JP6030262B1 - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】ガスを回収可能であり、且つ容易に製造することのできる燃料電池スタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１００は、第１発電素子部、第１支持基板５ａ、第２発電素子部、第２支持基板５ｂ、及び連通部材３を備えている。第１支持基板５ａは、第１基板本体部、第１緻密層、及び第１ガス流路を有する。第１緻密層は、第１基板本体部を覆う。第１ガス流路は、近位端部５０１ａから遠位端部５０２ａまで延びる。第２支持基板５ｂは、第２基板本体部、第２緻密層、及び第２ガス流路を有する。第２緻密層は、第２基板本体部を覆う。第２ガス流路は、近位端部５０１ｂから遠位端部５０２ｂまで延びる。連通部材３は、第１支持基板５ａの遠位端部５０２ａと第２支持基板５ｂの遠位端部５０２ｂとの間を延び、第１ガス流路と第２ガス流路とを連通させる。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池スタックに関するものである。

複数のセルと、各セルにガスを分配するマニホールドと、を備えた燃料電池スタックが知られている。各セルは、多孔質の支持基板と、各支持基板に支持される発電素子部とを備えている。各支持基板の近位端部がマニホールドに挿入されることによって、各支持基板のガス流路にマニホールドから燃料ガスが供給される。各支持基板のガス流路の近位端部から供給された燃料ガスのうち未反応のガスは、ガス流路の遠位端部から外部へと排出される。

特許文献１に記載の燃料電池スタックは、燃料ガスの使用効率を向上させるため、遠位端部から外部へと排出される未反応ガスを回収するように構成されている。具体的には、支持基板は、往路用のガス流路と復路用のガス流路とを有している。往路用のガス流路に供給された燃料ガスのうち未反応のガスは、復路用のガス流路で再度発電に利用される。また、復路用のガス流路を流れた燃料ガスは、遠位端部から外部へ排出されるのではなく、近位端部からマニホールドへと回収される。

支持基板は多孔質であるため、燃料ガスは、往路用のガス流路を最後まで流れることなく復路用のガス流路へ流れてしまうことがある。すなわち、燃料ガスが、往路用のガス流路の途中で支持基板内を通って復路用のガス流路へと流れてしまうことがある。このようなショートカットを防止するために、往路用のガス流路と復路用のガス流路との間に緻密質部材が挿入されている。

特開２０１５−５３１８６号公報

上述したような燃料電池スタックは、多孔質の支持基板の内部に緻密質部材を挿入する必要があるため、製造することが困難であるという問題がある。そこで本発明の課題は、ガスを回収可能であり、且つ容易に製造することのできる燃料電池スタックを提供することにある。

本発明のある側面に係る燃料電池スタックは、第１発電素子部、第１支持基板、第２発電素子部、第２支持基板、連通部材、及びマニホールドを備えている。第１発電素子部は、第１燃料極、第１電解質、及び第１空気極を有する。第１支持基板は、第１基板本体部、第１緻密層、及び第１ガス流路を有する。第１基板本体部は、第１発電素子部を支持する。第１緻密層は、第１基板本体部を覆う。第１ガス流路は、近位端部から遠位端部まで延びる。第２発電素子部は、第２燃料極、第２電解質、及び第２空気極を有する。第２支持基板は、第２基板本体部、第２緻密層、及び第２ガス流路を有する。第２基板本体部は、第２発電素子部を支持する。第２緻密層は、第２基板本体部を覆う。第２ガス流路は、近位端部から遠位端部まで延びる。連通部材は、前記第１支持基板の遠位端部と前記第２支持基板の遠位端部との間を延び、第１ガス流路と第２ガス流路とを連通させる。マニホールドは、第１室及び第２室を有している。第１ガス流路は第１室と連通しており、第２ガス流路は第２室と連通している。

この構成によれば、マニホールドの第１室を介して第１支持基板の第１ガス流路を流れた燃料ガスのうち未反応ガスは、第１ガス流路の遠位端部から外部へと排出されるのではなく、連通部材を介して第２ガス流路へと流れる。そして、第２発電素子部でも使用されなかった未反応ガスは、マニホールドの第２室へ回収される。このため、燃料ガスの使用効率を向上させることができる。また、第１支持基板は、第１基板本体部を覆う第１緻密層を有しており、第２支持基板は、第２基板本体部を覆う第２緻密層を有している。第１及び第２緻密層は、第１及び第２基板本体部よりも緻密であるため、第１ガス流路内を流れる燃料ガスが、第１及び第２基板本体部内を通って第２ガス流路へ流れることを抑制することができる。また、この第１緻密層は、第１基板本体部を覆うように形成すればよく、容易に形成することができる。

マニホールドは、マニホールド本体部と、仕切板と、を有していてもよい。仕切板は、マニホールド本体部を第１室と第２室とに仕切る。

マニホールドは、第１マニホールド本体部と第２マニホールド本体部とを有していてもよい。第１マニホールド本体部は、第１室を有している。第２マニホールド本体部は、第２室を有している。

好ましくは、マニホールドは、ガス供給部、及びガス排出部、をさらに有していてもよい。ガス供給部は、第１室に接続される。ガス排出部は、第２室に接続される。

ガス供給部はマニホールドの第１側板に形成され、ガス排出部はマニホールドの第２側板に形成されていてもよい。マニホールドの第１側板と第２側板とは、互いに反対側に配置される。

ガス供給部及びガス排出部は、ともに、マニホールドの第１側板に形成されていてもよい。

好ましくは、燃料電池スタックは、複数の第１支持基板と、複数の第２支持基板とを備えていてもよい。各第１支持基板は、第１側板が向く方向において、互いに間隔をあけて配置されている。各第２支持基板は、第１側板が向く方向において、互いに間隔をあけて配置されている。

好ましくは、第１支持基板及び第２支持基板は、第１支持基板の側面と第２支持基板の側面とが対向するように配置される。

好ましくは、第１支持基板と第２支持基板とは、互いに間隔をあけて配置される。例えば燃料電池スタックが多数のセルを有して大型化した場合などに、この間隔に空気を流すことによってスタック内の温度分布を均一化することができる。

好ましくは、第１緻密層は第１電解質を含み、第２緻密層は第２電解質を含む。

本発明に係る燃料電池スタックは、ガスを回収可能であり、且つこの燃料電池スタックを容易に製造することができる。

燃料電池スタックの斜視図。 第１セルの斜視図。 第１セルの断面図。 第２セルの斜視図。 第２セルの断面図。 燃料電池スタックの断面図。 変形例に係る燃料電池スタックの断面図。 変形例に係る燃料電池スタックの斜視図。 変形例に係る燃料電池スタックの断面図。

以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、燃料電池スタックを示す斜視図である。なお、図１において、いくつかの第１及び第２セルの記載を省略している。

［燃料電池スタック］
図１に示すように、燃料電池スタック１００は、複数の第１セル１０ａと、複数の第２セル１０ｂと、連通部材３と、マニホールド４と、を備えている。なお、以下では、第１セル１０ａの構成部材の符号の末尾に「ａ」を付し、第２セル１０ｂの構成部材の符号の末尾に「ｂ」を付す。第１セル１０ａと第２セル１０ｂとは、実質的に同じ構成であるため、以下では第１セル１０ａの構成部材のみを説明し、第２セル１０ｂの構成部材については第１セル１０ａの構成部材と対応する符号を付して詳細な説明を省略する。

［マニホールド］
マニホールド４は、第１及び第２セル１０ａ、１０ｂを支持するように構成されている。マニホールド４は、第１室４１と第２室４２とを有している。また、マニホールド４は、第１室４１に接続されるガス供給部１０１、及び第２室４２に接続されるガス排出部１０２を有している。第１室４１には、ガス供給部１０１を介して燃料ガスが供給される。また、第２室４２内の燃料ガスは、ガス排出部１０２を介してマニホールド４から排出される。

マニホールド４は、マニホールド本体部４３と、仕切板４４とを有している。マニホールド本体部４３は、内部に空間を有している。マニホールド本体部４３は、直方体状である。マニホールド本体部４３は、上板４３１、底板４３２、第１側板４３３、第２側板４３４、第３側板４３５、及び第４側板４３６を有している。

第１〜第４側板４３３〜４３６は、底板４３２の周縁部から上方に延びている。第１側板４３３と第２側板４３４とが互いに反対側に配置されている。また、第３側板４３５と第４側板４３６とが互いに反対側に配置されている。上板４３１は、マニホールド本体部４３の上面を封鎖するように配置されている。なお、上板４３１、底板４３２、第１側板４３３、第２側板４３４、第３側板４３５、及び第４側板４３６は、一体的に形成されている。

マニホールド本体部４３の上板４３１には、複数の第１及び第２挿入孔（図示省略）が形成されている。第１セル１０ａは第１挿入孔に挿入され、第２セル１０ｂは第２挿入孔に挿入される。なお、第１挿入孔は第１室４１と連通しており、第２挿入孔は第２室４２と連通している。

各第１挿入孔は、マニホールド本体部４３の長手方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。すなわち、各第１挿入孔は、第１側板４３３が向く方向において、互いに間隔をあけて形成されている。また、各第２挿入孔も、マニホールド本体部４３の長手方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。すなわち、各第２挿入孔は、第１側板４３３が向く方向において、互いに間隔をあけて形成されている。第１挿入孔と第２挿入孔とは、マニホールド本体部４３の幅方向（ｙ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。

ガス供給部１０１は、第１側板４３３に形成されている。また、ガス排出部１０２も、第１側板４３３に形成されている。すなわち、ガス供給部１０１とガス排出部１０２とは、同じ第１側板４３３に形成されている。

仕切板４４は、マニホールド本体部４３の空間を第１室４１と第２室４２とに仕切っている。詳細には、仕切板４４は、マニホールド本体部４３の略中央部において、マニホールド本体部４３の長手方向に延びている。仕切板４４は、マニホールド本体部４３の空間を完全に仕切っていることが好ましいが、仕切板４４とマニホールド本体部４３との間に隙間が形成されていてもよい。

［第１セル］
第１セル１０ａは、マニホールド４の第１室４１の上方に配置されている。第１セル１０ａは、マニホールド４の第１挿入孔に挿入されている。第２セル１０ｂは、マニホールド４の第２室４２の上方に配置されている。第２セル１０ｂは、マニホールド４の第２挿入孔に挿入されている。

各第１セル１０ａは、主面同士が対向するように並べられている。また、各第１セル１０ａは、マニホールド４の長手方向に沿って間隔をあけて並べられている。各第２セル１０ｂは、主面が対向するように並べられている。また、各第２セル１０ｂは、マニホールド４の長手方向に沿って間隔をあけて並べられている。第１セル１０ａの列と、第２セル１０ｂの列とは、実質的に平行に配置されている。第１セル１０ａと第２セル１０ｂとは、側面が対向するように配置されている。

図２に示すように、第１セル１０ａは、第１支持基板５ａと、複数の第１発電素子部２ａとを有している。各第１発電素子部２ａは、第１支持基板５ａの一方の主面５０３ａのみに支持されていてもよいし、第１支持基板５ａの両方の主面５０３ａに支持されていてもよい。なお、本実施形態では、各第１発電素子部２ａは、第１支持基板５ａの両方の主面５０３ａに支持されている。各第１発電素子部２ａは、第１電気的接続部９ａ（図３参照）によって互いに電気的に接続されている。

［第１支持基板］
第１支持基板５ａは、第１基板本体部５１ａと、第１緻密層５２ａと、複数の第１ガス流路５３ａとを有している。また、第１支持基板５ａは、近位端部５０１ａと遠位端部５０２ａとを有している。近位端部５０１ａ及び遠位端部５０２ａは、第１支持基板５ａの長手方向（ｘ軸方向）における両端部である。第１支持基板５ａの近位端部５０１ａは、マニホールド４の第１挿入孔に挿入される。

第１支持基板５ａは、２つの主面５０３ａと、２つの側面５０４ａを有している。各主面５０３ａは、各第１発電素子部２ａを支持している。各主面５０３ａは、第１支持基板５ａの厚さ方向（ｚ軸方向）を向いている。各側面５０４ａは、第１支持基板５ａの幅方向（ｙ軸方向）を向いている。各側面５０４ａは、湾曲していてもよい。図１に示すように、各第１支持基板５ａは、主面５０３ａ同士が対向するように配置されている。各第１支持基板５ａは、第１側板４３３が向く方向（ｚ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。

図２に示すように、第１基板本体部５１ａは、第１発電素子部２ａを支持している。第１基板本体部５１ａは、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。第１基板本体部５１ａは、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成される。または、第１基板本体部５１ａは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。第１基板本体部５１ａの気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。この気孔率は、例えば、アルキメデス法、又は微構造観察により測定される。

第１緻密層５２ａは、第１基板本体部５１ａを覆っている。第１緻密層５２ａは、第１ガス流路５３ａを流れる燃料ガスが第１基板本体部５１ａを通って第２ガス流路５３ｂへと流れることを抑制することができればよく、第１基板本体部５１ａの全面を覆っている必要は無い。本実施形態では、第１緻密層５２ａは、第１基板本体部５１ａの各主面、及び各側面を覆っている。すなわち、第１緻密層５２ａは、第１支持基板５ａの各主面５０３ａを構成するとともに、第１支持基板５ａの各側面５０４ａを構成している。なお、本実施形態では、第１緻密層５２ａは、後述する第１電解質７ａと、第１インターコネクタ９１ａとによって構成されている。第１緻密層５２ａは、第１基板本体部５１ａよりも緻密である。例えば、第１緻密層５２ａの気孔率は、０〜７％程度である。

第１ガス流路５３ａは、第１支持基板５ａの近位端部５０１ａから遠位端部５０２ａまで延びている。第１ガス流路５３ａは、第１支持基板５ａの長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。また、第１ガス流路５３ａは、第１基板本体部５１ａ内を貫通して延びている。第１ガス流路５３ａの近位端部５３１ａは、第１室４１と連通している。また、第１ガス流路５３ａの遠位端部５３２ａは、後述する連通部材３の流路３０と連通している。

［第１発電素子部］
図３に示すように、第１発電素子部２ａは、第１燃料極６ａ、第１電解質７ａ、及び第１空気極８ａを有している。また、第１発電素子部２ａは、第１反応防止膜１１ａをさらに有している。第１燃料極６ａは、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。第１燃料極６ａは、第１燃料極集電部６１ａと燃料極活性部６２ａとを有する。

第１燃料極集電部６１ａは、凹部５１３ａ内に配置されている。凹部５１３ａは、第１基板本体部５１ａの両面に形成されている。詳細には、第１燃料極集電部６１ａは、凹部５１３ａ内に充填されており、凹部５１３ａと同様の外形を有する。各第１燃料極集電部６１ａは、凹部６１１ａ及び凹部６１２ａを有している。燃料極活性部６２ａは、凹部６１１ａ内に配置されている。詳細には、燃料極活性部６２ａは、凹部６１１ａ内に充填されている。

第１燃料極集電部６１ａは、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、第１燃料極集電部６１ａは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。第１燃料極集電部６１ａの厚さ、並びに凹部５１３ａの深さは、５０〜５００μｍ程度である。

燃料極活性部６２ａは、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部６２ａは、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部６２ａの厚さは、５〜３０μｍである。

第１電解質７ａは、第１燃料極６ａ上を覆うように配置されている。詳細には、第１電解質７ａは、一の第１インターコネクタ９１ａから他の第１インターコネクタ９１ａまで長手方向に延びている。すなわち、長手方向において、第１電解質７ａと第１インターコネクタ９１ａとが交互に配置されている。また、第１電解質７ａは、第１基板本体部５１ａの各主面及び各側面を覆っている。

第１電解質７ａは、第１基板本体部５１ａよりも緻密である。例えば、第１電解質７ａの気孔率は、０〜７％程度である。第１電解質７ａは、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。第１電解質７ａは、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。第１電解質７ａの厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

第１反応防止膜１１ａは、緻密な材料からなる焼成体であり、平面視において、燃料極活性部６２ａと略同一の形状である。第１反応防止膜１１ａは、第１電解質７ａを介して、燃料極活性部６２ａと対応する位置に配置されている。第１反応防止膜１１ａは、第１電解質７ａ内のＹＳＺと第１空気極８ａ内のＳｒとが反応して第１電解質７ａと第１空気極８ａとの界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。第１反応防止膜１１ａは、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。第１反応防止膜１１ａの厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

第１空気極８ａは、第１反応防止膜１１ａ上に配置されている。第１空気極８ａは、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。第１空気極８ａは、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、第１空気極８ａは、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。第１空気極８ａの厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

第１電気的接続部９ａは、隣り合う第１発電素子部２ａを電気的に接続するように構成されている。第１電気的接続部９ａは、第１インターコネクタ９１ａ及び第１空気極集電膜９２ａを有する。第１インターコネクタ９１ａは、凹部６１２ａ内に配置されている。詳細には、第１インターコネクタ９１ａは、凹部６１２ａ内に埋設（充填）されている。第１インターコネクタ９１ａは、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。第１インターコネクタ９１ａは、第１基板本体部５１ａよりも緻密である。例えば、第１インターコネクタ９１ａの気孔率は、０〜７％程度である。第１インターコネクタ９１ａは、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。第１インターコネクタ９１ａの厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

第１空気極集電膜９２ａは、隣り合う第１発電素子部２ａの第１インターコネクタ９１ａと第１空気極８ａとの間を延びるように配置される。例えば、図３の左側に配置された第１発電素子部２ａの第１空気極８ａと、図３の右側に配置された第１発電素子部２ａの第１インターコネクタ９１ａとを電気的に接続するように、第１空気極集電膜９２ａが配置されている。第１空気極集電膜９２ａは、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。

第１空気極集電膜９２ａは、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。第１空気極集電膜９２ａの厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。

［第２セル］
図４及び図５に示すように、第２セル１０ｂは、第２支持基板５ｂと第２発電素子部２ｂとを有している。図１に示すように、各第２支持基板５ｂは、主面５０３ｂ同士が対向するように配置されている。各第２支持基板５ｂは、第１側板４３３が向く方向（ｚ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。

図４及び図５に示すように、第２支持基板５ｂは、第２基板本体部５１ｂ、第２緻密層５２ｂ、及び第２ガス流路５３ｂを有している。また、第２支持基板５ｂは、近位端部５０１ｂと遠位端部５０２ｂとを有している。第２支持基板５ｂの近位端部５０１ｂは、マニホールド４の第２挿入孔に挿入されている。第２基板本体部５１ｂは、複数の第２発電素子部２ｂを支持している。第２緻密層５２ｂは、第２基板本体部５１ｂを覆っている。第２ガス流路５３ｂは、第２支持基板５ｂの近位端部５０１ｂから遠位端部５０２ｂまで延びている。

第２発電素子部２ｂは、第２燃料極６ｂ、第２電解質７ｂ、及び第２空気極８ｂを有している。上述したように、各第２セル１０ｂは、第１セル１０ａと実質的に同じ構成であるため、詳細な説明を省略する。なお、第２発電素子部２ｂは、第１発電素子部２ａよりも、燃料ガスに接触する面積が大きくしてもよい。すなわち、第２燃料極６ｂの面積は、第１燃料極６ａの面積よりも大きくしてもよい。また、第２空気極８ｂの面積は、第１空気極８ａの面積よりも大きくしてもよい。もちろん、第２燃料極６ｂの面積は、第１燃料極６ａの面積と同じであってもよいし、第１燃料極６ａの面積より小さくてもよい。また、第２空気極８ｂの面積は、第１空気極８ａの面積と同じであってもよいし、第１空気極８ａの面積より小さくてもよい。

図１に示すように、第１支持基板５ａの側面５０４ａと第２支持基板５ｂの側面５０４ｂとが対向するように、第１及び第２支持基板５ａ、５ｂが配置されている。第１支持基板５ａと第２支持基板５ｂとの間は隙間が形成されていてもよい。または、第１支持基板５ａの側面５０４ａと第２支持基板５ｂの側面５０４ｂとが接触していてもよい。

［連通部材］
図６に示すように、連通部材３は、第１支持基板５ａの遠位端部５０２ａと第２支持基板５ｂの遠位端部５０２ｂとに亘って延びている。そして、連通部材３は、第１ガス流路５３ａと第２ガス流路５３ｂとを連通させる流路３０を有している。詳細には、流路３０は、各第１ガス流路５３ａの遠位端部５３２ａと各第２ガス流路５３ｂの遠位端部５３２ｂとを連通する。流路３０は、各第１ガス流路から各第２ガス流路まで延びる空間によって構成されている。連通部材３は、第１支持基板５ａと第２支持基板５ｂとに接合されていることが好ましい。

連通部材３は、多孔質である。また、連通部材３は、その外側面を構成する第３緻密層３１を有している。第３緻密層３１は、連通部材３の本体よりも緻密に形成されている。例えば、第３緻密層３１の気孔率は、０〜７％程度である。この第３緻密層３１は、連通部材３と同じ材料や、上述した第１及び第２電解質７ａ、７ｂに使用される材料、結晶化ガラス等によって形成することができる。

［発電方法］
上述したように構成された燃料電池スタック１００では、マニホールド４の第１室４１に水素ガスなどの燃料ガスを供給するとともに、第１及び第２セル１０ａ、１０ｂを空気などの酸素を含むガスに曝す。すると、第１空気極８ａ及び第２空気極８ｂにおいて下記（１）式に示す化学反応が起こり、第１燃料極６ａ及び第２燃料極６ｂにおいて下記（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ_２ ⁻ …（１）
Ｈ_２＋Ｏ_２ ⁻→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ …（２）

詳細には、第１室４１に供給された燃料ガスは、各第１セル１０ａの第１ガス流路５３ａ内を流れ、各第１発電素子部２ａの第１燃料極６ａにおいて、上記（２）式に示す化学反応が起こる。各第１燃料極６ａにおいて未反応であった燃料ガスは、第１ガス流路５３ａを出て連通部材３の流路３０を介して第２ガス流路５３ｂへ供給される。そして、第２ガス流路５３ｂへ供給された燃料ガスは、第２セル１０ｂの第２燃料極６ｂにおいて上記（２）式に示す化学反応が起こる。第２燃料極６ｂにおいて未反応であった燃料ガスは、マニホールド４の第２室４２へ回収される。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、第１室４１に燃料ガスを供給し、第２室４２から燃料ガスを排出しているが、燃料ガスの流れは特にこれに限定されない。例えば、第２室４２に燃料ガスを供給し、第１室４１から燃料ガスを排出してもよい。すなわち、第２ガス流路、連通部材３、第１ガス流路の順で燃料ガスを流してもよい。

また、上記実施形態では、第１支持基板５ａは複数の第１ガス流路５３ａを有しているが、第１ガス流路５３ａの数は１つでもよい。なお、この場合、第１ガス流路５３ａは扁平状であることが好ましい。

また、上記実施形態では、第１セル１０ａ及び第２セル１０ｂは、マニホールド４の長手方向（ｚ軸方向）に並んでいるが、マニホールド４の幅方向（ｙ軸方向）に並んでいてもよい。

上記実施形態では、連通部材３は多孔質であるが、連通部材３は金属によって構成されていてもよい。具体的には、連通部材３は、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｎｉ基合金、又はＭｇＯ系セラミックス材料（第１及び第２支持基板５ａ、５ｂと同じ材料でも良い）などによって構成することができる。

また、上記実施形態では、連通部材３の流路３０は空間によって構成されていたが、連通部材３の流路３０の構成はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、連通部材３の流路３０は、連通部材３内に形成された複数の気孔によって構成することができる。

また、上記実施形態では、マニホールド４のガス供給部１０１とガス排出部１０２とは、同じ第１側板４３３に形成されているが、特にこれに限定されない。例えば、図８に示すように、ガス供給部１０１が第１側板４３３に形成され、ガス排出部が第２側板４３４に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、マニホールド４は、１つのマニホールド本体部４３によって構成されていたが、マニホールド４の構成はこれに限定されない。例えば、図９に示すように、マニホールド４は、第１マニホールド本体部４３ａと、第２マニホールド本体部４３ｂとを有していてもよい。第１マニホールド本体部４３ａは第１室４１を有しており、第２マニホールド本体部４３ｂは第２室４２を有している。

２ａ ：第１発電素子部
６ａ ：第１燃料極
７ａ ：第１電解質
８ａ ：第１空気極
２ｂ ：第２発電素子部
６ｂ ：第２燃料極
７ｂ ：第２電解質
８ｂ ：第２空気極
３ ：連通部材
３０ ：流路
４ ：マニホールド
４１ ：第１室
４２ ：第２室
４３ ：マニホールド本体部
４３ａ ：第１マニホールド本体部
４３ｂ ：第２マニホールド本体部
４４ ：仕切板
４３３ ：第１側板
４３４ ：第２側板
１０１ ：ガス供給部
１０２ ：ガス排出部
５ａ ：第１支持基板
５１ａ ：第１基板本体部
５２ａ ：第１緻密層
５３ａ ：第１ガス流路
５０１ａ ：近位端部
５０２ａ ：遠位端部
５ｂ ：第２支持基板
５１ｂ ：第２基板本体部
５２ｂ ：第２緻密層
５３ｂ ：第２ガス流路
５０１ｂ ：近位端部
５０２ｂ ：遠位端部
１００ ：燃料電池スタック

Claims (8)

1. 第１燃料極、第１電解質、及び第１空気極を有する第１発電素子部と、
   前記第１発電素子部を支持する第１基板本体部、前記第１基板本体部を覆う第１緻密層、及び近位端部から遠位端部まで延びる第１ガス流路、を有する第１支持基板と、
   第２燃料極、第２電解質、及び第２空気極を有する第２発電素子部と、
   前記第２発電素子部を支持する第２基板本体部、前記第２基板本体部を覆う第２緻密層、及び前記近位端部から遠位端部まで延びる第２ガス流路、を有する第２支持基板と、
   前記第１支持基板の遠位端部と前記第２支持基板の遠位端部とに亘って延び、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とを連通させる連通部材と、
   第1室及び第２室を有し、前記第１支持基板及び前記第２支持基板の各近位端部を支持するマニホールドと、
   を備え、
   前記第１ガス流路は、前記第１室と連通し、
   前記第２ガス流路は、前記第２室と連通する、
   燃料電池スタック。
2. 第１燃料極、第１電解質、及び第１空気極を有する第１発電素子部と、
   前記第１発電素子部を支持する第１基板本体部、前記第１基板本体部を覆う第１緻密層、及び近位端部から遠位端部に向かう方向にガスを流す第１ガス流路、を有する第１支持基板と、
   第２燃料極、第２電解質、及び第２空気極を有する第２発電素子部と、
   前記第２発電素子部を支持する第２基板本体部、前記第２基板本体部を覆う第２緻密層、及び前記方向と対向する方向である遠位端部から近位端部に向かう方向にガスを流す第２ガス流路、を有する第２支持基板と、
   前記第１支持基板の遠位端部と前記第２支持基板の遠位端部とに亘って延び、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とを連通させる連通部材と、
   第1室及び第２室を有するマニホールドと、
   を備え、
   前記第１ガス流路は、前記第１室と連通し、
   前記第２ガス流路は、前記第２室と連通する、
   燃料電池スタック。
3. 前記マニホールドは、マニホールド本体部と、マニホールド本体部を第１室と第２室とに仕切る仕切板とを有する、
   請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
4. 前記マニホールドは、前記第１室を有する第１マニホールド本体部と、前記第２室を有する第２マニホールド本体部と、を有する、
   請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
5. 前記マニホールドは、前記第１室に接続されるガス供給部と、前記第２室に接続されるガス排出部と、をさらに有する、
   請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池スタック。
6. 前記ガス供給部は、前記マニホールドの第１側板に形成され、
   前記ガス排出部は、前記第１側板の反対側に配置される第２側板に形成される、
   請求項５に記載の燃料電池スタック。
7. 前記ガス供給部及び前記ガス排出部は、前記マニホールドの第１側板に形成される、
   請求項５に記載の燃料電池スタック。
8. 当該燃料電池スタックは、複数の前記第１支持基板と、複数の前記第２支持基板と、を備え、
   前記各第１支持基板は、前記第１側板が向く方向において、互いに間隔をあけて配置され、
   前記各第２支持基板は、前記第１側板が向く方向において、互いに間隔をあけて配置される、
   請求項６又は７に記載の燃料電池スタック。

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