JP6024930B2 - 固体電解質形燃料電池 - Google Patents

固体電解質形燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
JP6024930B2
JP6024930B2 JP2014538449A JP2014538449A JP6024930B2 JP 6024930 B2 JP6024930 B2 JP 6024930B2 JP 2014538449 A JP2014538449 A JP 2014538449A JP 2014538449 A JP2014538449 A JP 2014538449A JP 6024930 B2 JP6024930 B2 JP 6024930B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas supply
flow path
cross
air
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014538449A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2014050715A1 (ja
Inventor
和英 高田
和英 高田
中居　秀朗
秀朗 中居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of JPWO2014050715A1 publication Critical patent/JPWO2014050715A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6024930B2 publication Critical patent/JP6024930B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1213—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the electrode/electrolyte combination or the supporting material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0215—Glass; Ceramic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H01M8/2432—Grouping of unit cells of planar configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Description

本発明は、一般的には固体電解質形燃料電池に関し、特にアノードガスとカソードガスの供給流路を有する固体電解質形燃料電池に関するものである。
一般的に、平板型の固体電解質形燃料電池（固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）ともいう）は、各々がアノード（負極）、固体電解質およびカソード（正極）からなる発電要素としての平板状の複数のセルと、複数のセルの間に配置されるセパレータ（インタコネクタともいう）とから構成される。セパレータは、複数のセルを相互に電気的に直列に接続し、かつ、複数のセルの各々に供給されるガスを分離するために、具体的にはアノードに供給されるアノードガスとしての燃料ガス（たとえば水素）と、カソードに供給されるカソードガスとしての酸化剤ガス（たとえば空気）とを分離するために複数のセルの間に配置される。
従来から、セパレータは、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ3）等の導電性のセラミックス材料から形成されている。このような導電性材料を用いてセパレータを形成すると、一種類の材料で上記の電気的接続とガスの分離という機能を果たす部材を構成することができる。
たとえば、国際公開第２００８／０４４４２９号（以下、特許文献１という）には、固体電解質形燃料電池の構造が開示されている。
特許文献１に開示された固体電解質形燃料電池は、各々が燃料極層（アノード層）、固体電解質層および空気極層（カソード層）からなる複数のセルの間に配置されるセル間分離部と、各セルに、燃料ガスを供給するための燃料ガス通路と、空気を供給するための空気通路とを有するガス通路構造部とを備える。セル間分離部とガス通路構造部とセルとが一体的に形成されている。マニホールドの機能を果たすガス通路構造部の本体が、セパレータの機能を果たすセル間分離部を形成する電気絶縁体からなり、セル間分離部を形成する電気絶縁体に連続して形成されているので、セパレータとマニホールドの二つの機能を果たす部分が連続して形成されている。
国際公開第２００８／０４４４２９号
特許文献１に開示された固体電解質形燃料電池では、燃料ガス通路や空気ガス通路の流路の横断面積を小さくすると、セル内部へのガスの供給が不均一になるという問題がある。一方、燃料ガス通路や空気ガス通路のガス供給流路の横断面積を大きくすると、ガス供給流路自体が空間であるため、ガス供給流路とセルとが一体的に形成された固体電解質形燃料電池の強度が低下するという問題がある。
そこで、本発明の目的は、ガス供給流路とセルとが一体的に形成された固体電解質形燃料電池の強度の低下を防止することができるとともに、セル内部へのガスの供給を均一にすることが可能な固体電解質形燃料電池を提供することである。
本発明に従った固体電解質形燃料電池は、電池構造部と、セル間分離部と、ガス供給流路構造部とを備える。電池構造部は、各々がアノード層、固体電解質層およびカソード層からなる複数のセルを含む。セル間分離部は、複数のセルの間に配置され、セラミックスを含む材料から形成されている。ガス供給流路構造部は、複数のセルの各々にアノードガスを供給するアノードガス供給流路と、複数のセルの各々にカソードガスを供給するカソードガス供給流路とを有する。アノードガス供給流路が、少なくとも一部の内壁面がアノード層から形成されている第１アノードガス供給流路部と、第１アノードガス供給流路部以外の第２アノードガス供給流路部とから構成されている。カソードガス供給流路が、少なくとも一部の内壁面がカソード層から形成されている第１カソードガス供給流路部と、第１カソードガス供給流路部以外の第２カソードガス供給流路部とから構成されている。第１アノードガス供給流路部の横断面積が第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積よりも大きい。第１カソードガス供給流路部の横断面積が第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積よりも大きい。
本発明の固体電解質形燃料電池においては、アノードガスが供給される箇所のアノード層に形成される第１アノードガス供給流路部の横断面積が、第１アノードガス供給流路部以外の第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積よりも大きく、かつ、カソードガスが供給される箇所のカソード層に形成される第１カソードガス供給流路部の横断面積が、第１カソードガス供給流路部以外の第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積よりも大きい。このため、セル内に形成された大きな横断面積の第１アノードガス供給流路部と第１カソードガス供給流路部を通じてアノード層とカソード層にガスを均一に分配して供給することができる。また、セル以外に形成された第２アノードガス供給流路部と第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部が小さな横断面積を有するので、ガス供給流路とセルとが一体的に形成された固体電解質形燃料電池において、供給流路の形成によって強度が低下するのを防止することができる。
第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積に対する第１アノードガス供給流路部の横断面積の比率、および、第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積に対する第１カソードガス供給流路部の横断面積の比率の少なくともいずれか一方は、１．１以上１４以下であることが好ましい。
第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積に対する第１アノードガス供給流路部の横断面積の比率、および、第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積に対する第１カソードガス供給流路部の横断面積の比率の少なくともいずれか一方は、２以上１０以下であることがより好ましい。
第１アノードガス供給流路部および第１カソードガス供給流路部の少なくともいずれか一方は、略矩形状の横断面を有することが好ましい。
第２アノードガス供給流路部および前記第２カソードガス供給流路部の少なくともいずれか一方は、間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有することが好ましい。
なお、第２アノードガス供給流路部は、固体電解質層、カソード層、および、セル間分離部に形成されていればよい。
第２カソードガス供給流路部は、アノード層、固体電解質層、および、セル間分離部に形成されていることが好ましい。
電池構造部、セル間分離部、および、ガス供給流路構造部は、一体的に形成されていることが好ましい。
以上のように本発明によれば、ガスが供給される箇所のセル内のアノード層とカソード層に形成されるガス供給流路の横断面積を大きく、かつ、セル以外に形成されたガス供給流路の少なくとも一部の横断面積を小さくするので、ガス供給流路とセルとが一体的に形成された固体電解質形燃料電池の強度の低下を防止することができるとともに、セル内部へのガスの供給を均一にすることが可能になる。
本発明の実施形態または比較の形態として、固体電解質形燃料電池の単位モジュールの概略的な構成を示す断面図である。 図１の単位モジュールを複数備えた固体電解質形燃料電池の概略的な構成を示す断面図である。 本発明の実施形態１としての固体電解質形燃料電池の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。 本発明の実施形態１のセル間分離部とアノードガス供給流路とカソードガス供給流路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態１のセル間分離部とアノードガス供給流路およびアノードガス流通路とカソードガス供給流路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態１のセル間分離部とアノードガス供給流路とカソードガス供給流路およびカソードガス流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態１のアノードガス供給流路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態１のカソードガス供給流路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態１の燃料極層を示す斜視図である。 本発明の実施形態１の固体電解質層を示す斜視図である。 本発明の実施形態１の空気極層を示す斜視図である。 本発明の実施形態２としての固体電解質形燃料電池の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。 本発明の実施形態２のセル間分離部とアノードガス供給流路とカソードガス供給流路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態２のセル間分離部とアノードガス供給流路およびアノードガス流通路とカソードガス供給流路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態２のセル間分離部とアノードガス供給流路とカソードガス供給流路およびカソードガス流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態２のアノードガス供給流路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態２のカソードガス供給流路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態２の燃料極層を示す斜視図である。 本発明の実施形態２の固体電解質層を示す斜視図である。 本発明の実施形態２の空気極層を示す斜視図である。 本発明の実施形態３としての固体電解質形燃料電池の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。 本発明の実施形態３のセル間分離部とアノードガス供給流路とカソードガス供給流路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態３のセル間分離部とアノードガス供給流路およびアノードガス流通路とカソードガス供給流路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態３のセル間分離部とアノードガス供給流路とカソードガス供給流路およびカソードガス流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態３のアノードガス供給流路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態３のカソードガス供給流路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の実施形態３の燃料極層を示す斜視図である。 本発明の実施形態３の固体電解質層を示す斜視図である。 本発明の実施形態３の空気極層を示す斜視図である。 本発明の実施形態１の一つの比較として比較形態１のセル間分離部とアノードガス供給流路とカソードガス供給流路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の比較形態１のセル間分離部とアノードガス供給流路およびアノードガス流通路とカソードガス供給流路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の比較形態１のセル間分離部とアノードガス供給流路とカソードガス供給流路およびカソードガス流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の比較形態１のアノードガス供給流路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の比較形態１のカソードガス供給流路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の比較形態１の燃料極層を示す斜視図である。 本発明の比較形態１の固体電解質層を示す斜視図である。 本発明の比較形態１の空気極層を示す斜視図である。 本発明の実施形態１のもう一つの比較として比較形態２のセル間分離部とアノードガス供給流路とカソードガス供給流路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の比較形態２のセル間分離部とアノードガス供給流路およびアノードガス流通路とカソードガス供給流路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の比較形態２のセル間分離部とアノードガス供給流路とカソードガス供給流路およびカソードガス流通路とを含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の比較形態２のアノードガス供給流路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の比較形態２のカソードガス供給流路を含む支持構造体の一部分を示す斜視図である。 本発明の比較形態２の燃料極層を示す斜視図である。 本発明の比較形態２の固体電解質層を示す斜視図である。 本発明の比較形態２の空気極層を示す斜視図である。 本発明の実施例１、比較例１および比較例２の固体電解質形燃料電池において発電によって生じたセル電圧と燃料利用率との関係を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態として、固体電解質形燃料電池の単位モジュールの概略的な構成を示す断面図である。図２は、図１の単位モジュールを複数備えた固体電解質形燃料電池の概略的な構成を示す断面図である。
図１に示すように、固体電解質形燃料電池の単位モジュール（固体電解質形燃料電池モジュール）１は、固体電解質形燃料電池支持構造体（以下、「支持構造体」という）２０を備える。支持構造体２０の一方側の表面上には、セルを構成するアノード層としての厚みが１００〜３００μｍの燃料極層１１と、厚みが１０〜５０μｍの固体電解質層１２と、カソード層としての厚みが１００〜３００μｍの空気極層１３とが形成されている。単一の電池構造部は、燃料極層１１、固体電解質層１２および空気極層１３からなるセルを含む。なお、図１では、支持構造体２０の一方側の表面上に、電池構造部として、燃料極層１１、固体電解質層１２および空気極層１３が順に形成されることによって単位モジュールが構成されているが、空気極層１３、固体電解質層１２および燃料極層１１が順に形成されることによって単位モジュールが構成されてもよい。
図２に示すように、固体電解質形燃料電池１００は、電池構造部として複数のセル１０を有し、最上部に位置するセルには支持構造体２０を介して厚みが１０〜２０μｍの集電板３０が電気的に接続するように配置され、最下部に位置するセルには支持構造体２０を介して厚みが１０〜２０μｍの集電板４０が電気的に接続するように配置されている。複数のセル１０の各々は、順に積層された燃料極層１１と固体電解質層１２と空気極層１３とからなる。支持構造体２０は、複数のセル１０の間に配置される厚みが１００μｍ程度のセラミックスを含む材料からなるセル間分離部２１ａと、セラミックスからなるガス供給流路構造部２１ｂとから構成される。
図１と図２に示すように、セル間分離部２１ａは、複数のセルの各々に供給されるアノードガスとしての燃料ガスと、カソードガスとしての酸化剤ガスである空気とを分離する電気絶縁体２１と、電気絶縁体２１内に形成され、かつ、複数のセル１０を相互に電気的に接続する複数の電気導電体２２とから形成される。集電板３０は電気導電体２２を通じて最上部のセルの燃料極層１１に電気的に接続され、集電板４０は電気導電体２２を通じて最下部のセルの空気極層１３に電気的に接続されている。
図１と図２と図３に示すように、ガス供給流路構造部２１ｂの本体、すなわち、燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４を形成する壁部は、セラミックスからなり、セル間分離部２１ａを形成する電気絶縁体２１と同じ電気絶縁体からなり、セル間分離部２１ａを形成する電気絶縁体２１に連続して形成されている。すなわち、ガス供給流路構造部２１ｂとセル間分離部２１ａとが一体的に形成されている。また、ガス供給流路構造部２１ｂと電池構造部としての複数のセル１０とが一体的に形成されている。さらに、セル間分離部２１ａと複数のセル１０とが一体的に形成されている。
なお、電気絶縁体２１は、たとえば、添加量３モル％のイットリア（Ｙ2Ｏ3）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（イットリア安定化ジルコニア：ＹＳＺ）、添加量１２モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（セリア安定化ジルコニア：ＣｅＳＺ）等を用いて形成される。電気導電体２２は、たとえば、銀（Ａｇ）‐白金（Ｐｔ）合金、銀（Ａｇ）‐パラジウム（Ｐｄ）合金等を用いて形成される。固体電解質層１２は、たとえば、添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）、添加量１１モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジア安定化ジルコニア：ＳｃＳＺ）等を用いて形成される。燃料極層１１は、たとえば、酸化ニッケル（ＮｉＯ）と、添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）との混合物等を用いて形成される。空気極層１３は、たとえば、Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3と、添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）との混合物等を用いて形成される。集電板３０と４０は、たとえば、銀（Ａｇ）から形成される。
（実施形態１）
図３は、図１の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。図３のＩＩ−ＩＩ線に沿った方向から見た断面が図１と図２に対応する。
図３に示すように、電池構造部を構成する単一のセルは、１つの燃料極層１１と１つの空気極層１３を備えている。図示されていないが、１つの燃料極層１１と１つの空気極層１３の間には、固体電解質層が介在している。支持構造体２０の一部であるガス供給流路構造部２１ｂには、セルに燃料ガスを供給するためのアノードガス供給流路としての１つの燃料ガス供給流路２３と、セルに空気を供給するためのカソードガス供給流路としての１つの空気供給流路２４とが形成されている。燃料ガス供給流路２３および空気供給流路２４のそれぞれは、一方向に延在する開口、すなわち、細長い貫通孔で形成されている。言い換えれば、燃料ガス供給流路２３および空気供給流路２４のそれぞれは、略矩形状の横断面を有する。
燃料ガス供給流路２３は燃料極層１１の一方側（図３にて左側）の側面に接触するように配置されている。空気供給流路２４は、空気極層１３の一方側の側面（図３にて上側）に接触するように配置されている。すなわち、図３に示す燃料ガス供給流路２３は、少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１から形成されている第１アノードガス供給流路部に相当する。また、図３に示す空気供給流路２４は、少なくとも一部の内壁面が空気極層１３から形成されている第１カソードガス供給流路部に相当する。
図３において、燃料ガスは、左側に配置された燃料ガス供給流路２３から右に向かって燃料極層１１に流れる。空気は、上側に配置された空気供給流路２４から下に向かって空気極層１３に流れる。このように、実施形態１の固体電解質形燃料電池１００では、燃料ガスの流れと空気の流れが直交する。燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４が電池構造部の外側に配置されている。
図２に示すように、支持構造体２０は、部分２０ｂ、部分２０ａ、および、部分２０ｃの積層体から構成される。部分２０ａは、部分２０ａ３、部分２０ａ１、および、部分２０ａ２の積層体から構成される。部分２０ａ１は図４に示される形状を有し、部分２０ａ２は図５に示される形状を有し、部分２０ａ３は図６に示される形状を有する。部分２０ｂは図７に示される形状を有し、図１１に示される空気極層１３が部分２０ｂに嵌められることによって空気供給流路２４が形成される。部分２０ｃは図８に示される形状を有し、図９に示される燃料極層１１が部分２０ｃに嵌められることによって燃料ガス供給流路２３が形成される。図１０に示されるように、固体電解質層１２には燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４が形成されている。
図２と図４に示すように、燃料極層１１または空気極層１３のいずれにも接触しない支持構造体２０の部分２０ａ１では、燃料ガス供給流路２３および空気供給流路２４のそれぞれは、一方向に間隔をあけて配置された複数の開口、すなわち、複数の円形状の貫通孔で形成されている。すなわち、燃料ガス供給流路２３および空気供給流路２４のそれぞれは、間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。
図２と図５に示すように、燃料極層１１に接触する支持構造体２０の部分２０ａ２では、燃料ガス供給流路２３は略矩形状の横断面を有し、空気供給流路２４は間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃは、焼成後において消失することにより、燃料極層１１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路２３に通じ、かつ、燃料極層１１に燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路になる。燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃの間は燃料ガス流通路の壁を形成する部分であり、リブという。
図２と図６に示すように、空気極層１３に接触する支持構造体２０の部分２０ａ３では、空気供給流路２４は略矩形状の横断面を有し、燃料ガス供給流路２３は間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃは、焼成後において消失することにより、空気極層１３に空気を供給する空気供給流路２４に通じ、かつ、空気極層１３に空気を流通させる空気流通路になる。空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃの間は空気流通路の壁を形成する部分であり、リブという。
図２と図７に示すように、空気極層１３に接触する支持構造体２０の部分２０ｂでは、空気供給流路２４は略矩形状の横断面を有し、燃料ガス供給流路２３は間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、空気供給流路２４は、少なくとも一部の内壁面が空気極層１３から形成されている。
図２と図８に示すように、燃料極層１１に接触する支持構造体２０の部分２０ｃでは、燃料ガス供給流路２３は略矩形状の横断面を有し、空気供給流路２４は間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、燃料ガス供給流路２３は、少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１から形成されている。
図１０に示すように、固体電解質層１２では、燃料ガス供給流路２３および空気供給流路２４のそれぞれは、間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。
図８に示す燃料ガス供給流路２３は、少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１から形成される第１アノードガス供給流路部に相当し、図７に示す空気供給流路２４は、少なくとも一部の内壁面が空気極層１３から形成される第１カソードガス供給流路部に相当する。図４、図６、図７および図１０に示す燃料ガス供給流路２３は、第１アノードガス供給流路部以外の第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部に相当する。図４、図５、図８および図１０に示す空気供給流路２４は、第１カソードガス供給流路部以外の第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部に相当する。
以上のように構成されるので、図８に示す燃料ガス供給流路２３（第１アノードガス供給流路部）の横断面積（一つの略矩形状横断面の面積）は、図４、図６、図７および図１０に示す燃料ガス供給流路２３（第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部）の横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。図７に示す空気供給流路２４（第１カソードガス供給流路部）は、（一つの略矩形状横断面の面積）は、図４、図５、図８および図１０に示す空気供給流路２４（第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部）の横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。
したがって、実施形態１の固体電解質形燃料電池１００においては、燃料ガスが供給される箇所の燃料極層１１に形成される燃料ガス供給流路２３の横断面積が、上記の燃料ガス供給流路２３以外の燃料ガス供給流路２３の少なくとも一部の横断面積よりも大きく、かつ、空気が供給される箇所の空気極層１３に形成される空気供給流路２４の横断面積が、上記の空気供給流路２４以外の空気供給流路２４の少なくとも一部の横断面積よりも大きい。このため、セル内に形成された大きな横断面積の燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４を通じて燃料極層１１と空気極層１３にガスを均一に分配して供給することができる。また、セル以外に形成された燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４の少なくとも一部が小さな横断面積を有するので、ガス供給流路とセルとが一体的に形成された固体電解質形燃料電池１００において、供給流路の形成によって強度が低下するのを防止することができる。
セル以外に形成された燃料ガス供給流路２３の少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された燃料ガス供給流路２３の横断面積の比率、および、セル以外に形成された空気供給流路２４の少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された空気供給流路２４の横断面積の比率の少なくともいずれか一方は、１．１以上１４以下であることが好ましい。上記の比率が１．１を超えると、セルの強度が大きくなる。上記の比率が１４未満であれば、流路に対する圧力損失の影響が少なくなり、流路に均等にガスを流すことができる。
セル以外に形成された燃料ガス供給流路２３の少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された燃料ガス供給流路２３の横断面積の比率、および、セル以外に形成された空気供給流路２４の少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された空気供給流路２４の横断面積の比率の少なくともいずれか一方は、２以上１０以下であることがより好ましい。上記の比率が２を超えると、セルの強度を充分に大きくなる。上記の比率が１０未満であれば、流路に対する圧力損失の影響を実質的に無視できる状態になる。
なお、実施形態１では、図８に示すように少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１から形成される燃料ガス供給流路２３だけでなく、図５と図８に示すように燃料極層１１に接触する支持構造体２０の部分２０ａ２、２０ｃに形成される燃料ガス供給流路２３の横断面積（一つの略矩形状横断面の面積）は、図４、図６、図７および図１０に示す燃料ガス供給流路２３の横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。図７に示すように少なくとも一部の内壁面が空気極層１３から形成される空気供給流路２４だけでなく、図６と図７に示すように空気極層１３に接触する支持構造体２０の部分２０ａ３、２０ｂに形成される空気供給流路２４の横断面積（一つの略矩形状横断面の面積）は、図４、図５、図８および図１０に示す空気供給流路２４（第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部）の横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。
（実施形態２）
図１２は、図１の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。図１２のＩＩ−ＩＩ線に沿った方向から見た断面が図１と図２に対応する。
図１２に示すように、電池構造部を構成する単一のセルは、２つの燃料極層１１ａ、１１ｂと２つの空気極層１３ａ、１３ｂを備えている。図示されていないが、２つの燃料極層１１ａ、１１ｂと２つの空気極層１３ａ、１３ｂの間には、固体電解質層が介在している。支持構造体２０の一部であるガス供給流路構造部２１ｂには、セルに燃料ガスを供給するためのアノードガス供給流路としての２つの燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂと、セルに空気を供給するためのカソードガス供給流路としての１つの空気供給流路２４とが形成されている。燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂおよび空気供給流路２４のそれぞれは、一方向に延在する開口、すなわち、細長い貫通孔で形成されている。言い換えれば、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂおよび空気供給流路２４のそれぞれは、略矩形状の横断面を有する。
燃料ガス供給流路２３ａは燃料極層１１ａの一方側（図１２にて左側）の側面に接触するように配置され、燃料ガス供給流路２３ｂは燃料極層１１ｂの一方側（図１２にて左側）の側面に接触するように配置されている。空気供給流路２４は、空気極層１３ａと空気極層１３ｂの間に介在し、空気極層１３ａの一方側の側面（図１２にて下側）に接触するように配置され、かつ、空気極層１３ｂの一方側の側面（図１２にて上側）に接触するように配置されている。この配置により、空気供給流路２４が電池構造部の内部に配置されている。
図１２に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは、少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１から形成されている第１アノードガス供給流路部に相当する。また、図１２に示す空気供給流路２４は、少なくとも一部の内壁面が空気極層１３から形成されている第１カソードガス供給流路部に相当する。
図１２において、燃料ガスは、左側に配置された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂのそれぞれから右に向かって燃料極層１１ａ、１１ｂのそれぞれに流れる。空気は、電池構造部の内部または中央部に配置された空気供給流路２４から上に向かって空気極層１３ａに流れるとともに、空気供給流路２４から下に向かって空気極層１３ｂに流れる。このように、実施形態２の固体電解質形燃料電池１００では、燃料ガスの流れと空気の流れが直交する。
部分２０ａ１は図１３に示される形状を有し、部分２０ａ２は図１４に示される形状を有し、部分２０ａ３は図１５に示される形状を有する。部分２０ｂは図１６に示される形状を有し、図２０に示される空気極層１３ａ、１３ｂが部分２０ｂに嵌められることによって空気供給流路２４が形成される。部分２０ｃは図１７に示される形状を有し、図１８に示される燃料極層１１ａ、１１ｂが部分２０ｃに嵌められることによって燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂが形成される。図１９に示されるように、固体電解質層１２には燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂと空気供給流路２４が形成されている。
図２と図１３に示すように、燃料極層１１または空気極層１３のいずれにも接触しない支持構造体２０の部分２０ａ１では、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂおよび空気供給流路２４のそれぞれは、一方向に間隔をあけて配置された複数の開口、すなわち、複数の円形状の貫通孔で形成されている。すなわち、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂおよび空気供給流路２４のそれぞれは、間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。
図２と図１４に示すように、燃料極層１１に接触する支持構造体２０の部分２０ａ２では、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは略矩形状の横断面を有し、空気供給流路２４は間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂは、焼成後において消失することにより、燃料極層１１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路２３に通じ、かつ、燃料極層１１に燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路になる。燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂの間は燃料ガス流通路の壁を形成する部分であり、リブという。
図２と図１５に示すように、空気極層１３に接触する支持構造体２０の部分２０ａ３では、空気供給流路２４は略矩形状の横断面を有し、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃは、焼成後において消失することにより、空気極層１３に空気を供給する空気供給流路２４に通じ、かつ、空気極層１３に空気を流通させる空気流通路になる。空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃの間は空気流通路の壁を形成する部分であり、リブという。
図２と図１６に示すように、空気極層１３ａ、１３ｂに接触する支持構造体２０の部分２０ｂでは、空気供給流路２４は略矩形状の横断面を有し、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、空気供給流路２４は、少なくとも一部の内壁面が空気極層１３ａ、１３ｂから形成されている。
図２と図１７に示すように、燃料極層１１ａ、１１ｂに接触する支持構造体２０の部分２０ｃでは、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは略矩形状の横断面を有し、空気供給流路２４は間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは、少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１ａ、１１ｂから形成されている。
図１９に示すように、固体電解質層１２では、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂおよび空気供給流路２４のそれぞれは、間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。
図１７に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは、少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１ａ、１１ｂから形成される第１アノードガス供給流路部に相当し、図１６に示す空気供給流路２４は、少なくとも一部の内壁面が空気極層１３ａ、１３ｂから形成される第１カソードガス供給流路部に相当する。図１３、図１５、図１６および図１９に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは、第１アノードガス供給流路部以外の第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部に相当する。図１３、図１４、図１７および図１９に示す空気供給流路２４は、第１カソードガス供給流路部以外の第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部に相当する。
以上のように構成されるので、図１７に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂ（第１アノードガス供給流路部）の横断面積（略矩形状横断面の面積の総計）は、図１３、図１５、図１６および図１９に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂ（第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部）の横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。図１６に示す空気供給流路２４（第１カソードガス供給流路部）は、（一つの略矩形状横断面の面積）は、図１３、図１４、図１７および図１９に示す空気供給流路２４（第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部）の横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。
したがって、実施形態２の固体電解質形燃料電池１００は、上述した実施形態１と同様の作用効果を達成することができる。
セル以外に形成された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの横断面積の比率、および、セル以外に形成された空気供給流路２４の少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された空気供給流路２４の横断面積の比率の少なくともいずれか一方は、１．１以上１４以下であることが好ましい。セル以外に形成された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの横断面積の比率、および、セル以外に形成された空気供給流路２４の少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された空気供給流路２４の横断面積の比率の少なくともいずれか一方は、２以上１０以下であることがより好ましい。これらの場合においても、上述した実施形態１と同様の作用効果を達成することができる。
なお、実施形態２では、図１７に示すように少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１ａ、１１ｂから形成される燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂだけでなく、図１４と図１７に示すように燃料極層１１ａ、１１ｂに接触する支持構造体２０の部分２０ａ２、２０ｃに形成される燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの横断面積（略矩形状横断面の面積の総計）は、図１３、図１５、図１６および図１９に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。図１６に示すように少なくとも一部の内壁面が空気極層１３ａ、１３ｂから形成される空気供給流路２４だけでなく、図１５と図１６に示すように空気極層１３ａ、１３ｂに接触する支持構造体２０の部分２０ａ３、２０ｂに形成される空気供給流路２４の横断面積（一つの略矩形状横断面の面積）は、図１３、図１４、図１７および図１９に示す空気供給流路２４（第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部）の横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。
（実施形態３）
図２１は、図１の単位モジュールの概略的な構成を示す平面図である。図２１のＩＩ−ＩＩ線に沿った方向から見た断面が図１と図２に対応する。
図２１に示すように、電池構造部を構成する単一のセルは、４つの燃料極層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと４つの空気極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを備えている。図示されていないが、４つの燃料極層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄと４つの空気極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの間には、固体電解質層が介在している。支持構造体２０の一部であるガス供給流路構造部２１ｂには、セルに燃料ガスを供給するためのアノードガス供給流路としての２つの燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂと、セルに空気を供給するためのカソードガス供給流路としての２つの空気供給流路２４ａ、２４ｂとが形成されている。燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂおよび空気供給流路２４ａ、２４ｂのそれぞれは、一方向に延在する開口、すなわち、細長い貫通孔で形成されている。言い換えれば、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂおよび空気供給流路２４ａ、２４ｂのそれぞれは、略矩形状の横断面を有する。
燃料ガス供給流路２３ａは、燃料極層１１ａと燃料極層１１ｂの間に介在し、燃料極層１１ａの一方側の側面（図２１にて右側）に接触するように配置され、かつ、燃料極層１１ｂの一方側の側面（図２１にて左側）に接触するように配置されている。燃料ガス供給流路２３ｂは、燃料極層１１ｃと燃料極層１１ｄの間に介在し、燃料極層１１ｃの一方側の側面（図２１にて右側）に接触するように配置され、かつ、燃料極層１１ｄの一方側の側面（図２１にて左側）に接触するように配置されている。この配置により、燃料ガス供給流路２３が電池構造部の内部に配置されている。
空気供給流路２４ａは、空気極層１３ａと空気極層１３ｃの間に介在し、空気極層１３ａの一方側の側面（図２１にて下側）に接触するように配置され、かつ、空気極層１３ｃの一方側の側面（図２１にて上側）に接触するように配置されている。空気供給流路２４ｂは、空気極層１３ｂと空気極層１３ｄの間に介在し、空気極層１３ｂの一方側の側面（図２１にて下側）に接触するように配置され、かつ、空気極層１３ｄの一方側の側面（図２１にて上側）に接触するように配置されている。この配置により、空気供給流路２４が電池構造部の内部に配置されている。
図２１に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは、少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１から形成されている第１アノードガス供給流路部に相当する。また、図２１に示す空気供給流路２４は、少なくとも一部の内壁面が空気極層１３から形成されている第１カソードガス供給流路部に相当する。
図２１において、燃料ガスは、電池構造部の内部または中央部に配置された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂのそれぞれから左右方向に燃料極層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄのそれぞれに流れる。空気は、電池構造部の内部または中央部に配置された空気供給流路２４ａ、２４ｂのそれぞれから上下方向に空気極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのそれぞれに流れる。このように、実施形態３の固体電解質形燃料電池１００では、燃料ガスの流れと空気の流れが直交する。
部分２０ａ１は図２２に示される形状を有し、部分２０ａ２は図２３に示される形状を有し、部分２０ａ３は図２４に示される形状を有する。部分２０ｂは図２５に示される形状を有し、図２９に示される空気極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが部分２０ｂに嵌められることによって空気供給流路２４ａ、２４ｂが形成される。部分２０ｃは図２６に示される形状を有し、図２７に示される燃料極層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが部分２０ｃに嵌められることによって燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂが形成される。図２８に示されるように、固体電解質層１２には燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂと空気供給流路２４ａ、２４ｂが形成されている。
図２と図２２に示すように、燃料極層１１または空気極層１３のいずれにも接触しない支持構造体２０の部分２０ａ１では、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂおよび空気供給流路２４ａ、２４ｂのそれぞれは、一方向に間隔をあけて配置された複数の開口、すなわち、複数の円形状の貫通孔で形成されている。すなわち、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂおよび空気供給流路２４ａ、２４ｂのそれぞれは、間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。
図２と図２３に示すように、燃料極層１１に接触する支持構造体２０の部分２０ａ２では、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは略矩形状の横断面を有し、空気供給流路２４ａ、２４ｂは間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂは、焼成後において消失することにより、燃料極層１１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂに通じ、かつ、燃料極層１１に燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路になる。燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂの間は燃料ガス流通路の壁を形成する部分であり、リブという。
図２と図２４に示すように、空気極層１３に接触する支持構造体２０の部分２０ａ３では、空気供給流路２４ａ、２４ｂは略矩形状の横断面を有し、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂは、焼成後において消失することにより、空気極層１３に空気を供給する空気供給流路２４ａ、２４ｂに通じ、かつ、空気極層１３に空気を流通させる空気流通路になる。空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂの間は空気流通路の壁を形成する部分であり、リブという。
図２と図２５に示すように、空気極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに接触する支持構造体２０の部分２０ｂでは、空気供給流路２４ａ、２４ｂは略矩形状の横断面を有し、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、空気供給流路２４ａ、２４ｂは、少なくとも一部の内壁面が空気極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから形成されている。
図２と図２６に示すように、燃料極層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに接触する支持構造体２０の部分２０ｃでは、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは略矩形状の横断面を有し、空気供給流路２４ａ、２４ｂは間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。なお、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは、少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄから形成されている。
図２８に示すように、固体電解質層１２では、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂおよび空気供給流路２４ａ、２４ｂのそれぞれは、間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する。
図２６に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは、少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１ａ、１１ｂから形成される第１アノードガス供給流路部に相当し、図２５に示す空気供給流路２４ａ、２４ｂは、少なくとも一部の内壁面が空気極層１３ａ、１３ｂから形成される第１カソードガス供給流路部に相当する。図２２、図２４、図２５および図２８に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂは、第１アノードガス供給流路部以外の第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部に相当する。図２２、図２３、図２６および図２８に示す空気供給流路２４は、第１カソードガス供給流路部以外の第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部に相当する。
以上のように構成されるので、図２６に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂ（第１アノードガス供給流路部）の横断面積（略矩形状横断面の面積の総計）は、図２２、図２４、図２５および図２８に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂ（第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部）の横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。図２５に示す空気供給流路２４ａ、２４ｂ（第１カソードガス供給流路部）は、（略矩形状横断面の面積の総計）は、図２２、図２３、図２６および図２８に示す空気供給流路２４ａ、２４ｂ（第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部）の横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。
したがって、実施形態３の固体電解質形燃料電池１００は、上述した実施形態１と同様の作用効果を達成することができる。
セル以外に形成された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの横断面積の比率、および、セル以外に形成された空気供給流路２４ａ、２４ｂの少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された空気供給流路２４ａ、２４ｂの横断面積の比率の少なくともいずれか一方は、１．１以上１４以下であることが好ましい。セル以外に形成された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの横断面積の比率、および、セル以外に形成された空気供給流路２４ａ、２４ｂの少なくとも一部の横断面積に対するセル内に形成された空気供給流路２４ａ、２４ｂの横断面積の比率の少なくともいずれか一方は、２以上１０以下であることがより好ましい。これらの場合においても、上述した実施形態１と同様の作用効果を達成することができる。
なお、実施形態３では、図２６に示すように少なくとも一部の内壁面が燃料極層１１ａ、１１ｂから形成される燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂだけでなく、図２３と図２６に示すように燃料極層１１ａ、１１ｂに接触する支持構造体２０の部分２０ａ２、２０ｃに形成される燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの横断面積（略矩形状横断面の面積の総計）は、図２２、図２４、図２５および図２８に示す燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂの横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。図２５に示すように少なくとも一部の内壁面が空気極層１３ａ、１３ｂから形成される空気供給流路２４ａ、２４ｂだけでなく、図２４と図２５に示すように空気極層１３ａ、１３ｂに接触する支持構造体２０の部分２０ａ３、２０ｂに形成される空気供給流路２４ａ、２４ｂの横断面積（略矩形状横断面の面積の総計）は、図２２、図２３、図２６および図２８に示す空気供給流路２４ａ、２４ｂ（第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部）の横断面積（略円形状横断面の面積の総計）よりも大きい。
実施形態２と実施形態３の固体電解質形燃料電池１００においては、燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂまたは空気供給流路２４ａ、２４ｂの少なくともいずれか一方が電池構造部の内部に配置されているので、燃料ガスまたは空気の少なくともいずれか一方が、電池構造部の内部から外部に流れる。このため、セパレータの機能を果たすセル間分離部２１ａとセルの温度が発電によって発生する熱に起因して局所的に上昇するのを抑制することができる。これにより、セル間分離部２１ａに生じる熱応力を小さくすることができるので、セル間分離部２１ａとセルが破壊するのを防止することができる。
また、燃料ガスまたは空気の少なくともいずれか一方が、電池構造部の内部から外部に流れるので、発電によって発生する熱を冷却するガスとして作用する。このため、電池構造部の内部の温度上昇を抑制することができる。
さらに、電池構造部の内部に配置された燃料ガス供給流路２３ａ、２３ｂまたは空気供給流路２４、２４ａ、２４ｂの少なくともいずれか一方によって、燃料極層１１ａ〜１１ｄまたは空気極層１３ａ〜１３ｄの少なくともいずれか一方が分断されるため、発電によって熱が発生する箇所を分散することができる。これにより、電池構造部の内部の温度上昇を抑制することができる。
実施形態１〜３の固体電解質形燃料電池１００において、ガス供給流路構造部２１ｂとセル間分離部２１ａとが一体的に形成されている。このように構成することにより、マニホールドの機能を果たすガス供給流路構造部２１ｂと、セパレータの機能を果たすセル間分離部２１ａとが一体的に形成されているので、セパレータとマニホールドの二つの機能を果たす部分が連続して形成されている。このため、従来の固体電解質形燃料電池において必要であった、セパレータ間とセル‐マニホールド間のシール部材が不要となる。これにより、電池全体としてのガスに対するシール性を高めることができ、部材点数を少なくすることができ、その結果として製造工程数を削減することができる。
また、本発明の固体電解質形燃料電池１００において、ガス供給流路構造部２１ｂと固体電解質層１２とが一体的に形成されている。このように構成することにより、ガス供給流路構造部２１ｂと固体電解質層１２が接する部分においてガラス等を用いてシールする必要がなくなる。
なお、実施形態１〜３の固体電解質形燃料電池１００においては、燃料ガス供給流路２３、２３ａ、２３ｂと空気供給流路２４、２４ａ、２４ｂは、略矩形状、略円形状の横断面を有するように形成されているが、流路の横断面形状は限定されるものではなく、種々の幾何学的な平面形状を採用してもよい。
以下、上述した実施形態１に基づいて本発明の固体電解質形燃料電池を作製した実施例１と、本発明の構造と比較するために固体電解質形燃料電池を作製した比較例１、２について説明する。
（実施例１）
まず、図１〜図３に示す実施形態１の固体電解質形燃料電池の単位モジュールを構成する各部材の材料粉末を以下のとおり準備した。
燃料極層１１：酸化ニッケル（ＮｉＯ）６０重量％と、添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）４０重量％との混合物
固体電解質層１２：添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ２Ｏ３）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）
空気極層１３：Ｌａ0.8Ｓｒ0.2ＭｎＯ3６０重量％と、添加量１０モル％のスカンジア（Ｓｃ2Ｏ3）と添加量１モル％のセリア（ＣｅＯ2）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（スカンジアセリア安定化ジルコニア：ＳｃＣｅＳＺ）４０重量％との混合物
図１に示す固体電解質形燃料電池支持構造体２０にて部分２０ａ、部分２０ｂおよび部分２０ｃ（図２）については、電気絶縁材料を作製するために以下に示す材料粉末を準備した。
添加量３モル％のイットリア（Ｙ2Ｏ3）で安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）（イットリア安定化ジルコニア：３ＹＳＺ）
以上のように準備された材料を用いて、まず、図２に示すように、固体電解質形燃料電池支持構造体２０を構成する部分２０ａ、２０ｂおよび２０ｃについて３種類の形状の各グリーンシートを以下のように作製した。部分２０ａは、下から順に、部分２０ａ２（図５参照）、部分２０ａ１（図４参照）および部分２０ａ３（図６）が積層されて構成される。部分２０ｂは図７に示されている。部分２０ｃは図８に示されている。
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３については、電気絶縁材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物（重量比率で混合比が１：４）とを混合した後、ドクターブレード法により固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートを作製した。
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートでは、図４、図５、図６に示すように、電気絶縁体２１に複数の電気導電体２２を形成するための貫通孔を形成した。これらの貫通孔に７０重量％の銀と３０重量％のパラジウムとからなるペーストを充填することにより、電気導電体２２を形成するための導電性ペースト充填層を作製した。
また、図４、図５、図６に示すように、部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３には、燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４を形成するために、円形と細長い矩形の貫通孔を形成した。円形の貫通孔は、直径が４．５ｍｍで１２ｍｍの間隔で均等に５個配置した。したがって、円形の貫通孔の面積の総計は約８０ｍｍ2であった。矩形の貫通孔は、幅が４．５ｍｍで長さが６１．５ｍｍであった。したがって、矩形の貫通孔の面積は約２７７ｍｍ2であった。
部分２０ａ２のグリーンシートでは、図５に示すように、燃料ガス供給流路２３を形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂを形成した。この燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂは、焼成後において消失することにより、燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路２３に通じ、かつ、燃料極層１１に燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路になる。なお、図５では、３つの燃料ガス流通路が形成されるようになっているが、実際には幅が０．８ｍｍで長さが６１．５ｍｍの燃料ガス流通路を０．８ｍｍの間隔（リブ）で多数配置した。
部分２０ａ３のグリーンシートでは、図６に示すように、空気供給流路２４を形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを形成した。この空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃは、焼成後において消失することにより、空気を供給する空気供給流路２４に通じ、かつ、空気極層１３に空気を流通させる空気流通路になる。なお、図６では、３つの空気流通路が形成されるようになっているが、実際には幅が０．８ｍｍで長さが６１．５ｍｍの空気流通路を０．８ｍｍの間隔（リブ）で多数配置した。
次に、部分２０ｂについては、電気絶縁材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物（重量比率で混合比が１：４）とを混合した後、ドクターブレード法により固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ｂのグリーンシートを作製した。
部分２０ｂのグリーンシートでは、図３に示す空気供給流路２４を形成するための隙間を存在させて空気極層１３のグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図７に示すように、ほぼＵ字形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、図７に示すように電気絶縁体２１に燃料ガス供給流路２３を形成するために上記と同様の大きさの円形の貫通孔を部分２０ｂのグリーンシートに形成した。
そして、部分２０ｃについては、電気絶縁材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物（重量比率で混合比が１：４）とを混合した後、ドクターブレード法により固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ｃのグリーンシートを作製した。
部分２０ｃのグリーンシートでは、図３に示す燃料ガス供給流路２３を形成するための隙間を存在させて燃料極層１１のグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図８に示すように、ほぼＵ字形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、図８に示すように電気絶縁体２１に空気供給流路２４を形成するために上記と同様の大きさの円形の貫通孔を部分２０ｃのグリーンシートに形成した。
次に、図３に示す空気極層１３および燃料極層１１、ならびに図１と図２に示す固体電解質層１２のグリーンシートを以下のようにして作製した。
燃料極層１１と空気極層１３のそれぞれの材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物（重量比率で混合比が１：４）とを混合した後、ドクターブレード法により、燃料極層１１と空気極層１３のグリーンシートを作製した。
固体電解質層１２の材料粉末と、ポリビニルブチラール系バインダーと、有機溶媒としてのエタノールとトルエンとの混合物（重量比率で混合比が１：４）とを混合した後、ドクターブレード法により固体電解質層１２のグリーンシートを作製した。
具体的には図９に示す形状で燃料極層１１のグリーンシートを作製し、図１０に示す形状で固体電解質層１２のグリーンシートを作製し、図１１に示す形状で空気極層１３のグリーンシートを作製した。固体電解質層１２のグリーンシートには、図１０に示すように、燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４を形成するための上記と同様の大きさの細長い矩形の貫通孔を形成した。
以上のようにして作製された、固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ｃ、２０ａおよび２０ｂのグリーンシートを順に積層し、さらにこれらに、空気極層１３、固体電解質層１２および燃料極層１１のグリーンシートを順に嵌め合わせて積層することにより、図２に示す固体電解質形燃料電池支持構造体２０（焼成後のセル間分離部２１ａの厚み：１００μｍ）／空気極層１３（焼成後の厚み：２００μｍ）／固体電解質層１２（焼成後の厚み：２０μｍ）／燃料極層１１（焼成後の厚み：２００μｍ）からなる固体電解質形燃料電池単位モジュールを４組積層し、最上部にはガス供給流路を形成していない固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ａを積層した。この積層体を１０００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力、８０℃の温度にて２分間、冷間静水圧成形することにより圧着した。この圧着体を温度４００〜５００℃の範囲内で脱脂処理を施した後、温度１０００℃〜１３００℃の範囲内で２時間保持することにより、焼成した。このようにして実施例１の固体電解質形燃料電池の試料（平面積が８５ｍｍ×８５ｍｍ）を作製した。
以上のようにして作製された実施例１の固体電解質形燃料電池の試料の上面と下面に、図２に示すように、銀からなる厚みが２０μｍの集電板３０と４０を固着した。
得られた実施例１（実施形態１に相当する）の固体電解質形燃料電池１００においては、燃料ガスが供給される箇所の燃料極層１１に形成される燃料ガス供給流路２３の横断面積（一つの矩形横断面の面積：約２７７ｍｍ2）が、上記の燃料ガス供給流路２３以外の燃料ガス供給流路２３の少なくとも一部の横断面積（５つの円形横断面の面積の総計：約８０ｍｍ2）よりも大きく、かつ、空気が供給される箇所の空気極層１３に形成される空気供給流路２４の横断面積（一つの矩形横断面の面積：約２７７ｍｍ2）が、上記の空気供給流路２４以外の空気供給流路２４の少なくとも一部の横断面積（５つの円形横断面の面積の総計：８０ｍｍ2）よりも大きい。
（比較例１）
まず、図１、図２、図３に示す固体電解質形燃料電池の単位モジュールを構成する各部材である燃料極層１１、固体電解質層１２、空気極層１３、部分２０ａ〜２０ｃの材料粉末を実施例１と同様にして準備した。
以上のように準備された材料を用いて、まず、図２に示すように、固体電解質形燃料電池支持構造体２０を構成する部分２０ａ、２０ｂおよび２０ｃについて３種類の形状の各グリーンシートを以下のように作製した。部分２０ａは、下から順に、部分２０ａ２（図３１参照）、部分２０ａ１（図３０参照）および部分２０ａ３（図３２）が積層されて構成される。部分２０ｂは図３３に示されている。部分２０ｃは図３４に示されている。
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートでは、図３０、図３１、図３２に示すように、電気絶縁体２１に複数の電気導電体２２を形成するための導電性ペースト充填層を実施例１と同様にして作製した。
また、図３０、図３１、図３２に示すように、部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３には、燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４を形成するために細長い矩形の貫通孔を形成した。矩形の貫通孔の大きさは実施例１と同じである。
部分２０ａ２のグリーンシートでは、図３１に示すように、燃料ガス供給流路２３を形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃを形成した。この燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃは、焼成後において消失することにより、燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路２３に通じ、かつ、燃料極層１１に燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路になる。燃料ガス流通路の大きさ、数および配置は実施例１と同様である。
部分２０ａ３のグリーンシートでは、図３２に示すように、空気供給流路２４を形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを形成した。この空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃは、焼成後において消失することにより、空気を供給する空気供給流路２４に通じ、かつ、空気極層１３に空気を流通させる空気流通路になる。空気流通路の大きさ、数および配置は実施例１と同様である。
次に、部分２０ｂのグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。
部分２０ｂのグリーンシートでは、図３に示す空気供給流路２４を形成するための隙間を存在させて空気極層１３のグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図３３に示すような形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、図２と図３に示すように電気絶縁体２１に燃料ガス供給流路２３を形成するための細長い矩形の貫通孔を部分２０ｂのグリーンシートに形成した。矩形の貫通孔の大きさは実施例１と同じである。
そして、部分２０ｃのグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。
部分２０ｃのグリーンシートでは、図３に示す燃料ガス供給流路２３を形成するための隙間を存在させて燃料極層１１のグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図３４に示すような形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、図３に示すように電気絶縁体２１に空気供給流路２４を形成するための細長い矩形の貫通孔を部分２０ｃのグリーンシートに形成した。矩形の貫通孔の大きさは実施例１と同じである。
次に、図３に示す空気極層１３および燃料極層１１、ならびに図１と図２に示す固体電解質層１２のグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。
具体的には図３５に示す形状で燃料極層１１のグリーンシートを作製し、図３６に示す形状で固体電解質層１２のグリーンシートを作製し、図３７に示す形状で空気極層１３のグリーンシートを作製した。固体電解質層１２のグリーンシートには、図３６に示すように、燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４を形成するための細長い矩形の貫通孔を形成した。矩形の貫通孔の大きさは実施例１と同じである。
以上のようにして作製された、固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ｃ、２０ａおよび２０ｂのグリーンシートを順に積層し、さらにこれらに、空気極層１３、固体電解質層１２および燃料極層１１のグリーンシートを順に嵌め合わせて積層することにより、図２に示す固体電解質形燃料電池支持構造体２０（焼成後のセル間分離部２１ａの厚み：１００μｍ）／空気極層１３（焼成後の厚み：２００μｍ）／固体電解質層１２（焼成後の厚み：２０μｍ）／燃料極層１１（焼成後の厚み：２００μｍ）からなる固体電解質形燃料電池単位モジュールを４組積層し、最上部にはガス供給流路を形成していない固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ａを積層した。この積層体を、実施例１と同様にして、冷間静水圧成形することにより圧着した。この圧着体を、実施例１と同様にして、脱脂処理を施した後、焼成した。このようにして比較例１の固体電解質形燃料電池の試料（平面積が８５ｍｍ×８５ｍｍ）を作製した。
以上のようにして作製された比較例１の固体電解質形燃料電池の試料の上面と下面に、図２に示すように、銀からなる厚みが２０μｍの集電板３０と４０を固着した。
得られた比較例１の固体電解質形燃料電池１００においては、すべての燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４の横断面が一つの矩形状横断面である。したがって、燃料ガスが供給される箇所の燃料極層１１に形成される燃料ガス供給流路２３の横断面積（一つの矩形横断面の面積：約２７７ｍｍ2）が、上記の燃料ガス供給流路２３以外の燃料ガス供給流路２３の少なくとも一部の横断面積（一つの矩形横断面の面積：約２７７ｍｍ2）と同じで、かつ、空気が供給される箇所の空気極層１３に形成される空気供給流路２４の横断面積（一つの矩形横断面の面積：約２７７ｍｍ2）が、上記の空気供給流路２４以外の空気供給流路２４の少なくとも一部の横断面積（一つの矩形横断面の面積：約２７７ｍｍ2）と同じである。
（比較例２）
まず、図１、図２に示す固体電解質形燃料電池の単位モジュールを構成する各部材である燃料極層１１、固体電解質層１２、空気極層１３、部分２０ａ〜２０ｃの材料粉末を実施例１と同様にして準備した。
以上のように準備された材料を用いて、まず、図２に示すように、固体電解質形燃料電池支持構造体２０を構成する部分２０ａ、２０ｂおよび２０ｃについて３種類の形状の各グリーンシートを以下のように作製した。部分２０ａは、下から順に、部分２０ａ２（図３９参照）、部分２０ａ１（図３８参照）および部分２０ａ３（図４０）が積層されて構成される。部分２０ｂは図４１に示されている。部分２０ｃは図４２に示されている。
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。
部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３のグリーンシートでは、図３８、図３９、図４０に示すように、電気絶縁体２１に複数の電気導電体２２を形成するための導電性ペースト充填層を実施例１と同様にして作製した。
また、図３８、図３９、図４０に示すように、部分２０ａ１、２０ａ２、２０ａ３には、燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４を形成するために円形の貫通孔を形成した。円形の貫通孔の大きさ、数および配置は実施例１と同じである。
部分２０ａ２のグリーンシートでは、図３９に示すように、燃料ガス供給流路２３を形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃを形成した。この燃料ガス流通路形成層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃは、焼成後において消失することにより、燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路２３に通じ、かつ、燃料極層１１に燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路になる。燃料ガス流通路の大きさ、数および配置は実施例１と同様である。
部分２０ａ３のグリーンシートでは、図４０に示すように、空気供給流路２４を形成するための貫通孔に接続するように、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃを形成した。この空気流通路形成層２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃは、焼成後において消失することにより、空気を供給する空気供給流路２４に通じ、かつ、空気極層１３に空気を流通させる空気流通路になる。空気流通路の大きさ、数および配置は実施例１と同様である。
次に、部分２０ｂのグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。
部分２０ｂのグリーンシートでは、横断面が円形の空気供給流路２４を形成するための隙間を存在させて空気極層１３のグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図４１に示すように、ほぼＵ字形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、電気絶縁体２１に燃料ガス供給流路２３を形成するための円形の貫通孔を部分２０ｂのグリーンシートに形成した。円形の貫通孔の大きさ、数および配置は実施例１と同じである。
そして、部分２０ｃのグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。
部分２０ｃのグリーンシートでは、横断面が円形の燃料ガス供給流路２３を形成するための隙間を存在させて燃料極層１１のグリーンシートを嵌め合わせすることができるように、図４２に示すように、ほぼＵ字形状の電気絶縁体２１からなるシートを作製した。また、電気絶縁体２１に空気供給流路２４を形成するための円形の貫通孔を部分２０ｃのグリーンシートに形成した。円形の貫通孔の大きさ、数および配置は実施例１と同じである。
次に、空気極層１３および燃料極層１１、ならびに固体電解質層１２のグリーンシートを実施例１と同様にして作製した。
具体的には図４３に示す形状で燃料極層１１のグリーンシートを作製し、図４４に示す形状で固体電解質層１２のグリーンシートを作製し、図４５に示す形状で空気極層１３のグリーンシートを作製した。固体電解質層１２のグリーンシートには、図４４に示すように、燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４を形成するための円形の貫通孔を形成した。円形の貫通孔の大きさ、数および配置は実施例１と同じである。
以上のようにして作製された、固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ｃ、２０ａおよび２０ｂのグリーンシートを順に積層し、さらにこれらに、空気極層１３、固体電解質層１２および燃料極層１１のグリーンシートを順に嵌め合わせて積層することにより、図２に示す固体電解質形燃料電池支持構造体２０（焼成後のセル間分離部２１ａの厚み：１００μｍ）／空気極層１３（焼成後の厚み：２００μｍ）／固体電解質層１２／燃料極層１１（焼成後の厚み：２００μｍ）からなる固体電解質形燃料電池単位モジュールを４組積層し、最上部にはガス供給流路を形成していない固体電解質形燃料電池支持構造体２０の部分２０ａを積層した。この積層体を、実施例１と同様にして、冷間静水圧成形することにより圧着した。この圧着体を、実施例１と同様にして、脱脂処理を施した後、焼成した。このようにして比較例２の固体電解質形燃料電池の試料（平面積が８５ｍｍ×８５ｍｍ）を作製した。
以上のようにして作製された比較例２の固体電解質形燃料電池の試料の上面と下面に、図２に示すように、銀からなる厚みが２０μｍの集電板３０と４０を固着した。
得られた比較例２の固体電解質形燃料電池１００においては、すべての燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４の横断面が５つの円形状横断面である。したがって、燃料ガスが供給される箇所の燃料極層１１に形成される燃料ガス供給流路２３の横断面積（５つの円形横断面の面積の総計：約８０ｍｍ2）が、上記の燃料ガス供給流路２３以外の燃料ガス供給流路２３の少なくとも一部の横断面積（５つの円形横断面の面積の総計：約８０ｍｍ2）と同じで、かつ、空気が供給される箇所の空気極層１３に形成される空気供給流路２４の横断面積（５つの円形横断面の面積の総計：約８０ｍｍ2）が、上記の空気供給流路２４以外の空気供給流路２４の少なくとも一部の横断面積（５つの円形横断面の面積の総計：約８０ｍｍ2）と同じである。
（評価）
得られた実施例１と比較例１、２の各試料の燃料電池を７５０℃に昇温して、５％の水蒸気を含む水素ガス（温度６０℃）と空気とをそれぞれ、燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４とを通じて供給することにより、発電した。また、水素ガスと空気の供給量を増加させることにより、発電によって得られる電流密度を０．５Ａ／ｃｍ2まで増大させた。得られるセル電圧（Ｖ）と燃料利用率（％）との関係を評価した。その結果を図４６に示す。
以上の結果から、実施例１では、得られるセル電圧（Ｖ）と燃料利用率（％）との関係が比較例１とほぼ同じであることがわかる。言い換えれば、実施例１は、比較例１に比べて燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４の横断面積の総計が小さい（５つの円形状横断面と１つの矩形状横断面の組合せ）にもかかわらず、すべての燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４の横断面積（１つの矩形状横断面）が大きい比較例１と同様の高いセル電圧を得ることができることがわかる。このことは、実施例１と比較例１では、少なくともセル内で燃料極層１１または空気極層１３に接するように形成された大きな横断面積の燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４を通じて、燃料極層１１と空気極層１３にガスを均一に分配して供給することができるためであると考えられる。
また、実施例１では、セル以外に形成された燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４の少なくとも一部が小さな横断面積を有するので、ガス供給流路とセルとが一体的に形成された固体電解質形燃料電池１００において、供給流路の形成によって強度が低下するのを防止することができる。
これに対して、比較例２では、すべての燃料ガス供給流路２３と空気供給流路２４の横断面積が小さいので、セル電圧が低いことがわかる。
今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
本発明によれば、ガスが供給される箇所のセル内のアノード層とカソード層に形成されるガス供給流路の横断面積を大きく、かつ、セル以外に形成されたガス供給流路の少なくとも一部の横断面積を小さくするので、ガス供給流路とセルとが一体的に形成された固体電解質形燃料電池の強度の低下を防止することができるとともに、セル内部へのガスの供給を均一にすることが可能になるので、本発明は、セラミックス材料からなるセパレータを用いた種々のタイプの固体電解質形燃料電池に適用することができる。
１：固体電解質形燃料電池の単位モジュール、１１、１１ａ〜１１ｄ：燃料極層、１２：固体電解質層、１３、１３ａ〜１３ｄ：空気極層、２０：固体電解質形燃料電池支持構造体、２１：電気絶縁体、２１ａ：セル間分離部、２１ｂ：ガス供給流路構造部、２２：電気導電体、２３、２３ａ、２３ｂ：燃料ガス供給流路、２４、２４ａ、２４ｂ：空気供給流路、１００：固体電解質形燃料電池。

Claims (8)

  1. 各々がアノード層、固体電解質層およびカソード層からなる複数のセルを含む電池構造部と、
    前記複数のセルの間に配置され、セラミックスを含む材料から形成されたセル間分離部と、
    前記セル間分離部を貫通して前記各セルに接続するように設けられたガス供給流路構造部であって、前記複数のセルの各々にアノードガスを供給するアノードガス供給流路と、前記複数のセルの各々にカソードガスを供給するカソードガス供給流路とを有し、前記セルと一体的に形成されたガス供給流路構造部とを備え、
    前記アノードガス供給流路が、少なくとも一部の内壁面が前記アノード層から形成されている第１アノードガス供給流路部と、前記セル間分離部の前記第１アノードガス供給流路部以外の部分を貫通している第２アノードガス供給流路部とから構成され、
    前記カソードガス供給流路が、少なくとも一部の内壁面が前記カソード層から形成されている第１カソードガス供給流路部と、前記セル間分離部の前記第１カソードガス供給流路部以外の部分を貫通している第２カソードガス供給流路部とから構成され、
    前記第１アノードガス供給流路部の横断面積が前記第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積よりも大きく、前記第１カソードガス供給流路部の横断面積が前記第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積よりも大きい、固体電解質形燃料電池。
  2. 前記第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積に対する前記第１アノードガス供給流路部の横断面積の比率、および、前記第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積に対する前記第１カソードガス供給流路部の横断面積の比率の少なくともいずれか一方が、１．１以上１４以下である、請求項１に記載の固体電解質形燃料電池。
  3. 前記第２アノードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積に対する前記第１アノードガス供給流路部の横断面積の比率、および、前記第２カソードガス供給流路部の少なくとも一部の横断面積に対する前記第１カソードガス供給流路部の横断面積の比率の少なくともいずれか一方が、２以上１０以下である、請求項１に記載の固体電解質形燃料電池。
  4. 前記第１アノードガス供給流路部および前記第１カソードガス供給流路部の少なくともいずれか一方が、略矩形状の横断面を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
  5. 前記第２アノードガス供給流路部および前記第２カソードガス供給流路部の少なくともいずれか一方が、間隔をあけて配置された複数の略円形状の横断面を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
  6. 前記第２アノードガス供給流路部が、前記固体電解質層、前記カソード層、および、前記セル間分離部に形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
  7. 前記第２カソードガス供給流路部が、前記アノード層、前記固体電解質層、および、前記セル間分離部に形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
  8. 前記電池構造部、前記セル間分離部、および、前記ガス供給流路構造部が一体的に形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体電解質形燃料電池。
JP2014538449A 2012-09-27 2013-09-20 固体電解質形燃料電池 Expired - Fee Related JP6024930B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012214246 2012-09-27
JP2012214246 2012-09-27
JP2013016822 2013-01-31
JP2013016822 2013-01-31
PCT/JP2013/075407 WO2014050715A1 (ja) 2012-09-27 2013-09-20 固体電解質形燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2014050715A1 JPWO2014050715A1 (ja) 2016-08-22
JP6024930B2 true JP6024930B2 (ja) 2016-11-16

Family

ID=50388120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014538449A Expired - Fee Related JP6024930B2 (ja) 2012-09-27 2013-09-20 固体電解質形燃料電池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9865889B2 (ja)
EP (1) EP2903070A4 (ja)
JP (1) JP6024930B2 (ja)
WO (1) WO2014050715A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6895368B2 (ja) * 2017-11-22 2021-06-30 株式会社東芝 電気化学セルスタック、燃料電池および水素発生装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05129033A (ja) * 1991-11-07 1993-05-25 Tokyo Gas Co Ltd 固体電解質燃料電池
JPH06290798A (ja) * 1993-02-08 1994-10-18 Fuji Electric Co Ltd 固体電解質型燃料電池
JP3381555B2 (ja) * 1997-06-05 2003-03-04 株式会社村田製作所 固体電解質型燃料電池
JP4511779B2 (ja) * 2002-08-05 2010-07-28 パナソニック株式会社 燃料電池
WO2008044429A1 (fr) * 2006-10-05 2008-04-17 Murata Manufacturing Co., Ltd. Structure support pour piles à combustible à électrolyte solide et module à piles à combustible à électrolyte solide doté de celle-ci
JP5214906B2 (ja) * 2007-05-11 2013-06-19 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
KR101175599B1 (ko) * 2008-07-14 2012-08-22 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 인터커넥터용 재료, 셀간 분리 구조체 및 고체 전해질형 연료 전지
CN102906920B (zh) * 2010-05-26 2015-04-22 日本特殊陶业株式会社 固体氧化物燃料电池

Also Published As

Publication number Publication date
US9865889B2 (en) 2018-01-09
JPWO2014050715A1 (ja) 2016-08-22
WO2014050715A1 (ja) 2014-04-03
EP2903070A4 (en) 2016-05-18
EP2903070A1 (en) 2015-08-05
US20150200407A1 (en) 2015-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107408711B (zh) 燃料电池堆
US9608285B2 (en) Stack for a solid oxide fuel cell using a flat tubular structure
KR20170117189A (ko) 전기 화학 반응 단위 및 연료 전지 스택
JP6086154B2 (ja) セパレータ及び燃料電池
EP2787570B1 (en) Method of fabricating fuel cell stack device
JP5077238B2 (ja) 固体電解質形燃料電池支持構造体とそれを備えた固体電解質形燃料電池モジュール
JP4420139B2 (ja) 固体電解質形燃料電池とその製造方法
US9742022B2 (en) Solid electrolytic fuel battery having an inner gas supply path
JP6024930B2 (ja) 固体電解質形燃料電池
KR102114627B1 (ko) 연료 전지 발전 단위 및 연료 전지 스택
JP5326330B2 (ja) 固体電解質形燃料電池とその製造方法
JP6898188B2 (ja) 燃料電池スタック
JP5846936B2 (ja) 燃料電池
JP6993162B2 (ja) 電気化学反応単セル、および、電気化学反応セルスタック
KR101155375B1 (ko) 평관형 고체산화물 연료전지용 병합형 연료극 지지체 및 이를 이용한 스택 구조
JP5954495B2 (ja) 固体電解質形燃料電池
JP5840983B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池及び燃料電池ユニット
JP6137326B2 (ja) 固体電解質形燃料電池とその製造方法
JP5426488B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池用単セルの製造方法
KR101185379B1 (ko) 고체산화물 연료전지용 병합형 평관형 연료극 지지체 및 이를 이용한 스택 구조
JP2014191992A (ja) 固体酸化物型燃料電池の製造方法
JP2016024951A (ja) 固体酸化物形燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160518

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160914

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160927

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6024930

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees