JP6917339B2 - Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack - Google Patents

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Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位に関する。 The techniques disclosed herein relate to electrochemical reaction units.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の１つとして、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣの構成単位である燃料電池発電単位（以下、「発電単位」という）は、燃料電池単セル（以下、「単セル」という）を備える。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向に互いに対向する２つの電極（空気極および燃料極）とを含む。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one of the fuel cells that generate electricity by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell power generation unit (hereinafter, referred to as “power generation unit”), which is a constituent unit of the SOFC, includes a fuel cell single cell (hereinafter, referred to as “single cell”). A single cell includes an electrolyte layer and two electrodes (air electrode and fuel electrode) that face each other in a predetermined direction with the electrolyte layer in between.

また、発電単位は、隣り合う他の発電単位との電気的接続を確保しつつ反応ガスの混合を防止するインターコネクタと、インターコネクタと電極との間に配置されて両者を電気的に接続する金属製の集電部材とを備える。集電部材は、インターコネクタと電気的に接続されたインターコネクタ対向部と、電極と電気的に接続された電極対向部とを含む。発電単位は、さらに、電極対向部におけるインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置されたスペーサを含む（例えば、特許文献１参照）。 Further, the power generation unit is an interconnector that prevents mixing of the reaction gas while ensuring an electrical connection with other adjacent power generation units, and is arranged between the interconnector and the electrode to electrically connect the two. It is equipped with a metal current collecting member. The current collecting member includes an interconnector facing portion electrically connected to the interconnector and an electrode facing portion electrically connected to the electrode. The power generation unit further includes a spacer arranged so as to be in contact with the surface of the electrode facing portion on the side facing the interconnector (see, for example, Patent Document 1).

また、発電単位において、インターコネクタと空気極との間に配置された集電部材に接するように剛体スペーサが配置された技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。 Further, in a power generation unit, there is known a technique in which a rigid spacer is arranged so as to be in contact with a current collecting member arranged between an interconnector and an air electrode (see, for example, Patent Document 2).

特開２０１４−２６９７４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-26974 特開２００７−３５４９８号公報JP-A-2007-35498

発電単位には、発電単位に第１の方向の応力が発生した際に、単セルが損傷することを抑制するために、当該応力を緩和可能なマイカで形成されたスペーサを含んでいることが好ましい。しかしながら、マイカで形成されたスペーサからはＳｉ系化合物が放出または拡散するおそれがあり、このＳｉ系化合物が燃料極に付着し、燃料極を汚染するおそれがある。このＳｉのような燃料極を汚染する物質（以下「汚染物質」ともいう）により燃料極に含まれるＮｉが被毒すると、発電単位の性能が低下するおそれがある。このため、燃料極がＮｉを含む発電単位において、第１の方向の応力によって単セルが損傷することを抑制しつつ、発電単位の性能が低下することを抑制することが困難である、という課題がある。 The power generation unit may include a spacer formed of mica that can relieve the stress in order to prevent the single cell from being damaged when the stress in the first direction is generated in the power generation unit. preferable. However, the Si-based compound may be released or diffused from the spacer formed of mica, and the Si-based compound may adhere to the fuel electrode and contaminate the fuel electrode. If Ni contained in the fuel electrode is poisoned by a substance such as Si that contaminates the fuel electrode (hereinafter, also referred to as “pollutant”), the performance of the power generation unit may deteriorate. Therefore, in a power generation unit in which the fuel electrode contains Ni, it is difficult to prevent the single cell from being damaged by the stress in the first direction and to prevent the performance of the power generation unit from deteriorating. There is.

なお、このような課題は、燃料電池発電単位に限らず、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という）の構成単位である電解セル単位にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて、電気化学反応単位と呼ぶ。また、このような課題は、固体酸化物形に限らず、他のタイプの電気化学反応単位にも共通の課題である。 It should be noted that such a problem is not limited to the fuel cell power generation unit, but is a constituent unit of a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOEC”) that generates hydrogen by utilizing the electrolysis reaction of water. This is also a common issue for electrolytic cell units. In this specification, the fuel cell power generation unit and the electrolytic cell unit are collectively referred to as an electrochemical reaction unit. Moreover, such a problem is common not only to the solid oxide fuel cell but also to other types of electrochemical reaction units.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technique capable of solving the above-mentioned problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The techniques disclosed herein can be realized, for example, in the following forms.

（１）本明細書に開示される電気化学反応単位は、電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、前記電気化学反応単セルの前記燃料極に対向するように配置された第１のインターコネクタと、前記電気化学反応単セルの前記空気極に対向するように配置された第２のインターコネクタと、前記燃料極と前記第１のインターコネクタとの間に配置された導電性の第１の集電部材であって、前記第１のインターコネクタと電気的に接続された第１のインターコネクタ対向部と、前記燃料極と電気的に接続された第１のセル対向部電極対向部と、前記第１のインターコネクタ対向部と前記第１のセル対向部電極対向部とを結ぶ第１の連接部と、を含む、第１の集電部材と、前記第１の集電部材の前記第１のセル対向部電極対向部における前記第１のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第１のスペーサと、を備える電気化学反応単位において、さらに、前記空気極と前記第２のインターコネクタとの間に配置された導電性の第２の集電部材であって、前記第２のインターコネクタと電気的に接続された第２のインターコネクタ対向部と、前記空気極と電気的に接続された第２のセル対向部電極対向部と、前記第２のインターコネクタ対向部と前記第２のセル対向部電極対向部とを結ぶ第２の連接部と、を含む、第２の集電部材と、前記第２の集電部材の前記第２のセル対向部電極対向部における前記第２のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第２のスペーサと、を備え、前記燃料極は、Ｎｉを含有し、前記第１のスペーサは、金属材料から形成されており、前記第２のスペーサは、マイカから形成されている。本電気化学反応単位によれば、燃料極がＮｉを含有しており、かつ、燃料極と第１のインターコネクタとの間に配置された第１の集電部材に接する第１のスペーサは金属材料から形成されている。このため、燃料極としてＮｉを含有する材料が用いられている場合であっても、第１のスペーサが燃料極を汚染する汚染物質を揮発しないため、燃料極の被毒を抑制することができる。また、本電気化学反応単位では、第２のスペーサがマイカから形成されている。このため、本電気化学反応単位に第１の方向の応力が発生した際に、第２のスペーサにより応力を緩和することによって電気化学反応単セルが損傷（割れ等）することを抑制することができる。従って、本電気化学反応単位によれば、電気化学反応発電単位の性能低下を抑制することができ、かつ、第１の方向の応力によって電気化学反応単セルが損傷することを抑制することができる。 (1) The electrochemical reaction unit disclosed in the present specification includes an electrochemical reaction single cell including an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction with the electrolyte layer interposed therebetween, and the electricity. A first interconnector arranged to face the fuel electrode of the chemical reaction single cell, a second interconnector arranged to face the air electrode of the electrochemical reaction single cell, and the fuel. A conductive first current collecting member arranged between the pole and the first interconnector, and a first interconnector facing portion electrically connected to the first interconnector. The first cell facing portion electrode facing portion electrically connected to the fuel electrode, the first connecting portion connecting the first interconnector facing portion and the first cell facing portion electrode facing portion, and the like. A first current collecting member including the above, and a first arranged so as to be in contact with the surface of the first current collecting member on the side facing the first inter-connector facing the electrode of the first cell facing portion. The second interconnector is a conductive second current collecting member arranged between the air electrode and the second interconnector in the electrochemical reaction unit including the spacer of the above. A second interconnector facing portion electrically connected to the air electrode, a second cell facing portion electrode facing portion electrically connected to the air electrode, the second interconnector facing portion and the second A second current collecting member including a second connecting portion connecting the cell facing portion electrode facing portion, and the second current collecting member in the second cell facing portion electrode facing portion of the second current collecting member. The fuel electrode includes a second spacer arranged so as to be in contact with the surface on the side facing the interconnector, the first spacer is formed of a metal material, and the first spacer is formed of a metal material. The spacer 2 is made of mica. According to this electrochemical reaction unit, the fuel electrode contains Ni, and the first spacer in contact with the first current collector member arranged between the fuel electrode and the first interconnector is a metal. It is made of material. Therefore, even when a material containing Ni is used as the fuel electrode, the first spacer does not volatilize the pollutants that contaminate the fuel electrode, so that the poisoning of the fuel electrode can be suppressed. .. Further, in the present electrochemical reaction unit, the second spacer is formed from mica. Therefore, when a stress in the first direction is generated in the electrochemical reaction unit, it is possible to suppress damage (cracking, etc.) of the electrochemical reaction single cell by relaxing the stress with the second spacer. can. Therefore, according to the present electrochemical reaction unit, it is possible to suppress the deterioration of the performance of the electrochemical reaction power generation unit, and it is possible to suppress the damage of the electrochemical reaction single cell due to the stress in the first direction. ..

（２）上記電気化学反応単位において、さらに、前記燃料極に面する燃料室を構成する燃料室用孔が形成された燃料極側フレーム部材、を備え、前記燃料極側フレーム部材は、前記第１のスペーサを形成する金属材料と同一種類の金属材料から形成されている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第１の方向における第１のスペーサの熱膨張率と燃料極側フレーム部材の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して電気化学反応単セルが損傷することを抑制することができる。 (2) In the electrochemical reaction unit, a fuel pole side frame member having a hole for a fuel chamber forming a fuel chamber facing the fuel pole is further provided, and the fuel pole side frame member is the first. The configuration may be made of the same type of metal material as the metal material forming the spacer 1. According to this electrochemical reaction unit, the coefficient of thermal expansion of the first spacer in the first direction and the coefficient of thermal expansion of the fuel electrode side frame member can be made substantially the same, and the difference between the coefficient of thermal expansion between the two can be obtained. It is possible to prevent the electrochemical reaction single cell from being damaged due to this.

（３）上記電気化学反応単位において、さらに、前記空気極に面する空気室を構成する空気室用孔が形成された空気極側フレーム部材、を備え、前記空気極側フレーム部材は、マイカから形成されている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第１の方向における第２のスペーサの熱膨張率と空気極側フレーム部材の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して電気化学反応単セルが損傷することを抑制することができる。 (3) In the electrochemical reaction unit, an air electrode side frame member having an air chamber hole forming an air chamber facing the air electrode is further provided, and the air electrode side frame member is made of mica. It may be a formed configuration. According to this electrochemical reaction unit, the coefficient of thermal expansion of the second spacer in the first direction and the coefficient of thermal expansion of the frame member on the air electrode side can be made substantially the same, and the difference between the coefficients of thermal expansion of both can be obtained. It is possible to prevent the electrochemical reaction single cell from being damaged due to this.

（４）上記電気化学反応単位において、前記第１の方向視において、前記第１のスペーサの少なくとも一部分は、前記第２のスペーサの少なくとも一部分と重なっている構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、複数の電気化学反応単位を組み立てて電気化学反応セルスタックとして構成する際や、電気化学反応セルスタックの運転中に、電気化学反応単セルにおいて燃料極側スペーサと空気極側スペーサとが対向していない部分に応力が集中することによって電気化学反応単セルが損傷し、ひいては、電気化学反応単位の性能低下が発生することを低減する。また、燃料極側スペーサと空気極側スペーサとの重なっている部分に応力がかかることにより、電気化学反応単セルと第１の集電部材との間、および、電気化学反応単セルと第２の集電部材との間における良好な固着が実現される。 (4) In the electrochemical reaction unit, at least a part of the first spacer may overlap with at least a part of the second spacer in the first direction view. According to this electrochemical reaction unit, when a plurality of electrochemical reaction units are assembled to form an electrochemical reaction cell stack, or during operation of the electrochemical reaction cell stack, in an electrochemical reaction single cell, a spacer on the fuel electrode side is used. It is possible to reduce the damage to the electrochemical reaction single cell due to the concentration of stress in the portion not opposed to the spacer on the air electrode side, and thus the deterioration of the performance of the electrochemical reaction unit. Further, by applying stress to the overlapping portion between the fuel electrode side spacer and the air electrode side spacer, the stress is applied between the electrochemical reaction single cell and the first current collector member, and between the electrochemical reaction single cell and the second current collector member. Good adhesion to the current collector is achieved.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単位（燃料電池発電単位または電解セル単位）、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technique disclosed in the present specification can be realized in various forms, for example, an electrochemical reaction unit (fuel cell power generation unit or an electrolytic cell unit), and electricity having a plurality of electrochemical reaction units. It can be realized in the form of a chemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolytic cell stack), a method for producing them, and the like.

本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance structure of the fuel cell stack 100 in this embodiment. 図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of II-II of FIG. 図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of III-III of FIG. 図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図７および図８のＶＩ−ＶＩの位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the YZ cross-sectional structure of two power generation units 102 adjacent to each other at the position of VI-VI of FIG. 7 and FIG. 図４〜図６のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XY cross-sectional structure of the power generation unit 102 at the position of VII-VII of FIGS. 4 to 6. 図４〜図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XY cross-sectional structure of the power generation unit 102 at the position of VIII-VIII of FIGS. 4 to 6. 変形例における空気極側集電部材１３４の構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the air electrode side current collector 134 in the modification.

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．装置構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１（および後述する図７および図８）のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１（および後述する図７および図８）のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。また、本明細書では、Ｚ軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。 A. First Embodiment:
A-1. Device configuration:
(Structure of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of the fuel cell stack 100 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a perspective view of the fuel cell stack 100 at the position II-II of FIG. 1 (and FIGS. 7 and 8 described later). It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure, and FIG. 3 is the explanatory view which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position III-III of FIG. Each figure shows XYZ axes that are orthogonal to each other to identify the direction. In the present specification, for convenience, the Z-axis positive direction is referred to as an upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as a downward direction, but the fuel cell stack 100 is actually in a direction different from such an orientation. It may be installed. The same applies to FIGS. 4 and later. Further, in the present specification, the direction orthogonal to the Z-axis direction is referred to as a plane direction.

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という）１０２と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６は、７つの発電単位１０２から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) fuel cell power generation units (hereinafter, simply referred to as “power generation units”) 102, and a pair of end plates 104 and 106. The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in the present embodiment). The pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an aggregate composed of seven power generation units 102 from above and below. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims.

図１に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（各発電単位１０２、エンドプレート１０４，１０６）のＺ軸方向回りの外周の４つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート１０４から他方のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びるボルト孔１０９を構成している。各ボルト孔１０９にはボルト２２が挿入されており、各ボルト２２および図示しないナットによって燃料電池スタック１００は締結されている。 As shown in FIG. 1, each layer is vertically penetrated around the four corners of the outer circumference of each layer (each power generation unit 102, end plate 104, 106) constituting the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction. The holes are formed, and the holes formed in each layer and corresponding to each other communicate with each other in the vertical direction to form a bolt hole 109 extending in the vertical direction from one end plate 104 to the other end plate 106. A bolt 22 is inserted into each bolt hole 109, and the fuel cell stack 100 is fastened by each bolt 22 and a nut (not shown).

また、図１〜図３に示すように、各発電単位１０２のＺ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位１０２を上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位１０２に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位１０２にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために各発電単位１０２に形成された孔も、連通孔１０８と呼ぶ場合がある。 Further, as shown in FIGS. 1 to 3, holes are formed in the vicinity of the outer periphery of each power generation unit 102 around the Z-axis direction in the vertical direction, and each power generation unit 102 is formed. The holes corresponding to each other are vertically communicated with each other to form a communication hole 108 extending in the vertical direction over a plurality of power generation units 102. In the following description, the holes formed in each power generation unit 102 to form the communication holes 108 may also be referred to as communication holes 108.

図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の付近に位置する連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の後述する空気室１６６に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の付近に位置する連通孔１０８は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。酸化剤ガスＯＧとしては、例えば空気が使用される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 is located near one side (the side on the positive side of the X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction. The communication hole 108 is a gas flow path in which the oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 and the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 described later in each power generation unit 102. The communication hole 108 located near the side opposite to the side (the side on the negative side of the X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) is from the air chamber 166 of each power generation unit 102. It functions as an oxidant gas discharge manifold 162, which is a gas flow path for discharging the oxidant off gas OOG, which is the discharged gas, to the outside of the fuel cell stack 100. As the oxidant gas OG, for example, air is used.

また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の後述する燃料室１７６に供給するガス流路である燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、上述した酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔１０８は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。燃料ガスＦＧとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。 Further, as shown in FIGS. 1 and 3, among the sides constituting the outer circumference of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction, the vicinity of the side closest to the communication hole 108 functioning as the above-mentioned oxidant gas discharge manifold 162. In the other communication hole 108 located in, the fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and the fuel gas FG is introduced into the fuel gas flow path which is a gas flow path for supplying the fuel gas FG to the fuel chamber 176 described later in each power generation unit 102. The other communication holes 108 located near the side closest to the communication holes 108 that function as the manifold 171 and function as the oxidant gas introduction manifold 161 described above are the gases discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102. It functions as a fuel gas discharge manifold 172, which is a gas flow path for discharging a certain fuel off-gas FOG to the outside of the fuel cell stack 100. As the fuel gas FG, for example, a hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas is used.

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、他方のエンドプレート１０６は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって複数の発電単位１０２が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート１０４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート１０６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。図２および図３に示すように、下側のエンドプレート１０６には、４つの流路用貫通孔１０７が形成されている。４つの流路用貫通孔１０７は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス導入マニホールド１７１、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。 (Structure of end plates 104 and 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is arranged above the power generation unit 102 located at the top, and the other end plate 106 is arranged below the power generation unit 102 located at the bottom. A plurality of power generation units 102 are sandwiched by a pair of end plates 104 and 106 in a pressed state. The upper end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower end plate 106 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100. As shown in FIGS. 2 and 3, four flow path through holes 107 are formed in the lower end plate 106. The four flow path through holes 107 communicate with the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel gas discharge manifold 172, respectively.

（ガス通路部材２７等の構成）
図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００は、さらに、下側のエンドプレート１０６に対して複数の発電単位１０２とは反対側（すなわち、下側）に配置された４つのガス通路部材２７を備える。４つのガス通路部材２７は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス導入マニホールド１７１、燃料ガス排出マニホールド１７２と上下方向に重なる位置に配置されている。各ガス通路部材２７は、下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７に連通する孔が形成された本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。なお、各ガス通路部材２７の本体部２８とエンドプレート１０６との間には、絶縁シート２６が配置されている。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。 (Structure of gas passage member 27, etc.)
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell stack 100 further has four gas passages arranged on the opposite side (that is, the lower side) of the plurality of power generation units 102 with respect to the lower end plate 106. A member 27 is provided. The four gas passage members 27 are arranged at positions overlapping with the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel gas discharge manifold 172, respectively. Each gas passage member 27 has a main body portion 28 in which a hole communicating with the passage through hole 107 of the lower end plate 106 is formed, and a tubular branch portion 29 branched from the side surface of the main body portion 28. is doing. The hole of the branch portion 29 communicates with the hole of the main body portion 28. A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. An insulating sheet 26 is arranged between the main body 28 of each gas passage member 27 and the end plate 106. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic dust sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite agent, or the like.

（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図６は、後述する図７および図８のＶＩ−ＶＩの位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。また、図７は、図４〜図６のＶＩＩ−ＶＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図であり、図８は、図４〜図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩの位置における発電単位１０２のＸＹ断面構成を示す説明図である。 (Structure of power generation unit 102)
FIG. 4 is an explanatory view showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. 5 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of two power generation units 102, and FIG. Is. Further, FIG. 7 is an explanatory view showing an XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position of VII-VII of FIGS. 4 to 6, and FIG. 8 is a power generation unit at the position of VIII-VIII of FIGS. 4 to 6. It is explanatory drawing which shows the XY cross-sectional structure of 102.

図４〜図６に示すように、発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム部材１３０と、空気極側集電部材１３４と、燃料極側フレーム部材１４０と、燃料極側集電部材１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム部材１３０、燃料極側フレーム部材１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ軸方向回りの周縁部には、上述した各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２として機能する連通孔１０８を構成する孔や、各ボルト孔１０９を構成する孔が形成されている。 As shown in FIGS. 4 to 6, the power generation unit 102 includes a single cell 110, a separator 120, an air pole side frame member 130, an air pole side current collector 134, a fuel pole side frame member 140, and fuel. It includes a pole-side current collecting member 144 and a pair of interconnectors 150 that form the uppermost layer and the lowermost layer of the power generation unit 102. Communication holes 108 that function as the above-mentioned manifolds 161, 162, 171 and 172 are formed on the peripheral edges of the separator 120, the air pole side frame member 130, the fuel pole side frame member 140, and the interconnector 150 in the Z-axis direction. Holes to be formed and holes forming each bolt hole 109 are formed.

一対のインターコネクタ１５０は、具体的には、ある発電単位１０２における燃料極１１６に対向するように配置された第１のインターコネクタ１５１と、その発電単位１０２における空気極１１４に対向するように配置された第２のインターコネクタ１５２とにより構成されている。以下では、第１のインターコネクタ１５１と、第２のインターコネクタ１５２とを、特に区別することを要しない場合には、単にインターコネクタ１５０ということもある。インターコネクタ１５０は、Ｚ軸方向視で単セル１１０より大きい略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。また、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における第１のインターコネクタ１５１は、その発電単位１０２の燃料極１１６側（下側）に隣接する他の発電単位１０２における第２のインターコネクタ１５２と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のエンドプレート１０４，１０６を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。 Specifically, the pair of interconnectors 150 are arranged so as to face the first interconnector 151 arranged so as to face the fuel pole 116 in a certain power generation unit 102 and the air pole 114 in the power generation unit 102. It is composed of a second interconnector 152 and the like. In the following, the first interconnector 151 and the second interconnector 152 may be simply referred to as the interconnector 150 when it is not necessary to distinguish between them. The interconnector 150 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member larger than the single cell 110 in the Z-axis direction, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and prevents mixing of reaction gases between the power generation units 102. Further, in the present embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102. That is, the first interconnector 151 in a certain power generation unit 102 is the same member as the second interconnector 152 in another power generation unit 102 adjacent to the fuel pole 116 side (lower side) of the power generation unit 102. Further, since the fuel cell stack 100 includes a pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not include the lower interconnector 150 (see FIGS. 2 and 3).

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。 The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 facing each other in the vertical direction (arrangement direction in which the power generation units 102 are arranged) with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The single cell 110 of the present embodiment is a fuel pole support type single cell in which the fuel pole 116 supports the electrolyte layer 112 and the air pole 114.

電解質層１１２は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層１１２は、例えば、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）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極１１４は、例えば、ペロブスカイト型酸化物（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）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極１１６は、例えば、Ｎｉと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子（例えば、ＹＳＺ）とからなるサーメットにより形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。 The electrolyte layer 112 is a flat plate-shaped member that is substantially rectangular in the Z-axis direction, and is a dense layer. The electrolyte layer 112 is formed of, for example, a solid oxide such as YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), GDC (gadrinium-doped ceria), and perovskite-type oxide. There is. The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and is a porous layer. The air electrode 114 is formed of, for example, a perovskite type oxide (for example, LSCF (lanternstrontium cobalt iron oxide), LSM (lanternstrontium manganese oxide), LNF (lantern nickel iron)). The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and is a porous layer. The fuel electrode 116 is formed of, for example, a cermet composed of Ni and oxide ion conductive ceramic particles (for example, YSZ). As described above, the single cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte.

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、ステンレス等の金属材料により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。なお、単セル１１０とセパレータ１２０との接合箇所付近に、空気室１６６と燃料室１７６との間をシールするシール部材（例えば、ガラスシール部材）がさらに設けられてもよい。 The separator 120 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, a metal material such as stainless steel. The peripheral portion of the hole 121 in the separator 120 faces the peripheral edge of the surface of the electrolyte layer 112 on the side of the air electrode 114. The separator 120 is bonded to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a bonding portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag wax) arranged at the opposite portion thereof. The separator 120 partitions the air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, and a gas leak from one electrode side to the other electrode side at the peripheral edge of the single cell 110. It is suppressed. A seal member (for example, a glass seal member) that seals between the air chamber 166 and the fuel chamber 176 may be further provided near the joint between the single cell 110 and the separator 120.

図４〜図７に示すように、空気極側フレーム部材１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の空気室用孔１３１が形成されたフレーム状の部材である。空気極側フレーム部材１３０は、絶縁体であるマイカにより形成されている。空気極側フレーム部材１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。空気極側フレーム部材１３０に形成された空気室用孔１３１によって、空気極１１４に面する空気室１６６が構成される。また、空気極側フレーム部材１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム部材１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通流路１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通流路１３３とが形成されている。 As shown in FIGS. 4 to 7, the air electrode side frame member 130 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular air chamber hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center. The air electrode side frame member 130 is formed of mica, which is an insulator. The air electrode side frame member 130 comes into contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. There is. The air chamber 166 facing the air pole 114 is formed by the air chamber hole 131 formed in the air pole side frame member 130. Further, the air electrode side frame member 130 electrically insulates between the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102. Further, in the air electrode side frame member 130, the oxidant gas supply communication flow path 132 that communicates the oxidant gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and the oxidation that communicates the air chamber 166 and the oxidant gas discharge manifold 162. The agent gas discharge communication flow path 133 is formed.

図４〜図６および図８に示すように、燃料極側フレーム部材１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の燃料室用孔１４１が形成されたフレーム状の部材である。燃料極側フレーム部材１４０は、例えばステンレス材やアルミ添加ステンレス材等の金属材料により形成されている。燃料極側フレーム部材１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。燃料極側フレーム部材１４０に形成された燃料室用孔１４１によって、燃料極１１６に面する燃料室１７６が構成される。また、燃料極側フレーム部材１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通流路１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。 As shown in FIGS. 4 to 6 and 8, the fuel electrode side frame member 140 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular fuel chamber hole 141 penetrating in the vertical direction is formed near the center. The fuel electrode side frame member 140 is formed of a metal material such as a stainless steel material or an aluminum-added stainless steel material. The fuel pole side frame member 140 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the fuel pole 116. The fuel chamber holes 141 formed in the fuel pole side frame member 140 form a fuel chamber 176 facing the fuel pole 116. Further, the fuel electrode side frame member 140 has a fuel gas supply communication flow path 142 that communicates the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. A flow path 143 is formed.

図４〜図６および図８に示すように、燃料極側集電部材１４４は、インターコネクタ１５０と単セル１１０の燃料極１１６との間に配置された導電性部材であり、例えば、ニッケルまたはニッケル合金の箔またはメッシュ等の金属により形成されている。燃料極側集電部材１４４は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における燃料極側集電部材１４４は、下側のエンドプレート１０６に接触している。燃料極側集電部材１４４は、このような構成であり、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）とを電気的に接続する。燃料極側集電部材１４４の構成については、後にさらに詳述する。本実施形態における燃料極側集電部材１４４は、特許請求の範囲における第１の集電部材に相当する。 As shown in FIGS. 4 to 6 and 8, the fuel electrode side current collecting member 144 is a conductive member arranged between the interconnector 150 and the fuel electrode 116 of the single cell 110, and is, for example, nickel or It is made of metal such as nickel alloy foil or mesh. The fuel pole side current collecting member 144 is in contact with the surface of the fuel pole 116 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 on the side facing the fuel pole 116. However, as described above, since the power generation unit 102 located at the bottom of the fuel cell stack 100 does not have the lower interconnector 150, the fuel electrode side current collecting member 144 in the power generation unit 102 is on the lower side. It is in contact with the end plate 106. The fuel pole side current collecting member 144 has such a configuration, and electrically connects the fuel pole 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106). The configuration of the fuel electrode side current collector 144 will be described in more detail later. The fuel electrode side current collecting member 144 in the present embodiment corresponds to the first current collecting member within the scope of the claims.

なお、燃料極側集電部材１４４と燃料極１１６とは、導電性の接合層により接合されていてもよく、その場合には、燃料極側集電部材１４４が燃料極１１６の表面に接するとは、燃料極側集電部材１４４と燃料極１１６との間を接合する接合層を介して両者が接する状態を含む。 The fuel pole side current collecting member 144 and the fuel pole 116 may be joined by a conductive bonding layer. In that case, when the fuel pole side current collecting member 144 comes into contact with the surface of the fuel pole 116. Includes a state in which the fuel electrode side current collector 144 and the fuel electrode 116 are in contact with each other via a bonding layer.

図４〜図７に示すように、空気極側集電部材１３４は、インターコネクタ１５０と単セル１１０の空気極１１４との間に配置された導電性部材であり、例えば、フェライト系ステンレス等の金属により形成されている。空気極側集電部材１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面（換言すれば、インターコネクタ１５０の表面の内、燃料極側集電部材１４４が接する一方の面（本実施形態では上面）とは反対側の他方の面（同下面））とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電部材１３４は、上側のエンドプレート１０４に接触している。空気極側集電部材１３４は、このような構成であり、空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。空気極側集電部材１３４の構成については、後にさらに詳述する。本実施形態における空気極側集電部材１３４は、特許請求の範囲における第２の集電部材に相当する。 As shown in FIGS. 4 to 7, the air electrode side current collecting member 134 is a conductive member arranged between the interconnector 150 and the air electrode 114 of the single cell 110, and is, for example, a ferrite stainless steel or the like. It is made of metal. The air electrode side current collecting member 134 has a surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and a surface of the interconnector 150 on the side facing the air electrode 114 (in other words, of the interconnector 150). Of the surfaces, the fuel electrode side current collector 144 is in contact with one surface (upper surface in this embodiment) and the other surface (lower surface) on the opposite side. However, as described above, since the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, the air electrode side current collecting member 134 in the power generation unit 102 is the upper end plate. It is in contact with 104. The air electrode side current collecting member 134 has such a configuration, and electrically connects the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104). The configuration of the air electrode side current collecting member 134 will be described in more detail later. The air electrode side current collecting member 134 in this embodiment corresponds to the second current collecting member within the scope of the claims.

また、本実施形態では、空気極側集電部材１３４と空気極１１４とは、導電性の接合層１３８により接合されている。接合層１３８は、例えば、Ｍｎ２ＣｏＯ４やＭｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＭｎＣｏＯ４、ＣｕＭｎ２Ｏ４といったスピネル型酸化物により形成されている。接合層１３８は、例えば、接合層用ペーストを空気極側集電部材１３４に印刷し、該接合層用ペーストを空気極１１４の表面に押し付けた状態で所定の条件で焼成を行うことにより、形成することができる。本明細書において、空気極側集電部材１３４が空気極１１４の表面に接するとは、空気極側集電部材１３４と空気極１１４との間を接合する接合層１３８を介して両者が接する状態を含む。 Further, in the present embodiment, the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114 are bonded by a conductive bonding layer 138. The bonding layer 138 is formed of, for example, spinel-type oxides such as Mn 2 CoO 4 , Mn Co 2 O 4 , ZnCo 2 O 4 , ZnMn CoO 4 , and CuMn 2 O 4. The bonding layer 138 is formed, for example, by printing the bonding layer paste on the current collecting member 134 on the air electrode side and firing the bonding layer paste under predetermined conditions while pressing the bonding layer paste against the surface of the air electrode 114. can do. In the present specification, when the air electrode side current collecting member 134 is in contact with the surface of the air electrode 114, the two are in contact with each other via a bonding layer 138 that joins the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114. including.

なお、上述したように、本実施形態では、１つのインターコネクタ１５０が隣接する２つの発電単位１０２に共有されているため、１つのインターコネクタ１５０に注目すると、該インターコネクタ１５０の一方側（例えば上側）の表面上に位置する燃料極側集電部材１４４は、一の発電単位１０２を構成する単セル１１０の燃料極１１６と電気的に接続されており、該インターコネクタ１５０の他方側（例えば下側）の表面上に位置する空気極側集電部材１３４は、他の発電単位１０２を構成する単セル１１０の空気極１１４と電気的に接続されている。 As described above, in the present embodiment, one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102. Therefore, when one interconnector 150 is focused on, one side of the interconnector 150 (for example, The fuel pole side current collecting member 144 located on the surface of the upper side) is electrically connected to the fuel pole 116 of the single cell 110 constituting one power generation unit 102, and is electrically connected to the other side (for example, the interconnector 150) of the interconnector 150. The air electrode side current collecting member 134 located on the surface of the lower side) is electrically connected to the air electrode 114 of the single cell 110 constituting the other power generation unit 102.

Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２、図４および図７に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９、本体部２８、および、下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通流路１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３、図５および図８に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９、本体部２８、および、下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通流路１４２を介して、燃料室１７６に供給される。 A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2, 4 and 7, the oxidant gas is passed through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. When the OG is supplied, the oxidant gas OG is delivered to the oxidant gas introduction manifold 161 via the branch portion 29 of the gas passage member 27, the main body portion 28, and the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106. Is supplied to the air chamber 166 from the oxidant gas introduction manifold 161 via the oxidant gas supply communication flow path 132 of each power generation unit 102. Further, as shown in FIGS. 3, 5 and 8, the fuel gas is passed through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. When the FG is supplied, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 via the branch portion 29 of the gas passage member 27, the main body portion 28, and the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106. Then, it is supplied from the fuel gas introduction manifold 171 to the fuel chamber 176 via the fuel gas supply communication flow path 142 of each power generation unit 102.

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧに含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。後述するように、各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電部材１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電部材１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するエンドプレート１０４，１０６から、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, oxygen contained in the oxidant gas OG and hydrogen contained in the fuel gas FG in the single cell 110 are supplied. Power is generated by the electrochemical reaction with. This power generation reaction is an exothermic reaction. As will be described later, in each power generation unit 102, the air pole 114 of the single cell 110 is electrically connected to one of the interconnectors 150 via the air pole side current collector 134, and the fuel pole 116 collects fuel pole side current. It is electrically connected to the other interconnector 150 via the member 144. Further, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electric energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function as the output terminals of the fuel cell stack 100. Since the SOFC generates electricity at a relatively high temperature (for example, 700 ° C. to 1000 ° C.), the fuel cell stack 100 is a heater (for example, after the start-up, until the high temperature can be maintained by the heat generated by the power generation. It may be heated by (not shown).

各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２、図４および図７に示すように、酸化剤ガス排出連通流路１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７、酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３、図５および図８に示すように、燃料ガス排出連通流路１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに下側のエンドプレート１０６の流路用貫通孔１０７、燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。 The oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 via the oxidant gas discharge communication flow path 133 as shown in FIGS. 2, 4 and 7. Then, it is connected to the branch portion 29 via the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106 and the oxidant gas discharge manifold 162. It is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via the gas pipe (not shown). Further, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 via the fuel gas discharge communication flow path 143 as shown in FIGS. 3, 5, and 8. Further, it was connected to the branch portion 29 via the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106, the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas discharge manifold 172. It is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown).

なお、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２では、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向（図７に示すように、Ｘ軸正方向側からＸ軸負方向側に向かう方向）と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向（図８に示すように、Ｘ軸負方向側からＸ軸正方向側に向かう方向）とが、略反対方向（互いに対向する方向）となっている。すなわち、本実施形態の発電単位１０２（燃料電池スタック１００）は、カウンターフロータイプのＳＯＦＣである。 In each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the main flow direction of the oxidizing agent gas OG in the air chamber 166 (as shown in FIG. 7, from the X-axis positive direction side to the X-axis negative direction side). The main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 (the direction from the negative X-axis side to the positive X-axis side as shown in FIG. ). That is, the power generation unit 102 (fuel cell stack 100) of the present embodiment is a counterflow type SOFC.

Ａ−３．燃料極側集電部材１４４の詳細構成：
次に、燃料極側集電部材１４４の詳細構成について説明する。図４〜図６および図８に示すように、燃料極側集電部材１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、複数の燃料極対向部１４５と、複数の連接部１４７とを有している。 A-3. Detailed configuration of the fuel electrode side current collector 144:
Next, the detailed configuration of the fuel electrode side current collector 144 will be described. As shown in FIGS. 4 to 6 and 8, the fuel pole side current collecting member 144 has an interconnector facing portion 146, a plurality of fuel pole facing portions 145, and a plurality of connecting portions 147.

燃料極側集電部材１４４のインターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６、以下同様）における燃料極１１６に対向する側の表面に接する板状部分である。インターコネクタ対向部１４６には、インターコネクタ対向部１４６を厚さ方向に貫通する（すなわち、Ｚ軸方向に延びる）複数の貫通孔４０が形成されている。燃料極側集電部材１４４のインターコネクタ対向部１４６は、特許請求の範囲における第１のインターコネクタ対向部に相当する。 The interconnector facing portion 146 of the fuel pole side current collecting member 144 is a plate-shaped portion of the interconnector 150 (or the end plate 106, the same applies hereinafter) that is in contact with the surface of the interconnector 150 (or the end plate 106, the same applies hereinafter) on the side facing the fuel pole 116. The interconnector facing portion 146 is formed with a plurality of through holes 40 that penetrate the interconnector facing portion 146 in the thickness direction (that is, extend in the Z-axis direction). The interconnector facing portion 146 of the fuel electrode side current collecting member 144 corresponds to the first interconnector facing portion in the claims.

燃料極側集電部材１４４の各燃料極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、燃料極１１６と電気的に接続された板状部分である。Ｚ軸方向視での各燃料極対向部１４５の形状は、略矩形である。また、複数の燃料極対向部１４５は、Ｚ軸方向視で、Ｘ方向およびＹ方向に沿った格子状に配置されている。各燃料極対向部１４５は、Ｚ軸方向においてインターコネクタ対向部１４６と重なるように配置されている。各燃料極対向部１４５のＹ軸負方向側の端部４３は、自由端となっている。燃料極側集電部材１４４の燃料極対向部１４５は、特許請求の範囲における第１の電極対向部に相当する。 Each fuel pole facing portion 145 of the fuel pole side current collecting member 144 is in contact with the surface of the fuel pole 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112, and is electrically connected to the fuel pole 116 in a plate shape. It is a part. The shape of each fuel electrode facing portion 145 in the Z-axis direction is substantially rectangular. Further, the plurality of fuel electrode facing portions 145 are arranged in a grid pattern along the X direction and the Y direction in the Z-axis direction. Each fuel electrode facing portion 145 is arranged so as to overlap the interconnector facing portion 146 in the Z-axis direction. The end 43 on the negative direction side of the Y-axis of each fuel electrode facing portion 145 is a free end. The fuel pole facing portion 145 of the fuel pole side current collecting member 144 corresponds to the first electrode facing portion in the claims.

燃料極側集電部材１４４の各連接部１４７は、各燃料極対向部１４５におけるＹ軸正方向側の端部４２とインターコネクタ対向部１４６における貫通孔４０に面する端部４１とを結ぶ板状部分である。燃料極側集電部材１４４の連接部１４７は、特許請求の範囲における第１の連接部に相当する。
Each connecting portion 147 of the fuel electrode side current collecting member 144 is a plate connecting the end portion 42 on the Y-axis positive direction side of each fuel electrode facing portion 145 and the end portion 41 facing the through hole 40 of the interconnector facing portion 146. It is a shaped part. The connecting portion 147 of the fuel electrode side current collecting member 144 corresponds to the first connecting portion within the scope of the claims.

このような構成の燃料極側集電部材１４４は、例えば、図８における部分拡大図に示すように、燃料極側集電部材１４４作製用の平板材料に対して抜き打ち加工を行うことによって、完成状態において各燃料極対向部１４５および各連接部１４７となる矩形領域のそれぞれの３辺に切り込みを入れ、次に、抜き打ち加工後の平板材料に対して折り曲げ加工を行うことによって各燃料極対向部１４５および各連接部１４７を形成することにより、作製することができる。なお、図８における部分拡大図では、燃料極側集電部材１４４の作製方法を示すため、一部、折り曲げ加工前の状態が示されている。 The fuel electrode side current collector 144 having such a configuration is completed, for example, by performing punching on a flat plate material for manufacturing the fuel electrode side current collector 144, as shown in the partially enlarged view in FIG. In the state, cuts are made in each of the three sides of the rectangular region that becomes each fuel electrode facing portion 145 and each connecting portion 147, and then the flat plate material after punching is bent to form each fuel electrode facing portion. It can be manufactured by forming 145 and each connecting portion 147. In the partially enlarged view of FIG. 8, in order to show the method of manufacturing the fuel electrode side current collector 144, a part of the state before the bending process is shown.

燃料極側集電部材１４４の各燃料極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、燃料極側スペーサ１４９が配置されている。燃料極側スペーサ１４９は、例えばステンレス材やアルミ添加ステンレス材等の金属材料により形成されている。すなわち、本実施形態において、燃料極側フレーム部材１４０は、燃料極側スペーサ１４９と同一種類の金属材料から形成されている。ここで、燃料極側スペーサ１４９を形成する金属材料は、燃料極１１６を汚染する汚染物質（例えば、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、塩素（Ｃｌ）系の化合物）を揮発しない金属材料であることが好ましい。また、燃料極側スペーサ１４９を形成する金属材料は、形状維持の観点から、剛体金属であることが好ましい。なお、本明細書において、剛体金属とは、ヤング率（縦弾性係数）が１００ＧＰａ以上である金属を意味する。燃料極側スペーサ１４９の存在により、燃料極側集電部材１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電部材１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０６）との電気的接続が良好に維持される。 A fuel pole side spacer 149 is arranged between each fuel pole facing portion 145 and the interconnector facing portion 146 of the fuel pole side current collecting member 144. The fuel electrode side spacer 149 is formed of a metal material such as a stainless steel material or an aluminum-added stainless steel material. That is, in the present embodiment, the fuel pole side frame member 140 is formed of the same type of metal material as the fuel pole side spacer 149. Here, the metal material forming the fuel electrode side spacer 149 contains pollutants (for example, silicon (Si), phosphorus (P), boron (B), chlorine (Cl) -based compounds) that contaminate the fuel electrode 116. It is preferably a metal material that does not volatilize. Further, the metal material forming the fuel electrode side spacer 149 is preferably a rigid metal from the viewpoint of maintaining the shape. In the present specification, the rigid metal means a metal having a Young's modulus (longitudinal elastic modulus) of 100 GPa or more. Due to the presence of the fuel pole side spacer 149, the fuel pole side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and the reaction gas pressure fluctuation, and the fuel pole 116 and the interconnector via the fuel pole side current collector 144. Good electrical connection with 150 (or end plate 106) is maintained.

Ａ−４．空気極側集電部材１３４の詳細構成：
次に、空気極側集電部材１３４の詳細構成について説明する。図４〜図７に示すように、空気極側集電部材１３４は、インターコネクタ対向部１３６と、複数の空気極対向部１３５と、複数の連接部１３７とを有している。 A-4. Detailed configuration of the air electrode side current collector 134:
Next, the detailed configuration of the air electrode side current collecting member 134 will be described. As shown in FIGS. 4 to 7, the air pole side current collecting member 134 has an interconnector facing portion 136, a plurality of air pole facing portions 135, and a plurality of connecting portions 137.

空気極側集電部材１３４のインターコネクタ対向部１３６は、インターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４、以下同様）における空気極１１４に対向する側の表面に接する板状部分である。インターコネクタ対向部１３６には、インターコネクタ対向部１３６を厚さ方向に貫通する（すなわち、Ｚ軸方向に延びる）複数の貫通孔３０が形成されている。図７に示すように、本実施形態では、インターコネクタ対向部１３６に形成された各貫通孔３０は、Ｘ軸方向に長い形状の孔である。また、インターコネクタ対向部１３６において、複数の貫通孔３０はＹ軸方向に並ぶように配置されている。空気極側集電部材１３４のインターコネクタ対向部１３６は、特許請求の範囲における第２のインターコネクタ対向部に相当する。 The interconnector facing portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 is a plate-shaped portion of the interconnector 150 (or end plate 104, the same applies hereinafter) that is in contact with the surface of the interconnector 150 (or the end plate 104, the same applies hereinafter) on the side facing the air electrode 114. The interconnector facing portion 136 is formed with a plurality of through holes 30 that penetrate the interconnector facing portion 136 in the thickness direction (that is, extend in the Z-axis direction). As shown in FIG. 7, in the present embodiment, each through hole 30 formed in the interconnector facing portion 136 is a hole having a long shape in the X-axis direction. Further, in the interconnector facing portion 136, the plurality of through holes 30 are arranged so as to be arranged in the Y-axis direction. The interconnector facing portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 corresponds to the second interconnector facing portion in the claims.

空気極側集電部材１３４の各空気極対向部１３５は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、空気極１１４と電気的に接続された板状部分である。Ｚ軸方向視での各空気極対向部１３５の形状は、略矩形である。また、複数の空気極対向部１３５は、Ｚ軸方向視で、Ｘ方向およびＹ方向に沿った格子状に配置されている。各空気極対向部１３５は、Ｚ軸方向においてインターコネクタ対向部１３６に形成された貫通孔３０と重なるように配置されている。各空気極対向部１３５のＹ軸正方向側の端部３３は、自由端となっている。空気極側集電部材１３４の空気極対向部１３５は、特許請求の範囲における第２の電極対向部に相当する。 Each air pole facing portion 135 of the air pole side current collecting member 134 is in contact with the surface of the air pole 114 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112, and has a plate shape that is electrically connected to the air pole 114. It is a part. The shape of each air electrode facing portion 135 in the Z-axis direction is substantially rectangular. Further, the plurality of air electrode facing portions 135 are arranged in a grid pattern along the X direction and the Y direction in the Z-axis direction. Each air electrode facing portion 135 is arranged so as to overlap the through hole 30 formed in the interconnector facing portion 136 in the Z-axis direction. The end 33 on the positive direction side of the Y axis of each air electrode facing portion 135 is a free end. The air electrode facing portion 135 of the air electrode side current collecting member 134 corresponds to the second electrode facing portion in the claims.

空気極側集電部材１３４の各連接部１３７は、各空気極対向部１３５におけるＹ軸負方向側の端部３２と、インターコネクタ対向部１３６における貫通孔３０に面する端部３１と、を結ぶ板状部分である。空気極側集電部材１３４の連接部１３７は、特許請求の範囲における第２の連接部に相当する。 Each connecting portion 137 of the air electrode side current collecting member 134 has an end portion 32 on the negative direction side of the Y axis in each air electrode facing portion 135 and an end portion 31 facing the through hole 30 in the interconnector facing portion 136. It is a plate-shaped part to be tied. The connecting portion 137 of the air electrode side current collecting member 134 corresponds to the second connecting portion within the scope of the claims.

このような構成の空気極側集電部材１３４は、例えば、図７における部分拡大図に示すように、空気極側集電部材１３４作製用の平板部材に対して打ち抜き加工を行うことによって、完成状態において各空気極対向部１３５および各連接部１３７となる部分を残しつつ各貫通孔３０の外形に対応する孔をあけ、次に、孔あけ後の平板部材に対して折り曲げ加工を行うことによって各空気極対向部１３５および各連接部１３７を形成することにより、作製することができる。 The air electrode side current collecting member 134 having such a configuration is completed, for example, by punching a flat plate member for manufacturing the air electrode side current collecting member 134, as shown in the partially enlarged view in FIG. By drilling holes corresponding to the outer shape of each through hole 30 while leaving the portions to be the air electrode facing portions 135 and the connecting portions 137 in the state, and then bending the flat plate member after the drilling. It can be manufactured by forming each air electrode facing portion 135 and each connecting portion 137.

空気極側集電部材１３４の各空気極対向部１３５とインターコネクタ１５０との間には、空気極側スペーサ１３９が配置されている。空気極側スペーサ１３９は、絶縁体であり、かつ、弾性体（弾性材料）であるマイカにより形成されている。すなわち、本実施形態において、空気極側フレーム部材１３０は、空気極側スペーサ１３９と同一種類の材料から形成されている。なお、本明細書において、弾性体とは、ヤング率（縦弾性係数）が１００ＧＰａ未満である材料を意味する。図６および図７に示すように、各空気極側スペーサ１３９は、略直方体形状の部材であり、Ｚ軸方向において、インターコネクタ１５０の表面から各空気極対向部１３５の表面まで延びるような形状となっている。各空気極側スペーサ１３９におけるインターコネクタ１５０側の一部分は、空気極側集電部材１３４のインターコネクタ対向部１３６に形成された貫通孔３０内に収容されている。空気極側スペーサ１３９の存在により、空気極側集電部材１３４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、空気極側集電部材１３４を介した空気極１１４とインターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４）との電気的接続が良好に維持される。さらに、空気極側スペーサ１３９の存在により、単セル１１０にかかるＺ軸方向の応力を緩和することができ、単セル１１０の損傷（割れ等）の発生を抑制することができる。 An air pole side spacer 139 is arranged between each air pole facing portion 135 of the air pole side current collecting member 134 and the interconnector 150. The air electrode side spacer 139 is formed of mica, which is an insulator and an elastic body (elastic material). That is, in the present embodiment, the air electrode side frame member 130 is formed of the same type of material as the air electrode side spacer 139. In the present specification, the elastic body means a material having a Young's modulus (longitudinal elastic modulus) of less than 100 GPa. As shown in FIGS. 6 and 7, each air electrode side spacer 139 is a member having a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a shape extending from the surface of the interconnector 150 to the surface of each air electrode facing portion 135 in the Z-axis direction. It has become. A part of each air electrode side spacer 139 on the interconnector 150 side is housed in a through hole 30 formed in the interconnector facing portion 136 of the air electrode side current collecting member 134. Due to the presence of the air electrode side spacer 139, the air electrode side current collector 134 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and the reaction gas pressure fluctuation, and the air electrode 114 and the interconnector via the air electrode side current collector 134. Good electrical connection with 150 (or end plate 104) is maintained. Further, the presence of the air electrode side spacer 139 can relieve the stress in the Z-axis direction applied to the single cell 110, and can suppress the occurrence of damage (cracking, etc.) of the single cell 110.

また、燃料極側スペーサ１４９の少なくとも一部分は、図６における部分拡大図に示すように、Ｚ軸方向視において、空気極側スペーサ１３９の少なくとも一部分と重なっている。具体的には、燃料極側スペーサ１４９の内の一部分である燃料極側重複部分１４９ａの空気極側スペーサ１３９側の表面は、Ｚ軸方向視における符号Ａの範囲内において、空気極側スペーサ１３９の内の一部分である空気極側重複部分１３９ａの燃料極側スペーサ１４９側の表面と重なっている。 Further, at least a part of the fuel pole side spacer 149 overlaps with at least a part of the air pole side spacer 139 in the Z-axis direction as shown in the partially enlarged view in FIG. Specifically, the surface of the fuel pole side overlapping portion 149a, which is a part of the fuel pole side spacer 149, on the air pole side spacer 139 side is the air pole side spacer 139 within the range of the symbol A in the Z-axis direction. It overlaps with the surface of the air pole side overlapping portion 139a, which is a part of the inside, on the fuel pole side spacer 149 side.

Ａ−５．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２は、単セル１１０と、第１のインターコネクタ１５１と、第２のインターコネクタ１５２と、燃料極側集電部材１４４と、燃料極側スペーサ１４９と、空気極側集電部材１３４と、空気極側スペーサ１３９とを備える。単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んでＺ軸方向に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを含む。第１のインターコネクタ１５１は、単セル１１０の燃料極１１６に対向するように配置されており、第２のインターコネクタ１５２は、単セル１１０の空気極１１４に対向するように配置されている。燃料極側集電部材１４４は、燃料極１１６と第１のインターコネクタ１５１との間に配置された導電性の部材であり、インターコネクタ対向部１４６と、燃料極対向部１４５と、インターコネクタ対向部１４６と燃料極対向部１４５とを結ぶ連接部１４７とを含む。インターコネクタ対向部１４６は第１のインターコネクタ１５１と電気的に接続されている。燃料極対向部１４５は燃料極１１６と電気的に接続されている。燃料極側スペーサ１４９は、燃料極側集電部材１４４の燃料極対向部１４５におけるインターコネクタ対向部１４６側の表面に接するように配置されている。空気極側集電部材１３４は、空気極１１４と第２のインターコネクタ１５２との間に配置された導電性の部材であり、インターコネクタ対向部１３６と、空気極対向部１３５と、インターコネクタ対向部１３６と空気極対向部１３５とを結ぶ連接部１３７とを含む。インターコネクタ対向部１３６は第２のインターコネクタ１５２と、空気極対向部１３５は空気極１１４と、それぞれ、電気的に接続されている。空気極側スペーサ１３９は、空気極側集電部材１３４の空気極対向部１３５におけるインターコネクタ対向部１３６側の表面に接するように配置されている。また、本実施形態の発電単位１０２では、燃料極１１６はＮｉを含有し、燃料極側スペーサ１４９は金属材料から形成されており、かつ、空気極側スペーサ１３９はマイカから形成されている。本実施形態の発電単位１０２は、上述した構成であるため、以下に説明するように、汚染物質により燃料極１１６に含まれるＮｉが被毒すること（燃料極１１６の被毒）を原因とする発電単位１０２の性能低下を抑制することができ、かつ、Ｚ軸方向の応力によって単セル１１０が損傷することを抑制することができる。 A-5. Effect of this embodiment:
As described above, each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of the present embodiment includes a single cell 110, a first interconnector 151, a second interconnector 152, and a fuel electrode side current collecting member. It includes 144, a fuel pole side spacer 149, an air pole side current collecting member 134, and an air pole side spacer 139. The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, and an air pole 114 and a fuel pole 116 that face each other in the Z-axis direction with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The first interconnector 151 is arranged so as to face the fuel pole 116 of the single cell 110, and the second interconnector 152 is arranged so as to face the air pole 114 of the single cell 110. The fuel pole side current collecting member 144 is a conductive member arranged between the fuel pole 116 and the first interconnector 151, and is an interconnector facing portion 146, a fuel pole facing portion 145, and an interconnector facing portion 146. A connecting portion 147 connecting the portion 146 and the fuel electrode facing portion 145 is included. The interconnector facing portion 146 is electrically connected to the first interconnector 151. The fuel electrode facing portion 145 is electrically connected to the fuel electrode 116. The fuel pole side spacer 149 is arranged so as to be in contact with the surface of the fuel pole side current collector member 144 on the fuel pole facing portion 145 on the interconnector facing portion 146 side. The air electrode side current collecting member 134 is a conductive member arranged between the air electrode 114 and the second interconnector 152, and is an interconnector facing portion 136, an air electrode facing portion 135, and an interconnector facing portion. Includes a connecting portion 137 connecting the portion 136 and the air electrode facing portion 135. The interconnector facing portion 136 is electrically connected to the second interconnector 152, and the air electrode facing portion 135 is electrically connected to the air pole 114, respectively. The air pole side spacer 139 is arranged so as to be in contact with the surface of the air pole side current collecting member 134 on the air pole facing portion 135 on the interconnector facing portion 136 side. Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the fuel pole 116 contains Ni, the fuel pole side spacer 149 is formed of a metal material, and the air pole side spacer 139 is formed of mica. Since the power generation unit 102 of the present embodiment has the above-described configuration, it is caused by the poisoning of Ni contained in the fuel electrode 116 by the pollutant (poisoning of the fuel electrode 116) as described below. It is possible to suppress the deterioration of the performance of the power generation unit 102, and it is possible to suppress the damage of the single cell 110 due to the stress in the Z-axis direction.

上述したように、本実施形態の発電単位１０２では、燃料極１１６がＮｉを含有しており、かつ、燃料極１１６と第１のインターコネクタ１５１との間に配置された燃料極側集電部材１４４に接する燃料極側スペーサ１４９は金属材料から形成されている。このため、燃料極１１６としてＮｉを含有する材料が用いられている場合であっても、燃料極側スペーサ１４９が燃料極を汚染する汚染物質を揮発しないため、燃料極１１６の被毒を抑制することができる。また、本実施形態の発電単位１０２では、空気極側スペーサ１３９がマイカから形成されている。このため、本実施形態の発電単位１０２にＺ軸方向の応力が発生した際に、空気極側スペーサ１３９により応力を緩和することによって単セル１１０が損傷（割れ等）することを抑制することができる。従って、本実施形態の発電単位１０２によれば、発電単位１０２の性能低下を抑制することができ、かつ、Ｚ軸方向の応力によって単セル１１０が損傷することを抑制することができる。 As described above, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the fuel electrode 116 contains Ni, and the fuel electrode side current collecting member is arranged between the fuel electrode 116 and the first interconnector 151. The fuel electrode side spacer 149 in contact with 144 is formed of a metal material. Therefore, even when a material containing Ni is used as the fuel electrode 116, the fuel electrode side spacer 149 does not volatilize the pollutants that contaminate the fuel electrode, so that the poisoning of the fuel electrode 116 is suppressed. be able to. Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, the air electrode side spacer 139 is formed of mica. Therefore, when stress is generated in the power generation unit 102 of the present embodiment in the Z-axis direction, the single cell 110 can be prevented from being damaged (cracked or the like) by relaxing the stress with the air electrode side spacer 139. can. Therefore, according to the power generation unit 102 of the present embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the performance of the power generation unit 102 and to prevent the single cell 110 from being damaged by the stress in the Z-axis direction.

また、本実施形態の発電単位１０２では、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する燃料室用孔１４１が形成された燃料極側フレーム部材１４０を備え、燃料極側フレーム部材１４０が燃料極側スペーサ１４９を形成する金属材料と同一種類の金属材料から形成されている。このような構成とすることにより、Ｚ軸方向における燃料極側スペーサ１４９の熱膨張率と燃料極側フレーム部材１４０の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して単セル１１０が損傷することを抑制することができる。 Further, the power generation unit 102 of the present embodiment includes a fuel pole side frame member 140 in which a fuel chamber hole 141 constituting a fuel chamber 176 facing the fuel pole 116 is formed, and the fuel pole side frame member 140 is a fuel pole. It is made of the same type of metal material as the metal material forming the side spacer 149. With such a configuration, the coefficient of thermal expansion of the fuel electrode side spacer 149 and the coefficient of thermal expansion of the fuel electrode side frame member 140 in the Z-axis direction can be made substantially the same, and the difference between the two thermal expansion coefficients. It is possible to prevent the single cell 110 from being damaged due to the above.

また、本実施形態の発電単位１０２では、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する空気室用孔１３１が形成された空気極側フレーム部材１３０を備え、空気極側フレーム部材１３０がマイカから形成されている。このような構成とすることにより、Ｚ軸方向における空気極側スペーサ１３９の熱膨張率と空気極側フレーム部材１３０の熱膨張率とを略同等とすることができ、両者の熱膨張率の差に起因して単セル１１０が損傷することを抑制することができる。 Further, the power generation unit 102 of the present embodiment includes an air pole side frame member 130 in which an air chamber hole 131 forming an air chamber 166 facing the air pole 114 is formed, and the air pole side frame member 130 is from mica. It is formed. With such a configuration, the coefficient of thermal expansion of the air electrode side spacer 139 and the coefficient of thermal expansion of the air electrode side frame member 130 in the Z-axis direction can be made substantially the same, and the difference between the two thermal expansion coefficients. It is possible to prevent the single cell 110 from being damaged due to the above.

また、本実施形態の発電単位１０２では、Ｚ軸方向視において、燃料極側スペーサ１４９の少なくとも一部分が、空気極側スペーサ１３９の少なくとも一部分と重なっている。このような構成を採用することにより、複数の発電単位１０２を組み立てて燃料電池スタック１００として構成する際や、燃料電池スタック１００の運転中に、単セル１１０において燃料極側スペーサ１４９と空気極側スペーサ１３９とが対向していない部分に応力が集中することによって単セル１１０が損傷し、ひいては、発電単位１０２の性能低下が発生することを低減する。また、燃料極側スペーサ１４９と空気極側スペーサ１３９との重なっている部分に応力がかかることにより、単セル１１０と燃料極側集電部材１４４との間、および、単セル１１０と空気極側集電部材１３４との間における良好な固着が実現される。 Further, in the power generation unit 102 of the present embodiment, at least a part of the fuel pole side spacer 149 overlaps with at least a part of the air pole side spacer 139 in the Z-axis direction. By adopting such a configuration, when a plurality of power generation units 102 are assembled to form a fuel cell stack 100, or during operation of the fuel cell stack 100, the fuel electrode side spacer 149 and the air electrode side in the single cell 110 It is possible to reduce the damage to the single cell 110 due to the concentration of stress in the portion not facing the spacer 139, and thus the deterioration of the performance of the power generation unit 102. Further, by applying stress to the overlapping portion of the fuel pole side spacer 149 and the air pole side spacer 139, the stress is applied between the single cell 110 and the fuel pole side current collector 144, and between the single cell 110 and the air pole side. Good adhesion to the current collector member 134 is achieved.

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。 B. Modification example:
The technique disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof, and for example, the following modifications are also possible.

上記実施形態における発電単位１０２の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、上記実施形態の発電単位１０２では、空気極側集電部材１３４に対して図９に示す構成を適用してもよい。すなわち、空気極側集電部材１３４は、空気極対向部１３５と、インターコネクタ対向部１３６と、連接部１３７と、から構成される。具体的には、空気極側集電部材１３４のインターコネクタ対向部１３６は、インターコネクタ１５０（またはエンドプレート１０４、以下同様）における空気極１１４に対向する側の表面に接する板状部分である。空気極側集電部材１３４の空気極対向部１３５は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接し、かつ、空気極１１４と電気的に接続された板状部分である。Ｚ軸方向視での各空気極対向部１３５の形状は、略矩形である。また、複数の空気極対向部１３５は、Ｚ軸方向視で、Ｘ方向およびＹ方向に沿った格子状に配置されている。空気極側集電部材１３４は、一の空気極対向部１３５に対して２つの連接部１３７を有する。２つの連接部１３７は、空気極対向部１３５におけるＹ軸負方向側の端部３２と、インターコネクタ対向部１３６におけるＹ軸正方向側の端部３１と、を結ぶ板状部分と、空気極対向部１３５におけるＹ軸正方向側の端部３３と、インターコネクタ対向部１３６におけるＹ軸負方向側の端部であり、Ｙ軸方向において端部３１と略同軸に位置する端部（図示せず）と、を結ぶ板状部分である。このような構成の空気極側集電部材１３４は、例えば、空気極側集電部材１３４作製用の平板部材に対して、完成状態において各空気極対向部１３５および各連接部１３７となる部分が残るように、すなわち、空間部３４に対応する孔が形成されるように、打ち抜き加工を行い、次に、打ち抜き加工後の平板部材に対して折り曲げ加工を行うことによって各空気極対向部１３５および各連接部１３７を形成することにより、作製することができる。このとき、空気極側スペーサ１３９は、空気極側集電部材１３４の各空気極対向部１３５とインターコネクタ１５０との間に配置される。 The configuration of the power generation unit 102 in the above embodiment is merely an example and can be changed in various ways. For example, in the power generation unit 102 of the above embodiment, the configuration shown in FIG. 9 may be applied to the air electrode side current collecting member 134. That is, the air electrode side current collecting member 134 is composed of an air electrode facing portion 135, an interconnector facing portion 136, and a connecting portion 137. Specifically, the interconnector facing portion 136 of the air electrode side current collecting member 134 is a plate-shaped portion of the interconnector 150 (or the end plate 104, the same applies hereinafter) that is in contact with the surface of the interconnector 150 (or the end plate 104, the same applies hereinafter) on the side facing the air electrode 114. The air pole facing portion 135 of the air pole side current collecting member 134 is a plate-shaped portion of the air pole 114 that is in contact with the surface of the air pole 114 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and is electrically connected to the air pole 114. Is. The shape of each air electrode facing portion 135 in the Z-axis direction is substantially rectangular. Further, the plurality of air electrode facing portions 135 are arranged in a grid pattern along the X direction and the Y direction in the Z-axis direction. The air pole side current collecting member 134 has two connecting portions 137 with respect to one air pole facing portion 135. The two connecting portions 137 are a plate-shaped portion connecting the end portion 32 on the negative direction side of the Y axis of the air electrode facing portion 135 and the end portion 31 on the positive direction side of the Y axis of the interconnector facing portion 136, and an air electrode. The end 33 on the Y-axis positive direction side of the facing portion 135 and the end portion on the Y-axis negative direction side of the interconnector facing portion 136, which are located substantially coaxially with the end portion 31 in the Y-axis direction (shown). It is a plate-shaped part that connects the two. In the air electrode side current collecting member 134 having such a configuration, for example, with respect to the flat plate member for manufacturing the air electrode side current collecting member 134, each air electrode facing portion 135 and each connecting portion 137 are formed in a completed state. Punching is performed so as to remain, that is, a hole corresponding to the space portion 34 is formed, and then the flat plate member after the punching process is bent to form the respective air electrode facing portions 135 and. It can be manufactured by forming each connecting portion 137. At this time, the air electrode side spacer 139 is arranged between each air electrode facing portion 135 of the air electrode side current collecting member 134 and the interconnector 150.

上記実施形態の発電単位１０２において、空気極側集電部材１３４に対して燃料極側集電部材１４４の構造を適用してもよく、また、燃料極側集電部材１４４に対して空気極側集電部材１３４の構造を適用してもよい。また、空気極側集電部材１３４の構造と燃料極側集電部材１４４の構造とは、同じであってもよく、また、異なっていてもよい。 In the power generation unit 102 of the above embodiment, the structure of the fuel electrode side current collector 144 may be applied to the air electrode side current collector 134, or the air electrode side to the fuel electrode side current collector 144. The structure of the current collector member 134 may be applied. Further, the structure of the air pole side current collecting member 134 and the structure of the fuel pole side current collecting member 144 may be the same or different.

上記実施形態の発電単位１０２において、燃料極側フレーム部材１４０に対して燃料極側スペーサ１４９を形成する金属材料と同一種類の金属材料を適用したが、これに限定されず、燃料極側フレーム部材１４０に対して燃料極側スペーサ１４９を形成する金属材料と異なる種類の金属材料を適用してもよい。 In the power generation unit 102 of the above embodiment, the same type of metal material as the metal material forming the fuel pole side spacer 149 is applied to the fuel pole side frame member 140, but the present invention is not limited to this, and the fuel pole side frame member is not limited to this. A different type of metal material than the metal material forming the fuel electrode side spacer 149 may be applied to 140.

上記実施形態の発電単位１０２において、空気極側フレーム部材１３０に対して空気極側スペーサ１３９を形成する材料と同一種類の材料であるマイカを適用したが、これに限定されず、空気極側フレーム部材１３０に対して空気極側スペーサ１３９を形成する材料と異なる種類の材料を適用してもよい。 In the power generation unit 102 of the above embodiment, mica, which is the same type of material as the material forming the air pole side spacer 139, is applied to the air pole side frame member 130, but the present invention is not limited to this, and the air pole side frame is not limited to this. A material different from the material forming the air electrode side spacer 139 may be applied to the member 130.

上記実施形態の発電単位１０２において、Ｚ軸方向視において、燃料極側スペーサ１４９の少なくとも一部分が、空気極側スペーサ１３９の少なくとも一部分と重なっている構成としたが、これに限定されず、燃料極側スペーサ１４９と空気極側スペーサ１３９とがＺ軸方向において重なっていない構成としてもよい。 In the power generation unit 102 of the above embodiment, at least a part of the fuel pole side spacer 149 overlaps with at least a part of the air pole side spacer 139 in the Z-axis direction, but the present invention is not limited to this, and the fuel pole is not limited to this. The side spacer 149 and the air electrode side spacer 139 may not overlap in the Z-axis direction.

なお、本実施形態において、空気極側集電部材１３４またはインターコネクタ１５０を、導電性のコートによって覆う構成としてもよい。コートは、例えば、Ｍｎ２ＣｏＯ４やＭｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＣｏ２Ｏ４、ＺｎＭｎＣｏＯ４、ＣｕＭｎ２Ｏ４といったスピネル型酸化物により形成されうる。空気極側集電部材１３４へのコートの形成は、例えば、スプレーコート、インクジェット印刷、スピンコート、ディップコート、めっき、スパッタリング、溶射等の周知の方法で実行されうる。コートの存在により、空気極側集電部材１３４に含まれる汚染物質（例えば、Ｃｒ）の放出・拡散が抑制され、空気極１１４の被毒の発生が抑制される。 In this embodiment, the air electrode side current collecting member 134 or the interconnector 150 may be covered with a conductive coat. Coat, for example, Mn 2 CoO 4 and MnCo 2 O 4, ZnCo 2 O 4, ZnMnCoO 4, CuMn may be formed by the spinel-type oxides such as 2 O 4. The formation of a coat on the air electrode side current collecting member 134 can be performed by a well-known method such as spray coating, inkjet printing, spin coating, dip coating, plating, sputtering, and thermal spraying. The presence of the coat suppresses the release and diffusion of pollutants (for example, Cr) contained in the air electrode side current collecting member 134, and suppresses the generation of poisoning of the air electrode 114.

また、上記実施形態では、空気極側集電部材１３４と空気極１１４との間に接合層１３８が介在しているが、空気極側集電部材１３４と空気極１１４との間に接合層１３８が介在しないとしてもよい。 Further, in the above embodiment, the bonding layer 138 is interposed between the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114, but the bonding layer 138 is interposed between the air electrode side current collecting member 134 and the air electrode 114. May not intervene.

また、上記実施形態では、ボルト孔１０９が、各マニホールド用の連通孔１０８とは独立して設けられているが、独立したボルト孔１０９を設けず、各マニホールド用の連通孔１０８がボルト孔としても用いられるとしてもよい。また、上記実施形態では、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが略反対方向であるカウンターフロータイプを例に挙げて説明しているが、本発明は、他のタイプ（上記２つの流れ方向が略同一方向であるコフロータイプや上記２つの流れ方向が交差するクロスフロータイプ等）にも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the bolt holes 109 are provided independently of the communication holes 108 for each manifold, but the independent bolt holes 109 are not provided, and the communication holes 108 for each manifold are used as bolt holes. May also be used. Further, in the above embodiment, a counterflow type in which the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 and the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 are substantially opposite directions is described as an example. However, the present invention is also applicable to other types (such as a coflow type in which the two flow directions are substantially the same, a cross flow type in which the two flow directions intersect, and the like).

また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の個数は、あくまで一例であり、発電単位１０２の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態において、空気極１１４と電解質層１１２との間に中間層が配置されていてもよい。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。 Further, in the above embodiment, the number of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 is only an example, and the number of power generation units 102 is appropriately determined according to the output voltage and the like required for the fuel cell stack 100. Further, in the above embodiment, an intermediate layer may be arranged between the air electrode 114 and the electrolyte layer 112. Further, the material constituting each member in the above embodiment is merely an example, and each member may be composed of another material.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６−８１８１３号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替え、単セル１１０を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔１０８を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、連通孔１０８を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様の構成の集電部材等の構成を採用すると、汚染物質により燃料極１１６に含まれるＮｉが被毒すること（燃料極１１６の被毒）を原因とする発電単位１０２の性能低下を抑制することができ、かつ、Ｚ軸方向の応力によって単セル１１０が損傷することを抑制することができる。 Further, in the above embodiment, the SOFC that generates power by utilizing the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidizing agent gas is targeted, but the present invention comprises an electrolysis reaction of water. It is also applicable to an electrolytic cell unit, which is a constituent unit of a solid oxide fuel cell (SOEC) that uses it to generate hydrogen, and an electrolytic cell stack having a plurality of electrolytic cell units. The configuration of the electrolytic cell stack is not described in detail here because it is known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, but is generally the same as the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. It is a configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment may be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 may be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 may be read as an electrolytic cell. However, during the operation of the electrolytic cell stack, a voltage is applied between both electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode), and the voltage is applied through the communication hole 108. Water vapor as a raw material gas is supplied. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolytic cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is taken out to the outside of the electrolytic cell stack through the communication hole 108. Even in the electrolytic cell unit and the electrolytic cell stack having such a configuration, if a configuration such as a current collecting member having the same configuration as that of the above embodiment is adopted, Ni contained in the fuel electrode 116 is poisoned by pollutants (fuel). It is possible to suppress the deterioration of the performance of the power generation unit 102 due to the poisoning of the pole 116), and it is possible to suppress the damage of the single cell 110 due to the stress in the Z-axis direction.

２２：ボルト ２６：絶縁シート ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 ３０：貫通孔 ３１：端部 ３２：端部 ３３：端部 ３４：空間部 ４０：貫通孔 ４１：端部 ４２：端部 ４３：端部 １００：燃料電池スタック １０２：燃料電池発電単位 １０４：エンドプレート １０６：エンドプレート １０７：流路用貫通孔 １０８：連通孔 １０９：ボルト孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 １３０：空気極側フレーム部材 １３１：空気室用孔 １３２：酸化剤ガス供給連通流路 １３３：酸化剤ガス排出連通流路 １３４：空気極側集電部材 １３５：空気極対向部 １３６：インターコネクタ対向部 １３７：連接部 １３８：接合層 １３９：空気極側スペーサ １３９ａ：空気極側重複部分 １４０：燃料極側フレーム部材 １４１：燃料室用孔 １４２：燃料ガス供給連通流路 １４３：燃料ガス排出連通流路 １４４：燃料極側集電部材 １４５：燃料極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４９：燃料極側スペーサ １４９ａ：燃料極側重複部分 １５０：インターコネクタ １５１：第１のインターコネクタ １５２：第２のインターコネクタ １６１：酸化剤ガス導入マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス導入マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 22: Bolt 26: Insulation sheet 27: Gas passage member 28: Main body 29: Branch 30: Through hole 31: End 32: End 33: End 34: Space 40: Through hole 41: End 42: End 43: End 100: Fuel cell stack 102: Fuel cell power generation unit 104: End plate 106: End plate 107: Through hole for flow path 108: Communication hole 109: Bolt hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air pole 116: Fuel pole 120: Separator 121: Hole 124: Joint 130: Air pole side frame member 131: Air chamber hole 132: Oxidizing agent gas supply communication flow path 133: Oxidizing agent gas discharge communication flow path 134: Air Polar side current collector 135: Air pole facing part 136: Interconnector facing part 137: Connecting part 138: Joint layer 139: Air pole side spacer 139a: Air pole side overlapping part 140: Fuel pole side frame member 141: For fuel chamber Hole 142: Fuel gas supply communication flow path 143: Fuel gas discharge communication flow path 144: Fuel pole side current collecting member 145: Fuel pole facing part 146: Interconnector facing part 147: Connecting part 149: Fuel pole side spacer 149a: Fuel Polar side overlapping part 150: Interconnector 151: First interconnector 152: Second interconnector 161: Oxidizing agent gas introduction manifold 162: Oxidizing agent gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas Discharge manifold 176: Fuel chamber

Claims (5)

電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む電気化学反応単セルと、
前記電気化学反応単セルの前記燃料極に対向するように配置された第１のインターコネクタと、
前記電気化学反応単セルの前記空気極に対向するように配置された第２のインターコネクタと、
前記燃料極と前記第１のインターコネクタとの間に配置された導電性の第１の集電部材であって、前記第１のインターコネクタと電気的に接続された第１のインターコネクタ対向部と、前記燃料極と電気的に接続された第１の電極対向部と、前記第１のインターコネクタ対向部と前記第１の電極対向部とを結ぶ第１の連接部と、を含む、第１の集電部材と、
前記第１の集電部材の前記第１の電極対向部における前記第１のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第１のスペーサと、
を備える電気化学反応単位において、さらに、
前記空気極と前記第２のインターコネクタとの間に配置された導電性の第２の集電部材であって、前記第２のインターコネクタと電気的に接続された第２のインターコネクタ対向部と、前記空気極と電気的に接続された第２の電極対向部と、前記第２のインターコネクタ対向部と前記第２の電極対向部とを結ぶ第２の連接部と、を含む、第２の集電部材と、
前記第２の集電部材の前記第２の電極対向部における前記第２のインターコネクタ対向部側の表面に接するように配置された第２のスペーサと、
を備え、
前記燃料極は、Ｎｉを含有し、
前記第１のスペーサは、アルミニウム元素を含むステンレス材料から形成されており、
前記第２のスペーサは、マイカから形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 An electrochemical reaction single cell containing an electrolyte layer and an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction across the electrolyte layer.
With a first interconnector arranged to face the fuel electrode of the electrochemical reaction single cell,
A second interconnector arranged to face the air electrode of the electrochemical reaction single cell, and
A conductive first current collecting member arranged between the fuel electrode and the first interconnector, and a first interconnector facing portion electrically connected to the first interconnector. A first connecting portion that connects the first electrode facing portion electrically connected to the fuel electrode, the first interconnector facing portion, and the first electrode facing portion. 1 current collecting member and
A first spacer arranged so as to be in contact with the surface of the first current collector member on the side facing the first interconnector in the first electrode facing portion.
In the electrochemical reaction unit, further
A second conductive current collecting member arranged between the air electrode and the second interconnector, and a second interconnector facing portion electrically connected to the second interconnector. A second electrode facing portion electrically connected to the air electrode, and a second connecting portion connecting the second interconnector facing portion and the second electrode facing portion. 2 current collectors and
A second spacer arranged so as to be in contact with the surface of the second current collector member facing the second electrode facing portion on the side facing the second interconnector.
With
The fuel electrode contains Ni and
The first spacer is formed of a stainless steel material containing an aluminum element.
The second spacer is made of mica.
An electrochemical reaction unit characterized by that. 請求項１に記載の電気化学反応単位において、さらに、
前記燃料極に面する燃料室を構成する燃料室用孔が形成された燃料極側フレーム部材、
を備え、
前記燃料極側フレーム部材は、前記第１のスペーサを形成する金属材料と同一種類の金属材料から形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 In the electrochemical reaction unit according to claim 1, further
A frame member on the fuel electrode side in which a hole for a fuel chamber forming a fuel chamber facing the fuel electrode is formed.
With
The fuel electrode side frame member is formed of the same type of metal material as the metal material forming the first spacer.
An electrochemical reaction unit characterized by that. 請求項１または請求項２に記載の電気化学反応単位において、さらに、
前記空気極に面する空気室を構成する空気室用孔が形成された空気極側フレーム部材、
を備え、
前記空気極側フレーム部材は、マイカから形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 In the electrochemical reaction unit according to claim 1 or 2, further
An air electrode side frame member having an air chamber hole forming an air chamber facing the air electrode.
With
The air electrode side frame member is made of mica.
An electrochemical reaction unit characterized by that. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の方向視において、前記第１のスペーサの少なくとも一部分は、前記第２のスペーサの少なくとも一部分と重なっている、
ことを特徴とする電気化学反応単位。 In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 3.
In the first directional view, at least a portion of the first spacer overlaps at least a portion of the second spacer.
An electrochemical reaction unit characterized by that. 前記第１の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも１つは、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 In an electrochemical reaction cell stack having a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction.
At least one of the plurality of electrochemical reaction units is the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 4.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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