的な整合性を高めることはできない。それというのも、第１及び第２の柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂが絡み合い、事実上、ワイヤ密度が２倍で厚さは減少した柔軟層が形成されることになりかねないからである。

したがって、２つの柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂをセパレータ６４４で分離することで、事実上、整合性（compliance）を２倍にすることができる。このように、複数の柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂとセパレータ６４４とを積層させることで、より高い整合性を達成することさえ可能になる。セパレータ６４４は、１つの連続した層であってよいか、又は整合性を高めるために、２、４又はそれ以上のピースに切断又は分割されていてよい。いくつかの実施形態では、セパレータ６４４は貫通孔を含んでいてよい。

第１の柔軟層６３０Ａは、第１の周囲シール６３４Ａにより取り囲まれていてよく、第２の柔軟層６３０Ｂは、第２の周囲シール６３４Ｂにより取り囲まれていてよい。シール６３４Ａ，６３４Ｂは、マニホールドプレート３８０の外周にわたって配置され、ガラス又はガラス－セラミック材料で形成され得る。シール６３４Ａ，６３４Ｂは、外周及びシールダムを含む「８の字」水平構成を有していてよい。

いくつかの実施形態では、コラム６０４は、スタック３００内の最下部の２つのインターコネクトの間にダミーの固体酸化物形燃料電池を含んでいてよい。ダミーの固体酸化物形燃料電池は、ダミーの固体酸化物形燃料電池が最下部の２つのインターコネクト同士を接続するスポット溶接されたジャンパ又は電気接点（図示せず）により電気的にバイパスされているという点を除き、スタック３００内のセラミック電解質を有する残りの固体酸化物形燃料電池３１０と同じであってよい。この方法では、ＣＴＥミスマッチ及び／又は反りに基づきダミーの固体酸化物形燃料電池に亀裂が生じた場合でも、亀裂が生じたダミー電池はコラム６０４内で電気的にバイパスされているため、コラム６０４の抵抗が高まることはない。

別の実施形態では、コラム６０４は、１つ以上の任意のダミーのインターコネクト６４０を含んでいてよく、これらはスタックのインターコネクト４００と同様であるが、燃料又は空気を燃料電池３１０に供給はしない。ダミーのインターコネクト６４０は、粉末冶金により形成されるＣｒ－Ｆｅ合金インターコネクトであってよい。

さらに別の実施形態では、ダミーのインターコネクト６４０は、導電性の高温金属合金、例えばインコネル６２５、ＳＳ４４６、ヘインズ合金、ＺＭＧ２３２Ｌ合金等で形成され得る。この場合、ダミーのインターコネクト６４０は、燃料電池の形態を有していてよく、スタック３００内の最下部の固体酸化物形燃料電池に代えてスタック３００内の２つの最下部のインターコネクト４００の間に配置され得る。ダミーのインターコネクト６４０は、スタック３００内の２つの最下部のインターコネクト４００を電気的に短絡させる。ダミーのインターコネクト６４０は、その空気側に保護コーティング６４２を含んでいてよい。特に、保護コーティング６４２は、ダミーのインターコネクト６４０の空気側の酸化を減少させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、保護コーティング６４２は、ＡＰＳ等により被着されるＬＳＭ及び／又はＭＣＯコーティングであってよい。特に、金属のダミーのインターコネクト６４０は、セラミックのダミーのインターコネクトに比べ、破壊及び／又は燃料漏れに対して改良された耐性をもたらすことができる。

様々な実施形態では、マニホールドプレート３８０は、柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂ及び／又はセパレータ６４４を少なくとも部分的に収容するために凹部３８３を含んでいてよい。特に、凹部３８３は、約１００μｍ～約１５０μｍの範囲の深さ、例えば約１２０μｍの深さを有していてよい。

したがって、コラム６０４は、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の形状ミスマッチ及び／又は熱膨張係数ミスマッチに基づきスタック３００に加えられる応力を低下させるように構成された緩和構造を含んでいてよい。緩和構造は、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の電気的な切断を減少させるように構成されていてもよい。緩和構造には、第１の柔軟層６３０Ａ、第２の柔軟６３０Ｂ、第１の周囲シール６３４Ａ、第２の周囲シール６３４Ｂ及び／又はダミーのインターコネクト６４０又はダミーの燃料電池が含まれていてよい。

図１２は、本開示の様々な実施形態による燃料電池コラム６０６の簡略的な分解側面図である。コラム６０６は、コラム６００と同様であってよい。したがって、これらの間の相違点のみを詳細に説明する。

図１２を参照すると、コラム６０６の燃料電池スタック３００は、（図９に示したコラム６００内の偶数構成のスタック３００とは対照的に）奇数構成であってよい。したがって、最も下のインターコネクト４００Ｌの空気側は、マニホールドプレート３８０に面していてよい。上部成端プレート６１０と、スタック３００の最も上のインターコネクト４００Ｕとの間には、導電性の柔軟層６３０及び周囲シール６３４が配置され得る。

上部成端プレート６１０の上面には保護コーティング６１２が形成され得、任意には、保護コーティング６１２は、スタック３００に面した上部成端プレート６１０の下面からは省かれていてよい。スタック３００の最も下のインターコネクト４００Ｌの下面には、第２の保護コーティング６１８が形成され得る。コーティング６１８は、上部成端プレート６１０のコーティング６１２と同じ材料で形成され得る。いくつかの実施形態では、コーティング６１８は、コンタクトプリントにより形成され得、約１０μｍ～約５０μｍ、例えば約２０μｍ～約４０μｍの範囲の厚さ、又は約３０μｍの厚さを有していてよい。例えば、コーティング６１８は、スタック３００の燃料電池３１０と同じ面積及び周長を有していてよい。

図５Ａに関して上述したように、マニホールドプレート３８０の上面及び下面には、保護コーティング３８２が配置され得る。マニホールドプレート３８０の上面において、コーティング３８２は、コーティング６１８と同じ形状及び面積を有していてよい。保護コーティング３８２は、保護コーティング６１２と同じ方法及び材料で形成され得る。例えば、コーティング３８２は、ＡＰＳにより被着されるＬＳＭで形成され得る。スタック３００は、環状のマニホールドシール６１４によりマニホールドプレート３８０に結合され得る。コーティング３８２は、マニホールドシール６１４に接触するマニホールドプレート３８０の部分からは省かれていてよい。

いくつかの実施形態では、コーティング３８２の厚さは、コーティング３８２が緩和構造として働くように増大され得る。例えば、コーティング３８２は、約１００μｍ～約５５０μｍ、例えば約１２０μｍ～約４８０μｍの範囲の厚さ、又は少なくとも約２４０μｍ（例えば２４０～４８０μｍ）の厚さを有していてよい。

図１３は、本開示の様々な実施形態による燃料電池コラム６０８の簡略的な分解側面図である。コラム６０８は、コラム６０４と同様であってよい。したがって、これらの間の相違点のみを詳細に説明する。

図１３を参照すると、コラム６０８の燃料電池スタック３００は、図１１に示した偶数構成というより、むしろ奇数構成であってよい。したがって、最も下のインターコネクト４００Ｌの空気側は、マニホールドプレート３８０に面していてよい。コラム６０８には、第１の柔軟層６３０Ａ、第２の柔軟６３０Ｂ、第１の周囲シール６３４Ａ、第２の周囲シール６３４Ｂ、及び柔軟層６３０Ａと６３０Ｂとの間に配置されたセパレータ６４４が含まれていてよい。

コラム６０８は、スタック３００から柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂを分離する下部成端プレート６２０を含んでいてよい。特に、柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂの酸化を防ぐために、下部成端プレート６２０は、柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂがスタック３００を流れる酸素に曝されることを防止するように構成され得る。下部成端プレート６２０は、導電性の高温金属合金、例えばインコネル６２５、ステンレス鋼４４６、ヘインズ合金、ＺＭＧ２３２Ｌ合金等で形成され得る。いくつかの実施形態では、下部成端プレート６２０は、スポット溶接されたジャンパ（図示せず）を含んでいてよい。別の実施形態では、下部成端プレート６２０は、スタック３００内に配置された、粉末冶金により形成されたクロム－鉄合金インターコネクト４００と同様の、ダミーのインターコネクトであってよい。さらに別の実施形態では、下部成端プレート６２０は、図１０Ｂに示したような軽減構造６２６を含む１つ以上の柔軟プレート６２１で形成され得る。

下部成端プレート６２０が空気に曝される、下部成端プレート６２０の上面には、保護コーティング６２２が形成され得る。保護コーティング６２２は、保護コーティング６１２と同様であってよい。例えば、コーティング６２２は、ＡＰＳにより被着されるＬＳＭで形成され得る。

様々な実施形態では、任意のマニホールドプレート３８０の上面に追加的な凹部又はポケット３８３が機械加工されて、シール及び／又は柔軟層６３０Ａ及び／又は６３０Ｂ用の追加的なスペースが形成されていてよい。例えば、８０μｍ～約１６０μｍ、例えば約１００μｍ～約１４０μｍの範囲の深さを有する凹部が、マニホールドプレート３８０の上部に形成されてよい。

様々な実施形態では、上述した任意のマニホールドプレート３８０は、図１０Ｂに示したような軽減構造６２６と同様の軽減構造を含んでいてよい。例えば、マニホールドプレート３８０の膨張又は収縮を容易にし、それにより対応する燃料電池３１０に加えられる熱応力を低下させるために、マニホールドプレート３８０の幾つかは、溝を含んでいてよいか、又は横方向において軽減構造（例えば切込み）により分離された２つ以上のプレートで形成されていてよい。

したがって、コラム６０６は、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の形状ミスマッチ及び／又は熱膨張係数ミスマッチに基づきスタック３００に加えられる応力を低下させるように構成された緩和構造を含んでいる。緩和構造は、スタック３００とマニホールドプレート３８０との間の電気的な切断を減少させるように構成されていてもよい。緩和構造には、シール６１４，６３４Ａ，６３４Ｂ、柔軟層６３０Ａ，６３０Ｂ、セパレータ６４４、下部成端プレート６２０及び／又はコーティング６２２が含まれていてよい。

様々な実施形態では、燃料電池スタック３００の１つ以上の導電層３１８（図３Ａ、図３Ｄ参照）の厚さは、高められた整合性をもたらすために増大されていてよい。例えば、スタックの最も下の燃料電池３１０と、最下部の２つのインターコネクト４００のうちの少なくとも１つとの間の導電層３１８（例えばニッケルメッシュ）は、熱応力を吸収してスタック３００への損傷を防ぐために、少なくとも８０μｍ、例えば約１００μｍ～約１６０μｍに増大されていてよい。よって、下側の２つのインターコネクトの間のニッケルメッシュは、残りのインターコネクト４００と、残りのスタック３００にわたる燃料電池３１０との間に配置されたニッケルメッシュよりも厚くなっていてよい。よって１つの実施形態では、金属メッシュは、スタック３００内のインターコネクト４００と燃料電池３１０との間に配置されている。この実施形態では、緩和構造に、スタック内の最下部の燃料電池と２つの最下部のインターコネクトのうちの少なくとも１つとの間に配置された下部金属メッシュが含まれており、そこで下部金属メッシュは、スタック３００内の他の金属メッシュよりも大きな厚さを有している。

図１４Ａは、本開示の様々な実施形態による燃料電池コラム６０９の簡略的な分解側面図である。図１４Ｂは、図１４Ａに示したコラム６０９において使用され得る導電性メッシュの写真である。燃料電池コラム６０９は、図１２のコラム６０６と同様である。したがって、これらの間の相違点のみを詳細に説明する。

図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、コラム６０９は、スタック３００をマニホールドプレート３８０に電気的に接続するワイヤメッシュ６３１を柔軟層として含んでいてよい。メッシュ６３１は、波模様、例えば図１４Ｂに示すようなヘリンボーン波模様に折り曲げられた折曲げワイヤで形成され得る。メッシュ６３１は、制御可能な高さの頂部と谷部とを形成するために捲縮され得、これにより、ワイヤメッシュ６３１の厚さを制御することができる。例えば、メッシュ６３１は、約１ｍｍ～約２０ｍｍ、例えば約１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲の厚さを有していてよい。メッシュ６３１は、制御可能な高さの頂部と谷部とを形成するために波付けされ得、これにより、ワイヤメッシュ６３１の厚さを制御することができる。例えば、メッシュ６３１は、約１ｍｍ～約２０ｍｍ、例えば約１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲の厚さを有していてよい。

上述したように、このメッシュ６３１は、純ニッケルとは異なる材料で形成され得る。メッシュ６３１は、金属合金、例えばインコネル６２５、ステンレス鋼４４６、インコネル６００、ハステロイＸ、クロファー２２等で形成され得る。

いくつかの実施形態では、メッシュ６３１は、例えば抵抗溶接によりマニホールドプレート３８０に固定され得る。特に、メッシュ６３１は、メッシュ６３１がマニホールドプレート３８０に接触している場所でメッシュ６３１の谷部に沿って延びる溶接ラインＷＬに沿って、マニホールドプレート３８０のコーティングされていない平らな表面に直接に溶接され得る。メッシュ６３１をマニホールドプレート３８０に溶接することでばね様構造が形成されることにより、荷重下でメッシュの弾性が高められ、このことは、マニホールドプレート３８０とスタック３００との間に反りにより誘発されたギャップに対し、メッシュ６３１が適合して変化することを可能にする。例えば、ギャップに対して変化した結果、スタック３００の電力出力及び／又はスタック３００内の還元プロセス及び酸化プロセスに変化が生じ得る。但し、メッシュ６３１のばね様の動作は、ギャップに対する変化が生じるとメッシュ６３１をマニホールドプレート３８０とスタック３００とに接触させ続け、これらを支持することを可能にする。このように、メッシュ６３１は、様々な動作条件において電気的な接触を維持するばねとして機能すると共に、スタック３００の電池に亀裂が生じる機会を減らすように構成され得る。

様々な実施形態では、メッシュ６３１が空気に曝されること及び／又は酸化することを制限するために、任意には、図９Ａに関して上述したように周囲シール６３４がメッシュ６３１の周りに被着されていてよい。

いくつかの実施形態では、メッシュ６３１は、スタック３００の上部の柔軟層６３０に代えて使用されてもよい。例えば、メッシュ６３１は、上部成端プレート６１０に溶接されていてよい。別の実施形態では、メッシュ６３１は、スタック３００の上部と成端プレート６１０との間に、図９Ａ～図１１に示したように偶数構成で配置され得るか、又は本明細書に開示した柔軟層６３０のいずれかに代えて配置され得る。

本明細書に開示したマニホールドプレート、コーティング及び／又は柔軟層は、マニホールドプレートと対応する燃料電池スタックとの間のＣＴＥの差に基づく損傷から燃料電池スタックを保護することができる。

前述の方法の説明は、単に例示的な例として提供されたにすぎず、様々な実施形態の工程が提示された順序で実行されなければならないことを要求又は暗示することを意図するものではない。当業者であれば理解できるように、前述の実施形態の工程の順序は、任意の順序で実行可能である。「その後」、「次に」、「次」などの単語は、必ずしも工程の順序を限定することを意図したものではなく、これらの単語は、方法の説明を通して読者をガイドするために使用され得る。さらに、例えば冠詞「ａ」、「ａｎ」又は「ｔｈｅ」を使用した請求項の単数形の要素への言及は、要素を単数形に限定すると解釈されるべきではない。さらに、本明細書に記載される任意の実施形態の任意の工程又は構成要素は、他の任意の実施形態で使用可能である。

開示された態様の上記説明は、当業者が本発明を製造又は使用することを可能にするために提供される。これらの態様に対する様々な変形形態は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に定義される一般原則は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の態様に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示される態様に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示された原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲に従うものとする。

Claims (29)

1. 燃料電池とインターコネクトとが交互に配置されたスタックと、マニホールドプレートと、緩和構造と、を含む燃料電池コラムであって、
   前記インターコネクトは、前記スタック内で隣り合う前記燃料電池同士を分離しておりかつそれぞれ燃料及び空気を前記燃料電池に供給するように構成された燃料通路及び空気通路を有し、
   マニホールドプレートは、前記マニホールドプレートの下面に配置された下部入口孔及び下部出口孔、前記マニホールドプレートの反対側の上面に形成された上部出口孔及び上部入口孔、前記上部出口孔を前記下部入口孔に流体接続する出口通路、及び前記上部入口孔を前記下部出口孔に流体接続する入口通路を有し、
   前記緩和構造は、前記スタックと前記マニホールドプレートとの間の形状ミスマッチ及び熱膨張係数ミスマッチのうちの少なくとも１つに基づき前記スタックに加えられる応力を低下させるように構成されている、燃料電池コラム。
2. 前記緩和構造には、前記スタックと前記マニホールドプレートとの間に配置された、少なくとも８０μｍの厚さを有する柔軟な金属メッシュが含まれている、請求項１記載の燃料電池コラム。
3. 前記金属メッシュは、前記マニホールドプレートの前記上面に配置された凹部内に配置されているか、又は前記金属メッシュは、前記マニホールドプレートの前記上面に溶接されている、請求項２記載の燃料電池コラム。
4. 前記金属メッシュを取り囲んでおり、前記スタックと前記マニホールドプレートとの間に配置された周囲シールをさらに含んでいる、請求項２記載の燃料電池コラム。
5. 前記緩和構造は、前記マニホールドプレートと前記スタックとの間に配置された下部成端プレートをさらに含んでおり、
   前記金属メッシュ及び前記周囲シールは、前記下部成端プレートの上面に配置されている、
   請求項４記載の燃料電池コラム。
6. 前記下部成端プレートの下面に配置された保護コーティングをさらに含んでおり、前記保護コーティングは、ペロブスカイト材料、スピネル材料、又はこれらの組合せを含んでいる、請求項５記載の燃料電池コラム。
7. 前記下部成端プレートは、軽減構造が切り込まれた又は刻み込まれた少なくとも１つの軽減プレートを含んでいる、請求項５記載の燃料電池コラム。
8. 前記緩和構造は、周囲シールをさらに含んでおり、前記周囲シールは、柔軟なバーミキュライト、マイカ、又はガラス－マイカシール材を含んでいる、請求項４記載の燃料電池コラム。
9. 前記緩和構造は、前記スタックと前記下部成端プレートとの間の摩擦を低下させるように構成された高温減摩コーティングをさらに含んでおり、前記減摩コーティングは、電気絶縁セラミック材料層又はペロブスカイト材料を含む粉末コーティングを含んでいる、請求項５記載の燃料電池コラム。
10. 前記緩和構造は、前記マニホールドプレートと前記スタックとの間に配置されたダミーのインターコネクトをさらに含んでおり、
    前記金属メッシュ及び前記周囲シールは、前記ダミーのインターコネクトと前記マニホールドプレートとの間に配置されている、
    請求項５記載の燃料電池コラム。
11. 前記緩和構造は、前記スタック内の２つの最下部のインターコネクト間に配置されかつ前記コラム内で電気的にバイパスされたダミーの固体酸化物形燃料電池を含んでいる、請求項１記載の燃料電池コラム。
12. 前記緩和構造は、前記スタック内の２つの最下部のインターコネクト間に配置されかつ前記２つの最下部のインターコネクトを電気的に短絡するダミーの金属又は金属合金インターコネクトを含んでいる、請求項１記載の燃料電池コラム。
13. 前記緩和構造には、
    前記スタックと前記マニホールドプレートとの間に配置された柔軟な第１の金属メッシュ及び柔軟な第２の金属メッシュと、
    前記第１の金属メッシュと前記第２の金属メッシュとの間に配置された金属シート又はフォイルを含むセパレータと、
    ガラス又はガラス－セラミック材料を含み、前記第１の金属メッシュを取り囲む第１の周囲シールと、
    ガラス又はガラス－セラミック材料を含み、前記第２の金属メッシュを取り囲む第２の周囲シールと
    が含まれている、請求項１記載の燃料電池コラム。
14. 前記第１の金属メッシュ及び前記第２の金属メッシュのうちの少なくとも１つは、前記マニホールドプレートの前記上面に形成された凹部に配置されている、請求項１３記載の燃料電池コラム。
15. 前記スタックと、前記第１及び第２の金属メッシュとの間に配置された下部成端プレートと、
    前記下部成端プレートの上面に配置され、ペロブスカイト材料、スピネル材料、又はこれらの組合せを含む保護コーティングと
    をさらに含んでいる、請求項１３記載の燃料電池コラム。
16. 前記第１及び第２のメッシュ並びに前記メッシュセパレータは、前記燃料電池と同じ面積及び周長を有している、請求項１３記載の燃料電池コラム。
17. 前記緩和構造には、前記マニホールドプレートの前記上面に配置された保護コーティングが含まれており、前記保護コーティングは、前記燃料電池と同じ面積及び周長、並びに約１２０μｍ～約４８０μｍの範囲の厚さを有している、請求項１記載の燃料電池コラム。
18. ガラス又はガラス－セラミック材料を含んでおり、対応する前記スタックの入口孔及び出口孔に通じる前記マニホールドプレートの前記入口孔及び前記出口孔をシールするように構成されたマニホールドシールをさらに含んでいる、請求項１６記載の燃料電池コラム。
19. 前記マニホールドプレートは、ステンレス鋼を含んでおり、
    前記インターコネクトは、Ｃｒ－Ｆｅ合金を含んでいる、
    請求項１記載の燃料電池コラム。
20. 前記緩和構造には、前記マニホールドプレートの軽減プレート部分が含まれており、前記軽減プレートには、軽減構造が切り込まれている又は刻み込まれている、請求項１記載の燃料電池コラム。
21. 前記マニホールドプレートと前記スタックとの間に配置された下部成端プレートをさらに含んでおり、前記緩和構造には、前記下部成端プレートに切り込まれた又は刻み込まれた軽減構造が含まれている、請求項１記載の燃料電池コラム。
22. 前記緩和構造には、前記スタックと前記マニホールドプレートとの間に配置された周囲シールが含まれており、前記周囲シールは、柔軟なバーミキュライト、マイカ、又はガラス－マイカシール材を含んでいる、請求項１記載の燃料電池コラム。
23. 前記緩和構造には、前記スタックと下部成端プレートとの間の摩擦を低下させるように構成された高温減摩コーティングが含まれており、前記減摩コーティングは、電気絶縁セラミック材料層、又はペロブスカイト材料を含む粉末コーティングを含んでいる、請求項１記載の燃料電池コラム。
24. 前記緩和構造には、前記マニホールドプレートと前記スタックとの間に配置されたダミーのインターコネクトが含まれている、請求項１記載の燃料電池コラム。
25. 前記スタック内の前記インターコネクトと前記燃料電池との間に配置された金属メッシュをさらに含んでおり、前記緩和構造には、前記スタック内の最下部の前記燃料電池と２つの最下部のインターコネクトのうちの少なくとも１つとの間に配置された下部金属メッシュが含まれており、前記下部金属メッシュは、前記スタック内の他の金属メッシュよりも大きな厚さを有している、請求項１記載の燃料電池コラム。
26. 前記柔軟な金属メッシュには、１ミリメートルにつき１．５～２．５本のワイヤを含み、１本のワイヤ太さが１２５～２００ミクロンであり、かつメッシュ厚さが２５０～４００ミクロンであるニッケル又はニッケル合金メッシュが含まれている、請求項２記載の燃料電池コラム。
27. 前記柔軟な金属メッシュにおいて、少なくともいくつかの節が省かれている、請求項２記載の燃料電池コラム。
28. 前記柔軟な金属メッシュにおける節の数を減らすために、前記柔軟な金属メッシュの厚さにわたり孔が形成されており、
    前記孔は、前記柔軟な金属メッシュのワイヤ間の間隔より少なくとも４倍大きな幅を有している、
    請求項２記載の燃料電池コラム。
29. 前記柔軟な金属メッシュは、頂部及び谷部を有するように折り曲げられており、これにより前記柔軟な金属メッシュは、ばねとして機能するようになっており、前記谷部は、前記マニホールドプレートの前記上面に溶接されている、請求項２記載の燃料電池コラム。

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