JP6286223B2

JP6286223B2 - 燃料電池スタック

Info

Publication number: JP6286223B2
Application number: JP2014028078A
Authority: JP
Inventors: 誠栗林
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: JP2015153672A

Description

本発明は，燃料電池スタックに関する。

電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（以下，「ＳＯＦＣ」又は単に「燃料電池」とも記す場合がある）が知られている。ＳＯＦＣは，例えば，板状の固体電解質層の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セル（単セル）を有する。正負の電極（燃料極および空気極）それぞれに，反応ガス（燃料ガス（例えば，水素）および酸化剤ガス（例えば，空気中の酸素））を供給し，固体電解質層を介して化学反応させることで，電力を発生させる。

単セルを複数個積層し、隣接する単セル間にインターコネクタを配置することで、固体酸化物形燃料電池スタック（以下、燃料電池スタックと呼ぶ）が構成される（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００９−９９２６７号公報特開２０１０−１６５６２９号公報

ここで、ＳＯＦＣ内部は、数百度の高温であり、また温度分布があるため、インターコネクタに熱応力が印加され易い。例えば、導電性セラミックを用いたインターコネクタの場合、熱応力によってインターコネクタが割れる畏れがある。金属を用いたインターコネクタの場合、クロム蒸気によって単セルを被毒しないよう導電性セラミックをコーティングしたものを通常用いるが、熱応力によってコーティングが破損し、クロム蒸気抑制効果が損失する畏れがある。また、ガス流路を遮断するための金属製のセパレータが単セルに接合されるが、このセパレータは熱変形を起こし、インターコネクタと接触して短絡（ショート）する畏れがある。

本発明は，熱応力の影響を緩和した燃料電池スタックを提供することを目的とする。

（１）本発明の一態様に係る燃料電池スタックは、
第１貫通孔を有し、可撓性を有する金属板からなる第１セパレータと、
前記第１セパレータと接合され、前記第１貫通孔から一部が露出するインターコネクタ本体と、
第２貫通孔を有し、可撓性を有する金属板からなる第２セパレータと、
燃料極と、空気極と、固体電解質と、を含み、前記第２セパレータに接合部を介し接合され、前記第２貫通孔から一部が露出する単セルと、
を順に複数組積層し、
前記インターコネクタ本体と前記単セルとを電気的に接続する集電部と、を具備する燃料電池スタックであって、
前記第１セパレータは前記インターコネクタ本体と電気的に接続され、
前記第２セパレータは前記単セルの前記空気極又は前記燃料極の何れかの電極と電気的に接続されており、
前記第１セパレータは電気的に接続された前記第２セパレータ側に突出する第１屈曲部を有することを特徴とする。

インターコネクタ本体と第１セパレータとを接合して、インターコネクタが構成される。さらに、単セルには第２セパレータが接合されている。第１セパレータ及び第２セパレータが可撓性を有することで、インターコネクタ本体及び単セルに応力が印加された場合に、第１セパレータ及び第２セパレータが変形することで印加される応力が緩和され、その割れや変形を防止できる。

また、燃料電池において、アノードとカソードの電位は異なっており、この異なる電位を有する電極同士が電気的に接続されると短絡してしまい発電が出来なくなってしまう。
単セルと接合部を介して接合されている第２セパレータは、カソード又はアノードの電位と同じ電位を有している。この第２セパレータと異なる電極と電気的に接続するインターコネクタ本体又は第１セパレータは、第２セパレータと絶縁されている。
したがって、前記第１セパレータを介して前記インターコネクタ本体を、前記第２セパレータを介して前記単セルを交互に複数積層した場合に、前記第１セパレータは電気的に接続された前記第２セパレータ側に突出する第１屈曲部を有することで（第１屈曲部が電気的に接続しているセパレータ側に突出している）、インターコネクタ本体に応力が印加され第１セパレータが変形した場合であっても、第１屈曲部が突出方向にセパレータの変形を促すので、燃料電池スタックにおいて、熱変形に起因する電気的に絶縁されている側の第１セパレータと第２セパレータ間の電気的接続（ショート）が防止される。

（２）前記２セパレータは電気的に接続された前記第１セパレータ側に突出する第２屈曲部を有することで（第１屈曲部と第２屈曲部が互いに電気的に接続している側に突出している）、インターコネクタ本体又は単セルに応力が印加され第１セパレータ又は第２セパレータ、若しくはその両方が変形した場合であっても、第１屈曲部及び第２屈曲部が突出方向にセパレータの変形を促すので、燃料電池スタックにおいて、熱変形に起因する電気的に絶縁されている側の第１セパレータと第２セパレータ間の電気的接続（ショート）が防止される。

（３）前記燃料電池の積層方向において、前記第１セパレータを前記第２セパレータ上に投影したとき、前記第１屈曲部と前記第２屈曲部が平面視で異なる位置に配置されることが好ましい。
第１屈曲部と第２屈曲部が前記燃料電池の積層方向において、前記第１セパレータを前記第２セパレータ上に投影したとき、平面視で異なる位置に配置されることで、これらの間での接触が防止される。

前記第１セパレータを介して前記インターコネクタ本体を、前記第２セパレータを介して前記単セルを交互に複数積層した燃料電池スタックにおいて、電気的に接続されている側の第１セパレータと第２セパレータは接触しても短絡（ショート）することはないが、第１セパレータと第２セパレータとの間は、発電に必要な燃料ガス又は酸化剤ガス（例えば、空気（詳しくは空気中の酸素））の流路としての役割を果たしているため、第１屈曲部と第２屈曲部との接触を抑制することで、上記ガスの流通を妨害することが抑制できる。したがって、発電効率の低下の抑制効果をももたらすことが可能である。

（３）前記第１セパレータが、前記インターコネクタ本体よりも薄い、０．０５ｍｍ以上の厚さを有することが好ましい。
前記第１セパレータを前記インターコネクタ本体よりも薄くすることで、インターコネクタ本体に印加される応力を逃がし、緩和することができる。また、前記第１セパレータが、０．０５ｍｍ以上の厚さを有することで、その耐久性を確保できる。

（４）前記第１セパレータが、１質量％以上１０質量％以下のアルミニウムを含むことが好ましい。
第１セパレータが、アルミニウムを含むことで、その表面に耐酸化性の高いアルミナの被膜を形成できる。アルミニウムの含有量が１質量％に満たないと、アルミナの被膜形成が不十分になるため、長期に渡って耐久性が得られない。また、アルミニウムの含有量が１０重量％を超えると、常温で第１セパレータが硬くなり過ぎ、応力緩和に支障を来す可能性がある。

本発明によれば，熱応力の影響を緩和した燃料電池スタックを提供できる。

第１の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタック１０を表す斜視図である。第１の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタック１０の模式断面図である。第１の実施形態に係る燃料電池セル４０の分解断面図である。屈曲部４１５，５３１，４５５の断面形状の一例を表す図である。第２の実施形態に係る燃料電池セル４０ａの一部拡大断面図である。第２の実施形態に係る燃料電池セル４０ａの上面図である。第３の実施形態に係る燃料電池セル４０ｂ２枚分の一部拡大断面図である。第３の実施形態に係る燃料電池セル４０ｂの上面図である。

以下，本発明に係る固体酸化物形燃料電池について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は，本発明の第１実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタック１０を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池スタック１０は，反応ガス（燃料ガス（例えば，水素）と酸化剤ガス（例えば，空気（詳しくは空気中の酸素）））の供給を受けて発電する。

固体酸化物形燃料電池スタック１０は，エンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）が積層され，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）およびナット３５で固定される。

図２は，固体酸化物形燃料電池スタック１０の模式断面図である。
固体酸化物形燃料電池スタック１０は，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を積層して構成される燃料電池スタックである。ここでは，判り易さのために，４つの燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を積層しているが，一般には，２０〜６０個程度の燃料電池セル４０を積層することが多い。

エンドプレート１１，１２，燃料電池セル４０（１）〜４０（４）は，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）に対応する貫通孔３１，３２（３２ａ，３２ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）を有する。
エンドプレート１１，１２は，積層される燃料電池セル４０（１）〜４０（４）を押圧，保持する保持板であり，かつ燃料電池セル４０（１）〜４０（４）からの電流の出力端子でもある。

図３は，燃料電池セル４０の分解断面図である。図４は，燃料電池セル４０の一部拡大断面図である。図５は，燃料電池セル４０の上面図である。
なお、図３において、図中Ｚ方向を上側とし、Ｚ方向に位置する面を上面とする。
図３に示すように，燃料電池セル４０は，金属製セパレータ５３（本実施形態における「第２セパレータ」に対応する）と単セル４４を有し，インターコネクタ４１，４５，集電部４２，４９，枠部４３を備える。

単セル（狭義の燃料電池セル）４４は，固体電解質層５６を空気極（カソード，空気極層ともいう）５５，および，燃料極（アノード，燃料極層ともいう）５７で挟んで構成される。固体電解質層５６は，２つの主面を有する。これらの主面は，酸化剤ガス流路４７側，燃料ガス流路４８側それぞれに面し，空気極５５，燃料極５７が配置される。

空気極５５としては，ペロブスカイト系酸化物（例えば，ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物），ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物））等が使用できる。

固体電解質層５６としては，ＹＳＺ(イットリア安定化ジルコニア)，ＳｃＳＺ(スカンジア安定化ジルコニア)，ＳＤＣ(サマリウムドープセリア)，ＧＤＣ(ガドリニウムドープセリア)，ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。

燃料極５７としては，金属が好ましく，Ｎｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットやＮｉ基合金が使用できる。

インターコネクタ４１，４５は，複数の単セル４４間の導通を確保し，かつこれらの間での燃料ガスと酸化剤ガスの混合を防止し得る，導電性を有する略板状の部材である。なお、この詳細は後述する。

単セル４４間には，１個のインターコネクタ（４１若しくは４５）のみが配置される（直列に接続される二つの単セル４４の間に一つのインターコネクタを共有しているため）。また，最上層および最下層の単セル４４それぞれでは，インターコネクタ４１，４５に替えて，導電性を有するエンドプレート１１，１２が配置される。

集電部４２は，酸化剤ガス流路４７の内部に配置され，単セル４４の空気極５５とインターコネクタ４１との間の導通を確保するためのものであり，例えば，インターコネクタ４１に形成された凸部である。
集電部４９は，燃料ガス流路４８の内部に配置され，単セル４４の燃料極５７とインターコネクタ４５（インターコネクタ本体４５１）との間の導通を確保するためのものであり，導電性部材４９１，スペーサ４９２を有する。

導電性部材４９１は、Ｕ字形状をなし、インターコネクタ４５（インターコネクタ本体４５１）および単セル４４の燃料極５７に当接する。

スペーサ４９２は,導電性部材４９１の間に配置される。スペーサ４９２の材料として,マイカ,アルミナ,バーミキュライト,カーボン繊維,炭化珪素繊維,シリカの何れか自体,或は少なくとも何れか１種を主成分とするものを利用できる。

なお，集電部４９は,導電性部材４９１，スペーサ４９２に替えて,例えばＮｉ製の多孔質金属又は金網又はワイヤーで形成するようにしてもよい。また,集電部４９は,Ｎｉの他,Ｎｉ合金やステンレス鋼など酸化に強い金属で形成してもよい。

枠部４３は，酸化剤ガス，燃料ガスが流れる開口４６を有する。この開口４６は，気密に保持され，かつ酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路４７，燃料ガスが流れる燃料ガス流路４８に区分される。また，本実施形態の枠部４３は，空気極フレーム５１，絶縁フレーム５２，金属製セパレータ５３，燃料極フレーム５４で構成される。

空気極フレーム５１は，空気極５５側に配置される金属製の枠体で，中央部には開口４６を有する。該開口４６によって，酸化剤ガス流路４７が区画される。

絶縁フレーム５２は，インターコネクタ４１，４５の間とインターコネクタ４１と金属製セパレータ５３との間を電気的に絶縁する枠体で，例えば，Ａｌ_２Ｏ_３などのセラミックスやマイカ，バーミキュライトなどが使用でき，中央部には開口４６を有する。該開口４６によって，酸化剤ガス流路４７が区画される。具体的には，絶縁フレーム５２は，インターコネクタ４１，４５の間において，一方の面が空気極フレーム５１に，他方の面が金属製セパレータ５３に接触して配置されている。この結果，絶縁フレーム５２により，インターコネクタ４１，４５の間と、インターコネクタ４１と金属製セパレータ５３との間が電気的に絶縁されている。

金属製セパレータ５３は，開口部５８（本実施の形態における「第２貫通孔」に対応する）を有する枠状の金属製の薄板（例えば，厚さ：０．１ｍｍ）であり，単セル４４の固体電解質層５６と接合部６１を介して接合され，かつ酸化剤ガスと燃料ガスとの混合を防止する金属製の枠体である。金属製セパレータ５３によって，枠部４３の開口４６内の空間が，酸化剤ガス流路４７と燃料ガス流路４８に区切られ，酸化剤ガスと燃料ガスとの混合が防止される。

金属製セパレータ５３には，金属製セパレータ５３の上面と下面の間を貫通する貫通孔によって開口部５８が形成され，この開口部５８内に，単セル４４の空気極５５が配置される。

燃料極フレーム５４は，燃料極４４１側に配置されるフレームであり，例えば，Ａｌ_２Ｏ_３などのセラミックスやマイカ，バーミキュライトなどの絶縁材料や金属板などが使用でき，中央部には開口４６を有する。該開口４６によって，燃料ガス流路４８を区画する。

空気極フレーム５１，絶縁フレーム５２，金属製セパレータ５３，燃料極フレーム５４は，ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）が挿入されるか，もしくは酸化剤ガスか燃料ガスが流通する貫通孔３１，３２（３２ａ，３２ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）をそれぞれの周辺部に有する。

単セル４４と金属製セパレータ５３の間に接合部６１が配置され，燃料電池セル４０を構成する。開口部５８に沿って，金属製セパレータ５３の下面と固体電解質層５６の上面が接合部６１で接合される。

接合部６１は，Ａｇを含むロウ材から構成され，開口部５８に沿って，全周にわたって配置され，単セル４４と金属製セパレータ５３とを接合する。

本実施形態では，図３に示すように、インターコネクタ４１は、インターコネクタ本体４１１、インターコネクタ用セパレータ４１２、接合部４１４を有する。

インターコネクタ本体４１１は、上面、下面を有する略板状の導電性部材である。インターコネクタ本体４１１は、インターコネクタ用セパレータ４１２の下面に接合され、インターコネクタ用セパレータ４１２（本実施の形態における「第１セパレータ」に対応する）の貫通孔４１３（本実施の形態における「第１貫通孔」に対応する）から上面の一部が露出する。

インターコネクタ本体４１１は、ＳＯＦＣ使用温度領域において高い導電性と酸化剤ガス雰囲気及び燃料ガス雰囲気において化学的安定性とを備えた材料であればよい。例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）系のセラミック材料を主成分とする材料や第１主面にＭｎＣｏスピネル酸化物のような導電性セラミックをコートしたフェライト系ステンレスの金属材料等を用いることができる。ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）系のセラミック材料を主成分とする材料を用いる場合、特に高温の領域（例えば、７００〜１０００℃）で使用する場合に高い導電性を確保することができる。その結果、インターコネクタ本体４１１の電気抵抗による損失を低減し、燃料電池スタック１０の発電性能の向上に寄与する。

インターコネクタ用セパレータ４１２は、上面、下面と、これらの間を貫通する貫通孔４１３（第１貫通孔）を有し、可撓性を有する金属板から構成される。貫通孔４１３は、インターコネクタ用セパレータ４１２の中央に配置される。

インターコネクタ用セパレータ４１２は、可撓性を有する金属製の薄板であるため、積層方向や面方向の応力を逃がす程度の厚さに形成する必要がある。具体的には、インターコネクタ用セパレータ４１２を０．０５ｍｍ以上でインターコネクタ本体４１１よりも薄い範囲内の厚さ（例えば、０．１ｍｍの厚さ）に形成することが望ましい。インターコネクタ用セパレータ４１２の厚さがインターコネクタ本体４１１の厚さを超えると、複数の単セル４４を積層した状態で各々のインターコネクタ本体４１１に印加される応力を逃がすことが困難になる結果、応力に起因する割れ等の不具合を招く恐れがある。インターコネクタ用セパレータ４１２の厚さが０．０５ｍｍに満たないと、耐酸化性や耐食性が劣化して十分な耐久性を確保できなくなる。
なお、図３に示すように、インターコネクタ用セパレータ４１２には、ボルト２１，２２（２２ａ，２２ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ）に対応して、貫通孔が形成されている。

インターコネクタ用セパレータ４１２は、例えば、主成分が鉄（Ｆｅ）であり、かつ１〜１０重量％程度のアルミニウムを含有する金属材料を用いて形成することが望ましい。すなわち、インターコネクタ用セパレータ４１２の表面にアルミナの被膜を形成することにより、耐酸化耐久性を向上させることができる。ただし、アルミニウムの含有量が１重量％に満たない程度の金属材料を用いる場合は、被膜形成が不十分となって上述の効果が弱くなる。一方、アルミニウムの含有量が１０重量％を超える程度の金属材料を用いる場合は、インターコネクタ用セパレータ４１２が常温で硬くなり過ぎ、応力の緩和が困難になる。

接合部４１４は、インターコネクタ本体４１１の上面とインターコネクタ用セパレータ４１２の下面を接合する。接合部４１４は、インターコネクタ用セパレータ４１２の貫通孔４１３を取り囲んで全周に配置されている。よって、接合部４１４によりインターコネクタ本体４１１とインターコネクタ用セパレータ４１２との間を気密に封止できる。

接合部４１４を形成する材料の例としては、ロウ材を採用することができる。具体的には、接合部４１４を形成するロウ材として、Ａｇと酸化物の混合体を用いることができる。Ａｇと混合される酸化物としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、ＣｕＯ、ＴｉＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２を挙げることができる。また，接合部４１４を形成するロウ材として、Ａｇと他の金属との合金（例えば、Ａｇ−Ｇｅ−Ｃｒ、Ａｇ−Ｔｉ、Ａｇ−Ａｌ）を用いてもよい。

また、接合部４１４を形成する材料の他の例としては、ガラスを採用することができる。ガラスを用いて接合部４１４を形成する場合は、熱膨張率の差による応力印加時の割れを防止するため、インターコネクタ本体４１１及びインターコネクタ用セパレータ４１２と比較的近い熱膨張率を有するガラスを採用することが望ましい。

接合部４１４は、材料の選択によっても異なるが、例えば、２０〜１００μｍ程度の厚さと、２〜６ｍｍ程度の横幅で形成される。

このように、インターコネクタ本体４１１と、可撓性を有する金属板からなるインターコネクタ用セパレータ４１２を接合して、インターコネクタ４１が構成される。インターコネクタ用セパレータ４１２が可撓性を有することで、インターコネクタ本体４１１に印加される応力が緩和され、その割れや変形を防止できる。

インターコネクタ４５は、インターコネクタ本体４５１、インターコネクタ用セパレータ４５２、接合部４５４を有する。これらはそれぞれ、インターコネクタ本体４１１、インターコネクタ用セパレータ４１２、接合部４１４と対応する形状、材質であるので、詳細な説明を省略する。

本実施形態において、金属製セパレータ５３と、この金属製セパレータ５３が接合部６１を介して接合している単セル４４の燃料極５７と電気的に接続しているインターコネクタ用セパレータ４５２の間は、電気的に接続されている（つまりはセパレータ同士が接触してもショートしない）。

上述した様に、金属製セパレータ５３と単セル４４とをＡｇを含むロウ材からなる接合部６１により接合している。本実施形態では、単セル４４は燃料極支持形の単セル４４であり、固体電解質層５６は厚みが薄い。この場合、接合部６１により、金属製セパレータ５３と燃料極５７が電気的に接続しやすく、金属製セパレータ５３と燃料極５７とが同じ電位を有することとなる。即ち、インターコネクタ用セパレータ４５２は集電部４９を介して燃料極５７と電気的に接続しているため、金属製セパレータ５３とインターコネクタ用セパレータ４５２とは燃料極５７と同じ電位を有することとなる。

なお、接合部６１による電気的接続を上述したが、この他にも、金属製セパレータ５３とインターコネクタ用セパレータ４５２が電気的に接続し、同じ電位を持つ場合としては、燃料極フレーム５４が金属等の導電性材料である等が考えられる。
このため、本実施形態では金属製セパレータ５３と、この金属製セパレータ５３が接合部を介して接合している単セル４４の燃料極５７と電気的に接続しているインターコネクタ用セパレータ４５２の間の電気的接続は問題とはならない。

ここで、燃料電池セル４０は、インターコネクタ用セパレータ４１２、金属製セパレータ５３、インターコネクタ用セパレータ４５２がそれぞれ、屈曲部４１５，５３１，４５５を有する。
屈曲部４１５，５３１，４５５はそれぞれ、板状のインターコネクタ用セパレータ４１２、金属製セパレータ５３、インターコネクタ用セパレータ４５２の一部を屈曲させた部位である。インターコネクタ本体４１２，４５２又は単セル４４に応力が印加された場合に、屈曲部４１５，５３１，４５５のそれぞれが突出方向に、インターコネクタ用セパレータ４１２，４５２又は金属製セパレータ５３、若しくはその両方の変形を促す。

屈曲部４１５，５３１，４５５はいずれも、燃料ガス流路４８側に突出し、酸化剤ガス流路４７側では引っ込んでいる（凹んでいる）。インターコネクタ用セパレータ４１２と金属製セパレータ５３が互いに逆方向に突出している（電気的に接続されている方向に突出している）ことから、これら間（酸化剤ガス流路４７内）での接触が防止される。つまり、電気的に絶縁されている側での接触による短絡（ショート）を防止することができる。

屈曲部４１５，５３１，４５５は、下記の方法により規定される形状であることが好ましい。

（屈曲部の形状規定方法）
屈曲部の形状規定方法について、図４を用いて説明する。図４は、屈曲部４１５，５３１，４５５の断面形状の一例を表す図である。ここでは、図３に示すＸＺ平面で屈曲部４１５，５３１，または４５５を切断した状態を表す。即ち、何れかのセパレータについて、屈曲部と屈曲部以外のセパレータの部分を含むように積層方向で断面をとり、断面方向からの画像を取得する。
取得した画像から、セパレータの上面Ｓａ（屈曲部により凹んでいる側の面）を基準とする。
以下、特にことわらない限りは断面方向から取得した画像をもとに規定する。

上面Ｓａの屈曲部以外の平坦な面を基準面Ｓｂとする。なお、上面Ｓａの屈曲部を除く面が平坦ではない場合は、十点平均法により、仮想平坦面を基準面Ｓｂとすることができる。

基準面Ｓｂ上に引かれ、屈曲部の始点Ｍから終点Ｎまでを繋ぐ直線を線分Ｌｄとする。さらに、高さが異なり、線分Ｌｄと平行な線分を複数引く。即ち、基準面Ｓｂから屈曲部の底面又は底部（屈曲部内のセパレータの上面Ｓａの最深面又は最深部であり、面が無い場合は最深の点でもかまわない）に向けて、基準面Ｓｂにより引いた直線と平行な直線を複数本に引き、屈曲部内の上面Ｓａとの交点２点間を線分とする。

直線の本数は、任意の本数でかまわないが、少なくとも当業者が画像から屈曲部内で最も長さか短いと判断できる箇所は線分とする。図４では、任意の線分を４本とし、基準面Ｓｂ側から順に屈曲部の底面Ｉ側に向け、線分Ｌｅ、線分Ｌｆ、線分Ｌｇ、線分Ｌｈとした。

上記各線分が、「線分Ｌｄ≧線分Ｌｅ又は線分Ｌｆ又は線分Ｌｇ又は線分Ｌｈ」の何れかの関係を満たすことが、セパレータの変形方向を促す屈曲部としては好ましい。さらに好ましくは、線分Ｌｄが他の何れの線分よりも大きいことが好ましい。

前者は、「基準面Ｓｂでの屈曲部の幅（線分Ｌｄの長さ）が、少なくとも屈曲部内部何れかでの幅（線分Ｌｅ、Ｌｆ、Ｌｇ、またはＬｈの長さ）より大きい」ことを意味する。また、後者は、「基準面Ｓｂでの屈曲部の幅（線分Ｌｄの長さ）が、屈曲部の内部何れの幅（線分Ｌｅ、Ｌｆ、Ｌｇ、およびＬｈの長さ）より大きい」ことを意味する。なお、理想的には、高さに伴って屈曲部の幅が順次小さくなることが好ましい（Ｌｄ＞Ｌｅ＞Ｌｆ＞Ｌｇ＞Ｌｈ）。

また、屈曲部の突出長Ｌは、０．０５ｍｍ以上であれば、セパレータの変形方向を促す屈曲部としての効果を奏する。突出長Ｌの上限値は、積層するインターコネクタ用セパレータ４１２と金属製セパレータ５３との間隔によって適宜変更することができるが、常温時においてインターコネクタ用セパレータ４１２と金属製セパレータ５３が接触しないように設定する必要がある。

なお、突出長Ｌは上記の形状規定方法と同様に、燃料電池スタックの積層方向で断面をとり、断面方向から屈曲部の画像を取得し、この画像に基づき、上面Ｓａの反対の下面Ｓｃを基準とし、屈曲部の頂点（下面Ｓｃ側の頂点）から下面Ｓｃまでの長さである。

下面Ｓｃが平坦でなかった場合は、十点平均法により、下面Ｓｃの屈曲部ではない部分を平坦面とし、突出長Ｌを算出することができる。また屈曲部の頂点が存在せず、面であった場合は最深面（下面Ｓｃ側の面）から下面Ｓｃまでの長さが突出長Ｌである。

本実施形態において、これら屈曲部４１５，５３１，４５５は、単セル４４の外周を囲むように周回している。但し、屈曲部４１５，５３１，４５５が不連続、例えば、ドット状でも良く、単セル４４の外周を一周しなくとも良い。例えば、単セル４４の対向する２辺に沿って、屈曲部４１５，５３１，４５５が配置されても良い。

なお、前述のように、金属製セパレータ５３とインターコネクタ用セパレータ４５２間は、元来、電気的に接続されているので、屈曲部４１５，５３１，４５５が、燃料ガス流路４８側に突出し、場合により接触したとしても問題とはならない。

（第２の実施の形態）
図５、図６はそれぞれ、第２の実施の形態に係る燃料電池セル４０ａの一部拡大断面図および上面図である。
第１の実施の形態と同一の部位は同一の符号を用いて説明する。

燃料電池スタックの積層方向において、インターコネクタ用セパレータ４１２を金属製セパレータ５３上に投影したときに、インターコネクタ用セパレータ４１２の屈曲部４１５およびインターコネクタ用セパレータ４５２の屈曲部４５５と、金属製セパレータ５３の屈曲部５３１が平面視で異なる位置に配置される。

上記の様に、インターコネクタ用セパレータ４１２の屈曲部４１５とインターコネクタ用セパレータ４５２の屈曲部４５５が異なる位置に配置されることで、これら屈曲部間での接触が防止される。
つまりは、インターコネクタ用セパレータ４１２と金属製セパレータ５３との間、又は、インターコネクタ用セパレータ４５２と金属製セパレータ５３との間は、発電に必要な燃料ガス又は酸化剤ガス（例えば、空気（詳しくは空気中の酸素））の流路としての役割を果たしているため、電気的に接続している側の屈曲部同士であっても、接触を抑制することで、上記ガスの流通を妨害することが抑制できる。したがって、発電効率の低下の抑制効果をももたらすことが可能である。
第２の実施形態は上述した以外は、第１の実施形態と同様の構成であるため、説明を省略する。

（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態に係る燃料電池セル４０ｂを二枚分の一部拡大断面図である。図８は、第３の実施の形態に係る燃料電池セル４０ｂの上面図である。
第１の実施の形態と同一の部位は同一の符号を用いて説明する。

燃料電池セル４０ｂの一枚を見たときに、また、燃料電池スタック１０を積層方向から見た場合に、インターコネクタ本体４１１の外周は、単セル４４と金属製セパレータ５３の接合部６１の外周により囲まれた領域の内側に存在するように配置されていることで、次に示すように、金属製セパレータ５３の変形に起因するインターコネクタ本体４１１との間の電気的接続（ショート）が防止される。

図７に示す燃料電池セル４０ｂ（１）において、インターコネクタ用セパレータ４１２と金属製セパレータ５３間にインターコネクタ本体４１１が配置される。このため、インターコネクタ用セパレータ４１２と金属製セパレータ５３間を絶縁状態とするには、インターコネクタ本体４１１と金属製セパレータ５３の接触を防止する必要がある。ここで、単セル４４と金属製セパレータ５３の接合部６１の外周に囲まれた領域の内側では、接合部６１によって金属製セパレータ５３の変形が抑制される。即ち、金属製セパレータ５３で変形し易い箇所は、単セル４４と金属製セパレータ５３の接合部６１の外周に囲まれた領域より外側であり、接合部６１の外周とインターコネクタ４１１の外周とは間隔Ｄを有する。このため、接合部６１の外周に囲まれた領域の内側にインターコネクタ本体４１１を配置することで、インターコネクタ本体４１１と金属製セパレータ５３が接触することを防止できる。

さらに、図７に示す本実施形態では、インターコネクタ本体４１１はインターコネクタ用セパレータ４１２と接合するときに、インターコネクタ用セパレータ４１２と電気的に接続された側の金属製セパレータ５３と対向する面と反対側の面に接合されていることが好ましい。この結果、インターコネクタ本体４５１が、インターコネクタ用セパレータ４５２と電気的に接続された側の金属製セパレータ５３と対向する面）に接合されている場合と比べて、インターコネクタ用セパレータ４１２と単セル４４間の距離が確保される。このため、インターコネクタ用セパレータ４１２と金属製セパレータ５３間の絶縁状態の確保が容易である。

第３の実施形態は上述した以外は、第１の実施形態と同様の構成であるため説明を省略する。
また、第３の実施の形態は第１の実施の形態の効果も同様に備えていることで、燃料電池スタックにおいて、インターコネクタと絶縁部との電気的接触による短絡をより効果的に抑制することが可能である。

第３の実施の形態の屈曲部４１５，４５５，５１５，５３１，６３１を第２の実施の形態のように、燃料電池スタックの積層方向において、インターコネクタ用セパレータ４１２を金属製セパレータ５３上に投影したときに、インターコネクタ用セパレータ４１２の屈曲部４１５およびインターコネクタ用セパレータ４５２の屈曲部４５５と、金属製セパレータ５３の屈曲部５３１が平面視で異なる位置に配置するようにしてもよい。
これにより、第３の実施の形態と第２の実施の形態との両方の効果を奏することが可能である。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１０固体酸化物形燃料電池スタック
１１，１２エンドプレート
２１，２２ボルト
３１，３２貫通孔
３５ナット
４０，４０ａ，４０ｂ燃料電池セル
４１，４５インターコネクタ
４２，４９集電部
４３枠部
４４単セル
４６開口
４７酸化剤ガス流路
４８燃料ガス流路
５１空気極フレーム
５２絶縁フレーム
５３，６３金属製セパレータ（第２セパレータ）
５４燃料極フレーム
５５空気極
５６固体電解質層
５７燃料極
５８開口部（第２貫通孔）
６１接合部
４１１，４５１，５１１インターコネクタ本体
４１２，４５２，５１２インターコネクタ用セパレータ（第１セパレータ）
４１３，４５３，５１３貫通孔（第１貫通孔）
４１４接合部
４１５，５３１，４５５，５１５，６３１屈曲部
４５４接合部
４９１導電性部材
４９２スペーサ

Claims

第１貫通孔を有し、可撓性を有する金属板からなる第１セパレータと、
前記第１セパレータと接合され、前記第１貫通孔から一部が露出するインターコネクタ本体と、
第２貫通孔を有し、可撓性を有する金属板からなる第２セパレータと、
燃料極と、空気極と、固体電解質と、を含み、前記第２セパレータに接合部を介し接合され、前記第２貫通孔から一部が露出する単セルと、
を順に複数組積層し、
前記インターコネクタ本体と前記単セルとを電気的に接続する集電部と、を具備する燃料電池スタックであって、
前記第１セパレータは前記インターコネクタ本体と電気的に接続され、
前記第２セパレータは前記単セルの前記空気極又は前記燃料極の何れかの電極と電気的に接続されており、
前記第１セパレータは電気的に接続された前記第２セパレータ側に突出する第１屈曲部を有する
ことを特徴とする燃料電池スタック。
前記第２セパレータは電気的に接続された前記第１セパレータ側に突出する第２屈曲部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック。
前記第１セパレータは前記インターコネクタ本体と電気的に接続され、
前記第２セパレータは前記単セルの前記空気極又は前記燃料極の何れかの電極と電気的に接続されており、
前記燃料電池スタックの積層方向において、前記第１セパレータを前記第２セパレータ上に投影したとき、前記第１屈曲部と前記第２屈曲部が平面視で異なる位置に配置される、
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。
前記第１セパレータが、前記インターコネクタ本体よりも薄い、０．０５ｍｍ以上の厚さを有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
前記第１セパレータが、１質量％以上１０質量％以下のアルミニウムを含む
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。