A.実施形態:
A-1.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6,7,8)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6,7,8)のIII-IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ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。
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、下端用セパレータ189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と下端用セパレータ189とから構成される集合体(以下、「発電ブロック103」という。)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。
燃料電池スタック100を構成する各層(発電単位102、下端用セパレータ189、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の(本実施形態では8つの)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を構成するために燃料電池スタック100の各層に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。
各連通孔108には上下方向に延びるボルト22が挿通されており、ボルト22とボルト22の両側に嵌められたナット24とによる上下方向の圧縮力によって、燃料電池スタック100は締結されている。なお、図2および図3に示すように、ボルト22の一方の側(上側)に嵌められたナット24と燃料電池スタック100の上端を構成するエンドプレート104の上側表面との間、および、ボルト22の他方の側(下側)に嵌められたナット24と燃料電池スタック100の下端を構成するエンドプレート106の下側表面との間には、絶縁シート26が介在している。ただし、後述のガス通路部材27が設けられた箇所では、ナット24とエンドプレート106の表面との間に、ガス通路部材27とガス通路部材27の上側および下側のそれぞれに配置された絶縁シート26とが介在している。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。なお、ボルト22およびナット24は、特許請求の範囲における締結部材に相当する。連通孔108は、特許請求の範囲における「締結部材が挿入される貫通孔」に相当する。
各ボルト22の軸部の外径は各連通孔108の内径より小さい。そのため、各ボルト22の軸部の外周面と各連通孔108の内周面との間には、空間が確保されている。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)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22A)と、そのボルト22Aが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、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に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド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)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22B)と、そのボルト22Bが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、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酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスOGとして、例えば空気が使用される。
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軸方向回りの外周における1つの辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸正方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22D)と、そのボルト22Dが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、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に供給する燃料ガス供給マニホールド171として機能し、該辺の反対側の辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸負方向側の辺)の中点付近に位置するボルト22(ボルト22E)と、そのボルト22Eが挿通された連通孔108とにより形成された空間は、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燃料ガス排出マニホールド172として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスFGとして、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。
燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、中空筒状の本体部28と、本体部28の側面から分岐した中空筒状の分岐部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。また、図2に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド161を形成するボルト22Aの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス供給マニホールド161に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド162を形成するボルト22Bの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通している。また、図3に示すように、燃料ガス供給マニホールド171を形成するボルト22Dの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス供給マニホールド171に連通しており、燃料ガス排出マニホールド172を形成するボルト22Eの位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。
本実施形態の燃料電池スタック100は、上からの4番目(下から4番目)に位置する発電単位102(以下、「第1の発電単位102A」という。)が他の発電単位102よりも高温になる構成となっている。どの発電単位102が他の発電単位102よりも高温となるかは、燃料電池スタック100の構成、および燃料電池スタック100の周囲に備えられる発熱装置もしくは冷却装置の存否などに依る。他の発電単位102よりも高温になる発電単位102を特定する方法としては、例えば、各発電単位102の温度を測定する方法が採用される。各発電単位102の温度を測定する方法としては、例えば、サーモグラフィーを用いて各発電単位102の温度を測定する方法、各発電単位102内の電圧を測定した測定値に基づいて各発電単位102の温度を測定する方法、各発電単位102内のガスの組成に基づいて各発電単位102の温度を測定する方法が採用される。なお、各発電単位102内の電圧を測定する方法は、各発電単位102内に電圧線を設けて、燃料電池スタック100の運転時の各発電単位102内における電圧を測定することにより行う。
(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、後述の孔104A,106Aが形成された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。
上側のエンドプレート104には、中央付近に上下方向に貫通する孔104Aが形成されている。下側のエンドプレート106には、中央付近に上下方向に貫通する孔106Aが形成されている。上側のエンドプレート104の孔104Aによって取り囲まれた空間は、発電ブロック103側に開口している。上下方向視で当該空間の輪郭線は、単セル110を内包している。下側のエンドプレート106の孔106Aによって取り囲まれた空間は、発電ブロック103側に開口している。上下方向視で当該空間の輪郭線は、単セル110を内包している。また、上側のエンドプレート104における孔104Aの周囲部分は、空気極側フレーム130の周縁部に対向している。下側のエンドプレート106における孔106Aの周囲部分は、燃料極側フレーム140の周縁部に対向している。なお、エンドプレート104,106は、特許請求の範囲におけるエンド部材に相当する。
(下端用セパレータ189の構成)
下端用セパレータ189は、板状の部材であり、例えば、金属により形成されている。下端用セパレータ189の中央付近には、発電ブロック103において最も下に位置する発電単位102の燃料極側集電体144が接合されている。下端用セパレータ189の周縁部は、発電ブロック103と下側のエンドプレート106との間に挟み込まれている。
(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YZ断面構成を示す説明図である。図5の上部には、発電単位102の一部分のYZ断面構成が拡大して示されている。また、図6は、図4のVI-VIの位置における後述の第1の発電単位102A以外の発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。また、図7は、図4のVII-VIIの位置における第1の発電単位102AのXY断面構成を示す説明図である。また、図8は、図4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。
本実施形態の燃料電池スタック100は、上からの4番目(下から4番目)に位置する発電単位102(以下、「第1の発電単位102A」という。)が他の発電単位102よりも高温になる構成となっている。第1の発電単位102Aは、他の発電単位102とは後述の酸化剤供給ガス流路132,酸化剤排出ガス流路133の構成が異なる点で相違している。まず、第1の発電単位102Aと第1の発電単位102A以外の発電単位102とで共通する構成について説明し、第1の発電単位102Aと他の発電単位102とで相違する酸化剤供給ガス流路132,酸化剤排出ガス流路133の詳細構成の構成については後述する。
図4および図5に示すように、発電単位102は、単セル110と、単セル用セパレータ120と、空気極側フレーム130と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体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190および一対のIC用セパレータ180とを備えている。単セル用セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ190におけるZ軸方向回りの周縁部には、上述したボルト22が挿通される連通孔108に対応する孔が形成されている。
インターコネクタ190は、略矩形の平板形状の平板部150と、平板部150から空気極114側に突出した複数の略四角柱状の空気極側集電部134とを備えている。インターコネクタ190は、導電性部材であり、金属(例えば、フェライト系ステンレス)により形成されている。空気極側集電部134の構成については後述する。インターコネクタ190は、上下方向視で空気極側フレーム130の後述の孔131の内側に収まっている。インターコネクタ190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抑制する。なお、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190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における上側のインターコネクタ190は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ190と同一部材である。なお、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のインターコネクタ190は、後述するIC用セパレータ180に接触しており、IC用セパレータ180を介して上側のエンドプレート104に電気的に接続されている。インターコネクタ190は、特許請求の範囲における集電部材に相当する。
なお、本実施形態では、インターコネクタ190の表面に、例えばCr酸化物により構成された酸化被膜層194が形成されており、さらに酸化被膜層194の上に、例えばスピネル型酸化物により構成された被覆層196が形成されている。以下では、表面に酸化被膜層194が形成され、さらに被覆層196に覆われたインターコネクタ190を、単にインターコネクタ190という。
単セル110は、電解質層112と、電解質層112の上下方向(第1の方向)の一方側(下側)に配置された燃料極(アノード)116と、電解質層112の上下方向の他方側(上側)に配置された空気極(カソード)114と、電解質層112と空気極114との間に配置された中間層118とを備える。すなわち、空気極114および燃料極116は、電解質層112を挟んで上下方向に互いに対向している。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で単セル110を構成する他の層(電解質層112、空気極114、中間層118)を支持する燃料極支持形の単セルである。
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。すなわち、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。
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。本実施形態では、空気極114は、ペロブスカイト型酸化物であるLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)とLSC(ランタンストロンチウムコバルト酸化物)との少なくとも一方から構成されている。空気極114は、特許請求の範囲における第1の電極または第2の電極に相当する。
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。燃料極116は、特許請求の範囲における第1の電極または第2の電極に相当する。
中間層118は、略矩形の平板形状部材であり、GDC(ガドリニウムドープセリア)を含むように形成されている。中間層118は、空気極114から拡散した元素(例えば、Sr)が電解質層112に含まれる元素(例えば、Zr)と反応して高抵抗な物質(例えば、SrZrO3)が生成されることを抑制する。
単セル用セパレータ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、金属により形成されている。単セル用セパレータ120における孔121を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)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。単セル用セパレータ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。言い換えると、単セル用セパレータ120の貫通孔周囲部は、単セル110の周縁部と接合されている。単セル用セパレータ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、単セル用セパレータ120は、特許請求の範囲における第1のセパレータに相当する。孔121は、特許請求の範囲における第2の貫通孔に相当する。
単セル用セパレータ120は、単セル用セパレータ120の貫通孔周囲部(単セル用セパレータ120における孔121を取り囲む部分)を含む内側部126と、内側部126より外周側に位置する外側部127と、内側部126と外側部127とを連結する連結部128とを備える。本実施形態では、内側部126は、平坦形状であり、上下方向に直交する方向(X軸方向)に略平行である。外側部127は、単セル用セパレータ120の周縁部を含んでいる。本実施形態では、外側部127は、平坦形状であり、上下方向に直交する方向(X軸方向)に略平行である。
連結部128は、内側部126と外側部127との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部128における下側(燃料室176側)の部分は凸部となっており、連結部128における上側(空気室166側)の部分は凹部となっている。このため、連結部128は、上下方向における位置が内側部126および外側部127とは異なる部分を含んでいる。
電解質層112における接合部124に対して空気室166側には、ガラスを含むガラスシール部125が配置されている。ガラスシール部125は、単セル用セパレータ120の貫通孔周囲部の表面と、単セル110(本実施形態では電解質層112)の表面との両方に接触するように形成されている。ガラスシール部125により、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リーク(クロスリーク)が効果的に抑制される。
IC用セパレータ180は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔181が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。IC用セパレータ180における孔181を取り囲む部分(以下、「貫通孔周囲部」という。)は、インターコネクタ190の平板部150における上側の表面の周縁部と、例えば溶接により接合されている。IC用セパレータ180は、発電単位102の上側と下側にそれぞれ配置されている。上側のIC用セパレータ180は、発電単位102の最上層の周縁部を構成している。上側のIC用セパレータ180により、空気室166と、上側に隣接する発電単位102における燃料室176とが区画される。下側のIC用セパレータ180は、発電単位102の最下層の周縁部を構成している。下側のIC用セパレータ180により、燃料室176と、下側に隣接する発電単位102における空気室166とが区画される。上記のように区画するIC用セパレータ180により、単セル110の周縁部における発電単位102間のガスのリークが抑制される。なお、IC用セパレータ180は、特許請求の範囲における第2のセパレータに相当する。孔181は、特許請求の範囲における第3の貫通孔に相当する。
IC用セパレータ180は、IC用セパレータ180の貫通孔周囲部(IC用セパレータ180における孔181を取り囲む部分)を含む内側部186と、内側部186より外周側に位置する外側部187と、内側部186と外側部187とを連結する連結部188とを備える。外側部187は、IC用セパレータ180の周縁部を含んでいる。本実施形態では、内側部186は、平坦形状であり、上下方向に直交する方向(X軸方向)に略平行である。本実施形態では、外側部187は、平坦形状であり、上下方向に直交する方向(X軸方向)に略平行である。
連結部188は、内側部186と外側部187との両方に対して下側に突出するように湾曲した形状となっている。連結部188における下側(燃料室176側)の部分は凸部となっており、連結部188における上側(燃料室176側)の部分は凹部となっている。連結部188は、上下方向における位置が内側部186および外側部187とは異なる部分を含んでいる。
図4から図6に示すように、空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。すなわち、空気極側フレーム130の孔131は、空気室166を取り囲んでいる。空気極側フレーム130は、単セル用セパレータ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、上側のIC用セパレータ180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おり、両者の間のガスシール性(すなわち、空気室166のガスシール性)を確保するシール部材として機能する。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対の単セル用セパレータ120およびインターコネクタ190間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス供給マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤供給ガス流路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排出ガス流路133とが形成されている。本実施形態では、各発電単位102において、複数の酸化剤供給ガス流路132と、複数の酸化剤排出ガス流路133とが形成されている。本実施形態では、酸化剤供給ガス流路132は、酸化剤ガス供給マニホールド161から空気室166に向かってX方向に延びている。本実施形態では、酸化剤排出ガス流路133は、空気室166から酸化剤ガス排出マニホールド162に向かってX方向に延びている。なお、空気極側フレーム130は、特許請求の範囲におけるフレーム部材に相当する。本実施形態では、孔131は、特許請求の範囲における第1の貫通孔に相当する。
図4,5,8に示すように、燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム140は、単セル用セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、下側のIC用セパレータ180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。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス供給マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給ガス流路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ガス流路143とが形成されている。なお、燃料極側フレーム140は、特許請求の範囲におけるフレーム部材に相当する。本実施形態では、孔141は、特許請求の範囲における第1の貫通孔に相当する。
図4,5,8に示すように、燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部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触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ190における燃料極116に対向する側の表面に接触している。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190を備えていないため、当該発電単位102におけるインターコネクタ対向部146は、下端用セパレータ189に接触しており、下端用セパレータ189を介して下側のエンドプレート106に電気的に接続されている。燃料極側集電体144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ190(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー149が配置されている。そのため、燃料極側集電体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、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ190(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。
図4から図6に示すように、上述したインターコネクタ190を構成する空気極側集電部134は、単セル110の空気極114の側、すなわち、空気室166内に配置されている。空気極側集電部134は、空気極114に対向しており、後述する接合部138を介して空気極114と電気的に接合されている。空気極側集電部134は、特許請求の範囲における凸部に相当する。
図4および図5に示すように、空気極114と(酸化被膜層194および被覆層196に覆われた)空気極側集電部134とは、導電性の接合部138により接合されている。接合部138は、空気極114と空気極側集電部134との間に配置されている。接合部138は、Mnを含有する材料、例えばMnを含有するスピネル型結晶構造を有する酸化物(例えば、Mn1.5Co1.5O4やMnCo2O4、ZnMn2O4、ZnMnCoO4、CuMn2O4)により形成されている。接合部138により、空気極114と空気極側集電部134とが電気的に接続される。先に、空気極側集電部134は空気極114の表面と接触していると説明したが、正確には、空気極側集電部134と空気極114との間には接合部138が介在している。本実施形態では、接合部138は、各空気極側集電部134について互いに独立して設けられている。ただし、一の空気極側集電部134に設けられた接合部138と、他の空気極側集電部134に設けられた接合部138とが、一体的に(連続的に)構成されていてもよい。
空気極側集電部134の表面134Aは、側面部分134Bと、底面部分134Cとを含んでいる。空気極側集電部134の側面部分134Bとは、空気極側集電部134の表面134A上の各点における仮想的な接平面TPと空気極114の表面とのなす角であって、空気極側集電部134の表面134Aを含まない側の領域の角θ1(ただし、0度≦θ1≦180度)が45度以上である各点により構成される部分である。また、空気極側集電部134の底面部分134Cとは、空気極側集電部134の表面134Aの内、側面部分134Bによって囲まれ、かつ、上記角θ1が45度未満である各点により構成される部分である。なお、図5には、側面部分134Bと底面部分134Cとの境界の位置における接平面TP(すなわち、上記角θ1が45度となる接平面TP)が示されている。
本明細書では、上述した「被覆層196の表面196Aの側面部分134Bまたは底面部分134C」を任意の表面と読み替えたときの当該表面における上記角θ1が45度未満である場合に、当該表面が上下方向において空気極114の表面に対向していることを意味する。従って、空気極側集電部134の表面134Aの底面部分134Cは、上下方向において空気極114の表面に対向している。本実施形態では、接合部138は、上下方向視で、上下方向において空気極114と対向する空気極側集電部134の表面134Aの外周線の内側に収まるように空気極側集電部134の表面134Aの底面部分134Cに接続されている。本実施形態では、空気極側集電部134の表面134Aの底面部分134Cは、特許請求の範囲における第1の表面に相当する。
A-2.燃料電池スタック100の動作:
図2および図4に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド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および本体部28の孔を介して酸化剤ガス供給マニホールド161に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド161から各発電単位102の酸化剤供給ガス流路132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図5に示すように、燃料ガス供給マニホールド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および本体部28の孔を介して燃料ガス供給マニホールド171に供給され、燃料ガス供給マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給ガス流路142を介して、燃料室176に供給される。
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および燃料ガスFG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。各発電単位102において、単セル110の空気極114は接合部138を介してインターコネクタ190に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電体144を介してインターコネクタ190に電気的に接続されている。すなわち、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。
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および図4に示すように、酸化剤排出ガス流路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の孔を経て、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および図5に示すように、燃料ガス排出ガス流路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の孔を経て、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。
A-3.酸化剤供給ガス流路132,酸化剤排出ガス流路133の詳細構成:
図6は、図4のVI-VIの位置における第1の発電単位102A(他の発電単位102よりも高温である発電単位102)以外の発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。図7は、図4のVII-VIIの位置における第1の発電単位102AのXY断面構成を示す説明図である。
図6,図7に示すように、第1の発電単位102Aの各酸化剤供給ガス流路132(以下、当該酸化剤供給ガス流路132を「第1の酸化剤供給ガス流路132A」という。)のY軸方向の幅WA11,WA12,…,WA16は、他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のY軸方向の幅W11,W12,…,W16よりも長い。各第1の酸化剤供給ガス流路132AのZ軸方向の高さは、他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のZ軸方向の高さと略同一である。従って、各第1の酸化剤供給ガス流路132Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA1は、他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のガス流れ方向に直交する断面の面積S1よりも大きい。従って、各第1の酸化剤供給ガス流路132Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA1の合計は、他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のガス流れ方向に直交する断面の面積S1の合計よりも大きい。
図6,図7に示すように、第1の発電単位102Aの各酸化剤排出ガス流路133(以下、当該酸化剤排出ガス流路133を「第1の酸化剤排出ガス流路133A」という。)のY軸方向の幅WA21,WA22,…,WA24は、他の発電単位102の各酸化剤排出ガス流路133のY軸方向の幅W21,W22,…,W24よりも長い。各第1の酸化剤排出ガス流路133AのZ軸方向の高さは、他の発電単位102の各酸化剤排出ガス流路133のZ軸方向の高さと略同一である。従って、各第1の酸化剤排出ガス流路133Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA2は、他の発電単位102の各酸化剤排出ガス流路133のガス流れ方向に直交する断面の面積S2よりも大きい。従って、各第1の酸化剤排出ガス流路133Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA2の合計は、他の発電単位102の各酸化剤排出ガス流路133のガス流れ方向に直交する断面の面積S2の合計よりも大きい。
A-4.燃料電池スタック100の製造方法:
上述した構成の燃料電池スタック100の製造方法は、例えば、以下の通りである。はじめに、7個の発電単位102の構成要素となる各部材(単セル110など)と、一対のエンドプレート104,106とが所定の配列方向(例えば上下方向。以下、上下方向とした場合を例として説明する。)に並べて配置した積層体を作製する。この際、接合部138については、接合部138となる部材であって硬化前の部材(例えばペースト状接合剤)を、単セル110と空気極側集電部134の間と、単セル110と空気極側集電部134の間に配置する。
次に、各部材に形成された連通孔108にボルト22を挿入し、ボルト22の両側にナット24を嵌めることにより、上記積層体を締結する。
次に、上記積層体における上下方向視で単セル110に重なる部分(つまり、ボルト22とナット24とによって直接締結されている部分でない側の部分)を上方から治具により押圧することにより、上記積層体の当該部分に上下方向の圧縮荷重(以下、単に「圧縮荷重」という。)を加える。これにより、各発電単位102において、空気極と空気極側集電部が硬化前の接合部に密着した状態となる。空気極と空気極側集電部が硬化前の接合部に密着した状態で硬化前の接合部を焼成する処理を行うことにより、接合部138を形成する(以下、このように接合部138を形成する工程を「接合工程」という。)。
その他、残りの組み立て工程を行うことにより、上述した構成の燃料電池スタック100の製造が完了する。
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は、発電ブロック103を備える。発電ブロック103は、複数の発電単位102を備える。発電単位102は、単セル110と、空気極114に対向する空気極側集電部134と、空気極側フレーム130と、燃料極側フレーム140と、単セル用セパレータ120と、IC用セパレータ180と、接合部138とを備える。単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向に互いに対向する空気極114および燃料極116とを含む部材である。インターコネクタ190は、空気極114に対向する空気極側集電部134を有する。接合部138は、空気極114と空気極側集電部134との間に配置され、空気極114と空気極側集電部134とを接合する導電性の酸化物を含む部材である。
燃料電池スタック100には、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、酸化剤ガスOGを発電単位102に供給するガス流路である酸化剤ガス供給マニホールド161と、発電単位102から排出された酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部に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とが形成されている。各発電単位102には、酸化剤ガス供給マニホールド161と空気極114に面する空気室166とを連通する複数の酸化剤供給ガス流路132と、酸化剤ガス排出マニホールド162と空気極114に面する空気室166とを連通する複数の酸化剤排出ガス流路133とが形成されている。
本実施形態の燃料電池スタック100では、一の発電単位102である第1の発電単位102Aに形成された第1の酸化剤供給ガス流路132Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA1の合計(以下、単に「第1の酸化剤供給ガス流路132Aの断面積合計」という。)は、第1の発電単位102Aの温度よりも低い温度の発電単位102に形成された各酸化剤供給ガス流路132のガス流れ方向に直交する断面の面積S1の合計(以下、単に「他の酸化剤供給ガス流路132の断面積合計」という。)よりも大きい。
本実施形態の燃料電池スタック100において、例えば燃料電池スタック100の構造上の理由等により、発電単位102間の温度のばらつきが生じることがある。各発電単位の酸化剤供給ガス流路の断面積が均一であり、各発電単位の酸化剤排出ガス流路の断面積が均一である上記特許文献1に記載の技術では、比較的高温の発電単位102である第1の発電単位102Aにおいては、比較的低温である他の発電単位102に比べて空気室166に酸化剤ガスOGが供給されにくいので、空気室166内の酸素の濃度が低くなり易い。空気室166内の酸素の濃度が低いと、導電性の酸化物を含む接合部138が還元することにより劣化し、ひいては空気極114と接合部138との界面および/または空気極側集電部134と接合部138との界面で剥離(以下、単に「接合部138の剥離」という。)が発生することがある。従って、上述の構成の燃料電池スタック100においては、発電単位102間の温度のばらつきに起因して接合部138の剥離が発生し、ひいては、燃料電池スタック100の電気的性能が低下するおそれがある。
これに対し、本実施形態の燃料電池スタック100では、上述の通り、第1の酸化剤供給ガス流路132Aの断面積合計は、他の酸化剤供給ガス流路132の断面積合計よりも大きいので、比較的高温となる第1の発電単位102Aにおいて酸化剤ガスOG(酸素)が導入され易い。これにより、発電単位102間の空気室166内の酸素の濃度のばらつきが抑制される。そのため、第1の発電単位102Aの接合部138が還元して劣化することに起因する第1の発電単位102Aの接合部138の剥離の発生が抑制され、ひいては燃料電池スタック100の使用時において燃料電池スタック100の電気的性能が低下することが抑制される。
また、本実施形態の燃料電池スタック100では、一の発電単位102である第1の発電単位102Aに形成された各第1の酸化剤排出ガス流路133Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA2の合計(以下、単に「第1の酸化剤排出ガス流路133Aの断面積合計」という。)は、他の発電単位102の各酸化剤排出ガス流路133のガス流れ方向に直交する断面の面積S2の合計(以下、単に「他の酸化剤排出ガス流路133の断面積合計」という。)よりも大きい。そのため、比較的高温となる第1の発電単位102Aにおいて酸化剤ガスOG(酸素)が更に導入され易いので、発電単位102間の空気室166内の酸素の濃度のばらつきが更に効果的に抑制される。
本実施形態の燃料電池スタック100では、第1の酸化剤供給ガス流路132Aの断面積合計が他の酸化剤供給ガス流路132の断面積合計よりも大きく、尚且つ、第1の酸化剤排出ガス流路133Aの断面積合計が他の酸化剤排出ガス流路133の断面積合計よりも大きい。そのため、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、比較的高温である第1の発電単位102Aの空気室166の酸素濃度の低下をより効果的に抑制することができ、ひいては、接合部138が還元することに起因する接合部138の剥離をより効果的に抑制することができる。
また、本実施形態の燃料電池スタック100では、接合部138は、上下方向視で、上下方向において空気極114と対向する空気極側集電部134の表面である底面部分134Cの外周線の内側に収まるように空気極側集電部134の表面の底面部分134Cに接続されている。そのため、接合部138と空気極側集電部134との接触面積が小さいので、接合部138が空気極側集電部134から剥離し易い。従って、そのような構成で本実施形態の構成を適用すると特に効果的である。
また、本実施形態の燃料電池スタック100は、インターコネクタ190と、空気極側フレーム130と、燃料極側フレーム140と、単セル用セパレータ120と、IC用セパレータ180とを備える。燃料極側フレーム140は、空気極114に面する空気室166を取り囲む孔131が形成された空気極側フレーム130と、燃料極116に面する燃料室176を取り囲む孔141が形成された部材である。単セル用セパレータ120は、孔121が形成され、孔121を取り囲む部分である貫通孔周囲部が単セル110の周縁部と接合され、空気室166と燃料室176とを区画する部材である。IC用セパレータ180は、孔181が形成され、孔181を取り囲む部分である貫通孔周囲部がインターコネクタ190の周縁部と接合され、空気室166と燃料室176とを区画する部材である。本実施形態の燃料電池スタック100は、さらに、一対のエンドプレート104,106と、ボルト22およびナット24とを備える。一対のエンドプレート104,106は、発電ブロック103における上下方向の両側にそれぞれ位置する部材である。ボルト22およびナット24は、空気極側フレーム130と燃料極側フレーム140と単セル用セパレータ120とIC用セパレータ180と一対のエンドプレート104,106とを上下方向に貫く貫通孔に挿入され、発電ブロック103を締結する部材である。エンドプレート104,106には、発電ブロック103側に開口する空間であって、上下方向視で輪郭線が単セル110を内包する空間が形成されている。
単セル用セパレータ120は、単セル用セパレータ120の貫通孔周囲部(単セル用セパレータ120における孔121を取り囲む部分)を含む内側部126と、内側部126より外周側に位置する外側部127と、内側部126と外側部127とを連結する連結部128とを備える。連結部128は、内側部126と外側部127とを連結し、かつ、内側部126と外側部127との両方に対して下側に突出している。
IC用セパレータ180は、IC用セパレータ180の貫通孔周囲部(IC用セパレータ180における孔181を取り囲む部分)を含む内側部186と、内側部186より外周側に位置する外側部187と、内側部186と外側部187とを連結する連結部188とを備える。連結部188は、内側部186と外側部187とを連結し、かつ、内側部186と外側部187との両方に対して下側に突出している。
上述の通り、本実施形態の燃料電池スタック100では、エンドプレート104,106には、発電ブロック103側に開口する空間であって、上下方向視で輪郭線が単セル110を内包する空間が形成されている。本実施形態の燃料電池スタック100は、上述の構成の単セル用セパレータ120およびIC用セパレータ180を備える。このような構成(以下、「構成α」という。)である本実施形態の燃料電池スタック100では、発電ブロック103の内、燃料電池スタック100の製造の際に治具により直接押圧される側の部分(つまり、上下方向視で単セル110に重なる部分)と、治具により直接押圧される側でない部分(つまり、ボルト22とナット24とによって直接締結された側の部分)との間の圧力の伝達が分離される。そのため、圧縮荷重の大きさの調整を、ボルト22とナット24とによる締結力の調整(すなわち、シール性の調整)から比較的独立して行うことができる。
また、本実施形態の燃料電池スタック100では、上記の構成αを備えるため、ボルト22およびナット24による締結力は、発電ブロック103の内、ボルト22およびナット24によって直接締結された側の部分から、上下方向視で単セル110に重なる部分に伝達されにくい。そのため、空気極114とインターコネクタ190との接合は、ボルト22およびナット24の締結力に依らずに、接合部124の固着力のみに依ってなされる傾向となる。そのため、上記の構成αを備える構成においては、燃料電池スタック100の使用時などにおいて、接合部124の剥離が生じ易い。従って、上記の構成αを備える構成で本発明を適用すると特に効果的である。
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。
また、上記実施形態において、上側のエンドプレート104の孔104Aと下側のエンドプレート106の孔106Aの一方が形成されていなくてもよい。上側のエンドプレート104の孔104Aと下側のエンドプレート106の孔106Aの一方が形成されていない構成では、形成されていない部材は特許請求の範囲におけるエンド部材に含まれない。
また、上記実施形態では、単セル用セパレータ120の連結部128は、内側部126と外側部127よりも下側に突出するように湾曲した形状となっているが、上側に突出するように湾曲した形状となっていてもよい。この場合においても、単セル用セパレータ120は、上下方向における位置が内側部126および外側部127とは異なる連結部128を含んでいるので、上下方向に垂直な方向に容易に伸び縮みするばね性を有する。同様に、IC用セパレータ180の連結部188が、上側に突出するように湾曲した形状となっていてもよい。
上記実施形態では、単セル用セパレータ120とIC用セパレータ180の形状は、平板状であるが、平板状でなくてもよい。また、上記実施形態では、単セル用セパレータ120の内側部126と外側部127と、IC用セパレータ180の内側部186と外側部187は、いずれも形状が平坦形状であるが、平坦形状でなくてもよい。
また、上記実施形態では、単セル用セパレータ120の内側部126と外側部127と、IC用セパレータ180の内側部186と外側部187は、いずれも、上下方向に直交する方向(X軸方向)に略平行であるが、上下方向に直交する方向(X軸方向)に対して傾いていてもよい。
また、上記実施形態では、インターコネクタ190は酸化被膜層194および被覆層196を含んでいるが、酸化被膜層194および/または被覆層196を含んでいなくてもよい。酸化被膜層194および/または被覆層196が含まれていない構成では、含まれていない部材は特許請求の範囲におけるインターコネクタに含まれない。
酸化被膜層194および/または被覆層196が含まれていない構成において、接合部138は、上下方向視で、上下方向において空気極114と対向する空気極側集電部134の表面の外周線の内側に収まるように空気極側集電部134の表面の底面部分134Cに接続されている構成としてもよい。すなわち、上述の「被覆層196の表面196Aの側面部分134Bまたは底面部分134C」を「空気極側集電部134の表面134A」または「酸化被膜層194の内、空気極側集電部134の凸部192とは反対側の表面194」と読み替えればよい。この場合においても、接合部138と空気極側集電部134との接触面積が小さいので、接合部138が空気極側集電部134から剥離し易い。従って、このような構成で本発明を適用すると特に効果的である。
また、上記実施形態において説明した単セル用セパレータ120,IC用セパレータ180の構成は、燃料電池スタック100に含まれるすべての発電単位102において採用されていてもよいし、燃料電池スタック100に含まれる一部の発電単位102のみにおいて採用されていてもよい。また、単セル用セパレータ120が内側部126と外側部127と連結部128とを備える構成と、IC用セパレータ180が内側部186と外側部187と連結部188とを備える構成の一方のみが採用されてもよい。
また、上記実施形態において、各発電単位102に含まれる酸化剤供給ガス流路132や酸化剤排出ガス流路133の数は特に限定されず、例えば、各発電単位102に含まれる酸化剤供給ガス流路132の数または/および酸化剤排出ガス流路133の数が1つであってもよい。
また、上記実施形態では、単セル110が中間層118を備えているが、単セル110が中間層118を備えないとしてもよい。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、各第1の酸化剤供給ガス流路132Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA1の合計が他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のガス流れ方向に直交する断面の面積S1の合計よりも大きくなっていれば、各酸化剤供給ガス流路132のガス流れ方向に直交する断面の面積は特に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、同一の発電単位102内の各酸化剤供給ガス流路132のY軸方向の幅および/またはZ軸方向の高さにばらつきがあってもよい。また、上記実施形態では、各第1の酸化剤供給ガス流路132AのZ軸方向の高さが他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のZ軸方向の高さと略同一であるが、各第1の酸化剤供給ガス流路132AのZ軸方向の高さが他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のZ軸方向の高さよりも長い構成としてもよい。これらの場合においても、各第1の酸化剤供給ガス流路132Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA1の合計が他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のガス流れ方向に直交する断面の面積S1の合計よりも大きくなっていれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
同様に、各第1の酸化剤排出ガス流路133Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA2の合計が他の発電単位102の各酸化剤排出ガス流路133のガス流れ方向に直交する断面の面積S2の合計よりも大きくなっていれば、各酸化剤排出ガス流路133のガス流れ方向に直交する断面の面積は特に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、同一の発電単位102内の各酸化剤排出ガス流路133のY軸方向の幅および/またはZ軸方向の高さにばらつきがあってもよい。この場合においても、各第1の酸化剤排出ガス流路133Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA2の合計が他の発電単位102の各酸化剤排出ガス流路133のガス流れ方向に直交する断面の面積S2の合計よりも大きくなっていれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。
また、上記実施形態において、各第1の酸化剤供給ガス流路132Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA1の合計が他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のガス流れ方向に直交する断面の面積S1の合計よりも大きい構成と、各第1の酸化剤排出ガス流路133Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA2の合計が他の発電単位102の各酸化剤排出ガス流路133のガス流れ方向に直交する断面の面積S2の合計よりも大きい構成とのいずれかのみが採用されてもよい。
また、本実施形態において、燃料電池スタック100は、複数の第1の発電単位102Aを備えていてもよい。また、本実施形態において、燃料電池スタック100は、第1の発電単位102Aよりも高温の発電単位102を備えていてもよい。
本実施形態では、他の発電単位102よりも高温である発電単位102(第1の発電単位102A)が1つであるが、他のいずれかの発電単位102との関係で比較的高温である発電単位102が複数ある場合に、比較的高温である各発電単位102において、各第1の酸化剤供給ガス流路132Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA1の合計が他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のガス流れ方向に直交する断面の面積S1の合計よりも大きい構成としてもよい。同様に、比較的高温である各発電単位102において、各第1の酸化剤排出ガス流路133Aのガス流れ方向に直交する断面の面積SA2の合計が他の発電単位102の各酸化剤排出ガス流路133のガス流れ方向に直交する断面の面積S2の合計よりも大きい構成としてもよい。これらの場合においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
また、燃料電池スタック100に備えられた一の発電単位102(他の発電単位102よりも高温である発電単位102。例えば、第1の発電単位102A)よりも低温である発電単位102(前記他の発電単位102)に形成された酸化剤供給ガス流路132の断面積合計(ガス流れ方向に直交する断面の面積の合計。以下、同様)に対する前記一の発電単位102の酸化剤供給ガス流路132の断面積合計の割合は、発電単位102間の空気室166内の酸素の濃度のばらつきの抑制等の観点から、200%以上であることがより好ましい。その一例として、例えば、上記実施形態において、他の発電単位102の各酸化剤供給ガス流路132のY軸方向の幅W11,W12,…,W16を3mmとし、第1の酸化剤供給ガス流路132Aの幅WA11,WA12,…,WA16を8mmとしてもよい。また、同様の理由から、燃料電池スタック100に備えられる一の発電単位102よりも低温である発電単位102に形成された酸化剤排出ガス流路133の断面積合計に対する前記一の発電単位102の酸化剤排出ガス流路133の断面積合計の割合は、200%以上であることがより好ましい。
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号公報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、上述した構成の酸化剤供給ガス流路132または酸化剤排出ガス流路133を採用することにより、比較的高温である発電単位102の空気室166の酸素濃度の低下を抑制することができ、ひいては、接合部138が還元することに起因する接合部138の剥離を抑制することを抑制することができる。
また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。