JP5471008B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、アノードおよびカソードで電解質層を挟んだ固体酸化物形の燃料電池に関する。

固体酸化物形の燃料電池は、アノード流体が供給されるアノードと、カソード流体が供給されるカソードと、アノードとカソードとで挟まれた固体酸化物形の電解質層とを有する。このような燃料電池が発電運転するとき、温度分布を発生させ、相対的に高温の高温領域と、相対的に低温の低温領域とを生成させる。特許文献１によれば、アノードにおける高温領域に改質触媒を設け、改質反応による吸熱により高温領域の温度を低下させる技術が開示されている。更にアノードにおける低温領域に燃焼触媒を設け、燃焼反応による発熱により低温領域の温度を上昇させる技術が開示されている。特許文献２によれば、燃料電池のうち相対的に高温となり易い中央部の冷却性を燃料ガスにより高めて、温度分布の均一化を図る燃料電池が開示されている。

特開２００６−５９６１４号公報 特開２００６−６６３８７号公報

産業界では、燃料電池の高温領域の温度を低下させ、燃料電池における温度を均一化させることにより燃料電池における温度の高低差を抑制させる技術の開発が進められている。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の高温領域における発電反応を抑える反応抑制部により、燃料電池の高温領域における発電反応を抑制でき、高温領域における温度を低下させるのに有利であり、燃料電池における温度の高低差を低減させるのに有利な燃料電池を提供することを課題とする。

様相１の本発明に係る燃料電池は、アノード流体が供給されるアノードと、カソード流体が供給されるカソードと、アノードとカソードとで挟まれた固体酸化物形の電解質層とを具備する燃料電池であって、燃料電池は、発電運転されるとき燃料電池において所定の温度以上に高温となる高温領域を有する温度分布を示し、高温領域は、高温領域以外の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部を有し、反応抑制部は、高温領域において、カソード、アノードおよび電解質層のうちの少なくとも一つに、バリヤ層を形成することにより構成されている。

本発明によれば、燃料電池が発電運転されるとき、燃料電池は発電反応により発熱する。このため、燃料電池において、所定の温度以上に高温となる高温領域を有する温度分布が形成される。高温領域とは、本発明に係る反応抑制部が形成されていないときにおいて、所定の温度以上に高温となる領域を意味する。所定の温度は、燃料電池の用途、種類、発電条件、燃料電池の作動温度、電解質層の材質、アノードの材質、カソードの材質等に応じて適宜設定される。

高温領域は、高温領域以外の他の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部を有する。反応抑制部は、カソード反応および／またはアノード反応を抑制する。このため、反応抑制部が高温領域に形成されていないときに比較して、高温領域における発電反応が抑制され、高温領域における発熱が低下される。結果として、燃料電池の温度分布において高低差が低減される。発電反応は、アノードにおけるアノード反応、および／または、カソードにおけるカソード反応を意味する。

様相２に係る燃料電池装置は、アノード流体が供給されるアノードと、カソード流体が供給されるカソードと、アノードとカソードとで挟まれた固体酸化物形の電解質層とを具備する燃料電池を有し、複数個の燃料電池を並設方向に並設して形成された燃料電池群を有する燃料電池装置であって、燃料電池群は、発電運転されるとき各燃料電池において所定の温度以上に高温となる高温領域を有する温度分布を示し、各燃料電池における高温領域は、高温領域以外の前記他の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部を有しており、反応抑制部の反応抑制能力は、燃料電池群における並設方向の端領域では中央領域よりも小さく設定されている。

本様相によれば、燃料電池装置は、複数個の燃料電池を並設方向に並設して形成された燃料電池群を有する。燃料電池群を構成する各燃料電池は、発電運転されるとき、各燃料電池において所定の温度以上に高温となる高温領域を有する温度分布を示す。各燃料電池に温度分布における高温領域は、高温領域以外の他の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部を有する。

ここで、燃料電池装置が発電運転するとき、一般的には、燃料電池群の並設方向における端領域の温度は、燃料電池群の並設方向における中央領域の温度よりも低めとなる。換言すると、燃料電池群の並設方向における中央領域の温度は、燃料電池群の並設方向における端領域の温度よりも高めとなる。中央領域は熱こもりし易いし、端領域は放熱し易いためである。

そこで様相２によれば、反応抑制部の反応抑制能力は、燃料電池群における並設方向の中央領域では端領域よりも大きく設定されている。この結果、燃料電池装置が発電運転するとき、燃料電池群の並設方向における端領域については、反応抑制効果が中央領域よりも相対的に少ない。すなわち、燃料電池群の並設方向における中央領域においては、反応抑制効果が端領域よりも相対的に大きく、従って高温領域における発電反応が抑制される。故に、並設方向の中央領域について、その高温領域における発熱が低下される。このため反応抑制部が設けられていない場合に比較して、燃料電池群の並設方向における中央領域についてみると、高温領域の過剰温度は抑制され、高温領域の温度は相対的に低下する。結果として、燃料電池群の並設方向において高温領域の温度の高低差が低減される。

様相１の本発明によれば、高温領域は、高温領域以外の他の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部を有する。このため反応抑制部が形成されていないときに比較して、高温領域における発電反応が抑制され、発熱が低下され、高温領域における温度が低下し、温度分布における高低差が低減される。結果として、燃料電池の温度分布において高低差が低減される。従って燃料電池が発電運転するとき、燃料電池における温度むらが低減される。

実施形態１に係り、一部を断面にして示す燃料電池の斜視図である。 実施形態１に係り、隣設する燃料電池を集電コネクタ部材で電気的に接続している状態を示す図である。 実施形態１に係り、カソードに積層されたバリヤ層付近を示す図である。 実施形態１に係り、燃料電池の断面図である。 実施形態２に係り、燃料電池の断面図である。 実施形態３に係り、燃料電池の断面図である。 実施形態４に係り、燃料電池の断面図である。 実施形態５に係り、燃料電池の断面図である。 実施形態６に係り、燃料電池の断面図である。 実施形態７に係り、燃料電池の断面図である。 実施形態８に係り、燃料電池の断面図である。 実施形態９に係り、燃料電池の高温領域におけるバリヤ層の形態を示す図である。 実施形態１０に係り、燃料電池の高温領域におけるバリヤ層の形態を示す図である。 実施形態１１に係り、燃料電池の高温領域におけるバリヤ層の形態を示す図である。 実施形態１２に係り、燃料電池から吐出されたアノードガスを燃焼させた燃焼火炎で蒸発部および改質部を加熱させている状態を示す斜視図である。 実施形態１３に係り、燃料電池の断面図である。 実施形態１４に係り、スタックを模式的に示す側面図である。 実施形態１５に係り、スタックを模式的に示す側面図である。

本発明の一視点によれば、反応抑制部は、カソード、アノードおよび電解質層のうちの少なくとも一つの高温領域に、バリヤ層を形成することにより構成されている。バリヤ層は、カソード反応に寄与する媒体としてのカソード活物質（イオンを含む）、および／または、カソード反応に寄与するカソード活物質（イオンを含む）の透過を抑制または防止させる層を意味することができる。従って、バリヤ層がカソードを対象とする場合には、カソード流体に含まれるカソード活物質（イオンを含む）がカソードをこれの厚み方向に透過することを抑制または防止するバリヤ層が採用される。バリヤ層がアノードを対象とする場合には、アノード流体に含まれるアノード活物質（イオンを含む）がアノードに到達することを抑制または防止するバリヤ層が採用される。バリヤ層が電解質層を対象とする場合には、活物質のイオンが電解質層をこれの厚み方向に透過することを抑制または防止するバリヤ層が採用される。バリヤ層は、透過媒体の透過を遮断させることが好ましいが、単位時間あたりの透過媒体の透過を抑制させるだけでも良い。

本発明の一視点によれば、一の燃料電池において、バリヤ層は複数個並設されており、高温領域における相対的に高温側の部位では相対的に低温の部位よりも、バリヤ層の並設密度を高くするように構成されている。このため、高温領域における相対的に高温側の部位では、バリヤ層のバリヤ効果により、高温領域における発電反応が抑制される。複数個のバリヤ層を互いに孤立させつつ配置させることができる。

本発明の一視点によれば、一の燃料電池において、バリヤ層は、高温領域において相対的に高温側の部位では、相対的に低温の部位よりも、バリヤ層の厚みを厚くするように構成されている。厚みが厚い方がバリヤ層のバリヤ性が高まる。高温領域において、これの最高温度部位におけるバリヤ層の厚みを最も厚くできる。この場合、最高温度部位における発電反応を抑え、温度を抑制できる。

本発明の一視点によれば、バリヤ層は、カソードの表面、カソードと電解質層との間、電解質層とアノードとの間、アノードと多孔質導電部との間、アノードがアノード通路に露出している場合にはアノードの表面などに別部材として設けることができる。またカソード、電解質層、アノード、それぞれについて、部分的に厚さを変えることによってバリヤ層を形成したり、部分的に材料特性を変えることによってバリヤ層を形成することができる。別部材の場合には、ガス不透過性の緻密質材料を使用することもでき、ガス透過性を有する多孔質材料を使用することもできる。別部材の場合には、電気伝導性を有する導電材料と使用することもでき、電気伝導性を有しない絶縁材料をバリヤ層として使用することもできる。

本発明の一視点によれば、一の燃料電池において、反応抑制部は、高温領域において、電解質層の厚みを厚くして電解質層を透過するイオンのイオン伝導性を低下させることにより構成されている。電解質層の厚みが厚いと、電解質層を透過するイオンのイオン伝導性が低下するため、発電反応が抑制される。ここで、高温領域において、最高温度部位における電解質層の厚みを最も厚くできる。この場合、最高温度部位における発電反応を抑え、温度を抑制できる。

本発明の一視点によれば、一の燃料電池において、アノードはアノード触媒を有しており、反応抑制部は、高温領域においてアノード触媒の単位体積あたりの担持量をアノードにおいて低下させることにより構成されている。アノード触媒の担持量が低下していると、アノードにおける発電反応が抑制される。ここで、高温領域において、最高温度部位におけるアノード触媒の担持量を最も少なくできる。この場合、最高温度部位における発電反応を抑え、温度を抑制できる。

本発明の一視点によれば、一の燃料電池において、カソードはカソード触媒を有しており、反応抑制部は、高温領域においてカソード触媒の単位体積あたりの担持量をカソードにおいて低下させることにより構成されている。カソード触媒の担持量が低下していると、カソードにおける発電反応が抑制される。ここで、高温領域において、最高温度部位におけるカソード触媒の担持量を最も少なくできる。この場合、最高温度部位における発電反応を抑え、温度を抑制できる。

（実施形態１）
図１〜図４は実施形態１を示す。図１は燃料電池の斜視図を示す。本実施形態に係る燃料電池（セル）１０は、図１および図４に示すように、アノード流体としてのアノードガスが供給されるアノード１１と、カソード流体としてのカソードガスが供給されるカソード１２と、厚み方向においてアノード１１とカソード１２とで挟まれた固体酸化物形の電解質層１５とを有する。アノード１１側には、ガス通気性および導電性を有する集電用の多孔質導電部１１ｗがアノード１１に隣設されており、アノードガスを通過させる通路１１ｒを有する。多孔質導電部１１ｗには電気取り出し用のコネクタ１０ｘが隣設されている。

コネクタ１０ｘはガス不透過性またはガスバリヤ性を有する導電性セラミックスで形成されており、例えば、ＬａＣｒＯ_３等のペロブスカイト型酸化物で形成されている。アノード１１は、アノード触媒として機能できるニッケルを含有する安定化ジルコニア等の導電性セラミックスで形成されている。カソード１２はＡＢＯ_３型のペロブスカイト酸化物等の多孔質の導電性セラミックスで形成されている。カソード１２は、カソードガスが通過する発電室３２の通路３２ｒに対面している。電解質層１５は希土類元素を固溶したジルコニア等の酸化物を基材として形成された酸素イオン伝導体で構成されており、ガス不透過性および電気絶縁性を有する。

燃料電池１０が発電するとき、水素を含むアノードガスがアノードガスマニホルド１３を介して、多孔質導電部１１ｗの通路１１ｒに供給される。アノードガスは水素ガスあるいは水素含有ガスである。酸素を含むカソードガスが、スタック１を収容する発電室３２に供給される。カソードガスは、隣設する燃料電池１０間の通路３２ｒを流れ、カソード１２の表面に至る。カソード１２では、基本的には次のカソード反応が発生すると考えられている。カソード反応により、酸素（Ｏ_２）から酸素イオン（Ｏ^２−）が発生する。カソード１２において発生した酸素イオン（Ｏ^２−）は、カソード１２をこれの厚み方向に透過し、更に、電解質層１５（酸素イオン伝導体，イオン伝導体）を厚み方向に透過し、アノード１１に到達する。通路１１ｒに供給されたアノードガスは多孔質導電部１１ｗを厚み方向に透過し、アノード１１に至る。アノード１１では、次のアノード反応が発生すると考えられており、水Ｈ_２Ｏおよび電子（２ｅ⁻）が発生する。

（カソード反応）…１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−
（アノード反応）…Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
（アノードガスにＣＯが含まれている場合のアノード反応）…ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻
本実施形態によれば、燃料電池１０が発電運転されるとき、燃料電池１０が発電反応により発熱し、燃料電池１０において温度分布が形成される。具体的には、本実施形態に係る反応抑制部が形成されていないとき、燃料電池１０の高さ方向（矢印Ｈ方向）については、図３の特性線Ｔ１０として示すように、燃料電池１０の高さ方向の端側は相対的に低温な低温領域であり、燃料電池１０の高さ方向の中央側は相対的に高温となる。端側は放熱し易く、中央側は熱こもり易いためである。

また、燃料電池１０の幅方向（矢印Ｄ方向）については、図３の特性線Ｔ１２として示すように、燃料電池１０の幅方向の端側は相対的に低温な低温領域であり、燃料電池１０の幅方向の中央側は相対的に高温となる。ここで、本実施形態に係る反応抑制部が形成されていないとき、燃料電池１０において、所定の温度Ｔｓ以上を示す領域を高温領域１０ｈとする。

高温領域１０ｈは、燃料電池１０の高さ方向（矢印Ｈ方向）および幅方向（矢印Ｄ方向）において、所定の温度Ｔｓ以上を示す中央領域に相当する。ここで、高温領域１０ｈとは、本実施形態に係る反応抑制部が形成されていないときにおける高温領域を意味する。一例として、高温領域１０ｈは例えば４５０〜１１００℃の範囲内であり、低温領域は例えば３５０〜９００℃の範囲内であり、その温度範囲において高温領域１０ｈは低温領域よりも相対的に高い温度を示す。

さて、燃料電池１０の高温領域１０ｈにおける温度を抑えるためには、高温領域１０ｈにおける発電反応を抑制すれば良い。すなわち、上記したカソード反応および／またはアノード反応を抑制すれば良い。殊に、高温領域１０ｈにおいて、カソード１２において発生した酸素イオンがアノード１１側に透過することを抑制すれば良い。

そこで本実施形態によれば、図１および図４に示すように、一の燃料電池１０の高温領域１０ｈにおいては、高温領域１０ｈ以外の他の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部として機能するバリヤ層１７が、カソード１２に設けられている。すなわち、図１および図４に示すように、バリヤ層１７は、酸素および／または酸素イオンがカソード１２の内部に透過することを抑制するためのものであり、カソード１２の表面に積層されて形成されており、カソード１２の表面に表出されている。よってバリヤ層１７は、カソードガスが流れる通路３２ｒに対面している。このため、カソードガスに含まれている酸素は、バリヤ層１７のバリヤ作用によりカソード１２に到達できにくい。故に、カソード１２の高温領域１０ｈにおいて、カソード反応が抑制され、従って、酸素イオンの生成および／透過が抑制される。ひいては、高温領域１０ｈにおいては、酸素イオンがアノード１１に到達しにくくなるため、アノード１１における反応も抑制される。

バリヤ層１７は、透過媒体である酸素の透過に対して抵抗性をもつものがあげられる。バリヤ層１７としては、カソード１２よりも気孔率を低下させて酸素透過性を低下させた緻密層、ガラス層等が挙げられ、更に、カソード１２の材質と異なる材質で形成された層、気孔率を低下させて酸素透過性を低下させた多孔質層（安定化ジルコニアの多孔体）などが挙げられる。なお、バリヤ層１７の厚みは均一でも良いし、厚みが変化していても良い。厚み方向における酸素透過性を低下させるため、バリヤ層１７の厚みを厚くしても良い。殊に、高温領域１０ｈにおける最高温度部位１０ｍａｘについて、バリヤ層１７の厚みを最も厚くし、最高温度部位１０ｍａｘから離れるにつれてバリヤ層１７の厚みを薄くすることにしても良い。

燃料電池１０の製造にあたり、流動性をもつスラリーまたはインク状のアノード形成材料を多孔質導電部１１ｗに塗布して乾燥させる工程と、その後、流動性をもつスラリーまたはインク状の電解質層形成材料を塗布して乾燥させる工程と、その後、流動性をもつスラリーまたはインク状のカソード形成材料を塗布して乾燥させる工程と、その後、流動性をもつスラリーまたはインク状のバリヤ材料を塗布して乾燥させる工程と、一体的に焼成させる工程とを経て、バリヤ層１７をもつ燃料電池１０を形成することができる。塗布は、公知の塗布方法を採用できる。刷毛塗り、スプレー塗布、浸漬などが挙げられる。

あるいは、シート状のアノード形成材料を多孔質導電部１１ｗに積層させる工程と、その後、シート状の電解質層形成材料を積層させる工程と、その後、シート状のカソード形成材料を積層させる工程と、シート状のバリヤ材料を積層させる工程と、一体的に焼成させる工程とを経て、燃料電池１０を形成することができる。さらにはＣＶＤ、スバッタリング等の成膜法を採用しても良い。

電解質層１５、アノード１１およびカソード１２の厚みは特に限定されるものではなく、製造方法、燃料電池１０のサイズ、発電条件等によって適宜設定される。電解質層１５の厚みは、例えば１００マイクロメートル〜５ミリメートの範囲内において適宜設定できる。アノード１１の厚みは、例えば１００マイクロメートル〜５ミリメートの範囲内において適宜設定できる。カソード１２の厚みは、例えば１００マイクロメートル〜５ミリメートの範囲内において適宜設定できる。但しこれらに限定されるものではない。なお、図１〜図４はあくまでも概念図を示すものであり、寸法を明確に規定するものではない。

以上説明したように本実施形態によれば、反応抑制部として機能するバリヤ層１７がカソード１２に形成されているため、カソードガスに含まれているカソード活物質である酸素および／または酸素イオンがカソード１２を厚み方向に電解質層１５に向けて透過することが抑制される。このため反応抑制部であるバリヤ層が形成されていないときに比較して、高温領域１０ｈにおける発電反応（カソード反応およびアノード反応）が抑制され、高温領域１０ｈにおける発熱が低下される。結果として、燃料電池１０の温度分布において高温領域１０ｈの温度が抑制され、燃料電池１０の温度分布において高低差が低減される。

上記したように本実施形態によれば、燃料電池１０が発電運転するとき、燃料電池１０における温度むらが低減される。なお、温度むらが抑えられると、燃料電池１０の発電性能および耐久性が改善される。その理由は次のように考えられる。固体酸化物形燃料電池は、温度が高いほど発電性能が向上する。温度むらがあると、高温部での発電量が増えるため、その部分で局部的に電流密度が過大となり、性能劣化が促進される。温度むらが抑えられると、局部的な電流密度の過大化を抑制しつつ、できる限り温度を高くできるため、発電性能および耐久性が改善される。

なお本実施形態によれば、図２に示すように、厚み方向に隣設する複数の燃料電池１０間には、バネ性を有する集電コネクタ部材１９が複数個配置されている。集電コネクタ部材１９は隣設する燃料電池１０同士を電気的に接続する。バリヤ層１７から集電コネクタ部材１９を離間させて、バリヤ層１７と集電コネクタ部材とが重ならないように集電コネクタ部材１９を組み付ければ、集電コネクタ部材１９の組み付けに支障をきたさない。更に、バリヤ層１７に集電コネクタ部材１９が重なったとしても、バリヤ層１７の厚み（例えば１ミリメートル以下、０．５ミリメートル以下、０．２ミリメートル以下、０．１ミリメートル以下）は薄いし、集電コネクタ部材１９はバネ性を有するため、集電コネクタ部材１９の組み付けに支障をきたさない。なお図２は、燃料電池１０を２個のみを示すが、複数個並設されているものである。

（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は上記した実施形態１と基本的には共通する構成および共通する作用効果を有する。図５に示すように、反応抑制部として機能するバリヤ層１７は、厚み方向において、カソード１２と電解質層１５との境界に形成されている。このため発電運転時において、カソードガスに含まれている酸素がカソード反応により酸素イオン（Ｏ^２−）となり、その酸素イオンがカソード１２をこれの厚み方向に透過したとしても、酸素イオンが電解質層１５に到達することはバリヤ層１７により抑制される。ひいては酸素イオンがアノード１１に到達することが抑制される。結果として、アノード反応が抑制される。アノード反応は酸素イオンを必要とするためである。このため、反応抑制部であるバリヤ層１７が形成されていないときに比較して、燃料電池１０の高温領域１０ｈにおける発電反応（アノード反応）が抑制され、高温領域１０ｈにおける発熱が低下される。結果として、燃料電池１０の温度分布において高温領域１０ｈの温度が抑制され、燃料電池１０の温度分布において高低差が低減される。バリヤ層１７の材質としては珪酸ガラス層（電気絶縁性、ガス不透過性）が例示されるが、これに限定されるものではない。なお、図５に示す実施形態においても、図示されているバリヤ層１７の他に、図示しないもののカソード１２の表面にバリヤ層を通路３２ｒに対面させるように形成させても良い。

（実施形態３）
図６は実施形態３を示す。本実施形態は上記した各実施形態と基本的には共通する構成および共通する作用効果を有する。図６に示すように、燃料電池１０の高温領域１０ｈにおいては、高温領域１０ｈ以外の他の領域よりも発電反応を抑える第１反応抑制部として機能する第１バリヤ層１７ｆがカソード１２に設けられている。すなわち、第１バリヤ層１７ｆは、酸素および／または酸素イオンの透過を抑制するものであり、カソード１２の表面に積層されて形成されており、カソードガスが通過する通路３２ｒに対面するようにカソード１２の表面に表出されている。このためカソードガスに含まれている酸素は、第１バリヤ層１７ｆのためカソード１２に到達しにくい。故に、高温領域１０ｈにおいてカソード反応が抑制され、酸素イオンがカソード１２の高温領域１０ｈにおいて生成されることが抑制される。このように高温領域１０ｈにおいては、酸素イオンがアノード１１に到達しにくくなるため、アノード１１におけるアノード反応も抑制される。アノード反応は、酸素イオンを必要とするためである。

更に図６に示すように、高温領域１０ｈにおいては、高温領域１０ｈ以外の他の領域よりも発電反応を抑える第２反応抑制部として機能する第２バリヤ層１７ｓがアノード１１と多孔質導電部１１ｗとの境界に設けられている。すなわち、第２バリヤ層１７ｓは、アノード１１に含まれているアノード活物質である水素がアノード１１に向けて透過することを抑制するものである。第２バリヤ層１７ｓは、多孔質導電部１１ｗのうちアノード１１側の表面に積層されて形成されている。このためアノードガスに含まれている水素は、第２バリヤ層１７ｓのためアノード１１に到達しにくい。故に、第２バリヤ層１７ｓによりアノード反応が抑制される。このため、反応抑制部であるバリヤ層１７ｆ，１７ｓが形成されていないときに比較して、燃料電池１０の高温領域１０ｈにおける発電反応（カソード反応およびアノード反応）が抑制され、高温領域１０ｈにおける発熱が低下される。結果として、燃料電池１０の温度分布において高温領域１０ｈの温度が抑制され、燃料電池１０の温度分布において高低差が低減される。第１反応抑制部１７ｆおよび第２反応抑制部１７ｓのうちのいずれか一方のみを設けることにしても良い。なお、バリヤ層１７ｆの材質としては安定化ジルコニア多孔質体（電気絶縁性、ガス透過性）が例示されるが、これに限定されるものではない。バリヤ層１７ｓの材質としては珪酸ガラス層（電気絶縁性、ガス不透過性）が例示されるが、これに限定されるものではない。

（実施形態４）
図７は実施形態４を示す。本実施形態は上記した各実施形態と基本的には共通する構成および共通する作用効果を有する。図７に示すように、高温領域１０ｈにおいては、高温領域１０ｈ以外の他の領域よりも発電反応を抑える第１反応抑制部として機能する第１バリヤ層１７ｆがカソード１２に設けられている。すなわち、第１バリヤ層１７ｆは、酸素および／または酸素イオンの透過を抑制するものであり、カソード１２の表面に積層されて形成されており、カソードガスが通過する通路３２ｒに対面するようにカソード１２の表面に表出されている。このためカソードガスに含まれている酸素は、第１バリヤ層１７ｆのためカソード１２に到達できない。故に、高温領域１０ｈにおいてカソード反応が抑制され、酸素イオンがカソード１２の高温領域１０ｈにおいて生成されることが抑制される。ひいては、高温領域１０ｈにおいては、酸素イオンがアノード１１に到達しにくくなるため、アノード反応も抑制される。

更に図７に示すように、高温領域１０ｈにおいては、高温領域１０ｈ以外の他の領域よりも発電反応を抑える第２反応抑制部として機能する第２バリヤ層１７ｓが、厚み方向において、アノード１１と電解質層１５との境界に設けられている。すなわち、第２バリヤ層１７ｓは、アノード１１と電解質層１５との境界において緻密層を形成することにより構成されている。第２バリヤ層１７ｓは、電解質層１５を厚み方向に透過した酸素イオンがアノード１１に透過することを抑制するためのものである。故に、高温領域１０ｈにおいて、第２バリヤ層１７ｓによりアノード反応が抑制される。第１反応抑制部１７ｆおよび第２反応抑制部１７ｓのうちのいずれか一方のみを設けることにしても良い。なお、バリヤ層１７ｆの材質としては安定化ジルコニア多孔質体（電気絶縁性、ガス透過性）が例示されるが、これに限定されるものではない。バリヤ層１７ｓの材質としては珪酸ガラス層（電気絶縁性、ガス不透過性）が例示されるが、これに限定されるものではない。

（実施形態５）
図８は実施形態５を示す。本実施形態は上記した各実施形態と基本的には共通する構成および共通する作用効果を有する。図８に示すように、電解質層１５の厚みを高温領域１０ｈにおいて他の部位（高温領域１０ｈ以外の部位）よりも部分的に厚くし、電解質層１５をこれの厚み方向に透過する酸素イオンのイオン伝導性を低下させることにより、反応抑制部１６は構成されている。具体的には、反応抑制部１６は、電解質層１５の厚みが他の部位（高温領域１０ｈ以外の部位）よりもΔｔ１ぶん厚い第１厚肉部１５ｆと、第１厚肉部１５ｆよりもΔｔ２ぶん厚い第２厚肉部１５ｓとを有する。第２厚肉部１５ｓは、高温領域１０ｈにおいて最も温度が高くなる部位に相当する。電解質層１５の厚みが厚いと、電解質層１５をこれの厚み方向に透過する酸素イオンのイオン伝導性が低下する。このため、酸素イオンがアノード１１に透過しにくくなり、高温領域１０ｈにおいてアノード反応が抑制され、高温領域１０ｈの温度が低下する。結果として、反応抑制部１６が形成されていないときに比較して、燃料電池１０の高温領域１０ｈにおける発電反応（カソード反応およびアノード反応）が抑制され、高温領域１０ｈにおける発熱が低下される。

結果として、燃料電池１０の温度分布において高温領域１０ｈの温度が抑制され、燃料電池１０の温度分布において高低差が低減される。なお、電解質層１５の厚みを変化させるにあたり、流動性を有する電解質形成材料を塗布させる場合には、塗布回数および／または塗布量を増加させて増肉することができる。シート状の電解質形成材料を張り付ける場合には、電解質形成材料の厚みを調整させれば良い。

図８に示すように、高温領域１０ｈのうち中央付近である最高温度部位１０ｍａｘについては、電解質層１５の厚みが最も厚くされており、電解質層１５の厚み方向における酸素イオンのイオン伝導の抵抗値が最も高くされている。この場合であっても、集電コネクタ部材１９はバネ性を有するため、隣設する燃料電池１０間の通路３２ｒに集電コネクタ部材１９が組み付けられるにあたり、その組み付け性が損なわれない。電解質層１５の厚みに合わせてカソード１２の厚みを調整させているが、これに限られるものではない。なお、図８に示す実施形態においても、高温領域１０ｈにおいてバリヤ層１７をカソード１２に通路３２ｒに対面するように積層させても良い。

（実施形態６）
図９は実施形態６を示す。本実施形態は上記した各実施形態と基本的には共通する構成および共通する作用効果を有する。燃料電池１０の高温領域１０ｈにおいて、バリヤ層１７がカソード１２の表面に積層されている。バリヤ層１７の厚みｔｂが薄いと、酸素の透過を抑制させるバリヤ性は低くなる。これに対して、バリヤ層１７の厚みｔｂが厚いと、酸素の透過を抑制させるバリヤ性は高くなる。そこで、高温領域１０ｈにおいて最も高温となる最高温度部位１０ｍａｘにおいて、バリヤ層１７の厚みが最も厚く設定されている。そして、最高温度部位１０ｍａｘから離れるにつれて、バリヤ層１７の厚みは次第に薄くされている。なお、バリヤ層１７の厚みの調整は、塗布回数を増加させることにより行い得る。あるいは、厚みに変化をもたせたバリヤ材料を後づけて積層させても良い。

特に図示しないが、カソード１２と電解質層１５との境界にバリヤ層を設け，多孔質導電部１１ｗとアノード１１との境界にバリヤ層を設け、高温領域１０ｈにおいて最も高温となる最高温度部位１０ｍａｘにおいて、バリヤ層の厚みを最も厚く設定しても良い。バリヤ層１７の材質としては安定化ジルコニア多孔質体（電気絶縁性、ガス透過性）が例示されるが、これに限定されるものではない。

（実施形態７）
図１０は実施形態７を示す。本実施形態は上記した各実施形態と基本的には共通する構成および共通する作用効果を有する。図１０に示すように、高温領域１０ｈにおいては、電解質層１５の厚みを他の部位（高温領域１０ｈ以外の部位）よりも部分的に厚くし、電解質層１５を厚み方向に透過する酸素イオンのイオン伝導性を低下させることにより、第１反応抑制部１６ｆが構成されている。ここで、高温領域１０ｈのうち中央付近である最高温度部位１０ｍａｘについては、電解質層１５の厚みが最も厚くされており、電解質層１５の厚み方向における酸素イオンのイオン伝導の抵抗が最も高くされている。

アノード１１はアノード触媒（例えばニッケル等の卑金属触媒）を有する。但し、高温領域１０ｈにおいては、アノード１１の単位体積あたりのアノード触媒の量を低下させるか、ゼロとさせている。これにより、高温領域１０ｈにおいて第２反応抑制部１６ｓが構成されている。このように第２反応抑制部１６ｓではアノード反応を促進させるアノード触媒が制限されているため、高温領域１０ｈにおいてアノード反応が制限されている。なお、第１反応抑制部１６ｆおよび第２反応抑制部１６ｓのうちのいずれか一方のみを設けることにしても良い。また、図１０に示す実施形態においても、必要に応じて、高温領域１０ｈにおいてバリヤ層１７をカソード１２に通路３２ｒに対面するように積層させても良い。

（実施形態８）
図１１は実施形態８を示す。本実施形態は上記した各実施形態と基本的には共通する構成および共通する作用効果を有する。図１１に示すように、高温領域１０ｈにおいては、カソード１２の他の部位（高温領域１０ｈ以外の部位）よりも厚みを部分的に厚くし、カソード１２をこれの厚み方向に透過する酸素および／または酸素イオンの透過性を低下させることにより、反応抑制部１６は構成されている。カソード１２の厚みが厚いと、カソード１２を厚み方向に透過する酸素および／または酸素イオンの透過性が低下するため、酸素イオンがカソード１２を厚み方向に透過しにくくなり、ひいてはアノード１１に到着しにくくなり、高温領域１０ｈにおいてアノード反応が抑制される。

なお、カソード１２の厚みを変化させるにあたり、流動性を有するカソード形成材料を塗布させる場合には、塗布回数および／または塗布量を増加させて増肉することができる。シート状のカソード形成材料を張り付ける場合には、カソード形成材料の厚みを調整させれば良い。なお、図１１に示す実施形態においても、必要に応じて、高温領域１０ｈにおいてバリヤ層１７をカソード１２に通路３２ｒに対面するように積層させても良い。

（実施形態９）
図１２は実施形態９を示す。本実施形態は上記した各実施形態と基本的には共通する構成および共通する作用効果を有する。カソード１２等に積層させるバリヤ層１７の投影面積が大きい場合には、高温領域１０ｈにおいて発電反応が制限されるため、高温領域１０ｈの温度が低下するものの、過剰に低下するおそれがある。投影面積とは、カソード１２の面垂直方向から投影した投影面積を意味する。本実施形態によれば、図１２に示すように、燃料電池１０の高温領域１０ｈにおいて、燃料電池１０の幅方向（矢印Ｄ方向）において、複数のバリヤ層１７が間隔を隔てて散点状（孤立状）に並設されている。すなわち、燃料電池１０の幅方向（矢印Ｄ方向）において、複数のバリヤ層１７は互いに孤立しており、非連続状とされている。高温領域１０ｈにおいて、バリヤ層１７が形成されていない領域、すなわち隣設するバリヤ層１７間の発電部位１７ｘでは、バリヤ材料が存在していないので、発電反応が発生し、電流が発生する。

上記したように複数のバリヤ層１７は互いに孤立しているため、バリヤ層１７以外の発電部位１７ｘは非孤立状態であり、互いに電気的に繋がっている。このようにバリヤ層１７を介して互いに隣設する発電部位１７ｘは、高温領域１０ｈ以外の部位の発電部位１０ｘに電気的に繋がっているため、発電面積および電流が確保される。

このように本実施形態によれば、図１２に示すように、高温領域１０ｈにおいて、バリヤ性が高いバリヤ層１７と、バリヤ性を有しない発電部位１７ｘとが互いに隣設され、交互に配置されている。この結果、高温領域１０ｈにおける温度、殊に最高温度部位１０ｍａｘの温度が過剰に低下することが抑制される。また、燃料電池１０の発電面積が必要以上に低下するおそれが抑制される。

従って、高温領域１０ｈの過剰な昇温を抑制させつつ、燃料電池１０の発電性能が確保される。複数のバリヤ層１７をカソード１２に積層させるにあたり、例えば、バリヤ層１７に相当する部分に開口を有するマスキング部材でカソード１２の表面を覆い、その状態で、バリヤ材料をカソード１２の表面に塗布することにより形成することができる。バリヤ層１７の材質としては、電気絶縁性およびガス不透過性を有することが好ましく、珪酸ガラスが例示される。

図１２に示す形態によれば、カソード１２の表面に積層されている複数のバリヤ層１７は、帯状または線状とされており、スタック１の高さ方向（矢印Ｈ方向）に沿って延設されている。バリヤ層１７は互いに接触しないように孤立しており、隣設するバリヤ層１７の間隔は一定の間隔Ｅ１とされている。カソードガスはスタック１の下部から上部にかけて上昇する関係上、バリヤ層１７は高さ方向（矢印Ｈ方向）に沿って延設されている。この場合、カソードガスが上向きに流れる場合には、カソードガスがバリヤ１７に接触しつつ矢印ＨＡ方向に上昇するとき、バリヤ層１７の上端１７ｕを越えたカソード部位１７ｗでは、バリヤ材料が形成されていないため、カソード反応を開始させることを期待できる。なお、隣設するバリヤ層１７間の発電部位１７ｘをカソードガスが矢印ＨＢ方向に上昇するときには、カソードガスはカソード反応を開始させつつ流れることができる。

（実施形態１０）
図１３は実施形態１０を示す。本実施形態は上記した各実施形態と基本的には共通する構成および共通する作用効果を有する。図１３に示す形態によれば、カソード１２の表面に積層されている複数のバリヤ層１７は、帯状または線状とされており、互いに孤立しつつ、発電室３２の通路３２ｒにおけるカソードガスの流れに沿ってスタック１の高さ方向（矢印Ｈ方向）に沿って延設されている。バリヤ層１７の材質としては、電気絶縁性およびガス不透過性を有することが好ましく、珪酸ガラスが例示される。

高温領域１０ｈにおいて最高温度部位１０ｍａｘでは、バリヤ層１７の並設密度が高くなり、バリヤ層１７の合計投影面積が増加するようにされている。すなわち、燃料電池１０の幅方向（矢印Ｄ方向）および高さ方向（矢印Ｈ方向）における中央領域は、高温領域１０ｈに相当する。高温領域１０ｈにおいて幅方向（矢印Ｄ方向）における中央領域は、最高温度部位１０ｍａｘとされている。このため幅方向（矢印Ｄ方向）について、最高温度部位１０ｍａｘの付近においては、隣設するバリヤ層１７同士の間隔Ｅａは、幅方向（矢印Ｄ方向）における端領域において隣設するバリヤ層１７同士の間隔Ｅｃよりも狭くされている。従って、高温領域１０ｈにおける最高温度部位１０ｍａｘではバリヤ層１７の並設密度が高く、すなわち、バリヤ層１７の投影面積が大きい。そして高温領域１０ｈにおいて最高温度部位１０ｍａｘから遠ざかるにつれて、バリヤ層１７の並設密度が低くなり、バリヤ層１７の投影面積が小さくなる。このため、高温領域１０ｈにおける温度の過剰低下および発電面積の過剰低下を抑制させつつ、高温領域１０ｈにおける発電反応および温度が効果的に抑制される。

高温領域１０ｈにおいて、バリヤ層１７が形成されていない領域、すなわち、隣設するバリヤ層１７間に存在する発電部位１７ｘではバリヤ材料が存在していないので、発電反応が発生する。発電部位１７ｘは、高温領域１０ｈ以外の部位の発電部位１０ｘに電気的に繋がっているため、発電面積および電流が確保される。このように本実施形態によれば、図１３に示すように、高温領域１０ｈにおいて、バリヤ層１７および発電部位１７ｘが互いに隣設されて、交互に形成されている。この結果、高温領域１０ｈの最高温度部位１０ｍａｘにおける過剰に高温の温度を低下させつつも、過剰に低下することが抑制される。また、燃料電池１０の発電面積を低下させつつも、過剰に低下することが抑制される。なお、投影面積とは、カソード１２の面垂直方向から投影した面積を意味する。

（実施形態１１）
図１４は実施形態１１を示す。本実施形態は上記した各実施形態と基本的には共通する構成および共通する作用効果を有する。図１４に示す形態によれば、高温領域１０ｈにおいて、円形状のバリヤ層１７が複数個並設されている。高温領域１０ｈにおいて最高温度部位１０ｍａｘではバリヤ層１７の投影面積が増加するようにされている。すなわち、燃料電池１０の幅方向（矢印Ｄ方向）および高さ方向（矢印Ｈ方向）における中央領域は、高温領域１０ｈに相当する。高温領域１０ｈにおける中央部が最高温度部位１０ｍａｘに相当する。このため、幅方向（矢印Ｄ方向）について、カソード１２の表面における中央領域においては、バリヤ層１７の投影面積は大きくされている。従って、高温領域１０ｈにおける最高温度部位１０ｍａｘではバリヤ層１７の投影面積が相対的に大きいため、高温領域１０ｈにおける発電反応が効果的に抑制されて、温度を低下させ得る。そして図１４に示すように、高温領域１０ｈの最高温度部位１０ｍａｘから距離的に離間するにつれて、バリヤ層１７の並設密度は低下し、単位面積当たりのバリヤ層１７の投影面積が低下している。バリヤ層１７の材質としては、電気絶縁性およびガス不透過性を有することが好ましく、珪酸ガラスが例示される。

図１４に示すように、高温領域１０ｈにおいて、バリヤ層１７が形成されていない領域、すなわち隣設するバリヤ層１７間の発電部位１７ｘでは、バリヤ材料が存在していないので、発電反応が発生する。このような発電部位１７ｘは、高温領域１０ｈ以外の部位の発電部位１０ｘに電気的に繋がっているため、発電面積が確保される。このように本実施形態によれば、図１４に示すように、高温領域１０ｈにおいて、複数個のバリヤ層１７および発電部位１７ｘが互いに隣設されて、交互に形成されている。この結果、高温領域１０ｈにおける温度を低下させつつも、過剰に低下することが抑制される。また、燃料電池１０の発電面積を低下させつつも。過剰に低下するおそれが抑制される。

（実施形態１２）
図１５は実施形態１２を示す。図１５に示す形態によれば、燃料電池装置として機能するスタック装置は、燃料電池１０を所定間隔で列として並設させたスタック１と、スタック１の下部に配置されたアノードガスマニホルド１３と、スタック１の上方に配置された蒸発部２０および改質部２２を有する。燃料電池１０は、断熱層で区画された発電室３２において、カソードガスを通過させる所定の通路３２ｒを介して列状に並設されている。

燃料原料搬送源が駆動すると、炭化水素系のガス状または液状の燃料原料が燃料原料供給通路５１を介して蒸発部２０に供給される。また改質水ポンプが駆動し、図略の貯水タンクの改質水が改質水供給通路４１を介して蒸発部２０に供給される。カソードガスポンプが駆動すると、カソードガスは発電室３２の通路３２ｒに供給されてカソード１２に接触する。ここで、多孔質導電部１１ｗの通路１１ｒを上昇したアノードガスはスタック１から排出され、カソードガスにより燃焼火炎２４を燃焼用空間２３において形成する。燃焼用空間２３の燃焼火炎２４で蒸発部２０および改質部２２は加熱されているため、蒸発部２０は液相状の改質水を水蒸気化させる。生成された水蒸気は改質部２２に供給される。改質部２２は燃料原料を水蒸気改質させ、水素を含むアノードガスを生成させる。燃料原料がメタン系である場合には、水蒸気改質ではアノードガスの生成は、次の（１）式に基づくと考えられている。固体酸化物形の燃料電池１０では、Ｈ_２の他にＣＯも燃料となりうる。

（１）…ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ_２＋ＣＯ_２
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ
ＣｎＨｍが炭化水素の一般的な化学式であるとすると、水蒸気改質の一般式は次の（１−１）式のようになる。ｎ＝１、ｍ＝４であると、メタンの水蒸気改質の式が得られる。

（１−１）…ＣｎＨｍ＋２ｎＨ_２Ｏ→ｎＣＯ_２＋［（ｍ／２）＋２ｎ）］Ｈ_２
生成された水素を含有するアノードガスは、アノードガス通路１４およびアノードガスマニホルド１３を介して、燃料電池１０のアノード１１の通路１１ｒに供給されて発電に使用される。

本実施形態によれば、図１５に示すように、各燃料電池１０の高温領域１０ｈは、高温領域１０ｈ以外の他の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部として機能するバリヤ層１７を有する。このため反応抑制部が形成されていないときに比較して、燃料電池１０の高温領域１０ｈにおける発電反応が抑制され、発熱が低下される。結果として、燃料電池１０の温度分布において高低差が低減される。従って燃料電池１０が発電運転するとき、燃料電池１０における温度むらが低減される。なお、温度むらが抑えられると、燃料電池１０の発電性能および耐久性が改善される。

（実施形態１３）
図１６は実施形態１３を示す。基体３００は、アノードガスが供給される発電室３１０と入口３１２と出口３１４とをもつ。燃料電池１は基体３００の発電室３１０に収容されている。電解質層１５は、底部１５ｖおよびカソードガス室１５ｒを有する円筒形状をなす。カソードガス室１５ｒには挿入管１５５が挿入されている。電解質層１５の内面にはカソード１２が積層されている。電解質層１５の外面にはアノード１１が積層されている。電解質層１５，アノード１１およびカソード１２の材質としては、実施形態１と共通させることができる。燃料電池１０が発電するとき、カソードガスは挿入管１５５からカソードガス室１５ｒに供給される。アノードガスは発電室３１０に供給される。酸素を含むカソードガスが供給されるカソード１２は、カソード反応を発生させ、カソードガスに含まれる酸素（Ｏ_２）から酸素イオン（Ｏ^２−）を発生する。酸素イオン（Ｏ^２−）は、カソード１２を厚み方向に透過し、更に電解質層１５（酸素イオン伝導体，イオン伝導体）を厚み方向に透過し、アノード１１に到達する。入口３１２から発電室３１０に供給されたアノードガスがアノード１１に到達すると、アノード１１はアノード反応を発生させる。

（カソード反応）…１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−
（アノード反応）…Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
本実施形態によれば、前記した各実施形態と同様に、燃料電池１０が発電運転されるとき、燃料電池１０において温度分布（図１６の特性線Ｔ５）が形成される。具体的には、燃料電池１０の高さ方向（矢印Ｈ方向）については、燃料電池１０の高さ方向の端側は相対的に低温な低温領域であり、燃料電池１０の高さ方向の中央側は相対的に高温となる高温領域１０ｈである。高温領域１０ｈは、燃料電池１０の高さ方向における中央領域に相当する。ここで、高温領域１０ｈとは、本実施形態に係る反応抑制部が形成されていないときにおいて、所定温度Ｔｓ以上を示す高温の領域を意味する。一例として、高温領域１０ｈは例えば４５０〜１１００℃の範囲内であり、低温領域は例えば４００〜１０００℃の範囲内であり、その温度範囲において高温領域１０ｈは低温領域よりも相対的に高い温度を示す。

さて、燃料電池１０の高温領域１０ｈにおける過剰な昇温を抑えるためには、前記した各実施形態と同様に、上記したカソード反応および／またはアノード反応を抑制すれば良い。殊に、酸素イオンがアノード１１に透過することを抑制すれば良い。従って、高温領域１０ｈにおいては、他の領域（燃料電池１０における低温領域）よりも発電反応を抑える反応抑制部として機能する第１バリヤ層１７ｆが、カソード１２の表面において、カソードガス室１５ｒに対面するように設けられている。第１バリヤ層１７ｆは、酸素および／または酸素イオンがカソード１２の内部に透過することを抑制する。

このため、カソードガスに含まれている酸素は、第１バリヤ層１７ｆのバリヤ作用によりカソード１２に到達できにくい。故に、カソード１２の高温領域１０ｈにおいてカソード反応が抑制され、従って、酸素イオンの生成および／透過が抑制される。ひいては、高温領域１０ｈにおいては、酸素イオンがアノード１１に到達しにくくなるため、アノード反応も抑制される。

更に第２バリヤ層１７ｓはアノード１１の表面に積層されており、発電室３１０に表出している。このため、アノードガスに含まれているアノード活物質として機能する水素は、第２バリヤ層１７ｓのバリヤ作用によりアノード１１に接触しにくい。故に、高温領域１０ｈにおいてアノード反応が抑制される。この結果、本実施形態によれば、反応抑制部として機能するバリヤ層１７ｆ，１７ｓが形成されていない場合に比較して、燃料電池１０の高温領域１０ｈにおけるカソード反応およびアノード反応が抑制され、高温領域１０ｈにおける発熱が低下し、燃料電池１０における温度差が低減される。なお、バリヤ層１７ｆ，１７ｓの双方が設けられているが、これに限らず、いずれか一方としても良い。

（実施形態１４）
図１７は実施形態１４を示す。燃料電池装置として機能するスタック装置は、複数個の燃料電池１０を並設方向（矢印Ｌ方向）に並設して形成された燃料電池群１００をアノードマニホルド１３に組み付けて構成されている。各燃料電池１０同士の間には集電コネクタ部材１９が配置されており、各燃料電池１０同士は電気的に繋がれている。燃料電池群１００を構成する各燃料電池１０は、発電運転されるとき、前述した実施形態と同様に、各燃料電池１０において所定の温度以上に高温となる高温領域１０ｈを有する温度分布を示す。高温領域１０ｈは、各燃料電池１０の面方向（表面が延設されている方向）における中央付近に対応する。

各高温領域１０ｈは、高温領域１０ｈ以外の他の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部として機能するバリヤ層１７を有する。バリヤ層１７は、各燃料電池１０のカソード１２の表面において、発電室３２の通路３２ｒに対面するように形成されている。バリヤ層１７は、前記した各実施形態と同様に形成できる。従って、各燃料電池１０において、高温領域１０ｈの発熱はバリヤ層１７により抑制され、高温領域１０ｈの温度は抑えられている。

ここで、燃料電池群１００の並設方向（矢印Ｌ方向）における端側を端領域１００ｅと、中央側を中央領域１００ｍとする。スタック１が発電運転するとき、図１７の特性線Ｔ７として示すように、端領域１００ｅの温度は中央領域１００ｍの温度よりも低めとなる。換言すると、燃料電池群１００の中央領域１００ｍの温度は、燃料電池群１００の端領域１００ｅの温度よりも高めとなる。中央領域１００ｍは熱こもりし易いし、端領域１００ｅは放熱し易いためである。そこで本実施形態によれば、バリヤ層１７の反応抑制能力は、端領域１００ｅでは中央領域１００ｍよりも小さく設定されている。すなわち。バリヤ層１７の反応抑制能力は、端領域１００ｅよりも中央領域１００ｍでは大きく設定されている。

従って、端領域１００ｅにおけるバリヤ層１７の厚みｔｅは、中央領域１００ｍにおけるバリヤ層１７の厚みｔｍよりも薄く設定されている。すなわち、中央領域１００ｍにおけるバリヤ層１７の厚みｔｍは、端領域１００ｅにおけるバリヤ層１７の厚みｔｅよりも厚く設定されている。なお、バリヤ層１７の投影面積は端領域１００ｅおよび中央領域１００ｍにおいて同一とされている。

この結果、スタック１が発電運転するとき、燃料電池群１００の並設方向（矢印Ｌ方向）における端領域１００ｅの反応抑制効果は、中央領域１００ｍよりも相対的に少ない。故に、燃料電池群１００の矢印Ｌ方向における中央領域１００ｍに係る高温領域１０ｈについては、反応抑制効果が端領域１００ｅよりも相対的に大きく、高温領域１０ｈにおける発電反応が抑制される。故に、矢印Ｌ方向の中央領域１００ｍについて、その高温領域１０ｈにおける過剰発熱が効果的に低下される。このためバリヤ層が設けられていない場合に比較して、矢印Ｌ方向における中央領域１００ｍについて、高温領域１０ｈの温度は相対的に低下する。結果として、矢印Ｌ方向において高温領域１０ｈの温度の高低差が低減される。なお、端領域１００ｅの燃料電池１０については、所定の温度以上に高温となる高温領域１０ｈが形成されないときには、端領域１００ｅについてバリヤ層１７を省略しても良い。

（実施形態１５）
図１８は実施形態１５の燃料電池装置として機能するスタック装置を示す。スタック装置は、複数個の燃料電池１０を並設方向（矢印Ｌ方向）に並設して形成された燃料電池群１００を有する。本実施形態によれば、バリヤ層１７の反応抑制能力は、端領域１００ｅでは中央領域１００ｍよりも小さく設定されている。すなわち。バリヤ層１７の反応抑制能力は、端領域１００ｅよりも中央領域１００ｍでは大きく設定されている。

従って、端領域１００ｅにおけるバリヤ層１７の投影面積Ｓｅは、中央領域１００ｍにおけるバリヤ層１７の投影面積Ｓｍよりも小さく設定されている。すなわち、中央領域１００ｍにおけるバリヤ層１７の投影面積Ｓｍは、端領域１００ｅにおけるバリヤ層１７の投影面積Ｓｅよりも大きく設定されている。なお、バリヤ層１７の厚みは端領域１００ｅおよび中央領域１００ｍにおいて同一とされている。

この結果、スタック１が発電運転するとき、燃料電池群１００の並設方向（矢印Ｌ方向）における端領域１００ｅの反応抑制効果は、中央領域１００ｍよりも相対的に少ない。故に、矢印Ｌ方向における中央領域１００ｍに係る高温領域１０ｈの反応抑制効果は端領域１００ｅよりも相対的に大きく、高温領域１０ｈにおける発電反応が抑制される。故に、矢印Ｌ方向の中央領域１００ｍについて、その高温領域１０ｈにおける過剰発熱が効果的に低下される。このためバリヤ層が設けられていない場合に比較して、矢印Ｌ方向における中央領域１００ｍについて、高温領域１０ｈの温度は相対的に低下する。結果として、矢印Ｌ方向において高温領域１０ｈの温度の高低差が低減される。なお、端領域１００ｅの燃料電池１０については、所定の温度以上に高温となる高温領域１０ｈが形成されないときには、端領域１００ｅについてバリヤ層１７を省略しても良い。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。図１５ではスタック１は２列に設けられているが、これに限らず、１列設けられている構造でも良い。スタック１は、複数の平板型の燃料電池１０を厚み方向に積層して形成されているが、これに限らず、複数のチューブ型の燃料電池１０を組み付けてスタックを形成しても良い。本明細書の記載から次の技術的思想が把握される。

［付記項１］アノード流体が供給されるアノードと、カソード流体が供給されるカソードと、前記アノードと前記カソードとで挟まれた固体酸化物形の電解質層とを具備する燃料電池であって、発電運転されるとき前記燃料電池において所定の温度以上に相対的に高温となる高温領域を有する温度分布が形成され、前記高温領域は、前記高温領域以外の前記他の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部を有する燃料電池。

[付記項２]アノード流体が供給されるアノードと、カソード流体が供給されるカソードと、前記アノードと前記カソードとで挟まれた固体酸化物形の電解質層とを積層して具備する燃料電池であって、前記燃料電池は、前記アノード、前記カソード、前記電解質層の積層方向に直交する面における中央領域は、前記中央領域以外の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部を有する燃料電池。中央領域は、当該直交する面の少なくとも一方向における中央部分を指す。

[付記項３] アノード流体が供給されるアノードと、カソード流体が供給されるカソードと、前記アノードと前記カソードとで挟まれた固体酸化物形の電解質層とを具備する燃料電池を有し、複数個の前記燃料電池を並設方向に並設して形成された燃料電池群を有する燃料電池装置であって、前記燃料電池群における前記並設方向の中央領域は、前記中央領域以外の端領域よりも発電反応を抑える反応抑制部を有する燃料電池。

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用などの燃料電池システムに利用することができる。

１はスタック、１０は燃料電池、１０ｈは高温領域、１０ｍａｘは最高温度部位、１１はアノード、１１ｗは多孔質導電部、１２はカソード、１３はアノードガスマニホルド、１５は電解質層、１６は反応抑制部、１７はバリヤ層、２０は蒸発部、２２は改質部、３２は発電室、３２ｒは通路を示す。

Claims (5)

1. アノード流体が供給されるアノードと、カソード流体が供給されるカソードと、前記アノードと前記カソードとで挟まれた固体酸化物形の電解質層とを具備する燃料電池であって、前記燃料電池は、発電運転されるとき前記燃料電池において所定の温度以上に高温となる高温領域を有する温度分布を示し、前記高温領域は、前記高温領域以外の領域よりも発電反応を抑える反応抑制部を有し、
   前記反応抑制部は、前記高温領域において、前記カソード、前記アノードおよび前記電解質層のうちの少なくとも一つに、バリヤ層を形成することにより構成されている燃料電池。
2. 請求項１において、前記バリヤ層は複数個並設されており、前記高温領域において相対的に高温の部位では相対的に低温の部位よりも前記バリヤ層の並設密度を高くするように構成されている燃料電池。
3. 請求項１において、前記バリヤ層は、前記高温領域において相対的に高温の部位では相対的に低温の部位よりも前記バリヤ層の厚みを厚くするように構成されている燃料電池。
4. 請求項１において、前記反応抑制部は、前記高温領域において、前記高温領域以外の部位よりも、前記電解質層の厚みを厚くして前記電解質層を透過するイオンのイオン伝導性を低下させることにより構成されている燃料電池。
5. 請求項１において、前記アノードはアノード触媒を有しており、前記反応抑制部は、前記高温領域において前記アノード触媒の単位体積あたりの担持量を前記高温領域以外の部位よりも低下させることにより構成されている燃料電池。

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