JP6282324B1

JP6282324B1 - Fuel cell

Info

Publication number: JP6282324B1
Application number: JP2016172951A
Authority: JP
Inventors: 壮太清水; 央松林; 一博水木; 邦彦吉岡; 誠大森
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2036-09-05
Also published as: JP2018041561A

Abstract

【課題】支持基板の頂点部にクラックが生じることを抑制する。【解決手段】燃料電池セル３０１は、支持基板２０と、発電素子部１０と、を備えている。支持基板２０は、板状である。支持基板２０は、第１主面２２、第２主面２３、第１側面２４、第２側面２５、第１端面２６、及び第２端面２７、を有する。発電素子部１０は、支持基板２０に支持される。支持基板２０の８つの頂点部は、湾曲面によって構成されている。【選択図】図４[PROBLEMS] To suppress the occurrence of cracks at the apex of a support substrate. A fuel battery cell includes a support substrate and a power generation element section. The support substrate 20 has a plate shape. The support substrate 20 includes a first main surface 22, a second main surface 23, a first side surface 24, a second side surface 25, a first end surface 26, and a second end surface 27. The power generation element unit 10 is supported by the support substrate 20. The eight vertex portions of the support substrate 20 are configured by curved surfaces. [Selection] Figure 4

Description

本発明は、燃料電池セルに関するものである。 The present invention relates to a fuel battery cell.

燃料電池セルは、板状の支持基板と、複数の発電素子部と、を備えている。この燃料電池セルでは、まず、支持基板の成形体を作製する。そして、この支持基板の成形体上に、燃料極及び電解質などの成形膜を形成し、これらを焼成することによって、燃料電池セルを作製する。 The fuel battery cell includes a plate-like support substrate and a plurality of power generation element units. In this fuel cell, first, a molded body of the support substrate is produced. And a fuel cell is produced by forming molding films, such as a fuel electrode and an electrolyte, on the molding of this support substrate, and baking these.

特開２０１６−１３１１４７号公報JP 2006-131147 A

上述したような燃料電池セルにおいて、支持基板の頂点部にクラックが生じるといった問題があった。 In the fuel cell as described above, there is a problem that a crack is generated at the apex of the support substrate.

本発明の課題は、支持基板の頂点部にクラックが生じることを抑制することにある。 An object of the present invention is to suppress the occurrence of cracks at the apex portion of a support substrate.

本発明者は、従来の燃料電池セルにおいて、焼成時に支持基板が収縮することによって支持基板の８つの頂点部に応力が集中し、その結果、支持基板の頂点部にクラックが生じるおそれがあることを見出した。そこで、本発明のある側面に係る燃料電池セルは、以下の構成とした。すなわち、本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、発電素子部と、を備えている。支持基板は、板状である。支持基板は、第１主面、第２主面、第１側面、第２側面、第１端面、及び第２端面、を有する。発電素子部は、支持基板に支持される。支持基板の８つの頂点部は、湾曲面によって構成されている。 In the conventional fuel cell, the inventor has the possibility that stress is concentrated on the eight apexes of the support substrate due to contraction of the support substrate during firing, and as a result, cracks may occur in the apex of the support substrate. I found. Therefore, the fuel cell according to an aspect of the present invention has the following configuration. That is, a fuel cell according to an aspect of the present invention includes a support substrate and a power generation element unit. The support substrate is plate-shaped. The support substrate has a first main surface, a second main surface, a first side surface, a second side surface, a first end surface, and a second end surface. The power generation element unit is supported by the support substrate. The eight apexes of the support substrate are constituted by curved surfaces.

このように、支持基板の８つの頂点部が湾曲面によって構成されているため、焼成によってその頂点部に応力が集中することを緩和することができる。この結果、支持基板の頂点部にクラックが生じることを抑制することができる。 As described above, since the eight apexes of the support substrate are formed by the curved surfaces, it is possible to reduce the concentration of stress on the apexes by firing. As a result, it is possible to suppress the occurrence of cracks at the apex portion of the support substrate.

好ましくは、第１側面は、第１湾曲部と、第２湾曲部と、第１平面部とを有する。第１湾曲部は、第１主面の端縁から延びる。第２湾曲部は、第２主面の端縁から延びる。第１平面部は、第１湾曲部と第２湾曲部とを連結する。 Preferably, the first side surface includes a first bending portion, a second bending portion, and a first flat portion. The first curved portion extends from the edge of the first main surface. The second curved portion extends from the edge of the second main surface. The first plane portion connects the first bending portion and the second bending portion.

この構成によれば、第１平面部を有しているため、第１側面全体が湾曲面で構成されているものに比べて、支持基板の表裏に形成された発電素子部を接続する距離が短くなる。この結果、発電出力を向上させることができる。 According to this configuration, since the first flat surface portion is provided, the distance between the power generating element portions formed on the front and back of the support substrate is smaller than that in which the entire first side surface is configured by a curved surface. Shorter. As a result, the power generation output can be improved.

好ましくは、第１主面、第２主面、第１側面、第２側面、第１端面、及び第２端面のうち隣接する一対の面の境界部分は、Ｒ加工されている。 Preferably, a boundary portion between a pair of adjacent surfaces among the first main surface, the second main surface, the first side surface, the second side surface, the first end surface, and the second end surface is R-processed.

本発明によれば、支持基板の頂点部にクラックが生じることを抑制することができる。 According to this invention, it can suppress that a crack arises in the vertex part of a support substrate.

燃料電池スタックの斜視図。The perspective view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of a fuel cell stack. 燃料マニホールドの斜視図。The perspective view of a fuel manifold. 燃料電池セルの斜視図。The perspective view of a fuel cell. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 支持基板の頂点部を示す拡大図。The enlarged view which shows the vertex part of a support substrate. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 燃料電池セルと燃料マニホールドとの接合を示す図。The figure which shows joining of a fuel battery cell and a fuel manifold. 空気の供給方法を示す図。The figure which shows the supply method of air. 燃料電池セル内を流れる電流を示す図。The figure which shows the electric current which flows through the inside of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 燃料電池セルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a fuel cell. 変形例に係る燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of the fuel battery cell which concerns on a modification. 変形例に係る燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of the fuel battery cell which concerns on a modification.

以下、本発明に係る燃料電池セルを用いた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。 Hereinafter, embodiments of a fuel cell stack using fuel cells according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１００は、燃料マニホールド２００と、複数の燃料電池セル３０１と、を備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 includes a fuel manifold 200 and a plurality of fuel cells 301.

［燃料マニホールド］
図３に示すように、燃料マニホールド２００は、燃料ガスを各燃料電池セル３０１に分配するように構成されている。燃料マニホールド２００は、中空状であり、内部空間を有している。燃料マニホールド２００の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスが供給される。燃料マニホールド２００は、互いに間隔をあけて並ぶ複数の貫通孔２０２を有している。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の天板２０３に形成されている。各貫通孔２０２は、燃料マニホールド２００の内部空間と外部とを連通する。 [Fuel manifold]
As shown in FIG. 3, the fuel manifold 200 is configured to distribute the fuel gas to the fuel cells 301. The fuel manifold 200 is hollow and has an internal space. Fuel gas is supplied to the internal space of the fuel manifold 200 through the introduction pipe 201. The fuel manifold 200 has a plurality of through holes 202 arranged at intervals. Each through hole 202 is formed in the top plate 203 of the fuel manifold 200. Each through hole 202 communicates the internal space of the fuel manifold 200 with the outside.

［燃料電池セル］
図２に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００から延びている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００の天板２０３から上方（ｘ軸方向）に延びている。すなわち、各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）は、上方に延びている。図４及び図５に示すように、燃料電池セル３０１は、複数の発電素子部１０と、支持基板２０と、複数のインターコネクタ３１と、を備えている。 [Fuel battery cell]
As shown in FIG. 2, each fuel cell 301 extends from the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 extends upward (x-axis direction) from the top plate 203 of the fuel manifold 200. That is, the longitudinal direction (x-axis direction) of each fuel cell 301 extends upward. As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel cell 301 includes a plurality of power generation element units 10, a support substrate 20, and a plurality of interconnectors 31.

［支持基板］
支持基板２０は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びる複数のガス流路２１を内部に有している。各ガス流路２１は、互いに実質的に平行に延びている。また、図４に示すように、支持基板２０は、第１主面２２、第２主面２３、第１側面２４、第２側面２５、第１端面２６、及び第２端面２７を有している。支持基板２０は、板状に形成されている。 [Support substrate]
The support substrate 20 has a plurality of gas passages 21 extending along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. Each gas channel 21 extends substantially parallel to each other. As shown in FIG. 4, the support substrate 20 includes a first main surface 22, a second main surface 23, a first side surface 24, a second side surface 25, a first end surface 26, and a second end surface 27. Yes. The support substrate 20 is formed in a plate shape.

第１主面２２と第２主面２３は、互いに平行に延びている。第１主面２２及び第２主面２３は、支持基盤２０の厚さ方向（ｚ軸方向）において、互いに反対側に位置している。第１主面２２及び第２主面２３は、ガス流路２１に沿って延びている。第１主面２２及び第２主面２３は、支持基板２０の長手方向（ｚ軸方向）に延びるとともに、支持基板２０の幅方向（ｚ軸方向）に延びる。第１主面２２及び第２主面２３上に各発電素子部１０が支持されている。 The first main surface 22 and the second main surface 23 extend in parallel to each other. The first main surface 22 and the second main surface 23 are located on opposite sides in the thickness direction (z-axis direction) of the support base 20. The first main surface 22 and the second main surface 23 extend along the gas flow path 21. The first main surface 22 and the second main surface 23 extend in the longitudinal direction (z-axis direction) of the support substrate 20 and extend in the width direction (z-axis direction) of the support substrate 20. Each power generating element portion 10 is supported on the first main surface 22 and the second main surface 23.

図５に示すように、第１主面２２及び第２主面２３には、複数の凹部２２１が形成されている。各凹部２２１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。なお、各凹部２２１は、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）の両端部には形成されていない。 As shown in FIG. 5, a plurality of recesses 221 are formed in the first main surface 22 and the second main surface 23. The recesses 221 are arranged at intervals in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. In addition, each recessed part 221 is not formed in the both ends of the width direction (y-axis direction) of the support substrate 20.

図４に示すように、第１側面２４及び第２側面２５は、第１主面２２と第２主面２３とを連結している。第１側面２４と第２側面２５とは、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）において、互いに反対側に配置されている。第１側面２４及び第２側面２５は、ガス流路２１が延びる方向に沿って延びている。第１側面２４及び第２側面２５は、支持基板２０の長手方向（ｚ軸方向）に延びるとともに、支持基板２０の厚さ方向（ｚ軸方向）に延びる。 As shown in FIG. 4, the first side surface 24 and the second side surface 25 connect the first main surface 22 and the second main surface 23. The first side surface 24 and the second side surface 25 are arranged on opposite sides in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 20. The first side surface 24 and the second side surface 25 extend along the direction in which the gas flow path 21 extends. The first side surface 24 and the second side surface 25 extend in the longitudinal direction (z-axis direction) of the support substrate 20 and extend in the thickness direction (z-axis direction) of the support substrate 20.

第１側面２４及び第２側面２５は、外側に膨らむように湾曲している。すなわち、第１側面２４及び第２側面２５は互いに離れる方向に膨らんでいる。詳細には、第１側面２４及び第２側面２５は、第１端面２６又は第２端面２７側から見て（ｚ軸方向視において）、円弧状に形成されている。 The first side surface 24 and the second side surface 25 are curved so as to bulge outward. That is, the first side surface 24 and the second side surface 25 swell in directions away from each other. Specifically, the first side surface 24 and the second side surface 25 are formed in an arc shape when viewed from the first end surface 26 or the second end surface 27 side (as viewed in the z-axis direction).

第１端面２６及び第２端面２７は、第１主面２２と第２主面２３とを連結している。第１端面２６と第２端面２７とは、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において、互いに反対に配置されている。第１端面２６及び第２端面２７は、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びるとともに、支持基板の厚さ方向（ｚ軸方向）にも延びている。 The first end surface 26 and the second end surface 27 connect the first main surface 22 and the second main surface 23. The first end surface 26 and the second end surface 27 are disposed opposite to each other in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. The first end surface 26 and the second end surface 27 extend in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 20 and also extend in the thickness direction (z-axis direction) of the support substrate.

第１端面２６において、ガス流路２１の供給側の端部が開口している。第２端面２７において、ガス流路２１の排出側の端部が開口している。すなわち、各ガス流路２１は、第１端面２６から第２流路２７まで延びている。 On the first end face 26, the end on the supply side of the gas flow path 21 is open. In the second end surface 27, the end of the gas channel 21 on the discharge side is open. That is, each gas flow path 21 extends from the first end face 26 to the second flow path 27.

支持基板２０は、板状であり、８つの頂点部を有している。すなわち、支持基板２０は、第１主面２２、第２主面２３、第１側面２４、第２側面２５、第１端面２６、及び第２端面２７のうち、隣り合う３つの面の境界領域である頂点部を８つ有している。詳細には、第１主面２２、第１側面２４、及び第１端面２６の間の頂点部と、第１主面２２、第１側面２４、及び第２端面２７の境界領域である頂点部と、第１主面２２、第２側面２５、及び第１端面２６の境界領域である頂点部と、第１主面２２、第２側面２５、及び第２端面２７の境界領域である頂点部と、第２主面２３、第１側面２４、及び第１端面２６の間の境界領域である頂点部と、第２主面２３、第１側面２４、及び第２端面２７の境界領域である頂点部と、第２主面２３、第２側面２５、及び第１端面２６の境界領域である頂点部と、第２主面２３、第２側面２５、及び第２端面２７の境界領域である頂点部と、の８つの頂点部を支持基板２０は有している。 The support substrate 20 has a plate shape and has eight apex portions. That is, the support substrate 20 has a boundary region between three adjacent surfaces among the first main surface 22, the second main surface 23, the first side surface 24, the second side surface 25, the first end surface 26, and the second end surface 27. It has 8 apex parts. Specifically, the vertex portion between the first main surface 22, the first side surface 24, and the first end surface 26, and the vertex portion that is a boundary region between the first main surface 22, the first side surface 24, and the second end surface 27. A vertex that is a boundary region between the first main surface 22, the second side surface 25, and the first end surface 26, and a vertex that is a boundary region between the first main surface 22, the second side surface 25, and the second end surface 27. And a boundary region between the second main surface 23, the first side surface 24, and the first end surface 26, and a boundary region between the second main surface 23, the first side surface 24, and the second end surface 27. It is a boundary area between the apex portion and the second main surface 23, the second side surface 25, and the first end surface 26, and the second main surface 23, the second side surface 25, and the second end surface 27. The support substrate 20 has eight vertex portions, that is, the vertex portions.

そして、支持基板２０のこれら８つの頂点部は、湾曲面によって構成されている。すなわち、図６に示すように、支持基板２０の各頂点部は、丸みを有しており、尖った角部分を有していない。このため、支持基板２０の焼成時において頂点部分に応力が集中することを緩和することができる。この結果、支持基板２０の頂点部にクラックが発生することを抑制することができる。なお、支持基板２０に緻密膜などを塗布した場合、その緻密膜などが塗布された状態の頂点部は尖った角部分を有していてもよい。 And these eight vertex parts of the support substrate 20 are comprised by the curved surface. That is, as shown in FIG. 6, each vertex of the support substrate 20 has a roundness and does not have a sharp corner. For this reason, it is possible to mitigate the concentration of stress on the apex portion during firing of the support substrate 20. As a result, the occurrence of cracks at the apex portion of the support substrate 20 can be suppressed. When a dense film or the like is applied to the support substrate 20, the apex portion in a state where the dense film or the like is applied may have a sharp corner portion.

板状の支持基板２０は、略直方体であって、１２本の辺を有している。そして、この支持基板２０の各辺は、Ｒ加工されている。すなわち、第１主面２２、第２主面２３、第１側面２４、第２側面２５、第１端面２６、及び第２端面２７のうち、隣接する一対の面の境界部分は、Ｒ加工されている。具体的には、第１主面２２と第１側面２４との境界部分、第１主面２２と第２側面２５との境界部分、第１主面２２と第１端面２６との境界部分、及び第１主面２２と第２端面２７との境界部分がＲ加工されている。また、第２主面２３と第１側面２４との境界部分、第２主面２３と第２側面２５との境界部分、第２主面２３と第１端面２６との境界部分、及び第２主面２３と第２端面２７との境界部分がＲ加工されている。また、第１側面２４と第１端面２６との境界部分、第１側面２４と第２端面２７との境界部分、第２側面２５と第１端面２６との境界部分、及び第２側面２５と第２端面２７との境界部分がＲ加工されている。このＲ加工された３つの境界部分の交点によって、各頂点部が構成されている。この各辺のＲ加工の曲率半径は、０．０５〜２．０ｍｍ程度とすることができる。 The plate-like support substrate 20 is a substantially rectangular parallelepiped and has 12 sides. Each side of the support substrate 20 is R processed. That is, of the first main surface 22, the second main surface 23, the first side surface 24, the second side surface 25, the first end surface 26, and the second end surface 27, a boundary portion between a pair of adjacent surfaces is R-processed. ing. Specifically, a boundary portion between the first main surface 22 and the first side surface 24, a boundary portion between the first main surface 22 and the second side surface 25, a boundary portion between the first main surface 22 and the first end surface 26, And the boundary part of the 1st main surface 22 and the 2nd end surface 27 is R processed. Further, the boundary portion between the second main surface 23 and the first side surface 24, the boundary portion between the second main surface 23 and the second side surface 25, the boundary portion between the second main surface 23 and the first end surface 26, and the second The boundary portion between the main surface 23 and the second end surface 27 is R-processed. Further, the boundary portion between the first side surface 24 and the first end surface 26, the boundary portion between the first side surface 24 and the second end surface 27, the boundary portion between the second side surface 25 and the first end surface 26, and the second side surface 25 The boundary portion with the second end surface 27 is R-processed. Each vertex portion is constituted by the intersection of the three boundary portions subjected to the R processing. The radius of curvature of the R machining on each side can be about 0.05 to 2.0 mm.

図５に示すように、支持基板２０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。支持基板２０は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板２０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。支持基板２０の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。 As shown in FIG. 5, the support substrate 20 is made of a porous material that does not have electronic conductivity. The support substrate 20 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, the support substrate 20 may be made of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia), or made of NiO (nickel oxide) and Y ₂ O ₃ (yttria). Alternatively, MgO (magnesium oxide) and MgAl ₂ O ₄ (magnesia alumina spinel) may be used. The porosity of the support substrate 20 is, for example, about 20 to 60%.

［発電素子部］
各発電素子部１０は、支持基板２０に支持されている。各発電素子部１０は、支持基板２０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル３０１は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。長手方向に隣り合う発電素子部１０は、インターコネクタ３１によって互いに電気的に接続されている。 [Power generation element]
Each power generation element unit 10 is supported by a support substrate 20. The power generation element units 10 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 20. That is, the fuel cell 301 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe fuel cell. The power generating element portions 10 adjacent in the longitudinal direction are electrically connected to each other by an interconnector 31.

各発電素子部１０は、燃料極４、電解質５、及び空気極６を有している。支持基板２０上に、支持基板２０側から、燃料極４，電解質５，空気極６の順で支持されている。また、各発電素子部１０は、反応防止膜７をさらに有している。 Each power generation element unit 10 includes a fuel electrode 4, an electrolyte 5, and an air electrode 6. The fuel electrode 4, the electrolyte 5, and the air electrode 6 are supported on the support substrate 20 in this order from the support substrate 20 side. Each power generation element unit 10 further includes a reaction preventing film 7.

［燃料極］
燃料極４は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極４は、燃料極集電部４１と燃料極活性部４２とを有する。 [Fuel electrode]
The fuel electrode 4 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The fuel electrode 4 includes a fuel electrode current collector 41 and a fuel electrode active part 42.

［燃料極集電部］
燃料極集電部４１は、凹部２２１内に配置されている。詳細には、燃料極集電部４１は、凹部２２１内に充填されており、凹部２２１と同様の外形を有する。各燃料極集電部４１は、第３主面４１１を有している。第３主面４１１は、第１主面２２と実質的に同一面上にある。すなわち、支持基板２０の第１主面２２と、各燃料極集電部４１の第３主面４１１とによって、一つの平面が構成されている。なお、第３主面４１１は、第１主面２２と完全に同一面上になくてもよい。例えば、第１主面２２と第３主面４１１との間に、１００μｍ以下程度の段差があってもよい。第３主面４１１は平坦面を構成しており、第３主面４１１上には凹部は形成されていない。 [Fuel electrode current collector]
The fuel electrode current collector 41 is disposed in the recess 221. Specifically, the fuel electrode current collector 41 is filled in the recess 221 and has the same outer shape as the recess 221. Each fuel electrode current collector 41 has a third main surface 411. The third major surface 411 is substantially flush with the first major surface 22. That is, the first main surface 22 of the support substrate 20 and the third main surface 411 of each fuel electrode current collector 41 constitute a single plane. The third main surface 411 may not be completely flush with the first main surface 22. For example, there may be a step of about 100 μm or less between the first main surface 22 and the third main surface 411. The third main surface 411 constitutes a flat surface, and no recess is formed on the third main surface 411.

燃料極集電部４１は、電子伝導性を有する。燃料極集電部４１は、燃料極活性部４２よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部４１は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。 The fuel electrode current collector 41 has electronic conductivity. The fuel electrode current collector 41 preferably has higher electron conductivity than the fuel electrode active part 42. The fuel electrode current collector 41 may or may not have oxygen ion conductivity.

燃料極集電部４１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、燃料極集電部４１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。燃料極集電部４１の厚さ、及び凹部２２１の深さは、５０〜５００μｍ程度である。 The fuel electrode current collector 41 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode current collector 41 may be composed of NiO (nickel oxide) and Y ₂ O ₃ (yttria), or composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). Also good. The thickness of the fuel electrode current collector 41 and the depth of the recess 221 are about 50 to 500 μm.

［燃料極活性部］
燃料極活性部４２は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部４２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部４１における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。 [Fuel electrode active part]
The fuel electrode active portion 42 has oxygen ion conductivity and electronic conductivity. The anode active part 42 has a higher content of oxygen ion conductive material than the anode current collector 41. Specifically, the volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode active portion 42 is determined by the oxygen ion conduction in the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode current collector 41. It is larger than the volume ratio of the substance having the property.

燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１の第３主面４１１上に配置されている。すなわち、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１に埋設されていない。燃料極活性部４２の端縁は、第３主面４１１上において、燃料極集電部４１の端縁よりも内側に形成されている。詳細には、燃料極活性部４２は、燃料極集電部４１よりも平面視（ｚ軸方向視）の面積が小さい。そして、燃料極活性部４２は、第３主面４１１内に収まっている。 The anode active part 42 is disposed on the third main surface 411 of the anode current collector 41. That is, the fuel electrode active part 42 is not embedded in the fuel electrode current collector 41. The edge of the fuel electrode active part 42 is formed on the third main surface 411 inside the edge of the fuel electrode current collector 41. Specifically, the anode active portion 42 has a smaller area in plan view (viewed in the z-axis direction) than the anode current collector 41. The anode active part 42 is accommodated in the third main surface 411.

燃料極活性部４２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４２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４２の厚さは、５〜３０μｍである。 The fuel electrode active part 42 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode active part 42 may be composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria). The thickness of the fuel electrode active part 42 is 5 to 30 μm.

［電解質］
電解質５は、燃料極４上を覆うように配置されている。詳細には、電解質５は、あるインターコネクタ３１から他のインターコネクタ３１まで支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に延びている。支持基板２０の長手方向において、電解質５とインターコネクタ３１とが交互に配置されている。 [Electrolytes]
The electrolyte 5 is disposed so as to cover the fuel electrode 4. Specifically, the electrolyte 5 extends from one interconnector 31 to another interconnector 31 in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. In the longitudinal direction of the support substrate 20, the electrolyte 5 and the interconnector 31 are alternately arranged.

電解質５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構成される焼成体である。電解質５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、電解質５は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質５の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。 The electrolyte 5 is a fired body made of a dense material that has ionic conductivity and no electronic conductivity. The electrolyte 5 can be made of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or the electrolyte 5 may be comprised from LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the electrolyte 5 is, for example, about 3 to 50 μm.

［反応防止膜］
反応防止膜７は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜７は、電解質５と空気極活性部６１との間に配置されている。反応防止膜７は、電解質５内のＹＳＺと空気極活性部６１内のＳｒとが反応して電解質５と空気極活性部６１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。また、反応防止膜７は、電解質５と空気極集電部６２との間にも配置されている。反応防止膜７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。反応防止膜７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。なお、反応防止膜７は、電解質５と空気極活性部６１との間に配置されていればよく、電解質５と空気極集電部６２との間には配置されていなくてもよい。 [Reaction prevention film]
The reaction preventing film 7 is a fired body composed of a dense material. The reaction preventing film 7 is disposed between the electrolyte 5 and the air electrode active part 61. The reaction preventing film 7 causes a phenomenon in which a reaction layer having a large electric resistance is formed at the interface between the electrolyte 5 and the air electrode active part 61 due to a reaction between YSZ in the electrolyte 5 and Sr in the air electrode active part 61. It is provided to suppress this. The reaction preventing film 7 is also disposed between the electrolyte 5 and the air electrode current collector 62. The reaction preventing film 7 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O ₂ (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 7 is, for example, about 3 to 50 μm. Note that the reaction preventing film 7 may be disposed between the electrolyte 5 and the air electrode active part 61, and may not be disposed between the electrolyte 5 and the air electrode current collecting part 62.

［空気極］
空気極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極６は、電解質５を介して、燃料極４と反対側に配置されている。空気極６は、空気極活性部６１と空気極集電部６２とを有している。 [Air electrode]
The air electrode 6 is a fired body composed of a porous material having electron conductivity. The air electrode 6 is disposed on the opposite side of the fuel electrode 4 with the electrolyte 5 interposed therebetween. The air electrode 6 includes an air electrode active part 61 and an air electrode current collector 62.

［空気極活性部］
空気極活性部６１は、反応防止膜７上に配置されている。空気極活性部６１は、酸素イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部６１は、空気極集電部６２よりも酸素イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部６１おける、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部６２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸素イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。 [Air electrode active part]
The air electrode active part 61 is disposed on the reaction preventing film 7. The air electrode active part 61 has oxygen ion conductivity and electron conductivity. The air electrode active part 61 has a higher content of a substance having oxygen ion conductivity than the air electrode current collecting part 62. Specifically, the volume ratio of the substance having oxygen ion conductivity with respect to the total volume excluding the pore portion in the air electrode active portion 61 is determined by the oxygen ion conductivity in the air electrode current collector 62 with respect to the total volume excluding the pore portion. It is larger than the volume ratio of the substance having properties.

空気極活性部６１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、空気極活性部６１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）、又は、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。空気極活性部６１は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極活性部６１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。 The air electrode active part 61 can be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O ₃ (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode active part 61 may have LSF = (La, Sr) FeO ₃ (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O ₃ (lanthanum nickel ferrite), or LSC = (La, Sr) CoO. ₃ (lanthanum strontium cobaltite) or the like. The air electrode active part 61 may be configured by two layers of a first layer (inner layer) composed of LSCF and a second layer (outer layer) composed of LSC. The thickness of the air electrode active part 61 is, for example, 10 to 100 μm.

［空気極集電部］
空気極集電部６２は、空気極活性部６１上に配置されている。また、空気極集電部６２は、空気極活性部６１から、隣の発電素子部１０に向かって延びている。空気極集電部６２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部６２は、空気極活性部６１よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部６２は、酸素イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。 [Air electrode current collector]
The air electrode current collector 62 is disposed on the air electrode active part 61. Further, the air electrode current collector 62 extends from the air electrode active part 61 toward the adjacent power generation element part 10. The air electrode current collector 62 is a fired body made of a porous material having electronic conductivity. The air electrode current collector 62 preferably has higher electron conductivity than the air electrode active part 61. The air electrode current collector 62 may or may not have oxygen ion conductivity.

空気極集電部６２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、空気極集電部６２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、空気極集電部６２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電部６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。 The air electrode current collector 62 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O ₃ (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode current collector 62 may be made of LSC = (La, Sr) CoO ₃ (lanthanum strontium cobaltite). Or the air electrode current collection part 62 may be comprised from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector 62 is, for example, about 50 to 500 μm.

［インターコネクタ］
インターコネクタ３１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）において隣り合う発電素子部１０を電気的に接続するように構成されている。詳細には、インターコネクタ３１は、一方の発電素子部１０の燃料極集電部４１と、他方の発電素子部１０の空気極集電部６２とを電気的に接続している。 [Interconnector]
The interconnector 31 is configured to electrically connect the power generating element portions 10 adjacent in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. Specifically, the interconnector 31 electrically connects the fuel electrode current collector 41 of one power generating element unit 10 and the air electrode current collector 62 of the other power generating element unit 10.

インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１の第３主面４１１上に配置されている。すなわち、インターコネクタ３１は、燃料極集電部４１に埋設されていない。インターコネクタ３１は、第３主面４１１上において、燃料極活性部４２と間隔をあけて配置されている。 The interconnector 31 is disposed on the third main surface 411 of the fuel electrode current collector 41. That is, the interconnector 31 is not embedded in the fuel electrode current collector 41. The interconnector 31 is disposed on the third main surface 411 with a space from the fuel electrode active portion 42.

インターコネクタ３１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ３１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、インターコネクタ３１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。インターコネクタ３１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。 The interconnector 31 is a fired body composed of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 31 can be made of, for example, LaCrO ₃ (lanthanum chromite). Alternatively, the interconnector 31 may be made of (Sr, La) TiO ₃ (strontium titanate). The thickness of the interconnector 31 is, for example, 10 to 100 μm.

［集電部材］
以上のように構成された燃料電池セル３０１は、隣り合う燃料電池セル３０１と、集電部材３０２によって電気的に接続されている。図２に示すように、集電部材３０２は、一対の燃料電池セル３０１間に配置されている。そして、集電部材３０２は、厚さ方向（ｚ軸方向）において隣り合う燃料電池セル３０１同士を電気的に接続するよう、導電性を有している。 [Current collecting member]
The fuel cell 301 configured as described above is electrically connected to the adjacent fuel cell 301 by the current collecting member 302. As shown in FIG. 2, the current collecting member 302 is disposed between the pair of fuel cells 301. And the current collection member 302 has electroconductivity so that the fuel cell 301 adjacent in the thickness direction (z-axis direction) may be electrically connected.

詳細には、集電部材３０２は、燃料電池セル３０１のガス供給側において、隣り合う燃料電池セル３０１同士を接続している。図７に示すように、集電部材３０２は、基端側に配置されたインターコネクタ３１から延びる空気極集電部６２上に配置されている。なお、基端側とは、燃料電池セル３０１を燃料マニホールド２００に取り付けたとき、燃料マニホールド２００側のことをいう。 Specifically, the current collecting member 302 connects adjacent fuel cells 301 on the gas supply side of the fuel cells 301. As shown in FIG. 7, the current collecting member 302 is disposed on the air electrode current collector 62 extending from the interconnector 31 disposed on the base end side. The base end side means the fuel manifold 200 side when the fuel battery cell 301 is attached to the fuel manifold 200.

集電部材３０２は、ブロック状である。例えば、集電部材３０２は、直方体状又は円柱状である。集電部材３０２は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体で構成されている。このような酸化物セラミックスとしては、例えば、ペロブスカイト酸化物、又はスピネル酸化物などが挙げられる。ペロブスカイト酸化物としては、例えば、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３、又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３等が挙げられる。スピネル酸化物としては、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４、又は（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｏ_４等が挙げられる。この集電部材３０２は、例えば、可撓性を有していない。 The current collecting member 302 has a block shape. For example, the current collecting member 302 has a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. The current collecting member 302 is made of, for example, a fired body of oxide ceramics. Examples of such oxide ceramics include perovskite oxide and spinel oxide. Examples of the perovskite oxide include (La, Sr) MnO ₃ , (La, Sr) (Co, Fe) O _{3, and the} like. Examples of the spinel oxide include (Mn, Co) ₃ O ₄ , (Mn, Fe) ₃ O _{4, and the} like. For example, the current collecting member 302 does not have flexibility.

集電部材３０２は、第１接合材１０１によって、各燃料電池セル３０１に接合されている。すなわち、第１接合材１０１は、各集電部材３０２と各燃料電池セル３０１とを接合している。第１接合材１０１は、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）_３Ｏ_４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ_３又は（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３等よりなる群から選ばれる少なくとも１種である。 The current collecting member 302 is joined to each fuel cell 301 by the first joining material 101. That is, the first bonding material 101 joins each current collecting member 302 and each fuel cell 301. The first bonding material 101 is, for example, at least one selected from the group consisting of (Mn, Co) ₃ O ₄ , (La, Sr) MnO _3, (La, Sr) (Co, Fe) O _{3, and the} like. .

［表裏間接続部材］
図２に示すように、燃料電池セル３０１は、表裏間接続部材３０３を有している。表裏間接続部材３０３は、支持基板２０の一方面においてガス排出側に配置された発電素子部１０と、支持基板２０の他方面においてガス排出側に配置された発電素子部１０とを、電気的に接続している。表裏間接続部材３０３は、例えば、上述した空気極集電部６２において説明した材料によって形成することができる。 [Front-back connection member]
As shown in FIG. 2, the fuel cell 301 has a front-back connection member 303. The front-back connection member 303 electrically connects the power generation element portion 10 disposed on the gas discharge side on one side of the support substrate 20 and the power generation element portion 10 disposed on the gas discharge side on the other side of the support substrate 20. Connected to. The front-back connection member 303 can be formed of the material described in the air electrode current collector 62 described above, for example.

各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００に支持されている。詳細には、各燃料電池セル３０１は、第２接合材１０２によって、燃料マニホールド２００の天板２０３に固定されている。より詳細には、図８に示すように、各燃料電池セル３０１は、燃料マニホールド２００の貫通孔２０２に挿入されている。燃料電池セル３０１は、貫通孔２０２に挿入された状態で、第２接合材１０２によって燃料マニホールド２００に固定されている。 Each fuel cell 301 is supported by the fuel manifold 200. Specifically, each fuel cell 301 is fixed to the top plate 203 of the fuel manifold 200 by the second bonding material 102. More specifically, as shown in FIG. 8, each fuel cell 301 is inserted into the through hole 202 of the fuel manifold 200. The fuel cell 301 is fixed to the fuel manifold 200 by the second bonding material 102 in a state of being inserted into the through hole 202.

第２接合材１０２は、燃料電池セル３０１が挿入された状態の貫通孔２０２内に充填される。すなわち、第２接合材１０２は、燃料電池セル３０１の外周面と、貫通孔２０２を画定する壁面との隙間に充填される。第２接合材１０２は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ_２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを指す。なお、第２接合材１０２の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第２接合材１０２は、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_５−Ａｌ_２Ｏ_３系及びＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。 The second bonding material 102 is filled in the through hole 202 in a state where the fuel battery cell 301 is inserted. That is, the second bonding material 102 is filled in a gap between the outer peripheral surface of the fuel cell 301 and the wall surface that defines the through hole 202. The second bonding material 102 is, for example, crystallized glass. As the crystallized glass, for example, a SiO ₂ —B ₂ O ₃ system, a SiO ₂ —CaO system, or a SiO ₂ —MgO system may be employed. In this specification, crystallized glass means that the ratio (crystallinity) of “volume occupied by crystal phase” to the total volume is 60% or more, and “volume occupied by amorphous phase and impurities relative to the total volume”. "Indicates a glass having a ratio of less than 40%. As the material of the second bonding material 102, amorphous glass, brazing material, ceramics, or the like may be employed. Specifically, the second bonding material 102 is at least one selected from the group consisting of SiO ₂ —MgO—B ₂ O ₅ —Al ₂ O ₃ and SiO ₂ —MgO—Al ₂ O ₃ —ZnO. .

燃料マニホールド２００から突出している各燃料電池セル３０１の長手方向（ｘ軸方向）の長さは、１００〜３００ｍｍ程度とすることができる。また、各燃料電池セル３０１は、燃料電池セル３０１の厚さ方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。この燃料電池セル３０１同士の間隔は、１〜５ｍｍ程度とすることができる。 The length of each fuel cell 301 protruding from the fuel manifold 200 in the longitudinal direction (x-axis direction) can be about 100 to 300 mm. The fuel cells 301 are arranged at intervals in the thickness direction (z-axis direction) of the fuel cells 301. The interval between the fuel cells 301 can be about 1 to 5 mm.

［発電方法］
以上のように構成された燃料電池スタック１００は、次のようにして発電する。燃料マニホールド２００を介して各燃料電池セル３０１のガス流路２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板２０の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝す。 [Power generation method]
The fuel cell stack 100 configured as described above generates power as follows. A fuel gas (hydrogen gas or the like) is caused to flow into the gas flow path 21 of each fuel cell 301 through the fuel manifold 200, and both surfaces of the support substrate 20 are exposed to a gas (air or the like) containing oxygen.

酸素を含むガスは、例えば、図９に示すように、幅方向（ｙ軸方向）に沿って流れるように、燃料マニホールド２００の天板２０３に沿って流れる。詳細には、燃料電池スタック１００は、ガス供給部材４００をさらに有している。ガス供給部材４００は、各燃料電池セル３０１の間において、空気などのガスを供給するように構成されている。なお、ガス供給部材４００から供給されたガスが効率的に上方へ流れるよう、案内板４０１がガス供給部材４００と反対側に設置されていてもよい。案内板４０１は、平板状であって、燃料電池セル３０１の長手方向に延びるとともに、燃料電池セル３０１の厚さ方向に延びている。 For example, as shown in FIG. 9, the oxygen-containing gas flows along the top plate 203 of the fuel manifold 200 so as to flow along the width direction (y-axis direction). Specifically, the fuel cell stack 100 further includes a gas supply member 400. The gas supply member 400 is configured to supply a gas such as air between the fuel cells 301. Note that the guide plate 401 may be installed on the opposite side of the gas supply member 400 so that the gas supplied from the gas supply member 400 efficiently flows upward. The guide plate 401 has a flat plate shape and extends in the longitudinal direction of the fuel cell 301 and also extends in the thickness direction of the fuel cell 301.

以上のように、燃料ガス、及び酸素を含むガスを供給された各発電素子部１０において、電解質５の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック１００を外部の負荷に接続すると、空気極６において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極４において下記（２）式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ_２ ⁻ …（１）
Ｈ_２＋Ｏ_２ ⁻→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ …（２）
発電状態においては、電流は、図１０において矢印で示すように流れる。インターコネクタ３１、及び発電素子部１０において、電流は厚さ方向に流れる。 As described above, in each power generation element unit 10 supplied with the fuel gas and the gas containing oxygen, an electromotive force is generated due to an oxygen partial pressure difference generated between both side surfaces of the electrolyte 5. When this fuel cell stack 100 is connected to an external load, an electrochemical reaction represented by the following formula (1) occurs in the air electrode 6, and an electrochemical reaction represented by the following formula (2) occurs in the fuel electrode 4, causing a current to flow. .
(1/2) · O ₂ + 2e ⁻ → O ₂ ⁻ (1)
H ₂ + O ₂ ⁻ → H ₂ O + 2e ⁻ (2)
In the power generation state, current flows as shown by arrows in FIG. In the interconnector 31 and the power generation element unit 10, a current flows in the thickness direction.

［製造方法］
次に、上述したように構成された燃料電池セルの製造方法について説明する。図１１から図１７において、各部材の符号の末尾の「ｇ」は、その部材が焼成前であることを示している。 [Production method]
Next, a method for manufacturing the fuel battery cell configured as described above will be described. In FIG. 11 to FIG. 17, “g” at the end of the reference numeral of each member indicates that the member is not fired.

まず、図１１に示すように、支持基板の成形体２０ｇを作製する。この支持基板の成形体２０ｇは、例えば、支持基板２０の材料（例えば、ＣＳＺ）の粉末にバインダー等を添加して得られる坏土を用いて、押し出し成形、及び切削等の手法を利用して作製され得る。この支持基板の成形体２０ｇは、８つの頂点部が丸みを持つような形状に形成される。 First, as shown in FIG. 11, a support substrate compact 20g is prepared. The molded body 20g of the support substrate is obtained by using a method such as extrusion molding and cutting using a clay obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the support substrate 20 (for example, CSZ). Can be made. The support substrate molded body 20g is formed in a shape in which eight vertex portions are rounded.

支持基板の成形体２０ｇが作製されると、次に、図１２に示すように、支持基板の成形体２０ｇの上下面における各凹部２２１に、燃料極集電部の成形体４１ｇを充填する。燃料極集電部の成形体４１ｇは、例えば、上述した燃料極集電部４１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって作製される。 When the support substrate molded body 20g is fabricated, next, as shown in FIG. 12, the concave bodies 221 on the upper and lower surfaces of the support substrate molded body 20g are filled with the molded body 41g of the fuel electrode current collector. The molded body 41g of the fuel electrode current collector is produced by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the fuel electrode current collector 41 described above.

次に、図１３に示すように、燃料極集電部の成形体４１ｇ上に、燃料極活性部の成形膜４２ｇを形成する。この成形膜４２ｇは、例えば、上述した燃料極活性部４２の材料の粉末にバインダーなどを添加して得られるスラリーを用いて、印刷法などによって形成される。 Next, as shown in FIG. 13, a molded film 42 g of the fuel electrode active portion is formed on the molded body 41 g of the fuel electrode current collector. The formed film 42g is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material for the fuel electrode active portion 42 described above.

また、各燃料極集電部の成形体４１ｇ上に、インターコネクタの成形膜３１ｇを形成する。各インターコネクタの成形膜３１ｇは、例えば、上述したインターコネクタ３１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。 Also, an interconnector molded film 31g is formed on the molded body 41g of each fuel electrode current collector. The molded film 31g of each interconnector is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the interconnector 31 described above.

次に、図１４に示すように、燃料極活性部の成形膜４２ｇ上に、電解質の成形膜５ｇを形成する。詳細には、隣り合うインターコネクタの成形膜３１ｇ間に電解質の成形膜５ｇを形成する。これによって、燃料極集電部の成形体４１ｇ、及び燃料極活性部の成形膜４２ｇが形成された状態の支持基板の成形体２０ｇは、インターコネクタの成形膜３１ｇと電解質の成形膜５ｇによって覆っている。電解質の成形膜５ｇは、例えば、上述した電解質５の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法、又はディッピング法等によって形成される。 Next, as shown in FIG. 14, an electrolyte molding film 5g is formed on the molding film 42g of the fuel electrode active portion. Specifically, an electrolyte molding film 5g is formed between the molding films 31g of adjacent interconnectors. As a result, the molded body 41g of the fuel electrode current collector and the molded body 20g of the support substrate in the state where the molded film 42g of the fuel electrode active part is formed are covered with the molded film 31g of the interconnector and the molded film 5g of the electrolyte. ing. The electrolyte molded film 5g is formed by, for example, a printing method or a dipping method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the electrolyte 5 described above.

次に、図１５に示すように、電解質膜の成形膜５ｇ上に、反応防止膜の成形膜７ｇを形成する。各反応防止膜の成形膜７ｇは、例えば、上述した反応防止膜７の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。 Next, as shown in FIG. 15, a reaction preventing film forming film 7g is formed on the electrolyte film forming film 5g. The molded film 7g of each reaction preventing film is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the reaction preventing film 7 described above.

そして、このように種々の成形膜が形成された状態の支持基板の成形体２０ｇを、空気中にて１０００〜１５００℃程度で１〜５時間程度焼成する。これにより、空気極６が形成されていない状態の燃料電池セルが得られる。 Then, 20 g of the support substrate molded body in which various molded films are thus formed is fired at about 1000 to 1500 ° C. for about 1 to 5 hours in the air. Thereby, the fuel battery cell in the state where the air electrode 6 is not formed is obtained.

次に、図１６に示すように、各反応防止膜７上に、空気極活性部の成形膜６１ｇを形成する。各空気極活性部の成形膜６１ｇは、例えば、上述した空気極活性部６１の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。 Next, as shown in FIG. 16, a forming film 61 g of the air electrode active portion is formed on each reaction preventing film 7. The molded film 61g of each air electrode active portion is formed by a printing method or the like using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode active portion 61 described above.

次に、図１７に示すように、空気極活性部の成形膜６１ｇと、隣の発電素子部のインターコネクタ３１とを跨ぐように、空気極集電部の成形膜６２ｇを形成する。すなわち、空気極集電部の成形膜６２ｇは、空気極活性部の成形膜６１ｇ、電解質５、及び、インターコネクタ３１上に形成される。各空気極集電部の成形膜６２ｇは、例えば、上述した空気極集電部６２の材料の粉末にバインダー等を添加して得られるスラリーを用いて、印刷法等によって形成される。 Next, as shown in FIG. 17, a forming film 62 g of the air electrode current collector is formed so as to straddle the forming film 61 g of the air electrode active part and the interconnector 31 of the adjacent power generation element part. In other words, the molding film 62 g of the air electrode current collector is formed on the molding film 61 g of the air electrode active part, the electrolyte 5, and the interconnector 31. The molded film 62g of each air electrode current collector is formed by, for example, a printing method using a slurry obtained by adding a binder or the like to the powder of the material of the air electrode current collector 62 described above.

そして、このように空気極の成形膜６１ｇ、６２ｇが形成された状態の支持基板２０を、空気中にて８００〜１２００℃程度で１〜５時間程度焼成する。これによって、燃料電池セル３０１が完成する。 The support substrate 20 in which the air electrode forming films 61g and 62g are thus formed is baked in the air at about 800 to 1200 ° C. for about 1 to 5 hours. Thereby, the fuel cell 301 is completed.

［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。 [Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.

変形例１
図１８に示すように、支持基板２０の第１側面２４は、第１湾曲部２４１、第２湾曲部２４２、及び第１平面部２４３から構成されていてもよい。第１湾曲部２４１は、第１主面２２の端縁から第２主面２３に向かって延びている。第１湾曲部２４１は、外側に向かって膨らんでいる。また、第１湾曲部２４１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。 Modification 1
As illustrated in FIG. 18, the first side surface 24 of the support substrate 20 may include a first curved portion 241, a second curved portion 242, and a first flat surface portion 243. The first curved portion 241 extends from the edge of the first main surface 22 toward the second main surface 23. The first curved portion 241 bulges outward. Further, the first bending portion 241 extends along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20.

第２湾曲部２４２は、第２主面２３の端縁から第１主面２２に向かって延びている。第２湾曲部２４２は、外側に向かって膨らんでいる。また、第２湾曲部２４２は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。 The second curved portion 242 extends from the end edge of the second main surface 23 toward the first main surface 22. The second curved portion 242 bulges outward. Further, the second curved portion 242 extends along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20.

第１平面部２４３は、第１湾曲部２４１と第２湾曲部２４２とを連結するように支持基板２０の厚さ方向（ｚ軸方向）に延びている。また、第１平面部２４３は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。このように、第１側面２４において平面部２４３を形成することによって、発電出力を向上させることができる。 The first plane portion 243 extends in the thickness direction (z-axis direction) of the support substrate 20 so as to connect the first bending portion 241 and the second bending portion 242. The first plane portion 243 extends along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20. Thus, the power generation output can be improved by forming the flat surface portion 243 on the first side surface 24.

なお、第２側面２５も第１側面２４と同様の構成にしてもよい。すなわち、第２側面２５は、第３湾曲部２５１、第４湾曲部２５２、及び第２平面部２５３を有している。第３湾曲部２５１は、第１主面２２の端縁から第２主面２３に向かって延びている。第３湾曲部２５１は、外側に向かって膨らんでいる。また、第３湾曲部２５１は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。 Note that the second side surface 25 may have the same configuration as the first side surface 24. That is, the second side surface 25 has a third bending portion 251, a fourth bending portion 252, and a second flat portion 253. The third bending portion 251 extends from the edge of the first main surface 22 toward the second main surface 23. The third bending portion 251 swells outward. The third bending portion 251 extends along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20.

第４湾曲部２５２は、第２主面２３の端縁から第１主面２２に向かって延びている。第４湾曲部２５２は、外側に向かって膨らんでいる。また、第４湾曲部２５２は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。 The fourth curved portion 252 extends from the edge of the second main surface 23 toward the first main surface 22. The fourth curved portion 252 swells outward. The fourth curved portion 252 extends along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20.

第２平面部２５３は、第３湾曲部２５１と第４湾曲部２５２とを連結するように支持基板２０の厚さ方向（ｚ軸方向）に延びている。また、第２平面部２５３は、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。 The second planar portion 253 extends in the thickness direction (z-axis direction) of the support substrate 20 so as to connect the third bending portion 251 and the fourth bending portion 252. In addition, the second planar portion 253 extends along the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 20.

変形例２
上記実施形態の発電素子部１０では、燃料極４が内側電極となり、空気極６が外側電極となっていたが、発電素子部１０の構成はこれに限定されない。例えば、空気極６を内側電極とし、燃料極４を外側電極としてもよい。すなわち、支持基板２０側から、空気極６，電解質５、燃料極４の順に配置されていてもよい。この場合、支持基板２０の凹部２２１内には、空気極集電部６２が形成される。 Modification 2
In the power generation element unit 10 of the above embodiment, the fuel electrode 4 is an inner electrode and the air electrode 6 is an outer electrode, but the configuration of the power generation element unit 10 is not limited to this. For example, the air electrode 6 may be an inner electrode and the fuel electrode 4 may be an outer electrode. That is, the air electrode 6, the electrolyte 5, and the fuel electrode 4 may be arranged in this order from the support substrate 20 side. In this case, an air electrode current collector 62 is formed in the recess 221 of the support substrate 20.

変形例３
上記実施形態では、燃料極集電部４１の第３主面４１１上には凹部が形成されていないが、図１９に示すように、燃料極集電部４１の第３主面４１１上に２つの凹部が形成されていてもよい。そして、一方の凹部に燃料極活性部４２が埋設されており、他方の凹部にインターコネクタ３１が埋設されていてもよい。 Modification 3
In the above embodiment, no recess is formed on the third main surface 411 of the fuel electrode current collector 41. However, as shown in FIG. Two recesses may be formed. And the fuel electrode active part 42 may be embed | buried under one recessed part, and the interconnector 31 may be embed | buried under the other recessed part.

３０１燃料電池セル
２０支持基板
２２第１主面
２３第２主面
２４第１側面
２４１第１湾曲部
２４２第２湾曲部
２４３第１平面部
２５第２側面
２５１第３湾曲部
２５２第４湾曲部
２５３第２平面部
２６第１端面
２７第２端面 301 fuel cell 20 support substrate 22 first main surface 23 second main surface 24 first side surface 241 first curved portion 242 second curved portion 243 first flat surface portion 25 second side surface 251 third curved portion 252 fourth curved portion 253 Second plane portion 26 First end surface 27 Second end surface

Claims

A plate-like support substrate having a first main surface, a second main surface, a first side surface, a second side surface, a first end surface, and a second end surface;
A plurality of power generation element portions supported by the first main surface and the second main surface of the support substrate;
An interconnector for electrically connecting the adjacent power generating element portions;
With
The eight apexes of the support substrate are constituted by curved surfaces,
The first side surface includes a first bending portion extending from an edge of the first main surface, a second bending portion extending from an edge of the second main surface, the first bending portion, and the second bending portion. A first plane portion connecting the two,
The interconnector is disposed on the first or second main surface side of the support substrate.
Fuel cell.

The power generation element part has a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode in order from the support substrate side,
The support substrate has a recess formed in the first main surface,
The fuel electrode has a fuel electrode current collector disposed in a recess of the support substrate,
The fuel electrode current collector has a third main surface.
The interconnector is disposed on a third main surface of the fuel electrode current collector.
The fuel battery cell according to claim 1.

The second side surface includes a third bending portion extending from an edge of the first main surface, a fourth bending portion extending from an edge of the second main surface, the third bending portion, and the fourth bending portion. A second planar portion connecting the two,
The fuel battery cell according to claim 1 or 2.

Of the first main surface, the second main surface, the first side surface, the second side surface, the first end surface, and a boundary portion between a pair of adjacent surfaces among the second end surfaces, R processing is performed.
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3.