JP2023085806A - インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体、および、電気化学反応セルスタック - Google Patents

Abstract

【課題】Ｍｎ３Ｏ４の析出に起因する電解質層のクラックの発生が抑制される。【解決手段】インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体は、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルと、電気化学反応単セルの燃料極側に配置され、Ｍｎを含むインターコネクタと、を備える。電解質層は、Ｚｒを主成分とする固体酸化物を含み、燃料極側に位置する第１の電解質層と、第１の電解質層に対して空気極側に位置し、Ｚｒを主成分としない固体酸化物を含む第２の電解質層とを有する。第１の電解質層の第１の方向の厚さをｔ１とし、第２の電解質層の第１の方向の厚さをｔ２としたとき、ｔ１／ｔ２ ＜ １が成り立つ。【選択図】図６

Description

本明細書に開示される技術は、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体に関する。

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣは、一般に、所定の方向（以下、「第１の方向」という）に並べられた複数のインターコネクタ－燃料電池単セル複合体（以下、単に「複合体」という）を備える燃料電池スタックの形態で利用される。複合体は、電解質層と電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）と、単セルの燃料極側に配置されたインターコネクタと、を備える（例えば特許文献１参照）。

特開２０１９－２００８７４号公報

インターコネクタは、Ｍｎ（マンガン）を含む金属材料（例えばステンレス等）により形成されたものが用いられることがある。本発明者は、鋭意検討を重ねることにより、このようなインターコネクタが単セルよりも燃料極側に配置された構成では、インターコネクタの形成材料に由来するＭｎが燃料極に面する燃料室に飛散することにより、例えば電解質層にクラックが発生するなど、単セルの性能に悪影響を及ぼすことを新たに見出した。

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という。）の構成単位である電解セル単位を複数備える電解セルスタックにも共通の問題である。また、このような課題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの電気化学反応セルスタックにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、発電単位と電解セル単位とをまとめて電気化学反応単位と呼び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本明細書に開示されるインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体は、固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記燃料極側に配置され、Ｍｎを含むインターコネクタと、を備えるインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記電解質層は、Ｚｒを主成分とする固体酸化物を含み、前記燃料極側に位置する第１の電解質層と、前記第１の電解質層に対して前記空気極側に位置し、Ｚｒを主成分としない固体酸化物を含む第２の電解質層とを有し、前記第１の電解質層の前記第１の方向の厚さをｔ１とし、前記第２の電解質層の前記第１の方向の厚さをｔ２としたとき、ｔ１／ｔ２ ＜ １が成り立つ。

本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体では、電解質層が有する第１の電解質層がＺｒを含んでいる。そのため、電解質層がＺｒを含まない構成に比べて、電解質層の強度が高い。一方、電解質層のうち、酸素分圧が高い空気極（酸素雰囲気）側におけるＺｒの含有割合が高いほど、電解質層のクラックの発生要因となるＭｎ_３Ｏ_４が析出しやすい。これに対して、本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体では、電解質層は、Ｚｒを主成分とする固体酸化物を含む第１の電解質層に対して空気極側に位置し、Ｚｒを主成分としない固体酸化物を含む第２の電解質層を有している。この第２の電解質層の第１の方向の厚さｔ２は、第１の電解質層の第１の方向の厚さｔ１よりも厚い。そのため、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層のクラックの発生が抑制される。

（２）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記第１の電解質層の前記第１の方向の厚さと前記第２の電解質層の前記第１の方向の厚さとは、ｔ１／ｔ２ ＜ ２／３が成り立つ構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、ｔ１／ｔ２ ≧ ２／３である構成に比べて、電解質層の強度低下を抑制しつつ、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層のクラックの発生を、より効果的に抑制することができる。

（３）上記インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、前記第２の電解質層は、Ｃｅを主成分とする固体酸化物を含む構成としてもよい。本インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体によれば、第２の電解質層が、第１の電解質層と同じ蛍石型構造を有しており、焼成により、第１の電解質層と第２の電解質層とが組成傾斜層を形成するため、第１の電解質層と第２の電解質層との接合強度を向上させることができる。

（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第１の方向に並べて配列された複数のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記複数のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体の少なくとも１つは、上記（１）から（３）までのいずれか一つのインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体である構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層のクラックの発生が抑制される。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、電気化学反応セルスタックを備える電気化学反応システム（燃料電池システムまたは電解セルシステム）、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。

実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。 図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。 図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。 電解質層１１２中の酸素分圧と電解質層１１２の厚さとの関係を示す説明図である。 性能評価結果を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ－１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を「上方向」といい、Ｚ軸負方向を「下方向」というものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。なお、上下方向（Ｚ軸方向）は、特許請求の範囲における第１の方向の一例である。燃料電池スタック１００は、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックの一例である。

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ軸方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、「連通孔１０８」という。

各連通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿入されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。なお、図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成するエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成するエンドプレート１０６の下側表面との間には、絶縁シート２６が介在している。ただし、後述のガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４とエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート２６とが介在している。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。

各ボルト２２の軸部の外径は各連通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各連通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｂ）と、そのボルト２２Ｂが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。

また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２に供給する燃料ガス供給マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿入された連通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。

燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図２に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス供給マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス供給マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス供給マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。

（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。

図４および図５に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、スペーサー１４９と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿通される連通孔１０８に対応する孔が形成されている。単セル１１０は、特許請求の範囲における電気化学反応単セルの一例である。

インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、Ｍｎ（マンガン）やＣｒ（クロム）等を含む金属材料（例えばフェライト系ステンレス）により形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。すなわち、空気極１１４および燃料極１１６は、電解質層１１２を挟んで上下方向に互いに対向している。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。

電解質層１１２は、上下方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な（気孔率が低い）層である。ここでいう上下方向視は、「上下方向に平行な方向から見たとき」を意味する（以下における「上下方向視」も同様）。電解質層１１２の詳細については後述する。空気極１１４は、上下方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）層である。空気極１１４は、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄酸化物））により形成されている。燃料極１１６は、上下方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な（電解質層１１２より気孔率が高い）層である。燃料極１１６の厚さは、例えば２００μｍ以上、１０００μｍ以下である。燃料極１１６における燃料極側集電体１４４の付近の部分の平均気孔率は、例えば２５ｖｏｌ％以上、６０ｖｏｌ％以下であり、当該部分の平均気孔径は、例えば０．５μｍ以上、４μｍ以下である。このような構成である本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたろう材（例えばＡｇろう）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。

空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス供給マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３とが形成されている。

燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス供給マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３とが形成されている。

空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電体１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電体１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素が空気極側集電体１３４として機能する。また、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０との一体部材の空気極１１４側の表面は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極１１４と空気極側集電体１３４との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。

燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ接続部１４６と、電極接続部１４５と、電極接続部１４５のＸ軸正方向側とインターコネクタ接続部１４６のＸ軸正方向側とをつなぐ連接部１４７とを備えている。電極接続部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に電気的に接続されている。本明細書において「Ａ部材とＢ部材とが電気的に接続されている」とは、Ａ部材とＢ部材とが互いに直接に接触している構成に限らず、Ａ部材とＢ部材との間に他の導電性部材が介在している構成も含まれる。本実施形態では、電極接続部１４５は、燃料極１１６の上記表面に接触している。インターコネクタ接続部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に電気的に接続されている。すなわち、インターコネクタ接続部１４６は、発電単位１０２に備えられた一対のインターコネクタ１５０の内、単セル１１０に対して下方（上下方向の一方）の側に配置されているインターコネクタ１５０の表面に電気的に接続されている。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ接続部１４６は、下側のエンドプレート１０６に電気的に接続されている。

本実施形態では、燃料極側集電体１４４は、例えばニッケルやニッケル合金、コバルトやコバルト合金等により形成される金属箔（例えば、厚さが１０μｍ以上、８００μｍ以下）により形成されている。なお、燃料極側集電体１４４は、略矩形の金属箔に曲げ加工を施すことにより製造される。

燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接続部１４６と電極接続部１４５と連接部１４７とは一体の部材により構成されている。

電極接続部１４５とインターコネクタ接続部１４６との間には、例えばマイカ等により形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。なお、スペーサー１４９の板厚は、例えば０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下である。なお、単セル１１０とセパレータ１２０と燃料極側フレーム１４０とインターコネクタ１５０とから構成された複合体は、特許請求の範囲におけるインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体の一例である。

Ａ－２．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図４に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス供給マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３および図５に示すように、燃料ガス供給マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス供給マニホールド１７１に供給され、燃料ガス供給マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃以上、１０００℃以下）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。

各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２および図４に示すように、酸化剤ガス排出連通孔１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３および図５に示すように、燃料ガス排出連通孔１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。

Ａ－３．Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生：
上述したように、本実施形態の燃料電池スタック１００に備えられたインターコネクタ１５０は、Ｍｎ（後述の酸化被膜を形成する程度の微量成分（例えば１ｗｔ％以下））を含む材料により形成されている。本発明者は、鋭意検討を重ねることにより、このようなインターコネクタ１５０が単セル１１０の燃料極１１６側に配置された構成では、インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料室１７６に飛散することにより、例えば電解質層１１２にクラックが発生するなど、燃料電池スタック１００（単セル１１０）の性能に悪影響を及ぼすことを新たに見出した。

インターコネクタ１５０の形成材料に由来するＭｎが燃料電池スタック１００の性能に悪影響を及ぼす要因として次のことが考えられる。すなわち、例えば燃料電池スタック１００（または上記複合体）の製造時の熱処理や、燃料電池スタック１００の発電運転中において、燃料ガスＦＧに含まれる水蒸気によって、図４および図５に示すように、インターコネクタ１５０における燃料極１１６側の表面にＭｎを含む酸化被膜（図示せず）が形成される。その後、燃料電池スタック１００の発電運転中に、酸化被膜からＭｎ（ＯＨ）_２（水酸化マンガン）が蒸気として燃料室１７６内に飛散する。飛散したＭｎ（ＯＨ）_２は、燃料極１１６を介して燃料極１１６と電解質層１１２との界面にてＭｎＯ（一酸化マンガン）として付着し、さらに電解質層１１２内に拡散する。拡散したＭｎＯは、電解質層１１２内における高酸素分圧領域に到達すると、電解質層１１２中の粒界にＭｎ_３Ｏ_４（四三酸化マンガン）として析出することにより、電解質層１１２内に内部応力が発生し、その結果、電解質層１１２にクラックが発生すると考えられる。電解質層１１２にクラックが発生すると、例えば、電解質層１１２のイオン伝導性が低下して単セル１１０の発電性能が低下したり、燃料ガスＦＧが空気室１６６側にリークして発電効率が低下したりするおそれがある。そこで、本実施形態の燃料電池スタック１００には、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生を抑制するための構成が備えられている。

Ａ－４．Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生を抑制するための構成：
図４および図５に示すように、電解質層１１２は、第１の電解質層２０１と第２の電解質層２０２とを有している。第１の電解質層２０１は、Ｚｒ（ジルコニウム）を主成分とする固体酸化物を含む層であり、電解質層１１２のうち、燃料極１１６側に位置している。なお、Ｚｒを主成分とする固体酸化物を含む層とは、例えば、第１の電解質層２０１が複数種類の固体酸化物を含む場合、それらの複数種類の固体酸化物の中で、Ｚｒを含む固体酸化物が主成分である層を意味する。第２の電解質層２０２は、Ｚｒを主成分としない固体酸化物を含む層であり、電解質層１１２のうち、空気極１１４側に位置している。なお、Ｚｒを主成分としない固体酸化物を含む層とは、例えば、第２の電解質層２０２が複数種類の固体酸化物を含む場合、それらの複数種類の固体酸化物の中で、Ｚｒを含む固体酸化物が主成分でない層を意味する。本明細書において「主成分」とは、固体酸化物中における酸素を除く全元素に対するＺｒの割合が５０ｗｔ％以上であることをいう。

具体的には、第１の電解質層２０１は、電解質層１１２における燃料極１１６側の表面を構成している。第１の電解質層２０１は、上下方向において燃料極１１６と隣接している。第１の電解質層２０１は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）により形成されている。第２の電解質層２０２は、電解質層１１２における空気極１１４側の表面を構成している。第２の電解質層２０２は、上下方向において空気極１１４と隣接している。

第２の電解質層２０２は、Ｃｅを主成分とする固体酸化物を含んでいる。第２の電解質層２０２は、例えば、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ＬＤＣ（ランタンドープセリア）、ＹＤＣ（イットリウムドープセリア）等のセリウム系酸化物により形成されている。第１の電解質層２０１と第２の電解質層２０２とは、上下方向において互いに隣接している。なお、第２の電解質層２０２の上下方向の厚さは、例えば０．５μｍ以上であり、１０μｍ以下である。

第１の電解質層２０１の上下方向（Ｚ軸方向）の厚さをｔ１とし、第２の電解質層２０２の上下方向の厚さをｔ２としたとき、次の式（１）が成り立つ。
ｔ１／ｔ２ ＜ １ ・・・（１）
さらに、本実施形態では、第１の電解質層２０１の厚さｔ１と第２の電解質層２０２の厚さｔ２とは、次の式（２）が成り立つ。
ｔ１／ｔ２ ＜ ２／３ ・・・（２）

Ａ－５．燃料電池スタック１００の製造方法：
本実施形態における燃料電池スタック１００の製造方法は、例えば以下の通りである。

（燃料極支持層用グリーンシートの作製）
ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との混合粉末に対して、造孔材である有機ビーズと、ブチラール樹脂と、可塑剤であるＤＯＰと、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合してスラリーを調製する。有機ビーズは、例えば、ポリメタクリル酸メチルやポリスチレンなどの高分子により形成された球状粒子である。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ（例えば２００μｍ以上、３００μｍ以下）の燃料極支持層用グリーンシートを作製する。なお、燃料極支持層用グリーンシートを作製する際のＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との混合比率は、その性能を満足する限りにおいて適宜設定されればよい。

（燃料極活性層用グリーンシートの作製）
ＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との混合粉末に対して、ブチラール樹脂と、可塑剤であるＤＯＰと、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合してスラリーを調製する。なお、上述した燃料極支持層用グリーンシートの作製方法と同様に、スラリーの調整の際に、造孔材としての有機ビーズを加えてもよい。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ（例えば１０μｍ以上、４０μｍ以下）の燃料極活性層用グリーンシートを作製する。なお、燃料極活性層用グリーンシートを作製する際のＮｉＯ粉末とＹＳＺ粉末との混合比率は、その性能を満足する限りにおいて適宜設定されればよい。

（電解質層用グリーンシートの作製）
ＹＳＺ粉末に対して、ブチラール樹脂と、可塑剤であるＤＯＰと、分散剤と、トルエンとエタノールとの混合溶剤とを加え、ボールミルにて混合してスラリーを調整する。得られたスラリーをドクターブレード法により薄膜化して、所定の厚さ（例えば２μｍ）の第１の電解質層用グリーンシートを作製する。また、ＧＤＣ粉末に、アクリルバインダーとイソプロピルアルコールとからなる溶媒を添加し、さらに、レオロジー性を高めるためのチクソ材を加えて、混合して、所定の厚さ（例えば１０μｍ）の第２の電解質層用グリーンシートを調製する。

（電解質層１１２と燃料極１１６との積層体の作製）
燃料極支持層用グリーンシートと燃料極活性層用グリーンシートと第１の電解質層用グリーンシートと第２の電解質層用グリーンシートとを貼り付けて所定の温度（例えば約２８０℃）で脱脂する。さらに、脱脂後のグリーンシートの積層体を所定の温度（例えば約１３５０℃）で焼成する。これにより、電解質層１１２（第１の電解質層２０１および第２の電解質層２０２）と燃料極１１６との積層体を得る。

（空気極１１４の形成）
ＬＳＣＦ粉末と、有機バインダとしてのポリビニルアルコールと、有機溶媒としてのブチルカルビトールとを混合し、粘度を調整して、空気極用ペーストを調製する。調整された空気極用ペーストを、上述した電解質層１１２と燃料極１１６との積層体における第２の電解質層２０２の表面に、例えばスクリーン印刷によって塗布して乾燥させ、空気極用ペーストが塗布された積層体を所定の焼成温度（例えば１１００℃）で焼成する。これにより空気極１１４が形成され、燃料極１１６と電解質層１１２と空気極１１４とを備える単セル１１０が作製される。

上述した方法に従い複数の単セル１１０を作製した後、組み立て工程（例えば、各単セル１１０にセパレータ１２０等の他の部材を取り付ける工程、複数の単セル１１０を積層する工程、ボルト２２により締結する工程等）を行う。以上により、燃料電池スタック１００の製造が完了する。

Ａ－６．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態における燃料電池スタック１００では、電解質層１１２が有する第１の電解質層２０１がＺｒを含んでいる。そのため、電解質層１１２がＺｒを含まない構成に比べて、電解質層１１２の強度が高い。一方、電解質層１１２のうち、酸素分圧が高い空気極（酸素雰囲気）側（高酸素分圧領域）におけるＺｒの含有割合が高いほど、電解質層１１２のクラックの発生要因となるＭｎ_３Ｏ_４が析出しやすい。これに対して、本実施形態では、電解質層１１２は、Ｚｒを主成分とする固体酸化物を含む第１の電解質層２０１に対して空気極１１４側に位置し、Ｚｒを主成分としない固体酸化物を含む第２の電解質層２０２を有している（図４および図５参照）。この第２の電解質層２０２の厚さｔ２は、第１の電解質層２０１の第１の方向の厚さｔ１よりも厚い。そのため、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生が抑制される。これにより本実施形態によれば、電解質層１１２の強度の向上と、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生の抑制とを両立させることができる。

次に、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生の抑制について具体的に説明する。図６は、７８０℃における電解質層１１２中の酸素分圧と電解質層１１２の厚さとの関係を示す説明図である。図６のグラフの縦軸は、電解質層１１２中の酸素分圧の計算値（ｌｏｇ（ｐ（Ｏ_２））［ａｔｍ］）を示しており、横軸は、電解質層１１２の上下方向（Ｚ軸方向）の厚さ（μｍ）を示す。グラフＧは、電解質層１１２の厚さ方向（Ｚ軸方向）の各位置における酸素分圧を示している。グラフＧによれば、電解質層１１２中のうち、燃料極１１６に近いほど、酸素分圧が低く、低酸素分圧領域となり、空気極１１４に近くなるほど、酸素分圧が高く、高酸素分圧領域となっていることが分かる。なお、電解質層１１２中の酸素分圧の計算値は、例えば、Ｋｅｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｖｏｌｓ．１２５－１２６（１９９７）ｐｐ．１８７－２４８等に記載された公知の式を用いて、燃料極１１６と電解質層１１２との界面から電解質層１１２と空気極１１４との界面に向かう電解質層１１２の厚み方向の位置ｘに対する酸素分圧ＰＯ２（ｘ）を取得することにより求めることができる。

ここで、本発明者は、電解質層１１２のクラックの発生要因について次のことを新たに見出した。すなわち、Ｚｒ（ジルコニア）を含む電解質層１１２の高酸素分圧領域では、Ｍｎ_３Ｏ_４が固溶する酸素分圧の限界値が、ＭｎＯが固溶する酸素分圧の限界値よりも低い。このため、Ｚｒを含む電解質層１１２における高酸素分圧領域では、Ｍｎ_３Ｏ_４が溶解しにくいために析出しやすくなる。図６に示すように、電解質層１１２中の位置Ｚ０から位置Ｚ３の領域では、比較的に酸素分圧が低いため、Ｍｎ_３Ｏ_４は析出しにくく、ＭｎＯが析出しやすい。一方、電解質層１１２中の位置Ｚ３から位置Ｚ１の領域では、比較的に酸素分圧が高いため、Ｍｎ_３Ｏ_４は析出しやすくなることが分かる。なお、直線Ｌは、Ｍｎ_３Ｏ_４が析出し始める酸素分圧の下限値を示す。

図６中の境界Ｚ２は、第１の電解質層２０１と第２の電解質層２０２との境界を意味しており、この境界Ｚ２は、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出開始位置Ｚ３よりも燃料極１１６側に位置している。これは、第１の電解質層２０１の厚さｔ１と、第２の電解質層２０２の厚さｔ２との間に上記式（１）（ｔ１／ｔ２ ＜ １）が成り立つことにより実現することができる。第１の電解質層２０１は、Ｚｒを主成分とする固体酸化物を含んでいるが、電解質層１１２における低酸素分圧領域（Ｚ０～Ｚ３）に配置されているため、Ｍｎ_３Ｏ_４は析出しにくい。一方、第２の電解質層２０２は、電解質層１１２における高酸素分圧領域（Ｚ３～Ｚ１）に配置されているが、Ｚｒを主成分としない固体酸化物を含んでいる（Ｚｒの濃度が低い）ため、Ｍｎ_３Ｏ_４は析出しにくい。すなわち、燃料電池スタック１００の動作中、第１の電解質層２０１を、Ｍｎ_３Ｏ_４が析出しにくい低酸素分圧領域に保持することができる。その結果、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生が抑制される。

なお、本実施形態では、第２の電解質層２０２は、電解質層に含まれる元素と空気極１１４に含まれる元素との反応を抑制する特定材料（ＧＤＣやＳＤＣなど）を含有する。これにより、空気極１１４から拡散した元素（例えば、Ｓｒ）が第１の電解質層２０１に含まれるＺｒと反応して高抵抗な物質（例えば、ＳｒＺｒＯ_３）が生成されることが抑制される。

さらに、本実施形態では、第１の電解質層２０１の厚さｔ１と第２の電解質層２０２の厚さｔ２とは、次の式（２）（ｔ１／ｔ２ ＜ ２／３）が成り立っている。これは、第１の電解質層２０１と第２の電解質層２０２との境界Ｚ２が、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出開始位置Ｚ３よりも燃料極１１６側に位置していることを意味する。これにより、本実施形態によれば、ｔ１／ｔ２ ≧ ２／３である構成に比べて、電解質層１１２の強度低下を抑制しつつ、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生を、より効果的に抑制することができる。

ここで、複数の単セル１１０のサンプルを用いて行った性能評価例について説明する。図７は、性能評価結果を示す説明図である。本評価では、各サンプルの第１の電解質層２０１の形成材料はＹＳＺであり、第２の電解質層２０２の形成材料はＧＤＣであるものとする。図７に示すように、各サンプル（Ｓ１～Ｓ５）は、第１の電解質層２０１の厚さｔ１と第２の電解質層２０２の厚さｔ２との比（ｔ１／ｔ２）が互いに異なっている。

なお、単セル１１０のサンプルから第１の電解質層２０１と第２の電解質層２０２との境界を決める方法は、次の通りである。第１の電解質層２０１および第２の電解質層２０２の両方の厚み方向全域を含んだ視野で電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による元素マッピングを行い、第１の電解質層２０１の主成分であるＺｒと第２の電解質層２０２の主成分との質量濃度が互いに等しくなる位置を、第１の電解質層２０１と第２の電解質層２０２との境界とする。また、第１の電解質層２０１および第２の電解質層２０２のそれぞれの厚みの測定方法は、次の通りである。上記元素マッピングを行う視野を、平面方向（上記境界に沿った方向）に６等分する厚み方向（第１の電解質層２０１と第２の電解質層２０２との並び方向）に延びる等分線を５本引いたときに、５本の等分線と第１の電解質層２０１とが重なる部分の厚みの平均値を、第１の電解質層２０１の厚さｔ１とする。また、５本の等分線と第２の電解質層２０２とが重なる部分の厚みの平均値を、第２の電解質層２０２の厚さｔ２とする。

各サンプルに対して、次の２つの耐久試験を行った。
「緩い条件の耐久試験」：各サンプルを８００℃で１０００時間発電した後の単セル１１０について電解質層１１２におけるクラックの発生の有無を確認した。
「厳しい条件の耐久試験」：各サンプルを８５０℃で２０００時間発電した後の単セル１１０について電解質層１１２におけるクラックの発生の有無を確認した。
なお、上記単セル１１０を、電解質層１１２の断面が露出するように切断し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面画像を観察することにより、クラックの発生の有無を判断した。

図７に示すように、緩い条件の耐久試験では、上記式（１）（ｔ１／ｔ２ ＜ １）を満たすサンプルＳ１～Ｓ４では、電解質層１１２にクラックの発生は「無し」と評価され、式（１）を満たさないサンプルＳ５では、電解質層１１２にクラックの発生は「有り」と評価された。このことは、式（１）を満たすことにより、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生を抑制できることを意味する。また、厳しい条件の耐久試験では、上記式（２）（ｔ１／ｔ２ ＜ ２／３）を満たすサンプルＳ１，Ｓ２では、電解質層１１２にクラックの発生は「無し」と評価され、式（２）を満たさないサンプルＳ３～Ｓ５では、電解質層１１２にクラックの発生は「有り」と評価された。このことは、式（２）を満たすことにより、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生を、より効果的に抑制できることを意味する。

第２の電解質層２０２は、Ｃｅを主成分とする固体酸化物を含んでいる。これにより、本実施形態によれば、第２の電解質層２０２に含まれる固体酸化物の主成分であるＣｅ酸化物が、第１の電解質層２０１に含まれる固体酸化物の主成分であるＺｒ酸化物と同じ蛍石型構造を有しており、焼成により、第１の電解質層２０１と第２の電解質層２０２とが組成傾斜層を形成するため、第１の電解質層２０１と第２の電解質層２０２との接合強度を向上させることができる。また、第１の電解質層２０１と第２の電解質層２０２との間に、熱膨張係数が傾斜（連続）した強固な接合界面を形成することができる。また、第２の電解質層２０２に含まれる固体酸化物は、Ｃｅ系なので、第２の電解質層２０２は、イオン伝導性が高く、厚くしても抵抗が小さいため、第２の電解質層２０２が厚いことによるデメリットを軽減できる。

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態（または変形例、以下同様）において、電極接続部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接合材を介して接触している構成であってもよい。また、上記実施形態において、インターコネクタ接続部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接合材を介して接触している構成であってもよい。

また、上記実施形態では、燃料極側集電体１４４のインターコネクタ接続部１４６と電極接続部１４５と連接部１４７とは一体の部材により構成されているが、インターコネクタ接続部１４６と電極接続部１４５と連接部１４７との何れかまたはすべてが別体の部材により構成されていてもよい。

上記実施形態では、インターコネクタ１５０と、インターコネクタ１５０と単セル１１０とを電気的に接続する接続部として機能する燃料極側集電体１４４とが別体であったが、インターコネクタ１５０と接続部とが一体形成された構成でもよい。

上記実施形態において、本実施形態では、第１の電解質層２０１の厚さｔ１と第２の電解質層２０２の厚さｔ２とは、ｔ１／ｔ２ ≧ ２／３である構成でもよい。また、第２の電解質層２０２は、Ｃｅを主成分とする固体酸化物を含まない構成でもよい。これらのような構成でも、ｔ１／ｔ２ ＜ １であれば、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生が抑制される。

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００に含まれる全ての複合体について、第１の電解質層２０１および第２の電解質層２０２を有する電解質層１１２を備える構成であったが、少なくとも１つの複合体について、第１の電解質層２０１および第２の電解質層２０２を有する電解質層１１２を備える構成であれば、電解質層１１２の強度の向上と、Ｍｎ_３Ｏ_４の析出に起因する電解質層１１２のクラックの発生の抑制とを両立させることができる。

上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（ＳＯＥＣ）の最小単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６－８１８１３号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替えればよい。

本発明は、金属支持型（メタルサポート型）の単セルを備える複合体や電気化学反応セルスタックにも適用可能である。金属支持型の単セルは、燃料極と空気極との一方に対して電解質層とは反対側に配置された金属支持体を備え、金属支持体によって単セルにおける他の部分（空気極、固体電解質、燃料極など）を支持する。金属支持型の単セルを備える複合体等の適用例は、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態におけるインターコネクタ１５０を金属支持体と読み替えればよい。

２２：ボルト ２４：ナット ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 １００：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０４，１０６：エンドプレート １０８：連通孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：セパレータ １２４：接合部 １３０：空気極側フレーム １３２：酸化剤ガス供給連通孔 １３３：酸化剤ガス排出連通孔 １３４：空気極側集電体 １４０：燃料極側フレーム １４２：燃料ガス供給連通孔 １４３：燃料ガス排出連通孔 １４４：燃料極側集電体 １４５：電極接続部 １４６：インターコネクタ接続部 １４７：連接部 １４９：スペーサー １５０：インターコネクタ １６１：酸化剤ガス供給マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス供給マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 ２０１：第１の電解質層 ２０２：第２の電解質層 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス

Claims (4)

1. 固体酸化物を含む電解質層と、前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極と、を含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記燃料極側に配置され、Ｍｎを含むインターコネクタと、を備えるインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
   前記電解質層は、Ｚｒを主成分とする固体酸化物を含み、前記燃料極側に位置する第１の電解質層と、前記第１の電解質層に対して前記空気極側に位置し、Ｚｒを主成分としない固体酸化物を含む第２の電解質層とを有し、
   前記第１の電解質層の前記第１の方向の厚さをｔ１とし、前記第２の電解質層の前記第１の方向の厚さをｔ２としたとき、
   ｔ１／ｔ２ ＜ １
   が成り立つことを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。
2. 請求項１に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
   前記第１の電解質層の前記第１の方向の厚さと前記第２の電解質層の前記第１の方向の厚さとは、
   ｔ１／ｔ２ ＜ ２／３
   が成り立つことを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。
3. 請求項１または請求項２に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体において、
   前記第２の電解質層は、Ｃｅを主成分とする固体酸化物を含むことを特徴とする、インターコネクタ－電気化学反応単セル複合体。
4. 前記第１の方向に並べて配列された複数のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
   前記複数のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体の少なくとも１つは、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のインターコネクタ－電気化学反応単セル複合体であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。

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