JP5068970B2

JP5068970B2 - 燃料電池

Info

Publication number: JP5068970B2
Application number: JP2006225891A
Authority: JP
Inventors: 昌宏柴田; 秀樹上松; 泰志墨; 浩也石川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2026-08-22
Also published as: JP2008052943A

Description

本発明は、板状の電解質の表裏面に二つの極を設け、一方の極（以下燃料極という。）に燃料ガスを供給すると共にもう一方の極（以下空気極という。）に酸化剤ガスを供給して発電する燃料電池に関する。

板状の電解質の表裏面に燃料極と空気極を設け、燃料極側に燃料ガスを供給すると共に空気極側に酸化剤ガスを供給して発電するようにした燃料電池が、例えば特許文献１に記載されている。この燃料電池は、電解質の表裏面に燃料ガス（例えば水素含有ガス）に接する燃料極と酸化剤ガス（例えば酸素含有ガス）に接する空気極とを設けて燃料電池セルを形成し、該燃料電池セルを複数セット積層してセル群を形成し、そのセル群を一対のエンドプレートで挟むと共にエンドプレート同士を締付けボルトによって締め付けて燃料電池スタックとなし、その燃料電池スタックを電力出力用の外部出力端子を設けた容器内に納め、さらに前記エンドプレートと締付けボルトとを電気的に接続すると共にこの締付けボルトと前記容器の外部出力端子とを導線で電気的に接続するようにしたものである。
特開２００５−１８３０８９号公報

現在、燃料電池には、電解質の材質により大別して、高分子電解質膜を電解質とする固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）と、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）と、Ｌｉ−Ｎａ／Ｋ系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）と、例えばＺｒＯ_２系セラミックを電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の４タイプがある。各タイプは、作動温度（イオンが電解質中を移動できる温度）が異なるのであって、現時点において、ＰＥＦＣは常温〜約９０℃、ＰＡＦＣは約１５０℃〜２００℃、ＭＣＦＣは約６５０℃〜７００℃、ＳＯＦＣは約７５０℃〜１０００℃である。

いうまでもなく燃料電池の容器の内部は、前記作動温度以上の高温に保たれている。一般に金属の電気抵抗は、温度が高くなるほど大きくなるため、特許文献１の燃料電池では、電気を通す締付ボルトの電気抵抗が発電時に増大してロスが大きくなる。従って燃料電池の発電効率が低下する。かといって銅のような電気抵抗の小さい金属を使用すると、高温のガスに晒されて酸化するため、結局、電気抵抗が増大するおそれがある。

板状の電解質の表裏面に燃料ガスに接する一方の極と酸化剤ガスに接するもう一方の極とを設けてなる燃料電池セルと、該燃料電池セルを複数セット積層してなるセル群を積層状態に固定する固定部材と、電力出力用の出力部材と、を有する燃料電池スタックを容器に納めてなる燃料電池であって、前記出力部材は、耐酸化性を有する導電部材で形成されたねじ軸の内部に前記導電部材より電気伝導に優れた導電部材による芯材を設けてなる締付けねじを有するものであり、前記締付けねじは、前記セル群を固定する前記固定部材の全部又は一部を構成すると共に前記芯材を有する先端を前記容器の外に突出させてその突出部分を接続端子部としたものである燃料電池を提供する。

また、請求項２に記載したように、前記出力部材がセル群の上及び下を挟むエンドプレートの少なくとも一方を有する請求項１に記載の燃料電池を提供する。

また、請求項３に記載したように、前記燃料電池セルが固体酸化物形か又は溶融炭酸塩形である請求項１又は２に記載の燃料電池を提供する。

また、請求項４に記載したように、前記芯材を構成する導電部材が銅である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池を提供する。

また、請求項５に記載したように、前記芯材が焼きばめ、冷やしばめ又は圧入のいずれかされたものである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池を提供する。

また、請求項６に記載したように、前記芯材が溶融金属を流し込んで固化させたものである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池を提供する。

本発明によれば、導電部材の電気抵抗が発電に必要な高温下で増大しても、それより電気伝導に優れた芯材を伝って電気が流れるから、出力部材自身の電気抵抗に起因するロスが抑制できる。そして、高温のガスより酸化しやすい芯材が耐酸化性を有する導電部材でガードされるため、酸化による抵抗増加のおそれもない。よって、高温のガスに対する耐酸化性に優れ且つ高温でも電気抵抗が小さい、つまり”燃料電池の使用条件に最適な出力部材”を備えた燃料電池が提供できる。

また、請求項３により特定した固体酸化物形燃料電池と溶融炭酸塩形燃料電池の作動温度は、他の２タイプに比べて極めて高温であるため、上記した解決課題が特に顕著に現れるものであり、従って本発明により大きな利益が享受できる。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図１は燃料電池の縦断面図、図２は燃料電池スタックの斜視図、図３は燃料電池セルの分解斜視図、図４（ａ）は燃料電池セルの図３においてＸ−Ｘ方向に切断した分解断面図、図４（ｂ）は同じくＹ−Ｙ方向に切断した分解断面図、図５（ａ）は燃料電池スタックの図３においてＸ−Ｘ方向に切断した断面図、図５（ｂ）は同じくＹ−Ｙ方向に切断した断面図、図６は下のエンドプレートを示す分解斜視図である。

実施形態の燃料電池１は、例えばＺｒＯ_２系セラミックを電解質２とするＳＯＦＣであって、発電の最小単位である燃料電池セル３と、該燃料電池セル３を複数セット積層してセル群となし該セル群を固定して燃料電池スタック４となす固定部材５と、燃料電池スタック４を納める容器６と、前記燃料電池スタック４に対し各燃料電池セル３に燃料ガスを供給する燃料供給経路１００と、その燃料ガスを排出する燃料排出経路２００と、同じく各燃料電池セル３に酸化剤ガスを供給する酸化剤供給経路３００と、その酸化剤ガスを排出する酸化剤排出経路４００と、燃料電池スタック４で発電した電気を出力する出力部材７と、から概略構成される。

［燃料電池セル］
燃料電池セル３は、図３，図４において下から順に、四角い板形態であって導電性を有するインターコネクタ８と、四角い額縁形態である金属製の燃料極フレーム９と、金属とセラミックを混合して四角い板形態にした燃料極１０と、四角い板形態であるＺｒＯ_２系セラミック製の電解質２と、四角い板形態であるセラミック製の空気極１１と、四角い額縁形態であって導電性を有する金属製のセパレータ１２と、四角い額縁形態であってセラミック製の絶縁フレーム１３と、四角い額縁形態である金属製の空気極フレーム１４と、四角い板形態であって導電性を有するインターコネクタ８と、から概略構成される。

前記電解質２には、図３，図４において表面に空気極１１が固着され、裏面に燃料極１０が固着されており、該電解質２がセパレータ１２の裏面に固着される。そして、この電解質２と一体のセパレータ１２は、下のインターコネクタ８の上に重ねた燃料極フレーム９のさらにその上に重ねられている。この状態で燃料極フレーム９の開口部９ａとインターコネクタ８によって、密閉された燃料室１５が形成され、該燃料室１５の中に電解質２と一体の燃料極１０が収まっている。

一方、セパレータ１２より上の絶縁フレーム１３はセパレータ１２の表面に積層され、その上の空気極フレーム１４は絶縁フレーム１３の表面に積層されており、絶縁フレーム１３の開口部１３ａと空気極フレーム１４の開口部１４ａによってセパレータ１２の表側に空気室１６が形成され、さらにこの空気室１６の上面をインターコネクタ８で塞いでいる。このとき電解質２の表面にある空気極１１は、セパレータ１２の開口部１２ａの中に周囲と無接触の状態で収まっている。なお、図４中、符号１７は空気極１１とインターコネクタ８を電気的に接続するための集電体である。

以上のように燃料電池セル３は、インターコネクタ８、燃料極フレーム９、セパレータ１２、絶縁フレーム１３、空気極フレーム１４、インターコネクタ８の組合せによって燃料室１５と空気室１６を形成し、その燃料室１５と空気室１６とをセパレータ１２で仕切って相互に独立させ、さらに、空気極フレーム１４とセパレータ１２の間に設けた絶縁フレーム１３で燃料極側と空気極側を電気的に絶縁している。

［燃料電池スタック］
燃料電池スタック４は、前記燃料電池セル３を例えば１５セット積層してセル群となし、該セル群を固定部材５で固定したものである。
前記固定部材５は、セル群の上下を挟む一対のエンドプレート１８ａ，１８ｂと、該エンドプレート１８ａ，１８ｂとセル群を上下に貫いて締め付ける四組の締付けねじ５ａ〜５ｄとナット５０ａ〜５０ｄとを組み合わせたものである。四本の締付けねじ５ａ〜５ｄは、図２，図３に示したように燃料電池スタック４のコーナー間の中間に貫設した通孔１９ａ〜１９ｄに配設され、ボルト状の頭部５ｈとナット５０ａ〜５０ｄにより両エンドプレート１８ａ，１８ｂを締め付けてセル群を固定する。締付けねじ５ａ〜５ｄの頭部５ｈとナット５０ａ〜５０ｄには絶縁座金２０を介装し、また、締付けねじ５ａ〜５ｄの軸部も通孔１９ａ〜１９ｄとの間に隙間を設けて絶縁し、そうして締付けねじ５ａ〜５ｄにセル群からの電気が流れないようにしてある。

なお、上下に連なる関係にある燃料電池セル３，３同士は、同じ目的・機能のインターコネクタ８，８が二枚続きに重なる無駄を回避するため、図５に示したように、上下の燃料電池セル３，３同士で一枚のインターコネクタ８を共有する。

［容器］
容器６は、耐熱且つ密閉構造であって、開口部にフランジ６ａを有する二個の半割体６０ａ，６０ｂを向かい合わせにして接合したものである。

［燃料供給・排出経路］
各燃料電池セル３の燃料室１５に燃料ガスを供給する燃料供給経路１００は、前記締付けねじ５ａの中心に形成した軸方向の供給孔１０１と、締付けねじ５ａの供給孔１０１から燃料極フレーム９の中心に向けて穿設した供給横孔１０２と、燃料極フレーム９の通孔１９ａの内寄りの半分を矩形に拡張した供給連絡室１０３と、該供給連絡室１０３と燃料室１５の間を仕切る隔壁１０４の上辺をラックギヤ形態に凹ませた供給連絡部１０５と、から形成される。

一方、燃料室１５から燃料ガスを排出する燃料排出経路２００は、燃料室１５の中心を挟んで燃料供給経路１００と対称位置であって、締付けねじ５ｃの中心に形成した軸方向の排出孔２０１と、締付けねじ５ｃの排出孔２０１から燃料極フレーム９の中心に向けて穿設した排出横孔２０２と、燃料極フレーム９の通孔１９ｃの内寄りの半分を矩形に拡張した排出連絡室２０３と、該排出連絡室２０３と燃料室１５の間を仕切る隔壁２０４の上辺をラックギヤ形態に凹ませた排出連絡部２０５と、から形成される。

よって燃料ガスは、図５（ａ）に示したように、締付けねじ５ａの供給孔１０１ → 供給横孔１０２ → 供給連絡室１０３（※図５（ａ）では省略してある。図３，図４参照。） → 供給連絡部１０５、の燃料供給経路１００を通って燃料室１５に供給され、さらに燃料室１５から、排出連絡部２０５ → 排出連絡室２０３（※図５（ａ）では省略してある。図３，図４参照。） → 排出横孔２０２ → 締付けねじ５ｃの排出孔２０１、の燃料排出経路２００を通って排出される。なお、締付けねじ５ａ，５ｃの頂部にはジョイント２１を介してガスパイプ２２，２２が接続されており、該ガスパイプ２２，２２を介して容器６の外につながっている。

［酸化剤供給・排出経路］
各燃料電池セル３の空気室１６に酸化剤ガスを供給する酸化剤供給経路３００は、前記燃料供給経路１００とほぼ同じ構造であって、締付けねじ５ｂの中心に形成した軸方向の供給孔３０１と、締付けねじ５ｂの供給孔３０１から空気極フレーム１４の中心に向けて穿設した供給横孔３０２と、空気極フレーム１４の通孔１９ｂの内寄りの半分を矩形に拡張した供給連絡室３０３と、該供給連絡室３０３と空気室１６の間を仕切る隔壁３０４の上辺をラックギヤ形態に凹ませた供給連絡部３０５と、から形成される。

一方、空気室１６から酸化剤ガスを排出する酸化剤排出経路４００は、空気室１６の中心を挟んで前記酸化剤供給経路３００と対称位置であって、締付けねじ５ｄの中心に形成した軸方向の排出孔４０１と、締付けねじ５ｄの排出孔４０１から空気極フレーム１４に向けて穿設した排出横孔４０２と、空気極フレーム１４の通孔１９ｄの内寄りの半分を矩形に拡張した排出連絡室４０３と、該排出連絡室４０３と空気室１６の間を仕切る隔壁４０４の上辺をラックギヤ形態に凹ませた排出連絡部４０５と、から形成される。

従って、酸化剤ガスは、図５（ｂ）に示したように、締付けねじ５ｂの供給孔３０１ → 供給横孔３０２ → 供給連絡室３０３（※図５（ｂ）では省略してある。図３，図４参照。） → 供給連絡部３０５、の酸化剤供給経路３００を通って空気室１６に供給され、さらに空気室１６から排出連絡部４０５ → 排出連絡室４０３（※図５（ｂ）では省略してある。図３，図４参照。） → 排出横孔４０２ → 締付けねじ５ｄの排出孔４０１、の酸化剤排出経路４００を通って排出される。
なお、締付けねじ５ｂ，５ｄの頂部にはジョイント２１を介してガスパイプ２３，２３が接続されており、該ガスパイプ２３，２３を介して容器６の外につながっている。

［発電］
以上の構成である燃料電池スタック４に対し、容器６内を作動温度に高めた状態で燃料供給経路１００から燃料室１５に燃料ガスとして例えば水素を供給し、また、酸化剤供給経路３００から空気室１６に酸化剤ガスとして例えば空気を供給すると、それらが電解質２を介して化学反応を起こすため、空気極１１を正極、燃料極１０を負極とする直流の電気エネルギが発生する。前記のように燃料電池スタック４は複数の燃料電池セル３を積層して直列に接続した状態であるから、上のエンドプレート１８ａが正極で、下のエンドプレート１８ｂが負極になる。なお、燃料電池セル３内で電気エネルギが発生するメカニズムは周知であるため、説明を省略する。

［出力部材］
燃料電池スタック４で発電した電気を出力する出力部材７は、主として燃料電池スタック４のコーナーに位置する四本の締付けねじ７ｅ〜７ｈと前記エンドプレート１８ａ，１８ｂ（該エンドプレートは、前記のように固定部材５でもある。）であって、対角線上で向かい合う一対の締付けねじ７ｅ，７ｇを正極である上のエンドプレート１８ａに電気的に接続し、また、他の一対の締付けねじ７ｆ，７ｈを負極である下のエンドプレート１８ｂに電気的に接続する。

前記締付けねじ７ｅ，７ｇは、図１，図２に示したように、全長に雄ねじを刻設したねじ軸７ｓの一端に袋ナット状の頭部７ｒを螺着したものである。この締付けねじ７ｅ，７ｇは、燃料電池セル３のコーナーに設けたコーナー通孔１９ｅ，１９ｇに挿通され、上のエンドプレート１８ａに溶接したナット７０ｅ，７０ｇに螺合している。該ナット７０ｅ，７０ｇは上のエンドプレート１８ａと直接つながって通電可能であるのに対し、締付けねじ７ｅ，７ｇの頭部７ｒと下のエンドプレート１８ｂとの間には絶縁座金２０が介装されていて絶縁状態であり、また、締付けねじ７ｅ，７ｇのねじ軸７ｓもコーナー通孔１９ｅ，１９ｇとの間に隙間が設けられていて絶縁状態にある。よって締付けねじ７ｅ，７ｇは、上のエンドプレート１８ａにつながった正極の出力端子として機能する。

一方、締付けねじ７ｆ，７ｈも、図１に示したように、全長に雄ねじを刻設したねじ軸７ｓの一端に袋ナット状の頭部７ｒを螺着したものである。この締付けねじ７ｆ，７ｈは、上のエンドプレート１８ａに載せたナット７０ｆ，７０ｈに螺合している。前記袋ナット状の頭部７ｒは下のエンドプレート１８ｂに直接溶接されて通電可能であるのに対し、上のエンドプレート１８ａとナット７０ｆ，７０ｈとの間には絶縁座金２０が介装されていて絶縁状態であり、また、締付けねじ７ｆ，７ｈのねじ軸７ｓもコーナー通孔１９ｆ，１９ｈとの間に隙間が設けられていて絶縁状態にある。よって締付けねじ７ｆ，７ｈは、下のエンドプレート１８ｂにつながった負極の出力端子として機能する。

出力部材７を構成する全ての締付けねじ７ｅ〜７ｈは、先端が前記容器６の外に突出しており、その突き出た部分を接続端子部７ｔとしてそこに他の導線（図示せず）を接続する。なお、図１において符号２４は、締付けねじ７ｅ〜７ｈを容器６に固定するための第２ナット、また、符号２５は締付けねじ７ｅ〜７ｈのねじ軸７ｓに嵌めたカラーであり、さらに符号２６は該カラー２５と容器６の間及び前記第２ナット２４と容器６の間に装着した絶縁座金である。

また、本発明の出力部材７は、高温時に電気抵抗が増大して発生するロスを抑制するため、耐酸化性を有する導電部材の内部に該導電部材より電気伝導に優れた導電部材で形成した芯材７ｗを設けるようにしてある。

すなわち出力部材７を構成する締付けねじ７ｅ〜７ｈは、ねじ軸７ｓを例えばステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）で形成し、その内部に銅（抵抗率＝１.７２×１０^−８Ωｍ）の芯材７ｗを設けてなる。また、出力部材７を構成するエンドプレート１８ａ，１８ｂも、図６に示したように、全体をステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）で形成し、その内部に銅製の円板形の芯材７ｗが設けられている。こうすることにより高温時にステンレス鋼の電気抵抗が増大してもそれより電気伝導に優れた銅を伝って電気が流れるから、出力部材７の電気抵抗に起因するロスが抑制できる。また、高温のガスに対する耐酸化性に優れたステンレス鋼が銅を包んでガードするため、酸化による電気抵抗増加のおそれもない。なお、ねじ軸７ｓの一端に螺着した頭部７ｒは袋ナット状であるため、芯材７ｗが容器６内に露出するおそれがなく、また、エンドプレート１８ａ，１８ｂの芯材７ｗも燃料電池セル３のインターコネクタ８に密着するため容器６内に露出するおそれがない。
出力部材７の内部に芯材７ｗを設ける手段としては、焼きばめ、冷やしばめ、、圧入又は芯材７ｗを溶融させて流し込む方法を採用すればよい。なお、芯材７ｗは銅以外にも、金、銀、アルミニウム、ジュラルミンなどでもよい。

以上の説明で明らかなように本実施形態の出力部材７は、締付けねじ７ｅ〜７ｈとナット７０ｅ〜７０ｈによってエンドプレート１８ａ，１８ｂを締め付けるものであり、この締付けねじ７ｅ〜７ｈとナット７０ｅ〜７０ｈの組合せを固定手段として前記固定部材５と同等のセル群固定機能を果たす。よって本発明の出力部材７は、前記締付けねじ５ａ〜５ｄとナット５０ａ〜５０ｄによる固定部材５の能力不足を補完して燃料電池スタック４の固定に寄与するものであり、燃料電池スタック４の固定に必要とされる固定部材５の一部を代用する。

ところで実施形態の燃料電池１は、固定部材５たる締付けねじ５ａ〜５ｄが燃料や酸化剤の供給・排出経路を兼ねている点にも特徴があり、一般的には固定部材５と燃料や酸化剤の供給・排出経路は別々に設けられている。そのような従来の燃料電池に本発明を実施した場合には、本発明の出力部材７で固定部材５の全てを代用させることも可能である。つまり出力部材７を構成する締付けねじのみで燃料電池スタック４を固定するのである。

電解質２として、実施形態として例示したＺｒＯ_２系セラミックの他、ＬａＧａＯ_３系セラミック、ＢａＣｅＯ_３系セラミック、ＳｒＣｅＯ_３系セラミック、ＳｒＺｒＯ_３系セラミック、ＣａＺｒＯ_３系セラミック等が挙げられる。また、電解質２を高分子電解質膜として固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）に、また、電解質２をリン酸としてリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）に、さらにまた、電解質２をＬｉ−Ｎａ／Ｋ系炭酸塩として溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）にしてもよい。

燃料極１０の材料として、Ｎｉ及びＦｅ等の金属と、Ｓｃ、Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニア等のＺｒＯ_２系セラミック、ＣｅＯ_２系セラミック等のセラミックのうちの少なくとも１種との混合物が挙げられる。また、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ及びＦｅ等の金属でもよく、これらの金属は１種のみでもよいし、２種以上の合金にしてもよい。さらに、これらの金属及び／又は合金と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物（サーメットを含む。）が挙げられる。また、Ｎｉ及びＦｅ等の金属の酸化物と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物等が挙げられる。

空気極１１の材料として、例えば各種の金属、金属の酸化物、金属の複酸化物等を用いることができる。金属としてはＰt、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。さらに、金属の酸化物としては、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｃｏ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２及びＦｅＯ等）が挙げられる。また、複酸化物としては、少なくともＬａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ_１−ＸＳｒ_ＸＣｏＯ_３系複酸化物、Ｌａ_１−ＸＳｒ_ＸＦｅＯ_３系複酸化物、Ｌａ_１−ＸＳｒ_ＸＣｏ_１−ｙＦｅＯ_３系複酸化物、Ｌａ_１−ＸＳｒ_ＸＭｎＯ_３系複酸化物、Ｐｒ_１−ＸＢａ_ＸＣｏＯ_３系複酸化物及びＳｍ_１−ＸＳｒ_ＸＣｏＯ_３系複酸化物等）が挙げられる。

出力部材７の材料として、ステンレス鋼の他、ニッケル基合金、クロム基合金等の耐熱合金等が挙げられる。
具体的には、ステンレス鋼としてフェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナ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、ＳＵＳ４３０の他、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４０５等が、また、マルテンサイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３１等が、また、オーステナイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０５等が挙げられる。さらに、ニッケル基合金としては、インコネル６００、インコネル７１８、インコロイ８０２等が挙げられ、また、クロム基合金としては、ＤｕｃｒｌｌｏｙＣＲＦ（９４Ｃｒ５Ｆｅ１Ｙ_２Ｏ_３）等が挙げられる。
なお、エンドプレート１８ａ，１８ｂを除く固定部材５の材料としては、上記出力部材７の材料に加えてアルミナ、ジルコニア等のセラミックでもよい。

燃料ガスとしては、水素、還元剤となる炭化水素、水素と炭化水素との混合ガスがあり、これらを所定温度の水中に通して加湿したり、これらに水蒸気を混合する等してもよい。前記炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。これらの燃料ガスは１種のみを用いてもよいし、２種以上を混合してもよい。また、５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。

酸化剤ガスとしては、酸素と他の気体の混合ガス等が挙げられる。さらに、この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化剤ガスのうちでは、安全且つ安価であることから空気（約８０体積％の窒素が含まれている。）が好ましい。

以上本発明を実施の形態及び実施例について説明したが、もちろん本発明は上記に限定されるものではない。例えば、実施形態では出力部材７である締付ねじ７ｅ〜７ｈの突出方向を一方に統一したが、図７のように締付ねじ７ｅ〜７ｈを正極と負極に分けて互いに逆方向に突出させるようにしてもよい。この場合、締付ねじ７ｅ〜７ｈを、頭部７ｒとねじ軸７ｓが一体であるボルト形（頭部形状は六角形に限定されず、円形や三角以上の多角形でもよい。）にして、その頭部７ｒをエンドプレート１８ａ，１８ｂに溶接する。そうすることにより、エンドプレート１８ａ，１８ｂと締付ねじ７ｅ〜７ｈの接続箇所の電気抵抗を最小限に抑制することができる。
また、実施形態では２枚のエンドプレート１８ａ，１８ｂでセル群の上下を挟むようにしたが、該エンドプレートを１枚にしてセル群の上又は下のいずれか一方のみにあてがうようにしてもよい。

燃料電池の縦断面図である。燃料電池スタックの斜視図である。燃料電池セルの分解斜視図である。（ａ）は燃料電池セルの図３においてＸ−Ｘ方向に切断した分解断面図、（ｂ）は同じくＹ−Ｙ方向に切断した分解断面図である。（ａ）は燃料電池スタックの図３においてＸ−Ｘ方向に切断した断面図、（ｂ）は同じくＹ−Ｙ方向に切断した断面図である。下のエンドプレートを示す分解斜視図である。他の形態を示す燃料電池の縦断面図である。

１ …燃料電池
２ …電解質
３ …燃料電池セル
４ …燃料電池スタック
５ …固定部材
６ …容器
７ …出力部材
７ｅ〜７ｈ…締付けねじ
７ｓ…ねじ軸
７ｔ…接続端子部
７ｗ…芯材
１０…燃料極
１１…空気極
１８ａ，１８ｂ…エンドプレート

Claims

板状の電解質の表裏面に燃料ガスに接する一方の極と酸化剤ガスに接するもう一方の極とを設けてなる燃料電池セルと、
該燃料電池セルを複数セット積層してなるセル群を積層状態に固定する固定部材と、
電力出力用の出力部材と、を有する燃料電池スタックを容器に納めてなる燃料電池であって、
前記出力部材は、耐酸化性を有する導電部材で形成されたねじ軸の内部に前記導電部材より電気伝導に優れた導電部材による芯材を設けてなる締付けねじを有するものであり、
前記締付けねじは、前記セル群を固定する前記固定部材の全部又は一部を構成すると共に前記芯材を有する先端を前記容器の外に突出させてその突出部分を接続端子部としたものであることを特徴とする燃料電池。
前記出力部材は、前記セル群の上及び下を挟むエンドプレートの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
前記燃料電池セルが固体酸化物形か又は溶融炭酸塩形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
前記芯材を構成する導電部材が銅であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池。
前記芯材は、焼きばめ、冷やしばめ又は圧入のいずれかされたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池。
前記芯材は、溶融金属を流し込んで固化させたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池。