JP6495533B1 - 燃料電池セル - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池セルの発電効率を向上させる。【解決手段】燃料電池セル３０１は、支持基板２０と、複数の第１発電素子部と、第２発電素子部と、接続部材と、を備える。支持基板２０は、第１主面、及び第１主面と反対側の第２主面を有する。各第１発電素子部は、第１主面上において支持基板２０の幅方向に延びている。また、各第１発電素子部は、支持基板２０の長手方向に配列されて互いに電気的に接続されている。第２発電素子部は、第２主面上に配置されている。接続部材は、幅方向に延びている。また、接続部材は、いずれかの第１発電素子部と第２発電素子部とを電気的に接続する。各第１発電素子部は、支持基板２０に支持される電極を有している。一対の端部電極間の距離は、幅方向の端部よりも幅方向の中央部の方が短い。【選択図】図７

Description

本発明は、燃料電池セルに関するものである。

燃料電池セルは、支持基板と、複数の発電素子部とを備えている（特許文献１参照）。複数の発電素子部は、支持基板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。また、複数の発電素子部は、支持基板の第１主面及び第２主面の両面に配置されている。この両面に配置された発電素子部は、支持基板の先端部を周回するように延びる接続部材によって互いに電気的に接続されている。

特開２０１６−１６２６３０号公報

燃料電池セルの発電効率を向上させることが要望されている。そこで、本発明の課題は、燃料電池セルの発電効率を向上させることにある。

本発明者らは、鋭意研究した結果、電流経路の距離の差が発電効率を低下させるおそれがあることを見出した。すなわち、支持基板の第１主面に配置された各発電素子部の幅方向の中央部を流れる電流経路は、支持基板の第１主面に配置された各発電素子部の両端部を通る電流経路よりも、接続部材を介して第２主面に到達するまでの距離が長い。

本発明のある側面に係る燃料電池セルは、支持基板と、複数の第１発電素子部と、第２発電素子部と、接続部材と、を備える。支持基板は、第１主面、及び第１主面と反対側の第２主面を有する。各第１発電素子部は、第１主面上において支持基板の幅方向に延びている。また、各第１発電素子部は、支持基板の長手方向に配列されて互いに電気的に接続されている。第２発電素子部は、第２主面上に配置されている。接続部材は、幅方向に延びている。また、接続部材は、いずれかの第１発電素子部と第２発電素子部とを電気的に接続する。各第１発電素子部は、支持基板に支持される電極を有している。一対の端部電極間の距離は、幅方向の端部よりも幅方向の中央部の方が短い。なお、端部電極は、複数の電極のうち、長手方向の端部に配置された電極である。

この構成によれば、幅方向の中央部における一対の端部電極間の距離は、幅方向の端部における一対の端部電極間の距離よりも短い。このため、幅方向の中央部と両端部との間の第２主面に到達するまでの電流経路の差を小さくすることができる。この結果、燃料電池セルの発電効率を向上させることができる。

好ましくは、各第１発電素子部は、支持基板側から順に、内側電極、電解質、及び外側電極を有する。そして、上述した電極は、内側電極である。

好ましくは、各第１発電素子部は、支持基板側から順に、内側電極、電解質、及び外側電極を有する。そして、上述した電極は、外側電極である。

好ましくは、少なくとも一方の端部電極は、幅方向の中央部が幅方向の両端部よりも長手方向の中央部に寄るように湾曲する。

好ましくは、隣り合う外側電極間の各間隔の平均値は、幅方向の端部よりも幅方向の中央部の方が小さい。

好ましくは、接続部材は、一方の端部電極よりも長手方向の端部側に配置される。

好ましくは、接続部材は、幅方向の中央部が幅方向の両端部よりも長手方向の中央部に寄るように湾曲する。

好ましくは、支持基板の長手方向の距離は、幅方向の端部よりも幅方向の中央部の方が短い。

本発明によれば、燃料電池セルの発電効率を向上させることができる。

セルスタック装置の斜視図。 セルスタック装置の断面図。 燃料マニホールドの斜視図。 燃料電池セルの斜視図。 燃料電池セルの断面図。 燃料電池セルの断面図。 燃料電池セルの平面図。 燃料電池セルの断面図。 変形例に掛かる燃料電池セルの平面図。 変形例に掛かる燃料電池セルの平面図。 変形例に掛かる燃料電池セルの平面図。

以下、本発明に係る燃料電池セルを用いたセルスタック装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、長手方向は支持基板の長手方向を意味し、幅方向は支持基板の幅方向を意味する。

図１及び図２に示すように、セルスタック装置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。

［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。

［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。

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。

図４及び図５に示すように、燃料電池セル３０１は、複数の第１発電素子部１０ａと、複数の第２発電素子部１０ｂと、支持基板２０と、複数のインターコネクタ３１と、接続部材８と、を備えている。

［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。支持基板２０は、第１主面２２ａと、第２主面２２ｂと、複数の凹部２３と、桟部２４とを有している。第２主面２２ｂは、第１主面２２ａと反対側の面である。第２主面２２ｂ、および第２主面２２ｂ上に形成された第２発電素子部１０ｂの構成は、第１主面２２ａ、及び第１発電素子部１０ａの構成と実質的に同じであるため、その詳細な説明を省略する。

各凹部２３は、第１主面２２ａに形成されている。各凹部２３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。なお、各凹部２３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。

桟部２４は、一対の凹部２３の間に配置される。このため、支持基板２０の長手方向において、凹部２３と桟部２４とが交互に配置される。

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。

［第１発電素子部］
各第１発電素子部１０ａは、支持基板２０の第１主面２２ａ上に支持されている。各第１発電素子部１０ａは、支持基板２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。各第１発電素子部１０ａ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第１発電素子部１０ａ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。なお、特に限定されるものではないが、第１主面２２ａ上に支持される第１発電素子部１０ａの数は、５〜１５個程度である。同様に、第２主面２２ｂ上に支持される第２発電素子部１０ｂの数も、５〜１５個程度である。

図５に示すように、各第１発電素子部１０ａは、燃料極４（内側電極の一例）、電解質５、及び空気極６（外側電極の一例）を有している。支持基板２０側から、燃料極４，電解質５，空気極６の順で支持基板２０上に支持されている。また、各第１発電素子部１０ａは、反応防止膜７をさらに有している。反応防止膜７は、電解質５と空気極６との間に配置されている。

［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。各燃料極４は、支持基板２０上に配置されている。各燃料極４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。

［燃料極集電部］
燃料極集電部４１は、凹部２３内に収容されている。詳細には、燃料極集電部４１は、凹部２３内に充填されており、凹部２３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。

燃料極集電部４１の第３主面４１１は、支持基板２０の第１主面２２ａ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２２ａと、各燃料極集電部４１の第３主面４１１とによって、一つの面が構成されている。なお、第３主面４１１は、第１主面２２ａと完全に同一面上になくてもよい。例えば、第１主面２２ａと第３主面４１１との間に、２０μｍ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いる。第３主面４１１上には、燃料極活性部４２、又はインターコネクタ３１を収容するような凹部は形成されていない。

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。

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２３の深さは、５０〜５００μｍ程度である。

［燃料極活性部］
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。このため、燃料極活性部４２は、凹部２３から突出している。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。

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。

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。

［電解質］
電解質５は、燃料極４上に配置される。詳細には、電解質５は、燃料極活性部４２を覆うように配置される。また、電解質５は、支持基板２０上に配置されている。すなわち、電解質５は、桟部２４上に配置されている。電解質５は、燃料極集電部４１の外周縁部上にも配置されている。

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。

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。

［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。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と空気極集電部６２との間に配置されていてもよい。

［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を基準に、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。

［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。

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。

［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、隣の第１発電素子部１０ａに向かって延びている。詳細には、空気極活性部６１は、隣の第１発電素子部１０ａの燃料極集電部４１上に配置されるインターコネクタ３１まで延びている。

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。

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。

［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）において隣り合う第１発電素子部１０ａ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、一方の第１発電素子部１０ａの燃料極集電部４１と、他方の第１発電素子部１０ａの空気極集電部６２とを電気的に接続している。

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。

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。

［接続部材］
図４及び図６に示すように、接続部材８は、第１発電素子部１０ａと、第２発電素子部１０ｂとを電気的に直列に接続している。詳細には、接続部材８は、ガス排出側に配置された第１及び第２発電素子部１０ａ、１０ｂを互いに電気的に接続している。なお、ガス排出側に配置された第２発電素子部１０ｂは、空気極集電部６２を有しておらず、空気極集電部６２の代わりに接続部材８を有している。そして、接続部材８は、第２発電素子部１０ｂの空気極活性部６１と、第１発電素子部１０ａの燃料極集電部４１上に配置されたインターコネクタ３１とを電気的に接続する。

接続部材８は、支持基板２０のガス排出側端部を周回するように設けられる。接続部材８は、幅方向に延びている。すなわち、接続部材８は、支持基板２０の第１主面２２ａから第２主面２２ｂに向かって、第１主面２２ａ上を幅方向に延びている。

接続部材８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）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）、或いは、Ｌａ（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ）Ｏ_３等で構成することができる。

［配置関係］
図７に示すように、燃料電池セル３０１は、一対の端部燃料極４ｓ、４ｔ（端部電極の一例）を有する。端部燃料極４ｓ、４ｔとは、複数の燃料極４のうち、支持基板２０の長手方向（ｘ軸方向）の端部に配置された燃料極のことを言う。詳細には、複数の燃料極４のうち、最もガス排出側（図７の上端部側）に配置された燃料極４を第１端部燃料極４ｓと言う。また、複数の燃料極４のうち、最もガス供給側（図７の下端部側）に配置された燃料極４を第２端部燃料極４ｔと言う。

各燃料極４は、それぞれ、幅方向（ｙ軸方向）において、中央部４３、第１端部４４、及び第２端部４５を有する。第１端部燃料極４ｓと第２端部燃料極４ｔとの距離は、第１端部４４，４５よりも中央部４３の方が短い。すなわち、第１端部燃料極４ｓの中央部４３と第２端部燃料極４ｔの中央部４３との距離ｄ１は、第１端部燃料極４ｓの第１端部４４と第２端部燃料極４ｔの第１端部４４との距離ｄ２よりも短い。

第１端部燃料極４ｓの中央部４３と第２端部燃料極４ｔの中央部４３との距離ｄ１は、第１端部燃料極４ｓの第２端部４５と第２端部燃料極４ｔの第２端部４５との距離ｄ３よりも短い。例えば、距離ｄ１は、距離ｄ２又は距離ｄ３よりも、０．０１〜１ｍｍ程度短いことが好ましい。

なお、各距離ｄ１〜ｄ３、及び後述する各間隔ｇ１〜ｇ３は、Ｘ線ＣＴを用いて、非破壊検査で燃料極活性部４２の形を割り出し測定する。第１端部燃料極４ｓの中央部４３と第２端部燃料極４ｔの中央部４３との距離ｄ１とは、第１端部燃料極４ｓの燃料極活性部４２の幅方向（ｙ軸方向）における中心と、第２端部燃料極４ｔの燃料極活性部４２の幅方向（ｙ軸方向）における中心との距離をいう。また、第１端部燃料極４ｓの第１端部４４と第２端部燃料極４ｔの第１端部４４との距離ｄ２とは第１端部燃料極４ｓの燃料極活性部４２における第１端部４４の角部と、第２端部燃料極４ｔの燃料極活性部４２における第１端部４４角部との距離をいう。また、第１端部燃料極４ｓの第２端部４５と第２端部燃料極４ｔの第２端部４５との距離ｄ３とは、第１端部燃料極４ｓの燃料極活性部４２における第２端部４５の角部と、第２端部燃料極４ｔの燃料極活性部４２における第２端部４５の角部との距離をいう。

また、各燃料極４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。隣り合う燃料極４間の各間隔の平均値は、第１及び第２端部４４，４５よりも、幅方向の中央部４３の方が小さい。すなわち、中央部４３における燃料極４間の各間隔ｇ１の平均値は、第１端部４４における燃料極４間の各間隔ｇ２の平均値よりも小さい。また、中央部４３における燃料極４間の各間隔ｇ１の平均値は、第２端部４５における燃料極４間の各間隔ｇ３の平均値よりも小さい。

なお、中央部４３における燃料極４間の各間隔ｇ１とは、隣り合う燃料極活性部４２の幅方向（ｙ軸方向）における中心同士の距離をいう。また、第１端部４４における燃料極４間の各間隔ｇ２とは、隣り合う燃料極活性部４２の第１端部４４における角部同士の距離をいう。また、第２端部４５における燃料極４間の各間隔ｇ３の測定は、隣り合う燃料極活性部４２の第２端部４５における角部同士の距離をいう。

第１端部燃料極４ｓは、中央部４３が第１及び第２端部４４，４５よりも長手方向（ｘ軸方向）の中央部に寄るように円弧状に湾曲している。すなわち、第１端部燃料極４ｓは、中央部４３がガス排出側端部から離れるように湾曲している。第１端部燃料極４ｓの第１及び第２端部４４，４５は、中央部４３よりもガス排出側に配置されている。なお、第１端部燃料極４ｓを構成する燃料極活性部４２及び燃料極集電部４１が上述したように湾曲している。

第２端部燃料極４ｔは、中央部４３が第１及び第２端部４４、４５よりも長手方向の中央部に寄るように円弧状に湾曲している。すなわち、第２端部燃料極４ｔは、中央部４３がガス供給側端部から離れるように湾曲している。第２端部燃料極４ｔの第１及び第２端部４４，４５は、中央部４３よりもガス供給側に配置されている。すなわち、第２端部燃料極４ｔは、第１端部燃料極４ｓと反対側に湾曲している。第１端部燃料極４ｓと第２端部燃料極４ｔとは、互いの中央部４３が近付くように湾曲している。

最もガス排出端部側（図７の上端部側）に配置された第１端部空気極６も、第１端部燃料極４ｓと同様に湾曲していることが好ましい。また、最もガス供給端部側（図７の下端部側）に配置された第２端部空気極６も、第２端部燃料極４ｔと同様に円弧状に湾曲していることが好ましい。なお、各空気極６を構成する空気極集電部６２及び空気極活性部６１が上述したように湾曲している。

［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。

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８に示すように、集電部材３０２は、ガス供給端部側に配置された空気極集電部６２上に配置されている。

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。

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。

図１及び図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。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。

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。

［発電方法］
以上のように構成されたセルスタック装置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。

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第１発電素子部１０ａ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。このセルスタック装置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）

［製造方法］
次に、燃料電池セル３０１の製造方法の一例について説明する。

まず、上述した支持基板材料を押出成形することによって、ガス流路２１を有する支持基板２０の成形体を形成する。そして、支持基板２０の成形体の第１及び第２主面２２ａ、２２ｂに、燃料極集電部４１の成形体を収容するための凹部２３を形成する。ここで、第１及び第２端部燃料極４ｓ、４ｔの燃料極集電部４１が収容される凹部２３の形状を湾曲させる。

次に、上述した燃料極集電部材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、支持基板２０の凹部内に燃料極集電部４１の成形体を形成する。

次に、上述した燃料極活性部材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、燃料極集電部４１上に燃料極活性部４２の成形体を形成する。このとき、第１及び第２端部燃料極４ｓ、４ｔの燃料極活性部４２が湾曲するように、燃料極活性部材料をスクリーン印刷する。

次に、上述したインターコネクタ材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、燃料極集電部４１上にインターコネクタ３１の成形体を形成する。

次に、上述した電解質材料をペースト化してスクリーン印刷することによって、燃料極４と支持基板２０の成形体上に電解質５の成形体を形成する。

次に、電解質５の成形体上に反応防止層材料をディップ成形することによって、反応防止膜７の成形体を形成する。

次に、支持基板２０、燃料極４、インターコネクタ３１、電解質５、及び反応防止膜７それぞれの成形体を共焼成（１３００〜１６００℃、２〜２０時間）する。

次に、空気極活性部材料をペースト化して反応防止膜７上にスクリーン印刷することによって、空気極活性部６１の成形体を形成する。

次に、空気極集電部材料をペースト化して空気極活性部６１の成形体上にスクリーン印刷することによって、空気極集電部６２の成形体を形成する。

次に、空気極活性部６１及び空気極集電部６２の成形体を焼成（９００〜１１００℃、１〜２０時間）する。

［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。

変形例１
上記実施形態では、内側電極を燃料極４とし、外側電極を空気極６としたが、内側電極を空気極６とし、外側電極を燃料極４としてもよい。

変形例２
上記実施形態では、支持基板２０の凹部２３内に燃料極集電部４１が収容されているが、燃料電池セル３０１の構成はこれに限定されない。例えば、支持基板２０は凹部２３を有していなくてもよい。この場合、燃料極集電部４１は、支持基板２０の第１主面２２ａ上に配置される。

変形例３
上記実施形態では、一対の端部燃料極４ｓ、４ｔ間の距離が、幅方向の端部よりも前記幅方向の中央部の方が短くなっていたが、燃料電池セルの構成はこれに限定されない。例えば、図９に示すように、一対の端部空気極６ｓ、６ｔ間の距離が、幅方向の端部６４，６５よりも幅方向の中央部６３の方が短くなっていてもよい。詳細には、一対の端部空気極６ｓ、６ｔは、幅方向の中央部６３が幅方向の両端部６４，６５よりも長手方向の中央部に寄るように湾曲している。なお、接続部材８は、第１端部空気極６ｓと同様に湾曲している。接続部材８は、第１端部空気極６ｓよりもガス排出側に配置されている。

変形例４
上記実施形態では、支持基板２０は矩形状であるが、支持基板２０の形状はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、支持基板２０の長手方向の距離は、幅方向の端部よりも幅方向の中央部の方を短くすることができる。詳細には、支持基板２０の幅方向の端部における長手方向の距離ｄ４よりも、支持基板２０の幅方向の中央部における長手方向の距離ｄ５の方が短い。例えば、支持基板２０の幅方向の中央部における長手方向の距離ｄ５は、支持基板２０の幅方向の端部における長手方向の距離ｄ４よりも、０．１〜３．０ｍｍ程度短くすることができる。なお、支持基板２０の長手方向の距離は、幅方向の両端部から中央部に向かって漸減している。

なお、支持基板２０の幅方向の端部における長手方向の距離ｄ４として、例えば、支持基板２０の角部間の距離を測定することができる。また、支持基板２０の幅方向の中央部における長手方向の距離ｄ５として、例えば、支持基板２０の長手方向の一方の端部（図１０の上端部）における幅方向の中心と、支持基板２０の長手方向の他方の端部（図１０の下端部）における幅方向の中心との距離を測定することができる。

また、図１１に示すように、支持基板２０の長手方向の距離は、幅方向の端部よりも幅方向の中央部の方を短くし、さらに、支持基板２０の幅方向の距離は、長手方向の端部よりも長手方向の中央部の方を長くしてもよい。詳細には、支持基板２０の長手方向の端部における幅方向の距離ｄ６よりも、支持基板２０の長手方向の中央部における幅方向の距離ｄ７の方が長い。例えば、支持基板２０の長手方向の中央部における幅方向の距離ｄ７は、支持基板２０の長手方向の端部における幅方向の距離ｄ６よりも、０．１〜５．０ｍｍ程度長くすることができる。なお、支持基板の幅方向の距離は、長手方向の中央部から両端部に向かって漸減している。

なお、支持基板２０の長手方向の端部における幅方向の距離ｄ６として、例えば、支持基板２０の角部間の距離を測定することができる。また、支持基板２０の長手方向の中央部における幅方向の距離ｄ７として、例えば、支持基板２０の幅方向の一方の端部（図１１の左端部）における長手方向の中心と、支持基板２０の幅方向の他方の端部（図１１の右端部）における長手方向の中心との距離を測定することができる。

４ 燃料極
５ 電解質
６ 空気極
６ｓ 第１端部空気極
６ｔ 第２端部空気極
８ 接続部材
１０ａ 第１発電素子部
１０ｂ 第２発電素子部
２０ 支持基板
２２ａ 第１主面
２２ｂ 第２主面

Claims (8)

1. 第１主面、及び前記第１主面と反対側の第２主面を有する支持基板と、
   それぞれが前記第１主面上において前記支持基板の幅方向に延び、前記支持基板の長手方向に配列されて互いに電気的に接続される複数の第１発電素子部と、
   前記第２主面上に配置される第２発電素子部と、
   前記幅方向に延びて、いずれかの前記第１発電素子部と前記第２発電素子部とを電気的に接続する接続部材と、
   を備え、
   前記各第１発電素子部は、前記支持基板に支持される電極を有し、
   複数の前記電極のうち前記長手方向の両端部に配置された一対の端部電極間の距離は、前記幅方向の端部よりも前記幅方向の中央部の方が短い、
   燃料電池セル。
   
2. 前記各第１発電素子部は、前記支持基板側から順に、内側電極、電解質、及び外側電極を有し、
   前記電極は、前記内側電極である、
   請求項１に記載の燃料電池セル。
   
3. 前記各第１発電素子部は、前記支持基板側から順に、内側電極、電解質、及び外側電極を有し、
   前記電極は、前記外側電極である、
   請求項１に記載の燃料電池セル。
   
4. 少なくとも一方の前記端部電極は、前記幅方向の中央部が前記幅方向の両端部よりも前記長手方向の中央部に寄るように湾曲する、
   請求項１に記載の燃料電池セル。
   
5. 隣り合う前記電極間の各間隔の平均値は、前記幅方向の端部よりも前記幅方向の中央部の方が小さい、
   請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池セル。
   
6. 前記接続部材は、一方の前記端部電極よりも長手方向の端部側に配置される、
   請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池セル。
   
7. 前記接続部材は、前記幅方向の中央部が前記幅方向の両端部よりも前記長手方向の中央部に寄るように湾曲する、
   請求項６に記載の燃料電池セル。
   
8. 前記支持基板の前記長手方向の距離は、前記幅方向の端部よりも前記幅方向の中央部の方が短い、
   請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池セル。

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